JP2004319701A - 電子部品内蔵基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱硬化処理する時にコンポジットシート内に発生するビアホールへの折れ曲がりや伸長等のダメージをなくして、良好な電気的接続を可能とする電子部品内蔵基板の製造方法を提供する。
【解決手段】基板の両主表面に配線パターンが形成され、基板の厚さ方向に開けられた孔に導電性樹脂組成物（５，５’）が充填されて配線パターン間を電気的に接続されてコンポジットシート（３，４）が形成され、コンポジットシート（３，４）の上面側及び下面側に電子部品が内蔵されているか又は表面上にマウントされている多層基板（１，２）で挟み込むことによって構成される電子部品内蔵基板の製造方法であって、コンポジットシート（４）にあらかじめ内部容積調整用のサブ空隙（１０，１０’）を設けておく。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を内蔵させる電気絶縁性基板として用いられるコンポジットシートの上面側および下面側を、既に電子部品が内蔵され且つ表面上にマウントされている多層基板で挟み込むことによってできる下面多層基板と、コンポジットシートと、上面多層基板からなる３層構成体の電子部品内蔵基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器への高性能、小型・軽量化の要求に伴って半導体や電子部品については高密度化・高機能化および配線距離の短縮化への傾向が一層強まっている。このことから、それらを実装するための回路基板もまた小型でかつ高密度なものが要求されている。これらの要求に対して従来のドリルによる貫通スルーホール構造を用いるガラス・エポキシ基板では高密度・高機能化への対応ができなくなりつつあるため、貫通スルーホールではなくてインナービアホールによって３次元的接続が可能な回路基板の開発が行われている。
【０００３】
回路基板の内層に電子部品を埋め込ませるには、無機フィラーを熱硬化性樹脂に高濃度に分散させた厚さ約５０〜１００μｍ程度のコンポジットシートを、内蔵させたい電子部品の高さに合わせて数枚張り合わせ、パンチング・ドリルなどの機械的な打ち抜き加工によって、電子部品を収納するための空隙と配線パターン間を電気的に接続するために導電性樹脂組成物を充填するためのビアホールを形成する方法が提案されている（下記特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２２０２６２号公報
さらに、この電子部品が内蔵され且つ導電性樹脂組成物が充填されたビアホールが形成済みのコンポジットシートの上面側と下面側を、既に電子部品が内蔵且つ表面上にマウントされた多層基板で挟み込んで３層構成体とする方法も提案されている。
【０００５】
前記の３層構成体は、図５に断面図として示すように、用いるコンポジットシートは上部コンポジットシート４と、下部コンポジットシート３からなる２層のシートで構成されている。下部コンポジットシート３には、下面側に接合される下面多層基板１にマウントされている電子部品７の配列空間に一致するように機械的な打ち抜き加工によって形成された部品用空隙９と、上記下面多層基板１や上面多層基板２と電気的接続を取るためのビアホール５，５’が形成されている。また、上部コンポジットシート４には上面多層基板２や下面多層基板１との電気的接続を取るためのビアホールが下部コンポジットシート３のビアホール５、５’と重なり合うような位置に形成されており、その上に接合される上面多層基板２との電気的絶縁性を確保するために下部多層基板１にマウントされた電子部品７の上層部を覆う目的がある。
【０００６】
このような上部及び下部コンポジットシート４，３を、既に電子部品７が内蔵され且つ表面上にマウントされた上面・下面多層基板１，２の二枚で挟み込むことによって構成される３層構造の電子部品内蔵基板は、以下のような手順で接合される。まず、下面多層基板１上に下部コンポジットシート３を積層し、この上に更に上部コンポジットシート４を積層する。この後、その上に上面多層基板２を積層して所定の圧力と温度を加えて数時間保持後、図６に観られるような断面構造を有する上面多層基板２と、コンポジット層１１（上部コンポジットシートと下部コンポジットシートの融合体）と、下面多層基板１の３層構成体からなる電子部品内蔵基板ができる。
【０００７】
【発明が解決するための課題】
しかし、上記コンポジットシートに内蔵される電子部品の体積形状は一様ではなく、さらにコンポジットシート自体も何種類かの決まった厚さのシートを張り合わせて造るため、上記の下面多層基板にマウントされた実際の電子部品の高さとは同じにならず、下部コンポジットシートに余分な空間が構成される場合と下部コンポジットシートから電子部品の頭部がはみ出した場合の２種類の形態となって現れる。
【０００８】
このため下部コンポジットシートを上部コンポジットシートで覆い、このシートを下面多層基板と上面多層基板で挟み込んだ後、加温・加圧によってコンポジットシートと下・上面多層基板を張り合わせてコンポジットシートの熱硬化処理を行う際、コンポジットシートが軟化流動化することによるストレスによって、下部コンポジットシートから電子部品の頭部がはみ出した場合にはビアホールが半導体チップや電子部品の外側に向かって“く”の字型の折れ曲がりや上下にビアホールが伸長することなどが発生した。また逆に下部コンポジットシートに余分な空間が構成された場合には電子部品から観てビアホールが電子部品の外側に向かって‘く’の字型の折れ曲がりや上下にビアホールが伸長することなどが発生する。このことによって下・上部コンポジットシートや下・上面多層基板との電気的接続に不具合が発生してしまった。
【０００９】
本発明は、前記従来の問題を解決するため、熱硬化処理する時にコンポジットシート内に発生するビアホールへの折れ曲がりや伸長等のダメージをなくして、良好な電気的接続を可能とする電子部品内蔵基板の製造方法を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明の電子部品内蔵基板の製造方法は、無機フィラーを熱硬化性樹脂に分散させた未硬化状態の電気絶縁性基板の内部に電子部品を内蔵し、基板の両主表面に配線パターンが形成され、前記基板の厚さ方向に開けられた孔に導電性樹脂組成物が充填されて前記配線パターン間を電気的に接続されてコンポジットシートが形成され、前記コンポジットシートの上面側及び下面側に電子部品が内蔵されているか又は表面上にマウントされている多層基板で挟み込むことによって構成される電子部品内蔵基板の製造方法であって、前記コンポジットシートにあらかじめ内部容積調整用のサブ空隙を設けておくことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明方法においては、加温・加圧によってコンポジットシートを熱硬化処理する時コンポジットシートが軟化流動化した際に流れ込む空間（サブ空隙）が存在することから、ビアホールへ加わる機械的ストレスをなくして、ビアホールの伸長や‘く’の字型に折れ曲がるビアホール倒れを無くし、コンポジットシートと下・上面多層基板との電気的接続上の不具合を解消できる。
【００１２】
前記コンポジットシートに内蔵される電子部品は、能動部品及び／又はチップ状の受動部品であることが好ましい。ここで能動部品とは半導体チップなどをいう。また受動部品とはチップ状の抵抗、コンデンサ、インダクタなどをいう。
【００１３】
前記サブ空隙をコンポジットシートに形成する際、前記電子部品の体積が収納されるコンポジットシートの空隙よりも大きい場合には、前記電子部品とビアホールの間に位置する空間内に形成し、前記電子部品の体積が収納されるコンポジットシートの空隙よりも小さい場合には、前記電子部品から見てビアホールよりも外側に位置する空間内に設けることが好ましい。コンポジットシートに形成した電子部品収納用の空隙の総体積（この体積：Ａ）と全部の電子部品からなる総体積（この体積：Ｂ）をあらかじめ計量しておき、Ａの体積の方がＢより大きい場合には電子部品とビアホールの間の位置にサブ空隙を、Ａの体積の方がＢより小さい場合には電子部品から観てビアホールの外側の空間位置にサブ空隙を設けておき、上面及び下面多層基板で下部及び上部コンポジットシートをサンドイッチ状にして後、加温・加圧によってコンポジットシートを熱硬化処理する時コンポジットシートが軟化流動化した際に流れ込む空間（サブ空隙）があることから、ビアホールへ加わる機械的ストレスをなくしてビアホールの伸長や‘く’の字型に折れ曲がるビアホール倒れを無くし、コンポジットシートと下・上面多層基板との電気的接続上の不具合を解消できる。
【００１４】
以下、本発明の一実施例について図１〜図４に基づいて説明する。これらの図は、下面多層基板と、コンポジット層（上部と下部またはその融合体）と、上面多層基板からなる３層構成体の電子部品内蔵基板の断面を表している。
【００１５】
（第１実施形態）
図１と図２に基づいて説明する。本実施例の製造方法は、まずドクターブレード法やキャスティング法などによって、厚さ数十μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）またはポリカーボネート（ＰＣ）等の樹脂製キャリアーフィルム上に製膜された、厚さ１００μｍ程度のコンポジットシートを所定の大きさに切断した。次に、前記コンポジットシートに一時的に貼り付けて用いられる厚さ数十μｍのポリフェニレンサルファイト（ＰＰＳ）、ＰＥＴ、またはポリプロピレン（ＰＰ）等のカバーフィルムを所定の大きさに切り出した。この後、前記キャリアーフィルムを剥離・除去したコンポジットシートを内蔵させたい部品の高さに最も近づけて数枚を重ね合わせ、更にこの重ね合わせたコンポジットシートの両面に上記の切り出したカバーフィルムを重ね合わせて温度１００℃、０．８ＭＰａの圧力で真空熱圧着ラミネーターを用いて、カバーフィルムと、コンポジットフィルムと、カバーフィルムの３層構造のシートとし、その後、トムソン刃を用いて所望のサイズに裁断した。この後、パンチャーを用いて下面多層基板１上にマウントされた電子部品７の面形状に対応する大きさの空隙９を機械加工し、片面のカバーフィルムを剥離した後、新しいカバーフィルムを前記真空熱圧着ラミネーターにより貼り替えた。この後、ビアホール５、５’を同様にドリルやパンチャーを用いて形成し、スクリーン印刷によって導電性樹脂組成物をビアホール内に充填した。この後、両面のカバーフィルムを剥離することで電子部品内蔵用のコンポジットシート３が完成した。
【００１６】
コンポジットシート４には部品収納用のメイン空隙９を造る替わりに電子部品７の余剰な容積分（突出した部分）に相応する体積のサブ空隙１０，１０’を形成すること以外はコンポジットシート３と全く同じプロセスで造られる。この場合の電子部品７はコンポジットシート３よりも高さが大きいために電子部品７とビアホール６，６’の間に位置するところの空間にサブ空隙１０、１０’を加工形成した。これは下部と上部コンポジットシート３，４が、後述する熱硬化処理の工程で加温・加圧され軟化流動化した際、コンポジットシート４の余剰な体積分が電子部品７からビアホール６，６’の方向へ流れてビアホール６，６’に加わるストレスを解消するためである。サブ空隙１０，１０’の大きさは、コンポジットシートに設けたメイン空間９内に収まりきれずにはみ出している電子部品の体積にできるだけ近い範囲であり、好ましくは−１０％〜＋１０％の範囲である。
【００１７】
この後、電子部品７がマウントされた下面多層基板１の上に上記の下部コンポジットシート３を設置し、さらにこの上に上部コンポジットシート４を設置して、この上にもう一枚の上面多層基板２を設置した。このようにした構成体を温度２００℃、圧力０．３ＭＰａの条件で数時間保持し、下部コンポジットシート３と上部コンポジットシート４の熱硬化処理を施した。こうして出来上がった電子部品内蔵基板の断面は図２のような状態になっており、熱硬化処理後ビアホール１２，１２’の伸長やビア倒れが無く上・下面多層基板２，１との電気的接続が良好な電子部品内蔵基板が製造できた。
【００１８】
第１実施形態で実施した電子部品７とビアホール５、５’及び６，６’の間に位置するところの空間にサブ空隙１０、１０’を加工形成せずに上記と同様の工程で製造した場合には、上部及び下部コンポジットシートの熱硬化処理時の軟化流動化によって上部コンポジットシートの余剰分が電子部品からビアホールの方向へ流れ出し、そのストレスによってビアホールがダメージを受け、出来上がった電子部品内蔵基板にはビア伸長や電子部品からビアホール側へのビア倒れ１５，１５’が発生して電子部品内蔵基版の断面構造は図６のようになって上・下面多層基板との電気的接続に不具合のあるものとなった。
【００１９】
なお、サブ空隙を形成する場所は、電子部品と下部及び上部コンポジットシート内ビアホール間の空間であるならばその位置は限定されるものではなく、また下部及び上部コンポジットシートのどちらでもかまわない。さらに、空隙とサブ空隙の体積が電子部品の総体積に一致するような体積でサブ空隙を形成すれば良く、サブ空隙の数量に限定されるものでもない。
【００２０】
（第２実施形態）
本実施例における実施の形態を図３と図４を用いて説明する。この場合、第１の実施例とは反対に電子部品８の高さが下部コンポジットシート３よりも小さくなっているために、電子部品８から観てビアホール５，５’及び６，６’の外側に位置するところの空間にサブ空隙１３、１３’を形成した。これは下部・上部コンポジットシート３，４が加温・加圧されて軟化流動化した際に、コンポジットシート３の余剰な体積分を電子部品８から観て下部及び上部コンポジットシート内ビアホール５，５’及び６，６’の外側の空間位置に流れ込み用のサブ空隙１３，１３’を造ることで、電子部品８から観て前記ビアホールの内側と外側の流動を平衡化し、前記ビアホールから電子部品８の方向へ加わるストレスを解消するためである。この場合も、サブ空隙１３，１３’の大きさは、コンポジットシートに設けたメイン空間９内に収まりきれずにはみ出している電子部品の体積にできるだけ近い範囲であり、好ましくは−１０％〜＋１０％の範囲である。
【００２１】
その後、実施例１と同様に下面多層基板１と上面多層基板２でサンドイッチ状にした後、同じ条件で加温・加圧し、コンポジットシート３，４を熱硬化処理した。こうして出来上がった電子部品内蔵基板は図４の様な断面状態となっており、ビア伸長やビアホール倒れが無い上・下部のコンポジットシート融合体１４が形成され、上・下面多層基板との電気的接続が良好な電子部品内蔵基板が製造できた。
【００２２】
第２の実施形態で実施した電子部品８から観てビアホール５，５’、６及び６’の外側に位置するところの空間にサブ空隙１３，１３’を加工形成せずに上記第２の実施形態と同様の工程で製造した場合には、上部及び下部コンポジットシートの熱硬化処理時に軟化流動化によって余剰のコンポジットシートがビアホールから電子部品の方へ流れ込み、そのストレスによってビアホールがダメージを受け、出来上がった電子部品内蔵基板にはビア伸長やビアホールから電子部品側へのビア倒れ１６，１６’が発生し電子部品内蔵基版の断面構造は図６のようになり、上・下面多層基板との電気的接続が取れない電子部品内蔵基板が製造された。
【００２３】
なお、サブ空隙を形成する場所は、電子部品から観て下部及び上部コンポジットシート内ビアホールの外側に位置する空間であるならばその位置は限定されるものではなく、また下部及び上部コンポジットシートのどちらでもかまわない。さらに、空隙とサブ空隙の体積が電子部品の総体積に一致するような体積でサブ空隙を形成してやれば良く、サブ空隙の数量に限定されるものでもないことは、第１実施形態と同じである。
【００２４】
更にまた、上記で述べたようなビアホール内に導電性樹脂組成物を充填し電子部品収納用の空隙を設けたコンポジットシートと電子部品を内蔵且つマウントしてある多層基板を交互に積層する工程を繰り返し行うことによって、第１実施形態及び第２実施形態に記載したような３層構成体に加えて、更に層数の多い構造を有する電子部品内蔵基板が構成できることは容易に想像されることであり、そうすることによって更に三次元的に高密度配線な電子部品内蔵基板が実現できる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は電子部品を内蔵させるための電気絶縁性基板として用いられるコンポジットシートの上面及び下面を電子部品が内蔵且つ表面上に搭載された多層基板で挟み込むことによって造られる下面多層基板と、コンポジットシートと、上面多層基板の３層構成体の電子部品内蔵基板において、内蔵させる電子部品の実体積に応じてあらかじめサブ空隙を所望の空間位置に形成してやることでコンポジットシートの熱硬化処理の際に生じるビアホールの‘く’の字状の折れ曲がりや伸長を無くすことが可能となり、熱硬化コンポジットシートと上・下面多層基板との電気的接続上の不具合を解消することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による電子部品内蔵基板の断面図（コンポジットシートの熱硬化処理前）
【図２】本発明の第１実施形態による電子部品内蔵基板の断面図（コンポジットシートの熱硬化処理後）
【図３】本発明の第２実施形態による電子部品内蔵基板の断面図（コンポジットシートの熱硬化処理前）
【図４】本発明の第２実施形態による電子部品内蔵基板の断面図（コンポジットシートの熱硬化処理後）
【図５】従来の方法によって製造する場合の電子部品内蔵基板の断面図（コンポジットシートの熱硬化処理前）
【図６】従来の方法によって製造した場合の電子部品内蔵基板の断面図（電子部品がコンポジットシートの厚さより高い場合）
【図７】従来の方法によって製造した場合の電子部品内蔵基板の断面図（電子部品がコンポジットシートの厚さより低い場合）
【符号の説明】
１ 下面多層基板
２ 上面多層基板
３ 下部コンポジットシート
４ 上部コンポジットシート
５，５’ 下部コンポジット内の導電性樹脂充填ビアホール
６，６’ 上部コンポジット内の導電性樹脂充填ビアホール
７，８ 電子部品
９ メイン空隙（部品収納用）
１０，１０’ サブ空隙
１１ コンポジットシート融合体
１２，１２’ 熱硬化処理後ビアホール
１３，１３’ サブ空隙
１４ コンポジットシート融合体
１５，１５’ 電子部品から外へ倒れたビアホール
１６，１６’ 電子部品の方向へ倒れたビアホール

Claims (3)

1. 無機フィラーを熱硬化性樹脂に分散させた未硬化状態の電気絶縁性基板の内部に電子部品を内蔵し、
   基板の両主表面に配線パターンが形成され、前記基板の厚さ方向に開けられた孔に導電性樹脂組成物が充填されて前記配線パターン間を電気的に接続されてコンポジットシートが形成され、前記コンポジットシートの上面側及び下面側に電子部品が内蔵されているか又は表面上にマウントされている多層基板で挟み込むことによって構成される電子部品内蔵基板の製造方法であって、
   前記コンポジットシートにあらかじめ内部容積調整用のサブ空隙を設けておくことを特徴とする電子部品内蔵基板の製造方法。
2. 前記コンポジットシートに内蔵される電子部品が、能動部品及び／又はチップ状の受動部品である請求項１に記載の電子部品内蔵基板の製造方法。
3. 前記サブ空隙をコンポジットシートに形成する際、
   前記電子部品の体積が収納されるコンポジットシートの空隙よりも大きい場合には、前記電子部品とビアホールの間に位置する空間内に形成し、
   前記電子部品の体積が収納されるコンポジットシートの空隙よりも小さい場合には、前記電子部品から見てビアホールよりも外側に位置する空間内に設ける請求項１に記載の電子部品内蔵基板の製造方法。

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