JP2007281160A - 回路部品内蔵モジュールおよび該回路部品内蔵モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】層間接続の信頼性を高くする。
【解決手段】無機質フィラー７０〜９５重量％と樹脂組成物５〜３０重量％とを含む混合物からなる絶縁性部材３を備え、この絶縁性部材３は、その一方の面側(多層回路基板２と絶縁性部材３との接合界面)に多層回路基板２に実装した半導体素子４が埋め込まれ、他方の面側に第１のリング状電極５ａ１が埋め込まれ、上記第１のリング状電極５ａ１を利用してレーザ光照射により形成されたビアホールを有する回路部品内蔵モジュール。
【選択図】図１

Description

本発明は、通信機器を含む各種電子機器に用いられる、半導体素子等の回路部品を内蔵した回路部品内蔵モジュールおよび該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・小型化の一層の進展により、これら電子機器の電子制御に用いる半導体素子等の回路部品も、より高密度・高機能化が要求され、その要求に対応する高密度実装技術の開発もより活発化している（例えば、特許文献１、２等参照）。

高密度実装の一例として、無機質フィラーと熱硬化性樹脂との混合物内に、既存部品である能動部品や受動部品を埋め込んだ回路部品内蔵モジュールが提案されている。

以下、図１４ないし図１８を参照して従来の回路部品内蔵モジュールを説明する。

まず、図１４ないし図１６を参照して回路部品内蔵モジュールの製造方法のうち積層工程を説明する。図１４に、この積層工程で積層される転写シート１００、絶縁性部材２００、および多層回路基板３００をその積層方向に配置した積層前の状態を示し、図１５に転写シート１００と、絶縁性部材２００と、多層回路基板３００とを積層した後の状態を示し、図１６に転写シート１００から支持基材１０１を剥離した状態を示す。

転写シート１００はシート状の支持基材１０１下面に配線パターン１０２が形成されている。絶縁性部材２００はキャビティ２０１とインナービア２０２とを有する。インナービア２０２は、絶縁性部材２００にレーザ−光などにより積層方向に貫通形成された円柱状の穴に導電性の樹脂ペーストが充填されて形成されている。多層回路基板３００は、配線パターン３０１が形成され、この配線パターン３０１上に回路部品である半導体素子３０２がフリップチップ実装されている。

多層回路基板３００と半導体素子３０２との電気的な接続は、半導体素子３０２に形成された導電性バンプ（図示せず）と多層回路基板３００の配線パターン３０１との接合により行われている。半導体素子３０２と多層回路基板３００との隙間には絶縁性のアンダーフィル樹脂３０３が介在され、多層回路基板３００と半導体素子３０２表面に形成されている保護膜とそれぞれ接着されている。

転写シート１００と、絶縁性部材２００と、多層回路基板３００との三者を図１４で示すように配置し、次いでこれら三者を図１５で示すように積層して積層体４００となし、この積層体４００を両側から熱プレスする。この熱プレスにより、未硬化の絶縁性部材２００が硬化すると共にこの絶縁性部材２００に多層回路基板３００が接着し、多層回路基板３００の配線パターン３０１と転写シート１００の配線パター１０１ンとが絶縁性部材２００に埋込まれて上記三者が一体化される。次いで、図１６で示すように転写シート１００から支持基材１０１を剥離除去することにより目的とする回路部品内蔵モジュールを得ることができる。回路部品内蔵モジュールの片面または両面に図示略の面実装部品が実装されることで回路部品内蔵の３次元実装モジュールとなる。

以上の構成を備えた従来の回路部品内蔵モジュールの課題を図１７、図１８を参照して説明する。

上記従来の回路部品内蔵モジュールでは、多層回路基板３００と絶縁性部材２００と転写シート１００とを積層して熱プレスにより一体化する際、多層回路基板３００のビア受けランド３００ａと、絶縁性部材２００のインナービア２０２と、転写シート１００のビア受けランド１００ａとが位置精度良く合致している必要がある。ただし、ビア受けランド３００ａは多層回路基板３００の配線パターン３０１の一部で形成され、ビア受けランド１００ａは転写シート１００の配線パターン１０２の一部で形成される。

しかし現実には、それぞれの加工位置精度、積層精度、絶縁性部材２００の図１４ないし図１６のプロセス中における膨張収縮による寸法変形などにより、図１７で示すように、ビア受けランド３００ａと、インナービア２０２と、ビア受けランド１００ａとの間の位置関係に位置ずれが発生する。このような位置ずれが発生したのでは、層間の電気的接続の信頼性が低下してしまう。

さらには、熱プレスの際に絶縁性部材２００が一旦軟化することでインナービア２０２が流動するなどにより、この点からも層間の電気的接続の信頼性が悪くなる。

また、図１８の回路部品内蔵モジュールの平面図に示すように、回路部品実装領域Ａにはインナービア２０２を設けることができない。このため回路部品実装領域Ａの外周囲領域Ｂにインナービア２０２を形成しているため、回路部品内蔵モジュールのサイズが大きくなる。
特開平１１−２２０２６２号公報 特開平１１−１６８１１２号公報

したがって、本発明により解決すべき課題は、層間の電気的接続の信頼性に優れ、かつ、サイズもより小型化することが可能な回路部品内蔵モジュールを提供することであり、また、このような回路部品内蔵モジュールの製造方法を提供することである。

本発明による回路部品内蔵モジュールは、一方の面側に回路部品を実装した回路基板と、無機質フィラー７０〜９５重量％と樹脂組成物５〜３０重量％とを含む混合物からなる絶縁性部材とを備え、上記絶縁性部材は、その一方の面側が回路基板の上記一方の面側と接合されて当該回路基板に実装した回路部品が埋め込まれ、他方の面側にリング状電極が埋め込まれているとともに、上記リング状電極を利用したビアホールが形成されていることを特徴とするものである。

上記リング状電極の外周形状は特に限定しないが、例えば円形に形成することができる。上記リング状電極の内周形状は特に限定しないが、例えば円形に形成することができる。

本発明によれば、上記リング状電極をマスクにして該リング状電極の中心孔を通して絶縁性部材にレーザー照射して該絶縁性部材にビアホールを形成することができるので、このビアホールに導電性部材を充填することで回路基板の配線パターンの一部を用いて形成したビア受けランドの中心にビアホールをずれ無く形成することができる。また、積層する際にも、絶縁性部材のアライメントが不要になり作業効率が高まる。

本発明に従う回路部品内蔵モジュールは、回路基板側にリング状電極が形成され、リング状電極をマスクとしてレーザーによりビアホールを回路基板および絶縁性部材に形成し、リング状電極の内径中心にビアホールが形成され、絶縁性部材の反対面に埋め込まれた電極とを電気的に接続されていることを特徴とする。

この際、回路基板側に配置されたリング状電極は、絶縁性部材との接合界面側に設けたリング状電極の内径より、対向する回路基板面に設けたリング状電極の内径の方を大きくすることで、ビアホールを加工するためのレーザー光が順次絞られるため、回路基板表面の電極と裏面の電極との合致精度ずれを吸収することができる。

本発明によれば、回路基板、絶縁性部材、転写シートを積層一体化後に、転写シート側または回路基板側に設けたリング状電極をマスクとしてビアホールを加工することができるため、ビアホールの片側はビア受けランドと位置ずれの無い精度で形成できる。また、積層工程においても、この段階では絶縁性部材にはビアホールが形成されていないためアライメント精度をそれほど気にする必要がなく、熱プレス時のビア流れはこのプロセスでは発生しない。また内蔵される回路部品の端子に直接ビアホールにて層間接続することで、ビアホールの配置面積を削減することが可能となり回路部品内蔵モジュールの更なる小型化を図ることができる。

本発明によれば、層間の電気的接続の信頼性に優れ、かつ、サイズもより小型化が可能な回路部品内蔵モジュールとその製造方法を提供することができる。

以下、添付した図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１に本発明の実施の形態１に係る製造方法により製造された回路部品内蔵モジュール１を示す。この回路部品内蔵モジュール１は、多層回路基板２と、絶縁性部材３とを備える。多層回路基板２は、両面に配線パターン２ａ，２ｂを備えるとともに、一方の配線パターン２ｂ上に、半導体素子４が実装されている。それぞれの配線パターン２ａ，２ｂにはリング状電極２ａ１，２ｂ１が構成されている。４１は電気的接続のためのバンプ、４２は機械的強度を確保するためのアンダーフィル樹脂である。絶縁性部材３には、半導体素子４が埋設された状態で多層回路基板２が接着一体化されている。絶縁性部材３は、無機質フィラー７０〜９５重量％と樹脂組成物５〜３０重量％とを含む混合物から構成されている。無機フィラーは、例えばＡｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＢＮ、ＡｌＮ，ＳｉＯ₂等で構成される。樹脂組成物は、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂もしくはシアネート樹脂等の熱硬化性樹脂を主成分とする。絶縁性部材３には後述する転写シート５の配線パターン５ａのリング状電極５ａ１が埋め込まれている。

なお、図面上、下側から、順に、リング状電極５ａ１を第１のリング状電極、リング状電極２ｂ１を第２のリング状電極、リング状電極２ａ１を第３のリング状電極という。

以上の構成において、６，７は第１ないし第３のリング状電極５ａ１、２ｂ１，２ａ１の内径中心の貫通孔を利用して形成された導電性のビアホールである。ここで、第２，第３のリング状電極２ｂ１，２ａ１は配線パターン２ｂ，２ａの一部で形成される場合や、単独で形成される場合がある。単独で形成された場合の形状は、外径面と内径面が共に円形であるリング形状とすることができる。上記貫通孔はこの内径面で囲まれて形成されている。また、単独で形成される場合、外径面や内径面は円形に限定する必要は無く任意の形状に形成することができる。

以上の構成を備えた上述の回路部品内蔵モジュール１の製造方法を図２以降を参照して説明する。なお、回路部品内蔵モジュールは、回路基板に実装した回路部品が絶縁性部材に埋め込まれたものであり、したがって、図１の構造や後述する図１２の構造もその一部を指してまたは全体を指して含むことができるものであり、本発明が及ぶ回路部品内蔵モジュールを狭く解釈するべきではない。

まず、図２で示すように、厚みが例えば７０μｍのシート状の支持基材５ｂに厚みが例えば９μｍの配線パターン５ａが剥離可能な状態に形成された転写シート５を形成する。この配線パターン５ａは支持基材５ｂ上に好ましくは全面にわたり積層された金属箔を例えばフォトリソグラフィ技術によりエッチング加工して形成したものである。このエッチング加工に際して配線パターン５ａにインナービアホール配置部分のビア受けランドとして第１のリング状電極５ａ１を形成する。

次に、図３で示すように、多層回路基板２の表裏に所望の配線パターン２ａ，２ｂを形成する。この形成に際しては、層間接続を行うインナービアホール配置部分のビア受けランドとして第２、第３のリング状電極２ｂ１，２ａ１を形成する。また、多層回路基板２に、回路部品の一例として半導体素子４を実装する。回路部品は、半導体素子４に限定するものではなく、例えば抵抗、コンデンサ、ビーズ等のチップ部品でもよい。また、回路部品は混載して実装してもよい。絶縁性部材３はこの時点では未硬化状態であり、半導体素子４を内蔵することが可能なサイズのキャビティ３ａを備える。この段階では絶縁性部材３にビアホールは形成されていないため、熱プレス時のビア流動の発生が起こらないので、キャビティ３ａの加工工程を省いてもかまわない。

次に、図４で示すように、転写シート５と、絶縁性部材３と、多層回路基板２と、を順次積層して積層体８を構成する。この場合、絶縁性部材３のキャビティ３ａに半導体素子４を内蔵するように積層する。この積層体８の両側を熱板９で挟み込み熱プレスを行う。熱プレス温度７０〜３００℃、熱プレス圧力０．１〜１０ＭＰａの範囲で行うが、好ましくは熱プレス温度１５０〜２５０℃、熱プレス圧力０．５〜５ＭＰａである。この熱プレスの実施に際しては、絶縁性部材３は、一旦、低粘度化して半導体素子４をキャビティ３ａ内に完全に埋め込んだ後に硬化して多層回路基板２と接着一体化する。また同様に転写シート５の第１のリング状電極５ａ１も同様に絶縁性部材３に埋め込まれ接着される。続いて図５で示すように、転写シート５から支持基材５ｂを剥離またはエッチング等により適宜に除去する。

次いで、図６で示すように舌片部分３に埋め込んである第１のリング状電極５ａ１をマスクにして、レーザー光１０を矢印方向に照射する。レーザ−光１０の直径は第１のリング状電極５ａ１に照射される段階１０ａでは当該第１のリング状電極５ａ１の外径より小さく、内径よりも大きくなるようにレンズ１０ｃで調整され、次いでリング状電極５ａ１の内径で絞られたレーザ−光１０ｂとなって絶縁性部材３内部に入射する。これにより、図７で示すように絶縁性部材３に穴３ｂ１，３ｃ１を加工する。レーザー加工法は限定しないが、例えばＣＯ₂レーザー、ＵＶレーザー、エキシマレーザー、フェムト秒レーザーがある。この際、多層回路基板２側の配線パターン２ｂのビア受けランドはレーザー光１０ｂのストッパー層となって多層回路基板２にダメージを与えることはない。

図８は加工された上記穴３ｂ１，３ｃ１に金属メッキを施してビアホール６，７を形成し、これにより層間接続を得る。図８ではビアホール６，７全体に金属メッキを形成しているが、ビアホール６，７の内壁面に金属メッキを形成し残りを樹脂埋めしてもかまわなく、金属メッキの替わりに導電性樹脂ペーストを充填してもかまわない。

図９は、多層回路基板２の第３のリング状電極２ａ１側から矢印方向にレーザー光１０を照射した場合の説明図である。第１ないし第３のリング状電極５ａ１，２ｂ１，２ａ１それぞれの内径はレーザー照射面側から順次小さくなるように設計されている。すなわち、第３のリング状電極２ａ１の内径＞第２のリング状電極２ｂ１の内径＞第１のリング状電極５ａ１の内径の関係が成立している。そのため、レーザ−光１０は、レンズ１０ｃでまず小径に絞られたレーザ−光１０ａとなり、次いで第３のリング状電極２ａ１でさらに小径に絞られたレーザ−光１０ｄとなり、次いで第２のリング状電極２ｂ１でさらに小径に絞られたレーザ−光１０ｅとなる。

以上のことで、それぞれのランドパターンに多少の位置ずれがあっても、位置ずれを許容することができ、ビアホールを所望サイズに加工することができる。また、多層回路基板２を加工する時のレーザースポット径を大きくしてハイパワーで加工し、絶縁性部材３を加工する時のレーザースポット径を小さくしてローパワーで加工を行うことができるため、それぞれの材料物性に対応した加工を行うことができる。

図９では転写シート５の配線パターン５ａ側も第１のリング状電極５ａ１としたが、多層回路基板２側からレーザー加工を行う場合は特にリング状電極でなくともよい。

実施の形態１では、多層回路基板２側にもリング状電極を設け、多層回路基板２にもビアホールを加工したが、転写シート５側にリング状電極を設け、絶縁性部材３にのみビアホールを形成してもよい。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る回路部品内蔵モジュールの製造方法を図１０ないし図１３を参照して説明する。図１０はその製造方法により製造した回路部品内蔵モジュール全体の断面図、図１１は図１０の楕円Ａで囲む部分の拡大詳細図、図１２は回路部品内蔵モジュールの断面図、図１３は回路部品内蔵モジュールの平面図である。

多層回路基板２には、回路部品として半導体素子４以外にチップ部品１１が半田や導電性接着剤により接合され実装されている。半導体素子４は能動素子形成面４ａと対向する面に外部接続するための端子４ｂが薄膜形成されている。能動素子形成面４ａと外部接続端子４ｂは、シリコン４ｃに加工された貫通スルホール４ｄによって接続されている。この様に外部接続端子４ｂを有した半導体素子４を回路基板２にフリップチップ実装を行う。

フリップチップ実装方式の一例としてＮＣＰ方式（Ｎｏｎ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｐａｓｔｅ）の場合について説明をする。半導体素子４の能動素子形成面４ａに設けられた電極端子にバンプ４ｅを形成する。バンプ４ｅは半田ボール、Ａｕスタッドバンプ、金属メッキバンプ等で形成できる。多層回路基板２の半導体素子４の実装位置にアンダーフィル樹脂４ｆを塗布した後、半導体素子４をアライメントして実装し加熱加圧することでアンダーフィル樹脂４ｆを熱硬化させバンプ４ｅと多層回路基板２の端子２ｃの電気的な接合と同時に固定を行うことができる。

実施の形態１の説明と同様に、これらの実装された部品は絶縁性部材３に埋設されており、絶縁性部材３の対向面には複数の第１のリング状電極５ａ１が転写形成されて埋め込まれている。上記と同様に複数の第１のリング状電極５ａ１をマスクにレーザー加工によりビアホール２０−２３を加工する。ビアホール２０−２３の加工位置は、多層回路基板２のビア受けランド部に加えて、チップ部品１１の電極端子１１ａや半導体素子４の外部接続端子４ｂに設定する。その後にビアホール２０−２３に金属メッキを行うことにより、絶縁性部材３に転写形成されて埋め込まれているリング状電極２ａ１，２ｂ１，５ａ１と、多層回路基板２側のビア受けランドや電子部品１１の端子１１ａおよび半導体素子４の端子４ｂとを電気的に接続する。上述の説明では、チップ部品１１の電極端子１１ａおよび基板ランドとの層間接続を金属メッキで行う方法で説明したが、導電性樹脂ペーストを充填する方法でも良い。半導体素子４の裏面の外部接続端子４ｂと第１のリング状電極５ａ１の距離が短い場合は、半田接続でも良く、この場合は２次実装のための半田ボール３０を同時形成できる利点もある。

図１２に示すように、半導体素子４が内蔵された多層回路基板２の片面に表面実装部品４０の実装を行い、対向面にはマザーボードへの２次実装のための半田ボール３０を形成した回路部品内蔵モジュール５０となる。図１３は実施の形態２における回路部品内蔵モジュール５０の平面図である。回路基板ランドと接続されたビアおよびランド２２ａ・２２ｂと、チップ部品１１の電極端子に接続されたビアおよびランド２２ｃと、半導体素子７の背面電極端子と接続されたビアおよびランド２２ｄが回路部品内蔵モジュール面積全体にロス無く配置することが出来る。実施の形態の図１３と従来の図１８とを比較して明らかであるように、実施の形態では、内蔵部品の箇所を除いてビアおよびランドを配置したモジュールより大幅に小型化を図ることが出来る。

本発明に係わる、回路部品内蔵モジュールは高周波動作、耐ノイズ性、放熱性、小型化に優れていることから、通信機器のＲＦモジュール、ロジックモジュール、半導体パッケージ等として有用である。

図１は、本発明の実施の形態１に係わる回路部品内蔵モジュール構造を示す断面図である。 図２は、転写シートの断面図である。 図３は実施の形態１の製造方法の説明に供する工程断面図である。 図４は実施の形態１の製造方法の説明に供する次の工程断面図である。 図５は実施の形態１の製造方法の説明に供するさらに次の工程断面図である。 図６は実施の形態１の製造方法の説明に供するさらに次の工程断面図である。 図７は実施の形態１の製造方法の説明に供するさらに次の工程断面図である。 図８は実施の形態１の製造方法の説明に供するさらに次の工程断面図である。 図９は実施の形態１の製造方法の説明に供するさらに次の工程断面図である。 図１０は実施の形態２の製造方法で製造した回路部品内蔵モジュール全体の断面図である。 図１１は図１０の楕円Ａで囲む部分の拡大詳細図である。 図１２は回路部品内蔵モジュールの断面図である。 図１３は回路部品内蔵モジュールの平面図である。 図１４は、従来の回路部品内蔵モジュールの製造方法の説明に供する工程断面図である。 図１５は従来の製造方法の説明に供する次の工程断面図である。 図１６は従来の製造方法の説明に供するさらに次の工程断面図である。 図１７は、従来の回路部品内蔵モジュールの課題を説明する図である。 図１８は、従来の回路部品内蔵モジュールの平面図である。

符号の説明

１ 回路部品内蔵モジュール
２ 多層回路基板
２ａ１ 第３のリング状電極
２ｂ１ 第２のリング状電極
３ 絶縁性部材
４ 半導体素子
５ 転写シート
５ａ１ 第１のリング状電極

Claims (10)

1. 一方の面側に回路部品を実装した回路基板と、
   無機質フィラー７０〜９５重量％と樹脂組成物５〜３０重量％とを含む混合物からなる絶縁性部材と、
   を備え、
   上記絶縁性部材は、その一方の面側が回路基板の上記一方の面側と接合されて当該回路基板に実装した回路部品が埋め込まれ、他方の面側に第１のリング状電極が埋め込まれているとともに、上記第１のリング状電極を利用したビアホールが形成されている、ことを特徴とする回路部品内蔵モジュール。
2. 上記回路基板の、一方の面側（上記絶縁性部材の一方の面側と接合する面側）に第２のリング状電極が形成され、他方の面側に第３のリング状電極が形成され、上記第２のリング状電極は上記絶縁性部材に埋め込まれるとともに、上記第１、第２、第３のリング状電極の内径中心に沿って当該回路基板および絶縁性部材にビアホールが形成されて上記第２、第３のリング状電極、上記回路基板、および上記第１のリング状電極が電気的に接続されている、ことを特徴とする請求項１に記載の回路部品内蔵モジュール。
3. 上記第３のリング状電極の内径を第２のリング状電極の内径よりも大径とし、この内径差を用いてビアホールが形成されている、ことを特徴とする請求項２に記載の回路部品内蔵モジュール。
4. 上記第１の電極を利用して形成した上記ビアホールが、上記回路部品の端子に電気的に接続されている、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の回路部品内蔵モジュール。
5. 上記回路部品は、一方の面に素子形成面を、また他方の面に素子電極を備え、かつ、この素子形成面と素子電極とが貫通スルーホールにより接続されている半導体素子であり、この半導体素子の上記素子電極が上記ビアホールによって接続されていることを特徴とする請求項４に記載の回路部品内蔵モジュール。
6. 上記回路基板には、半導体素子とチップ部品とを含む回路部品が混載実装されており、上記絶縁性部材に埋め込んだ複数の第１のリング状電極と、上記複数の回路部品とがそれぞれ各第１のリング状電極を利用して当該絶縁性部材に形成したビアホールにより電気的に接続されている、ことを特徴とする請求項１に記載の回路部品内蔵モジュール。
7. 支持基材上にリング状電極を含む所望の配線パターンを備えた転写シートを形成する第１工程と、
   回路基板に回路部品を実装する第２工程と、
   上記転写シートと、上記回路基板と、絶縁性部材とをこの順序で積層して積層体を得る第３工程と、
   上記積層体をその両側から熱プレスする第４工程と、
   上記転写シートから支持基材を除去して配線パターンを上記絶縁性部材に転写する第５工程と、
   上記転写シートのリング状電極をマスクにしてレーザー照射して上記絶縁性部材にビアホールを加工する第６工程と、
   上記ビアホールに導電性部材を形成する第７工程と、
   を含むことを特徴とした回路部品内蔵モジュールの製造方法。
8. 上記回路基板にリング状電極を形成した回路基板を用い、上記第６工程では、上記回路基板のリング状電極をマスクにしてレーザー照射して上記回路基板と上記絶縁性部材にビアホールを加工する、ことを特徴とした請求項７に記載の回路部品内蔵モジュールの製造方法。
9. 上記回路基板のリング状電極の内径を、レーザー光入射面側で大きくする、ことを特徴とする請求項８に記載の回路部品内蔵モジュールの製造方法。
10. 上記絶縁性部材に、無機質フィラー７０〜９５重量％と、樹脂組成物５〜３０重量％を含む混合物からなる絶縁性部材を用いる、ことを特徴とする請求項７ないし９のいずれかに記載の回路部品内蔵モジュールの製造方法。

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