JP2005286112A - プリント配線板及びその製造方法 - Google Patents

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Takeshi Toida
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Abstract

【課題】
薄くて大容量のコンデンサ機能を内蔵したプリント配線板を得る。
【解決手段】
コア基板３０に内層導体回路３２Ａ、３２Ｄを形成する工程と、コア基板３０に凹部３１を形成する工程と、樹脂モールドされずかつ共通する側に電極を有する平面状のコンデンサ素子２０を、凹部３１に収容する工程と、これを絶縁樹脂４３と導体金属箔４４に挟んで加熱加圧して多層板にする工程と、外層導体４２Ａとコンデンサ素子２０の電極２１、２２を電気的に接続する為のビアホール４１Ａを形成し、これらに導体層５０を形成する工程と、この多層板の表面に外層導体回路４２Ａ、４２Ｂを形成する工程から成るプリント配線板の製造方法である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プリント配線板及びその製造方法に係り、特にコンデンサの機能を内蔵した多層プリント配線板及びその製造方法に関する。
電子機器の高性能化に伴い、プリント配線板に搭載される部品点数はますます増加している。一方、電子機器の小型化によりプリント配線板の一層の小型化が望まれており、部品の搭載できる面積はますます狭くなっている。
そのため、部品の小型化が進められると共に、プリント配線板の導体パターンの微細化による表面実装の高密度化が進展している。
実装部品の多端子化・狭ピッチ化・実装部品点数の増加に伴うプリント配線板の高多層化や配線の微細化に伴い、配線抵抗の増加、クロストークノイズによる信号遅延、発熱、及びこれらに伴う機器の誤動作が問題となっている。
これらの問題を解決するためには部品配線長を短くする必要がある。具体的には、その部品の搭載部位をプリント配線板の表面だけに限らずにプリント配線板の内部に埋設する方法や、誘電率の高い高誘電シート材やペースト材を用いて部品と同等の機能をプリント配線板の内部に作り込む方法が提案されている。この種の技術としては例えば、特開２００２−１００８７５号公報（特許文献１）や、特開平６−６９６６３号公報（特許文献２）に開示されたものが知られている。
特開２００２−１００８７５号公報
特開平６−６９６６３号公報
上記の従来技術によれば、プリント配線板に凹部を形成して小型化の進んだチップ部品を内蔵することが提案されている。しかし、プリント配線板の薄型化が要望されている現況においては、チップ部品の小型化が進んでいるとはいえ、その厚さは十分に薄いとは言えず、プリント配線板の薄板化の弊害となっている。
また、チップの小型化によりコンデンサの容量が小さくなる為、大容量の要求に対応することが難しくなっている。
本発明の目的は、上述した課題を解決し、薄くて大容量のコンデンサ機能を内蔵したプリント配線板及びその製造方法を提供することにある。
本発明は、請求項１に記載のように、コア基板に形成された凹部に樹脂モールドされないコンデンサを埋設して構成することにより薄いプリント配線板に大容量のコンデンサを内蔵させることができる。
また、本発明は、請求項２に記載のように、コア基板に内層導体回路を形成する工程と、コア基板に凹部を形成する工程と、樹脂モールドされずかつ共通する側に陽極及び陰極の電極が形成された平面状のコンデンサ素子を、凹部に収容する工程と、コンデンサ素子を収容したコア基板に、絶縁層と導体層を形成して多層板を形成する工程と、外部導体層とコンデンサ素子の電極を電気的に接続する為のビアホールを形成し、これに導体層を形成する工程と、多層板の表面に外層導体回路を形成する工程とからなるプリント配線板の製造方法である。
これにより、凹部の寸法を樹脂モールドされていないコンデンサの寸法よりわずかに大きくコントロールすることで、高い部品の位置精度が得られ、部品を固定するための樹脂を凹部に充填する必要が無く、工程の削減が可能となる。
また、好ましくは請求項３に記載のように、埋設されるコンデンサ部品には、モールドされていない厚さ３００μm以下のパッケージされていないコンデンサ素子を用いるプリント配線板である。パッケージされていないコンデンサ素子はモールドされたチップ部品と比べて薄いため、同容量のチップ部品を埋設する場合ではプリント配線板の薄型化が可能で、同厚さのプリント配線板であれば大容量のコンデンサを内蔵することが可能となる。
また、好ましくは請求項４に記載のように、埋設されるコンデンサ素子には、電極部分に厚さ１０〜３０μm、表面粗さが樹脂との接着に最適化された銅めっきを施したものを用いるプリント配線板である。電極部分の厚さが１０〜３０μmであるため、電極と上層の導体パターンを接続するためのビアホール形成にレーザを使用しても電極を損傷することなくビアホールの形成ができる。また、電極表面の粗さが樹脂との接着に最適化されているため、樹脂との接着を上げるための処理が不要で、レーザ加工からめっきに至るまで一般のプリント配線板製造で行われている処理が可能となる。
また、好ましくは請求項５に記載のように、埋設されたコンデンサ素子の電極と上層の導体パターンがビアホールにより接続されており、上層の導体パターンがプリント配線板の外層パターンである場合には、ビアホールは電解銅めっきや導電性ペーストにより充填されて表面が平坦である。表面が平坦であるため、プリント配線板の表面に実装される部品との接続に用いられるハンダ内にはボイド等の発生が無く、信頼性の高い接続が可能となる。
また請求項６に記載のように、本発明は、平板状の金属基体の少なくとも一方側に形成された誘電体層と、この誘電体層の上に形成された陽極電極、及び誘電体層の上に導電性膜を介して形成された陰極電極から構成され、陽極電極及び陰極電極は共通する側に面して平面構造を成し、かつ樹脂モールドを施さないで構成されたコンデンサ素子である。このように構造が比較的簡単で、薄型化に好適なコンデンサ素子を、コア基板の凹部に容易に収容でき、多層板の薄型化が達成できる。
本発明によれば、コア基板に形成された凹部に、樹脂モールドされない平板状のコンデンサ素子を埋設することで、より薄型のプリント配線板を得ることができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係るプリント配線板の構成について説明する。図１はプリント配線板の断面を示す。
プリント配線板は、パッケージされていないコンデンサ素子２０と、このコンデンサ素子を収容するコア基板３０、及びビルドアップ層４０Ａ、４０Ｂから成る。コア基板３０はパッケージされていないコンデンサ素子２０を収容する凹部３１を有し、その表面と内部に複数の導体層３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄを有する。ビルドアップ層４０Ａにはビアホール４１Ａ及び導体回路４２が形成されビアホール４１Ａによって、コア層表面の導体回路３２Ａ及びパッケージされていないコンデンサ素子２０とビルドアップ層の導体回路４２Ａが接続されている。また、ビルドアップ層４０Ｂにもビアホール４１Ｂ及び導体回路４２Ｂが形成され、コア層表面の導体回路３２Ｄとビルドアップ層の導体回路４２Ｂが接続されている。
なお、本実施形態では、ビルドアップ層４０Ａ、４０Ｂは１層から成っているが、複数のビルドアップ層から構成することもできる。
図２に示すように、コンデンサ素子２０は、樹脂モールドされていない平板状のコンデンサであり、金属基体２３上に、誘電体層２４を介して形成された陽極電極（第１電極）２１Ｌ、２１Ｒ、及びこの誘電体層２４に導電性高分子膜２５を介して形成された陰極電極（第２電極）２２により構成される。
ここで、金属基体２３は、アルミニウム、タンタル、ニオブ等の金属基体であり、この基体２３の表面に、弁作用金属の誘電体酸化皮膜層２４を形成し、この酸化皮膜層２４上に、陽極電極２１Ｌ、２１Ｒ、及び導電性高分子膜２５、陰極電極２２を順次形成する。陰極電極２２は、グラファイト層と銀ヘ゜−スト層及び銅金属板で構成するか、またはグラファイト層及び金属めっき層の２層より構成する。またはグラファイト層無しで金属めっき層により形成してもよい。
第１電極２１及び第２電極２２は厚さ１０〜３０μmで表面粗さが樹脂との接着に最適化された銅金属により形成されているため、図１に示すように、第１電極２１、第２電極２２上のビアホール４１Ａを形成する際のレーザ加工が容易で、その接続性が高くなり、かつビルドアップ層４０Ａとの接着性も高くなる。
ここで、第１電極２１及び第２電極２２は、平面構造の電極であり、図１に示すように、これらの電極２１，２２に対してビアホール４１Ａを容易に形成できるようにしている。
なお、図２に示したコンデンサ素子２０は、平板状のベース金属２３の両側（上下面）に、第１電極２１及び第２の電極２２を形成しているが、ビアホール４１Ａに接続されるのは上側だけなので、図１０に示すように、コンデンサ素子の一方側のみにこれらの電極２１，２２を形成するようにしてもよい。
図１に示す実施形態では、第１電極２１Ｌ、２１Ｒへビアホール接続しているが、高周波特性が要求されない場合には、どちらか一方への接続とすることができる。
図１に示すように、ビルドアップ層４０Ａのビアホール４１Ａは、電解銅めっきや導電性ペーストにより充填されて表面が平坦であるため、表面実装される部品の接続に用いられるはんだ内部にボイドの発生が無く、表面実装部品とプリント配線板の接続信頼性が高くなる。
次に、図３〜図９を参照して本実施形態に係るプリント配線板の製造方法について説明する。各図はそれぞれの工程の状態を示す。
先ず、図３において、コア層となるプリント配線板（コア基板３０と言う）を形成する。コア層の材質はプリント配線板用に用いられるものであれば、特別に制限されるものではない。
次に図４において、コア層３０の表面に導体回路３２Ａ及び３２Ｄを形成する。この時、パッケージされていないコンデンサ素子を収容するための凹加工を行う面については、凹加工部のほぼ中央にあたる凹加工基準面測定部に導体３３を形成する。これにより、精度良く凹部の加工が可能となる。尚、本実施形態では、導体回路の形成をサブトラクティブ法で形成しているが、その他の周知の方法で形成してもよい。
次に図５において、導体３３で凹加工の基準面測定を行った後、パッケージされていないコンデンサ素子の厚さとサイズにあわせてザグリ加工を行う。図５の点線で示すように、コア層３０に、このコンデンサ素子を収容する凹部３１を、コンデンサ素子の外形寸法＋２００μm以下、深さを＋５０μｍ以下で形成する。
次に図６において、コンデンサ素子２０を凹部３１に配置した後、コア層の両面にシート状の層間絶縁樹脂４３と銅箔４４を積層させる。プレスによる加熱により軟化した層間絶縁樹脂４３を真空加圧により凹部３１に充填し、かつ積層されたプリント配線板の表面が平坦化される。本実施形態では、層間絶縁樹脂４３には金属層のないものを用いて積層しているが、樹脂付き銅箔を用いることができる。
次に図７において、ＣＯ２レーザを用い、ビルドアップ層４０Ａ、４０Ｂにコンデンサ素子２０の第１電極２１Ｌ、２１Ｒと第２電極２２及びコア層表面の導体回路３２Ａ、３２Ｄへ至るφ０．０８mm〜φ０．１５mmのビアホール４１Ａを穿設する。また、ドリルを用いてコア基板３０及びビルドアップ層４０Ａ、４０Ｂに対してスルホール用のφ０．１５〜φ１．０の通孔４５を穿設する。
その後、図８において、デスミア処理を施し、ＣＯ２レーザ加工にて露出したコンデンサ素子２０の第１電極２１Ｌ、２１Ｒと第２電極２２上及びコア層表面の導体回路３２Ａ、３２Ｄ上のレーザ加工残渣物を除去し、引き続き無電解銅めっきと電気銅めっきを行い、厚さ２０〜３０μmの銅被膜５０を形成する。
本実施形態では、電気銅めっきにビアフィリング用めっき液を用いることで電気銅めっきによりビアホール表面を平坦としたが、樹脂充填を行う場合は、電気めっき後に樹脂充填を行うことでビアホール表面を平坦にすることができる。この場合、ビアホール上には充填樹脂が露出するため、はんだ接続などが行われる場合には樹脂充填後に再び電気銅めっきを行う必要がある。
次に図９において、多層板の表面に感光性のドライフィルムレジストをラミネートし、フォトマスクを載置して露光した後、現像、エッチングを行うことにより、外層導体回路４２Ａ、４２Ｂを形成するとともに、不要の部位の銅箔等の導体を除去する。
以上のように、コンデンサ機能を内蔵したプリント配線板の製造が可能となる為、実装部品の多端子・狭ピッチＩＣ・部品点数の増加に伴うファインパターン化・高多層化にともなう配線抵抗の増加・クロストークノイズによる信号遅延・発熱・誤動作・表面実装面積の不足などを防止することが可能となる。又、プリント配線板の表面に接続されるビアホール表面は平坦であるから、表面実装される部品と信頼性の高い接続が可能となる。
また、埋設されるコンデンサ部品にモールドされていない厚さ３００μm以下のパッケージされていないコンデンサ素子を用いるためプリント配線板の薄型化が可能である。又、大容量のコンデンサを内蔵できるため、部品点数の削減が可能である。
また、埋設されるパッケージされていないコンデンサ素子の電極部分が厚さ１０〜３０μm、表面粗さが樹脂との接着に最適化された銅めっきを施したもので、陽極部分と陰極部分の厚みの差が５０μm以下であるから、ビアホールの形成が容易かつ安定し、信頼性の高い接続が可能で、埋設されるパッケージされていないコンデンサ素子と絶縁樹脂との密着も高いものとなる。
本発明の一実施例によるプリント配線板の構成を示す断面図である。 一実施例におけるコンデンサ素子の構成を示す断面図である。 一実施例におけるプリント配線板の製造工程を示す図である。 一実施例におけるプリント配線板の製造工程を示す図である。 一実施例におけるプリント配線板の製造工程を示す図である。 一実施例におけるプリント配線板の製造工程を示す図である。 一実施例におけるプリント配線板の製造工程を示す図である。 一実施例におけるプリント配線板の製造工程を示す図である。 一実施例におけるプリント配線板の製造工程を示す図である。 他の例によるコンデンサ素子の構成を示す断面図である。
符号の説明
２０ コンデンサ素子、 ２１、２１Ｌ、２１Ｒ 第１電極、
２２ 第２電極、 ２３ ベース金属、
２４ 誘電体層、 ２５ 導電性高分子膜
３０ コア基板、 ３１ 凹部、
３２Ａ,３２Ｂ,３２Ｃ,３２Ｄ コア層の導体回路、
４０Ａ,４０Ｂ ビルドアップ層、
４３ 層間絶縁樹脂、 ３３ 凹加工の基準面測定用導体、
４１Ａ ビアホール、 ４２Ａ、４２Ｂ 外層導体回路、
４４ 銅箔、 ４５ スルホール穴、 ５０ 銅被膜

Claims (6)

  1. コア基板と、該コア基板の上に形成されたビルドアップ層を有してなるプリント配線板において、該コア基板に形成された凹部に、樹脂モールドされずかつ共通する側に陽極及び陰極の電極が形成された平面状のコンデンサ素子を埋設し、ビアホールを形成して該電極と電気的接続を行うように構成したことを特徴とするプリント配線板。
  2. コンデンサ素子を内蔵するプリント配線板の製造方法において、
    複数の導体層を有するコア基板の導体に回路パターンを形成する工程と、
    該コア基板に凹部を形成する工程と、
    樹脂モールドされずかつ共通する側に陽極及び陰極の電極が形成された平面状のコンデンサ素子を、該凹部に収容する工程と、
    該コンデンサ素子を収容したコア基板に、絶縁層と導体層を形成して多層板を形成する工程と、
    該多層板の外部導体層と該コンデンサ素子の電極と電気的に接続するためのビアホールを形成し、該ビアホールに導電層を形成する工程と、
    該多層板の表面に外層導体回路パターンを形成する工程と、
    を含むことを特徴とする多層プリント配線板の製造方法。
  3. 厚さ３００μm以下のパッケージされていないコンデンサ素子を埋設することを特徴とする請求項１又は２記載の多層プリント配線板又はその製造方法。
  4. 電極部分に厚さ１０〜３０μm,表面粗さが樹脂との接着に最適化された銅めっきを施したこと及び陽極部分と陰極部分の厚みの差が５０μm以下であるコンデンサ素子を埋設することを特徴とする請求項１又は２記載の多層プリント配線板又はその製造方法。
  5. 外層回路パターンと,埋設されているコンデンサの電極とを接続するビアホールが,銅めっきあるいは銅めっきと導電性ペーストにより充填されて,表面が平坦であることを特徴とする請求項１又は２記載の多層プリント配線板又はその製造方法。
  6. 平板状の金属基体の少なくとも一方側に形成された誘電体層と、該誘電体層の上に形成された陽極電極、及び誘電体層の上に導電性膜を介して形成された陰極電極から構成され、該陽極電極及び陰極電極は共通する側に面して平面構造を成し、かつ樹脂モールドを施さないで構成されたことを特徴とするコンデンサ素子。

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