JP2013033776A - 回路基板、回路モジュール、及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】内包した電子部品へのノイズ遮断機能をもち、薄型・小型対応な回路基板に対し、外部応力への耐性を強めた信頼性の高い回路基板を提供する。
【解決手段】回路基板１は厚さが薄い直方体形状を有するものであって、基材２と、凹部３と、電子部品４と、溝５と、電極６と、絶縁性樹脂７と、導電性樹脂８、とを備えており、導電性樹脂８と電極６Bとの接続を溝５の内部で行っているので、回路基板表面へ外部応力が加わったとしても基材2の内部にある電極６Bと導電性樹脂８との接続面への応力は緩和されるので、外部応力に強い電気接続が得られる。また、溝５の内部に導電性樹脂８が入るので、基材２と導電性樹脂８の接続を強固なものとすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁シールドと薄型化とが同時に実現可能な回路基板、及びこの回路基板を備えた回路モジュールと電子機器に関するものである。

従来、基材上に凹部を形成し凹部に複数の要素部品を搭載してなる小型の電子部品が急速に普及している。この種の電子部品には、例えば、ＩＣやハイブリットモジュール等のように封止或いはモールドされたもの又は金属製キヤップで部品を覆ったもの、金属製キヤップに収納されたもの、前述の部品そのものを搭載した回路基板、などが存在する。

例えば、凹部上にＣＰＵやメモリ等のノイズ対策が必要な要素部品を搭載した場合、凹部を覆うようにシールド対策を施すことが対策は必要不可欠である。しかしながら、金属キヤップを搭載することによって電子部品の完成厚みは増大する。このため、近年、基板上の凹部に実装した要素部品に対してシールド効果を付与し、さらに薄型化に対応するため、回路基板の凹部に搭載した要素部品を導電性樹脂で被覆封止するようにした回路基盤の製造方法などが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

即ち、図７（Ｄ）に示す回路モジュール１００では、基板端部を除く主面の一部に凹部１０１を形成し、凹部１０１に要素部品１０２を搭載する。その後、要素部品１０２の上面側に封止樹脂層１０３を形成する。次に、主面に設けられた電極１０４と封止樹脂層１０３とを被覆するように導電性樹脂層１０５を形成する。電極１０４は該定電位導体パターン１０６と内部で接続しているため、要素部品１０２に対するシールド効果が得られる。これにより、高いノイズシールド性を持ちながら、極めて薄い構造をとることができる。

特許第２５６５３００号公報

しかしながら、上述した従来技術においては、電極と導電性樹脂との接続面が基材表面とほぼ同一面となっているため、外部応力が接続面にかかり易く、電極と導電性樹脂との接続が剥離し易いという課題がある。例えば、携帯電話など、ポータブルデバイスにおいては落下衝撃による応力に耐えうることが必須であり、電極と導電性樹脂との接続を強固なものにする開発が各種検討されているが、特に有効な手段が見いだされていない。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、電子部品への強固な電磁シールド性を有し、かつ、電極と導電性樹脂との接続を強固なものとした薄型対応可能な回路基板を提供することを目的とするものである。

本発明の回路基板は、基材と、基材に形成された凹部と、凹部に配置された電子部品と、凹部の頂面に形成され、内部に電極を備えた溝と、凹部に充填され電子部品に接する絶縁性樹脂と、絶縁性樹脂と電子部品を覆い溝に充填され、溝の内部で電極と電気的に接続される導電性樹脂と、を備えている。

凹部の内部に電子部品を配置することによって薄型化ができる上に、電極と導電性樹脂との接続を溝の内部で行うことによって、回路基板の製造工程で、凹部の頂面と絶縁性樹脂を共に研磨したとしても、電極と導電性樹脂との電気的接続を確保することができる。更に、溝の内部に導電性樹脂が入るので、基材と導電性樹脂の接続を強固なものとすることができる。これによって応力に強く、薄型対応可能な回路基板を提供できる。

また、本発明の一態様として、上記回路基板であって、溝を凹部の４辺に形成する、ものである。
これにより、形成された溝は凹部に配置された全ての電子部品を囲うことができ、電子部品に対し強固な電磁シールドを施すことができる。

また、本発明の一態様として、上記回路基板であって、電極を溝の底部に配置するものである。
これにより溝の側面は基材が露出する構造となり、導電性樹脂が溝の側面で基材と接続することで、導電性樹脂と基材の接続が強固なものとなる。これにより、電極と導電性樹脂との接続面が接続強度の高い導電性樹脂と側面との接続面に囲まれることとなり、電極と導電性樹脂の接続強度を向上させることができる。

凹部の内部に電子部品を配置することによって薄型化ができる上に、電極と導電性樹脂との接続を溝の内部で行うことによって、回路基板の製造工程で、凹部の頂面と絶縁性樹脂を共に研磨したとしても、電極と導電性樹脂との電気的接続を確保することができる。更に、溝の内部に導電性樹脂が入るので、基材と導電性樹脂の接続を強固なものとすることができる。これによって応力に強く、薄型対応可能な回路基板を提供できる。

本発明の実施の形態１による回路基板の構成を示した断面図 本発明の実施の形態１による回路基板の製造方法を示す断面図及び上面図 本発明の実施の形態２による回路基板の構成を示した上面図 本発明の実施の形態２による回路基板の溝の第１の変形例を示した上面図 本発明の実施の形態２による回路基板の溝の第１の変形例を示した上面図 本発明の実施の形態３による回路基板の構成を示した断面図 図６の溝に電極を配置した回路基板の構成を示した断面図 従来の回路基板の構成を示した断面図 本発明の実施の形態４による回路基板の構成を示した断面図 本発明の実施の形態４による回路基板の製造方法を示す断面図 本発明の実施の形態５による回路基板の構成を示した上面図 本発明の実施の形態６による回路基板の構成を示した上面図 本発明の実施の形態６による回路基板の製造方法を示す断面図 本発明の実施の形態７による回路基板の構成を示した断面図 本発明の実施の形態８による回路基板の構成を示した断面図 本発明の実施の形態９による回路基板の構成を示した断面図 本発明の実施の形態１０による回路基板の構成を示した上面図

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は本発明を適応した回路基板１を示している。回路基板１は厚さが薄い直方体形状を有するものであって、基材２と、凹部３と、複数（本実施形態では二つ）の電子部品４と、溝５と、電極６と、絶縁性樹脂７と、導電性樹脂８、とを備えている。
基材２は、例えばガラス、セラミックス、エポキシ樹脂などの適宜の絶縁性の材料で構成されるもので、片面もしくは両面に凹部３と溝５が形成されており、凹部３の底部３Aおよび基板表面には電子部品４を搭載するための電極６A、６Cを、溝５には導電性樹脂８との接続に用いる電極６Bを備えている。
絶縁性樹脂７は、基材２および電子部品４を樹脂封止するものであり、特に底部３Aに実装された各電子部品４を、適宜の樹脂材料で覆って埋設させた状態で固めてある。絶縁性樹脂７を設けた回路基板１は、従来の場合と同様、ある程度の強さの外力が機械的に作用しても電子部品４が損傷するのを防止できるとともに、水分や埃などの付着を回避させることで安定した動作を発揮できる。

本実施形態の基材２は頂面９上に溝５が形成されている。溝５は底部５Bと電極６Bが同一面となる深さまで形成され内部に導電性樹脂８が充填されている。
導電性樹脂８は、適宜の樹脂材料などからなる導電性樹脂を用いて絶縁性樹脂７の上および溝５内部に形成されている。この導電性樹脂８により、外部からの電磁波及び隣接する電子部品からの静電気などをシールドして内部の電子部品４を保護するとともに、内部の電子部品４から発生する静電気などが隣接する電子部品へ伝搬するのをシールドする。

また、強固なシールド性を得るために、電極６BはビアVや内部配線を通じてグランド用の電極６Cと電気的に接続されていることが望ましい。

次に、本実施形態の回路基板１の製造方法について図２を参照しながら説明する。なお、本実施形態の回路基板１の製造では、基材2として、表面に凹部３、及び、溝５が形成されているとともに、溝５を覆う保護電極１０を有し、溝５の底部５Aに位置する電極６Aと、基材２の表面に位置する接地用の電極６Cを、電気的に接続するビアVを含むパターン配線が形成されているものを用いる。
（１）初めに、図２（Ａ）に示すように、上記の基材２に対して、凹部３の電極４A、４Bに、電子部品１６をそれぞれ搭載させて電気的接続を図る（実装工程）。
図示はしていないが、凹部３、及び、溝５の外部、または凹部３の裏面の電極６Dに部品を搭載しても良い。
（２）その後、同図（Ｂ）に示すように、凹部３の内部に、電子部品４ごと覆うような状態で適宜の樹脂材料により構成された絶縁樹脂６を形成し、一体に積層させて固める（モールド層形成工程）。
（３）次に、同図（Ｃ）に示すように、基材２の頂面９、導電性樹脂の頂面１１、保護電極１０、を例えば砥石などによって溝５が露出する深さまで研磨を行い、溝５を形成する（溝形成工程）。また、（１）の工程において凹部３、及び、溝５の外部に部品を搭載した場合においては、例えばルーター加工や機械的な引き剥しによって、保護電極１０の溝５を覆っている部分を除去することにより、前述した部品へ影響を与えること無く溝の形成が可能である。
（４）後に、前述した溝５に充填させるような状態で、導電性樹脂を例えばディスペンスなどによって表面が平坦な面状態となるまで塗布する。その際、真空下で塗布を行えば導電性樹脂の溝５への充填性が一層高まる。その後、熱硬化などの適宜の工程により、導電性樹脂を硬化させる（導電性樹脂層形成工程）。
上記より、回路基板１製造のための一連の作業工程が終了する。

従って、本実施形態によれば、凹部３の内部に電子部品４を配置することで薄型化することができる。さらに、導電性樹脂８と電極６Bとの接続を溝５の内部で行っているので、回路基板の製造工程で、絶縁性樹脂７の頂面と凹部３の頂面９との段差を無くすために、凹部３の頂面９と絶縁性樹脂７を共に研磨したとしても、電極６Bと導電性樹脂８との電気的接続を確保することができる。そのうえ、回路基板表面へ外部応力が加わったとしても基材2の内部にある電極６Bと導電性樹脂８との接続面への応力は緩和されるので、外部応力に強い電気接続が得られる。また、溝５の内部に導電性樹脂８が入るので、基材２と導電性樹脂８の接続を強固なものとすることができる。これによって、薄型で応力に強い回路基板を提供することが可能となる。
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第2の実施形態に係る回路基板２０の上面図を示す。回路基板２０が第１の実施形態の回路基板1と異なる点は、凹部３の４辺に溝５を形成している点である。

回路基板２０は、凹部３の４辺に溝５を形成することにより、凹部３に配置された全ての電子部品４を完全に囲うことができる。これによって、第１の実施形態の効果に加え、電子部品４に対し強固な電磁シールドを施すことができる。

なお、本実施形態では、回路基板２０として凹部３の１辺に対し複数個の溝５が形成されている基材２を用いたが、例えば図４に示すように凹部３の１辺に対し１個の溝５が形成されていてもよく、図５に示すように溝５が凹部３の４辺にわたって連なった形で形成されていてもよい。
（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態に係る回路基板３０の断面図を示す。回路基板３０が第２の実施形態、及び、第３の実施形態と異なる点は、溝５が側面５Ｂにおいて基材２が露出するように形成されている点である。

回路基板３０は導電性樹脂８が溝５の側面５Aで基材２と接続する構造となっている。導電性樹脂８と基材２との接続強度は金属と樹脂との接続強度よりも高いため、導電性樹脂８と基材２の接続が強固なものとなる。また、溝５の形成をルーター等の加工によって行った場合は溝５の側面が荒らされるため、導電性樹脂８との接着面積が増えさらに強度向上効果が得られる。これにより、電極６Ｂと導電性樹脂８との接続面が接続強度の高い導電性樹脂８と側面５Aの接続面に囲まれるため、図７で示すような溝５の側面５Aが電極１１で構成されているものよりも電極６Ｂと導電性樹脂８との接続強度を向上させることができる。これによって、電極６Bと導電性樹脂８との接続を確実なものとした回路基板を実現することが可能となる。

（第４の実施の形態）
図９は本発明を適応した回路基板４０を示している。回路基板４０は厚さが薄い直方体形状を有するものであって、基材２と、凹部３と、複数（本実施形態では二つ）の電子部品４と、導電性膜１３と、電極６と、絶縁性樹脂７と、導電性樹脂８、とを備えている。
基材２は、例えばガラス、セラミックス、エポキシ樹脂などの適宜の絶縁性の材料で構成されるもので、片面もしくは両面に凹部３が形成されており、凹部３の側面部３Bには導電性膜を、底部３Aおよび基板表面には電子部品４を搭載するための電極６A、６Bを備えている。

導電性膜１３は、金属、あるいは金属粒子を混合した樹脂などの適宜の導電性材料で構成されるもので、蒸着、メッキなどの適宜の手法で、基材２の頂面９と、凹部３の側面部３Bと、電極６Cとそれぞれ接するように形成されている。
絶縁性樹脂７は、基材２および電子部品４を樹脂封止するものであり、特に底部３Aに実装された各電子部品４を、適宜の樹脂材料で覆って埋設させた状態で固めてある。絶縁性樹脂７を設けた回路基板４０は、従来の場合と同様、ある程度の強さの外力が機械的に作用しても電子部品４が損傷するのを防止できるとともに、水分や埃などの付着を回避させることで安定した動作を発揮できる。
導電性樹脂８は、適宜の樹脂材料などからなる導電性樹脂を用いて絶縁性樹脂７の上に形成され、導電性膜１３に接している。この導電性樹脂８により、外部からの電磁波及び隣接する電子部品からの静電気などをシールドして内部の電子部品４を保護するとともに、内部の電子部品４から発生する静電気などが隣接する電子部品へ伝搬するのをシールドする。

また、強固なシールド性を得るために、導電性樹脂は導電性膜１３、電極６C、ビアV、内部配線などを通じてグランド用の電極６Dと電気的に接続されていることが望ましい。

次に、本実施形態の回路基板４０の製造方法について図１０を参照しながら説明する。なお、本実施形態の回路基板４０の製造では、基材2として、表面に凹部３が形成されているとともに、凹部３の側面部３Bに導電性膜１３を有し、導電性膜１３と接する電極６Cと、基材２の表面に位置する接地用の電極６Dを、電気的に接続するビアVを含むパターン配線が形成されているものを用いる。
（１）初めに、図１０（Ａ）に示すように、上記の基材４２に対して、凹部３の電極６Aに、電子部品４をそれぞれ搭載させて電気的接続を図る（実装工程）。
図示はしていないが、凹部３、及び、導電性膜１３の外部、または凹部３の裏面の電極６Bに部品を搭載しても良い。
（２）その後、同図（Ｂ）に示すように、凹部３の内部に、電子部品４ごと覆うような状態で適宜の樹脂材料により構成された絶縁樹脂７を形成し、一体に積層させて固める（モールド層形成工程）。
（３）次に、同図（C）に示すように、導電性樹脂８を例えばディスペンスなどによって表面が平坦な面状態となるまで塗布する。その後、熱硬化などの適宜の工程により、導電性樹脂８を硬化させる（導電性樹脂層形成工程）。
上記より、回路基板４０製造のための一連の作業工程が終了する。
従って、本実施形態によれば、凹部３の内部に電子部品４を配置することで従来の凹部のない基板に部品を配置する構造よりも回路基板の総厚を薄型化することができる上に、導電性膜１３と導電性樹脂８との接続によってシールド効果を得ることができる。更に、凹部３内側面の内側でシールド形成を完結することができるので、凹部３の頂面９の面積を削減することが可能となる上に、凹部３の内側面３Bにおいて導電性樹脂８と導電性膜１３接続することにより、絶縁性樹脂７のモールド高さがばらついたとしても、安定した電機接続を取ることが可能となる。これにより、シールド効果を備え、薄型化・小型化に対応可能な回路基板を提供できる。
（第５の実施形態）
図１１は、本発明の第５の実施形態に係る回路基板５０を示す。回路基板５０が第４の実施形態の回路基板４０と異なる点は、導電性樹脂８が導電性膜１３の内側面１５と接する点である。

絶縁性樹脂７の頂面１４は凹部３の頂面９と、底面３Ａに挟まれる位置に底面３Ａと並行する形で形成されており、導電性膜の内側面１５は絶縁性樹脂７と接触せず、絶縁性樹脂と接する面１５Ａを持つ。

したがって、本実施形態によれば、凹部３の周囲に電極を設けることなく、導電性膜１３と導電性樹脂８との接続面積を拡大することができ、導電性膜１３と導電性樹脂８との電気的な接続をより確実にすることができる。これにより、回路基板の外形サイズを拡大することなく、電気的な接続強度の高い回路基板を提供できる。
（第６の実施形態）
図１２は、本発明の第６の実施形態に係る回路基板６０を示す。回路基板６０が第５の実施形態の回路基板５０と異なる点は、導電性膜１３と絶縁性樹脂７との間に溝１６を有し、溝１６の内部において導電性樹脂７と導電性膜８との接続を行う点である。

次に、溝１６の形成方法ついて図１３を参照しながら説明する。本実施形態の基材４６０には導電性膜１３の内側面に接する保護膜１７が形成されている。

保護膜１７は例えば水溶性樹脂などの材料で構成されており、適切な除去方法を用いれば容易に除去が可能なものである。また、除去方法は導電性膜１３に対して腐食、剥離等の影響のないものであることが望ましい。

（１）初めに、図１３（Ａ）に示すように、基材２に対して、凹部３の電極６Aに、電子部品４をそれぞれ搭載させて電気的接続を図る（実装工程）。
図示はしていないが、凹部３、及び、導電性膜１３の外部、または凹部３の裏面の電極６Bに部品を搭載しても良い。
（２）その後、同図（Ｂ）に示すように、凹部３の内部に、電子部品４ごと覆うような状態で適宜の樹脂材料により構成された絶縁樹脂６を形成し、一体に積層させて固める（モールド層形成工程）。
（３）次に、同図（C）に示すように、保護膜１３を適宜の除去方法によって除去し、溝１６を形成する。（保護膜除去工程）
上記より、溝１６を形成するための一連の作業工程が終了する。

従って、本実施形態によれば、溝１６を形成することによって溝１６内部で導電性樹脂８と導電性膜１３との接続が行われるので、導電性樹脂８と導電性膜１３との接続面積を拡大することができる。さらに、接続面が基板表面から遠ざかることで外部応力から接続面を保護する効果も得ることができる。また、導電性樹脂８と絶縁性樹脂７との接続面積を拡大することもできるため、導電性樹脂８と導電性膜１３と絶縁性樹脂７との接続強度を向上させることが可能となり、応力に強い回路基板を提供することが可能となる。
（第７の実施形態）
図１４は、本発明の第７の実施形態に係る回路基板７０を示す。回路基板７０が第６の実施形態の回路基板６０と異なる点は、導電性膜１３と絶縁性樹脂７とが接触する面を持つ点である。

溝１６の形成においては、溝１６の深さが深くなるほど保護膜１７の除去は困難になり、溝の一部に保護膜１７が残る課題がある。そこで、導電性膜１３と絶縁性樹脂７とが接触する面を設けることによって、凹部３の深さによらず溝１６の深さを一定に保つことが可能となる。
従って、本実施形態によれば、導電性膜１３と絶縁性樹脂７とが接触する面を設けることにより、溝１６を保護膜１７が確実に除去できる深さで形成することが可能となる。これによって、保護膜１７の残渣による回路基板の不具合を回避することができるうえに溝１６の深さを安定させることで導電性樹脂８の充填工程も確実なものとすることができる。
（第８の実施形態）
図１４は、本発明の第８の実施形態に係る回路基板８０を示す。回路基板８０が第４の実施形態の回路基板４０と異なる点は、凹部３の頂面９に、導電性膜１３と電気的に接続した電極１８と有している点である。
導電性樹脂８と電極１８とが接することによって、導電性樹脂８と導電性膜１３との接続面積を電極１８を介して拡大することができる。
従って、本実施形態によれば、導電性樹脂８と導電性膜８との電気的な接続をより確実にすることができる。また、絶縁性樹脂７の高さ調整等のために基材２の表面を研磨した場合、電極１８の表面が荒れることによって、電極１８と導電性樹脂８との接続をより強固なものとする効果も生まれる。
（第９の実施形態）
図１６は、本発明の第９の実施形態に係る回路基板９０を示す。回路基板９０が第８の実施形態の回路基板８０と異なる点は、頂面９に電極１８に覆われず基材２が露出する露出部１９を有する点である。
導電性樹脂８は露出部１９において基材２と接しており、導電性樹脂８と基材２のとの接続は電極１８と導電性樹脂８との接続よりも強度が高いため補強効果が得られる。

従って、本実施形態によれば、電極１８による導電性膜１３と導電性樹脂８との接続強度向上効果に、露出部１９による補強効果が加わることによって外部応力による引き剥がしに強い回路基板を提供することができる。
（第１０の実施形態）
図１７は、本発明の第１０の実施形態に係る回路基板９１を示す。回路基板９１が第９の実施形態の回路基板９０と異なる点は、頂面９に電極１８に覆われず基材２が露出する開口部１９を有する点である。
導電性樹脂８は開口部１９において基材２と接しており、導電性樹脂８と基材２のとの接続は電極１８と導電性樹脂８との接続よりも強度が高いため補強効果が得られる。
従って、本実施形態によれば、開口部１９における基材２と導電性樹脂８との接着による補強効果によって電極１８と導電性樹脂との剥離を防止し回路基板の強度を向上することができる。
なお、本発明は上記の実施形態において示されたものに限定されるものではなく、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

本発明は、基材に形成された凹部に実電子部品を実装しているので、薄型化に対応可能である。また、基材に溝を設け、溝内部に導電性樹脂を塗布しているためシールド機能を持ちながら外部応力に強く、携帯電話機、ＰＨＳ（Personal Handyphone System）、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などの小型の電子機器に有用である。

１、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００ 回路基板
２ 基材
３、１０１ 凹部
３A 凹部の底面
３B 凹部の側面
４、１０２ 電子部品
５、１６ 溝
５A 溝の側面
５B 溝の底面
６、１２、１０４、１０６ 電極
７、１０３ 絶縁性樹脂
８、１０５ 導電性樹脂
９ 基材の頂面
１０ 保護電極
１１ 絶縁性樹脂の頂面
１３ 導電性膜
１４ 絶縁性樹脂の頂面
１５ 導電性膜の内側面
１７ 保護膜
１８ 表面電極
１９ 開口部
Ｖ ビア

Claims (5)

1. 基材と、
   前記機材に形成された凹部と、
   前記凹部の底面に配置された電子部品と、
   前記凹部の頂面に形成され、内部に電極を備えた溝と、
   前記凹部に充填され、前記電子部品に接する絶縁性樹脂と、
   前記絶縁性樹脂と前記電子部品を覆い、前記溝に充填され、前記溝の内部で前記電極と電気的に接続される導電性樹脂と、を備える回路基板。
2. 請求項１に記載の回路基板であって、
   前記溝が前記凹部の４辺に形成された回路基板。
3. 請求項１又は請求項２に記載の回路基板であって、
   前記電極は前記溝の底部に配置され、前記溝の側面は前記導電性樹脂と接する回路基板。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の回路基板を備える回路モジュール
5. 請求項１から３のいずれか1項に記載の回路基板を備える電子機器

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