JP2005150395A

JP2005150395A - 回路部品内蔵モジュールの製造方法

Info

Publication number: JP2005150395A
Application number: JP2003385826A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Taniguchi; 泰士谷口; Sei Yuhaku; 祐伯　　聖; Kazuo Otani; 和夫大谷
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-11-14
Filing date: 2003-11-14
Publication date: 2005-06-09

Abstract

【課題】信頼性が高く高密度実装可能な部品内蔵モジュールを提供する。
【解決手段】無機質フィラー７０〜９５重量％と熱硬化性樹脂５〜３０重量％とを含む混合物からなる１層以上の電気絶縁性シート(126a,126b)と、電気絶縁性シート上下部に能動部品及び受動部品から選ばれる少なくとも１つを実装した回路基板(125a,125b)と、回路基板に配置された複数の配線パターンを電気的に接続するように電気絶縁性シート内に形成されたインナービアとを含む回路部品内蔵モジュールの製造方法であって、電気絶縁シートの半硬化状態の熱硬化性樹脂を含むシートに回路基板を上下に載置した後、最表層部に緩衝材(129a,129b)を載置し、その上下部にプレス用治具を載置し、下位に位置する固定盤の下部熱盤に載置した後、熱プレスにより加熱、加圧処理して半硬化状態のシートを硬化させるとともに、回路部品を電気絶縁性シート内に均圧な圧力分散で内蔵する。
【選択図】図４

Description

本発明は、絶縁性樹脂と無機質フィラーの混合物により放熱性、熱膨張係数、誘電体特性を向上させ、且つ半導体チップなどの能動部品やチップコンデンサなどの受動部品を内蔵して高密度に実装された回路部品内蔵モジュール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、小型化要求に伴い、半導体チップを実装した回路部品の高密度、高機能化が一層叫ばれている。また、回路部品を高密度に実装するために、配線パターンも複雑になり配線板を多層化する開発が活発に行われている（下記特許文献１参照）。更に、最も回路の高密度化が図れる方法として、インナービアによる電気接続を用いた多層配線板も使用されている。インナービア接続により必要な各層間のみの接続が可能となり、半導体チップ間や部品間の配線パターンを最短距離で接続でき、回路部品の実装性にも優れている。図６は従来の回路部品内蔵モジュールの断面図であり、114a〜115bは積層治具、116は積層構成物、122a,122b,124a,124bは積層治具金属プレート、123a,123bは積層治具均圧ボード、125a,125b,127は既存回路基板、126a,126bは無機質フィラーと熱硬化性樹脂の混合物絶縁層である。
特開２００２−３６１５００号公報（２頁）

前記特許文献１の構成では、積層構成物のコアとなる両面に回路形成された内層材の両側に、半硬化状態のプリプレグと銅箔を載置して熱プレス処理が行われている。この積層方法では、最表面層の前記半硬化状態のプリプレグと銅箔が平坦であるため、圧力が均一にかかり熱硬化している。

しかし、図６に示す従来の回路部品内蔵モジュールでは、回路部品を内蔵し、且つインナービアで接続するためには、信頼性という点で問題があった。インナービアの接続信頼性には、インナービア圧縮による接続抵抗値が重要である。接続抵抗値は低い程優れており、低抵抗値なインナービア圧縮を効果的に行うには、回路部品を内蔵した基板を面内均一な圧力でプレス加工する必要があった。

前記従来の回路部品内蔵モジュールの製造方法では、積層構成物のコアとなる前記電気絶縁性シートに前記能動部品の半導体チップ及び/又は受動部品のチップコンデンサなどを埋設して熱プレス処理を行っている。前記電気絶縁性シートは熱硬化性樹脂で熱をかけると一時柔軟性を帯び流動し、埋設部品との隙間を埋めようと樹脂が流動する事が特徴となっている。また、最表層部である回路基板には配線電極パターンが形成されており熱プレスの際、電極パターン部にプレス圧力が集中し電極の無い部位にはプレス圧力が十分にかからない状態となる。その際、前記電気絶縁性シートが樹脂流動により圧力の十分にかからない回路基板の電極の無い部位を内側から膨らませる内圧が発生し、回路基板を変形させる現象が生じる。それにより、変形部の前記電気絶縁性シート内に予め形成されていたインナービアに十分な圧力がかからず圧縮不足が発生し、接続不安定で高抵抗値な信頼性の悪いモジュールとなっている。

本発明は、前記従来の課題を解決するため、信頼性が高く高密度実装可能な部品内蔵モジュールを提供する。

本発明にかかる多層構造の回路部品内蔵モジュールの製造方法は、無機質フィラー７０〜９５重量％と熱硬化性樹脂５〜３０重量％とを含む混合物からなる１層以上の電気絶縁性シートと、
前記電気絶縁性シート内に埋設される能動部品及び受動部品から選ばれる少なくとも１つを実装した回路基板と、
前記回路基板に配置された複数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シート内に形成されたインナービアとを含む回路部品内蔵モジュールの製造方法であって、
前記電気絶縁シートの半硬化状態の熱硬化性樹脂を含むシートを用い、前記回路基板を上下に載置した後、最表層部に緩衝材を載置し、その上下部にプレス用治具を載置し、下位に位置する固定盤の下部熱盤に載置した後、熱プレスにより加熱、加圧処理して前記半硬化状態のシートを硬化させるとともに、前記回路部品を前記電気絶縁性シート内に均一な圧力分散で内蔵することを特徴とする。

本発明の回路部品内蔵モジュールの製造方法は、電気絶縁性シートに能動部品の半導体チップ及び／又は受動部品のチップコンデンサなどを配した回路基板を埋設する状態で、回路基板の最外層に緩衝材を載置して熱プレスすることで、回路基板の配線電極パターンに依存せず緩衝材が馴染み、それにより回路基板に均圧な圧力分散を得ることで電気絶縁性シートの樹脂流動に隔たりを与えず、樹脂流動による内圧で回路基板を変形させることなく硬化することができ、電気絶縁性シート内に形成されたインナービアに十分な圧縮がかかり、低抵抗値で高い信頼性の高密度実装部品内蔵モジュールを提供することができる。

本発明の電気絶縁性シートに用いる無機質フィラーはＡｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＢＮ、ＡｌＮ、ＳｉＯ₂から選ばれた少なくとも一種以上のものであり、前記熱硬化性樹脂組成物の主成分は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂及びシアネート樹脂から選ばれた少なくとも一つの樹脂が好ましい。

更に前記無機質フィラーと前記未硬化状態の熱硬化性樹脂からなる複数枚のシート状物に貫通孔を形成し、前記貫通孔に導電性樹脂生成物を充填するインナービア形成工程と、前記熱硬化性樹脂組成物からなる複数枚のシート状物の上下部に能動部品の半導体チップ及び／又は受動部品のチップコンデンサなどを少なくとも１つ以上を実装した回路基板を埋設し前記回路基板に配置された複数の配線パターンと前記電気絶縁性シート内に形成されたインナービアとを電気的に接続する工程を含む回路部品内蔵モジュールの製造方法において、前記インナービアに複数の配線パターンを電気的に接続する熱プレス工程で、回路基板の最外層に回路基板の配線電極より硬度の軟らかい緩衝材を載置して熱プレスすることで、回路基板の配線電極パターンに依存せず緩衝材が配線電極厚みを吸収して馴染み、それにより回路基板に均圧な圧力分散を得ることで電気絶縁性シートの樹脂流動に隔たりを与えず、樹脂流動による内圧で回路基板を変形させることなく硬化する事ができ、電気絶縁性シート内に形成されたインナービアに十分な圧縮がかかり、低抵抗で高い信頼性のビア抵抗値を得ることができる。

又、前記構成においては、前記能動部品及び／又は受動部品を埋設させる工程が、前記熱硬化性樹脂の硬化開始温度以下の温度で加熱加圧することが望ましい。

以下に、本発明の一実施形態について、回路基板の最表層部に緩衝材を載置した製造方法を図面に基づき説明する。但しこれに限定されるものではない。

図１は、本発明の一実施例による回路部品内蔵モジュールの一部断面図である。図１において、既存の回路基板101、109を用いる。これには、配線パターン102aと、導電性組成物が充填されたインナービア104a、並びに半導体チップなどの能動部品及びチップコンデンサなどの受動部品からなる回路部品103を有している。107は既存の回路基板で、配線パターン102bと、導電性組成物が充填されたインナービア104bを有している。105、106a、106b、108は無機質フィラーと熱硬化性樹脂の複合された電気絶縁性シート（コンポジット材料）であり、回路部品103を埋設一体化させ、インナービア104cによりその層間の配線パターンを電気的に接続する。

図２は、積層一体化された回路部品内蔵モジュールの一部断面図である。図１と同一部材は同一の符号を付与してある。

図３は、本発明の一実施例による回路部品内蔵モジュールの熱プレス工程の概略構成を示す概要図である。図３において、110は上部固定ブロックで121は下部固定ブロックである。111は上部ヒータブロックで120は下部ヒータブロックであり共に熱源である。112、113は上部ヒータステージで118、119は下部ヒータステージである。114a、114b、115a、115bは積層治具で117a、117bの積層構成物位置合わせピンで116の積層構成物を位置合わせし支持する。

（実施の形態１）
図４は、本発明の一実施形態における回路部品内蔵モジュールの製造方法を示す断面図である。図４に示すように、回路基板125a、125bの最表層部にゴム系又は樹脂系緩衝材129a、129bを載置して124a、124b、122a、122bの積層治具金属プレートと123a、123b積層治具均圧ボードを介し熱プレスにより加熱加圧処理することにより、前記回路基板の配線電極パターンに依存せず前記緩衝材が馴染み、前記回路基板に均圧な圧力分散を得ることで電気絶縁性シートの樹脂流動に隔たりを与えず、樹脂流動による内圧で前記回路基板を変形させることなく硬化することができた。これにより前記電気絶縁性シート内に形成された104のインナービアが十分な圧縮となり、低抵抗で高い信頼性のビア抵抗値を得ることができた。

従来の部品内臓モジュールの変形量と抵抗値を比較すると、変形量では例えば電極厚みが２５μｍの場合、その厚み分の変形量２５μｍが０μｍに抑制できた。また、ビア抵抗値では、例えば従来品が１００ｍΩであった場合、１／１０の１０ｍΩまで低減することができた。但し、ビアの直径や長さにより、低減量は変化し、常に一定ではない。

但し、上記構成において熱プレス処理後、前記ゴム系、樹脂系緩衝材が前記積層治具金属プレートないし前記回路基板最表層部に強固に密着するため、前記積層治具金属プレートとの間に離型材を挿入することにより、前記積層治具金属プレートと前記緩衝材及び積層構造物が容易に離型することができる。また、前記積層構造物と前記緩衝材との離型は前記緩衝材が柔軟性を帯びているので前記緩衝材を容易に剥がすことができる。

上記構成においてゴム系、樹脂系緩衝材は、シリコンゴムシート、フッ素ゴムシート、又はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリ弗化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ弗化ビニル（ＰＶＦ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＰＥＴＦＥ）から選ばれる少なくとも一つのフッ素系樹脂から選ばれた少なくとも一種のシートにより行うことが好ましい。

上記においてゴム系、樹脂系緩衝材の硬度は配線電極パターンよりも小さいことが好ましく、タイプＡデュロメータで測定した３０〜９０°であることが好ましく、厚みは０．３〜２．０mmであることが好ましい。

上記において、離型材は、銅箔、アルミニウム箔、ポリプロピレンフィルム、ポリミドフィルムから選ばれた少なくとも一つの材料により行うことが好ましい。

（実施の形態２）
図５は、本発明の一実施形態における回路部品内蔵モジュールの製造方法を示す断面図である。図５に示すように、125a、125bの回路基板の最表層部に130a、130bといった紙類系、金属系緩衝材を載置して124a、124b、122a、122bの積層治具金属プレートと123a、123b積層治具均圧ボードを介し熱プレスにより加熱加圧処理することにより、前記回路基板の配線電極パターンに依存せず前記緩衝材が馴染み、前記回路基板に均圧な圧力分散を得ることで電気絶縁性シートの樹脂流動に隔たりを与えず、樹脂流動による内圧で前記回路基板を変形させることなく硬化することができる。これにより前記電気絶縁性シート内に形成された104のインナービアが十分な圧縮となり、実施の形態１と同様に低抵抗で高い信頼性のビア抵抗値を得ることができる。

上記構成において紙類系、金属系緩衝材は、クラフト紙、錫、マグネシウム、マグネシウム合金、銀、亜鉛、アルミニウムから選ばれた少なくとも一種の材料により行うことが好ましい。

上記において紙類系、金属系緩衝材の硬度は配線電極パターンよりも小さいことが好ましく、モース硬度で３．０未満であることが好ましく、厚みは０．1〜２．０mmであることが好ましい。

上記実施の形態１及び２の構成において、電気絶縁性シート（熱硬化性樹脂主成分）は、無機質フィラー７０〜９５重量％のＡｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＢＮ、ＡｌＮ、ＳｉＯ₂から選ばれた少なくとも一種以上のものであり、熱硬化性樹脂５〜３０重量％のエポキシ樹脂、フェノール樹脂及びシアネート樹脂から選ばれた少なくとも一つの樹脂を含む混合物からなる電気絶縁性シートである。

上記実施の形態１及び２の構成においての電気絶縁性シートの硬化開始温度以下で加熱加圧半硬化の温度は、２５〜１２０℃であることが好ましく、圧力は１〜１０ｋｇ／ｃｍ²であることが好ましい。

上記実施の形態１及び２の構成において、熱プレスで加熱加圧する温度は、１３０〜２５０℃であることが好ましく、圧力は１〜４０Ｋｇ／ｃｍ²であることが好ましい。処理時間は３０〜１８０分間が好ましい。

本発明にかかる部品内蔵モジュールの製造方法は、安定した層間接続に優れた効果を有し、インナービアホール接続により高アスペクトのビアホールを電気的に接続する、例えば、高密度、高機能、耐ノイズに加え、部品を内蔵した実装形態のモジュールの製造方法として有用である。

本発明の一実施例における回路部品内蔵モジュールの一部断面図である。本発明の図１における回路部品内蔵モジュールの完成品一部断面図である。本発明の一実施例による回路部品内蔵モジュールの熱プレス工程の熱プレス装置の概要図である。本発明の一実施例による回路部品内蔵モジュールの熱プレス工程と積層基板構成（離型材入り）の一部断面図である。本発明の一実施例による回路部品内蔵モジュールの熱プレス工程と積層基板構成の一部断面図である。従来例による回路部品内蔵モジュールの熱プレス工程と積層基板変形の一部断面図である。

符号の説明

101,07,109,125a,125b,127 既存回路基板
102 回路基板配線電極パターン
103 半導体チップなど能動部品及びチップコンデンサなど受動部品
104 インナービア（導電性ペースト）
105,106a,106b,108,126a,126b 無機質フィラーと熱硬化性樹脂の混合物絶縁層
110 上部固定ブロック
111 上部ヒータブロック
112,113 上部ヒータステージ
114a,114b,115a,115b 積層治具
116 積層構成物
117a,117b 積層構成物位置合わせピン
118,119 下部ヒータステージ
120 下部ヒータブロック
121 下部固定ブロック
122a,122b,124a,124b 積層治具金属プレート
123a,123b 積層治具均圧ボード
128a,128b 離型材
129a,129b ゴム系、樹脂系緩衝材
130a,130b 紙類系、金属系緩衝材

Claims

無機質フィラー７０〜９５重量％と熱硬化性樹脂５〜３０重量％とを含む混合物からなる1層以上の電気絶縁性シートと、
前記電気絶縁性シート内に埋設される能動部品及び受動部品から選ばれる少なくとも１つを実装した回路基板と、
前記回路基板に配置された複数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シート内に形成されたインナービアとを含む回路部品内蔵モジュールの製造方法であって、
前記電気絶縁シートの半硬化状態の熱硬化性樹脂を含むシートを用い、前記回路基板を上下に載置した後、最表層部に緩衝材を載置し、その上下部にプレス用治具を載置し、下位に位置する固定盤の下部熱盤に載置した後、熱プレスにより加熱、加圧処理して前記半硬化状態のシートを硬化させるとともに、前記回路部品を前記電気絶縁性シート内に均圧な圧力分散で内蔵することを特徴とする回路部品内蔵モジュールの製造方法。
前記緩衝材が、シリコンゴムシート、ポリテトラフルオロエチレンシート、フッ素ゴムシート、フッ素樹脂シート、クラフト紙、錫、マグネシウム、マグネシウム合金、銀、亜鉛及びアルミニウムから選ばれる少なくとも一つを含む請求項１に記載の回路部品内蔵モジュールの製造方法。
前記緩衝材の硬度が、前記配線パターンの硬度よりも小さい請求項１に記載の回路部品内蔵モジュールの製造方法。
前記緩衝材が、ゴム系又は樹脂系の最外層部に離型材を備えている請求項２に記載の回路部品内蔵モジュールの製造方法。
前記緩衝材の離型材が銅箔、アルミニウム箔、ポリプロピレンフィルム及びポリミドフィルムから選ばれる少なくとも一つを含む請求項４に記載の回路部品内蔵モジュールの製造方法。