(57)【要約】【課題】回路モジュールを実装基板に実装する際、半田クラックの発生を防止し、信頼性の高い実装を実現する。【解決手段】少なくとも第１の面と第２の面とを有する回路基板と、前記第１の面に搭載された素子チップと、前記回路基板の前記第２の面に形成された実装用端子部とを具備し、前記実装用端子部が半田を介して実装基板上の配線パターンと接続されるように構成された回路モジュールを構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１及び第２の面を有する回路基板と、
前記第１の面に搭載された素子チップと、
実装面である前記回路基板の前記第２の面に形成された実装用端子部とを具備し、
前記実装用端子部が半田を介して接続される回路モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の回路モジュールであって、
前記実装用端子部は、
前記第２の面に形成され、内部に前記半田を充填可能な凹型端子である回路モジュール。
【請求項３】
請求項１に記載の回路モジュールであって、
前記凹型端子は、前記第２の面に、前記回路基板内部の配線層に到達するように設けられたビアホールと、前記ビアホール内壁に設けられた導体部とで構成された回路モジュール。
【請求項４】
請求項３に記載の回路モジュールであって、
前記導体部は前記回路基板表面に形成される配線導体層と同一層で構成された回路モジュール。
【請求項５】
請求項３または４に記載の回路モジュールであって、
前記ビアホールは、前記第２の面から前記第１の面に貫通して形成された孔であり、
前記孔の内壁に導体層が形成されており、前記ビアホールの一部に半田が充填される回路モジュール。
【請求項６】
少なくとも第１の面と前記第１の面に対向する第２の面とを有する回路基板と、
前記第１の面に搭載された素子チップと、
前記回路基板の前記第２の面に形成された実装用端子部とを具備した回路モジュールを用意する工程と、
配線パターンを有する実装基板上に、前記回路モジュールを前記実装基板上に位置決めし、半田を介して前記回路モジュールを固定する工程とを具備した回路モジュールの実装方法。
【請求項７】
請求項６に記載の回路モジュールの実装方法であって、
実装用端子部が、前記第２の面から前記第１の面に貫通するように設けられたビアホールと、前記ビアホール内壁に設けられた導体部とを具備しており、
前記固定する工程は、前記第１の面側から吸引しつつ、半田を溶融し、固定する工程である回路モジュールの実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路モジュールおよび回路モジュールの実装方法に係り、特に、実装基板（マザーボード）への回路モジュールの実装に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、図８に示すように素子チップ１２０を回路基板１１０に実装した電子部品を実装基板１００上に実装するに際しては、半田層１３０が用いられることが多いが、電子部品(パッケージ)の回路基板１１０と実装基板１００との熱膨張率の差から、半田層１３０にクラックが生じ易いという問題が提起されている。
そしてこの問題を回避するために種々の実装方法が提案されている。
【０００３】
例えば、基板(実装基板)とリードレス部品の本体との間に、ランド厚よりも厚い絶縁層を設け、ランドとリードレス部品の電極との間に十分な厚みの半田を形成し得るようにし、熱膨張係数の相違に基づいて半田にかかる剪断応力を分散低減し、半田継手(接続部)の信頼性向上をはかるようにしている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平  ０４−１７１７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このとき回路基板を含むパッケージの両端部に実装用端子部を設け、この実装用端子部がパッケージの側面から下面にかかるように実装している。このときパッケージのサイズが大きく、熱サイクルがかかると、パッケージ、実装基板、半田がそれぞれ大きく膨張収縮することになり、それぞれの線膨張率の違いから応力が発生し、半田クラックが発生しやすい。
このため特許文献１の構造においても、熱膨張率の差による半田クラック等の発生を十分に抑制し得なかった。
【０００６】
本発明は、前記実情に鑑みてなされたものであり、回路モジュールを実装基板に実装する際、半田クラックの発生を防止し、信頼性の高い実装を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで本発明は、少なくとも第１の面と第２の面とを有する回路基板と、前記第１の面に搭載された素子チップと、前記回路基板の前記第２の面に形成された実装用端子部とを具備し、前記実装用端子部が半田を介して実装基板上の配線パターンと接続されるように構成された回路モジュールを構成する。
この構成により、回路基板すなわちパッケージ外側面よりも内側に実装用端子部を設け、その位置で実装基板に実装している。このため、同一サイズの回路基板で比較した場合、半田間距離が従来よりも短くなる。このため、熱サイクルによる応力負荷が低減され、半田クラックが従来よりも発生しにくくなる。ここで第１及び第２の面は、同一面以外であればいかなる位置関係であってもよいものとする。
【０００８】
また本発明は、上記回路モジュールにおいて、前記実装用端子部は、前記第２の面に形成され、内部に前記半田を充填可能な凹型端子であるものを含む。
この構成により、上記効果に加え、半田が凹型端子の凹部内に充填される構造となるため、半田自体にかかる応力負荷が低減され、結果として半田クラックが従来よりも起こりにくくなる。
【０００９】
また本発明は、上記回路モジュールにおいて、前記凹型端子は、前記第２の面に、前記回路基板内部の配線層に到達するように設けられたビアホールと、前記ビアホール内壁に設けられた導体部とで構成されたものを含む。
この構成により、上記効果に加え、半田が凹型端子の凹部内に充填される構造となるため、半田自体にかかる応力負荷が低減され、結果として半田クラックがさらに起こりにくくなる。
【００１０】
また本発明は、上記回路モジュールにおいて、前記導体部は前記回路基板表面に形成される配線導体層と同一層で構成されたものを含む。
この構成により、成膜工程が共通でパターニングのマスクを変更するのみでよいため、製造が容易となる。たとえば、めっき法などにより配線導体層を形成する場合には、めっき浴に浸漬すればよいだけであるため、極めて容易に形成可能である。そして、半田自体にかかる応力負荷が低減され、結果として半田クラックがさらに起こりにくくなる。
【００１１】
また本発明は、上記回路モジュールにおいて、前記ビアホールは、前記第２の面から前記第１の面に貫通して形成された孔であり、前記孔の内壁に導体層が形成されており、前記ビアホールの一部に半田が充填されるものを含む。
この構成によれば、実装時に空間ができることにより、エア逃がしの役割を果たすことになり、ボイドの生成が抑制され、より強固な接合が実現される。
【００１２】
また本発明は、少なくとも第１の面と第２の面とを有する回路基板と、前記第１の面に搭載された素子チップと、前記回路基板の前記第２の面に形成された実装用端子部とを具備した回路モジュールを用意する工程と、配線パターンを有する実装基板上に、前記回路モジュールを前記実装基板上に位置決めし、半田を介して前記回路モジュールを固定する工程とを具備した回路モジュールの実装方法である。
この構成によれば、回路基板すなわちパッケージ外側面よりも内側に実装用端子部を設け、その位置で実装基板に実装している。このため、同一サイズの回路基板で比較した場合、半田間距離が従来よりも短くなる。このため、実装工程における熱サイクルによる応力負荷が低減され、結果として半田クラックが従来よりも発生しにくくなる。
【００１３】
また本発明は、上記回路モジュールの製造方法において、実装用端子部が、前記第２の面から前記第１の面に貫通するように設けられたビアホールと、前記ビアホール内壁に設けられた導体部とを具備しており、前記固定する工程は、前記第１の面側から吸引しつつ、半田を溶融し、固定する工程であるものを含む。
この構成によれば、前記第２の面から前記第１の面に貫通するように設けられたビアホールを有しており、ビアホール内壁に設けられた導体部表面に溶融半田が上昇していき、空気を押し出しながら固着されるため、ボイドの発生もなく、信頼性の高い実装が可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、回路モジュールを実装基板に実装する際、半田間距離が短くなったことで、熱サイクルによる応力負荷が低減され、結果としてクラックの発生を抑制することができ、信頼性の高い実装を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１の回路モジュールを実装基板上に実装した状態を示す斜視図
【図２】本発明の実施の形態１の回路モジュールの実装基板上に実装した状態を示す要部拡大断面図
【図３】本発明の実施の形態１の回路モジュールの実装基板上への実装工程を示す要部拡大断面図
【図４】本発明の実施の形態２の回路モジュールの実装基板上に実装した状態を示す要部拡大断面図
【図５】本発明の実施の形態２の回路モジュールの実装基板上への実装工程を示す要部拡大断面図
【図６】本発明の実施の形態３の回路モジュールの実装基板上に実装した状態を示す要部拡大断面図
【図７】本発明の実施の形態３の回路モジュールの実装基板上への実装工程を示す要部拡大断面図
【図８】従来例の回路モジュールを実装基板上に実装した状態を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の回路モジュールを実装基板上に実装した状態を示す斜視図、図２は同回路モジュールを実装基板上に実装した状態を示す要部断面図である。
本実施の形態の回路モジュール１は、図１及び図２に示すように、主表面である第１の面１０Ａにジャイロセンサを構成する素子チップ２０を搭載した回路基板１０で構成され、この第１の面１０Ａに対向する第２の面１０Ｂに、端子電極３０を形成したものである。この端子電極３０は回路基板１０表面に形成される配線導体層２１の一部を構成する。そしてこの回路基板１０が、実装基板１００としてのプリント配線基板に当接され、第２の面１０Ｂに形成されたこの端子電極３０と、前記実装基板１００との間が半田層４０を介して固着されている。ここでこの回路基板１０は、第１の面１０Ａに素子搭載領域を構成する凹部１３が形成された立体基板である。そして、実装基板（マザーボード）１００上に形成された配線パターンからなるパッド１０１上に、直接接合される。ここで回路基板１０上の実装面のパッド（図示せず）に接続される配線導体層（図示せず）、素子チップ実装面に形成されるダイパッド（素子搭載領域）及びボンディングパッドを含む配線導体層２１は、立体成型により所定の高さの突出部を形成した樹脂基板上にスパッタリング法で下地層を形成し、この下地層上にメッキ層を形成して、形成される。素子チップ２０と回路基板１０との接続はフリップチップボンディングでもよいし、ワイヤボンディングでもよい。
【００１８】
ここでは、図８に示した従来例のように、回路基板１０の側面から下面にかけて形成された配線導体層からなる端子に代えて、端子電極３０が、実装基板１００に対向する第２の面に形成されている。この構成により、端子電極３０と実装基板１００との間に形成される半田層４０の間隔すなわち半田間距離Ｌ１が、従来例に比べて短くなったことにより、熱サイクルによる応力負荷が低減され、結果として半田クラックが従来よりも起こりにくくなる。
【００１９】
製造に際しては、第１の面１０Ａにジャイロセンサが搭載されるため、回路基板１０については、第１の面の方向性が維持されるように設計され、製造される。
【００２０】
ここで回路基板１０を構成する立体基板上に配線導体層２１を形成するに際しては、まず、回路基板１０の表面の全面に、無電解めっきあるいはＣＶＤやスパッタリング等を行うことにより導電性薄膜からなる下地層を形成する。ここでは無電解の銅めっきあるいはスパッタリングによる銅薄膜を形成する。そして、回路基板１０の表面にレーザビームを照射することで当該照射部分の下地層をパターニングし選択的に除去する。ここでレーザビームは、ガルバノミラー等で走査することにより形成すべき配線導体層の輪郭に沿って回路基板１０の表面を移動しつつ照射され、下地層のうち配線導体層のパターンに一致した部分と配線導体層のパターンに一致しない部分との境界領域の下地層を除去する。従って、回路基板１０の表面にはレーザビームが照射された輪郭内側の下地層（配線導体層２１のパターンに一致した下地層）と、下地層の輪郭に沿った部分のみがレーザビーム照射で除去されたパターンに一致しない部分の下地層（図示せず）とが残ることになる。但し、隣接する配線導体層２１の間隔が狭い場合においては、上述のように輪郭部分だけでなく配線導体層２１間の下地層を全てレーザビーム照射で除去することも可能である。
【００２１】
続いて、配線導体層２１のパターンに一致した下地層の上に電気めっきにより銅などのめっき層を厚付けすることで表面導体層を形成し、下地層以外の不要な下地めっき層をエッチングで除去すれば、所望の回路パターンが形成された回路基板１０を得ることができる。
【００２２】
このように、表面に配線導体層２１を有する回路基板１０を設計し、この回路基板１０上に素子チップ２０を配する。
【００２３】
このようにして形成された回路モジュールを実装基板１００上に実装する方法について説明する。
まず図３（ａ）に示すように、実装基板１００上に、ディスペンサにより供給量を制御しながら半田層４０を形成する。このとき、回路基板１０上の対応する領域にも端子電極配線として配線導体層を形成しておくとともに、実装基板１００上にもパッド１０１を形成しておくのが望ましい。
【００２４】
そして図３（ｂ）に示すように、半田層４０と回路基板１０の第２の面１０Ｂとが当接するところまで近づける。
【００２５】
そして半田リフロー温度に加熱し、冷却することで硬化するに際し、半田が固化収縮し、回路モジュールと実装基板１００との距離が近づくことで、図３（ｃ）に示すように、隙間なく端子電極３０と、実装基板１００上のパッド１０１とが、電気的に接続される。
【００２６】
このように、回路モジュール１の回路基板１０と、実装基板１００との間ではパッケージ側面よりも内側で接続しているため、半田間距離Ｌ１を短くすることで、熱サイクルによる応力負荷が低減され、結果として半田クラックが従来に比べて起こりにくくなり、接続が確実となり、回路モジュールに対する姿勢角を高精度に維持することができる。
【００２７】
このように本発明によれば、半田間距離が短くなったことによりジャイロセンサなど、方向性がきわめて重要なセンサデバイスの実装において高精度の角度を維持しつつ、確実な接続を実現することが可能となる。
【００２８】
（実施の形態２）
次に本発明の実施の形態２について説明する。図４は本発明の実施の形態２の回路モジュール２を実装基板１００上に実装した状態を示す要部断面図、図５（ａ）乃至（ｃ）は同回路モジュールを実装基板上に実装する実装工程を示す要部拡大断面図である。
前記実施の形態では、端子電極３０を回路基板１０の第２の面１０Ｂに形成したが、本実施の形態では、回路基板１０の第２の面１０Ｂにビアホール３２を形成し、このビアホール３２内に配線導体層２１を形成し、凹型端子３１を構成し、この凹型端子３１内に、半田を充填し接合層となる半田層４０を充填するようにしたものである。ここで凹型端子３１は、前記第２の面１０Ｂに、回路基板１０内部の配線層（図示せず）に至達するように設けられたビアホール３２と、前記ビアホール３２内壁に設けられた導体部とで構成されたものを含む。この導体部は回路基板１０表面にメッキ法などで形成される配線導体層と同時に形成される。
【００２９】
このようにして形成された回路モジュールを実装基板１００上に実装する方法について説明する。
まず図５（ａ）に示すように、実装基板１００上に、ディスペンサにより供給量を制御しながら半田層４０を形成する。このとき、回路基板１０上の対応する領域にも端子電極配線として配線導体層２１を形成しておくとともに、実装基板１００上にもパッド１０１を形成しておくのが望ましい。
【００３０】
そして図５（ｂ）に示すように、半田層４０と回路基板１０の第２の面１０Ｂとが当接するところまで近づける。
【００３１】
そして半田リフロー温度に加熱し、半田が固化収縮し、回路モジュールと実装基板との距離が近づくことで、図５（ｃ）に示すように、隙間なく凹型端子３１と、基板１００上のパッド１０１とが、電気的に接続される。
【００３２】
この構成により、半田が凹型端子３１の凹部内に充填される構造となるため、半田自体にかかる応力負荷が低減され、結果として半田クラックがさらに起こりにくくなる。半田間距離Ｌ２も前記実施の形態１の場合よりも短くなっている。
【００３３】
この構成により、配線導体層の下地層形成のためのスパッタリングあるいは無電解メッキ工程でビアホール内壁にも同時形成しておき、この上層にメッキ層を形成すればよいため、製造が容易となる。たとえば、めっき法などにより配線導体層を形成する場合には、めっき浴に浸漬すればよいだけであるため、極めて容易に、形成可能である。この構成によれば、半田自体にかかる応力負荷が低減され、結果として半田クラックがさらに起こりにくくなる。
【００３４】
（実施の形態３）
次に本発明の実施の形態３について説明する。図６は本発明の実施の形態３の回路モジュールを示す斜視図、図７（ａ）乃至（ｃ）は同回路モジュールを実装基板上に実装する実装工程を示す要部拡大断面図である。
前記実施の形態では、回路基板１０の第２の面１０Ｂにビアホール３２を形成し、このビアホール３２内に配線導体層２１を形成し、凹型端子３１を構成し、この凹型端子３１内に、半田を充填し半田層４０を形成するようにしたが、本実施の形態では、回路基板１０の第２の面１０Ｂからこれに対向する第１の面１０Ａに貫通するスルーホール１４を形成し、このスルーホール１４の内壁にも導体部を形成しておき、第１の面１０Ａ側から吸引ノズルで吸引しながら半田リフローを行うことにより、空気を第１の面１０Ａ側に逃がしながら半田接続を行うことで、ボイドのない確実な接続を実現するものである。この導体部についても回路基板１０表面にメッキ法などで形成される配線導体層と同時に形成される。
【００３５】
このようにして形成された回路モジュールを実装基板１００上に実装する方法について説明する。
まず前記実施の形態２と同様、図７（ａ）に示すように、実装基板１００上に、ディスペンサにより供給量を制御しながら半田層４０を形成する。
【００３６】
そしてスルーホール１４の内壁に導体部を形成した立体回路基板を形成し、素子チップ２０を搭載するとともに電気的接続を行い回路モジュール３を形成する。この回路モジュール３を、図７（ｂ）に示すように、半田層４０と回路基板１０の第２の面１０Ｂとが当接するところまで近づける。
【００３７】
そして吸引ノズル（図示せず）で半田吸引しつつリフロー温度に加熱し、冷却して半田が固化収縮し、回路モジュールと実装基板との距離が近づくことで、図７（ｃ）に示すように、隙間なく凹型端子３１と、実装基板１００上のパッド１０１とが、電気的に接続される。
【００３８】
この構成により、半田層４０が凹型端子３１の貫通穴内に充填される構造となるため、ボイドなしに確実な接続が実現され、半田自体にかかる応力負荷が低減され、結果として半田クラックがさらに起こりにくくなる。
【００３９】
この構成によれば、半田自体にかかる応力負荷が大きく低減され、結果として半田クラックがさらに起こりにくくなる。半田間距離Ｌ３も前記実施の形態２の場合よりも短くなっている。
【００４０】
なお、前記実施の形態では、ジャイロセンサなどセンサチップを搭載した回路モジュール（センサモジュール）について説明したが、センサモジュールに限定されることなく、携帯端末などに搭載されるモジュールや、壁面に取り付けられるＬＥＤ照明用のＬＥＤモジュールなど種々の回路モジュールに適用可能である。
【００４１】
なお、前記実施の形態では素子搭載領域に凹部を形成した立体配線基板を回路基板として用いた例について説明したが、平板状の回路基板、あるいはさらに複雑な形状の立体配線基板にも適用可能である。ここで素子チップの搭載された回路基板を樹脂などで覆うことでパッケージを構成する場合もあるが、回路基板自体が素子チップを囲み、パッケージとしての役割を果たす場合もある。
【００４２】
また、前記実施の形態では、回路基板として射出成形によって形成した樹脂製の立体基板を用いたが、セラミック基板でもよくまた、グリーンシートを用いた積層基板を用いてもよい。ここでは例えば１０００℃以下で低温焼結が可能なセラミック誘電体材料ＬＴＣＣ（低温同時焼成セラミック：Low Temperature Co-fired Ceramics）からなり、厚さが１０μｍ〜２００μｍのグリーンシートに、低抵抗率のＡｇやＣｕ等の導電ペーストを印刷して所定のパターンを形成し、複数のグリーンシートを絶縁層として用いて、適宜一体的に積層し、焼結することにより内部導体層を備えた絶縁層（誘電体層）として製造することが出来る。これらの誘電体材料としては、例えばＡｌ、Ｓｉ、Ｓｒを主成分として、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｎａ、Ｋを副成分とする材料や、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓｒを主成分としてＣａ、Ｐｂ、Ｎａ、Ｋを複成分とする材料や、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｇｄを含む材料や、Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｍｇを含む材料が適用可能である。ここで、誘電率は５〜１５程度の材料を用いる。なお、セラミック誘電体材料の他に、樹脂積層基板や樹脂とセラミック誘電体粉末を混合してなる複合材料を用いてなる積層基板を用いることも可能である。また、前記セラミック基板をＨＴＣＣ（高温同時焼成セラミック：High Temperature Co-fired Ceramics）技術を用いて、誘電体材料をＡｌ２Ｏ３を主体とするものとし、内部導体層として伝送線路等をタングステンやモリブデン等の高温で焼結可能な金属導体として構成しても良い。
【００４３】
また、グリーンシートに限定されることなく、他のセラミックにも適用可能であり、またガラスエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂などの樹脂基板を用いた場合、プリプレグを用いた積層基板などにも適用可能である。
【００４４】
前記実施の形態では、素子チップを回路基板上に実装する場合について説明したが、素子チップに代えて電子部品パッケージであってもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１，２，３  回路モジュール
１０  回路基板
１０Ａ  第１の面
１０Ｂ  第２の面
１３  凹部
１４  スルーホール
２０  素子チップ
２１  配線導体層
３０  端子電極
３１  凹型端子
３２  ビアホール
４０  半田層
１００  実装基板（プリント配線基板）
１０１  パッド
１１０  回路基板
１２０  素子チップ
１３０  半田層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2011071422.tif 000008
【図７】
2011071422.tif 000009
【図８】
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