(57)【要約】【課題】接続信頼性に優れた電子装置を提供する。【解決手段】電子装置９９は、配線導体４を有した絶縁基体１の下面に、配線導体４と電気的に接続される電極バンプ２が設けられている配線基板３と、絶縁基板１１の上面に穴部１１ａを有し、穴部１１ａの底面に、電極バンプ２と電気的に接続される接続パッド１２が設けられている回路基板１４と、を備え、電極バンプ２の下部領域を穴部１１ａに挿入するとともに、該挿入部を導電性接続材２０を介し接続パッド１２に接合して電極バンプ２を接続パッド１２に電気的に接続する。【選択図】図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線導体を有した絶縁基体の下面に、前記配線導体と電気的に接続される電極バンプが設けられている配線基板と、
絶縁基板の上面に穴部を有し、該穴部の底面に、前記電極バンプと電気的に接続される接続パッドが設けられている回路基板と、を備え、
前記電極バンプは、その下部領域が前記穴部に挿入されるとともに、該挿入部を導電性接続材を介して前記接続パッドに接合することにより前記接続パッドと電気的に接続されていることを特徴とする電子装置。
【請求項２】
前記配線基板上に、前記配線導体と電気的に接続された電子部品が搭載されていることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項３】
前記電極バンプが、前記絶縁基体の下面に複数個、行列状に配置されているとともに、前記絶縁基体の外周域に位置する電極バンプの形状が、平面視して、当該電極バンプと前記絶縁基体の中央部とを結ぶ方向を長軸とした楕円形状をなしていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子装置。
【請求項４】
前記電極バンプが、前記絶縁基体の下面に複数個、行列状に配置されているとともに、これら電極バンプのうち、前記絶縁基体の中央域に位置する電極バンプの高さが、前記絶縁基体の外周域に位置するものに比し高くなっていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電子装置。
【請求項５】
前記絶縁基体は、その下面に、前記回路基板における前記絶縁基板の上面に当接する突起部を有することを特徴とする請求項４に記載の電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線基板を回路基板上に実装してなる電子装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、携帯電話やコンピュータ等の電子機器に、演算、記憶、発振、撮像等の目的で実装される電子装置として、電子部品搭載用の配線基板を回路基板上に搭載した構造のものが知られている。
【０００３】
配線基板は、酸化アルミニウム質焼結体等の電気絶縁材料から成る絶縁基体に、所定パターンの配線導体が設けられた構造を有している。
【０００４】
配線基板の絶縁基体には、電子装置の機能、用途等の必要に応じて半導体素子や圧電素子、容量素子等の電子部品が搭載される。
【０００５】
また、回路基板は、ガラスエポキシ樹脂等の電気絶縁材料を板状に形成した絶縁基板と、絶縁基板の電子部品が搭載される領域の上面に、所定パターンの回路導体が設けられた構造を有している。
【０００６】
そして、絶縁基体の表面や内部には、電子部品が搭載される領域から下面にかけて配線導体が形成されており、絶縁基体の上面側で前記配線導体を半田やボンディングワイヤを介して電子部品の電極に電気的に接続し、下面側で前記配線導体を回路基板の回路導体に電気的に接続することにより電子装置が構成される。
【０００７】
配線導体と回路導体との電気的な接続は、一般に、次のようにして行われる。即ち、配線導体の導出部分に電極パッドを設けておくとともに、回路基板の上面に回路導体と導通するようにして接続パッドを形成し、この接続パッドと電極バンプとを半田ボール等の導電性接続材を介して接合することにより行なわれる。
【０００８】
回路基板の接続パッドと配線基板の電極バンプとの接合は、例えば、配線基板の電極バンプ上に予め取着しておいた導電性接続材を回路基板の接続パッド上に位置合わせして載せ、その後、これらをリフロー炉等を用いて加熱・冷却し、導電性接続材を溶融・固化させることにより行なわれる。
【特許文献１】特開２００４−３４９３９０号公報
【特許文献２】特開２００４−１０３８６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した従来の電子装置は、配線基板と回路基板との線膨張係数の相違等に起因する熱応力等によって、導電性接続材と接続パッドとの接続面や導電性接続材自体に亀裂等の破損を生じることがあり、配線基板及び回路基板の接続信頼性を低下させる恐れがあった。
【００１０】
特に、近年、鉛フリーの高融点半田が導電性接続材として用いられるようになり、リフロー時の加熱温度の上昇等に起因して、上述の問題点を如何に解決するかがより重要な課題となってきている。
【００１１】
本発明は上述の問題点に鑑み案出されたもので、その目的は、配線基板の電極バンプと、回路基板の接続パッドとを長期にわたって確実に電気的に接続させておくことが可能な高信頼性の電子装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の電子装置は、配線導体を有した絶縁基体の下面に、前記配線導体と電気的に接続される電極バンプが設けられている配線基板と、絶縁基板の上面に穴部を有し、該穴部の底面に、前記電極バンプと電気的に接続される接続パッドが設けられている回路基板と、を備え、前記電極バンプは、その下部領域が前記穴部に挿入されるとともに、該挿入部を導電性接続材を介して前記接続パッドに接合することにより前記電極バンプと電気的に接続されていることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の電子装置は、前記配線基板上に、前記配線導体と電気的に接続された電子部品が搭載されているのが好ましい。
【００１４】
本発明の電子装置は、前記電極バンプが、前記絶縁基体の下面に複数個、行列状に配置されているとともに、前記絶縁基体の外周域に位置する電極バンプの形状が、平面視して、当該電極バンプと前記絶縁基体の中央部とを結ぶ方向を長軸とした楕円形状をなしているのが好ましい。
【００１５】
本発明の電子装置は、前記電極バンプが、前記絶縁基体の下面に複数個、行列状に配置されているとともに、これら電極バンプのうち、前記絶縁基体の中央域に位置する電極バンプの高さが、前記絶縁基体の外周域に位置するものに比し高くなっているのが好ましい。
【００１６】
本発明の電子装置は、前記絶縁基体が、その下面に、前記回路基板における前記絶縁基板の上面に当接する突起部を有するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の電子装置によれば、配線導体を有した絶縁基体の下面に、配線導体と電気的に接続される電極バンプが設けられている配線基板と、絶縁基板の上面に穴部を有し、穴部の底面に、電極バンプと電気的に接続される接続パッドが設けられている回路基板と、を備え、電極バンプの下部領域を前記穴部に挿入するとともに、該挿入部を導電性接続材を介し接続パッドに接合して接続パッドと電極バンプとを電気的に接続するようにしたことから、配線基板と回路基板との線膨張係数の差に起因して発生する熱応力等は、電極バンプの側面部と回路基板の穴部の側面とが接する面に沿って良好に分散されることとなり、熱応力が導電性接続材に直接大きく作用するのが有効に抑制される。これにより、配線基板の下面に形成した電極バンプを回路基板の接続パッドに、導電性接続材を介して良好に接続させておくことができるようになり、高信頼性の電子装置を得ることが可能となる。
【００１８】
本発明の電子装置によれば、配線基板上に、配線導体と電気的に接続された電子部品を搭載することにより、電子部品から配線基板へ、そして回路基板へと電気経路が完成された電子装置が完成する。よって、電子装置の機能、用途、価格等の種々の条件に応じて電子部品を選択、搭載することができ、高信頼性で、実用性にも優れた電子装置を構成することが可能となる。
【００１９】
また、電子部品を回路基板に直接搭載するような場合に比べて、配線基板の側面や下面側にも電子部品を搭載して電子部品の実装密度を高めたり、配線導体に容量や抵抗、インダクタ等の種々の機能をもたせたりすることができるため、電子装置の小型化、高機能化へも容易に対応することができるようになる。
【００２０】
本発明の電子装置によれば、電極バンプを、絶縁基体の下面に複数個、行列状に配置するとともに、絶縁基体の外周域に位置する電極バンプの形状を、平面視して、当該電極バンプと前記絶縁基体の中央部とを結ぶ方向を長軸とした楕円形状になすことにより、配線基板の絶縁其体と回路基板との線膨張係数の差に起因して発生する応力の作用方向に対する電極パッドの長さが長くなり、この方向に沿った接合の強度をより高くすることができる。これにより、電子装置の接続信頼性をより優れたものとなすことができる。
【００２１】
本発明の電子装置によれば、電極バンプを、絶縁基体の下面に複数個、行列状に配置するとともに、これら電極バンプのうち、絶縁基体の中央域に位置する電極バンプの高さを、絶縁基体の外周域に位置するものに比し高くなすことにより、配線基板と回路基板との電気的な接続の際、外側からは見えにくい、中央域に位置する電極パッドが最初に回路基板の穴部に挿入されるので、絶縁其体の中央域から外周域にかけて、各電極バンプを回路基板の穴部に、より容易に挿入でき、さらに実装の容易な電子装置とすることができる。
【００２２】
本発明の電子装置によれば、絶縁基体の下面に、回路基板における絶縁基板の上面に当接する突起部を有することから、例えば突起部の突起高さを一様にすると回路基板における絶縁基板の上面に対して絶縁基体の下面を略平行に支持することができる。したがって、本発明の電子装置は、中央域に位置する電極バンプの高さが高い絶縁基体の該電極バンプを回路基板の穴部に挿入してリフローなどにより接続を行なう場合に、絶縁基体に傾きが生じるのを効果的に防止することができるので、より信頼性の高いものとすることができるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００２４】
図１は本発明の電子装置の実施の形態の一例を示す断面図である。同図において、１は絶縁基体、２は電極バンプ、３は配線基板、１１は絶縁基板、１２は接続パッド、１４は回路基板,２０は導電性接続材であり、これら絶縁基体１と電極バンプ２とを備える配線基板３と、絶縁基板１１と接続パッド１２とを備える回路基板１４とが導電性接続材２０を介して接合されることにより電子装置９９が構成されている。
【００２５】
絶縁基体１は、酸化アルミニウム質焼結体やガラスセラミック焼結体，窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体等のセラミック焼結体、エポキシ樹脂，ポリイミド樹脂等の有機樹脂、または酸化アルミニウム等の無機粉末をエポキシ樹脂等の有機樹脂で結合してなる複合材料等の電気絶縁材料により形成されている。
【００２６】
絶縁基体１は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化マグネシウム，酸化カルシウム等のセラミック原料粉末に適当な有機バインダ，溶剤を添加混合して泥漿状となすとともに、これをドクターブレード法を採用してシート状となすことにより複数枚のセラミックグリーンシートを得て、しかる後、セラミックグリーンシートを切断加工や打ち抜き加工により適当な形状とするとともにこれを複数枚積層し、最後にこの積層されたセラミックグリーンシートを還元雰囲気中、約１６００℃の温度で焼成することによって製作される。
【００２７】
絶縁基体１には、電子装置９９の用途、機能、価格等に応じて、半導体集積回路素子や光半導体素子等の半導体素子、水晶振動子や弾性表面波素子等の圧電素子、容量素子、抵抗器等の電子部品３０が搭載される。
【００２８】
また、絶縁基体１は、表面や内部に配線導体４を有している。
【００２９】
配線導体４は、例えば、絶縁基体１の表面及び／又は内部に形成される回路状の信号伝送用等の内層導体４ａや、絶縁基体１の表面から内層導体４ａにかけて形成されるビア導体４ｂ、広面積の接地導体層や電源導体層、高抵抗導体、コンデンサ電極用の導体等として設けられている。
【００３０】
なお、配線導体４は、タングステン、モリブデン、銅、銀等の金属材料から成り、例えば、絶縁基体１となるセラミックグリーンシートに予め所定の貫通穴を形成しておくとともに、タングステン、モリブデン、銅、銀等の金属ペーストをセラミックグリーンシートの貫通穴内および表面に印刷塗布し、また充填しておくことにより形成される。
【００３１】
このような配線導体４の少なくとも一部を、絶縁基体１の電子部品３０が搭載される部位（上面等）に露出させておくとともに、その露出した部位に、電子部品３０の電極を電気的に接続することにより、電子部品３０が配線基板に実装される。
【００３２】
電子部品３０の電極は、例えば板状の電子部品の下面に、配線導体４の露出部分と対向するようにして配設されており、電極と配線導体４の露出部分とを半田バンプ等の導電性接合材を介して対向させて接合することにより、配線導体４と電気的に接続されている。
【００３３】
なお、電子部品３０は、必要に応じて、蓋体や封止樹脂等の封止材（図示せず）により封止される。
【００３４】
また、絶縁其体１の下面には、配線導体４と電気的に接続される電極バンプ２が設けられている。
【００３５】
電極バンプ２は、例えば、配線導体４と同種、同系の金属材料から成り、例えば配線導体４と同様の金属ペーストを絶縁基体１となるアルミナセラミックグリーンシートに予め従来周知のスクリーン印刷法により所定のパターンに印刷塗布しておくことにより形成される。
【００３６】
なお、電極パッド２は、絶縁基体１の下面から外側に突出するようにして形成されており、このような電極パッド２を作製するには、スクリーン印刷時に、エッチング等の手法により所望の印刷箇所に開口部を有する金属パネル等を用いて、開口部内に金属ペーストを盛り上げて印刷できるようにしておくと、厚み（高さ）を確保し得やすい。
【００３７】
また、回路基板１４の絶縁基板１１は、ガラスエポキシ樹脂や、酸化アルミニウム等の無機粉末がエポキシ樹脂等の有機樹脂で結合されて成る複合材料等の樹脂系複合材料や、エポキシ樹脂，ポリイミド樹脂等の有機樹脂、酸化アルミニウム質焼結体やガラスセラミック焼結体，窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体等のセラミック焼結体等の電気絶縁材料により形成されている。
【００３８】
なお、絶縁基板１４は、例えばガラスエポキシ樹脂から成る場合であれば、ガラス布基材に未硬化のエポキシ樹脂を含浸させた後、切断、積層、加熱硬化等の加工を施すことにより作製される。
【００３９】
そして、絶縁基板１４は、上面に穴部１１ａを有し、穴部１１ａの底面に、電極バンプ２と電気的に接続される接続パッド１２が設けられている。
【００４０】
底面に接続パッド１２を有した穴部１１ａを形成するには、打ち抜き法やレーザー加工法等により積層前に、予め絶縁基板１１に穴部１１ａとなる部分に開口部を形成しておき積層する。
【００４１】
この穴部１１ａに電極バンプ２の下部領域が挿入されるとともに、挿入部が導電性接続材２０を介して接合されることにより、電極バンプ２が接続パッド１２と電気的に接続されている。
【００４２】
電極バンプ２と接続パッド１２とが電気的に接続されることにより、電極バンプ２と電気的に接続されている配線導体４や電子部品３０が接続パッド１２と電気的に接続される。
【００４３】
回路基板１４の接続パッド１２は、例えば、絶縁基板１１の内部や表面に形成された回路導体（図示せず）を介して回路基板１４の下面や側面、上面の外周部等（電子装置９９の外表面）に導出され、回路導体の導出部が携帯電話やコンピュータ、デジタルカメラ、ＤＶＤレコーダ、スキャナー等の電子機器に電気的に接続される。電子装置９９は、このような電子機器で、演算、記憶、発振、撮像等の機能をなす部品として使用されることになる。
【００４４】
上述したように、電極バンプ２の下部領域を穴部１１ａに挿入するとともに、該挿入部を導電性接続材２０を介して接続パッド１２に接合することにより、配線基板３の絶縁基体１と回路基板１４との熱膨張係数の差に起因して発生する応力は、電極バンプ２の側面部と回路基板１４の穴部１１ａの側面とが接する面に沿って有効に分散されることになり、熱応力等が導電性接続材２０に直接大きく作用してしまうのが有効に抑制される。
【００４５】
これにより、配線基板３の絶縁基体１の下面に形成した電極バンプ１２を回路基板１４の接続パッド１２に対して長期にわたり良好に接続させておくことができ、高信頼性の電子装置９９を得ることが可能となる。
【００４６】
ここで、挿入部の深さは、電極バンプ２の高さに対して、５０％程度が好ましい。
【００４７】
また、電極バンプの形状は、平面視で円形または楕円形状が好ましい。さらに、縦断面形では、絶縁基体１側に接続している底（上底）が絶縁基板１１側に接する底（下底）よりも長い台形形状か上下の長さが同じ長方形状が、応力を支える上で、好ましい。またさらに、穴部１１ａと電極バンプ１２との間には、導電性接続材２０が介在できる程度の隙間があるほうがよい。そして、穴部１１ａは、応力の集中するところの無い平面視で円形あるいはゆるい楕円形が好ましい。
【００４８】
また、上述した電子装置９９においては、配線基板３上に、配線導体４と電気的に接続された電子部品３０を搭載しておくことが好ましい。
【００４９】
かかる電子装置９９によれば、電子装置９９の機能、用途、価格等の種々の条件に応じて電子部品３０を選択、搭載することができ、高信頼性で、実用性にも優れた電子装置９９を構成することが可能となる。
【００５０】
また、電子部品３０を回路基板１４に直接搭載するような場合に比べて、配線基板３の側面や下面側にも電子部品３０を搭載して電子部品３０の実装密度を高めたり、配線導体４に容量や抵抗、インダクタ等の種々の機能をもたせたりすることができるため、電子装置９９の小型化、高機能化に容易に対応することができるようになる。
【００５１】
これにより、電子部品３０から配線基板４へ、そして回路基板１４へと電気経路が完成された電子装置９９が完成する。
【００５２】
また、本発明の電子装置９９は、電極バンプ２を、絶縁基体１の下面に複数個、行列状に配置するとともに、絶縁基体１の外周域に位置する電極バンプ２の形状を、平面視して、当該電極バンプ２と絶縁基体１の中央部とを結ぶ方向を長軸とした楕円形状をなすことが好ましい。
【００５３】
かかる構成により、配線基板３の絶縁其体１と回路基板１４との熱膨張係数の差に起因して発生する応力の作用方向に対する電極パッドの長さが長くなり、この方向に沿った接合の強度をより高くすることができるため、接続パッドと電極パッドを長期にわたってより確実に接続させておくことができ、より高い信頼性を有する電子装置９９を構成することが可能となる。
【００５４】
なお、電極バンプ２の形状を変えるには、電極バンプ２を形成するためのスクリーン印刷法に用いるパターンあるいは金属パネルのパターンを所望の形状に形成しておくことにより得られる。
【００５５】
また、上述した電子装置９９によれば、電極バンプ２を、絶縁基体１の下面に複数個、行列状に配置するとともに、これら電極バンプ２のうち、絶縁基体１の中央域に位置する電極バンプ２の高さを、絶縁基体１の外周域に位置するものに比し高くなしておくことが好ましい。
【００５６】
この場合、配線基板３を回路基板１４に実装する際、外側からは見えにくい、中央域に位置する電極パッドが最初に回路基板の穴部に挿入されるので、絶縁其体１の中央域から外周域にかけて、各電極バンプ２を回路基板１４の穴部１１ａに、より容易に挿入でき、実装の容易な電子装置９９を構成することができる。
【００５７】
なお、高さの高い電極パッド２を形成するには、スクリーン印刷法に用いる金属パネルの厚みの厚いものを用意して、電極バンプ２を形成することにより得られる。
【００５８】
ここで、中央域に位置する電極バンプ２は、絶縁基体１の外周域に位置するものに比し１００μｍ程度高くなっていることが好ましい。高さの差が１００μｍ以下であると、配線基板３や回路基板１４に反りがある場合、配線基板３を回路基板１４に実装する際、絶縁其体１の中央部の電極バンプ２を回路基板１４の穴部１１ａに、絶縁其体１の外周域に位置するものより先に挿入することができなくなるからである。
【００５９】
またさらに、本発明の電子装置９９は、図２に示すように、絶縁基体１の下面に、回路基板１４における絶縁基板１１の上面に当接する突起部１ａを有しており、この突起部１ａにより、回路基板１４における絶縁基板１１の上面に対して絶縁基体１の下面を支持することができる。したがって、電子装置９９では、中央域における電極バンプ２の高さが高い絶縁基体１の電極バンプ２を回路基板１４の穴部１１ａに挿入してリフローなどにより接続を行う場合に、絶縁基体１に傾きが生じるのを効果的に防止することができるので、より信頼性の高いものとすることができるのである。
【００６０】
突起部１ａは、絶縁基体１をセラミックスにより構成する場合、絶縁基体１を作成する際に、所望の大きさに打抜き加工されたセラミックグリーンシートを積層することにより形成することができる。
【００６１】
なお、本発明は上述の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。
【００６２】
例えば、回路基板１４に搭載される配線基板３は、１個に限らず、複数個でもよい。この場合、絶縁基板１１の上下両主面に配線基板３を搭載するようにしてもよい。また、配線基板３に複数の電子部品３０を搭載してもよい。
【００６３】
さらに、配線導体４や接続パッド１２の露出表面に金めっき等のめっきを施して、酸化腐食をより確実に防止するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の電子装置の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の電子装置の実施の形態の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１・・・絶縁基体
１ａ・・・突起部
２・・・電極バンプ
３・・・配線基板
４・・・配線導体
４ａ・・・内層導体
４ｂ・・・ビア導体
１１・・・絶縁基板
１１ａ・・・穴部
１２・・・接続パッド
１４・・・回路基板
２０・・・導電性接続材
３０・・・電子部品
９９・・・電子装置
【図１】
2006310751.tif 000003
【図２】
2006310751.tif 000004