JP2007273583A - 部品内蔵プリント配線板、部品内蔵プリント配線板の製造方法および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】接続信頼性の高い部品内蔵プリント配線板を提供する。
【解決手段】部品実装面を有する基材１１と、基材１１の部品実装面に実装された回路部品２０と、回路部品２０を覆う応力緩和材料４０と、基材１１に応力緩和材料４０を覆う絶縁層１２を介して積層された他の部材１３とを具備した部品内蔵プリント配線板を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子回路に介在されるチップ部品を内蔵した部品内蔵プリント配線板、部品内蔵プリント配線板の製造方法、および部品内蔵プリント配線板を用いた電子機器に関する。

ポータブルコンピュータ、携帯端末等の小型電子機器に於いては、高密度配線を可能にした基板並びに信頼性を考慮した基板への部品実装技術が必要とされる。この種の半導体部品を対象とした部品実装技術として、サブストレート等の基板にＢＧＡ（ball grid array）等の半導体集積回路素子を実装し、基板に実装したＢＧＡ等の半導体部品を樹脂封止する技術が知られている。

従来、この種部品実装技術として、外装材（封止材）となるコア基板にあらかじめＩＣ（ＢＧＡ部品）を収容する凹部を形成しておき、この凹部に、特定の樹脂を介在して、ＩＣを収容することにより、ＩＣとコア基板との間の熱膨張差により生じる応力を緩和させる技術が存在した。

一方、近年では、電子回路装置に用いられる、複数層を形成するプリント配線板として、内層側のパターン形成面に形成した導体パターン（パッド）上に受動素子等のチップ部品をはんだ接合し、上記内層側に絶縁材料を積層して、チップ部品を絶縁材料で覆うことによって電子部品内蔵プリント配線板を製造するプリント配線板の製造技術が実用化に向けて開発されている。
特開２００２−２４６７２２

上記したような部品内蔵プリント配線板に於いても、内層側に実装される内蔵チップ部品を外部応力や熱膨張による応力から保護する手段が必要とされる。さらに上記した部品内蔵プリント配線板に於いては、チップ部品と、このチップ部品の実装面部との間の間隙部にボイド（空気溜まり若しくはガス溜まり）が形成されると、このボイドが後の加熱処理加工若しくは電子機器内への組み込み後に於ける受熱等に於いて加熱され、ボイドの熱膨張により、導体パターンの剥離、チップ部品の損傷、回路切断、基板の剛性劣化等、種々の不具合を招く虞がある。

本発明は上記実情に鑑みなされたもので、内蔵部品を外部応力や熱膨張による応力から保護して接続信頼性の高い回路を形成できる部品内蔵プリント配線板、部品内蔵プリント配線板の製造方法、および部品内蔵プリント配線板を用いた電子機器を提供することを目的とする。

本発明は、部品実装面を有する基材と、前記基材の前記部品実装面に実装された回路部品と、前記回路部品を覆う応力緩和材料と、前記基材に前記応力緩和材料を覆う絶縁層を介して積層された他の部材とを具備した部品内蔵プリント配線板を特徴とする。

また本発明は、部品内蔵プリント配線板の製造方法であって、基材の部品実装面部に回路部品を実装する工程と、前記部品実装面部に実装された前記回路部品を応力緩和材料で覆う工程と、前記基材に前記応力緩和材料を覆う絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層を介して前記基材に導体パターンを有する他の部材を積層する工程と、を具備したことを特徴とする。

また本発明は、部品内蔵プリント配線板の製造方法であって、基材の部品実装面部に実装される回路部品を応力緩和材料で覆う工程と、前記応力緩和材料で覆われた前記回路部品を前記基材の部品実装面部に実装する工程と、前記基材に前記応力緩和材料を覆う絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層を介して前記基材に導体パターンを有する他の部材を積層する工程と、を具備したことを特徴とする。

また本発明は、部品内蔵プリント配線板の製造方法であって、外周が応力緩和材料で覆われた回路部品を供給する工程と、前記回路部品を基材の部品実装面部に実装する工程と、前記基材に前記応力緩和材料を覆う絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層を介して前記基材に導体パターンを有する他の部材を積層する工程と、を具備したことを特徴とする。

さらに本発明は、電子機器本体と、この電子機器本体に設けられた回路基板とを具備した電子機器に於いて、前記回路基板を、部品実装面を有する基材と、前記基材の部品実装面に実装された回路部品と、前記回路部品を覆う応力緩和材料と、前記基材に前記応力緩和材料を覆う絶縁層を介して積層された導電パターンを有する他の部材とを具備した部品内蔵プリント配線板により構成したことを特徴とする。

接続信頼性の高い部品内蔵プリント配線板を提供することができる。

本発明に係る部品内蔵プリント配線板は、部品実装面を有する基材と、前記基材の前記部品実装面に実装された回路部品と、前記回路部品を覆う応力緩和材料と、前記基材に絶縁層を介して積層された導電パターンを有する他の部材と具備して構成される。

以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、本発明の各実施形態に於いては、内蔵回路部品として、直方体形状の部品本体に一対の端子を設けた、例えばコンデンサ、抵抗素子等のチップ部品を例に示しているが、これらのチップ部品に限らず、特定の動作機能を有する２端子若しくは３端子以上の能動素子であってもよい。

本発明の第１実施形態に係る部品内蔵プリント配線板の構成を図１に示している。図１に示す部品内蔵プリント配線板１０は、第１の基材１１と、絶縁層を形成する樹脂材料１２と、第１の基材１１に絶縁層を介して積層された他の部材となる第２の基材１３とを有して構成される。

第１の基材１１および第２の基材１３は、それぞれガラス布に樹脂を含浸させたシート状のプリプレグで構成され、外層側、内層側の両面に、導電層を形成するパターン形成面を有している。第１の基材１１の外層側のパターン形成面には導電パターン１１ａが形成されている。第１の基材１１の内層側のパターン形成面には、導電パターンとして、予め定められた内蔵部品の実装面部に、内蔵部品の端子がはんだ接合される一対の電極１１ｂ，１１ｂが形成されている。第２の基材１３の外層側のパターン形成面には導電パターン１３ａが形成され、内層側のパターン形成面には導電パターン１３ｂが形成されている。

上記第１の基材１１の部品実装面部に形成された電極１１ｂ，１１ｂには、内蔵部品となる回路部品２０の端子がはんだ接合され、上記回路部品２０が上記実装面部に実装されている。回路部品２０は、直方体形状の部品本体に一対の電極を設けたチップ部品である。

この回路部品２０の外周は、はんだ接合部３０の接合面を除いて所定の厚さを有する応力緩和材料４０により覆われている。

この応力緩和材料４０は、回路部品２０に対する外部応力並びに膨張収縮による応力を緩和する役目を果たすもので、例えば樹脂材料１２と回路部品２０との中間の熱膨張係数をもった樹脂材料、若しくは樹脂材料１２および回路部品２０より低い熱膨張係数をもった樹脂材料で構成される。樹脂材料１２と回路部品２０との中間の熱膨張係数をもった樹脂材料とすることで、外部の曲げ応力に対して、より有効な緩和作用を期待できる。また樹脂材料１２および回路部品２０より低い熱膨張係数をもった樹脂材料を用いることにより、周囲からの熱応力に対して、より有効な緩和作用を期待できる。

このように、回路部品２０の外周が応力緩和材料４０で覆われた状態で配線板内に実装された構造とすることによって、プリント配線板の製造工程、その後のプリント回路板製造工程、さらにはプリント回路板実装後に於いて、部品内蔵プリント配線板１０の内部に、外部応力や熱膨張による応力が加わっても、配線板に内蔵された回路部品２０に加わるこれらの応力を応力緩和材料４０により緩和して、回路部品２０を上記応力から保護することができる。さらに上記回路部品２０と第１の基材１１の部品実装面との間隙部分に上記応力緩和材料４０が充填されていることから、回路部品２０下面にボイドが形成される不都合を排除することができる。これにより信頼性を向上させた部品内蔵プリント配線板が提供できる。

本発明の第１実施形態に係る部品内蔵プリント配線板の製造工程を図２乃至図６に示している。

図２に示す工程１では、第１の基材１１に設けられた電極１１ｂ，１１ｂに、回路部品２０の端子を半田３０により接合して、第１の基材１１の部品実装面部に、回路部品２０を実装する。

図３に示す工程２では、回路部品２０の外周を応力緩和材料４０で覆う。この工程では回路部品２０の下面と部品実装面との間の間隙部分に応力緩和材料４０を充填する工程を含む。例えば上記間隙部分に応力緩和材料４０を充填させた後、回路部品２０の他の外周部分に応力緩和材料４０を被着させ、加熱処理（キュア）して硬化させることにより、回路部品２０に所定の厚みをもつ応力緩和材料４０を付着させる。

図４に示す工程３では、回路部品２０を覆った応力緩和材料４０を樹脂材料１２で覆って第１の基材１１に絶縁層を形成し、さらにこの絶縁層を介して第１の基材１１に他の部材となる第２の基材１３を積層する。

図５に示す工程４では、上記各部材を一体化した部品内蔵プリント配線板に、ドリル加工若しくはレーザ加工で、各層間の導体パターンを回路接続する、スルーホール、ビアホール等を形成するための孔（穴）開けを行う。この工程で穿設したスルーホール形成用の孔（貫通孔）を符号Ｈ１で示し、ビアホール形成用の穴を符号Ｈ２で示している。

図６に示す工程５では、上記工程４で穿設された各ホール（Ｈａ，Ｈｂ）と、第１の基材１１および第２の基材１３の各表層に、メッキ加工、および配線加工を施して、スルーホール１５およびビアホール１６を形成し、部品内蔵プリント配線板を用いる電子機器に必要とされる回路配線パターンを形成する。

これにより、上記図１に示したような電子機器に必要とされる回路配線パターンを形成した部品内蔵プリント配線板１０が実現される。

本発明の第２実施形態に係る部品内蔵プリント配線板の製造工程を図７乃至図１１に示している。

図７に示す工程１では、内蔵部品となる回路部品２０を応力緩和材料４０で覆う。この工程では、例えば端子にははんだプリコートを施した回路部品２０を応力緩和材料の液層に浸して、回路部品２０に応力緩和材料４０を付着させる方法を採ることができる。

図８に示す工程２では、応力緩和材料４０が付着した回路部品２０を第１の基材１１の部品実装面に載せ、回路部品２０の端子２０ａ，２０ａを電極１１ｂ，１１ｂにはんだ接合して、第１の基材１１の部品実装面部に、回路部品２０を実装する。この部品実装により回路部品２０の下面に付着している応力緩和材料４０が回路部品２０の下面と部品実装面との間の間隙部分に充填される。その後、加熱処理して応力緩和材料４０を硬化させる。

他の方法として、上記工程１に於いて、回路部品２０の下面を除いて回路部品２０の外周に応力緩和材料４０を付着させ、工程２に於いて、回路部品２０の下面と部品実装面との間の間隙部分に応力緩和材料４０を充填することも可能である。

図９に示す工程３では、回路部品２０を覆った応力緩和材料４０を樹脂材料１２で覆って第１の基材１１に絶縁層を形成し、さらにこの絶縁層を介して第１の基材１１に他の部材となる第２の基材１３を積層する。

図１０に示す工程４では、上記各部材を一体化した部品内蔵プリント配線板に、ドリル加工若しくはレーザ加工で、各層間の導体パターンを回路接続する、スルーホール、ビアホール等を形成するための孔（穴）開けを行う。この工程で穿設したスルーホール形成用の孔（貫通孔）を符号Ｈ１で示し、ビアホール形成用の穴を符号Ｈ２で示している。

図１１に示す工程５では、上記工程４で穿設された各ホール（Ｈａ，Ｈｂ）と、第１の基材１１および第２の基材１３の各表層に、メッキ加工、および配線加工を施して、スルーホール１５およびビアホール１６を形成し、部品内蔵プリント配線板を用いる電子機器に必要とされる回路配線パターンを形成する。

これにより、電子機器に必要とされる回路配線パターンを形成した、上記図１に示した第１実施形態の部品内蔵プリント配線板と同様の部品内蔵プリント配線板１０を製造できる。

本発明の第３実施形態に係る部品内蔵プリント配線板の製造工程を図１２乃至図１６に示している。

図１２に示す工程１では、回路部品（第１、第２実施形態に於ける回路部品２０に相当）の外周に予め応力緩和材料（第１、第２実施形態に於ける応力緩和材料４０に相当）を付着させ、半硬化（例えばＢステージ程度に半硬化）させた応力緩和材料付の内蔵部品６０を用意して、この応力緩和材料付の内蔵部品６０を例えばマウンタにより部品実装時に１つずつ取り出す。

図１３に示す工程２では、応力緩和材料付の内蔵部品６０を例えばマウンタで第１の基材１１の部品実装面に載せ、回路部品２０の端子を電極１１ｂ，１１ｂにはんだ接合して、第１の基材１１の部品実装面部に、回路部品（応力緩和材料付の内蔵部品６０）を実装する。この工程では回路部品の下面と部品実装面との間の間隙部分に予め半硬化の応力緩和材料を付着させておく方法、若しくは応力緩和材料を部品実装後に於いて部品下面の間隙部分に充填させる方法のいずれであってもよい。さらにこの工程２に於いて、第１の基材１１の部品実装面部に実装された応力緩和材料付の内蔵部品６０に対して加熱処理を施し回路部品に付着された応力緩和材料を硬化させる。

図１４に示す工程３では、応力緩和材料付の内蔵部品６０を樹脂材料１２で覆って第１の基材１１に絶縁層を形成し、さらにこの絶縁層を介して第１の基材１１に他の部材となる第２の基材１３を積層する。

図１５示す工程４では、上記各部材を一体化した部品内蔵プリント配線板に、ドリル加工若しくはレーザ加工で、各層間の導体パターンを回路接続する、スルーホール、ビアホール等を形成するための孔（穴）開けを行う。この工程で穿設したスルーホール形成用の孔（貫通孔）を符号Ｈ１で示し、ビアホール形成用の穴を符号Ｈ２で示している。

図１６に示す工程５では、上記工程４で穿設された各ホール（Ｈａ，Ｈｂ）と、第１の基材１１および第２の基材１３の各表層に、メッキ加工、および配線加工を施して、スルーホール１５およびビアホール１６を形成し、部品内蔵プリント配線板を用いる電子機器に必要とされる回路配線パターンを形成する。

これにより、電子機器に必要とされる回路配線パターンを形成した、上記図１に示した第１実施形態の部品内蔵プリント配線板と同様の部品内蔵プリント配線板１０を製造できる。

上記実施形態により製造された部品内蔵プリント配線板を実装した電子機器の構成を図１７に示している。この図１７は、上記第１実施形態に係る部品内蔵プリント配線板１０をポータブルコンピュータ等の小型電子機器に適用した例を示している。

図１７に於いて、ポータブルコンピュータ１の本体２には、表示部筐体３がヒンジ機構を介して回動自在に設けられている。本体２には、ポインティングデバイス４、キーボード５等の操作部が設けられている。表示部筐体３には例えばＬＣＤ等の表示デバイス６が設けられている。

また本体２には、上記ポインティングデバイス４、キーボード５等の操作部および表示デバイス６を制御する制御回路を組み込んだプリント回路板（マザーボード）８が設けられている。このプリント回路板８は、上記図１に示した実施形態の部品内蔵プリント配線板１０を用いて実現される。

このプリント回路板８に用いた部品内蔵プリント配線板１０は、基材１１の前記部品実装面に実装された内蔵部品となる回路部品２０が応力緩和材料４０で覆われ、回路部品２０と樹脂材料１２で構成される絶縁層との間に介挿された応力緩和材料４０が回路部品２０に対する外部応力並びに膨張収縮による応力を緩和する役目を果たす構造である。

このように、回路部品２０の外周が応力緩和材料４０で覆われた状態で配線板内に実装された構造であることから、プリント回路板８に、外部応力や熱膨張による応力が加わっても、回路板に内蔵された回路部品２０に加わるこれらの応力を応力緩和材料４０により緩和して、回路部品２０を上記応力から保護することができる。さらに上記回路部品２０と第１の基材１１の部品実装面との間隙部分に上記応力緩和材料４０が充填されていることから、回路部品２０下面にボイドが形成される不都合を排除することができる。これにより信頼性の高い安定した動作を期待できる電子機器が提供できる。

なお、本発明は上記した実施形態に留まらず、例えば複数枚のコア部材を積層した多層部品内蔵プリント配線板に於いても本発明を実現することができる。また内蔵部品の構造も上記した実施形態に留まらず、例えば３端子以上の受動素子若しくは能動素子を内蔵する部品内蔵プリント配線板に於いても本発明を適用可能である。

本発明の第１実施形態に係る部品内蔵プリント配線板の構成を示す側断面図。 上記第１実施形態に係る部品内蔵プリント配線板の製造工程を示す側断面図。 上記第１実施形態に係る部品内蔵プリント配線板の製造工程を示す側断面図。 上記第１実施形態に係る部品内蔵プリント配線板の製造工程を示す側断面図。 上記第１実施形態に係る部品内蔵プリント配線板の製造工程を示す側断面図。 上記第１実施形態に係る部品内蔵プリント配線板の製造工程を示す側断面図。 本発明の第２実施形態に係る部品内蔵プリント配線板の製造工程を示す側断面図。 上記第２実施形態に係る部品内蔵プリント配線板の製造工程を示す側断面図。 上記第２実施形態に係る部品内蔵プリント配線板の製造工程を示す側断面図。 上記第２実施形態に係る部品内蔵プリント配線板の製造工程を示す側断面図。 上記第２実施形態に係る部品内蔵プリント配線板の製造工程を示す側断面図。 本発明の第３実施形態に係る部品内蔵プリント配線板の製造工程を示す側断面図。 上記第３実施形態に係る部品内蔵プリント配線板の製造工程を示す側断面図。 上記第３実施形態に係る部品内蔵プリント配線板の製造工程を示す側断面図。 上記第３実施形態に係る部品内蔵プリント配線板の製造工程を示す側断面図。 上記第１実施形態に係る部品内蔵プリント配線板の製造工程を示す側断面図。 本発明の実施形態に係る電子機器の構成を示す斜視図。

符号の説明

１…ポータブルコンピュータ、２…本体、３…表示部筐体、４…ポインティングデバイス、５…キーボード、６…表示デバイス、８…プリント回路板（マザーボード）、１０…部品内蔵プリント配線板、１１…第１の基材、１１ｂ，１１ｂ…電極（導電パターン）、１２…樹脂材料（絶縁層）、１３…第２の基材（他の部材）、２０…回路部品（内蔵部品）、３０…はんだ、４０…応力緩和材料、６０…応力緩和材料付の内蔵部品。

Claims (12)

1. 部品実装面を有する基材と、
   前記基材の前記部品実装面に実装された回路部品と、
   前記回路部品を覆う応力緩和材料と、
   前記基材に前記応力緩和材料を覆う絶縁層を介して積層された他の部材と
   を具備したことを特徴とする部品内蔵プリント配線板。
2. 前記応力緩和材料は、前記絶縁層と前記回路部品との間の熱応力を緩和する熱硬化性樹脂材料で構成されることを特徴とする請求項１記載の部品内蔵プリント配線板。
3. 前記応力緩和材料は、前記絶縁層と前記回路部品との間の曲げ応力を緩和する熱硬化性樹脂材料で構成されることを特徴とする請求項１記載の部品内蔵プリント配線板。
4. 前記他の部材は、前記基材とともに複数の多層プリント配線板を構成する配線層を具備することを特徴とする請求項２または３記載の部品内蔵プリント配線板。
5. 前記基材および前記他の部材は、シート状のプリプレグを用いて構成され、外層側および内層側に配線層を有することを特徴とする請求項４記載の部品内蔵プリント配線板。
6. 前記応力緩和材料は、前記部品実装面とこの部品実装面に実装された前記回路部品の下面との間に形成される間隙部に充填されていることを特徴とする請求項１または２または３記載の部品内蔵プリント配線板。
7. 前記回路部品は前記部品実装面に形成された導体パターンを回路接合面とする一対の端子を有するチップ部品であることを特徴とする請求項１記載の部品内蔵プリント配線板。
8. 部品内蔵プリント配線板の製造方法であって、
   基材の部品実装面部に回路部品を実装する工程と、
   前記部品実装面部に実装された前記回路部品を応力緩和材料で覆う工程と、
   前記基材に前記応力緩和材料を覆う絶縁層を形成する工程と、
   前記絶縁層を介して前記基材に導体パターンを有する他の部材を積層する工程と、
   を具備したことを特徴とする部品内蔵プリント配線板の製造方法。
9. 前記回路部品を前記応力緩和材料で覆う工程は、前記部品実装面部とこの部品実装面部に実装された前記回路部品の下面との間に形成される間隙部に前記応力緩和材料を充填する工程を含む請求項８記載の部品内蔵プリント配線板の製造方法。
10. 部品内蔵プリント配線板の製造方法であって、
    基材の部品実装面部に実装される回路部品を応力緩和材料で覆う工程と、
    前記応力緩和材料で覆われた前記回路部品を前記基材の部品実装面部に実装する工程と、
    前記基材に前記応力緩和材料を覆う絶縁層を形成する工程と、
    前記絶縁層を介して前記基材に導体パターンを有する他の部材を積層する工程と、
    を具備したことを特徴とする部品内蔵プリント配線板の製造方法。
11. 部品内蔵プリント配線板の製造方法であって、
    外周が応力緩和材料で覆われた回路部品を供給する工程と、
    前記回路部品を基材の部品実装面部に実装する工程と、
    前記基材に前記応力緩和材料を覆う絶縁層を形成する工程と、
    前記絶縁層を介して前記基材に導体パターンを有する他の部材を積層する工程と、
    を具備したことを特徴とする部品内蔵プリント配線板の製造方法。
12. 電子機器本体と、この電子機器本体に設けられた回路基板とを具備し、
    前記回路基板は、
    部品実装面を有する基材と、前記基材の部品実装面に実装された回路部品と、前記回路部品を覆う応力緩和材料と、前記基材に前記応力緩和材料を覆う絶縁層を介して積層された導電パターンを有する他の部材とを具備した部品内蔵プリント配線板により構成されたことを特徴とする電子機器。

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