JP5481701B2 - 電子装置および電子装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子装置および電子装置の製造方法に関し、さらに詳細には、表面にシールド材が接合される電子装置および当該電子装置の製造方法に関する。

従来の電子装置には、基板上に実装された電子部品を電磁波から保護するためのシールド材を備えたものがある（特許文献１、特許文献２参照）。

ここで、図９に従来の電子装置１００の例を示す（特許文献１参照）。より詳しくは、電子装置１００は、大略すると基板１０１と、電子部品（ここでは半導体チップ）６８と、実装用端子１０５と、グラウンド端子７６と、トランスファーモールド樹脂７７と、シールド材１０７とを有した構成とされている。

基板１０１は、大略すると基材５２と、貫通ビア５３と、上部配線５４と、上部樹脂層５５と、ビア５８，８３と、ワイヤ接続部６１と、接続パッド６３，１０４と、ソルダーレジスト６６，１０３と、下部配線８１と、下部樹脂層８２とを有した構成とされている。接続パッド１０４は、ビア８３と接続されるよう下部樹脂層８２の面８２Ａに設けられている。接続パッド１０４は、実装用端子１０５を配設するためのものである。ソルダーレジスト１０３は、下部樹脂層８２の面８２Ａを覆うと共に、接続パッド１０４を露出させるよう下部樹脂層８２に設けられている。また、接続パッド６３は、ビア５８と接続されるよう上部樹脂層５５上に設けられている。

実装用端子１０５は、略球形状の導体であり、接続パッド１０４上に配設されている。実装用端子１０５は、マザーボード等の他の基板と電気的に接続するための外部接続端子である。

グラウンド端子７６は、グラウンド電位とされた導体であり、その形状は平坦な面７６Ａを有した略球形状とされている。電極端子（グラウンド端子）７６は、接続パッド６３上に配設されている。グラウンド端子７６の平坦な面７６Ａは、トランスファーモールド樹脂７７に露出されると共に、トランスファーモールド樹脂７７の面７７Ａと略面一とされている。

金属板を用いて形成されるシールド材１０７は、グラウンド端子７６と電気的に接続されることで、電磁波等の悪影響を抑制するシールド機能を奏するものである。シールド材１０７は、導電性接合材（例えば、はんだペースト）１０８を介してグラウンド端子７６の平坦な面７６Ａと電気的に接続されている。

また、シールド材１０７として金属層を用いた場合には、導電性接合材（例えば、Ａｇフィラー含有エポキシ樹脂）により金属層とグラウンド端子７６とを電気的に接続することができる。金属層としては、例えば、銅箔、Ｃｕめっき層等を用いることができる。また、Ｃｕめっき層上に保護膜としてＡｕ層を設けても良い。

また、図１０に従来の電子装置１００の変形例を示す（特許文献１参照）。より詳しくは、図９に示すシールド材１０７の代わりに、基板１０１の側面を覆うようなケース状のシールド材１２５を設ける構成である。このようなシールド材１２５を設けることにより、シールド材１０７を適用した場合よりも高いシールド効果を得ることができる。

特開２００６−１９０７６７号公報 特開２００８−１４７５７２号公報

しかし、シールド材と基板の電極端子とが、はんだペーストあるいは導電性接合材を用いて接合（電気的な接続も含む）された電子装置においては、熱衝撃（すなわち温度上昇および温度降下の繰り返し）を受けた際に、当該接合された箇所において断線が発生し得る課題があった。この断線発生の主たる要因は、シールド材とモールドパッケージ（基板上に電子部品等が実装された後、封止樹脂を用いてモールドされた状態の構造体）との熱膨張差であると考えられる。

上記事情に鑑み、本発明は、シールド材と基板の電極端子とが接合される電子装置において、接合箇所の断線を防止することが可能な電子装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

一実施形態として、以下に開示するような解決手段により、前記課題を解決する。

開示の電子装置は、矩形状の基板と、前記基板上に実装された電子部品と、前記基板上の周縁部に立設された電極ポストと、前記電子部品および前記電極ポストを被覆して前記基板上に設けられた封止樹脂と、からなり、前記電極ポストの端面が、前記封止樹脂表面に露出した構造体を有し、前記電極ポストの端面上に配設される導電性接合材と、前記封止樹脂の表面上で且つ該電極ポストの端面露出位置と異なる位置に配設される接合材とによって、前記封止樹脂の表面にシールド材が接合されており、前記接合材は、前記導電性接合材に対して、弾性率が小さく、前記電極ポストは、前記基板の周縁部の一箇所に設けられており、前記接合材は、前記基板の異なる三つのコーナー部に配設されていることを要件とする。

開示の電子装置によれば、シールド材と基板の電極端子とが接合される箇所の断線を防止することが可能となる。

本発明の第一の実施形態に係る電子装置の例を示す概略図である。 図１の電子装置の変形例を示す概略図である。 図１の電子装置の他の変形例を示す概略図である。 本発明の第二の実施形態に係る電子装置の例を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る電子装置の製造方法を説明するための説明図である。 本発明の実施形態に係る電子装置の製造方法を説明するための説明図である。 本発明の実施形態に係る電子装置の製造方法を説明するための説明図である。 本発明の実施形態に係る電子装置の製造方法を説明するための説明図である。 従来の実施形態に係る電子装置の例を示す概略図である。 従来の実施形態に係る電子装置の例を示す概略図である。 発明者が検討した電子装置の例を示す概略図である。

本発明の第一の実施形態に係る電子装置１の概略図を図１に示す。ここで、図１（ａ）は、電子装置１の平面図（後述のシールド材６については不図示）であり、図１（ｂ）は、電子装置１の断面図（図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図）である。

本実施形態に係る電子装置１は、基板上に実装された電子部品を電磁波から保護するためのシールド材を備えた電子装置である。その概略構成として、電子装置１は、基板２と、電子部品４と、グラウンド電位の電極端子となる電極ポスト５と、封止樹脂３と、シールド材６とを備える。本実施形態においては、矩形状の基板２の中央部に電子部品４が搭載され、周縁部に電極ポスト５が立設されて、図１（ｂ）に示すように封止樹脂３を用いてモールドされている。なお、基板２上に電子部品４および電極ポスト５が設けられて封止樹脂３によりモールドされた構造体を、以下において「モールドパッケージ」と称する（符号７）。

ここで、基板２上に搭載される電子部品４の例としては、半導体チップ、チップキャパシタ、チップ抵抗等、各種電子部品が挙げられる。また、搭載の方法についても、フリップチップボンディング、ワイヤボンディング等、各種方法を適用することができる。なお、図１は、フリップチップボンディングにより、電子部品４のバンプ２８が、導電性接合材（ここでは、はんだ）２９を介して、基板２上の接続パッド２４に接合されている場合の例を示す（図９、図１０を除く他の図において同様）。

本実施形態における基板２は、下層基板２ａと上層基板２ｂとを有する多層基板である。ただし、多層基板に限定されるものではない。ここで、特に、グラウンド電位となる貫通ビア２１、２２、２３、および接続パッド２４、２５、配線パターン２６について図１（ｂ）中に図示する。
上層基板２ｂ上に実装された電子部品４のグラウンド端子（不図示）が貫通ビア２２を介して配線パターン２６と接続される。同様に上層基板２ｂ上に立設された電極ポスト５がグラウンド用の接続パッド２４および貫通ビア２３を介して配線パターン２６と接続される。配線パターン２６は、貫通ビア２１を介して下層基板２ａの一面側（図１（ｂ）中の下面側）に設けられた接続パッド２５と接続される。当該接続パッド２５には、はんだボール等の実装用端子（不図示）が配設されて、マザーボード等の他の基板と電気的に接続される。

ここで、電極ポスト５は、グラウンド電位とされた導体であり、一例として、Ｃｕ（銅）等の金属柱（例えば、円柱状、四角柱状等）からなる。本実施形態においては、導電性接合材（はんだ、もしくは導電性樹脂等）２７を用いて、基板２の接続パッド２４に接合される。なお、金属柱に代えて、Ｃｕめっき等により基板２の接続パッド２４上に作り込んでもよい。
一般に、電子装置では、基板の中央部に高密度に配線が引き回され、且つ各種電子部品が搭載されるため、必然的に電極ポストはコーナー部等の基板周縁部に設けざるを得ない。

当該電極ポスト５は、貫通ビア２３と接続されていない一面側（図１（ｂ）中の上面側）の端面（以下、単に「上端面」という）が、モールドパッケージ７における封止樹脂３の表面（基板２と接しない側の面）から露出するように形成される。例えば、後述するように、封止樹脂３により電極ポスト５が覆われるようにモールドされた後に、当該電極ポスト５の上端面が露出するように封止樹脂の一部を除去することによって、上記の露出形状に形成される。この場合、封止樹脂３の表面に対して電極ポスト５の上端面が窪んだ状態となる。
本実施形態に特徴的な構成として、電極ポスト５は、図１（ａ）に示すように、基板の一つのコーナー部（ここではコーナー部Ｃ１）にのみ設けられる。なお、変形例として、図２に示すように、一つのコーナー部において、複数の電極ポスト５を近接させて設ける構成も考えられる。ここで、図２（ａ）は、電子装置１の平面図（後述のシールド材６については不図示）であり、図２（ｂ）は、電子装置１の断面図（図２（ａ）のＢ−Ｂ線断面図）である。

また、シールド材６は、電極ポスト５と電気的に接続されることで、電磁波等の悪影響を抑制するシールド機能を奏するものである。一例として、導電性金属材料を用いて平板状に形成される。ここで、本実施形態に特徴的な構成として、シールド材６は、モールドパッケージ７の表面に露出している電極ポスト５の上端面の上に配設される導電性接合材１１と、モールドパッケージ７の表面上で且つ電極ポスト５の上端面が露出する位置（ここではコーナー部Ｃ１）とは異なる位置のコーナー部（ここではコーナー部Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）に配設される接合材１２とによって、モールドパッケージ７の表面（封止樹脂３の表面）に接続されている（図１（ａ）、図１（ｂ）参照）。

ここで、接合材１２は、導電性接合材１１に対して、弾性率が小さい特性を有する。例えば、導電性接合材１１としては、Ａｇ（銀）やＡｕ（金）等の導電性フィラーをエポキシやポリイミド等の樹脂に含有させたものの他、各種はんだを用いることができる。一方、接合材１２としては、電子装置使用中の高温時（１００℃〜１５０℃）にガラス転移温度を越えて弾性率が低下する樹脂（エポキシ、ポリイミド等）を用いると好適である。
特に、電子装置１使用中の高温時（１００℃〜１５０℃）において、接合材１２のみがガラス転移温度を越えるように設定することによって、導電性接合材１１部分は所要の接合強度を保持しつつ、接合材１２部分で熱膨張差による応力を緩和できるため好適である。
また、特に、モールドパッケージ７の封止樹脂３にエポキシを用いる場合に、接合材１２にも同種のエポキシを用いると、接着性が向上するため好適である。
本実施形態では、導電性接合材１１はＡｇ（銀）フィラー含有エポキシ樹脂であり、接合材１２はエポキシ樹脂である。それぞれの材料における常温時（２０℃±１５℃）の弾性率を表１に示す。なお、接合箇所における接合面積は、導電性接合材１１および接合材１２のいずれも直径１［ｍｍ］程度である。

一方、本実施形態におけるシールド材６は、導電性を有する金属板材を用いて平板状に形成される。導電性を有する金属板材の材料としては、例えば、ステンレス合金、あるいは洋白（Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ合金）等を用いることができる。一例として、シールド材６の板厚は、５０［μｍ］〜１００［μｍ］程度である。また、シールド材６とモールドパッケージ７との隙間は５０［μｍ］〜８０［μｍ］程度である。
なお、シールド材６は、導電性を有する金属層を用いて薄膜状に形成する構造も考えられる。当該金属層の例としては、膜厚１０［μｍ］〜３０［μｍ］程度の銅箔、Ｃｕめっき層等が挙げられる。

また、変形例として、図３に示すように、シールド材６を、基板２の側面位置まで覆うことが可能な箱状（一面側が開口する箱状）に形成してもよい。このような形状のシールド材６を設けることにより、図１（ｂ）に示すような平板状のシールド材６を適用した場合と比べて、より一層、高いシールド効果を得ることができる。

ここで、比較例として、発明者が検討した電子装置２００を図１１に示す。図１１（ａ）は、電子装置２００の平面図（シールド材２０６については不図示）であり、図１１（ｂ）は、電子装置２００の断面図（図１１（ａ）のＨ−Ｈ線断面図）である。
一般的に、電子装置は、使用時に１００℃から１５０℃程度の高温に達する。このような高温環境下では、電子装置を構成する各材料間の熱膨張差（熱膨張係数差）による応力が発生する。そのため、例えば図１１に示すような、平面視矩形状の基板２０２の各コーナー部Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４に設けた電極ポスト２０５とシールド材２０６とを接合した電子装置２００においては、電極ポスト２０５とシールド材２０６との接合部で大きな応力が発生して、破断が生じ得る。
特に、最も距離が長くなる接合箇所間（例えば、電極ポスト２０５ａと電極ポスト２０５ｂとの間等）に、シールド材２０６とモールドパッケージ２０７との熱膨張差が大きく作用する。その結果、熱衝撃を受けた際に、導電性接合材２１１を用いて接合されているシールド材２０６とモールドパッケージ２０７（ここでは電極ポスト２０５ａ、２０５ｂ）との接合部に断線が発生し得る。
しかしながら、その一方で、電子装置２００に例示される一般的な電子装置では、基板の中央部に高密度に配線が引き回され、且つ各種電子部品が搭載されるため、必然的に電極ポストはコーナー部等の基板周縁部に設けざるを得ないという制約がある。

これに対して、上記の構成を備える電子装置１によれば、接合材１２は、電子装置１の使用中における高温時（１００℃〜１５０℃）にガラス転移温度を越えて、常温時（２０℃±１５℃）よりもさらに弾性率が低下し、電子装置１を構成する各材料間の熱膨張差（熱膨張係数差）による応力を緩衝することが可能となる。
すなわち、電極ポスト５を基板の周縁部の一箇所（第一の実施形態ではコーナー部Ｃ１）に設けると共に、導電性接合材１１を用いて電極ポスト５の上端面とシールド材６とを接合し、且つ当該導電性接合材１１に対して弾性率が小さい特性を有する接合材１２を用いてモールドパッケージ７の表面とシールド材６とを接合する構成によって、シールド材６とモールドパッケージ７との熱膨張差が大きく作用しても、熱衝撃の影響を接合材１２による接合部で緩和して、導電性接合材１１による接合部の断線を抑制する効果が奏される。

続いて、本発明の第二の実施形態に係る電子装置１の概略図を図４に示す。ここで、図４（ａ）は、電子装置１の平面図（シールド材６については不図示）であり、図４（ｂ）は、電子装置１の断面図（図４（ａ）のＦ−Ｆ線断面図）であり、図４（ｃ）は、電子装置１の断面図（図４（ａ）のＧ−Ｇ線断面図）である。
本実施形態に係る電子装置１の概略構成は、前記第一の実施形態と同様であるため、以下、構造上の相違点を中心に説明を行う。

本実施形態に特徴的な構成として、電極ポスト５は、図４（ａ）に示すように、基板のコーナー部以外の周縁部の一箇所に設けられる。一例として、コーナー部Ｃ１とコーナー部Ｃ２との中間部であるＤ部に電極ポスト５が立設される（図４（ａ）、図４（ｃ）参照）。

また、本実施形態では、シールド材６は、モールドパッケージ７の表面に露出している電極ポスト５の上端面の上に配設される導電性接合材１１と、モールドパッケージ７の表面上で且つ電極ポスト５の上端面が露出する位置（ここでは周縁部のＤ部）とは異なる位置のコーナー部（ここではコーナー部Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）に配設される接合材１２とによって、モールドパッケージ７の表面に接続されている（図４（ａ）〜図４（ｃ）参照）。

上記の構成を備える本実施形態に係る電子装置１によれば、前述の第一の実施形態に係る電子装置１と同様の効果を得ることができる。

続いて、本発明の実施形態に係る電子装置１の製造方法について説明する。なお、第一の実施形態（図１（ａ）、図１（ｂ）参照）の場合を例に挙げて説明するが、第二の実施形態の場合も同様である。
ここで、図５〜図８は、電子装置１の製造工程を説明するための概略図であって、図１（ｂ）と同様に基板２を対角線で切断した断面図として図示している。

先ず、図５に示すように、公知の製造方法によって、グラウンド電位となる貫通ビア２１、２２、２３、および接続パッド２４、２５、配線パターン２６を有する基板（本実施形態では、下層基板２ａと上層基板２ｂとからなる多層基板）２を形成する。なお、図の簡略化のため、信号等のラインとなる配線、貫通ビア、接続パッド等は不図示としている（図６〜図８において同様）。
次いで、上層基板２ｂ上の電子部品実装領域に電子部品４を実装する（例えば、フリップチップ実装方法を用いる）。その後、電極ポスト５を上層基板２ｂの接続パッド２４上に導電性接合材（ここでは、はんだ）２７を用いて接合する。これにより、電極ポスト５は、接続パッド２４および導電性接合材２７を介して貫通ビア２３と電気的に接続される。
ここで、本実施形態に特徴的な構成として、電極ポスト５は、基板２の一つのコーナー部にのみ立設する（図１（ａ）参照）。

なお、一例として、基板２は矩形状であって一辺の長さが６［ｍｍ］程度、厚さが０．３［ｍｍ］程度である。また、電極ポスト５は四角柱状であって基板２の実装面に平行な方向の一辺の長さが０．５［ｍｍ］程度、高さ（基板２の実装面に垂直な方向の一辺の長さ）が０．６［ｍｍ］程度である。

次いで、図６に示すように、電子部品４等を保護するために、封止樹脂３を用いて基板２の実装面側のモールドを行う（モールドパッケージ７が形成される）。このとき、封止樹脂３の厚さは、電子部品４および電極ポスト５を覆うことのできる厚さとする。封止樹脂３の材料は特に限定されないが、配線間の短絡を防止するために、絶縁性を有するエポキシ等の樹脂であることが必要となる。

次いで、図７に示すように、電極ポスト５の上端面の上方位置の封止樹脂３を除去して、モールドパッケージ７から電極ポスト５を露出させる。本実施形態においては、電極ポスト５の上端面の上方位置における封止樹脂３のみを、レーザ加工やサンドブラスト等の方法を用いて除去する。これにより、電子部品４を覆う封止樹脂３を必要最小限の厚さに形成しつつ、電極ポスト５の形成高さを低く抑えることができるため、電子装置１全体の厚さを薄くできるという効果が得られる。
なお、封止樹脂３の除去面積は、電極ポスト５の上端面の面積と同一の大きさに限定されるものではない。また、モールドパッケージ７の表面全域に渡ってグラインダーで研磨し、上層部分の封止樹脂３を除去して、電極ポスト５の上端面を露出させる方法を採用してもよい。

次いで、図８に示すように、シールド材６を導電性接合材１１および接合材１２を用いてモールドパッケージ７の表面に接合する。ここで、本実施形態に特徴的な構成として、モールドパッケージ７の表面に露出している電極ポスト５の上端面の上に導電性接合材１１を配設する。また、モールドパッケージ７の表面上で且つ電極ポスト５の上端面が露出する位置とは異なる位置のコーナー部の封止樹脂３表面に接合材１２を配設する（図１（ａ）、図１（ｂ）参照）。
このようにして、電子装置１が製造される。

以上、説明した通り、開示の電子装置およびその製造方法によれば、導電性接合材を用いて接合されたシールド材と基板の電極端子との接合部が、熱衝撃（温度上昇および温度降下の繰り返し）を受けた際に、断線してしまうことを防止することができる。

なお、本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、本発明を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。特に、矩形状の基板の中央部に電子部品が実装される電子装置を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、矩形状以外の形状を有する基板にも同様に適用することが可能であり、また、基板の中央部から周縁部に及ぶ位置に複数の電子部品を搭載する場合であっても同様に適用することが可能である。

１、２００ 電子装置
２、２０２ 基板
３、２０３ 封止樹脂
４、２０４ 電子部品
５、２０５、２０５ａ、２０５ｂ 電極ポスト
６、２０６ シールド材
７、２０７ モールドパッケージ
１１、２７、２９、２１１、２２７、２２９ 導電性接合材
１２ 接合材
２１、２２、２３、２２１、２２２、２２３ 貫通ビア
２４、２５、２２４、２２５ 接続パッド
２６、２２６ 配線パターン
２８、２２８ バンプ

Claims (10)

1. 矩形状の基板と、
   前記基板上に実装された電子部品と、
   前記基板上の周縁部に立設された電極ポストと、
   前記電子部品および前記電極ポストを被覆して前記基板上に設けられた封止樹脂と、からなり、
   前記電極ポストの端面が、前記封止樹脂表面に露出した構造体を有し、
   前記電極ポストの端面上に配設される導電性接合材と、前記封止樹脂の表面上で且つ該電極ポストの端面露出位置と異なる位置に配設される接合材とによって、前記封止樹脂の表面にシールド材が接合されており、
   前記接合材は、前記導電性接合材に対して、弾性率が小さく、
   前記電極ポストは、前記基板の周縁部の一箇所に設けられており、
   前記接合材は、前記基板の異なる三つのコーナー部に配設されていること
   を特徴とする電子装置。
2. 前記電極ポストは、前記基板の一つのコーナー部に立設されていること
   を特徴とする請求項１記載の電子装置。
3. 前記封止樹脂は、表面の前記電極ポストが露出する部分が窪んだ形状を有すること
   を特徴とする請求項１または請求項２記載の電子装置。
4. 前記シールド材は、前記基板の側面位置まで覆う形状を有すること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の電子装置。
5. 前記電極ポストは、複数の電極ポストが近接させて設けられていること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の電子装置。
6. 矩形状の基板に電子部品を実装する工程と、
   前記基板の周縁部に電極ポストを立設する工程と、
   前記電子部品および前記電極ポストを、封止樹脂を用いてモールドして、モールドパッケージを形成する工程と、
   前記モールドパッケージの上層部分の封止樹脂を除去して、前記電極ポストの端面を露出させる工程と、
   前記電極ポストの端面上に導電性接合材を配設する工程と、
   前記封止樹脂の表面上であって、且つ前記電極ポストの端面が露出する位置とは異なる位置に接合材を配設する工程と、
   前記導電性接合材と前記接合材とによって、前記封止樹脂の表面にシールド材を接合する工程と、を備え、
   前記接合材は、前記導電性接合材に対して、弾性率が小さく、
   前記基板の周縁部に電極ポストを立設する工程は、
   前記基板の周縁部の一箇所に電極ポストを立設する工程であり、
   前記接合材を配設する工程は、
   前記基板の異なる三つのコーナー部に接合材を配設する工程であること
   を特徴とする電子装置の製造方法。
7. 前記モールドパッケージの上層部分の封止樹脂を除去して、前記電極ポストの端面を露出させる工程は、
   前記電極ポストの立設位置の上方位置における封止樹脂のみを除去して、前記電極ポストが露出する部分を窪んだ形状にする工程であること
   を特徴とする請求項６記載の電子装置の製造方法。
8. 前記基板の周縁部に電極ポストを立設する工程は、
   前記基板の一つのコーナー部に電極ポストを立設する工程であること
   を特徴とする請求項６または請求項７記載の電子装置の製造方法。
9. 前記シールド材は、前記基板の側面位置まで覆う形状を有すること
   を特徴とする請求項６〜８のいずれか一項記載の電子装置の製造方法。
10. 前記基板の周縁部に電極ポストを立設する工程は、
    複数の電極ポストを近接させて立設する工程であること
    を特徴とする請求項６〜９のいずれか一項記載の電子装置の製造方法。

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