(57)【要約】【課題】発熱量が大きい部品を回路基板内に埋設した場合にも放熱性能のよい回路構造体を提供する。【解決手段】配線パターン１３ａの所定位置に発熱が伴う半導体部品１７が実装された第１の回路基板１１ａに対し、この第１の回路基板１１ａに対面する面に形成された配線パターン１３ｂ上の所定位置にバンプ２１が形成された第２の回路基板１１ｂが、前記バンプ２１が前記半導体部品１７に密着するように接合されるので、半導体部品１７の発熱は、それに密着したバンプ２１を通じて第２の回路基板１１ｂの配線パターン１３ｂに伝熱して熱放散される。【選択図】　図１
2004055670.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線パターンの所定位置に部品が実装された第１の回路基板と、前記部品に対向する面に形成された配線パターン上の所定位置にバンプが形成された第２の回路基板が、前記バンプが前記部品に密着するように接合され、且つ第１と第２の回路基板間に前記部品を包囲する部品埋設層が形成されてなることを特徴とする回路構造体。
【請求項２】
バンプがスタッドバンプとして形成されてなる請求項１に記載の回路構造体。
【請求項３】
バンプの材質が金又はアルミニウムである請求項１又は２に記載の回路構造体。
【請求項４】
部品埋設層は、回路基板に対して接着性を有する接着剤である請求項１に記載の回路構造体。
【請求項５】
第１及び第２の回路基板の基材がポリイミド樹脂を用いたフィルムである請求項１又は４に記載の回路構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品が回路基板などに実装された構造体に関し、電子部品に生じる熱を効果的に放熱できる回路構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器などは一層の小型化、軽量化、高機能化が求められており、電子回路を構成する回路基板の小型化、高実装密度が要求され、両面回路基板や多層回路基板の適用が進展されつつある。また、限られた回路基板の表面積を有効利用するため、実装する部品を回路基板内に形成する技術が開発されている。
【０００３】
部品を回路基板内に形成した薄型回路の代表例としては、ＩＣカードが知られており、図５に示すように、２枚のフィルムの間にＩＣ部品を挟み込んだ構造が採用されている。図示するように、ポリエチレンテレフタレートのフィルム基材５２上に配線パターン５３を形成したフィルム基板５１に、接続電極５５で配線パターン５３の所定位置に接続してＩＣ部品（半導体部品）５４が実装され、フィルム基材５２と同質のカバーフィルム５６によりＩＣ部品５４を包み込んでフィルム基板５１上がラミネートされる構造である。
【０００４】
しかし、上記構成のように回路基板内に形成することができるのは、発熱の少ない部品に限られ、発熱を伴う半導体部品は回路基板の表面に実装することになる。また、高速演算処理を行う半導体素子のように発熱量が大きい半導体部品が実装された回路基板では、熱放散を促進するための放熱構造が形成される。
【０００５】
図６は、放熱構造を設けた回路基板の例を示すもので、基材６２ａの両面に配線パターン６３ａが形成された基板６１ａと、基材６２ｂの両面に配線パターン６３ｂが形成された基板６１ｂとを接合して回路基板が形成され、基板６１ａの一方には半導体部品６４が接続電極６５により配線パターン６３ａの所定位置に接続され実装されている。また、基板６１ａと基板６１ｂとの間には中間層６９が形成されている。半導体部品６４が実装された位置にはビア穴が形成され、その中に銅ニッケル合金などの低膨張率合金６６が埋め込まれており、半導体部品６４の熱を回路基板の反対面にも伝熱させる構造が設けられている。
【０００６】
上記構成により、半導体部品６４の熱放散は、半導体部品６４からの大気中への放熱と、接続電極６５、配線パターン６３ａから低膨張率合金６６を通じて反対面の基板６１ｂに形成された配線パターン６３ｂに伝熱させて反対面の配線パターン６３ｂからの大気放熱とがなされるので、半導体部品６４の放熱が促進されて温度上昇による熱破壊が防止される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来構成における放熱構造では、半導体部品６４の表面を大気中に開放して放熱させるため、半導体部品６４は回路基板６１ａの表面上に実装せざるを得ず、薄型回路に構成することが難しくなる。また、回路基板６１ａの反対面に伝熱させるために電気回路構成上は必要ないビア穴が形成されることになり、配線パターンの形成を阻害することになる。特に演算処理を行うような半導体部品６４の場合、多くの配線パターンとの接続が伴う傾向にあり、ビア穴が形成されることで配線パターンの形成が複雑になり形成自由度も小さくなるという問題が生じることになる。例えば、当該ビア穴を避けて配線パターンを形成しようとしても本来は要求されないような狭ピッチ配線パターンの形成が必要となり、製造コストの増加や歩留りの低下などの問題が生じることになる。
【０００８】
更に、前述したカバーフィルム５６によりＩＣ部品５４を包み込んでラミネートした薄型回路の構成は、熱伝導率の低い樹脂フィルム内にＩＣ部品５４が閉じ込められた状態となるため、前述したように発熱量が僅少であるＩＣ部品に限定される。仮に発熱量が大きい半導体部品を埋め込んだとすると、発熱は半導体部品の周囲のフィルムに蓄積されて熱放散が充分になされないために半導体部品が温度上昇して熱破壊に至る問題がある。このような構造の場合には、ＩＣ部品５４は発熱量が微小なものに限定され、ＩＣカードにおけるＩＣ部品５４は、メモリ情報を書き換えるだけの微弱な電力消費しかなく、動作時間も短時間であるため、発熱量は無視できるほどに小さく、フィルムによる包み込みが可能になっている。
【０００９】
本発明が目的とするところは、発熱量が大きい部品を回路基板内に埋設した場合にも放熱性能のよい回路構造体を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る回路構造体は、配線パターンの所定位置に部品が実装された第１の回路基板と、前記部品に対向する面に形成された配線パターン上の所定位置にバンプが形成された第２の回路基板が、前記バンプが前記部品に密着するように接合され、且つ第１と第２の回路基板間に前記部品を包囲する部品埋設層が形成されてなることを特徴とする。
【００１１】
上記回路構造体によれば、回路基板に実装された部品の発熱は、それに密着したバンプを通じて別の回路基板の配線パターンに伝熱して熱放散されるため、発熱を伴う部品を回路基板の間に配設しても部品の放熱が促進され、回路基板内に半導体部品等を収容した回路構造体を構成することが可能となる。
【００１２】
上記構成において、バンプはスタッドバンプとして形成することにより、熱伝導率の高いバンプにより部品の熱放散を向上させることができる。
【００１３】
また、バンプの材質は金又はアルミニウムが好適で、熱伝導率が高く、部品に圧接したときに先端部が変形して部品に密着し、部品の熱を効率よく配線パターンに伝熱させることができる。
【００１４】
また、部品埋設層は、回路基板に対して接着性を有する接着剤が好適であり、複数の回路基板を接着して一体化した多層構造に形成することができる。
【００１５】
また、第１及び第２の回路基板の基材はポリイミド樹脂を用いたフィルムが薄型の回路構造体を形成するのに有効なものとなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１７】
図１は、第１の実施形態に係る回路構造体を示すもので、多層回路基板１内に半導体部品１７を内装して薄型回路が構成されている。
【００１８】
多層回路基板１を構成する第１の回路基板１１ａは、基材１２ａの両面に銅箔による配線パターン１３ａが形成され、半導体部品１７が突起電極１８により配線パターン１３ａの所定位置に接続され実装されている。また、第２の回路基板１１ｂは、第１の回路基板１１ａと同様に基材１２ｂの両面に銅箔による配線パターン１３ｂが形成され、第１の回路基板１１ａに実装された半導体部品１７に対向する面にはバンプ２１が形成されている。第１の回路基板１１ａに第２の回路基板１１ｂを積層して多層回路基板１を形成する際は、バンプ２１を加圧することで変形させ、半導体部品１７の突起電極１８等の電気的露出部がない面に強固に密着させる。この状態は第１の回路基板１１ａと第２の回路基板１１ｂとの間が接着剤を兼ねる部品埋設層１９によって接合されることにより維持される。
【００１９】
上記構成において、第１及び第２の各回路基板１１ａ、１１ｂの基材１２ａ、１２ｂは、ガラスエポキシ樹脂を用いた一般的な基板材料でもよいが、薄型回路を構成するためにはポリイミド樹脂によるフィルムが好適である。従って、第１及び第２の各回路基板１１ａ、１１ｂを積層して接合する部品埋設層１９は同質のポリイミド接着剤が好適なものとなる。また、半導体部品１７の突起電極１８は、半田や金、銅、銀などの金属の他、金属の粉体を練り込んだペースト状のものを適用することができ、放熱構造に支配されないため任意に選択することができる。半導体部品１７は任意の大きさのものが適用可能で、例えば、１０ｍｍ角以上の大型演算素子やメモリ素子などが使用でき、本実施形態においてはバックグラインドにより５０〜２００μｍの厚さに薄型化されたものが適用されている。また、バンプ２１は、半田や金、アルミニウムなど加圧により変形しやすく熱伝導率の大きいものが好適である。
【００２０】
尚、第２の回路基板１１ｂのバンプ２１を形成する部位は、配線パターン１３ｂの形成面上であることが重要で、より多くのバンプ２１が配線パターン１３ｂ上に形成されるようにすることにより、バンプ２１から配線パターン１３ｂへの伝熱が促進される。また、バンプ２１の配列間隔及び形成数は、半導体部品１７の発熱量に応じて任意に変更することが可能である。
【００２１】
上記構成により半導体部品１７はバンプ２１を通じて第２の回路基板１１ｂに熱的結合した状態が得られるので、半導体部品１７の発熱はバンプ２１から第２の回路基板１１ｂの配線パターン１３ｂに伝熱し、配線パターン１３ｂから放熱されるので、発熱を伴う半導体部品１７を回路基板内に配置することが可能となり、高機能の半導体部品を回路基板内に収容した薄型回路を構成することができる。
【００２２】
上記第１の実施形態の構成は、図２に示すように、第１、第２、第３の３枚の回路基板２１ａ、２１ｂ、２１ｃを積層した多層回路基板２のように構成することができる。
【００２３】
図２において、第１の回路基板２１ａに実装された半導体部品２５ａに第２の回路基板２１ｂに形成されたバンプ２６ｂを密着させ、半導体部品２５ａの発熱をバンプ２６ｂから第２の回路基板２１ｂの配線パターン２３ｂに伝熱させて放熱する。また、第２の回路基板２１ｂに実装された半導体部品２５ｂに第３の回路基板２１ｃに形成されたバンプ２６ｃを密着させ、半導体部品２５ｂの発熱をバンプ２６ｃから第３の回路基板２１ｃの配線パターン２３ｃに伝熱させて放熱する。
【００２４】
このように３層に第１〜第３の各回路基板２１ａ、２１ｂ、２１ｃを、部品埋設層２９を介して積層して薄型回路を構成した場合においても、半導体部品２５ａ、２５ｂの発熱はバンプ２６ｂ、２６ｃが形成された第２及び第３の各回路基板２１ｂ、２１ｃに伝熱させて放散させることができるので、より高機能な薄型回路の構成が可能である。
【００２５】
図３は、第２の実施形態に係る回路構造体を示すもので、半導体部品３７に密着して半導体部品３７の放熱を促進するためにスタッドバンプ４１を形成したことを特徴としている。
【００２６】
図３において、第１の回路基板３１ａは、基材３２ａの両面に銅箔による配線パターン３３ａが形成され、半導体部品３７がその突起電極３８により配線パターン３３ａの所定位置に接続され実装されている。また、第２の回路基板３１ｂに基材３２ｂの両面に銅箔による配線パターン３３ｂが形成され、半導体部品３７と対面する配線パターン３３ｂにはスタッドバンプ４１が形成されている。
【００２７】
スタッドバンプ４１はボールボンディング法により形成されるもので、金あるいはアルミニウムなどの金属細線に放電を作用させることにより先端を球状に形成し、これを図４（ａ）に示す第２の回路基板３１ｂの配線パターン３３ｂのバンプ形成位置に超音波を印加しながら加圧することにより、図４（ｂ）に示すように、配線パターン３３ｂ上にスタッドバンプ４１が形成される。スタッドバンプ４１の形状は、使用する金属細線によって任意に形成径を変化させることはできる。
【００２８】
半導体部品３７が実装された第１の回路基板３１ａの表面には、図４（ｃ）に示すように、第２の回路基板３１ｂを接着固定するための接着剤を兼ねる部品埋設層３９が塗布され、第２の回路基板３１ｂを第１の回路基板３１ａ上に加圧して積層することにより、スタッドバンプ４１は半導体部品３７に圧接して変形され、半導体部品３７に強固に密着される。この状態は接着剤を兼ねる部品埋設層３９により第１の回路基板３１ａと第２の回路基板３１ｂとが接合されることにより維持される。
【００２９】
上記構成により半導体部品３７はスタッドバンプ４１を通じて第２の回路基板３１ｂに熱的結合した状態が得られるので、半導体部品３７の発熱はスタッドバンプ４１から第２の回路基板３１ｂの配線パターン３３ｂに伝熱し、配線パターン３３ｂから放熱されるので、発熱を伴う半導体部品３７を回路基板内に配置することが可能となり、高機能の半導体部品を回路基板内に収容した薄型回路を構成することができる。
【００３０】
本実施形態において、スタッドバンプ４１の具体的な材料としては金を適用しており、金は熱伝導性が良いことから熱伝導率の向上が図られている。スタッドバンプ４１がない場合、半導体部品３７の熱伝導は部品埋設層３９のエポキシ樹脂を伝熱することになり、その熱伝導率は０．７（Ｗ／ｍ・Ｋ）程度で放熱は期待できないが、金によるスタッドバンプ４１の場合には熱伝導率は２９３（Ｗ／ｍ・Ｋ）程度であるので、放熱性を大幅に向上させることができる。また、スタッドバンプ４１の配列間隔及び形成数は、半導体部品３７の発熱量に応じて任意に変更することが可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、回路基板に実装された部品の発熱は、それに密着したバンプを通じて別の回路基板の配線パターンに伝熱して熱放散されるため、発熱を伴う部品を回路基板の間に埋設しても部品の放熱が促進され、回路基板内に半導体部品等を収容した回路構造体を構成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る回路構造体を示す模式図。
【図２】多層構造の薄型回路に適用した回路構造体を示す模式図。
【図３】第２の実施形態に係る回路構造体を示す模式図。
【図４】スタッドバンプの形成手順を示す模式図。
【図５】従来技術に係る薄型回路の例を示す模式図。
【図６】発熱を伴う部品を実装した従来の回路基板を示す模式図。
【符号の説明】
１１ａ、２１ａ、３１ａ　第１の回路基板
１１ｂ、２１ｂ、３１ｂ　第２の回路基板
１３ａ、１３ｂ、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、３３ａ、３３ｂ　配線パターン
１７、２５ａ、２５ｂ、３７　半導体部品
２１、２６ｂ、２６ｃ　バンプ
４１　スタッドバンプ
【図１】
2004055670.tif 000003
【図２】
2004055670.tif 000004
【図３】
2004055670.tif 000005
【図４】
2004055670.tif 000006
【図５】
2004055670.tif 000007
【図６】
2004055670.tif 000008