JP2007305636A - 部品実装モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】部品(内蔵部品を含む)が実装された配線板である部品実装モジュールにおいて、内蔵部品接続用の半田の再溶融による信頼性低下を防止すること。
【解決手段】第1の絶縁層と、第1の絶縁層に対して積層状に位置する第2の絶縁層と、第2の絶縁層に埋め込まれた第1の部品と、第1の絶縁層と第2の絶縁層とに挟まれて設けられた、第1の部品を電気的に接続するための第1のランドを含む内層配線パターンと、第1の部品を第1のランドに接続・固定する半田部と、第1の絶縁層上および/または第2の絶縁層上に位置する第2の部品と、第1の絶縁層上および/または第2の絶縁層上に設けられた、第2の部品を電気的に接続するための第2のランドを含む外層配線パターンと、第2の部品を第2のランドに電気的に接続する接続部材とを具備し、この接続部材による電気的接続を含めて外層配線パターンへの部品実装がすべて非半田接続である。
【選択図】図1

Description

本発明は、部品が実装された配線板である部品実装モジュールに係り、特に、配線板中に内蔵部品を含む部品実装モジュールに関する。
従来技術として下記特許文献1に開示されたものがある。同文献図1に示されるその構造によると、電気部品の配線層への電気的接続には半田(または導電性接着剤)が用いられている。その製造方法は、あらかじめ、コアとなる配線板に半田(または導電性接着剤)を用いて電気部品を電気的・機械的に接続する。またこれとは別の絶縁樹脂層に穴あけを行いこの穴に導電性組成物を充填し、先に部品実装したコア板と位置合わせ配置して積層・一体化する。
部品実装モジュールでは、この配線板上に別の部品が外部実装されるときや部品実装モジュール自体が別の配線板に実装されるとき(両者、2次実装ともいう)に、内蔵部品の接続信頼性が損なわれないことが重要である。具体的には、例えば、内蔵部品の接続材料として半田が使用される場合、その半田の再溶融による接続不良や短絡が発生しないようにする必要がある。
同文献には、このような再溶融を防ぐため融点の高い高温半田を用いることの記述がある(同文献段落0034)。ただし半田の具体的成分は明らかではない。一般的には、高温半田として、Sn−Pb系のPbリッチ材が知られており、Pb−5Sn(融点314℃から310℃)、Pb−10Sn(融点302℃から275℃)の半田があるが、半田づけ温度として300℃以上の高温を必要とする。このような高温では、配線板の絶縁板材料として一般的なエポキシ系の樹脂では耐熱性が不足し適用が困難である。
特開2003−197849号公報
本発明は、部品(内蔵部品を含む)が実装された配線板である部品実装モジュールにおいて、内蔵部品接続用の半田の再溶融による信頼性低下が生じない部品実装モジュールを提供することを目的とする。
上記の課題を解決するため、本発明に係る部品実装モジュールは、第1の絶縁層と、前記第1の絶縁層に対して積層状に位置する第2の絶縁層と、前記第2の絶縁層に埋め込まれた第1の部品と、前記第1の絶縁層と前記第2の絶縁層とに挟まれて設けられた、前記第1の部品を電気的に接続するための第1のランドを含む内層配線パターンと、前記第1の部品を前記内層配線パターンの前記第1のランドに接続・固定する半田部と、前記第1の絶縁層上および/または前記第2の絶縁層上に位置する第2の部品と、前記第1の絶縁層上および/または前記第2の絶縁層上に設けられた、前記第2の部品を電気的に接続するための第2のランドを含む外層配線パターンと、前記第2の部品を前記外層配線パターンの前記第2のランドに電気的に接続する接続部材とを具備し、前記接続部材による電気的接続を含めて前記外層配線パターンへの部品実装がすべて非半田接続である。
すなわち、この部品実装モジュールは、内蔵部品となる第1の部品が半田により実装されているが、外層配線パターンへの部品実装はすべて非半田接続である。したがって、第1の部品を接続している半田が再溶融しない外層配線パターンへの部品実装工法が選択され得るので、内蔵部品接続用の半田が再溶融する問題がない。よって内蔵部品接続用の半田の再溶融による信頼性低下の発生を防止できる。
本発明によれば、部品(内蔵部品を含む)が実装された配線板である部品実装モジュールにおいて、内蔵部品接続用の半田の再溶融による信頼性低下を防止できる。
本発明の実施態様として、前記非半田接続が、ボンディングワイヤによる接続および/またはフリップチップ接続である、とすることができる。ボンディングワイヤによる接続およびフリップチップ接続は、非半田接続として多用されている周知の工法である。また、これらの接続では、一般に高くとも200℃以下の適用温度で接続が可能である。200℃以下であれば、一般的な鉛フリー半田であるSn−3Ag−0.5Cuの融点217〜220℃より低くその再溶融が防止できる。
また、実施態様として、前記非半田接続に、導電性接着剤による接続が含まれている、とすることができる。導電性接着剤は一般に加熱して硬化させるが、その温度としてやはり200℃以下を選択すれば内蔵部品接続用半田の再溶融が防止できる。導電性接着剤は特に外層配線パターンへの部品実装の場合に、部品の機械的固定を行うとともに部品を電気的に基準電位に固定するための機能材として適している。
また、実施態様として、前記第2の絶縁層が、少なくとも2つの絶縁層の積層であり、前記少なくとも2つの絶縁層の間に挟まれて設けられた第2の内層配線パターンと、前記第2の絶縁層の積層方向一部を貫通して前記内層配線パターンの面と前記第2の内層配線パターンの面との間に挟設され、かつ導電性組成物からなり、かつ積層方向に一致する軸を有し該軸の方向に径が変化している形状である層間接続体とをさらに具備する、とすることができる。この層間接続体は、第1の部品を埋め込んでいる第2の絶縁層の積層方向一部を貫通する層間接続体の一例であり、例えば導電性組成物のスクリーン印刷により形成された導電性バンプを由来とする層間接続体である。
また、実施態様として、前記第2の絶縁層が、少なくとも2つの絶縁層の積層であり、前記少なくとも2つの絶縁層の間に挟まれて設けられた第2の内層配線パターンと、前記第2の絶縁層の積層方向一部を貫通して前記内層配線パターンの面と前記第2の内層配線パターンの面との間に挟設され、かつ金属からなり、かつ積層方向に一致する軸を有し該軸の方向に径が変化している形状である層間接続体とをさらに具備する、としてもよい。この層間接続体は、第1の部品を埋め込んでいる第2の絶縁層の積層方向一部を貫通する層間接続体の別の例であり、例えば金属板をエッチングすることにより形成された導体バンプを由来とする層間接続体である。
また、実施態様として、前記第1の絶縁層を貫通して前記内層配線パターンの面と前記外層配線パターンの面との間に挟設され、かつ導電性組成物からなり、かつ積層方向に一致する軸を有し該軸の方向に径が変化している形状である層間接続体をさらに具備する、とすることができる。この層間接続体は、第1の部品を埋め込んでいる第2の絶縁層とは別の第1の絶縁層を貫通する層間接続体の一例であり、例えば導電性組成物のスクリーン印刷により形成された導電性バンプを由来とする層間接続体である。
また、実施態様として、前記第1の絶縁層を貫通して前記内層配線パターンの面と前記外層配線パターンの面との間に挟設され、かつ金属からなり、かつ積層方向に一致する軸を有し該軸の方向に径が変化している形状である層間接続体をさらに具備する、としてもよい。この層間接続体は、第1の部品を埋め込んでいる第2の絶縁層とは別の第1の絶縁層を貫通する層間接続体の別の例であり、例えば金属板をエッチングすることにより形成された導体バンプを由来とする層間接続体である。
また、実施態様として、前記第1の絶縁層を貫通して前記内層配線パターンの面と前記外層配線パターンの面との間に挟設され、かつ導電性組成物からなり、かつ積層方向に一致する軸を有し該軸の方向に径が変化していない形状である層間接続体をさらに具備する、としてもよい。この層間接続体は、第1の部品を埋め込んでいる第2の絶縁層とは別の第1の絶縁層を貫通する層間接続体のさらに別の例であり、例えば第1の絶縁層を貫通する穴に導電性組成物を充填して形成される層間接続体である。
また、実施態様として、前記第1の絶縁層を貫通して前記配線パターンの面と前記外層配線パターンの面との間に挟設され、かつ金属からなり、かつ積層方向に一致する軸を有し該軸の方向に径が変化していない形状である層間接続体をさらに具備する、としてもよい。この層間接続体は、第1の部品を埋め込んでいる第2の絶縁層とは別の第1の絶縁層を貫通する層間接続体のさらに別の例であり、例えば金属めっきにより形成された導体バンプを由来とする層間接続体である。
また、実施態様として、前記半田部により前記第1の部品が前記内層配線パターンに接続される該第1の部品の側とは反対の側の該第1の部品の表面が、表出している、とすることができる。部品実装モジュールの配線板部分として厚みをできるだけ抑えた構成である。
また、実施態様として、前記半田部により前記第1の部品が前記内層配線パターンに接続される該第1の部品の側とは反対の側の該第1の部品の表面が、前記第2の絶縁層により隠されている、とすることができる。内蔵部品(第1の部品)を内部に完全に閉じ込めた構成である。
以上を踏まえ、以下では本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る部品実装モジュールの構成を模式的に示す断面図である。図1に示すように、この部品実装モジュールは、絶縁層11(第1の絶縁層)、同12、同13、同14、同15(12、13、14、15で第2の絶縁層)、保護膜16、17、配線層21(外層配線パターン)、同22(内層配線パターン)、同23(第2の内層配線パターン)、同24(配線パターン)、同25(配線パターン)、同26(外層配線パターン)(=合計6層)、層間接続体31、同32、同34、同35、スルーホール導電体33、チップ部品41(第1の部品)、半田部42、ボンディングワイヤ接続対応のチップ部品51(第2の部品)、非導電性接着剤52、ボンディングワイヤ53(接続部材)、モールド樹脂(またはポッティング樹脂)54を有する。
チップ部品41は、ここでは例えばチップコンデンサであり、その平面的な大きさは例えば0.6mm×0.3mmである。両端に端子(電極)を有し、その下側が配線層22による内蔵部品実装用ランドに対向位置している。チップ部品41の端子と実装用ランドとは半田部42により電気的・機械的に接続されている。半田部42は、例えば鉛フリー半田(Sn−3Ag−0.5Cu:融点210℃〜217℃程度)である。
配線層21、26はそれぞれ外層の配線層であり、これとは別の配線層22、23、24、25はそれぞれ内層の配線層である。順に、配線層21と配線層22の間に絶縁層11が、配線層22と配線層23の間に絶縁層12が、配線層23と配線層24との間に絶縁層13が、配線層24と配線層25との間に絶縁層14が、配線層25と配線層26との間に絶縁層15が、それぞれ位置しこれらの配線層21〜26を隔てている。各配線層21〜26は、例えばそれぞれ厚さ18μmの金属(銅)箔をパターン形成したものである。
なお、内層の配線層22〜25は、絶縁層12または絶縁層14の側に沈み込んで位置し、絶縁層11、13、15の側に配線層の沈み込みはない。これは製造工程に依拠してこのようになっており、配線層22、25については製造工程の違いでまた別の沈み込みの位置となる場合がある(後述する)。
各絶縁層11〜15は、絶縁層13を除き例えばそれぞれ厚さ100μm、絶縁層13のみ例えば厚さ300μmで、それぞれ例えばガラスエポキシ樹脂からなるリジッドな素材である。特に絶縁層13は、内蔵されたチップ部品41に相当する位置部分が開口部となっており、チップ部品41を内蔵するための空間を提供する。絶縁層12、14は、内蔵されたチップ部品41のための絶縁層13の上記開口部および絶縁層13のスルーホール導電体33内部の空間を埋めるように変形進入しており内部に空隙となる空間は存在しない。
配線層21と配線層22とは、それらのパターンの面の間に挟設されかつ絶縁層11を貫通する層間接続体31により導通し得る。同様に、配線層22と配線層23とは、それらのパターンの面の間に挟設されかつ絶縁層12を貫通する層間接続体32により導通し得る。配線層23と配線層24とは、絶縁層13を貫通して設けられたスルーホール導電体33により導通し得る。配線層24と配線層25とは、それらのパターンの面の間に挟設されかつ絶縁層14を貫通する層間絶縁体34により導通し得る。配線層25と配線層26とは、それらのパターンの面の間に挟設されかつ絶縁層15を貫通する層間接続体25により導通し得る。
層間接続体31、32、34、35は、それぞれ、導電性組成物のスクリーン印刷により形成される導電性バンプを由来とするものであり、その製造工程に依拠して軸方向(図1の図示で上下の積層方向)に径が変化している。その直径は、太い側で例えば200μmである。
外層配線層21、26が設けられた絶縁層11、15上には、これらの配線層21、26の露出を防止する目的で保護膜16、17がそれぞれ形成されている。保護膜16、17は一般的にはソルダーレジスト同様の材質のものでよい。厚さはそれぞれ例えば20μmである。
外層配線層26が設けられた絶縁層15上には、ボンディングワイヤ接続対応のチップ部品51が実装されている。チップ部品51の外層配線層26への電気的接続のため、外層配線層26にはランドが形成されており、図示するように保護膜17はこのランドを避けて形成されている。外層配線層26のランドとチップ部品51の端子(電極)とは、例えば金(Au)の材質のボンディングワイヤ53で電気的接続される。また、チップ部品51を機械的に固定するため保護膜17とチップ51との間は非導電性接着剤52が適用されている。
モールド樹脂54は、チップ部品51、ボンディングワイヤ53、外層配線層26のランドを外部環境から物理的、化学的に保護するためこれらを覆うように島状に形成されている。モールド樹脂54は一般的には例えばトランスファーモールドにより形成できるが、これに代えて、液状またはペースト状の樹脂を滴下して硬化させたポッティング樹脂であってもよい。なお、対環境性の仕様が厳しくないなど、アプリケーションによっては、モールド樹脂54(またはポッティング樹脂)のない態様もあり得る。
チップ部品51としては、より具体的には、ボンディングワイヤ接続対応のコンデンサや抵抗、あるいはボンディングパッドを有している半導体チップ(ベアチップ)などの電子部品を挙げることができる。また、当然ながらチップ部品51の実装は、外層配線層21が設けられた絶縁層11上の側であってもよく、または両側に実装する形態とすることもできる。さらにチップ部品51の数に制限もない。
以上説明の部品実装モジュールは、外層配線層26(21)が設けられた絶縁層15(11)上にチップ部品51がボンディングワイヤにより接続、実装されていることにより、内蔵のチップ部品41を固定している半田部42は、チップ部品51の実装時に再溶融することはない。これは、ワイヤボンディング工程の適用温度は例えば150℃程度であり、半田部42の材料の融点より相当に低いためである。したがって、内蔵部品接続用の半田部42の再溶融による信頼性低下を防止できる。なお、モールド樹脂54(またはポッティング樹脂)や非導電性接着剤52の硬化工程でも通常ある程度の高温を要するが(例えば熱硬化性の場合)、材料選択によりこの温度を200℃以下とすることにさほどの困難性はない。
また、本実施形態では、部品の内蔵実装が半田により、表面への実装がボンディングワイヤによりなされることで、実装工程に関する管理を分離してより効率的な製造を実現することができる。すなわち、表面実装工程として半田実装とボンディングワイヤによる実装とが混在する場合、ボンディングのためのランドに半田やフラックスによる汚染があってはならず、半田付けに高度な条件管理が必要となったり、または清浄度の高い清浄工程が必要となる。上記実施形態ではこのような複雑、高度、煩雑な工程を要する問題を引き起こさない。
次に、図1に示した部品実装モジュールの製造工程を図2ないし図4を参照して説明する。図2ないし図4は、それぞれ、図1に示した部品実装モジュールの製造過程の一部を模式的断面で示す工程図である。これらの図において図1中に示した構成要素と同一または同一相当のものには同一符号を付してある。
図2から説明する。図2は、図1中に示した各構成のうち絶縁層11を中心とした部分の製造工程を示している。まず、図2(a)に示すように、厚さ例えば18μmの金属箔(電解銅箔)22A上に例えばスクリーン印刷により、層間接続体31となるペースト状の導電性組成物をほぼ円錐形のバンプ状(底面径例えば200μm、高さ例えば160μm)に形成する。この導電性組成物は、ペースト状の樹脂中に銀、金、銅などの金属微細粒または炭素微細粒を分散させたものである。説明の都合で金属箔22Aの下面に印刷しているが上面でもよい(以下の各図も同じである)。層間接続体31の印刷後これを乾燥して硬化させる。
次に、図2(b)に示すように、金属箔22A上に厚さ例えば公称100μmのFR−4のプリプレグ11Aを積層して層間接続体31を貫通させ、その頭部が露出するようにする。露出に際してあるいはその後その先端を塑性変形でつぶしてもよい(いずれにしても層間接続体31の形状は、積層方向に一致する軸を有しその軸方向に径が変化する形状である。)。続いて、図2(c)に示すように、プリプレグ31A上に金属箔(電解銅箔)21Aを積層配置して加圧・加熱し全体を一体化する。このとき、金属箔21Aは層間接続体31と電気的導通状態となり、プリプレグ11Aは完全に硬化して絶縁層11になる。
次に、図2(d)に示すように、片側の金属箔22Aに例えば周知のフォトリソグラフィによるパターニングを施し、これを、実装用ランドを含む配線パターン22に加工する。そして、加工により得られた実装用ランド上に、図2(e)に示すように、例えばスクリーン印刷によりクリーム半田42Aを印刷する。クリーム半田42Aは、スクリーン印刷を用いれば容易に所定パターンに印刷できる。スクリーン印刷に代えてディスペンサを使用することもできる。
次に、チップ部品41をクリーム半田42Aを介して実装用ランド上に例えばマウンタで載置し、さらにその後クリーム半田42Aを例えばリフロー炉でリフローさせる。これにより、図2(f)に示すように、半田部42を介してチップ部品41が配線層22の実装用ランド上に接続された状態の配線板素材1が得られる。この配線板素材1を用いる後の工程については図4で後述する。
次に、図3を参照して説明する。図3は、図1中に示した各構成のうち絶縁層13および同12を中心とした部分の製造工程を示している。まず、図3(a)に示すように、両面に例えば厚さ18μmの金属箔(電解銅箔)23A、24Aが積層された例えば厚さ300μmのFR−4の絶縁層13を用意し、その所定位置にスルーホール導電体を形成するための貫通孔62をあけ、かつ内蔵するチップ部品41に相当する部分に開口部61を形成する。
次に、無電解めっきおよび電解めっきを行い、図3(b)に示すように、貫通孔62の内壁にスルーホール導電体33を形成する。このとき開口部61の内壁にも導電体が形成される。さらに、図3(c)に示すように、金属箔23A、24Aを周知のフォトリソグラフィを利用して所定にパターニングして配線層23、24を形成する。配線層23、24のパターニング形成により、開口部61の内壁に形成された導電体も除去される。
次に、図3(d)に示すように、配線層23上の所定の位置に層間接続体32となる導電性バンプ(底面径例えば200μm、高さ例えば160μm)をペースト状導電性組成物のスクリーン印刷により形成する。続いて、図3(e)に示すように、絶縁層12とすべきFR−4のプリプレグ12A(公称厚さ例えば100μm)を配線層23側にプレス機を用い積層する。プリプレグ12Aには、絶縁層13と同様の、内蔵するチップ部品41に相当する部分の開口部をあらかじめ設けておく。
この積層工程では、層間接続体32の頭部をプリプレグ12Aに貫通させる。なお、図3(e)における層間接続体32の頭部の破線は、この段階でその頭部を塑性変形させてつぶしておく場合と塑性変形させない場合の両者あり得ることを示す。この工程により、配線層23はプリプレグ12A側に沈み込んで位置することになる。以上により得られた配線板素材を配線板素材2とする。
なお、以上の図3に示した工程は、以下のような手順とすることも可能である。図3(a)の段階では、貫通孔62のみ形成し内蔵部品用の開口部61を形成せずに続く図3(b)から図3(d)までの工程を行う。次に、図3(e)に相当する工程として、プリプレグ12A(開口のないもの)の積層を行う。そして、絶縁層13およびプリプレグ12Aに部品内蔵用の開口部を同時に形成する、という工程である。
次に、図4を参照して説明する。図4は、上記で得られた配線板素材1、2などを積層する配置関係を示す図(図4(a))、およびその積層一体化後の状態を示す図(図4(b))である。図4(a)で、図示上側の配線板素材3は、下側の配線板素材1と同様な工程を適用し、かつそのあと層間接続体34およびプリプレグ14Aを図示中間の配線板素材2における層間接続体32およびプリプレグ12Aと同様にして形成し得られたものである。ただし、部品(チップ部品41)およびこれを接続するための部位(実装用ランド)のない構成であり、さらにプリプレグ14Aにはチップ部品41用の開口部も設けない。そのほかは、金属箔(電解銅箔)26A、絶縁層15、層間接続体35、配線層25、プリプレグ14A、層間接続体34とも、それぞれ配線板素材1の金属箔21A、絶縁層11、層間接続体31、配線層22、配線板素材2のプリプレグ12A、層間接続体32と同じである。
図4(a)に示すような配置で各配線板素材1、2、3を積層配置してプレス機で加圧・加熱する。これにより、プリプレグ12A、14Aが完全に硬化し全体が積層・一体化する。このとき、加熱により得られるプリプレグ12A、14Aの流動性により、チップ部品41の周りの空間およびスルーホール導電体33内部の空間にはプリプレグ12A、14Aが変形進入し空隙は発生しない。また、配線層22、24は、層間接続体32、34にそれぞれ電気的に接続される。
この積層工程の後、上下両面の金属箔26A、21Aを周知のフォトリソグラフィを利用して所定にパターニングして外層配線層26、21を形成する。さらに、外層配線層26、21上および絶縁層15、11上にチップ部品51実装のためのランド領域を除いて保護膜16、17を形成する。これにより図4(b)に示すような状態(部品内蔵配線板の状態)となる。なお、チップ部品51実装のためのランド領域にはボンディングに供するため適宜表面処理(例えばニッケルめっき処理および金めっき処理)が施されるようにしてもよい。
次に、チップ部品51の実装工程を行う。すなわち、例えば、非導電性接着剤52をチップ部品51の実装位置に対応して保護膜17上に適用し、続けて例えばマウンタでチップ部品51を非導電性接着剤52上に載置する。そして非導電性接着剤52を例えば熱により硬化させ、さらにワイヤボンディング工程を行なって配線層26のランドとチップ部品51上のパッドとをボンディングワイヤ53で接続する。最後にチップ部品51、ボンディングワイヤ53、外層配線層26のランドを少なくとも覆うように、モールド樹脂54を形成する。以上により、図1に示したような部品実装モジュールを得ることができる。
なお、変形例として、中間の絶縁層13に設けられたスルーホール導電体33については、層間接続体31や同32と同様なものとする構成も当然ながらあり得る。また、外側の配線層21、26は、最終の積層工程のあとにパターニングして得る以外に、各配線板素材1、3の段階で(例えば図2(d)の段階で)形成するようにしてもよい。
また、図4(a)に示した積層工程において、配線板素材1、2については、プリプレグ12Aおよび層間接続体32の部分を配線板素材2の側ではなく配線板素材1の側に設けておくようにしてもよい。すなわち、層間接続体32の形成およびプリプレグ12Aの積層を、配線板素材1の配線層22上(絶縁層11上)であらかじめ行うようにする。この場合、実装されたチップ部品41が、一見、層間接続体32をスクリーン印刷で形成するときに干渉要因となるように見えるが、チップ部品41として十分薄い部品の場合は実際上干渉要因とはならない。プリプレグ12Aの積層工程のときには、チップ部品41の厚さを吸収できるクッション材を介在させて加圧・加熱すれば面内方向均一にプリプレグ12Aを積層できる。
次に、本発明の別の実施形態に係る部品実装モジュールについて図5を参照して説明する。図5は、本発明の別の実施形態に係る部品実装モジュールの構成を模式的に示す断面図であり、すでに説明した図中に示した構成要素と同一または同一相当のものには同一符号を付してある。その部位については加える事項がない限り説明を省略する。
この実施形態では、電子部品51Aが表面実装用の部品として用いられ、電子部品51Aの裏面(ボンディングパッドのない面)と配線層26による一部パターンとが導電性接着剤52Aにより電気的に導通している。これは、例えば電子部品51Aが半導体基板を有する部品でありその基板の電位を所定電位(例えばグラウンド電位)に固定する必要がある場合に向いている。または、半導体基板を貫通して電流を流すタイプの電子部品(パワー用途のMOSトランジスタに多い)の場合にも向いている。
製造工程としては、配線層26のうちランドとなる領域に加えて導電性接着剤52Aを適用する領域に保護膜17が形成されないようにしておく。その後は非導電性接着剤51の代わりに導電性接着剤52Aを用いて上記実施形態と同様な工程を適用すればよい。導電性接着剤52Aの硬化工程には通常ある程度の高温を要するが(例えば熱硬化性の場合)、材料選択によりこの温度を200℃以下とすることにさほどの困難性はない。したがって、導電性接着剤52Aの硬化工程においても、内蔵部品接続用の半田部42の再溶融による信頼性低下はない。
次に、本発明のさらに別の実施形態に係る部品実装モジュールについて図6を参照して説明する。図6は、本発明のさらに別の実施形態に係る部品実装モジュールの構成を模式的に示す断面図であり、すでに説明した図中に示した構成要素と同一または同一相当のものには同一符号を付してある。その部位については加える事項がない限り説明を省略する。
この実施形態は、配線層26へのチップ部品51の実装がフリップチップ接続によりなされている。すなわち、チップ部品51がボンディングワイヤ接続対応のものなので、そのパッドと配線層26のランドとの電気的接続にフリップチップ接続用バンプ55(接続部材)を用いたフリップチップ接続が利用されている。バンプ55は、ボンディングワイヤ53と同様な例えば金(Au)を材質とするバンプである。なお、バンプ55が接続される配線層26のランド上は、適宜表面処理(例えばニッケルめっき処理および金めっき処理)が施されるようにしておくと強固な固相接続を達成する上で好ましい。
チップ部品51と絶縁層15の側との間には、フリップチップ接続部位を物理的、化学的に保護しかつチップ部品51を強固に機械的固定するためアンダーフィル樹脂52Bが充填されている。このような充填は、製造方法として、配線層26のランド上にチップ部品51をマウントする前にあらかじめそのランド上に液状またはペースト上の樹脂を適用しておくことによって達成できる。または、チップ部品51のマウント後に、形成された間隙に毛管現象を利用して液状の樹脂を浸入させるようにしてもよい。
チップ部品51の全体は、さらにモールド樹脂54(またはポッティング樹脂)により覆われている。なお、対環境性の仕様が厳しくないなど、アプリケーションによっては、モールド樹脂54(またはポッティング樹脂)のない態様、さらにはアンダーフィル樹脂52Bをも省略した態様があり得る。
図6に示すようなフリップチップ接続によるチップ部品51の実装では、フリップチップ接続工程自体、アンダーフィル樹脂52Bの硬化工程、およびモールド樹脂54の硬化工程において熱が加えられるが、いずれも内蔵部品接続用の半田部42を再溶融させるような温度には至らない温度とすることができる。すなわち、例えば高くとも200℃とすることが可能であり、したがって、内蔵部品接続用の半田部42の再溶融による信頼性低下を防止できる。上記のフリップチップ接続には、熱圧着工法や超音波工法などが利用できる。
また、図6においてフリップチップ接続によるチップ部品51の実装は、先の実施形態のようなワイヤボンディングによる部品実装と混在させるようにしてもよい。また、チップ部品51として、その内部にワイヤボンディングによる電気的接続部位があるようなものを利用することは当然ながらできるが、内部に半田による電気的接続部位があるものを利用することもできる。「半田による電気的接続部位があるもの」には、図4(b)に示すような部品内蔵配線基板が含まれる。すなわちこれは部品内蔵配線板自体が実装部品となる場合である。このような場合でも、実装部品側の半田の再溶融がないことが利点となる。部品内蔵配線板自体を実装部品としてワイヤボンディングによる接続を行う態様でも同様である。
なお、より汎用的にはフリップチップ接続やワイヤボンディングによる接続を組み合わせることで、チップスタック実装も容易に実現する。
次に、本発明のさらに別の実施形態に係る部品実装モジュールについて図7を参照して説明する。図7は、本発明のさらに別の実施形態に係る部品実装モジュールの構成を模式的に示す断面図であり、すでに説明した図中に示した構成要素と同一または同一相当のものには同一符号を付してある。その部位については加える事項がない限り説明を省略する。
この実施形態は、導電性組成物の印刷による層間接続体32、34に代わり、金属板エッチングにより形成された層間接続体72、74を有している。これらの層間接続体72、74の配線層22側または配線層25側には、図示するように、エッチングストッパ層が残存している。また、絶縁層11(15)の絶縁層12(14)との境界は、図1に示した実施形態と比較して配線層22(25)の厚さ分だけ深い方に移動している。他の部分は図1に示した実施形態と同じである。以下、このような構成になっている理由を含めて製造工程を説明する。
図8は、図7に示した部品実装モジュールの製造過程の一部を模式的断面で示す工程図であり、図7における絶縁層11、配線層21、22(実装用ランドを含む)、層間接続体31、72の部分の製造工程を示したものである。図7における絶縁層15、配線層25、26、層間接続体35、74の部分の製造工程もほぼ同様である。なお、図7中に示した構成要素と同一または同一相当のものには同一符号を付してある。
まず、例えば厚さ18μmの金属箔(電解銅箔)22Aにごく薄い厚さ例えば2μmの例えばニッケル合金からなる層(エッチングストッパ層ES)が積層された積層膜を用意し、このエッチングストッパ層ES側に厚さ例えば120μmの金属板(銅板)72Aを積層一体化して、図8(a)に示すように3層構造のクラッド材を得る。
次に、図8(b)に示すように、金属箔22Aを周知のフォトリソグラフィを利用し銅のみエッチング可能なエッチング液で所定にパターニングする。これにより配線層22を形成する。さらに、図8(c)に示すように、配線層22上の所定の位置に層間接続体31をペースト状の導電性組成物のスクリーン印刷により形成する。続いて、図8(d)に示すように、絶縁層11とすべきプリプレグ11Aを配線層22側にプレス機を用い積層する。このとき層間接続体31の頭部をプリプレグ11Aに貫通させる。この積層工程により、配線層22はプリプレグ11A側に沈み込んで位置することになる。なお、図8(d)における層間接続体31の頭部の破線は、この段階で層間接続体31の頭部を塑性変形させてつぶしておく場合と塑性変形させない場合の両者あり得ることを示す。
次に、積層されたプリプレグ11A上に、配線層21とすべき厚さ例えば18μmの金属箔(電解銅箔)21Aを配置してプレス機で積層方向に加圧・加熱する。これにより、図8(e)に示すように、プリプレグ11Aが完全に硬化して絶縁層11となり積層・一体化がされる。このとき金属箔21Aは層間接続体31に電気的に接続される。
次に、金属板72A上に所定位置のエッチングレジストを形成する。このエッチングレジストは、エッチングによる層間接続体72を形成すべきところに残存させる。そして銅のみをエッチング可能なエッチング液を用いてエッチング加工し、図8(f)に示すように、金属板のエッチング加工による層間接続体72を形成する。その形状は、エッチングレジストの形状や大きさ、エッチング加工時間によって変わり、一般には積層方向に一致する軸を有しこの軸の方向に径が変化する形状になる。
そして、形成された層間接続体72をマスクにエッチングストッパ層ESをエッチング除去することにより、図8(g)に示すような形態の配線板素材を得ることできる。以下の工程としては、図2(e)以下に示したチップ部品41の実装、および図3(e)に示したプリプレグ12Aの積層(ただし、プリプレグ12Aは図8(g)における配線層22の側に積層する)を行う。得られた配線板素材は、図4(a)に示した積層工程における下側の配線板素材1に代えて用いることができる。中間の配線板素材2に相当するものには、層間接続体32の形成およびプリプレグ12Aの積層のないものを使用する。以上の積層工程の後、チップ部品51の実装工程を行うことにより図7に示した部品実装モジュールを得ることができる。
次に、本発明のさらに別の実施形態について図9を参照して説明する。図9は、本発明のさらに別の実施形態に係る部品実装モジュールの構成(ただしチップ部品51の実装前)を模式的に示す断面図である。すでに説明した図中に示した構成要素と同一または同一相当のものには同一符号を付してある。その部位については加える事項がない限り説明を省略する。この実施形態は、図1に示した部品実装モジュールの層間接続体31、35に代えて、金属からなり、積層方向に一致する軸を有しその軸方向に径が変化する形状の層間接続体81、85を用いたものである。他の部分は図1に示した実施形態と同じである。
以下、図9に示した実施形態の製造工程について図10を参照して説明する。図10は、図9に示した部品実装モジュール(ただしチップ部品51の実装前)の一部製造過程を模式的断面で示す工程図であり、配線層22(より厳密には配線層22に加工される金属箔22A)と層間接続体81とからなる部分の製造工程を示すものである。
まず、例えば厚さ18μmの金属箔(電解銅箔)22Aにごく薄い厚さ例えば2μmの例えばニッケル合金からなる層(エッチングストッパ層ES)が積層された積層膜を用意し、このエッチングストッパ層ES側に金属板(銅板)81Aを積層一体化して、図10(a)に示すような3層構造のクラッド材を得る。そして、金属板81A上の所定位置にエッチングマスク89を形成する。
次に、エッチングマスク89が形成された3層クラッド材の金属板81Aを、銅のみエッチング可能なエッチング液でエッチングする。これにより図10(b)に示すように、層間接続体81を得ることができる。そして形成された層間接続体81をマスクにエッチングストッパ層ESをエッチング除去する。これにより図10(c)に示す素材が得られる。以下の工程は、この図10(c)に示した素材を図2(a)に示す素材に代えて、図2(b)以下の工程を行えばよい。以上の説明は、配線層25と層間接続体85とからなる部分について同様である。
次に、本発明のさらに別の実施形態について図11を参照して説明する。図11は、本発明のさらに別の実施形態に係る部品実装モジュールの構成(ただしチップ部品51の実装前)を模式的に示す断面図である。図11において、すでに説明した構成部分と同一または同一相当の部分には同一符号を付し、その説明は省略する。この実施形態は、図1に示した部品実装モジュールの層間接続体31、35に代えて、導電性組成物からなり、積層方向に一致する軸を有しその軸方向に径が変化しない形状の層間接続体91、95を用いたものである。他の部分は図1に示した実施形態と同じである。
以下、図11に示した部品実装モジュールの製造工程について図12を参照して説明する。図12は、図11に示した部品実装モジュール(ただしチップ部品51の実装前)の一部製造過程を模式的断面で示す工程図であり、絶縁層11とその両面の配線層21、22、および絶縁層11を貫通する層間接続体91の部分の製造工程を示すものである。
まず、図12(a)に示すように、例えば厚さ公称100μmのプリプレグ11Aの所定位置に穴あけを行い、その穴内部を導電性組成物で充填し層間接続体91とする。次に、図12(b)に示すように、プリプレグ11Aの両面に厚さ例えば18μmの金属箔(電解銅箔)21A、22Aを積層し加圧・加熱して一体化する。この積層・一体化で各金属箔21A、22Aは層間接続体91との電気的導通状態を確立し、プリプレグ11Aは完全に硬化して絶縁層11となる。
次に、図12(c)に示すように、片側の金属箔22Aに例えば周知のフォトリソグラフィによるパターニングを施し、これを配線層22(実装用ランドを含む)に加工する。そして、この図12(c)に示す素材を図2(d)に示す素材の代わりに用い、その後の工程は図2(e)以下における説明と同様である。以上の説明は、絶縁層15とその両面の配線層25、26、および絶縁層15を貫通する層間接続体95の部分について同様である。
次に、本発明のさらに別の実施形態について図13を参照して説明する。図13は、本発明のさらに別の実施形態に係る部品実装モジュール(ただしチップ部品51の実装前)の構成を模式的に示す断面図である。図13において、すでに説明した構成部分と同一または同一相当の部分には同一符号を付し、その説明は省略する。この実施形態は、図1に示した部品実装モジュールの層間接続体31、35に代えて、金属からなり、積層方向に一致する軸を有しその軸方向に径が変化しない形状の層間接続体101、105を用いたものである。他の部分は図1に示した実施形態と同じである。
以下、図13に示した部品実装モジュールの製造工程について図14を参照して説明する。図14は、図13に示した部品実装モジュール(ただしチップ部品51の実装前)の一部製造過程を模式的断面で示す工程図であり、上記説明のうち、配線層22(より厳密には配線層22に加工される金属箔22A)と層間接続体101とからなる部分の製造工程を示すものである。
まず、図14(a)に示すように、例えば厚さ18μmの金属箔(電解銅箔)22A上に、所定位置にマスク除去部109Aを有するめっき阻止マスク109を形成する。マスク除去部109Aの形状は例えばほぼ円筒状である。次に、金属箔22Aを電気供給路としてそのめっき阻止マスク109側に電解めっき工程を施し、図14(b)に示すように、マスク除去部109A内に例えば銅のめっき層を成長させる。この成長させためっき層が層間接続体101になる。めっき層成長後、めっき阻止マスク109を除去すると図14(c)に示すような素材が得られる。以下の工程は、この図14(c)に示した素材を図2(a)に示す素材に代えて、図2(b)以下の工程を行えばよい。以上の説明は、配線層25と層間接続体104とからなる部分について同様である。
以上、図9ないし図14では、絶縁層11およびその両面の配線層21、22からなる両面配線板の部分と、絶縁層15およびその両面の配線層25、26からなる両面配線板の部分とについての諸例を、その層間接続体の構成という観点から示した。これらの説明以外の層間接続体を有する両面配線板を用いてもよいことは無論である。例えば、層間接続体として、周知の、穴あけおよびめっき工程によるスルーホール内壁導電体としてもよい。さらにその他様々な構成の層間接続体を有する両面配線板を用いることができる。
次に、本発明のさらに別の実施形態について図15を参照して説明する。図15は、本発明のさらに別の実施形態に係る部品実装モジュールの構成を模式的に示す断面図である。図15において、すでに説明した構成部分と同一または同一相当の部分には同一符号を付し、その説明は省略する。この実施形態は、図1に示した部品実装モジュールにおいて絶縁層14から上の部分(層間接続体34、配線層25、絶縁層15、層間接続体35、配線層26)がない構成のものであり、これによりチップ部品41の実装側と反対側が表出している。部品実装モジュールとして厚みをできるだけ抑えた構成である。なお、部品51の実装は、絶縁層11の側の面上としている。もちろん、部品51の実装を絶縁層13の側の面上とすることもできる。
図16は、図15に示した部品実装モジュールの製造過程の一部を模式的断面で示す工程図である。すでに示した図中に示した構成要素と同一または同一相当のものには同一符号を付してある。図16は、図4(a)に相当する積層工程を示し、図示するように、配線板素材1、2については図1ないし図4により説明した実施形態と同じものを使用できる。
この積層工程において積層上側には離型シート141を用いる。これにより、上側面には、配線層24のようなわずかな突起を吸収して離型シート141が密着する。そして、積層時の加熱によりプリプレグ12Aが流動性を得て、チップ部品41の周りの空間およびスルーホール導電体33内部の空間にプリプレグ12Aが変形進入する。積層工程の後、離型シートは除去される。チップ部品41の高さは絶縁層13の上側に合わせされており、これによりチップ部品41の表面が表出することになる。
この積層工程の後、下面の金属箔21Aを周知のフォトリソグラフィを利用して所定にパターニングして外層配線層21を形成する。さらに、外層配線層21上および絶縁層11上にチップ部品51実装のためのランド領域を除いて保護膜16を形成する。また、保護すべき配線層24上および絶縁層13上を少なくとも覆うように保護膜17を形成する。以下、図1ないし図4に示した実施形態と同様にチップ部品51の実装を行う。これにより図15に示すような部品実装モジュールを得ることができる。
本発明の一実施形態に係る部品実装モジュールの構成を模式的に示す断面図。 図1に示した部品実装モジュールの製造過程の一部を模式的断面で示す工程図。 図1に示した部品実装モジュールの製造過程の別の一部を模式的断面で示す工程図。 図1に示した部品実装モジュールの製造過程のさらに別の一部を模式的断面で示す工程図。 本発明の別の実施形態に係る部品実装モジュールの構成を模式的に示す断面図。 本発明のさらに別の実施形態に係る部品実装モジュールの構成を模式的に示す断面図。 本発明のさらに別の実施形態に係る部品実装モジュールの構成を模式的に示す断面図 図7に示した部品実装モジュールの製造過程の一部を模式的断面で示す工程図。 本発明のさらに別の実施形態に係る部品実装モジュールの構成の一部を模式的に示す断面図。 図9に示した部品実装モジュール(ただしチップ部品51の実装前)の製造過程の一部を模式的断面で示す工程図。 本発明のさらに別の実施形態に係る部品実装モジュールの構成の一部を模式的に示す断面図。 図11に示した部品実装モジュール(ただしチップ部品51の実装前)の製造過程の一部を模式的断面で示す工程図。 本発明のさらに別の実施形態に係る部品実装モジュールの構成の一部を模式的に示す断面図。 図13に示した部品実装モジュール(ただしチップ部品51の実装前)の製造過程の一部を模式的断面で示す工程図。 本発明のさらに別の実施形態に係る部品実装モジュールの構成を模式的に示す断面図。 図15に示した部品実装モジュールの製造過程の一部を模式的断面で示す工程図。
符号の説明
1…配線板素材、2…配線板素材、3…配線板素材、11…絶縁層、11A…プリプレグ、12…絶縁層、12A…プリプレグ、13…絶縁層、14…絶縁層、14A…プリプレグ、15…絶縁層、16,17…保護膜、21…配線層(外層配線パターン)、21A…金属箔(銅箔)、22…配線層(内層配線パターン)、22A…金属箔(銅箔)、23…配線層(第2の内層配線パターン)、23A…金属箔(銅箔)、24…配線層(配線パターン)、24A…金属箔(銅箔)、25…配線層(配線パターン)、26…配線層(外層配線パターン)、26A…金属箔(銅箔)、31…層間接続体(導電性組成物印刷による導電性バンプ)、32…層間接続体(導電性組成物印刷による導電性バンプ)、33…スルーホール導電体、34…層間接続体(導電性組成物印刷による導電性バンプ)、35…層間接続体(導電性組成物印刷による導電性バンプ)、41…チップ部品(第1の部品)、42…半田部、42A…クリーム半田、51…ボンディングワイヤ接続対応のチップ部品(第2の部品)、51A…電子部品(第2の部品)、52…非導電性接着剤、52A…導電性接着剤、52B…アンダーフィル樹脂、53…ボンディングワイヤ(接続部材)、54…モールド樹脂(またはポッティング樹脂)、55…フリップチップ接続用バンプ(接続部材)、61…開口部、62…貫通孔、72,74…層間接続体(金属板エッチングにより形成された金属バンプ)、72A…金属板(銅板)、81,85…層間接続体(金属板エッチングにより形成された金属バンプ)、81A…金属板(銅板)、89…エッチングマスク、91,95…層間接続体(導電性組成物充填)、101,105…層間接続体(めっきにより形成された導体バンプ)、109…めっき阻止マスク、109A…マスク除去部、141…離型シート、ES…エッチングストッパ。

Claims (11)

  1. 第1の絶縁層と、
    前記第1の絶縁層に対して積層状に位置する第2の絶縁層と、
    前記第2の絶縁層に埋め込まれた第1の部品と、
    前記第1の絶縁層と前記第2の絶縁層とに挟まれて設けられた、前記第1の部品を電気的に接続するための第1のランドを含む内層配線パターンと、
    前記第1の部品を前記内層配線パターンの前記第1のランドに接続・固定する半田部と、
    前記第1の絶縁層上および/または前記第2の絶縁層上に位置する第2の部品と、
    前記第1の絶縁層上および/または前記第2の絶縁層上に設けられた、前記第2の部品を電気的に接続するための第2のランドを含む外層配線パターンと、
    前記第2の部品を前記外層配線パターンの前記第2のランドに電気的に接続する接続部材とを具備し、
    前記接続部材による電気的接続を含めて前記外層配線パターンへの部品実装がすべて非半田接続であること
    を特徴とする部品実装モジュール。
  2. 前記非半田接続が、ボンディングワイヤによる接続および/またはフリップチップ接続であることを特徴とする請求項1記載の部品実装モジュール。
  3. 前記非半田接続に、導電性接着剤による接続が含まれていることを特徴とする請求項1記載の部品実装モジュール。
  4. 前記第2の絶縁層が、少なくとも2つの絶縁層の積層であり、
    前記少なくとも2つの絶縁層の間に挟まれて設けられた第2の内層配線パターンと、
    前記第2の絶縁層の積層方向一部を貫通して前記内層配線パターンの面と前記第2の内層配線パターンの面との間に挟設され、かつ導電性組成物からなり、かつ積層方向に一致する軸を有し該軸の方向に径が変化している形状である層間接続体と
    をさらに具備することを特徴とする請求項1記載の部品実装モジュール。
  5. 前記第2の絶縁層が、少なくとも2つの絶縁層の積層であり、
    前記少なくとも2つの絶縁層の間に挟まれて設けられた第2の内層配線パターンと、
    前記第2の絶縁層の積層方向一部を貫通して前記内層配線パターンの面と前記第2の内層配線パターンの面との間に挟設され、かつ金属からなり、かつ積層方向に一致する軸を有し該軸の方向に径が変化している形状である層間接続体と
    をさらに具備することを特徴とする請求項1記載の部品実装モジュール。
  6. 前記第1の絶縁層を貫通して前記内層配線パターンの面と前記外層配線パターンの面との間に挟設され、かつ導電性組成物からなり、かつ積層方向に一致する軸を有し該軸の方向に径が変化している形状である層間接続体をさらに具備することを特徴とする請求項1記載の部品実装モジュール。
  7. 前記第1の絶縁層を貫通して前記内層配線パターンの面と前記外層配線パターンの面との間に挟設され、かつ金属からなり、かつ積層方向に一致する軸を有し該軸の方向に径が変化している形状である層間接続体をさらに具備することを特徴とする請求項1記載の部品実装モジュール。
  8. 前記第1の絶縁層を貫通して前記内層配線パターンの面と前記外層配線パターンの面との間に挟設され、かつ導電性組成物からなり、かつ積層方向に一致する軸を有し該軸の方向に径が変化していない形状である層間接続体をさらに具備することを特徴とする請求項1記載の部品実装モジュール。
  9. 前記第1の絶縁層を貫通して前記配線パターンの面と前記外層配線パターンの面との間に挟設され、かつ金属からなり、かつ積層方向に一致する軸を有し該軸の方向に径が変化していない形状である層間接続体をさらに具備することを特徴とする請求項1記載の部品実装モジュール。
  10. 前記半田部により前記第1の部品が前記内層配線パターンに接続される該第1の部品の側とは反対の側の該第1の部品の表面が、表出していることを特徴とする請求項1記載の部品実装モジュール。
  11. 前記半田部により前記第1の部品が前記内層配線パターンに接続される該第1の部品の側とは反対の側の該第1の部品の表面が、前記第2の絶縁層により隠されていることを特徴とする請求項1記載の部品実装モジュール。
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