JP2005039158A - 部品内蔵モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高密度、高機能かつ高信頼性を有する部品内蔵モジュール及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明は、電子部品(1)の電気接続面と配線パターン(4)の下面の間隔をコア層(8)に用いる無機質フィラーの平均粒径より大きくすることで、部品下（電子部品の電気接続面側）に電気絶縁材が流れ込みやすくし、空隙を小さく或いは完全に埋めることができる。また、配線パターン(4)厚み或いは接続材料(3)厚みをコア層(8)に用いる無機質フィラーの平均粒径より大きくすることで、同様の効果が得られる。これらの改善により、接続信頼性に優れた部品内蔵モジュールを提供できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子部品が電気絶縁層の内部に配置される電子部品内蔵モジュール及びその製造方法に関するものである。

近年、電子機器の高性能化、小型化の流れの中、部品実装技術、回路基板形成技術の高密度化の要求が一層高まっている。回路基板の高密度化としては、回路基板の多層化、配線パターンの微細化、導電性ビア形成などの技術が活発に開発されている。また、下記特許文献１に提案されているように、更に高密度化を目指した技術として、電子部品を基板内に埋設した部品内蔵モジュールの開発が進められている。
特開平１１−２２０２６２号公報

電子部品を基板内に内蔵する際には、内蔵される電子部品が電気絶縁材で完全に覆われ、基板内部に空隙ができるだけ残らないようにすることが電気特性や信頼性の面で好ましい。特に部品下（電子部品の電気接続面側）は空隙が残り易く、電子部品の電極間ショートや接続信頼性が低下する場合もあった。

本発明は上記従来の課題を解決し、高密度、高機能かつ高信頼性を有する部品内蔵モジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明の第１番目の部品内蔵モジュールは、少なくとも無機質フィラーと熱硬化性樹脂を含む混合物の電気絶縁材からなるコア層と、前記コア層の内部に形成された複数の導電性ビアとを含み、前記コア層に形成された複数の配線パターンと、前記配線パターンに接続材料を介して電気的に接続され、かつ、前記コア層の内部に内蔵された少なくとも一つ以上の電子部品を有する部品内蔵モジュールであって、前記電子部品の前記電気的接続面と、前記配線パターン下面との間隔が前記無機質フィラーの平均粒径より大きいことを特徴とする。

本発明の第２番目の部品内蔵モジュールは、少なくとも無機質フィラーと熱硬化性樹脂を含む混合物の電気絶縁材からなるコア層と、前記コア層の内部に形成された複数の導電性ビアとを含み、前記コア層に形成された複数の配線パターンと、前記配線パターンに接続材料を介して電気的に接続され、かつ、前記コア層の内部に内蔵された少なくとも一つ以上の電子部品を有する部品内蔵モジュールであって、前記配線パターンの厚みが前記無機質フィラーの平均粒径より大きいことを特徴とする。

本発明の第３番目の部品内蔵モジュールは、少なくとも無機質フィラーと熱硬化性樹脂を含む混合物の電気絶縁材からなるコア層と、前記コア層の内部に形成された複数の導電性ビアとを含み、前記コア層に形成された複数の配線パターンと、前記配線パターンに接続材料を介して電気的に接続され、かつ、前記コア層の内部に内蔵された少なくとも一つ以上の電子部品を有する部品内蔵モジュールであって、前記接続材料の厚みが前記無機質フィラーの平均粒径より大きいことを特徴とする。

次に本発明の部品内蔵モジュールの製造方法は、前記のいずれかの部品内蔵モジュールの製造方法であって、キャリア上に形成された配線パターンの所望の位置に接続材料を塗布する工程と、前記接続材料に電子部品を実装する工程と、前記電子部品を無機質フィラーと熱硬化性樹脂とを含む混合物の電気絶縁材からなるコア層に内蔵する工程と、前記キャリアを剥離する工程を含む。

本発明の別の部品内蔵モジュールの製造方法は、前記のいずれかの部品内蔵モジュールの製造方法であって、配線板上に形成された配線パターンの所望の位置に接続材料を塗布する工程と、前記接続材料に電子部品を実装する工程と、前記電子部品を無機質フィラーと熱硬化性樹脂とを含む混合物の電気絶縁材からなるコア層に内蔵する工程とを含む。

本発明のさらに別の部品内蔵モジュールの製造方法は、前記第３番目の部品内蔵モジュールの製造方法であって、金属板上に接続材料を塗布する工程と、前記接続材料に電子部品を実装する工程と、前記電子部品を無機質フィラーと熱硬化性樹脂とを含む混合物の電気絶縁材からなるコア層に内蔵する工程と、前記金属板を加工して配線パターンを形成する工程を含む。

以上のように、本発明の部品内蔵モジュールでは、電子部品の電気接続面側（部品下）に電気絶縁材が流れやすくすることができるため、部品下の空隙を小さく或いは完全に埋めることができる。このことにより、接続信頼性に優れた部品内蔵モジュールが得られる。

本発明は、電子部品の電気接続面と配線パターンの下面の間隔をコア層に用いる無機質フィラーの平均粒径より大きくすることで、部品下（電子部品の電気接続面側）に電気絶縁材が流れ込みやすくし、部品下の空隙を小さく或いは完全に埋めることができる。また、配線パターン厚み或いは接続材料厚みをコア層に用いる無機質フィラーの平均粒径より大きくすることで、同様の効果が得られる。これらの改善により、接続材料が部品下（電子部品の電気接続面側）でショートすることもなく、接続信頼性の高い部品内蔵モジュールを提供できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における部品内蔵モジュールの断面図である。本実施の形態の部品内蔵モジュールは、無機質フィラーと熱硬化性樹脂を含む混合物の電気絶縁材５を含むコア層８と、コア層８の内部にビアホールが形成され内部に導電性樹脂が充填された複数の導電性ビア７と、コア層８の表面に形成された複数の配線パターン４と、コア層８の内部に内蔵された電子部品１とを有しており、電子部品１の外部電極２と配線パターン４とが接続材料を介して電気的に接続されている。また、電子部品１の電気的接続面９と配線パターン下面１０との間隔１１が無機質フィラー６の平均粒径より大きい。この形態により、電子部品１下に電気絶縁材５が流れ込みやすくなり、電子部品１下の空隙を小さく或いは完全に埋めることが可能となる。空隙を小さく或いは完全に埋めてなくすことで、部品電極間のショートを防止することができる。また、耐湿や耐リフローなどの信頼性においても、空隙部分に水分が貯まることがなく、信頼性低下を防止することができる。また、空隙が小さくなることで、電子部品と配線パターン間の接着強度が増し、熱衝撃性などの接続信頼性が向上する。

電子部品１の電気的接続面９と配線パターン下面１０との間隔１１が無機質フィラー６の平均粒径より大きくするために、配線パターン４の厚みと接続材料３の厚みの合計が無機質フィラー６の平均粒径より大きくすることが好ましい。配線パターンの厚み制御は、使用する銅箔などの金属箔の厚みを変えることで自由に設計でき、簡便である。

コア層８は無機フィラー６と熱硬化性樹脂とを含む混合物の電気絶縁材からなる。また、ガラスクロス等の補強剤があっても良い。電気絶縁材は無機フィラーと絶縁性樹脂を選択することにより、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。また、粘度を調整するために溶剤等を添加しても良い。

無機フィラーとしてはアルミナ、マグネシア、窒化ホウ素、窒化アルミ、窒化珪素、ポリテトラフルオロエチレン及びシリカなどを用いることができる。アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミを用いることにより、従来のガラス−エポキシ基板より熱伝導度の高い基板が製作可能となり、内蔵された電子部品の発熱を効果的に放熱させることができる。また、アルミナはコストが安いという利点もある。シリカを用いた場合、誘電率が低い電気絶縁材が得られ、比重も軽いため、携帯電話などの高周波用途として好ましい。窒化珪素やポリテトラフルオロエチレンを用いても誘電率の低い電気絶縁材を形成できる。また、窒化ホウ素を用いることにより線膨張係数を低減できる。無機フィラーの平均粒子径は０．１〜１００μｍの範囲が好ましい。

熱硬化性樹脂としては耐熱性が高いエポキシ樹脂、フェノール樹脂又はイソシアネート樹脂などが好ましい。エポキシ樹脂は、耐熱性が特に高いため特に好ましい。これらの熱硬化性樹脂に熱可塑性樹脂を混合して使用してもよい。樹脂と無機フィラーの混合割合は、樹脂と無機フィラー全体を１００重量％としたとき、無機フィラーの割合は７０〜９５重量％、樹脂の割合は５〜３０重量％の範囲にするのが好ましい。

さらに混合物は分散剤、着色剤、カップリング剤又は離型剤を含んでいてもよい。分散剤によって、無機質フィラーを樹脂中に均一に分散させることができる。着色剤によって、電気絶縁材を着色することができるため、自動認識装置の利用が容易となる。カップリング剤によって、樹脂と無機質フィラーとの接着強度を上げることができるため、電気絶縁材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。

配線パターンは電気伝導性を有する物質からなり、金属箔、導電性ペースト、金属板を加工したリードフレームなどを用いることができる。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。配線パターンは、電気絶縁材との接着性を向上させるため、電気絶縁材と接触する面を粗化することが望ましい。また、配線パターンには、接着性及び耐酸化性向上のため、表面をカップリング処理したものや、錫、亜鉛、ニッケル、金などをメッキしたものを使用してもよい。また、配線パターンの形成はエッチング法による微細パターン化や打ち抜き加工等の簡易な製造法が使える。

また、金属箔においては離型フィルムを用いた転写等による配線パターンの形成も可能となる。特に銅箔は値段も安く、電気伝導性も高いため好ましい。また、離型フィルム上に配線パターンを形成することにより、配線パターンが取り扱いやすくなる。また、導電性ペーストを用いることにより、スクリーン印刷等による、配線パターンの製作が可能となる。リードフレームを用いることにより、電気抵抗の低い、厚みのある金属を使用できる。

電子部品は能動部品及び受動部品を含む。能動部品としてはトランジスタ、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。受動部品としては抵抗、コンデンサ、インダクタなどのチップ状部品やダイオード、サーミスタ、スイッチ、コネクタなどを用いることができる。

電子部品の外部電極としては、金、銀、銅、ニッケル、パラジウム、スズなどの金属及び合金、カーボン及びそれらの混合物など、一般に使用されるものであれば、その形状や種類は特に問わない。

導電性ビアは配線パターン間あるいは配線パターンと接続材料間を接続する機能を有し、たとえば、導電性物質からなる。導電性ビアを有することで、複数層の配線パターン間の接続が可能となり、高密度実装が可能となる。

導電性物質としては、たとえば、導電性フィラーと熱硬化性樹脂とを混合した導電性ペーストを用いることができる。導電性フィラーとしては、金、銀、銅、ニッケル、パラジウム、スズなどの金属及び合金、カーボン及びそれらの混合物が利用できる。金、銀、銅又はニッケルは電気伝導性が高いため好ましく、銅は電気伝導性が高く、かつ、マイグレーションも少ないため特に好ましい。また、銅を銀で被覆した金属フィラーを用いても、マイグレーションの少なさと電気伝導性の高さ、両方の特性を満たすことができる。また、導電性ビアは、導電性ビアの穴形成後に側壁をメッキすることによっても形成できる。

接続材料は電子部品の外部電極と配線パターンあるいは導電性ビアとを電気的に接続する機能を有しており、ハンダ、導電性接着剤などが利用できる。ハンダとしては、ＳｎＰｂ（鉛スズ）共晶ハンダ、鉛の含有量を増やした高温ハンダ、スズ銀銅などの鉛フリーハンダなどが利用できる。鉛フリー半田、導電性接着剤を用いることで環境への負荷を軽減できる。また、接続材料として高温ハンダあるいは導電性接着剤を用いた場合、部品内蔵モジュールを再度リフロー工程を通過する場合でも接続材料の再溶融を防止できる。また、導電性接着剤は硬化時の変形量が少なく、厚み制御が容易なため、好ましく利用できる。導電性接着剤の厚み制御の方法としては、導電性接着剤の塗布量制御、粘性（粘度、チクソ性）制御、部品搭載時の圧力制御、導電性接着剤硬化時の硬化収縮量制御などが利用できる。接続材料としてハンダを用いる場合には、ハンダの塗布量を制御する方法や、所望の位置にハンダレジストなどを設け、厚み制御をすることが望ましい。

接続材料としての導電性接着剤は、樹脂と導電性フィラーの混合物からなる。樹脂としてはエポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、シリコン樹脂、ポリイミド樹脂、ウレタン樹脂など熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、或いはそれらの混合したものなどが利用できる。エポキシ樹脂は硬化収縮率が低く、密着性に優れるため、好ましく利用できる。

導電性接着剤の導電性フィラーは、金、銀、銅、ニッケル、パラジウム、スズなどの金属及び合金、カーボン及びそれらの混合物などが利用できる。銀、銅は電気伝導性が良く、安価なことからより好ましく利用できる。導電性接着剤の導電性フィラーの平均粒径は０．１μｍ〜１５０μｍが利用可能である。また、導電性フィラーの含有量は６５％重量〜９５％重量、樹脂の含有量は５％重量〜３５％重量の範囲が好ましく利用できる。導電性フィラー量が少ないと接続抵抗が高くなり、逆に導電性フィラー量が多いと密着強度が低下し、同時に接続抵抗も高くなる。

接続材料、配線パターンを形成するための導電性ペースト、導電性ビアを形成させるための導電性物質を同じ材料構成とすることも可能である。また、配線パターンを導電性ペーストで形成する場合には、配線パターンに直接部品の外部電極を電気的に接続することも可能である。

なお、図１に示した部品内蔵モジュールでは、配線パターンがコア層に埋設されている場合を示したが、配線パターンがコア層に埋設されていなくてもよい。

また、図１に示した部品内蔵モジュールでは、コア層の表層に電子部品が実装されていない場合を示したが、コア層の表層に電子部品を実装しても良い。また、図１に示した部品内蔵モジュールでは、電子部品がコア層の下面だけに実装されて内蔵されている形態であったが、コア層における電子部品の内蔵方向は特に問わない。また、図１に示した部品内蔵モジュールでは、コア層が１層の場合を示したが、コア層を多層積み上げて部品内蔵モジュールを形成することも可能である。また、コア層の表層或いは内部に片面、両面或いは多層の配線板を有することにより、より高密度な部品内蔵モジュールを作製することも可能である。また、これらは単独でも実現可能であり、かつ、混在する形態でも良く、これらを組み合わせることにより高密度な実装を実現できる（図１１参照）。図１１において、１８は受動部品等の電子部品、１９は配線板、２０は能動部品等の電子部品である。

（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２における部品内蔵モジュールの断面図である。実施の形態１と同様のものには同様の番号を記した。本実施の形態で用いられる材料は、特に記述が無い限り、上述した実施の形態１と同様である。

本実施の形態では、配線パターンの厚みが無機質フィラーの平均粒径より大きいことを特徴としている。この構造により、部品下に電気絶縁材が流れ込みやすくなり、部品下の空隙を小さく或いは完全に埋めることが可能となる。よって、実施の形態１と同様の効果が得られる。

配線パターンの厚み制御は、使用する銅箔などの金属箔の厚みを変えることで自由に設計でき、簡便である。

なお、接続材料としてハンダを用いた場合で、配線パターンの材料とハンダが合金層を形成し、接続界面がはっきり区別できないような場合には、元来の配線パターン材料の組成比（元素比）が５０％以上の部分を界面とし、粒径を測定する。接続材料としてハンダを用いた場合の接続材料厚みも同様である。

（実施の形態３）
図３は本発明の実施の形態３における部品内蔵モジュールの断面図である。実施の形態１、２と同様のものには同様の番号を記した。本実施の形態で用いられる材料は、特に記述が無い限り、上述した実施の形態１及び２と同様である。

本実施の形態では、接続材料の厚みが無機質フィラーの平均粒径より大きいことを特徴としている。この構造により、部品下に電気絶縁材が流れ込みやすくなり、部品下の空隙を小さく或いは完全に埋めることが可能となる。よって、実施の形態１及び２と同様の効果が得られる。

なお、接続材料の厚みとは、接続材料部分において電子部品の外部電極と配線パターン間における最短直線距離を示す。すなわち、ハンダを用いた際に形成されるフィレット部分などは接続材料の厚みに含めない。

（実施の形態４）
図４は本発明の実施の形態４における部品内蔵モジュールの断面図である。実施の形態１から３と同様のものには同様の番号を記した。本実施の形態で用いられる材料は、特に記述が無い限り、上述した実施の形態１から３と同様である。接続材料として導電性接着剤を用いる場合、接続材料部分の導電性フィラー１２の平均粒径をコア層に含まれる無機質フィラー６の平均粒径より大きくすることで、無機質フィラー６の平均粒径より接続材料３の厚みを確実に大きくすることができる。無機質フィラー６の平均粒径より大きな導電性フィラー１２を、予め導電性接着剤中に混練しておくことで、本実施の形態を達成することができるため、簡便かつ歩留まりも良い。すなわち、この形態の場合、導電性接着剤中の導電性フィラーは電気的接続と接続材料の厚み制御の両特性を担う。なお、一つの導電性フィラーが配線パターンと外部電極の両方に接触している場合、電気特性、接続信頼性が更に向上する効果も得られる。

（実施の形態５）
図５は本発明の実施の形態５における部品内蔵モジュールの断面図である。実施の形態１から４と同様のものには同様の番号を記した。本実施の形態で用いられる材料は、特に記述が無い限り、上述した実施の形態１から４と同様である。接続材料として導電性接着剤を用いる場合、接続材料部分に樹脂、導電性フィラー以外に非導電性フィラー１３を含み、かつ、非導電性フィラーの平均粒径をコア層に含まれる無機質フィラーの平均粒径より大きくすることで、無機質フィラーの平均粒径より接続材料の厚みを確実に大きくすることができる。

非導電性フィラーとしては、実施の形態１で挙げた無機質フィラーやゴム粒子、ポリアミドイミド樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂などの有機フィラーが利用できる。また、有機フィラーの場合、予めフィラー形状になっているものを導電性接着剤中に混練しておいても、液状や硬化前の状態で導電性接着剤中に混練しておいても構わない。

（実施の形態６）
図６は本発明の実施の形態６における部品内蔵モジュールの断面図である。実施の形態１から５と同様のものには同様の番号を記した。本実施の形態で用いられる材料は、特に記述が無い限り、上述した実施の形態１から５と同様である。接続材料としてハンダを用いる場合、接続材料部分に第二のフィラー（非導電フィラー）１４を含み、かつ、第二のフィラー１４の平均粒径をコア層に含まれる無機質フィラーの平均粒径より大きくすることで、無機質フィラーの平均粒径より接続材料の厚みを確実に大きくすることができる。

第二のフィラーとしては、導電性を有する金属フィラー、実施の形態１で挙げた無機質フィラー、実施の形態５で挙げた有機フィラーなどが利用できる。金属フィラーの場合、ハンダへの溶解性が高いと厚みを制御することが困難であるため、ハンダへの溶解性が低い銅、ニッケル、パラジウム、アルミニウム、鉄、クロムやこれらの合金及び混合物などが好ましく利用できる。これらの金属フィラーの場合、フィラー表面はハンダとの合金が形成されるが、大まかな形状は保持できるため、接続材料部分の厚みを制御することが可能となる。なお、第二のフィラーの材料とハンダが合金層を形成し、接続界面がはっきり区別できないような場合には、第二のフィラーの材料組成比（元素比）が５０％以上の部分を界面とし、第二のフィラーの粒径を測定する。

また、有機フィラーの場合、予めフィラー形状になっているものをハンダ中に混練しておいても、液状や硬化前の状態でハンダ中に混練しておいても構わない。又はンダとの密着性を上げるために、無機質フィラーや有機フィラーの表面の一部、或いは全面にハンダと合金を形成する金属をコーティングしたものも好ましく利用できる。

（実施の形態７）
図７は本発明の実施の形態７における部品内蔵モジュールの製造方法である。図７（ａ）〜（ｆ）は部品内蔵モジュールの製造工程を示す断面図である。実施の形態１から６と同様のものには同様の番号を記した。本実施の形態で用いられる材料は、特に記述が無い限り、上述した実施の形態１から６と同様である。本実施の製造方法は、キャリア１５上に形成された配線パターン（図７（ａ））の所望の位置に接続材料を塗布し（図７（ｂ））、さらに電子部品を所望の位置に搭載する（図７（ｃ））。このものと、未硬化の電気絶縁材に導電性ビアを形成したものを位置あわせする（図７（ｄ））。これを加圧することによって、電子部品を電気絶縁材に内蔵する（図７（ｅ））。最後にキャリアを剥離し、部品内蔵モジュールを作製することができる（図７（ｆ））。

キャリア上の配線パターンは、エッチング、印刷などの方法を用いて形成することができる。特にエッチングでは、フォトリソ工法など微細な配線パターンの形成法を利用できる。

キャリアとしては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイト）の様な樹脂フィルムの他、銅箔、アルミ箔の様な金属箔等を用いることができる。キャリアを用いることにより、配線パターンの取り扱いが容易となる。また、配線パターンとキャリアの間に配線パターンをはがしやすくするために剥離層があってもよい。

接続材料の塗布方法はメタル版印刷、スクリーン印刷、ディスペンサー、ディップ方式、インクジェット方式などが利用できる。接続材料がハンダの場合にはハンダボールを使用する方法も利用できる。メタル版印刷やディスペンサーによる方法は接続材料の塗布厚みを十分に確保できる点から好ましく利用できる。

電気絶縁材は、熱硬化性樹脂を含む絶縁性樹脂と無機質フィラーを混練して、必要に応じ溶剤等を加えてペースト状にしたものを、シート形状に成形したものが好ましく利用できる。シート形状に成形する方法としては、例えば、ドクターブレード法等を用いることによって、フィルム上に電気絶縁材を作成することができる。電気絶縁材は、硬化温度以下で乾燥させることによって、粘着性を低下させることができる。この熱処理によって電気絶縁材の粘着性が失われるため、フィルムとの剥離が容易になる。また、電気絶縁材を未硬化状態（Ｂステージ）にすることにより、取り扱いが容易となる。

導電性ビアの穴形成は、レーザー加工やドリル加工、パンチング加工などによって作製することができる。レーザー加工は微細なピッチでビアを形成することができ、削りくずも発生しないため望ましい。レーザー加工の場合、炭酸ガスレーザーやＹＡＧレーザー、エキシマレーザー等を用いることができる。また、ドリル加工、パンチング加工の場合、汎用性のある既存の設備での導電性ビア形成が容易である。また、Ｂステージ状態の電気絶縁材を用いることで加工がしやすくなる。

導電性ビアは、印刷法や注入法などの方法を用いて導電性ペーストを充填する方法、メッキにより形成する方法等が好ましく利用できる。また、印刷法の場合には、配線パターンや接続材料の形成も同時に行うことが可能である。

電子部品を所定の位置に搭載する方法としては、チップマウンターが好ましく利用できる。

配線板を電気絶縁材に内蔵する前に、内蔵する電子部品の空隙を電気絶縁材に形成しておいてもよい。空隙を設けることで、導電性ビアが変形することを抑制できる。

電子部品と配線パターンを電気的に接続するためには、ハンダの場合には、一度ハンダ溶融温度以上に上げる必要がある。この場合にはリフロー炉が好ましく利用できる。また、接続材料が導電性接着剤で、熱硬化型樹脂を含む場合には、硬化温度まで上げる必要がある。熱可塑性樹脂を含むの場合には溶剤等を除去させる必要がある。また、光り硬化性の樹脂を用いて、紫外線などの光により樹脂を硬化させることも可能である。これらの工程は、部品を搭載した後に行う、配線板を内蔵するための加圧工程で同時に行う、あるいは配線板を電気絶縁材に内蔵した後に行うことが可能である。

導電性ビア形成に導電性ペーストを用いた場合も、電気的に接続する工程は、導電性ビアに充填した後に行う、配線板を内蔵するための加圧工程で同時に行う、あるいは配線板を電気絶縁材に内蔵した後に行うことが可能である。

電気絶縁材を硬化させる工程は、配線板を内蔵するための加圧工程で同時に行う、あるいは配線板を電気絶縁材に内蔵した後に行うことが可能である。電気絶縁材を加熱する工程と配線板を加圧する工程を同時にすることで、電気絶縁材が部品下などの部分に流れ込み易くなり、空隙を最小限に押さえられる。

また、シート形状の電気絶縁材を用いずに、粉末やペレット状に加工した後に、金型に溶融して流すこともできる。また、粉末のまま流し込んだ後に、溶融成形することもできる。絶縁性樹脂を注入する方法としては、トランスファーモールドや射出成形を用いることができる。

なお、本実施の形態では電子部品としてチップ状部品の場合を示したが、その他の受動部品、能動部品の場合でも同じである。配線パターンに、半導体を実装する方法としては、ワイヤーボンディング法、半田や導電性接着剤を用いる方法、ＳＢＢ（stud bump bonding）、ＡＣＦ(anisotropic conductive film) 、ＮＣＦ(non-conductive particle film)などの工法による方法、ＣＳＰ（chip size package）を利用する方法などが利用できる。

（実施の形態８）
図８は本発明の実施の形態８における部品内蔵モジュールの製造方法である。図８（ａ）〜（ｅ）は部品内蔵モジュールの製造工程を示す断面図である。実施の形態１から７と同様のものには同様の番号を記した。本実施の形態で用いられる材料は、特に記述が無い限り、上述した実施の形態１から７と同様である。また、実施の形態７と同一名称の要素は、実施の形態７と同様の構成であって、同一の製造法により製造され、特に説明のない限り同様の機能を持つ。

本実施の形態における部品内蔵モジュールの製造方法は、実施の形態７の製造方法におけるキャリアの代わりに配線板１６を用いる製造方法である。

本実施の製造方法は、配線板１６上に配線パターン４を形成し（図８（ａ））、所望の位置に接続材料を塗布（図８（ｂ））した後、電子部品を所望の位置に搭載する（図８（ｃ））。

このものと、未硬化の電気絶縁材に導電性ビアを形成したものを位置あわせする（図８（ｄ））。これを加圧することによって電子部品を電気絶縁材に内蔵し、部品内蔵モジュールを作製する製造方法である（図８（ｅ））。

配線板は、一般的な配線板であるガラスエポキシ基板やセラミック基板、ビルドアップ基板、導電性ビア接続の多層板等で、電気絶縁層と配線パターン及び導電性ビアから構成されている。電気絶縁層は、絶縁性樹脂、フィラーと絶縁性樹脂との混合物、セラミック、ガラスクロス等の補強剤が入っていてもよい。また、電気絶縁材と同じ材料であってもよい。配線パターンや導電性ビアに関しても同様である。配線板の配線パターンは片面、両面或いは多層でも構わない。

（実施の形態９）
図９は本発明の実施の形態９における部品内蔵モジュールの製造方法である。図９（ａ）〜（ｅ）は部品内蔵モジュールの製造工程を示す断面図である。実施の形態１から８と同様のものには同様の番号を記した。本実施の形態で用いられる材料は、特に記述が無い限り、上述した実施の形態１から８と同様である。また、実施の形態７と同一名称の要素は、実施の形態７と同様の構成であって、同一の製造法により製造され、特に説明のない限り同様の機能を持つ。

本実施の形態における部品内蔵モジュールの製造方法は、実施の形態７のキャリア、実施の形態８の製造方法における配線板の代わりに金属板１７を用い、最終工程で金属板を加工することにより、配線パターンを形成する製造方法である。

本実施の製造方法は、金属板１７の所望の位置に接続材料を塗布し（図９（ａ））、さらに電子部品を所望の位置に搭載する（図９（ｂ））。このものを、導電性ビアを備えた未硬化の電気絶縁材に位置決めして加圧することで内蔵する（図９（ｃ〜ｄ））。エッチング等の方法により、コア層の表層にある金属板１７を加工し、配線パターンを形成する。

実施の形態７〜９では、それぞれキャリア、配線板、金属板を用い、コア層の表層に配線パターンを形成したが、これらの手段は各々で実施可能であるとともに、混在させることも可能である。すなわち、コア層の上面と下面で異なる形態（キャリア、配線板、金属板及び各々に電子部品が実装された形態）で製造することが可能であり、より複雑で、高機能な部品内蔵モジュールが作製することができる（図１１参照）。

実施の形態７〜９の製造方法において、無機質フィラーの平均粒径より大きな平均粒径を有する導電性フィラーを予め導電性接着剤中に混練しておき、接続材料として使用する方法が利用できる。

また、無機質フィラーの平均粒径より大きな平均粒径を有する非導電性フィラーを予め導電性接着剤中に混練しておき、接続材料として使用する方法が利用できる。

また、無機質フィラーの平均粒径より大きな平均粒径を有する第二のフィラーを予めハンダ中に混練しておき、接続材料として使用する方法が利用できる。

これら、接続材料に予め所望の平均粒径を有するフィラーを添加しておく方法は、部品内蔵モジュール工程の簡略化、接続部分の品質保持などの面で好ましい。また、第二のフィラーを所望の位置に塗布した後、接続材料としてハンダを第二のフィラーの位置に塗布し、ハンダを溶融させることで、電子部品と配線パターンを電気的に接続する方法も利用可能である。この場合、第二のフィラーにより、ハンダ接続材料部分の厚み制御が可能であり、かつ、汎用のハンダを利用することができる。また、第二のフィラーの粒径に関わらず、ディスペンサーなどが利用可能である。

第二のフィラーを所望の位置に塗布した後に位置ズレを起こさないために、所望の位置にハンダフラックスなどの粘張物を塗布しておく方法も利用できる。また、この第二のフィラーの平均粒径が無機質フィラーの平均粒径より大きい場合、接続材料部分の厚みが無機質フィラーの平均粒径より確実に大きくなるため、より好ましく利用できる。

以下、本発明の実施例について説明する。

本実施例では、配線パターン厚みを変えるために、厚みの異なる銅箔を用いた。また、接続材料としてハンダ及び導電性接着剤を用いて接続材料厚みの影響を検討した。本実施例では図７の製造方法に従い、図１０の部品内蔵モジュールを作製した。

また、各実施例で作製された部品内蔵モジュールに関して、信頼性評価として、吸湿リフロー試験、熱衝撃試験を行った。吸湿リフロー試験は、温度８５℃、湿度８５％の条件下で１６８時間保持した部品内蔵モジュールを、最高温度が２５０℃で１５秒間ベルト式リフロー炉に１回通すことで行った。また、熱衝撃試験は、高温側が１２５℃、低温側が−４０℃の温度で各３０分間保持し、１０００サイクル行った後に接続材料部の抵抗値を測定した。

同時に各実施例で作製された部品内蔵モジュールを図１０の一点波線付近で断面研磨し、チップ抵抗体の下部分における空隙の有無を光学顕微鏡により確認した。

（実施例１）
電気絶縁材は無機質フィラーとしてアルミナ粉（９０％ｗｔ、平均粒径３３μｍ）、樹脂として熱硬化性のエポキシ樹脂（１０％ｗｔ）を用い、これらを攪拌混合機により混合し、粘度調整のための溶剤を添加した。このものを離型剤が塗布されたポリエチレンテレフタレートフィルム上にシート状に塗布した。１２０℃１５分熱処理をすることにより、厚さ５００μｍのＢステージ状態の電機絶縁材を得た。

このものを所定の大きさに切断し、炭酸ガスレーザーを用いて直径０．１５ｍｍの貫通孔を形成した。この貫通孔に導電性ビア充填用導電性ペーストを印刷法により充填した。導電性ビア充填用導電性ペーストとしては平均粒径２μｍの球形状の銅粉８５質量％と、樹脂としてエポキシ樹脂１２質量％とアミンアダクト硬化剤３質量％とを三本ロールにて混練したものを使用した。

一方、厚さ１５０μｍのＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイト）をキャリアとし、表１に示した厚みの銅をキャリア上に形成した。これをフォトリソ法により化学エッチングし、配線パターンを形成した。このものを２枚用意し、うち一枚に部品実装を行った。方法としては、配線パターン上の所望の位置にのみ、メタル版を用いて接続材料としてのハンダ（ＳｎＰｂ共晶クリームハンダ）を印刷した。次にハンダを塗布した部分にチップマウンターを用いて１００５サイズのチップ抵抗体（１０オーム、外部電極スズメッキ）を搭載し、リフロー炉を用いてハンダを溶融、チップ抵抗体と配線パターンを電気的に接続した。

このように作製した部品実装体ともう一枚の配線パターンが形成されたＰＰＳでシート状の電気絶縁材を位置合わせして挟み、熱プレスを用いてプレス温度１７０℃、圧力１ＭＰａで６０分間加熱加圧した。

この工程の初期において、電気絶縁材中の熱硬化性樹脂が加熱により溶融軟化するため、チップ抵抗体及び配線パターンが電気絶縁材中に埋没し、部品下などの空隙部分にも侵入しようとする。その後、エポキシ樹脂の硬化反応が進み、電気絶縁材のエポキシ樹脂及び、導電性ペースト中のエポキシ樹脂が硬化し、チップ抵抗体、配線パターン、導電性ビアが機械的に強固に接着し、かつ導電性ペーストが配線パターンと電気的に接続される。最後にＰＰＳキャリアを剥離し、図１０に示した部品内蔵モジュールを作製した。

本実施例では、表１に示した接続材料厚みの部品内蔵モジュールを各々作製した。接続材料であるハンダの厚み制御に関しては、配線パターンの面積及びハンダの塗布（印刷版厚み）を調整することで行った。ただし、ハンダのみを用いた場合、接続材料厚みを１５μｍ以上にするのは困難であったため、１０μｍ以下で検討を行った。ハンダを用い、接続材料厚みを厚くしたサンプルについては実施例３で説明する。

（実施例２）
本実施例では接続材料として導電性接着剤を２種類用いた。導電性接着剤としては、導電性フィラーとして、銀フィラ（８５％ｗｔ）及びエポキシ樹脂（１５％ｗｔ）を混練し、粘度調整のために溶剤（ブチルカルビトールアセテート、１％ｗｔ以下）を添加したものを用いた。導電性接着剤Ａは銀フィラの平均粒径が３μｍ、導電性接着剤Ｂは銀フィラの平均粒径が３５μｍのものを使用した。

部品内蔵モジュールの製造方法は実施例１に準ずる。ただし、実施例１におけるチップ抵抗体を実装する部分は、以下のように変更した。導電性接着剤を印刷法により印刷し、チップマウンターを用いてチップ抵抗体を所望の位置に搭載し、バッチ炉に１５０℃３０分投入することで、導電性接着剤中のエポキシ樹脂を硬化するとともに、チップ抵抗体と配線パターンとを電気的に接続した。以下の工程は実施例１と同様である。

本実施例では、表２に示した接続材料厚みの部品内蔵モジュールを各々作製した。接続材料である導電性接着剤の厚み制御に関しては、導電性接着剤の塗布量（印刷版厚み）を調整することで行った。

（実施例３）
本実施例では接続材料としてハンダ（ＳｎＰｂ共晶クリームハンダ）中にＮｉボール（１０μｍ、４５μｍ）を予め混練しておいたものを用いた。配線パターン厚みは９μｍに関して検討した（表３）。部品内蔵モジュールの製造方法は実施例１と同様である。

（実施例４）
本実施例では接続材料として導電性接着剤Ａ中に樹脂ボール（シリコーン樹脂ボール、粉末状、１０μｍ、５０μｍ）を予め混練しておいたものを用いた。配線パターン厚みは９μｍに関して検討した（表３）。部品内蔵モジュールの製造方法は実施例２と同様である。

表１に示すように、配線パターン厚みと接続材料の厚みの合計が電気絶縁材中の無機質フィラーの平均粒径より小さい場合、チップ抵抗体の電気接続面側（部品下）に空隙が観測された（×印は空隙面積大、△印は空隙面積小）。また、吸湿リフロー試験において、チップ抵抗体の電気接続面側でハンダのショートが確認された。また、部品下が埋まっていないためチップ抵抗体の接着強度が弱く、熱衝撃試験後に抵抗値が大きく上昇した。配線パターン厚みと接続材料の厚みの合計が電気絶縁材中の無機質フィラーの平均粒径より大きい場合には、このような現象は見られず、熱衝撃試験においても良好であった。

表２に示すように、接続材料として導電性接着剤を用いた場合においても、配線パターン厚みと接続材料の厚みの合計が電気絶縁材中の無機質フィラーの平均粒径より小さい場合、チップ抵抗体の電気接続面側（部品下）に空隙が観測された（×印は空隙面積大、△印は空隙面積小）。吸湿リフロー試験においては、ショートは観測されなかったが、吸湿した水分が空隙に溜まり、リフロー時に爆発する水蒸気爆発が起こり、接続部分が剥離し、抵抗値がオープンとなった（表２、吸湿リフロー試験項目の×印）。また、熱衝撃試験後においても抵抗値が大きく上昇した。配線パターン厚みと接続材料の厚みの合計が電気絶縁材中の無機質フィラーの平均粒径より大きい場合には、このような現象は見られず、熱衝撃試験においても良好であった。また、導電性接着剤Ｂを用いた場合には、導電性フィラーの平均粒径が無機質フィラーの平均粒径より大きいため、必ず接続材料厚みが無機質フィラーの平均粒径より大きくなる。この結果、各試験において良好な結果が得られた。

表３に示すように、実施例３では、１０μｍのＮｉボールをハンダクリーム中に添加した場合では、接続材料厚みが稼げず、各試験結果は不良（吸湿リフロー試験：ショート、熱衝撃試験：抵抗値オープン）であったが、４５μｍのＮｉボールを添加した場合には、空隙は確認されず、各試験とも良好であった。

同様に実施例４では、１０μｍの樹脂ボールを導電性接着剤Ａ中に添加した場合では、接続材料厚みが稼げず、各試験結果は不良（吸湿リフロー試験：水蒸気爆発による抵抗値オープン、熱衝撃試験：抵抗値が大幅に増加）であったが、５０μｍの樹脂ボールを添加した場合には、空隙は確認されず、各試験とも良好であった。

本発明の実施の形態１における部品内蔵モジュールの断面図。 本発明の実施の形態２における部品内蔵モジュールの断面図。 本発明の実施の形態３における部品内蔵モジュールの断面図。 本発明の実施の形態４における部品内蔵モジュールの断面図。 本発明の実施の形態５における部品内蔵モジュールの断面図。 本発明の実施の形態６における部品内蔵モジュールの断面図。 （ａ）−（ｆ）は本発明の実施の形態７における部品内蔵モジュールの製造方法を示す工程断面図。 （ａ）−（ｅ）は本発明の実施の形態８における部品内蔵モジュールの製造方法を示す工程断面図。 （ａ）−（ｅ）は本発明の実施の形態９における部品内蔵モジュールの製造方法を示す工程断面図。 本発明の実施例１から４における部品内蔵モジュールの断面図。 本発明の部品内蔵モジュールの一例断面図。

符号の説明

１ 電子部品
２ 外部電極
３ 接続材料
４ 配線パターン
５ 電子絶縁材
６ 無機質フィラー
７ 導電性ビア
８ コア層
９ 電子部品の電気接続面
１０ 配線パターン下面
１１ 電子部品の電気接続面と配線パターン下面の間隔
１２ 導電性フィラー
１３ 非導電性フィラー
１４ 第二のフィラー
１５ キャリア
１６ 配線板
１７ 金属板

Claims (22)

1. 少なくとも無機質フィラーと熱硬化性樹脂を含む混合物の電気絶縁材からなるコア層と、前記コア層の内部に形成された複数の導電性ビアとを含み、
   前記コア層に形成された複数の配線パターンと、前記配線パターンに接続材料を介して電気的に接続され、かつ、前記コア層の内部に内蔵された少なくとも一つ以上の電子部品を有する部品内蔵モジュールであって、
   前記電子部品の前記電気的接続面と、前記配線パターン下面との間隔が前記無機質フィラーの平均粒径より大きいことを特徴とする部品内蔵モジュール。
2. 少なくとも無機質フィラーと熱硬化性樹脂を含む混合物の電気絶縁材からなるコア層と、前記コア層の内部に形成された複数の導電性ビアとを含み、
   前記コア層に形成された複数の配線パターンと、前記配線パターンに接続材料を介して電気的に接続され、かつ、前記コア層の内部に内蔵された少なくとも一つ以上の電子部品を有する部品内蔵モジュールであって、
   前記配線パターンの厚みが前記無機質フィラーの平均粒径より大きいことを特徴とする部品内蔵モジュール。
3. 少なくとも無機質フィラーと熱硬化性樹脂を含む混合物の電気絶縁材からなるコア層と、前記コア層の内部に形成された複数の導電性ビアとを含み、
   前記コア層に形成された複数の配線パターンと、前記配線パターンに接続材料を介して電気的に接続され、かつ、前記コア層の内部に内蔵された少なくとも一つ以上の電子部品を有する部品内蔵モジュールであって、
   前記接続材料の厚みが前記無機質フィラーの平均粒径より大きいことを特徴とする部品内蔵モジュール。
4. 前記接続材料が、樹脂と導電性フィラーの混合物からなる請求項１〜３のいずれか１項に記載の部品内蔵モジュール。
5. 前記導電性フィラーの平均粒径が、前記無機質フィラーの平均粒径より大きい請求項４に記載の部品内蔵モジュール。
6. 前記接続材料が、さらに非導電性フィラーを含み、かつ前記非導電性フィラーの平均粒径が前記無機質フィラーの平均粒径より大きい請求項４に記載の部品内蔵モジュール。
7. 前記接続材料が、ハンダと第二のフィラーの混合物であり、かつ前記第二のフィラーの平均粒径が前記コア層の無機質フィラーの平均粒径より大きい請求項１〜３のいずれか１項に記載の部品内蔵モジュール。
8. 前記電子部品の少なくとも一つ以上が受動部品である請求項１〜７のいずれか１項に記載の部品内蔵モジュール。
9. 前記導電性ビアが熱硬化性樹脂を含む樹脂と導電性フィラーの混合物からなる請求項１〜８のいずれか１項に記載の部品内蔵モジュール。
10. 前記電気絶縁材を構成する無機質フィラーの平均粒径が０．１μｍ以上１００μｍ以下の範囲である請求項１〜３のいずれか１項に記載の部品内蔵モジュール。
11. 無機質フィラーと熱硬化性樹脂を含む混合物の前記樹脂と無機質フィラーの混合割合は、樹脂と無機質フィラーの合計を１００重量％としたとき、無機質フィラーの割合は７０〜９５重量％、樹脂の割合は５〜３０重量％の範囲である請求項１〜３のいずれか１項に記載の部品内蔵モジュール。
12. 請求項１から１１のいずれか１項に記載の部品内蔵モジュールの製造方法であって、キャリア上に形成された配線パターンの所望の位置に接続材料を塗布する工程と、前記接続材料に電子部品を実装する工程と、前記電子部品を無機質フィラーと熱硬化性樹脂とを含む混合物の電気絶縁材からなるコア層に内蔵する工程と、前記キャリアを剥離する工程を含む部品内蔵モジュールの製造方法。
13. 請求項１から１１のいずれか１項に記載の部品内蔵モジュールの製造方法であって、配線板上に形成された配線パターンの所望の位置に接続材料を塗布する工程と、前記接続材料に電子部品を実装する工程と、前記電子部品を無機質フィラーと熱硬化性樹脂とを含む混合物の電気絶縁材からなるコア層に内蔵する工程とを含む部品内蔵モジュールの製造方法。
14. 請求項３に記載の部品内蔵モジュールの製造方法であって、金属板上に接続材料を塗布する工程と、前記接続材料に電子部品を実装する工程と、前記電子部品を無機質フィラーと熱硬化性樹脂とを含む混合物の電気絶縁材からなるコア層に内蔵する工程と、前記金属板を加工して配線パターンを形成する工程を含む部品内蔵モジュールの製造方法。
15. 前記接続材料が樹脂と導電性フィラーの混合物からなる請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の部品内蔵モジュールの製造方法。
16. 前記導電性フィラーの平均粒径が前記無機質フィラーの平均粒径より大きい請求項１５に記載の部品内蔵モジュールの製造方法。
17. 前記接続材料が、さらに非導電性フィラーを含み、かつ前記非導電性フィラーの平均粒径が前記無機質フィラーの平均粒径より大きい請求項１５に記載の部品内蔵モジュールの製造方法。
18. 前記接続材料がハンダと第二のフィラーの混合物であり、かつ前記第二のフィラーの平均粒径が前記無機質フィラーの平均粒径より大きい請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の部品内蔵モジュールの製造方法。
19. 第二のフィラーを配線パターンあるいは金属板の所望の位置に塗布した後、前記接続材料としてハンダを前記第二のフィラーが塗布された位置に塗布する請求項１２から１４のいずれか１項に記載の部品内蔵モジュールの製造方法。
20. 前記第二のフィラーの平均粒径がコア層の前記無機質フィラーの平均粒径より大きい請求項１９に記載の部品内蔵モジュールの製造方法。
21. 前記電子部品の少なくとも一つ以上が受動部品である請求項１２から２０のいずれか１項に記載の部品内蔵モジュールの製造方法。
22. 前記コア層に導電性ビアを有し、かつ、前記導電性ビアが熱硬化性樹脂を含む樹脂と導電性フィラーの混合物からなる請求項１２から２１のいずれか１項に記載の部品内蔵モジュール。

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