JP4606685B2 - Module with built-in circuit components - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a module incorporating a circuit component, which has high density, can mount the circuit component and has high reliability, by using an electric insulating substrate formed of mixture including inorganic filler and thermosetting resin and to provide the manufacturing method. SOLUTION: The module includes the electric insulating substrate 101 formed of mixture including 70 to 95 weight % of inorganic filler and thermosetting resin, a first wiring pattern 102b formed on one main face of the electric insulating substrate 101, a second wiring pattern 102a formed on the other main face of the electric insulating substrate 101, at least one circuit part 103b which is buried in the electric insulating substrate 101 and is electrically connected to the first wiring pattern 102b and an inner via 104 formed in the electric insulating substrate 101 so that it electrically connects the first wiring pattern 102b and the second wiring pattern 102a.

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路部品内蔵モジュールに関し、特にたとえば、回路部品が電気絶縁性基板の内部に配置される回路部品内蔵モジュールに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、電子機器の高性能化、小型化の要求に伴い、回路部品の高密度、高機能化が一層叫ばれている。そのため、回路部品の高密度、高機能化に対応した回路基板が要求されている。
【0003】
回路部品を高密度化する方法として、回路を多層化する方法が考えられるが、従来のガラス−エポキシ基板では、ドリルによる貫通スルーホール構造を用いる必要があるため、高密度実装化への対応が困難である。このため、最も回路の高密度化が図れる方法として、LSI間や部品間の配線パターンを最短距離で接続できるインナービアホール接続法の開発が、各方面で進められている。
【0004】
インナービアホール接続法では、必要な各層間のみの接続が可能であり、回路部品の実装性にも優れている(特開昭63−47991、特開平6−268345)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来、インナービアホール接続法で用いられてきた基板は、樹脂系の材料で構成されていたため、熱伝導度が低いという問題があった。回路部品内蔵モジュールでは、回路部品の実装密度が高密度になればなるほど部品から発生する熱を放熱させる必要が高くなるが、従来の基板では十分に放熱をすることができず、回路部品内蔵モジュールの信頼性が低下するという問題があった。
【0006】
本発明は、上記従来の問題を解決するため、高密度で回路部品の実装が可能であり且つ信頼性の高い回路部品内蔵モジュールを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の回路部品内蔵モジュールは、無機フィラー70重量%〜95重量%と熱硬化性樹脂とを含む混合物からなる電気絶縁性基板と、前記電気絶縁性基板の一方の主面に形成された第1の配線パターンと、前記電気絶縁性基板の他方の主面に形成された第2の配線パターンと、前記電気絶縁性基板に埋設され前記第1の配線パターンに電気的に接続された少なくとも1つの回路部品と、前記第1の配線パターンと前記第2の配線パターンを電気的に接続するように前記電気絶縁性基板内に形成されたインナービアとを含み、前記第1の配線パターンが前記電気絶縁性基板に埋め込まれ表面が平坦であり、かつ前記回路部品の前記電気絶縁性基板への埋設と、前記インナービアによる前記第1の配線パターンと前記第2の配線パターンとの電気的な接続とが、同時に行われる。この回路部品内蔵モジュールでは、回路部品から発生する熱が、無機フィラーによって速やかに放熱されるため、信頼性の高い回路部品内蔵モジュールが得られる。さらに、無機フィラーを選択することによって、内蔵する回路部品にあわせて電気絶縁性基板の熱伝導度、線膨張係数、誘電率、絶縁耐圧等を変化させることができる。また、半導体素子およびチップコンデンサを含む回路部品内蔵モジュールでは、半導体素子とチップコンデンサとの距離を短くすることによって、電気信号のノイズを低減することができる。
【0008】
上記回路部品内蔵モジュールでは、少なくとも2種類以上の回路部品が前記電気絶縁性基板に埋設されていることが好ましい。
【0009】
上記回路部品内蔵モジュールでは、前記回路部品は半導体ベアーチップを含むことが好ましい。
【0010】
上記回路部品内蔵モジュールでは、回路部品が、チップ状の抵抗、チップ状のコンデンサおよびチップ状のインダクタから選ばれる少なくとも一つの部品を含むことが好ましい。チップ状の部品を用いることによって、電気絶縁性基板に容易に埋設することができる。
【0011】
上記回路部品内蔵モジュールでは、前記半導体ベアーチップは前記第1の配線パターンにフリップチップボンディングされていることが好ましい。
【0012】
上記回路部品内蔵モジュールでは、前記インナービアは導電性樹脂組成物からなることが好ましい。インナービアが導電性樹脂組成物からなる場合は、製造が容易になる。
【0013】
上記回路部品内蔵モジュールでは、前記配線パターンが導電性樹脂組成物を含むことが好ましい。導電性樹脂組成物を用いることによって、配線パターンを容易に形成することができる。
【0014】
上記回路部品内蔵モジュールでは、前記配線パターンが、エッチング法または打ち抜き法で形成された金属板のリードフレームからなることが好ましい。金属板のリードフレームは、電気抵抗が低いからである。エッチング法を用いることによって、微細なパターンの配線パターンを形成することができる。打ち抜き法を用いることによって、簡易な設備で配線パターンを形成することができる。
【0015】
上記回路部品内蔵モジュールでは、混合物は、分散剤、着色剤、カップリング剤および離型剤から選ばれる少なくとも一つの添加剤をさらに含むことが望ましい。分散剤によって、熱硬化性樹脂中の無機フィラーを均一性よく分散させることができる。着色剤によって、電気絶縁性基板を着色することができるため、回路部品内蔵モジュールの放熱性をよくすることができる。カップリング剤によって、熱硬化性樹脂と無機フィラーとの接着強度を高くすることができるため、電気絶縁性基板の絶縁性を向上できる。離型剤によって、金型と混合物との離型性を向上できるため、生産性を向上できる。
【0016】
上記回路部品内蔵モジュールでは、電気絶縁性基板の線膨張係数が8×10-6/℃〜20×10-6/℃であり、かつ電気絶縁性基板の熱伝導度が1w/mK〜10w/mKであることが好ましい。セラミック基板に近い熱伝導度が得られ、放熱性に富む基板が得られるからである。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態の一例について説明する。
【0027】
(実施形態1)
この実施形態1は、本発明の回路部品内蔵モジュールの一例であり、図1は、この実施形態の回路部品内蔵モジュール100の斜視断面図である。
【0028】
図1を参照して、この実施形態の回路部品内蔵モジュール100は、電気絶縁性基板101と、電気絶縁性基板101の一主面および他主面に形成された配線パターン102aおよび102bと、配線パターン102bに接続され電気絶縁性基板101の内部に配置された回路部品103と、配線パターン102aおよび102bを電気的に接続するインナービア104とを含む。
【0029】
電気絶縁性基板101は、無機フィラーと熱硬化性樹脂とを含む混合物からなる。無機フィラーには、たとえば、Al23、MgO、BN、AlNまたはSiO2などを用いることができる。無機フィラーは、混合物に対して70重量%から95重量%であることが好ましい。無機フィラーの平均粒子径は、0.1μm〜100μm以下であることが好ましい。熱硬化性樹脂には、たとえば、耐熱性が高いエポキシ樹脂、フェノール樹脂またはシアネート樹脂が好ましい。エポキシ樹脂は、耐熱性が特に高いため特に好ましい。なお、混合物は、さらに分散剤、着色剤、カップリング剤または離型剤を含んでいてもよい。
【0030】
配線パターン102aおよび102bは、電気導電性を有する物質からなり、たとえば、銅箔や導電性樹脂組成物からなる。配線パターンとして銅箔を用いる場合、たとえば、電解メッキにより作製された厚さ18μm〜35μm程度の銅箔が使用できる。銅箔は、電気絶縁性基板101との接着性を向上させるため、電気絶縁性基板101と接触する面を粗化することが望ましい。また、銅箔には、接着性および耐酸化性向上のため、銅箔表面をカップリング処理したものや、銅箔表面に錫、亜鉛またはニッケルをメッキしたものを使用してもよい。また、配線パターン102aおよび102bには、エッチング法または打ち抜き法で形成された金属板のリードフレームを用いてもよい。
【0031】
回路部品103は、たとえば、能動部品103aおよび受動部品103bを含む。能動部品103aとしては、たとえば、トランジスタ、IC、LSIなどの半導体素子が用いられる。半導体素子は、半導体ベアーチップであってもよい。受動部品103bとしては、チップ状の抵抗、チップ状のコンデンサまたはチップ状インダクタなどが用いられる。なお、回路部品103は、受動部品103bを含まない場合であってもよい。
【0032】
配線パターン102bと能動部品103aとの接続には、たとえばフリップチップボンディングが用いられる。
【0033】
インナービア104は、たとえば、熱硬化性の導電性物質からなる。熱硬化性の導電性物質としては、たとえば、金属粒子と熱硬化性樹脂とを混合した導電性樹脂組成物を用いることができる。金属粒子としては、金、銀、銅またはニッケルなどを用いることができる。金、銀、銅またはニッケルは導電性が高いため好ましく、銅は導電性が高くマイグレーションも少ないため特に好ましい。熱硬化性樹脂としては、たとえば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂またはシアネート樹脂を用いることができる。エポキシ樹脂は、耐熱性が高いため特に好ましい。
【0034】
この実施形態1に示した回路部品内蔵モジュール100では、配線パターン102aと配線パターン102bとが、電気絶縁性基板101の貫通孔に充填されたインナービア104によって接続される。したがって、回路部品内蔵モジュール100では、高密度に回路部品103を実装することができる。
【0035】
また、回路部品内蔵モジュール100では、電気絶縁性基板101に含まれる無機フィラーによって回路部品で発生した熱が速やかに伝導される。したがって、信頼性の高い回路部品内蔵モジュールが得られる。
【0036】
また、回路部品内蔵モジュール100では、電気絶縁性基板101に用いる無機フィラーを選択することによって、電気絶縁性基板101の線膨張係数、熱伝導度、誘電率などを容易に制御することができる。電気絶縁性基板101の線膨張係数を半導体素子と略等しくすると、温度変化によるクラックの発生等を防止することができるため、信頼性の高い回路部品内蔵モジュールが得られる。電気絶縁性基板101の熱伝導性を向上させると、高密度で回路部品を実装した場合にも、信頼性の高い回路部品内蔵モジュールが得られる。電気絶縁性基板101の誘電率を低くすることによって、誘電損失の少ない高周波回路用モジュールが得られる。
【0037】
また、回路部品内蔵モジュール100では、電気絶縁性基板101によって回路部品103を外気から遮断することができるため、湿度による信頼性低下を防止することができる。
【0038】
また、本発明の回路部品内蔵モジュール100は、電気絶縁性基板101の材料として、無機フィラーと熱硬化性樹脂との混合物を用いているため、セラミック基板と異なり、高温で焼成する必要がなく製造が容易である。
【0039】
なお、図1に示した回路部品内蔵モジュール100では、配線パターン102aが電気絶縁性基板101に埋設されていない場合を示したが、配線パターン102aが電気絶縁性基板101に埋設されていてもよい(図3(h)参照)。
【0040】
また、図1に示した回路部品内蔵モジュール100では、配線パターン102a上に回路部品が実装されていない場合を示したが、配線パターン102a上に回路部品を実装してもよく、さらに回路部品内蔵モジュールを樹脂モールドしてもよい(以下の実施形態において同様である)。配線パターン102a上に回路部品を実装することによって、さらに高密度に回路部品を実装できる。
【0041】
(実施形態2)
この実施形態2では、図1に示した回路部品内蔵モジュールの製造方法の一実施形態を説明する。実施形態2で用いられる材料および回路部品は、実施形態1で説明したものである。
【0042】
図2(a)〜(h)は回路部品内蔵モジュールの製造工程の一実施形態を示す断面図である。
【0043】
まず、図2(a)に示すように、無機フィラーと熱硬化性樹脂とを含む混合物を加工することによって板状の混合物200を形成する。板状の混合物200は、無機フィラーと未硬化状態の熱硬化性樹脂とを混合してペースト状混練物とし、そのペースト状混練物を一定厚みに成型することによって形成することができる。
【0044】
なお、板状の混合物200を、熱硬化性樹脂の硬化温度より低い温度で熱処理をしてもよい。熱処理をすることによって、混合物200の可撓性を維持しながら粘着性を除去することができるため、その後の処理が容易になる。また、溶剤によって熱硬化性樹脂を溶解させた混合物では、熱処理をすることによって、溶剤の一部を除去することができる。
【0045】
その後、図2(b)に示すように、混合物200の所望の位置に貫通孔201を形成することによって、貫通孔201が形成された板状体を形成する。貫通孔201は、たとえば、レーザ加工、ドリルによる加工または金型による加工で形成することができる。レーザ加工は、微細なピッチで貫通孔201を形成することができ、削り屑が発生しないため好ましい。レーザ加工では、炭酸ガスレーザやエキシマレーザを用いると加工が容易である。なお、貫通孔201は、ペースト状混練物を成型して板状の混合物200を形成する際に、同時に形成してもよい。
【0046】
その後、図2(c)に示すように、貫通孔201に導電性樹脂組成物202を充填することによって、貫通孔201に導電性樹脂組成物202が充填された板状体を形成する。
【0047】
図2(a)〜(c)の工程と平行して、図2(d)に示すように、銅箔203に回路部品204をフリップチップボンディングする。回路部品204は、導電性接着剤205を介して銅箔203と電気的に接続されている。導電性接着剤205には、たとえば、金、銀、銅、銀−パラジウム合金などを熱硬化性樹脂で混練したものが使用できる。また、導電性接着剤205の代わりに、金ワイヤボンディング法で作製したバンプまたは半田によるバンプを回路部品側にあらかじめ形成し、熱処理によって金または半田の溶解を利用して回路部品204を実装することも可能である。さらに、半田バンプと導電性接着剤とを併用することも可能である。
【0048】
なお、銅箔203に実装した回路部品204と銅箔203との間に封止樹脂を注入してもよい(以下の実施形態において、回路部品と銅箔との間あるいは回路部品と配線パターンとの間に封止樹脂を注入してもよいことは同様である)。封止樹脂の注入によって、後の工程で半導体素子を板状体に埋設する際に、半導体素子と配線パターンとの間に隙間ができることを防止することができる。封止樹脂には通常のフリップチップボンディングに使用されるアンダーフィル樹脂を用いることができる。
【0049】
図2(a)〜(c)の工程と平行して、銅箔206を形成する。
【0050】
その後、図2(f)に示すように、回路部品204を実装した銅箔203、図2(c)の板状体および銅箔206を位置合わせして重ねる。
【0051】
その後、図2(g)に示すように、位置合わせして重ねたものを加圧することによって回路部品204が埋設された板状体を形成した後、これを加熱することによって、混合物200および導電性樹脂組成物202中の熱硬化性樹脂を硬化させ、回路部品204が埋設された板状体を形成する。加熱は、混合物200および導電性樹脂組成物202中の熱硬化性樹脂が硬化する温度以上の温度(たとえば150℃〜260℃)で行い、混合物200は電気絶縁性基板207となり、導電性樹脂組成物はインナービア208となる。この工程によって、銅箔203および206と回路部品204と電気絶縁性基板207とが機械的に強固に接着する。また、インナービア208によって、銅箔203および206が電気的に接続される。なお、加熱によって混合物200および導電性樹脂組成物202中の熱硬化性樹脂を硬化させる際に、加熱しながら10kg/cm2〜200kg/cm2の圧力で加圧することによって、回路部品モジュールの機械的強度を向上させることができる(以下の実施形態において同様である)。
【0052】
その後、図2(h)に示すように、銅箔203および206を加工することによって配線パターン209および210を形成する。
【0053】
このようにして、実施形態1で説明した回路部品内蔵モジュールが形成される。上記製造方法によれば、実施形態1で説明した回路部品内蔵モジュールを容易に製造することができる。
【0054】
なお、実施形態2では、貫通孔201に充填する導電性物質として導電性樹脂組成物202を用いたが、熱硬化性の導電性物質であればよい(以下の実施形態において同様である)。
【0055】
(実施形態3)
この実施形態3では、図1に示した回路部品内蔵モジュールの製造方法の他の一実施形態を説明する。実施形態3で用いられる材料および回路部品は、実施形態1で説明したものである。
【0056】
図3(a)〜(h)は、実施形態3における回路部品内蔵モジュールの製造工程を示す断面図である。
【0057】
まず、図3(a)に示すように、無機フィラーと熱硬化性樹脂とを含む混合物を加工することによって板状の混合物300を形成する。この工程は図2(a)と同様であるため、重複する説明は省略する。
【0058】
その後、図3(b)に示すように、混合物300の所望の位置に、貫通孔301を形成する。この工程は図2(b)と同様であるため、重複する説明は省略する。
【0059】
その後、図3(c)に示すように、貫通孔301に導電性樹脂組成物302を充填することによって、貫通孔301に導電性樹脂組成物302が充填された板状体を形成する。
【0060】
図3(a)〜(c)の工程と平行して、図3(d)に示すように、離型フィルム305上に配線パターン303を形成し、配線パターン303に回路部品304を実装する。回路部品304を実装する方法は、図2(d)で説明した方法と同様であるため、重複する説明は省略する。離型フィルム305には、たとえば、ポリエチレンテレフタレートやポリフェニレンサルファイトのフィルムを用いることができる。配線パターン303は、たとえば、離型フィルム305に銅箔を接着した後フォトリソ工程およびエッチング工程を行うことによって形成できる。また、配線パターン303には、エッチング法または打ち抜き法で形成された金属板のリードフレームを用いてもよい。
【0061】
図3(a)〜(c)の工程と平行して、図3(e)に示すように、離型フィルム307上に配線パターン306を形成する。配線パターン306は、配線パターン303と同様の方法で形成できる。
【0062】
その後、図3(f)に示すように、配線パターン303および306と導電性物質302とが所望の部分で接続されるように、離型フィルム305、図2(c)の板状体および離型フィルム307を位置合わせして重ねる。
【0063】
その後、図3(g)に示すように、位置合わせして重ねたものを加圧し加熱することによって、混合物300および導電性樹脂組成物302中の熱硬化性樹脂を硬化させ、回路部品304ならびに配線パターン303および306が埋設された板状体を形成する。加熱は、混合物300および導電性樹脂組成物302中の熱硬化性樹脂が硬化する温度以上の温度(たとえば150℃〜260℃)で行い、混合物300は電気絶縁性基板308となり、導電性樹脂組成物302はインナービア309となる。インナービア309によって、配線パターン303および306が電気的に接続される。
【0064】
その後、図3(h)に示すように、離型フィルム305および307を図3(g)の板状体から剥離する。
【0065】
このようにして、実施形態1で説明した回路部品内蔵モジュールが形成される。上記製造方法によれば、実施形態1で説明した回路部品内蔵モジュールを容易に製造することができる。
【0066】
なお、本方法では、あらかじめ配線パターン306を形成した離型フィルム307を用いるため、配線パターン306が電気絶縁性基板308に埋め込まれ表面が平坦な回路部品内蔵モジュールを製造できる。表面が平坦であることによって配線パターン306上に高密度に部品を実装することができるため、より高密度に回路部品を実装できる。
【0067】
(実施形態4)
この実施形態4では、本発明の多層構造を有する回路部品内蔵モジュールの一実施形態を説明する。図4は、この実施形態4の回路部品内蔵モジュール400の斜視断面図である。
【0068】
図4を参照して、この実施形態の回路部品内蔵モジュール400は、積層された電気絶縁性基板401a、401bおよび401cからなる電気絶縁性基板401と、電気絶縁性基板401の主面および内部に形成された配線パターン402a、402b、402cおよび402dと、電気絶縁性基板401の内部に配置され配線パターン402a、402bまたは402cに接続された回路部品403と、配線パターン402a、402b、402cおよび402dを電気的に接続するインナービア404とを含む。
【0069】
電気絶縁性基板401a、401bおよび401cは、無機フィラーと熱硬化性樹脂とを含む混合物からなる。無機フィラーには、たとえば、Al23、MgO、BN、AlNまたはSiO2などを用いることができる。無機フィラーは、混合物に対して70重量%〜95重量%であることが好ましい。無機フィラーの平均粒子径は、0.1μm〜100μmであることが好ましい。熱硬化性樹脂には、たとえば、耐熱性が高いエポキシ樹脂、フェノール樹脂またはシアネート樹脂が好ましい。エポキシ樹脂は、耐熱性が特に高いため特に好ましい。なお、混合物は、さらに分散剤、着色剤、カップリング剤または離型剤を含んでいてもよい。
【0070】
配線パターン402a、402b、402cおよび402dは、実施形態1で説明した配線パターン102aおよび102bと同様であるので、重複する説明は省略する。
【0071】
回路部品403は、たとえば、能動部品403aや受動部品403bを含む。能動部品403aとしては、たとえば、トランジスタ、IC、LSIなどの半導体素子が用いられる。半導体素子は、半導体ベアーチップであってもよい。受動部品403bとしては、チップ状の抵抗、チップ状のコンデンサまたはチップ状インダクタなどが用いられる。なお、回路部品403は、受動部品403bを含まない場合であってもよい。
【0072】
配線パターン402a、402bおよび402cと能動部品403aとの接続には、たとえばフリップチップボンディングが用いられる。
【0073】
インナービア404は、たとえば、熱硬化性の導電性物質からなる。インナービア404としては、たとえば、金属粒子と熱硬化性樹脂とを混合した導電性樹脂組成物を用いることができる。金属粒子の材料としては、金、銀、銅またはニッケルなどの金属を用いることができる。金、銀、銅またはニッケルは導電性が高いため好ましく、銅は導電性が高くマイグレーションも少ないため特に好ましい。また、熱硬化性樹脂としては、たとえば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂またはシアネート樹脂を用いることができる。エポキシ樹脂は、耐熱性が高いため特に好ましい。
【0074】
なお、図4に示した回路部品内蔵モジュール400は、配線パターン402dが電気絶縁性基板401cに埋設されていない場合を示したが、配線パターン402dが電気絶縁性基板401cに埋設されていてもよい(図6(g)参照)。
【0075】
また、図4には3層構造の回路部品内蔵モジュール400を示したが、設計に応じた多層構造とすることができる(以下の実施形態において同様である)。
【0076】
(実施形態5)
この実施形態5では、実施形態4に示した回路部品内蔵モジュールの製造方法の一実施形態を説明する。実施形態5で用いられる材料および回路部品は、実施形態4で説明したものである。
【0077】
図5を参照して、実施形態4に示した回路部品内蔵モジュールの製造方法の一例を説明する。図5(a)〜(h)は、この実施形態の回路部品内蔵モジュールの製造工程を示す断面図である。
【0078】
まず、図5(a)に示すように、無機フィラーと熱硬化性樹脂とを含む混合物を加工することによって板状の混合物500を形成し、貫通孔に導電性樹脂組成物501を充填することによって、貫通孔に導電性樹脂組成物501が充填された板状体を形成する。この工程は、図2(a)〜(c)で説明した工程と同様であるので、重複する説明は省略する。
【0079】
一方、離型フィルム503上に配線パターン506を形成し、配線パターン506上に能動部品504および受動部品505を実装する。この工程は、図3(d)で説明したものと同様であり、重複する説明は省略する。
【0080】
その後、図5(b)に示すように、図5(a)の板状体と離型フィルム503とを位置合わせして重ねて加圧した後、離型フィルム503を剥離することによって、配線パターン506、能動部品504および受動部品505が埋設された板状体を形成する。
【0081】
図5(a)および(b)の工程と平行して、図5(a)および(b)と同様の工程で、配線パターン506および回路部品が埋設された板状体を複数形成する(図5(c)および(d)、図5(e)および(f)参照)。なお、配線パターン506と回路部品は、設計に応じて各層ごとに異なる。
【0082】
その後、図5(g)に示すように、図5(b)、(d)および(f)の板状体を位置合わせして重ね、図5(f)の板状体の配線パターンが形成されていない主面上にさらに銅箔507を重ねる。
【0083】
その後、図5(h)に示すように、図5(g)で重ねた板状体および銅箔507を加圧し加熱することによって多層構造を有する板状体を形成する。加熱は、混合物500および導電性樹脂組成物501中の熱硬化性樹脂が硬化する温度以上の温度(たとえば150℃〜260℃)で行い、混合物500は電気絶縁性基板508となり、導電性樹脂組成物501はインナービア509となる。この工程によって、回路部品504および505、銅箔507および電気絶縁性基板508が機械的に強固に接着する。また、インナービア509によって、配線パターン506および銅箔507が電気的に接続される。その後、銅箔507を加工して配線パターン510を形成する。
【0084】
このようにして、多層構造を有する回路部品内蔵モジュールを形成できる。上記製造方法によれば、多層構造を有する回路部品内蔵モジュールを容易に製造することができる。
【0085】
(実施形態6)
この実施形態6では、実施形態4で説明した回路部品内蔵モジュールの製造方法の他の一実施形態を説明する。実施形態6で用いられる材料および回路部品は、実施形態4で説明したものである。
【0086】
図6を参照して、この実施形態における回路部品内蔵モジュールの製造方法の一例を説明する。図6(a)〜(g)は、この実施形態における回路部品内蔵モジュールの製造工程を示す断面図である。
【0087】
まず、図6(a)に示すように、無機フィラーと熱硬化性樹脂とを含む混合物を加工することによって板状の混合物600を形成し、貫通孔に導電性物質601を充填することによって貫通孔に導電性樹脂組成物601が充填された板状体を形成する。この工程は、図2(a)〜(c)で説明したものと同様であり、重複する説明は省略する。一方、離型フィルム603上に配線パターン606を形成し、配線パターン606上に能動部品604および受動部品605を実装する。この工程は、図3(d)で説明したものと同様であり、重複する説明は省略する。
【0088】
その後、図6(b)に示すように、図6(a)の板状の混合物600と離型フィルム603とを位置合わせして重ねて加圧した後、離型フィルム603を剥離することによって、配線パターン606、能動部品604および受動部品605が埋設された板状体を形成する。
【0089】
図6(a)および(b)の工程と平行して、図6(a)および(b)と同様の工程で、配線パターン606および回路部品が埋設された板状体を形成する(図6(c)および(d)参照)。なお、配線パターン606と回路部品は、設計に応じて各層ごとに異なる。
【0090】
図6(a)および(b)の工程と平行して、図6(e)に示すように、離型フィルム603上に、配線パターン607を形成する。
【0091】
その後、図6(f)に示すように、図6(b)および(d)の板状体を位置合わせして重ね、図6(d)の板状体の配線パターン606が形成されていない主面上に、さらに図6(e)の離型フィルム603を配線パターン607が内側になるように重ねる。
【0092】
その後、図6(g)に示すように、図6(f)で重ねた板状体および離型フィルム603を加圧し加熱することによって、多層構造を有する板状体を形成する。加熱は、混合物600および導電性樹脂組成物601中の熱硬化性樹脂が硬化する温度以上の温度(たとえば150℃〜260℃)で行い、混合物600は電気絶縁性基板608となり、導電性樹脂組成物601はインナービア609となる。この工程によって、能動部品604、受動部品605、配線パターン606および607、および電気絶縁性基板608が機械的に強固に接着する。また、インナービア609によって、配線パターン606および607が電気的に接続される。
【0093】
その後、多層構造を有する板状体から離型フィルム603を剥離することによって、多層構造を有する回路部品内蔵モジュールを形成できる。
【0094】
このようにして、上記製造方法によれば、多層構造を有する回路部品内蔵モジュールを容易に製造することができる。
【0095】
【実施例】
以下に、本発明の具体的な実施例を説明する。
【0096】
(実施例1)
本発明の回路部品内蔵モジュールの作製に際し、無機フィラーと熱硬化性樹脂とを含む混合物からなる電気絶縁性基板の作製方法の一例について説明する。
【0097】
本実施例では、表1に示す配合組成で電気絶縁性基板を作製した。なお、比較例を試料番号1に示す。
【0098】
【表1】

Figure 0004606685
【0099】
この実施例では、液状エポキシ樹脂には、日本ペルノックス(株)製のエポキシ樹脂(WE−2025、酸無水系硬化剤含む)を用いた。フェノール樹脂には、大日本インキ(株)製のフェノール樹脂(フェノライト、VH4150)を用いた。シアネート樹脂には、旭チバ(株)製のシアネート樹脂(AroCy、M−30)を用いた。この実施例では、添加物としてカーボンブラックまたは分散剤を加えた。
【0100】
板状体の作製は、まず、表1の組成で混合されたペースト状の混合物を、所定量だけ離型フィルム上に滴下する。ペースト状の混合物は、無機フィラーと液状の熱硬化性樹脂とを攪拌混合機によって10分程度混合して作製した。使用した攪拌混合機は、所定の容量の容器に無機フィラーと液状の熱硬化性樹脂とを投入し、容器自身を回転させながら公転させるもので、混合物の粘度が比較的高くても充分な分散状態が得られる。離型フィルムには厚み75μmのポリエチレンテレフタレートフィルムを用い、フィルム表面にシリコンによる離型処理を施した。
【0101】
次に、離型フィルム上のペースト状の混合物にさらに離型フィルムを重ね、加圧プレスで厚さ500μmになるようにプレスして、板状の混合物を得た。
【0102】
次に、離型フィルムで挟まれた板状の混合物を離型フィルムごと加熱し、板状の混合物の粘着性が無くなる条件下で熱処理した。熱処理は、120℃の温度で15分間保持である。この熱処理によって、板状の混合物の粘着性が失われるため、離型フィルムの剥離が容易になる。この実施例で用いた液状エポキシ樹脂は、硬化温度が130℃であるため、この熱処理条件下では、未硬化状態(Bステージ)である。
【0103】
次に、板状の混合物から離型フィルムを剥離し、板状の混合物を耐熱性離型フィルム(PPS:ポリフェニレンサルファイト、厚さ75μm)で挟んで、50kg/cm2の圧力で加圧しながら170℃の温度で加熱することによって板状の混合物を硬化させた。
【0104】
次に、硬化した板状の混合物から耐熱性離型フィルムを剥離することによって、電気絶縁性基板を得た。
【0105】
この電気絶縁性基板を所定の寸法に加工して、熱伝導度、線膨張係数などを測定した。熱伝導度は、10mm角に切断した試料の表面を加熱ヒータに接触させて加熱し、反対面の温度上昇から計算で求めた。線膨張係数は、室温から140℃まで温度上昇させた場合の電気絶縁性基板の寸法変化を測定し、その寸法変化の平均値から求めた。絶縁耐圧は、電気絶縁性基板の厚み方向にAC電圧を印加した場合の絶縁耐圧を求め、単位厚み当たりの絶縁耐圧を計算した。
【0106】
表1に示すように、上記の方法で作製された電気絶縁性基板は、無機フィラーとしてAl23を用いた場合には、従来のガラス−エポキシ基板(熱伝導度0.2w/mK〜0.3w/mK)に比べて熱伝導度が約10倍以上となった。Al23の量を85重量%以上とすることによって、熱伝導度を2.8w/mK以上とすることができた。Al23はコストが安いという利点もある。
【0107】
また、無機フィラーとしてAlN、MgOを用いた場合では、Al23を用いた場合と同等以上の熱伝導度が得られた。
【0108】
また、無機フィラーとして非晶質SiO2を用いた場合では、線膨張係数がシリコン半導体(線膨張係数3×10-6/℃)により近くなった。したがって、無機フィラーとして非晶質SiO2を用いた電気絶縁性基板は、半導体を直接実装するフリップチップ用基板として好ましい。
【0109】
また、無機フィラーとしてSiO2を用いた場合には、誘電率が低い電気絶縁性基板が得られた。SiO2は比重が軽いという利点もある。無機フィラーとしてSiO2を用いた回路部品内蔵モジュールは、携帯電話などの高周波用モジュールとして好ましい。
【0110】
また、無機フィラーとしてBNを用いた場合には、熱伝導度が高く線膨張係数が低い電気絶縁性基板が得られた。
【0111】
表1の比較例(試料番号1)に示すように、無機フィラーとして60重量%のAl23を用いた場合を除いて、電気絶縁性基板の絶縁耐圧は、10kV/mm以上であった。電気絶縁性基板の絶縁耐圧は、電気絶縁性基板の材料である無機フィラーと熱硬化性樹脂との接着性の指標となる。すなわち、無機フィラーと熱硬化性樹脂との接着性が悪いと、その間に微小な隙間が生じて絶縁耐圧が低下する。このような微小な隙間は回路部品内蔵モジュールの信頼性低下を招く。一般に、絶縁耐圧が10kV/mm以上であれば無機フィラーと熱硬化性樹脂との接着性が良好であると判断できる。したがって、無機フィラーの量は70重量%以上であることが好ましい。
【0112】
なお、熱硬化性樹脂の含有量が低いと電気絶縁性基板の強度が低下するため、熱硬化性樹脂は4.8重量%以上であることが好ましい。
【0113】
(実施例2)
実施例2は、実施形態2で説明した方法で回路部品内蔵モジュールを作製した一例である。
【0114】
本実施例に使用した電気絶縁性基板の組成は、Al23(昭和電工(株)製AS−40、球状、平均粒子径12μm)が90重量%、液状エポキシ樹脂(日本レック(株)製、EF−450)が9.5重量%、カーボンブラック(東洋カーボン(株)製)が0.2重量%、カップリング剤(味の素(株)製、チタネート系、46B)が0.3重量%である。
【0115】
上記材料を実施例1と同様の条件で処理することによって、板状体(厚み500μm)を作製した。上記板状体を所定の大きさに切断し、炭酸ガスレーザを用いてインナービアホール接続をするための貫通孔(直径0.15mm)を形成した(図2(b)参照)。
【0116】
この貫通孔に、導電性樹脂組成物をスクリーン印刷法によって充填した(図2(c)参照)。導電性樹脂組成物は、球状の銅粒子85重量%と、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(油化シェルエポキシ製、エピコート828)3重量%と、グルシジルエステル系エポキシ樹脂(東都化成製、YD−171)9重量%と、アミンアダクト硬化剤(味の素製、MY−24)3重量%とを混練して作製した。
【0117】
次に、厚さ35μmの銅箔の片面を粗化し、粗化した面に導電性接着剤を用いて半導体素子をフリップチップボンディングした(図2(d)参照)。
【0118】
次に、半導体素子を実装した銅箔と、導電性樹脂組成物を充填した板状体と、別途作製した銅箔(片面を粗化処理した銅箔で厚さ35μm)とを位置合わせして重ねた(図2(f)参照)。この時、銅箔の粗化面は、板状体側になるように重ねた。
【0119】
次に、これを熱プレス機によってプレス温度120℃、圧力10kg/cm2で5分間加熱加圧した。硬化温度より低い温度での加熱によって、板状体中の熱硬化性樹脂が軟化するため、半導体素子が板状体中に容易に埋没した。
【0120】
次に、加熱温度を上昇させて175℃で60分間加熱した(図2(g)参照)。この加熱によって、板状体中のエポキシ樹脂および導電性樹脂組成物中のエポキシ樹脂が硬化し、半導体素子および銅箔と板状体とが機械的に強固に接続された。また、この加熱によって、導電性樹脂組成物と銅箔とが電気的(インナービア接続)、機械的に接続された。
【0121】
次に、半導体素子が埋設された板状体の表面の銅箔を、フォトリソ工程およびエッチング工程によってエッチングし、配線パターンを形成した(図2(h)参照)。このようにして、回路部品内蔵モジュールを作成した。
【0122】
本実施例によって作製された回路部品内蔵モジュールの信頼性を評価するため、半田リフロー試験および温度サイクル試験を行った。半田リフロー試験は、ベルト式リフロー試験機を用い、最高温度が260℃で10秒のサイクルを10回繰り返すことで行った。温度サイクル試験は、125℃で30分間保持した後、−60℃の温度で30分間保持する工程を200サイクル繰り返すことによって行った。
【0123】
半田リフロー試験および温度サイクル試験のいずれにおいても、本実施例の回路部品内蔵モジュールにはクラックが発生せず、超音波探傷装置を用いても特に異常は認められなかった。この試験から、半導体素子と電気絶縁性基板とは、強固に接着していることがわかる。また、導電性樹脂組成物によるインナービア接続の抵抗値も、試験開始前後でほとんど変化がなかった。
【0124】
(実施例3)
実施例3は、実施形態3で説明した方法で回路部品内蔵モジュールを作製した一例である。
【0125】
まず、実施例2と同様の方法で、貫通孔に導電性樹脂組成物が充填された板状体(厚さ500μm)を作製した(図3(c)参照)。
【0126】
次に、離型フィルム(ポリフェニレンサルファイト製、厚さ150μm)に、厚さ35μmの銅箔を接着剤によって接着した。この銅箔は、片面が粗化処理されており、光沢面が接着剤側になるように接着した。
【0127】
次に、離型フィルム上の銅箔を、フォトリソ工程およびエッチング工程によってエッチングして、配線パターンを形成した。さらにこの配線パターン上に、半田バンプを用いて半導体素子をフリップチップボンディングした(図3(d)参照)。
【0128】
次に、配線パターンに実装した半導体素子と配線パターンとの隙間に封止樹脂を注入した。具体的には、70℃に加熱したホットプレートを傾け、そのホットプレート上に、半導体素子を実装した配線パターンを有する離型フィルムを設置した後、半導体素子と配線パターンとの間に注射器で徐々に封止樹脂を注入した。10秒程度で半導体素子と配線パターンとの間に封止樹脂を注入できた。ホットプレートで加熱するのは、封止樹脂の粘度を下げて短時間に注入できるようにするためである。また、ホットプレートを傾けるのは注入を容易にするためである。封止樹脂には、テクノアルファー(株)製EL18Bを用いた。EL18Bは、一液性のエポキシ樹脂にSiO2粉末を混入した樹脂である。
【0129】
一方、上記工程と平行して、上記工程と同様に、片面に配線パターンが形成された離型フィルム(ポリフェニレンサルファイト製、厚さ150μm)を作製した(図3(e)参照)。
【0130】
次に、半導体素子をボンディングした離型フィルムと、貫通孔に導電性樹脂組成物が充填された板状体と、片面に配線パターンが形成された離型フィルムとを、位置合わせして重ねた(図3(f)参照)。
【0131】
次に、これを熱プレス機によってプレス温度120℃、圧力10kg/cm2で5分間加熱加圧した。硬化温度より低い温度での加熱によって、板状体中の熱硬化性樹脂が軟化するため、半導体素子および配線パターンが板状体中に容易に埋没した。
【0132】
次に、加熱温度を上昇させて175℃で60分間加熱した(図3(g)参照)。この加熱によって、板状体および導電性樹脂組成物中のエポキシ樹脂が硬化するため、半導体素子および配線パターンと板状体とが機械的に強固に接続された。また、この加熱によって、導電性樹脂組成物と配線パターンとが電気的(インナービア接続)、機械的に接続された。さらに、この加熱によって、半導体素子と配線パターンとの間に注入された封止樹脂も硬化した。
【0133】
次に、板状体から離型フィルムを剥離した(図3(h)参照)。ポリフェニレンサルファイト製の離型フィルムは、上記加熱温度以上の耐熱性がある。また、銅箔の粗化された面は板状体およびインナービアと接着し、銅箔の光沢面は離型フィルムと接着している。したがって、板状体およびインナービアと銅箔との接着強度は、離型フィルムと銅箔との接着強度よりも大きいため、離型フィルムだけを剥離することができる。このようにして、回路部品内蔵モジュールを作成した。
【0134】
実施例3によって作製された回路部品内蔵モジュールの信頼性を評価するため、実施例2と同様の条件で、半田リフロー試験および温度サイクル試験を行った。
【0135】
半田リフロー試験および温度サイクル試験のいずれにおいても、実施例3の回路部品内蔵モジュールにはクラックが発生せず、超音波探傷装置を用いても特に異常は認められなかった。この試験から、半導体素子と電気絶縁性基板とは、強固に接着していることがわかる。また、導電性樹脂組成物によるインナービア接続の抵抗値も、試験開始前後でほとんど変化がなかった。
【0136】
(実施例4)
この実施例4は、実施形態5で説明した方法で多層構造を有する回路部品内蔵モジュールを作製した一例である。
【0137】
この実施例4では、回路部品として、半導体素子とチップ部品とを用いた。
【0138】
まず、実施例2と同様の方法で、貫通孔に導電性樹脂組成物が充填された板状体を形成した。
【0139】
次に、貫通孔に導電性樹脂組成物が充填された板状体と、回路部品がフリップチップボンディングされた配線パターンを備える離型フィルム(ポリフェニレンサルファイト製)とを、位置合わせして重ねた(図5(a)参照)。
【0140】
次に、これを熱プレス機によって、プレス温度120℃、圧力10kg/cm2で5分間加熱加圧した。硬化温度より低い温度での加熱によって、板状体中の熱硬化性樹脂が軟化するため、回路部品が板状体中に容易に埋没した。そして、離型フィルムを板状体から剥離することによって回路部品が埋設された板状体を形成した(図5(b)参照)。
【0141】
この板状体を複数個作製し、複数個の板状体と銅箔とを位置合わせして重ねた(図5(g)参照)。
【0142】
次に、これを熱プレス機によって、プレス温度175℃、圧力50kg/cm2で60分間加熱加圧した。この加熱加圧処理によって、回路部品が埋設された複数の板状体と銅箔とが一体となって、一つの板状体が形成された。この加熱加圧処理によって、板状体および導電性樹脂組成物中のエポキシ樹脂が硬化し、回路部品および配線パターンと板状体とが機械的に強固に接続された。また、この加熱加圧処理によって、銅箔および配線パターンと導電性樹脂組成物とが電気的(インナービア接続)、機械的に接続された。
【0143】
次に、回路部品が埋設された板状体の表面の銅箔を、フォトリソ工程およびエッチング工程によってエッチングすることによって、配線パターンを形成した(図5(h)参照)。このようにして、多層構造を有する回路部品内蔵モジュールを作製した。
【0144】
実施例4によって作製された回路部品内蔵モジュールの信頼性を評価するため、実施例2と同様の条件で、半田リフロー試験および温度サイクル試験を行った。
【0145】
半田リフロー試験および温度サイクル試験のいずれにおいても、実施例4の回路部品内蔵モジュールにはクラックが発生せず、超音波探傷装置を用いても特に異常は認められなかった。この試験から、半導体素子と電気絶縁性基板とは、強固に接着していることがわかる。また、導電性樹脂組成物によるインナービア接続の抵抗値も、試験開始前後でほとんど変化がなかった。
【0146】
(実施例5)
この実施例5は、実施形態6で説明した方法で多層構造を有する回路部品内蔵モジュールを作製した一例である。
【0147】
まず、実施例2と同様の方法で、貫通孔に導電性樹脂組成物が充填された板状体を形成した。次に、貫通孔に導電性樹脂組成物が充填された板状体と、回路部品がフリップチップボンディングされた配線パターンを備える離型フィルム(ポリフェニレンサルファイト製)とを、位置合わせして重ねた(図6(a)参照)。
【0148】
次に、これを熱プレス機によって、プレス温度120℃、圧力10kg/cm2で5分間加熱加圧した。硬化温度より低い温度での加熱によって、板状体中の熱硬化性樹脂が軟化するため、回路部品が板状体中に容易に埋没した。そして、離型フィルムを板状体から剥離することによって板状体を形成した(図6(b)参照)。同様に、回路部品が埋設された板状体を形成した(図6(d)参照)。
【0149】
次に、離型フィルム(ポリフェニレンサルファイト製)の片面に配線パターンを形成した(図6(e)参照)。
【0150】
次に、回路部品が埋設された2個の板状体と、配線パターンが形成された離型フィルムとを位置合わせして重ねた(図6(f)参照)。
【0151】
次に、これを熱プレス機によって、プレス温度175℃、圧力50kg/cm2で60分間加熱加圧した。この加熱加圧処理によって、回路部品が埋設された複数の板状体と離型フィルムとが一体となって、一つの板状体が形成された。この加熱加圧処理によって、板状体中のエポキシ樹脂が硬化し、回路部品および配線パターンと板状体とが機械的に強固に接続された。また、この加熱加圧処理によって導電性樹脂組成物中のエポキシ樹脂が硬化し、配線パターンと導電性樹脂組成物とが電気的(インナービア接続)、機械的に接続された。
【0152】
次に、一体となった板状体から離型フィルムを剥離することによって、多層構造を有する回路部品内蔵モジュールを作製した(図6(g)参照)。
【0153】
実施例5によって作製された回路部品内蔵モジュールの信頼性を評価するため、実施例2と同様の条件で、半田リフロー試験および温度サイクル試験を行った。
【0154】
半田リフロー試験および温度サイクル試験のいずれにおいても、実施例5の回路部品内蔵モジュールにはクラックが発生せず、超音波探傷装置を用いても特に異常は認められなかった。この試験から、半導体素子と電気絶縁性基板とは、強固に接着していることがわかる。また、導電性樹脂組成物によるインナービア接続の抵抗値も、試験開始前後でほとんど変化がなかった。
【0155】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の回路部品内蔵モジュールでは、無機フィラーと熱硬化性樹脂との混合物からなる電気絶縁性基板を用いているため、放熱性が高い回路部品内蔵モジュールが得られる。
【0156】
また、本発明の回路部品内蔵モジュールでは、多層構造とすることによって、さらに高密度に回路部品が実装することができる。
【0157】
さらに、本発明の回路部品内蔵モジュールでは、無機フィラーを選択することによって、電気絶縁性基板の熱伝導度、線膨張係数、誘電率などを制御することが可能である。したがって、本発明の回路部品内蔵モジュールでは、電気絶縁性基板の線膨張係数を半導体素子とほぼ同じにすることが可能であるため、半導体素子を内蔵した回路部品内蔵モジュールとして好ましい。また、電気絶縁性基板の熱伝導度を向上させることができるため、放熱を必要とする半導体素子などを内蔵した回路部品内蔵モジュールとして好ましい。さらに、電気絶縁性基板の誘電率を低くすることもできるため、高周波回路用の回路部品内蔵モジュールとして好ましい。
【0158】
本発明の回路部品内蔵モジュールの製造方法では、上記回路部品内蔵モジュールを容易に製造することができる。
【0159】
また、本発明の回路部品内蔵モジュールの製造方法では、配線パターンを形成した離型フィルムを用いることによって、配線パターンを電気絶縁性基板に埋設することができるため、表面が平滑な回路部品内蔵モジュールが得られる。したがって、表面の配線パターンにさらに回路部品を実装する場合に、高密度で回路部品を実装することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の回路部品内蔵モジュールの一実施形態を示す斜視断面図である。
【図2】 本発明の回路部品内蔵モジュールの製造方法の一実施形態を示す工程図である。
【図3】 本発明の回路部品内蔵モジュールの製造方法の他の一実施形態を示す工程図である。
【図4】 本発明の回路部品内蔵モジュールの他の一実施形態を示す斜視断面図である。
【図5】 本発明の回路部品内蔵モジュールの製造方法の他の一実施形態を示す工程図である。
【図6】 本発明の回路部品内蔵モジュールの製造方法の他の一実施形態を示す工程図である。
【符号の説明】
100、400 回路部品内蔵モジュール
101、401、401a、401b、401c 電気絶縁性基板
102a、102b、402a、402b、402c、402d 配線パターン
103、403 回路部品
103a、403a 能動部品
103b、403b 受動部品
104、404 インナービア[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a circuit component built-in module, and more particularly to a circuit component built-in module in which a circuit component is disposed inside an electrically insulating substrate.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the demand for higher performance and smaller size of electronic devices, higher density and higher functionality of circuit components have been screamed. For this reason, there is a demand for a circuit board corresponding to high density and high functionality of circuit components.
[0003]
As a method of increasing the density of circuit components, a method of multilayering a circuit is conceivable. However, in conventional glass-epoxy substrates, it is necessary to use a through-hole structure with a drill, so it is possible to cope with high-density mounting. Have difficulty. For this reason, the development of an inner via hole connection method capable of connecting wiring patterns between LSIs and components at the shortest distance is being developed in various directions as a method capable of achieving the highest circuit density.
[0004]
In the inner via hole connection method, it is possible to connect only necessary layers, and the circuit component is excellent in mountability (Japanese Patent Laid-Open Nos. 63-47991 and 6-268345).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, conventionally, the substrate used in the inner via hole connection method has been composed of a resin-based material, and thus has a problem of low thermal conductivity. In the circuit component built-in module, the higher the mounting density of the circuit components, the higher the need to dissipate the heat generated from the component. There was a problem that the reliability of the system deteriorated.
[0006]
In order to solve the above-described conventional problems, the present invention is capable of mounting circuit components with high density and having high reliability. Le The purpose is to provide.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a circuit component built-in module according to the present invention includes an electrically insulating substrate made of a mixture containing 70% to 95% by weight of an inorganic filler and a thermosetting resin, and one of the electrically insulating substrates. A first wiring pattern formed on the main surface of the first insulating layer, a second wiring pattern formed on the other main surface of the electrically insulating substrate, and the first wiring pattern embedded in the electrically insulating substrate. At least one circuit component electrically connected, and an inner via formed in the electrically insulating substrate so as to electrically connect the first wiring pattern and the second wiring pattern. The first wiring pattern is embedded in the electrically insulating substrate and the surface is flat, and the circuit component is embedded in the electrically insulating substrate, and the first wiring pattern by the inner via and the Electrical connection with the second wiring pattern is performed simultaneously. . In this circuit component built-in module, heat generated from the circuit component is quickly dissipated by the inorganic filler, so that a highly reliable circuit component built-in module can be obtained. Furthermore, by selecting an inorganic filler, the thermal conductivity, linear expansion coefficient, dielectric constant, dielectric strength, etc. of the electrically insulating substrate can be changed according to the built-in circuit components. Further, in a circuit component built-in module including a semiconductor element and a chip capacitor, it is possible to reduce electrical signal noise by shortening the distance between the semiconductor element and the chip capacitor.
[0008]
In the circuit component built-in module, it is preferable that at least two types of circuit components are embedded in the electrically insulating substrate.
[0009]
In the circuit component built-in module, the circuit component preferably includes a semiconductor bare chip.
[0010]
In the circuit component built-in module, it is preferable that the circuit component includes at least one component selected from a chip-shaped resistor, a chip-shaped capacitor, and a chip-shaped inductor. By using a chip-like component, it can be easily embedded in the electrically insulating substrate.
[0011]
In the circuit component built-in module, the semiconductor bare chip is preferably flip-chip bonded to the first wiring pattern.
[0012]
In the circuit component built-in module, the inner via is preferably made of a conductive resin composition. In the case where the inner via is made of a conductive resin composition, the manufacture becomes easy.
[0013]
In the circuit component built-in module, it is preferable that the wiring pattern includes a conductive resin composition. By using the conductive resin composition, the wiring pattern can be easily formed.
[0014]
In the circuit component built-in module, it is preferable that the wiring pattern comprises a metal plate lead frame formed by an etching method or a punching method. This is because the metal plate lead frame has low electrical resistance. By using the etching method, a fine wiring pattern can be formed. By using the punching method, the wiring pattern can be formed with simple equipment.
[0015]
In the circuit component built-in module, it is preferable that the mixture further includes at least one additive selected from a dispersant, a colorant, a coupling agent, and a release agent. The inorganic filler in the thermosetting resin can be dispersed with good uniformity by the dispersant. Since the electrically insulating substrate can be colored by the colorant, the heat dissipation of the circuit component built-in module can be improved. Since the bonding agent can increase the adhesive strength between the thermosetting resin and the inorganic filler, the insulating property of the electrically insulating substrate can be improved. Since the mold release agent can improve the mold release property between the mold and the mixture, the productivity can be improved.
[0016]
In the circuit component built-in module, the coefficient of linear expansion of the electrically insulating substrate is 8 × 10. -6 / ° C. to 20 × 10 -6 It is preferable that the thermal conductivity of the electrically insulating substrate is 1 w / mK to 10 w / mK. This is because a thermal conductivity close to that of a ceramic substrate can be obtained, and a substrate with excellent heat dissipation can be obtained.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0027]
(Embodiment 1)
The first embodiment is an example of a circuit component built-in module of the present invention, and FIG. 1 is a perspective sectional view of the circuit component built-in module 100 of the present embodiment.
[0028]
Referring to FIG. 1, a circuit component built-in module 100 of this embodiment includes an electrically insulating substrate 101, wiring patterns 102a and 102b formed on one main surface and another main surface of the electrically insulating substrate 101, wiring A circuit component 103 connected to the pattern 102b and disposed inside the electrically insulating substrate 101, and an inner via 104 for electrically connecting the wiring patterns 102a and 102b are included.
[0029]
The electrically insulating substrate 101 is made of a mixture containing an inorganic filler and a thermosetting resin. For the inorganic filler, for example, Al 2 O Three MgO, BN, AlN or SiO 2 Etc. can be used. The inorganic filler is preferably 70% to 95% by weight based on the mixture. The average particle size of the inorganic filler is preferably 0.1 μm to 100 μm. For the thermosetting resin, for example, epoxy resin, phenol resin or cyanate resin having high heat resistance is preferable. Epoxy resins are particularly preferred because of their particularly high heat resistance. The mixture may further contain a dispersant, a colorant, a coupling agent, or a release agent.
[0030]
The wiring patterns 102a and 102b are made of a material having electrical conductivity, such as a copper foil or a conductive resin composition. When using a copper foil as the wiring pattern, for example, a copper foil having a thickness of about 18 μm to 35 μm manufactured by electrolytic plating can be used. The copper foil desirably has a roughened surface in contact with the electrically insulating substrate 101 in order to improve adhesion with the electrically insulating substrate 101. Further, for the copper foil, a copper foil surface that has been subjected to coupling treatment or a copper foil surface that is plated with tin, zinc, or nickel may be used in order to improve adhesion and oxidation resistance. The wiring patterns 102a and 102b may be a metal plate lead frame formed by an etching method or a punching method.
[0031]
The circuit component 103 includes, for example, an active component 103a and a passive component 103b. As the active component 103a, for example, a semiconductor element such as a transistor, IC, or LSI is used. The semiconductor element may be a semiconductor bare chip. As the passive component 103b, a chip resistor, a chip capacitor, a chip inductor, or the like is used. The circuit component 103 may not include the passive component 103b.
[0032]
For example, flip chip bonding is used to connect the wiring pattern 102b and the active component 103a.
[0033]
The inner via 104 is made of, for example, a thermosetting conductive material. As the thermosetting conductive substance, for example, a conductive resin composition in which metal particles and a thermosetting resin are mixed can be used. As the metal particles, gold, silver, copper, nickel or the like can be used. Gold, silver, copper, or nickel is preferable because of its high conductivity, and copper is particularly preferable because of its high conductivity and low migration. As the thermosetting resin, for example, an epoxy resin, a phenol resin, or a cyanate resin can be used. Epoxy resins are particularly preferred because of their high heat resistance.
[0034]
In the circuit component built-in module 100 shown in the first embodiment, the wiring pattern 102 a and the wiring pattern 102 b are connected by the inner via 104 filled in the through hole of the electrically insulating substrate 101. Therefore, in the circuit component built-in module 100, the circuit components 103 can be mounted with high density.
[0035]
In the circuit component built-in module 100, heat generated in the circuit component is quickly conducted by the inorganic filler contained in the electrically insulating substrate 101. Therefore, a highly reliable circuit component built-in module can be obtained.
[0036]
Further, in the circuit component built-in module 100, by selecting an inorganic filler used for the electrically insulating substrate 101, the linear expansion coefficient, thermal conductivity, dielectric constant, etc. of the electrically insulating substrate 101 can be easily controlled. If the linear expansion coefficient of the electrically insulating substrate 101 is substantially equal to that of the semiconductor element, cracks due to temperature changes can be prevented, and a highly reliable circuit component built-in module can be obtained. When the thermal conductivity of the electrically insulating substrate 101 is improved, a highly reliable circuit component built-in module can be obtained even when circuit components are mounted at a high density. By reducing the dielectric constant of the electrically insulating substrate 101, a high frequency circuit module with low dielectric loss can be obtained.
[0037]
Further, in the circuit component built-in module 100, since the circuit component 103 can be shielded from the outside air by the electrically insulating substrate 101, it is possible to prevent a decrease in reliability due to humidity.
[0038]
Further, the circuit component built-in module 100 of the present invention uses a mixture of an inorganic filler and a thermosetting resin as the material of the electrically insulating substrate 101, so that unlike the ceramic substrate, it is not necessary to fire at a high temperature. Is easy.
[0039]
In the circuit component built-in module 100 shown in FIG. 1, the wiring pattern 102 a is not embedded in the electrically insulating substrate 101. However, the wiring pattern 102 a may be embedded in the electrically insulating substrate 101. (See FIG. 3 (h)).
[0040]
In the circuit component built-in module 100 shown in FIG. 1, the circuit component is not mounted on the wiring pattern 102a. However, the circuit component may be mounted on the wiring pattern 102a. The module may be resin-molded (the same applies to the following embodiments). By mounting circuit components on the wiring pattern 102a, the circuit components can be mounted at a higher density.
[0041]
(Embodiment 2)
In the second embodiment, an embodiment of a method for manufacturing the circuit component built-in module shown in FIG. 1 will be described. The materials and circuit components used in the second embodiment are those described in the first embodiment.
[0042]
2A to 2H are cross-sectional views showing an embodiment of a manufacturing process of a circuit component built-in module.
[0043]
First, as shown to Fig.2 (a), the plate-shaped mixture 200 is formed by processing the mixture containing an inorganic filler and a thermosetting resin. The plate-like mixture 200 can be formed by mixing an inorganic filler and an uncured thermosetting resin into a paste-like kneaded product, and molding the paste-like kneaded product to a certain thickness.
[0044]
The plate-like mixture 200 may be heat-treated at a temperature lower than the curing temperature of the thermosetting resin. By performing the heat treatment, the adhesiveness can be removed while maintaining the flexibility of the mixture 200, so that the subsequent processing becomes easy. In addition, in a mixture in which a thermosetting resin is dissolved with a solvent, a part of the solvent can be removed by heat treatment.
[0045]
Thereafter, as shown in FIG. 2B, by forming the through hole 201 at a desired position of the mixture 200, a plate-like body in which the through hole 201 is formed is formed. The through-hole 201 can be formed by, for example, laser processing, drilling, or die processing. Laser processing is preferable because the through-holes 201 can be formed at a fine pitch and no shavings are generated. In laser processing, if a carbon dioxide laser or excimer laser is used, processing is easy. The through-hole 201 may be formed at the same time when the paste-like kneaded product is formed to form the plate-like mixture 200.
[0046]
Thereafter, as shown in FIG. 2C, the through hole 201 is filled with the conductive resin composition 202 to form a plate-like body in which the through hole 201 is filled with the conductive resin composition 202.
[0047]
In parallel with the steps of FIGS. 2A to 2C, the circuit component 204 is flip-chip bonded to the copper foil 203 as shown in FIG. The circuit component 204 is electrically connected to the copper foil 203 via the conductive adhesive 205. As the conductive adhesive 205, for example, a material obtained by kneading gold, silver, copper, silver-palladium alloy or the like with a thermosetting resin can be used. Also, instead of the conductive adhesive 205, a bump formed by a gold wire bonding method or a bump made of solder is formed in advance on the circuit component side, and the gold or solder is dissolved by heat treatment. use Thus, the circuit component 204 can be mounted. Furthermore, it is also possible to use a solder bump and a conductive adhesive in combination.
[0048]
A sealing resin may be injected between the circuit component 204 mounted on the copper foil 203 and the copper foil 203 (in the following embodiments, between the circuit component and the copper foil or between the circuit component and the wiring pattern). It is the same that the sealing resin may be injected between these. By injecting the sealing resin, it is possible to prevent a gap from being formed between the semiconductor element and the wiring pattern when the semiconductor element is embedded in the plate-like body in a later step. As the sealing resin, an underfill resin used for normal flip chip bonding can be used.
[0049]
In parallel with the steps of FIGS. 2A to 2C, the copper foil 206 is formed.
[0050]
Thereafter, as shown in FIG. 2 (f), the copper foil 203 on which the circuit component 204 is mounted, the plate-like body of FIG. 2 (c), and the copper foil 206 are aligned and overlapped.
[0051]
Thereafter, as shown in FIG. 2 (g), a plate-like body in which the circuit component 204 is embedded is formed by pressurizing the aligned and overlapped layers, and then heated to thereby form the mixture 200 and the conductive layer. The thermosetting resin in the curable resin composition 202 is cured to form a plate-like body in which the circuit component 204 is embedded. The heating is performed at a temperature equal to or higher than the temperature at which the thermosetting resin in the mixture 200 and the conductive resin composition 202 is cured (for example, 150 ° C. to 260 ° C.), and the mixture 200 becomes the electrically insulating substrate 207. The thing becomes the inner via 208. Through this process, the copper foils 203 and 206, the circuit component 204, and the electrically insulating substrate 207 are mechanically firmly bonded. Further, the copper foils 203 and 206 are electrically connected by the inner via 208. In addition, when hardening the thermosetting resin in the mixture 200 and the conductive resin composition 202 by heating, while heating, 10 kg / cm 2 ~ 200kg / cm 2 The mechanical strength of the circuit component module can be improved by pressurizing at a pressure of (1), which is the same in the following embodiments.
[0052]
Thereafter, as shown in FIG. 2H, the copper foils 203 and 206 are processed to form wiring patterns 209 and 210.
[0053]
In this way, the circuit component built-in module described in the first embodiment is formed. According to the manufacturing method, the circuit component built-in module described in the first embodiment can be easily manufactured.
[0054]
In the second embodiment, the conductive resin composition 202 is used as the conductive material filling the through-hole 201. However, any thermosetting conductive material may be used (the same applies to the following embodiments).
[0055]
(Embodiment 3)
In the third embodiment, another embodiment of the method for manufacturing the circuit component built-in module shown in FIG. 1 will be described. The materials and circuit components used in the third embodiment are those described in the first embodiment.
[0056]
3A to 3H are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of the circuit component built-in module according to the third embodiment.
[0057]
First, as shown to Fig.3 (a), the plate-shaped mixture 300 is formed by processing the mixture containing an inorganic filler and a thermosetting resin. Since this step is the same as that in FIG. 2 (a), a duplicate description is omitted.
[0058]
Thereafter, as shown in FIG. 3B, a through hole 301 is formed at a desired position of the mixture 300. Since this step is the same as that in FIG. 2 (b), a duplicate description is omitted.
[0059]
Thereafter, as illustrated in FIG. 3C, the through hole 301 is filled with the conductive resin composition 302 to form a plate-like body in which the through hole 301 is filled with the conductive resin composition 302.
[0060]
In parallel with the steps of FIGS. 3A to 3C, as shown in FIG. 3D, a wiring pattern 303 is formed on the release film 305, and a circuit component 304 is mounted on the wiring pattern 303. The method for mounting the circuit component 304 is the same as the method described with reference to FIG. For the release film 305, for example, a film of polyethylene terephthalate or polyphenylene sulfite can be used. The wiring pattern 303 can be formed, for example, by bonding a copper foil to the release film 305 and then performing a photolithography process and an etching process. The wiring pattern 303 may be a metal plate lead frame formed by etching or punching.
[0061]
In parallel with the steps of FIGS. 3A to 3C, a wiring pattern 306 is formed on the release film 307 as shown in FIG. The wiring pattern 306 can be formed by the same method as the wiring pattern 303.
[0062]
Thereafter, as shown in FIG. 3 (f), the release film 305, the plate-like body of FIG. 2 (c), and the release film 305 are connected so that the wiring patterns 303 and 306 and the conductive material 302 are connected at desired portions. The mold film 307 is aligned and overlapped.
[0063]
Thereafter, as shown in FIG. 3G, the thermosetting resin in the mixture 300 and the conductive resin composition 302 is cured by pressurizing and heating the aligned and overlaid circuit components 304 and A plate-like body in which the wiring patterns 303 and 306 are embedded is formed. The heating is performed at a temperature (for example, 150 ° C. to 260 ° C.) that is equal to or higher than the temperature at which the thermosetting resin in the mixture 300 and the conductive resin composition 302 is cured, and the mixture 300 becomes the electrically insulating substrate 308. The object 302 becomes the inner via 309. The wiring patterns 303 and 306 are electrically connected by the inner via 309.
[0064]
Thereafter, as shown in FIG. 3 (h), the release films 305 and 307 are peeled off from the plate-like body of FIG. 3 (g).
[0065]
In this way, the circuit component built-in module described in the first embodiment is formed. According to the manufacturing method, the circuit component built-in module described in the first embodiment can be easily manufactured.
[0066]
In this method, since the release film 307 in which the wiring pattern 306 is formed in advance is used, it is possible to manufacture a circuit component built-in module in which the wiring pattern 306 is embedded in the electrically insulating substrate 308 and the surface is flat. Since the surface is flat, components can be mounted on the wiring pattern 306 with high density, so that circuit components can be mounted with higher density.
[0067]
(Embodiment 4)
In the fourth embodiment, an embodiment of a circuit component built-in module having a multilayer structure of the present invention will be described. FIG. 4 is a perspective sectional view of the circuit component built-in module 400 of the fourth embodiment.
[0068]
Referring to FIG. 4, a circuit component built-in module 400 of this embodiment includes an electrically insulating substrate 401 composed of laminated electrically insulating substrates 401 a, 401 b and 401 c, and the main surface and the inside of the electrically insulating substrate 401. The formed wiring patterns 402a, 402b, 402c and 402d, the circuit component 403 arranged inside the electrically insulating substrate 401 and connected to the wiring patterns 402a, 402b or 402c, and the wiring patterns 402a, 402b, 402c and 402d And an inner via 404 that is electrically connected.
[0069]
The electrically insulating substrates 401a, 401b and 401c are made of a mixture containing an inorganic filler and a thermosetting resin. For the inorganic filler, for example, Al 2 O Three MgO, BN, AlN or SiO 2 Etc. can be used. The inorganic filler is preferably 70% by weight to 95% by weight with respect to the mixture. The average particle size of the inorganic filler is preferably 0.1 μm to 100 μm. For the thermosetting resin, for example, epoxy resin, phenol resin or cyanate resin having high heat resistance is preferable. Epoxy resins are particularly preferred because of their particularly high heat resistance. The mixture may further contain a dispersant, a colorant, a coupling agent, or a release agent.
[0070]
Since the wiring patterns 402a, 402b, 402c, and 402d are the same as the wiring patterns 102a and 102b described in the first embodiment, redundant description is omitted.
[0071]
The circuit component 403 includes, for example, an active component 403a and a passive component 403b. As the active component 403a, for example, a semiconductor element such as a transistor, IC, or LSI is used. The semiconductor element may be a semiconductor bare chip. As the passive component 403b, a chip resistor, a chip capacitor, a chip inductor, or the like is used. The circuit component 403 may not include the passive component 403b.
[0072]
For example, flip chip bonding is used to connect the wiring patterns 402a, 402b, and 402c to the active component 403a.
[0073]
The inner via 404 is made of, for example, a thermosetting conductive material. As the inner via 404, for example, a conductive resin composition in which metal particles and a thermosetting resin are mixed can be used. As a material of the metal particles, a metal such as gold, silver, copper, or nickel can be used. Gold, silver, copper, or nickel is preferable because of its high conductivity, and copper is particularly preferable because of its high conductivity and low migration. Moreover, as a thermosetting resin, an epoxy resin, a phenol resin, or cyanate resin can be used, for example. Epoxy resins are particularly preferred because of their high heat resistance.
[0074]
In the circuit component built-in module 400 shown in FIG. 4, the wiring pattern 402d is not embedded in the electrically insulating substrate 401c. However, the wiring pattern 402d may be embedded in the electrically insulating substrate 401c. (See FIG. 6 (g)).
[0075]
4 shows the circuit component built-in module 400 having a three-layer structure, it may be a multilayer structure according to the design (the same applies to the following embodiments).
[0076]
(Embodiment 5)
In this fifth embodiment, an embodiment of a method for manufacturing the circuit component built-in module shown in the fourth embodiment will be described. The materials and circuit components used in the fifth embodiment are those described in the fourth embodiment.
[0077]
With reference to FIG. 5, an example of a manufacturing method of the circuit component built-in module shown in the fourth embodiment will be described. 5A to 5H are cross-sectional views showing the manufacturing process of the circuit component built-in module of this embodiment.
[0078]
First, as shown in FIG. 5A, a plate-like mixture 500 is formed by processing a mixture containing an inorganic filler and a thermosetting resin, and a conductive resin composition 501 is filled in the through holes. Thus, a plate-like body in which the through resin is filled with the conductive resin composition 501 is formed. Since this process is the same as the process described with reference to FIGS.
[0079]
On the other hand, the wiring pattern 506 is formed on the release film 503, and the active component 504 and the passive component 505 are mounted on the wiring pattern 506. This process is the same as that described in FIG. 3D, and a duplicate description is omitted.
[0080]
Thereafter, as shown in FIG. 5 (b), the plate-like body of FIG. 5 (a) and the release film 503 are aligned, overlapped and pressed, and then the release film 503 is peeled off, thereby wiring. A plate-like body in which the pattern 506, the active component 504, and the passive component 505 are embedded is formed.
[0081]
In parallel with the steps of FIGS. 5A and 5B, a plurality of plate-like bodies in which the wiring pattern 506 and the circuit components are embedded are formed in the same steps as in FIGS. 5A and 5B (FIG. 5). 5 (c) and (d), see FIGS. 5 (e) and (f)). Note that the wiring pattern 506 and the circuit components are different for each layer depending on the design.
[0082]
Thereafter, as shown in FIG. 5 (g), the plate-like bodies of FIGS. 5 (b), (d) and (f) are aligned and overlapped to form the wiring pattern of the plate-like body of FIG. 5 (f). A copper foil 507 is further stacked on the main surface that is not formed.
[0083]
Then, as shown in FIG.5 (h), the plate-shaped body and copper foil 507 which were piled up in FIG.5 (g) are pressurized and heated, and the plate-shaped body which has a multilayered structure is formed. The heating is performed at a temperature equal to or higher than the temperature at which the thermosetting resin in the mixture 500 and the conductive resin composition 501 is cured (for example, 150 ° C. to 260 ° C.), and the mixture 500 becomes the electrically insulating substrate 508 to form the conductive resin composition. The object 501 becomes an inner via 509. By this process, the circuit components 504 and 505, the copper foil 507, and the electrically insulating substrate 508 are mechanically firmly bonded. Further, the wiring pattern 506 and the copper foil 507 are electrically connected by the inner via 509. Thereafter, the copper foil 507 is processed to form a wiring pattern 510.
[0084]
In this way, a circuit component built-in module having a multilayer structure can be formed. According to the manufacturing method, a circuit component built-in module having a multilayer structure can be easily manufactured.
[0085]
(Embodiment 6)
In the sixth embodiment, another embodiment of the method for manufacturing the circuit component built-in module described in the fourth embodiment will be described. The materials and circuit components used in the sixth embodiment are those described in the fourth embodiment.
[0086]
With reference to FIG. 6, an example of the manufacturing method of the circuit component built-in module in this embodiment will be described. 6A to 6G are cross-sectional views showing the manufacturing process of the circuit component built-in module in this embodiment.
[0087]
First, as shown in FIG. 6 (a), a plate-like mixture 600 is formed by processing a mixture containing an inorganic filler and a thermosetting resin, and a through hole is filled with a conductive material 601 to penetrate the mixture. A plate-like body in which the hole is filled with the conductive resin composition 601 is formed. This process is the same as that described with reference to FIGS. 2A to 2C, and redundant description is omitted. On the other hand, the wiring pattern 606 is formed on the release film 603, and the active component 604 and the passive component 605 are mounted on the wiring pattern 606. This process is the same as that described in FIG. 3D, and a duplicate description is omitted.
[0088]
Thereafter, as shown in FIG. 6 (b), the plate-like mixture 600 of FIG. 6 (a) and the release film 603 are aligned, pressed and pressed, and then the release film 603 is peeled off. Then, a plate-like body in which the wiring pattern 606, the active component 604, and the passive component 605 are embedded is formed.
[0089]
In parallel with the steps of FIGS. 6A and 6B, a plate-like body in which the wiring pattern 606 and the circuit components are embedded is formed in the same step as in FIGS. 6A and 6B (FIG. 6). (See (c) and (d)). Note that the wiring pattern 606 and circuit components differ for each layer depending on the design.
[0090]
In parallel with the steps of FIGS. 6A and 6B, a wiring pattern 607 is formed on the release film 603 as shown in FIG. 6E.
[0091]
Thereafter, as shown in FIG. 6 (f), the plate-like bodies of FIGS. 6 (b) and (d) are aligned and overlapped, and the wiring pattern 606 of the plate-like body of FIG. 6 (d) is not formed. On the main surface, a release film 603 of FIG. 6 (e) is further overlapped so that the wiring pattern 607 is inside.
[0092]
Thereafter, as shown in FIG. 6G, the plate and the release film 603 stacked in FIG. 6F are pressed and heated to form a plate having a multilayer structure. The heating is performed at a temperature (for example, 150 ° C. to 260 ° C.) that is equal to or higher than the temperature at which the thermosetting resin in the mixture 600 and the conductive resin composition 601 is cured, and the mixture 600 becomes the electrically insulating substrate 608, The object 601 becomes an inner via 609. Through this process, the active component 604, the passive component 605, the wiring patterns 606 and 607, and the electrically insulating substrate 608 are mechanically firmly bonded. Further, the wiring patterns 606 and 607 are electrically connected by the inner via 609.
[0093]
Thereafter, the release film 603 is peeled from the plate-like body having a multilayer structure, whereby a circuit component built-in module having a multilayer structure can be formed.
[0094]
Thus, according to the manufacturing method, a circuit component built-in module having a multilayer structure can be easily manufactured.
[0095]
【Example】
Hereinafter, specific examples of the present invention will be described.
[0096]
Example 1
An example of a method for producing an electrically insulating substrate made of a mixture containing an inorganic filler and a thermosetting resin when producing the circuit component built-in module of the present invention will be described.
[0097]
In this example, an electrically insulating substrate was prepared with the composition shown in Table 1. A comparative example is shown as sample number 1.
[0098]
[Table 1]
Figure 0004606685
[0099]
In this example, an epoxy resin (WE-2025, including acid anhydride curing agent) manufactured by Nippon Pernox Co., Ltd. was used as the liquid epoxy resin. As the phenol resin, a phenol resin (Phenolite, VH4150) manufactured by Dainippon Ink Co., Ltd. was used. As the cyanate resin, a cyanate resin (AroCy, M-30) manufactured by Asahi Ciba Co., Ltd. was used. In this example, carbon black or a dispersant was added as an additive.
[0100]
In producing the plate-like body, first, a predetermined amount of a paste-like mixture mixed with the composition shown in Table 1 is dropped onto the release film. The pasty mixture was prepared by mixing an inorganic filler and a liquid thermosetting resin for about 10 minutes with a stirring mixer. The stirring mixer used is one in which an inorganic filler and a liquid thermosetting resin are put into a container of a predetermined capacity and revolved while rotating the container itself. A state is obtained. A 75 μm thick polyethylene terephthalate film was used as the release film, and the film surface was subjected to release treatment with silicon.
[0101]
Next, the release film was further stacked on the paste-like mixture on the release film, and pressed to a thickness of 500 μm with a pressure press to obtain a plate-like mixture.
[0102]
Next, the plate-like mixture sandwiched between the release films was heated together with the release film, and heat-treated under conditions where the stickiness of the plate-like mixture disappeared. The heat treatment is maintained at a temperature of 120 ° C. for 15 minutes. By this heat treatment, the adhesiveness of the plate-like mixture is lost, so that the release film can be easily peeled off. Since the liquid epoxy resin used in this example has a curing temperature of 130 ° C., it is in an uncured state (B stage) under this heat treatment condition.
[0103]
Next, the release film is peeled from the plate-like mixture, and the plate-like mixture is sandwiched between heat-resistant release films (PPS: polyphenylene sulfite, thickness 75 μm), and 50 kg / cm. 2 The plate-like mixture was cured by heating at a temperature of 170 ° C. while being pressurized at a pressure of.
[0104]
Next, an electrically insulating substrate was obtained by peeling the heat-resistant release film from the cured plate-like mixture.
[0105]
This electrically insulating substrate was processed into predetermined dimensions, and thermal conductivity, linear expansion coefficient, and the like were measured. The thermal conductivity was obtained by calculation from the temperature rise of the opposite surface by heating the surface of the sample cut into 10 mm square by bringing it into contact with a heater. The linear expansion coefficient was obtained from an average value of the dimensional changes by measuring the dimensional change of the electrically insulating substrate when the temperature was raised from room temperature to 140 ° C. With respect to the withstand voltage, the withstand voltage when an AC voltage was applied in the thickness direction of the electrically insulating substrate was obtained, and the withstand voltage per unit thickness was calculated.
[0106]
As shown in Table 1, the electrically insulating substrate produced by the above method is Al as an inorganic filler. 2 O Three Was used, the thermal conductivity was about 10 times or more compared with the conventional glass-epoxy substrate (thermal conductivity 0.2 w / mK to 0.3 w / mK). Al 2 O Three The thermal conductivity could be 2.8 w / mK or more by making the amount of 85% by weight or more. Al 2 O Three Also has the advantage of low cost.
[0107]
Also, when AlN or MgO is used as the inorganic filler, 2 O Three A thermal conductivity equivalent to or higher than that obtained when using was obtained.
[0108]
In addition, amorphous SiO as an inorganic filler 2 Is used, the linear expansion coefficient is silicon semiconductor (linear expansion coefficient 3 × 10 -6 / ° C). Therefore, amorphous SiO as an inorganic filler 2 Is preferably used as a flip-chip substrate on which a semiconductor is directly mounted.
[0109]
Moreover, SiO as an inorganic filler 2 When was used, an electrically insulating substrate having a low dielectric constant was obtained. SiO 2 Has the advantage of low specific gravity. SiO as inorganic filler 2 The circuit component built-in module using is preferably used as a high-frequency module such as a cellular phone.
[0110]
When BN was used as the inorganic filler, an electrically insulating substrate having a high thermal conductivity and a low coefficient of linear expansion was obtained.
[0111]
As shown in Comparative Example (Sample No. 1) in Table 1, 60% by weight of Al as an inorganic filler 2 O Three The dielectric strength voltage of the electrically insulating substrate was 10 kV / mm or more except when using the above. The withstand voltage of the electrically insulating substrate is an index of adhesion between the inorganic filler that is the material of the electrically insulating substrate and the thermosetting resin. That is, when the adhesiveness between the inorganic filler and the thermosetting resin is poor, a minute gap is generated between them and the dielectric strength voltage is lowered. Such a minute gap causes a reduction in the reliability of the circuit component built-in module. In general, if the withstand voltage is 10 kV / mm or more, it can be determined that the adhesion between the inorganic filler and the thermosetting resin is good. Therefore, the amount of the inorganic filler is preferably 70% by weight or more.
[0112]
In addition, since the intensity | strength of an electrically insulating board | substrate will fall when content of a thermosetting resin is low, it is preferable that a thermosetting resin is 4.8 weight% or more.
[0113]
(Example 2)
Example 2 is an example in which a circuit component built-in module was manufactured by the method described in the second embodiment.
[0114]
The composition of the electrically insulating substrate used in this example is Al. 2 O Three (AS-40 manufactured by Showa Denko KK, spherical, average particle size 12 μm) is 90% by weight, liquid epoxy resin (manufactured by Nippon Lec Co., Ltd., EF-450) is 9.5% by weight, carbon black (Toyo Carbon) Co., Ltd.) is 0.2 wt%, and the coupling agent (Ajinomoto Co., Titanate, 46B) is 0.3 wt%.
[0115]
A plate-like body (thickness: 500 μm) was produced by treating the above material under the same conditions as in Example 1. The plate-like body was cut into a predetermined size, and a through hole (diameter 0.15 mm) for connecting an inner via hole was formed using a carbon dioxide laser (see FIG. 2B).
[0116]
The through hole was filled with a conductive resin composition by a screen printing method (see FIG. 2C). The conductive resin composition is composed of 85% by weight of spherical copper particles, 3% by weight of bisphenol A type epoxy resin (manufactured by Yuka Shell Epoxy, Epicoat 828), and glycidyl ester epoxy resin (manufactured by Toto Kasei, YD-171). ) 9% by weight and 3% by weight of an amine adduct curing agent (Ajinomoto, MY-24).
[0117]
Next, one side of a 35 μm thick copper foil was roughened, and a semiconductor element was flip-chip bonded to the roughened surface using a conductive adhesive (see FIG. 2D).
[0118]
Next, a copper foil mounted with a semiconductor element, a plate-like body filled with a conductive resin composition, and a separately prepared copper foil (thickness 35 μm with a roughened copper foil on one side) were aligned. It overlapped (refer FIG.2 (f)). At this time, the roughened surface of the copper foil was overlapped so as to be on the plate-like body side.
[0119]
Next, this is heated by a hot press machine at a press temperature of 120 ° C. and a pressure of 10 kg / cm. 2 For 5 minutes. Since the thermosetting resin in the plate-like body is softened by heating at a temperature lower than the curing temperature, the semiconductor element was easily embedded in the plate-like body.
[0120]
Next, the heating temperature was raised and heating was performed at 175 ° C. for 60 minutes (see FIG. 2 (g)). By this heating, the epoxy resin in the plate-like body and the epoxy resin in the conductive resin composition were cured, and the semiconductor element, the copper foil, and the plate-like body were mechanically firmly connected. Moreover, the conductive resin composition and the copper foil were electrically (inner via connection) and mechanically connected by this heating.
[0121]
Next, the copper foil on the surface of the plate-like body in which the semiconductor element was embedded was etched by a photolithography process and an etching process to form a wiring pattern (see FIG. 2H). In this way, a circuit component built-in module was created.
[0122]
In order to evaluate the reliability of the circuit component built-in module produced in this example, a solder reflow test and a temperature cycle test were performed. The solder reflow test was performed by repeating a cycle of 10 seconds at a maximum temperature of 260 ° C. using a belt-type reflow tester 10 times. The temperature cycle test was performed by repeating the process of holding at 125 ° C. for 30 minutes and then holding the temperature at −60 ° C. for 30 minutes for 200 cycles.
[0123]
In both the solder reflow test and the temperature cycle test, no crack was generated in the circuit component built-in module of this example, and no abnormality was observed even when an ultrasonic flaw detector was used. From this test, it can be seen that the semiconductor element and the electrically insulating substrate are firmly bonded. Moreover, the resistance value of the inner via connection by the conductive resin composition was hardly changed before and after the test was started.
[0124]
(Example 3)
Example 3 is an example in which a circuit component built-in module is manufactured by the method described in the third embodiment.
[0125]
First, a plate-like body (thickness: 500 μm) in which a through-hole was filled with a conductive resin composition was produced in the same manner as in Example 2 (see FIG. 3C).
[0126]
Next, a copper foil having a thickness of 35 μm was adhered to a release film (manufactured by polyphenylene sulfite, thickness 150 μm) with an adhesive. This copper foil was bonded so that one side was roughened and the glossy side was on the adhesive side.
[0127]
Next, the copper foil on the release film was etched by a photolithography process and an etching process to form a wiring pattern. Further, a semiconductor element was flip-chip bonded onto the wiring pattern using solder bumps (see FIG. 3D).
[0128]
Next, sealing resin was injected into a gap between the semiconductor element mounted on the wiring pattern and the wiring pattern. Specifically, a hot plate heated to 70 ° C. is tilted, and a release film having a wiring pattern on which a semiconductor element is mounted is placed on the hot plate, and then gradually injected with a syringe between the semiconductor element and the wiring pattern. The sealing resin was injected into the. The sealing resin could be injected between the semiconductor element and the wiring pattern in about 10 seconds. The reason for heating with the hot plate is to reduce the viscosity of the sealing resin so that it can be injected in a short time. In addition, the hot plate is inclined in order to facilitate injection. EL18B manufactured by Techno Alpha Co., Ltd. was used as the sealing resin. EL18B is a one-part epoxy resin with SiO 2 A resin mixed with powder.
[0129]
On the other hand, a release film (made of polyphenylene sulfite, thickness 150 μm) in which a wiring pattern was formed on one surface was produced in parallel with the above process (see FIG. 3E).
[0130]
Next, the release film bonded with the semiconductor element, the plate-like body filled with the conductive resin composition in the through hole, and the release film with the wiring pattern formed on one side were aligned and overlapped. (Refer FIG.3 (f)).
[0131]
Next, this is heated by a hot press machine at a press temperature of 120 ° C. and a pressure of 10 kg / cm. 2 For 5 minutes. Since the thermosetting resin in the plate-like body is softened by heating at a temperature lower than the curing temperature, the semiconductor element and the wiring pattern were easily embedded in the plate-like body.
[0132]
Next, the heating temperature was raised and heating was performed at 175 ° C. for 60 minutes (see FIG. 3G). Since the epoxy resin in the plate-like body and the conductive resin composition is cured by this heating, the semiconductor element, the wiring pattern, and the plate-like body are mechanically firmly connected. Moreover, the conductive resin composition and the wiring pattern were electrically (inner via connection) and mechanically connected by this heating. Furthermore, the sealing resin injected between the semiconductor element and the wiring pattern was also cured by this heating.
[0133]
Next, the release film was peeled from the plate-like body (see FIG. 3 (h)). A release film made of polyphenylene sulfite has heat resistance equal to or higher than the heating temperature. Further, the roughened surface of the copper foil is bonded to the plate-like body and the inner via, and the glossy surface of the copper foil is bonded to the release film. Therefore, since the adhesive strength between the plate-like body and the inner via and the copper foil is larger than the adhesive strength between the release film and the copper foil, only the release film can be peeled off. In this way, a circuit component built-in module was created.
[0134]
In order to evaluate the reliability of the circuit component built-in module produced in Example 3, a solder reflow test and a temperature cycle test were performed under the same conditions as in Example 2.
[0135]
In both the solder reflow test and the temperature cycle test, no crack was generated in the circuit component built-in module of Example 3, and no abnormality was observed even when an ultrasonic flaw detector was used. From this test, it can be seen that the semiconductor element and the electrically insulating substrate are firmly bonded. Moreover, the resistance value of the inner via connection by the conductive resin composition was hardly changed before and after the test was started.
[0136]
Example 4
Example 4 is an example in which a circuit component built-in module having a multilayer structure was manufactured by the method described in the fifth embodiment.
[0137]
In Example 4, a semiconductor element and a chip component were used as circuit components.
[0138]
First, a plate-like body in which through holes were filled with a conductive resin composition was formed in the same manner as in Example 2.
[0139]
Next, the plate-like body in which the through hole is filled with the conductive resin composition and the release film (polyphenylene sulfite) having a wiring pattern in which the circuit components are flip-chip bonded are aligned and overlapped. (See FIG. 5 (a)).
[0140]
Next, this is heated by a hot press machine at a press temperature of 120 ° C. and a pressure of 10 kg / cm. 2 For 5 minutes. Since the thermosetting resin in the plate-like body is softened by heating at a temperature lower than the curing temperature, the circuit component was easily embedded in the plate-like body. Then, the release film was peeled from the plate-like body to form a plate-like body in which the circuit components were embedded (see FIG. 5B).
[0141]
A plurality of the plate-like bodies were prepared, and the plurality of plate-like bodies and the copper foil were aligned and overlapped (see FIG. 5G).
[0142]
Next, this is heated by a hot press machine at a press temperature of 175 ° C. and a pressure of 50 kg / cm. 2 For 60 minutes. By this heat and pressure treatment, a plurality of plate-like bodies in which circuit components are embedded and the copper foil are integrated to form one plate-like body. By this heating and pressurizing treatment, the epoxy resin in the plate-like body and the conductive resin composition was cured, and the circuit component, the wiring pattern, and the plate-like body were mechanically firmly connected. Moreover, the copper foil, the wiring pattern, and the conductive resin composition were electrically (inner via connection) and mechanically connected by this heat and pressure treatment.
[0143]
Next, a wiring pattern was formed by etching the copper foil on the surface of the plate-like body in which the circuit component was embedded by a photolithography process and an etching process (see FIG. 5H). Thus, a circuit component built-in module having a multilayer structure was produced.
[0144]
In order to evaluate the reliability of the circuit component built-in module produced in Example 4, a solder reflow test and a temperature cycle test were performed under the same conditions as in Example 2.
[0145]
In both the solder reflow test and the temperature cycle test, no crack was generated in the circuit component built-in module of Example 4, and no abnormality was observed even when an ultrasonic flaw detector was used. From this test, it can be seen that the semiconductor element and the electrically insulating substrate are firmly bonded. Moreover, the resistance value of the inner via connection by the conductive resin composition was hardly changed before and after the test was started.
[0146]
(Example 5)
Example 5 is an example in which a circuit component built-in module having a multilayer structure was manufactured by the method described in the sixth embodiment.
[0147]
First, a plate-like body in which through holes were filled with a conductive resin composition was formed in the same manner as in Example 2. Next, the plate-like body in which the through hole is filled with the conductive resin composition and the release film (polyphenylene sulfite) having a wiring pattern in which the circuit components are flip-chip bonded are aligned and overlapped. (See FIG. 6 (a)).
[0148]
Next, this is heated by a hot press machine at a press temperature of 120 ° C. and a pressure of 10 kg / cm. 2 For 5 minutes. Since the thermosetting resin in the plate-like body is softened by heating at a temperature lower than the curing temperature, the circuit component was easily embedded in the plate-like body. And the plate-shaped body was formed by peeling a release film from a plate-shaped body (refer FIG.6 (b)). Similarly, a plate-like body in which circuit components were embedded was formed (see FIG. 6D).
[0149]
Next, a wiring pattern was formed on one side of a release film (made of polyphenylene sulfite) (see FIG. 6E).
[0150]
Next, the two plate-like bodies in which the circuit components were embedded and the release film on which the wiring pattern was formed were aligned and overlapped (see FIG. 6 (f)).
[0151]
Next, this is heated by a hot press machine at a press temperature of 175 ° C. and a pressure of 50 kg / cm. 2 For 60 minutes. By this heat and pressure treatment, a plurality of plate-like bodies in which circuit components were embedded and the release film were integrated to form one plate-like body. By this heat and pressure treatment, the epoxy resin in the plate-like body was cured, and the circuit components, the wiring pattern, and the plate-like body were mechanically firmly connected. Moreover, the epoxy resin in the conductive resin composition was cured by this heat and pressure treatment, and the wiring pattern and the conductive resin composition were electrically (inner via connection) and mechanically connected.
[0152]
Next, the release film was peeled from the integrated plate-like body to produce a circuit component built-in module having a multilayer structure (see FIG. 6G).
[0153]
In order to evaluate the reliability of the circuit component built-in module produced in Example 5, a solder reflow test and a temperature cycle test were performed under the same conditions as in Example 2.
[0154]
In both the solder reflow test and the temperature cycle test, no crack was generated in the circuit component built-in module of Example 5, and no abnormality was observed even when an ultrasonic flaw detector was used. From this test, it can be seen that the semiconductor element and the electrically insulating substrate are firmly bonded. Moreover, the resistance value of the inner via connection by the conductive resin composition was hardly changed before and after the test was started.
[0155]
【The invention's effect】
As described above, in the circuit component built-in module of the present invention, since the electrically insulating substrate made of a mixture of an inorganic filler and a thermosetting resin is used, a circuit component built-in module with high heat dissipation can be obtained.
[0156]
Moreover, in the circuit component built-in module of the present invention, circuit components can be mounted at a higher density by adopting a multilayer structure.
[0157]
Furthermore, in the circuit component built-in module of the present invention, it is possible to control the thermal conductivity, linear expansion coefficient, dielectric constant, etc. of the electrically insulating substrate by selecting an inorganic filler. Accordingly, the circuit component built-in module of the present invention is preferable as a circuit component built-in module incorporating a semiconductor element because the linear expansion coefficient of the electrically insulating substrate can be made substantially the same as that of the semiconductor element. Moreover, since the thermal conductivity of the electrically insulating substrate can be improved, it is preferable as a circuit component built-in module incorporating a semiconductor element or the like that requires heat dissipation. Further, since the dielectric constant of the electrically insulating substrate can be lowered, it is preferable as a circuit component built-in module for a high frequency circuit.
[0158]
In the method for manufacturing a circuit component built-in module of the present invention, the circuit component built-in module can be easily manufactured.
[0159]
Further, in the method for manufacturing a circuit component built-in module according to the present invention, since the wiring pattern can be embedded in the electrically insulating substrate by using the release film on which the wiring pattern is formed, the circuit component built-in module having a smooth surface Is obtained. Therefore, when circuit components are further mounted on the wiring pattern on the surface, the circuit components can be mounted at a high density.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective sectional view showing an embodiment of a circuit component built-in module according to the present invention.
FIG. 2 is a process diagram showing an embodiment of a method for producing a circuit component built-in module according to the present invention.
FIG. 3 is a process diagram showing another embodiment of a method for manufacturing a circuit component built-in module according to the present invention.
FIG. 4 is a perspective sectional view showing another embodiment of the circuit component built-in module of the present invention.
FIG. 5 is a process diagram showing another embodiment of a method for producing a circuit component built-in module according to the present invention.
FIG. 6 is a process diagram showing another embodiment of the method for manufacturing a circuit component built-in module according to the present invention.
[Explanation of symbols]
100, 400 Module with built-in circuit components
101, 401, 401a, 401b, 401c Electrically insulating substrate
102a, 102b, 402a, 402b, 402c, 402d Wiring pattern
103, 403 circuit components
103a, 403a Active parts
103b, 403b Passive components
104, 404 Inner via

Claims (11)

無機フィラー70重量%〜95重量%と熱硬化性樹脂とを含む混合物からなる電気絶縁性基板と、
前記電気絶縁性基板の一方の主面に形成された第1の配線パターンと、
前記電気絶縁性基板の他方の主面に形成された第2の配線パターンと、
前記電気絶縁性基板に埋設され前記第1の配線パターンに電気的に接続された少なくとも1つの回路部品と、
前記第1の配線パターンと前記第2の配線パターンを電気的に接続するように前記電気絶縁性基板内に形成されたインナービアと、を含み、
前記第1の配線パターンが前記電気絶縁性基板に埋め込まれ表面が平坦であり、
かつ前記回路部品の前記電気絶縁性基板への埋設と、前記インナービアによる前記第1の配線パターンと前記第2の配線パターンとの電気的な接続とが、同時に行われることを特徴とする回路部品内蔵モジュール。
An electrically insulating substrate made of a mixture containing 70% to 95% by weight of an inorganic filler and a thermosetting resin;
A first wiring pattern formed on one main surface of the electrically insulating substrate;
A second wiring pattern formed on the other main surface of the electrically insulating substrate;
At least one circuit component embedded in the electrically insulating substrate and electrically connected to the first wiring pattern;
An inner via formed in the electrically insulating substrate so as to electrically connect the first wiring pattern and the second wiring pattern;
It said first buried in the wiring pattern the electrically insulating substrate having a flat surface der is,
The circuit component is embedded in the electrically insulating substrate and the first wiring pattern and the second wiring pattern are electrically connected by the inner via at the same time. Built-in module.
記回路部品が前記第1の配線パターンにバンプを介して接続されている請求項1に記載の回路部品内蔵モジュール。Circuit component built-in module according to claim 1, before Symbol circuit components are connected via bumps to said first wiring pattern. 少なくとも2種類以上の回路部品が前記電気絶縁性基板に埋設されている請求項1に記載の回路部品内蔵モジュール。The circuit component built-in module according to claim 1, wherein at least two types of circuit components are embedded in the electrically insulating substrate. 前記回路部品は半導体ベアーチップを含む請求項1に記載の回路部品内蔵モジュール。The circuit component built-in module according to claim 1, wherein the circuit component includes a semiconductor bare chip. 前記回路部品が、チップ状の抵抗、チップ状のコンデンサおよびチップ状のインダクタから選ばれる少なくとも一つの部品を含む請求項1に記載の回路部品内蔵モジュール。The circuit component built-in module according to claim 1, wherein the circuit component includes at least one component selected from a chip-shaped resistor, a chip-shaped capacitor, and a chip-shaped inductor. 前記半導体ベアーチップは前記第1の配線パターンにフリップチップボンディングされている請求項に記載の回路部品内蔵モジュール。5. The circuit component built-in module according to claim 4 , wherein the semiconductor bare chip is flip-chip bonded to the first wiring pattern. 前記インナービアは導電性樹脂組成物からなる請求項1に記載の回路部品内蔵モジュール。The circuit component built-in module according to claim 1, wherein the inner via is made of a conductive resin composition. 前記第1の配線パターンが導電性樹脂組成物を含む請求項1に記載の回路部品内蔵モジュール。The circuit component built-in module according to claim 1, wherein the first wiring pattern includes a conductive resin composition. 前記配線パターンが、エッチング法または打ち抜き法で形成された金属板のリードフレームからなる請求項1に記載の回路部品内蔵モジュール。The circuit component built-in module according to claim 1, wherein the wiring pattern is a lead frame of a metal plate formed by an etching method or a punching method. 前記混合物は、分散剤、着色剤、カップリング剤および離型剤から選ばれる少なくとも一つの添加剤をさらに含む請求項1に記載の回路部品内蔵モジュール。The circuit component built-in module according to claim 1, wherein the mixture further includes at least one additive selected from a dispersant, a colorant, a coupling agent, and a release agent. 前記電気絶縁性基板の線膨張係数が8×10-6/℃〜20×10-6/℃であり、かつ前記電気絶縁性基板の熱伝導度が1w/mK〜10w/mKである請求項1に記載の回路部品内蔵モジュール。The linear expansion coefficient of the electrically insulating substrate is 8 × 10 −6 / ° C. to 20 × 10 −6 / ° C., and the thermal conductivity of the electrically insulating substrate is 1 w / mK to 10 w / mK. circuit component built-in module according to 1.
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