(57)【要約】【課題】  半導体チップの動作に起因するノイズの影響を抑止する。【解決手段】  本開示の一側面である電子機器は、第１の配線基板上に半導体チップが搭載されて成る機能モジュールと、並列に配された複数の前記機能モジュールが接続されており、薄膜コンデンサから成る層を有する第２の配線基板とを備え、前記薄膜コンデンサは、並列に配された前記複数の機能モジュールに跨って配置されている。本開示は、例えば、ウェアラブル機器やIoT(Internet of Things)機器などに適用できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の配線基板上に半導体チップが搭載されて成る機能モジュールと、
並列に配された複数の前記機能モジュールが接続されており、薄膜コンデンサから成る層を有する第２の配線基板とを備え、
前記薄膜コンデンサは、並列に配された前記複数の機能モジュールに跨って配置されている
電子機器。
【請求項２】
前記第１の配線基板と前記第２の配線基板は、コア材が異なる
請求項１に記載の電子機器。
【請求項３】
前記第１の配線基板のコア材はガラスであり、前記第２の配線基板のコア材は有機材料である
請求項２に記載の電子機器。
【請求項４】
前記第１の配線基板には、貫通電極が形成されている
請求項２に記載の電子機器。
【請求項５】
前記第２の配線基板には、前記薄膜コンデンサを挟む対向電極が形成されており、
前記第１の配線基板上の前記半導体チップは、前記対向電極と電気的に接続されている
請求項２に記載の電子機器。
【請求項６】
前記第２の配線基板の前記対向電極は、一方はべた電極であり、他方は分割されたパターニング電極である
請求項５に記載の電子機器。
【請求項７】
前記第２の配線基板には、前記機能モジュールが積層されている
請求項２に記載の電子機器。
【請求項８】
前記第２の配線基板の対向する面それぞれには、前記機能モジュールが接続されている
請求項２に記載の電子機器。
【請求項９】
前記機能モジュールは、前記第２の配線基板の凹部位に接続されている
請求項２に記載の電子機器。
【請求項１０】
前記第２の配線基板には、前記前記機能モジュールを接続するための標準化されたランドパターンが形成されている
請求項２に記載の電子機器。
【請求項１１】
前記ランドパターンは、少なくともデジタル電源用端子、信号端子、アナログ電源端子、およびGND端子を含む
請求項２に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電子機器に関し、特に、電子基板に実装されているＩＣの動作に起因するノイズをコンデンサによって削減するようにした電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子機器には、CPU(Central Processing Unit)、MCU(Micro Controller Unit)、メモリ等の高速動作するＩＣが搭載されており、ＩＣの動作に起因して発生するノイズの電源電圧に対する影響を抑止するための構成として、ＩＣが実装されている基板のＩＣ直下にコンデンサ（バイパスコンデンサ）を埋め込む方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１０−５０３１９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、例えば、ウェアラブル機器やIoT(Internet of Things)機器に搭載されるMCUは10MHz程度で動作するため、これに起因して発生するノイズを抑止するには0.1μＦ程度のバイパスコンデンサが必要となる。具体的には、誘電率100、膜厚２μｍ、静電容量0.044μＦ／ｃｍ2の平行平板コンデンサをバイパスコンデンサとして用いる場合、0.1μＦの容量を得るためには約１５ｍｍ角のサイズが必要となる。
【０００５】
これに対し、電子基板の面積が小さいウェアラブル機器等では、MCUなどのＩＣチップのサイズが２乃至６ｍｍ角程度であることから、その直下にはサイズが小さく容量が0.1μＦに満たないバイパスコンデンサを埋め込むことしかできない。したがって、電子基板の面積が小さい電子機器では、10MHz程度で動作するMCUなどに起因する高周波帯域（特にMHz帯）のノイズを抑止することが困難であった。
【０００６】
本開示はこのような状況に鑑みてなされたものであり、半導体チップの動作に起因するノイズの影響を抑止できるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の第１の側面である電子機器は、第１の配線基板上に半導体チップが搭載されて成る機能モジュールと、並列に配された複数の前記機能モジュールが接続されており、薄膜コンデンサから成る層を有する第２の配線基板とを備え、前記薄膜コンデンサは、並列に配された前記複数の機能モジュールに跨って配置されている。
【０００８】
前記第１の配線基板と前記第２の配線基板は、コア材が異なるようにすることができる。
【０００９】
前記第１の配線基板のコア材はガラスであり、前記第２の配線基板のコア材は有機材料であるようにすることができる。
【００１０】
前記第１の配線基板には、貫通電極が形成されているようにすることができる。
【００１１】
前記第２の配線基板には、前記薄膜コンデンサを挟む対向電極が形成されており、前記第１の配線基板上の前記半導体チップは、前記対向電極と電気的に接続されているようにすることができる。
【００１２】
前記第２の配線基板の前記対向電極は、一方はべた電極であり、他方は分割されたパターニング電極であるようにすることができる。
【００１３】
前記第２の配線基板には、前記機能モジュールが積層されているようにすることができる。
【００１４】
前記第２の配線基板の対向する面それぞれには、前記機能モジュールが接続されているようにすることができる。
【００１５】
前記機能モジュールは、前記第２の配線基板の凹部位に接続されているようにすることができる。
【００１６】
前記第２の配線基板には、前記前記機能モジュールを接続するための標準化されたランドパターンが形成されているようにすることができる。
【００１７】
前記ランドパターンは、少なくともデジタル電源用端子、信号端子、アナログ電源端子、およびGND端子を含むようにすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本開示の一側面によれば、半導体チップの動作に起因するノイズの影響を抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本開示を適用した電子機器に採用されている電子基板の第１の構成例を示す断面図である。
【図２】機能モジュールにおけるＩＣチップの電力配線を示す断面図である。
【図３】機能モジュールに対する薄膜コンデンサの配置例を示す上面図である。
【図４】本開示を適用した電子機器に採用されている電子基板の第２の構成例を示す断面図である。
【図５】薄膜コンデンサの形成方法の一例を示す図である。
【図６】本開示を適用した電子機器に採用されている電子基板の第３の構成例を示す断面図である。
【図７】本開示を適用した電子機器に採用されている電子基板の第４の構成例を示す断面図である。
【図８】本開示を適用した電子機器に採用されている電子基板の第５の構成例を示す断面図である。
【図９】本開示を適用した電子機器に採用されている電子基板の第６の構成例を示す断面図である。
【図１０】本開示を適用した電子機器に採用されている電子基板の第７の構成例を示す断面図である。
【図１１】本開示を適用した電子機器に採用されている電子基板の第８の構成例を示す断面図である。
【図１２】本開示を適用した電子機器に採用されている電子基板の第９の構成例を示す断面図である。
【図１３】本開示を適用した電子機器に採用されている電子基板の第１０の構成例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本開示を実施するための最良の形態（以下、実施の形態と称する）について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２１】
＜電子基板の第１の構成例＞
図１は、本開示の実施の形態である電子機器に採用されている電子基板の第１の構成例の断面図を示している。
【００２２】
第１の構成例は、バイパスコンデンサとしての薄膜コンデンサ１２を内蔵する有機基板１０の上にガラス基板２０が接続され、ガラス基板２０の上に半導体チップ３１が実装されている構造を有する。以下、半導体チップ３１が搭載されているガラス基板２０を、機能モジュール４１と称する。
【００２３】
有機基板１０は、薄膜コンデンサ１２を挟むようにパターニング電極１１とべた電極１３が配されている。なお、有機基板１０は、例えば、薄膜コンデンサ１２の両面側に有機材料を用いてコアレスビルトアップ工法により形成することができる。
【００２４】
パターニング電極１１は、例えばＣｕによって形成される。べた電極１３は、半田によるガラス基板２０との接続時の熱応力の影響を低減させるために、線膨張係数が１５ppm／Ｋよりも低い金属材料、例えば、Ｎｉによって形成される。
【００２５】
薄膜コンデンサ１２は、例えば、10MHz程度で動作するMCUなどに起因する高周波帯域（特にMHz帯）のノイズ抑止を目的とする場合、誘電率１００のBaTiO3、膜厚0.9μｍ、容量0.1μＦの平行平板コンデンサを採用することができる。
【００２６】
ガラス基板２０には、一方の表面に比較的広いピッチの半田接合部２２が設けられ、半田接合部２２を介して有機基板１０と接続される。また、他方の表面に比較的狭いピッチの半田接合部２３が設けられ、半田接合部２３を介して各種の半導体チップ３１が搭載される。さらに、ガラス基板２０には、貫通電極(TGV)２１が形成される。
【００２７】
機能モジュール４１は、例えば、最低限の機能（MCU，Bluetooth（登録商標）など）の半導体チップが搭載されているメインモジュールや、電源・バッテリー充放電管理機能、無線給電機能をもった電源モジュール、加速度センサやジャイロ、温度センサ、湿度センサ、圧力センサなどを搭載したセンサモジュール、無線LANや4G LTEなどの通信機能をもった通信モジュールなどである。なお、各機能モジュール４１に搭載される半導体チップ３１は樹脂封止パッケージ化によりされていてもよいし、ベアチップでも構わない。
【００２８】
図２は、機能モジュール４１における半導体チップ３１の電力配線の一例を示す断面図を示している。
【００２９】
同図に示されるように、半導体チップ３１の電源端子は、ノイズ低減のために有機基板１０の薄膜コンデンサ１２を挟むパターニング電極１１とべた電極１３に接続される。なお、パターニング電極１１は、図示するように、デジタル電源用パターニング電極１１ｄとアナログ電源用パターニング電極１１ａに分けられていてもよい。
【００３０】
図３は、機能モジュール４１に対する薄膜コンデンサ１２の配置の一例を示す上面図である。
【００３１】
同図に示されるように、薄膜コンデンサ１２は、複数の機能モジュール４１に跨ることがされているので、必要とされる容量を確保するために十分な面積を占めて形成することができる。なお、図２に示されたように、パターニング電極１１がデジタル電源用とアナログ電源用に分けられている場合、薄膜コンデンサ１２についても、デジタル電源用薄膜コンデンサ１２ｄとアナログ電源用薄膜コンデンサ１２ａに分けて形成するようにする。
【００３２】
ただし、該電子機器がウェアラブル機器などであって、機能モジュール４１に搭載されている半導体チップ３１がMCUである場合、該MCUはパーソナルコンピュータなどに搭載されているCPUほどの高速動作は行わない。このような場合、薄膜コンデンサ１２は必ずしもICチップ（MCU）の直下に配置しなくてもよい。
【００３３】
＜電子基板の第２の構成例＞
図４は、本開示の実施の形態である電子機器に採用されている電子基板の第２の構成例の断面図を示している。
【００３４】
第２の構成例は、有機基板１０上に、それぞれが樹脂封止されている複数の機能モジュール４１が積層配置された構造を有する。複数の機能モジュール４１を積層配置することにより、電子基板の表面積を小さくすることができる。
【００３５】
複数の樹脂封止された機能モジュール４１（４１ｃと４１ｄ）の間には、再配線層５１が形成されている。また、薄膜コンデンサ１２を含む有機基板１０に接続されている機能モジュール４１ｄには、樹脂貫通ビア５２が形成されている。樹脂貫通ビア５２には、信号線、GND線、電源線などを配することができる。なお、これらの配線は、積層される複数の機能モジュール４１で共通化することができる。
【００３６】
なお、図４の場合、機能モジュール４１の積層数は２であるが、より多層に機能モジュール４１を積層するようにしてもよい。
【００３７】
＜薄膜コンデンサの形成方法＞
薄膜コンデンサ１２は、コアレスビルトアップにより有機基板１０内に埋め込むように形成する他、図５に示されるように形成してもよい。
【００３８】
図５は、薄膜コンデンサ１２の形成方法の一例を示している。同図Ａに示されるように、有機材料から成る配線基板６１と、パターニング電極１１が形成されている薄膜コンデンサ１２を別途作成し、同図Ｂに示されるように、配線基板６１に対して接着層６２を介して薄膜コンデンサ１２を圧着して有機基板１０を形成するようにしてもよい。この場合、同図Ｃに示されるように、薄膜コンデンサ１２上に機能モジュール４１が接続される。
【００３９】
＜電子基板の第３の構成例＞
図６は、本開示の実施の形態である電子機器に採用されている電子基板の第３の構成例の断面図を示している。
【００４０】
第３の構成例は、有機基板１０の両面に、樹脂封止された機能モジュール４１が配置された構造、すなわち、有機基板１０が２つの機能モジュール４１に挟まれた構造を有する。これにより、電子基板の表面積を小さくすることができる。
【００４１】
また、薄膜コンデンサ１２を電子基板の中心付近に配した構造となるので、電子基板の表裏の応力バランスを均衡させることができる。ただし、表裏の電流量のバランス等を配慮して、最も電源ノイズが少なくなるような電気的に最適な位置に薄膜コンデンサ１２を配置するようにしてもよい。
【００４２】
＜電子基板の第４の構成例＞
図７は、本開示の実施の形態である電子機器に採用されている電子基板の第４の構成例の断面図を示している。
【００４３】
第４の構成例は、薄膜コンデンサ１２を含む有機基板１０と、樹脂封止された機能モジュール４１の間にアンダーフィル材７１を配した構造を有する。アンダーフィル材７１を配したことにより、電子基板全体としての剛性を増すことができ、これによって、温度変化によって起こる熱膨張や収縮により電子基板が劣化したり破損したりすることを抑止できる。
【００４４】
さらに、温度変化に起因する電子基板の劣化や破損を抑止するためには、有機基板１０と、機能モジュール４０を成すガラス基板２０との熱膨張係数を近づけることが望ましい。具体的には、例えば、有機基板１０に所定のフィラーを入れたり、有機基板１０内の薄膜コンデンサ１２を多層化したりして、有機基板１０の熱膨張係数を調整すればよい。
【００４５】
＜電子基板の第５の構成例＞
次に、図８は、本開示の実施の形態である電子機器に採用されている電子基板の第５の構成例の断面図を示している。
【００４６】
第５の構成例は、有機基板１０に接続されている機能モジュール４１を、さらに低熱伝導材８１と高熱伝導材８２により樹脂封止した構造を有する。具体的には、第５の構成例を採用した電子機器がウェアラブル機器である場合、ウェアラブル機器はユーザの皮膚に近い位置で使用されることになるので、ユーザが排熱の影響を受けないように、ユーザの皮膚に近い方には低熱伝導材８１を配し、ユーザの皮膚から遠い方には熱伝導性がより高熱伝導材８２を配するようにする。これにより、電子基板全体としての強度を増すとともに、半導体チップ３１から生じた熱を排熱することができる。
【００４７】
＜電子基板の第６の構成例＞
図９は、本開示の実施の形態である電子機器に採用されている電子基板の第６の構成例の断面図を示している。
【００４８】
第６の構成例は、有機基板１０をくりぬいて凹部位９１を形成し、凹部位９１に機能モジュール４１を配した構造を有する。これにより、電子基板の厚みを薄くすることができ、延いては電子機器の低背化を実現することができる。
【００４９】
＜電子基板の第７の構成例＞
図１０は、本開示の実施の形態である電子機器に採用されている電子基板の第７の構成例の断面図を示している。
【００５０】
第７の構成例は、第６の構成例と同様、有機基板１０をくりぬいて凹部位９１を形成し、凹部位９１に機能モジュール４１を配した構造を有する。
【００５１】
さらに、第７の構成例は、電子基板に対して曲げ応力が生じた場合の湾曲の中心が電子基板の中で最も応力に弱い部分（薄膜コンデンサ１２、ガラス基板２０、および半田接合部２２付近）とほぼ一致するように形成されている。これにより、電子基板の厚みを薄くすることができ、延いては電子機器の低背化を実現することができることに加えて、耐湾曲、耐衝撃性を高めることができる。なお、ガラス基板２０の厚さを調整すれば、寄生インダクタンスを調整することができる。
【００５２】
＜電子基板の第８の構成例＞
図１１は、本開示の実施の形態である電子機器に採用されている電子基板の第８の構成例の断面図を示している。
【００５３】
第８の構成例は、有機基板１０の表面に、１以上の機能モジュール用ランドパターン１００を配置した構造を有する。機能モジュール用ランドパターン１００は、機能モジュール４１を接続するため接続端子群であり、少なくともデジタル電源用端子１０１、信号端子１０２、アナログ電源端子１０３、およびGND端子１０４を複数の端子が標準化された位置に配されている。
【００５４】
有機基板１０の表面に機能モジュール用ランドパターン１００を形成することにより、どのような種類の機能モジュール４１が接続されても、ノイズ抑止効果を発揮できる有機基板１０を実現できる。また、機能モジュール４１との接続端子が標準化されるように、空気基板１０の設計工数を減らすることができる。さらに、図示は省略するが、有機基板１０内の信号線レイアウトも標準化すれば、より工数を削減することができる。
【００５５】
＜電子基板の第９の構成例＞
図１２は、本開示の実施の形態である電子機器に採用されている電子基板の第９の構成例の断面図を示している。
【００５６】
第９の構成例は、有機基板１０内に２層以上の薄膜コンデンサ１２を配した構造を有する。
【００５７】
これら２層以上の薄膜コンデンサ１２はビア１２１を介して電気的に並列に接続してもよい。この場合、有機基板１０の面積当たりのバイパスコンデンサの容量を増やすことができる。また、これら２層以上の薄膜コンデンサ１２のそれぞれを別々の電源に接続してもよい。
【００５８】
積層する薄膜コンデンサ１２は、全てが同じ面積（容量）である必要はなく、その面積（容量）比を、例えば１，２，４，８…として、それらを任意に組み合わせることにより、バイパスコンデンサの容量を調整するようにしてもよい。
【００５９】
また、２層以上の薄膜コンデンサ１２を配したことにより、有機基板１０の剛性を高めることができる。
【００６０】
＜電子基板の第１０の構成例＞
図１３は、本開示の実施の形態である電子機器に採用されている電子基板の第１０の構成例の断面図を示している。第１０の構成例は、樹脂材料１３１により樹脂封止された機能モジュール４１の上面に再配線層１３２が配され、再配線層１３２の上面に、薄膜コンデンサ１２を含む有機基板１０が配置された構造を有する。これにより、電子基板の表面積を小さくすることができる。
【００６１】
機能モジュール４１を挟む２枚の有機基板１０の間は、再配線層１３２および貫通ビア１３３を介して接続されており、それぞれに内蔵されている薄膜コンデンサ１２は、上述した第９の構成例と同様、両者を電気的に並列に接続してバイパスコンデンサの容量を増やしたり、両者を別々の電源に接続したりすることができる。
【００６２】
＜まとめ＞
以上に説明した電子基板の第１乃至第１０の構成例によれば、半導体チップ３１の動作に起因して発生するノイズの電源電圧に対する影響を抑止することができる。また、バイパスコンデンサとして薄膜コンデンサを用いるので、電子基板の表層に実装する部品点数を削減することができ、電子基板の実装面積を減らすことができる。
【００６３】
また、半導体チップ３１を薄膜コンデンサ１２が内蔵された有機基板１０に直接実装するのではなく、半導体チップ３１をガラス基板２０に搭載した状態で有機基板１０に接続するので両差の熱膨張係数の大きなギャップを低減することができる。これによって製造工程やで使用環境における温度の変化による熱応力を緩和することができ、延いては、該電子機器の信頼性を高めることができる。
【００６４】
薄膜コンデンサ１２をガラス基板２０内ではなく、有機基板１０内に配する構造としたことにより、微細加工を必要とするガラス基板作製プロセスと、比較的微細な加工を必要としない有機基板作製プロセスを分離することができるため、工程を簡素化することができる。
【００６５】
なお、以上に説明した電子基板の第１乃至第１０の構成例は適宜組み合わせることができる。
【００６６】
また、本開示の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【００６７】
本開示は以下のような構成も取ることができる。
（１）
第１の配線基板上に半導体チップが搭載されて成る機能モジュールと、
並列に配された複数の前記機能モジュールが接続されており、薄膜コンデンサから成る層を有する第２の配線基板とを備え、
前記薄膜コンデンサは、並列に配された前記複数の機能モジュールに跨って配置されている
電子機器。
（２）
前記第１の配線基板と前記第２の配線基板は、コア材が異なる
前記（１）に記載の電子機器。
（３）
前記第１の配線基板のコア材はガラスであり、前記第２の配線基板のコア材は有機材料である
前記（２）に記載の電子機器。
（４）
前記第１の配線基板には、貫通電極が形成されている
前記（１）から（３）のいずれかに記載の電子機器。
（５）
前記第２の配線基板には、前記薄膜コンデンサを挟む対向電極が形成されており、
前記第１の配線基板上の前記半導体チップは、前記対向電極と電気的に接続されている
前記（１）から（４）のいずれかに記載の電子機器。
（６）
前記第２の配線基板の前記対向電極は、一方はべた電極であり、他方は分割されたパターニング電極である
前記（５）に記載の電子機器。
（７）
前記第２の配線基板には、前記機能モジュールが積層されている
前記（１）から（６）のいずれかに記載の電子機器。
（８）
前記第２の配線基板の対向する面それぞれには、前記機能モジュールが接続されている
前記（１）から（７）のいずれかに記載の電子機器。
（９）
前記機能モジュールは、前記第２の配線基板の凹部位に接続されている
前記（１）から（８）のいずれかに記載の電子機器。
（１０）
前記第２の配線基板には、前記前記機能モジュールを接続するための標準化されたランドパターンが形成されている
前記（１）から（９）のいずれかに記載の電子機器。
（１１）
前記ランドパターンは、少なくともデジタル電源用端子、信号端子、アナログ電源端子、およびGND端子を含む
前記（１０）に記載の電子機器。
【符号の説明】
【００６８】
１０  有機基板，  １１  パターニング電極，  １２  薄膜コンデンサ，  １３  べた電極，  ２０  ガラス基板，  ２１  貫通電極，  ２２，２３  半田接合部，  ３１  半導体チップ，  ４１  機能モジュール，  ７１  アンダーフィル材，  ８１  低熱伝導材，  ８２  高熱伝導材，  １００  機能モジュールランドパターン，  １０１  デジタル電源端子，  １０２  信号性端子，  １０３  アナログ電源端子，  １０４  GND端子
【図１】
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【図２】
2016219737.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2016219737.tif 000009
【図８】
2016219737.tif 000010
【図９】
2016219737.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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