JP2008294475A - 部品内蔵モジュールの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】内蔵前に実装検査や特性検査ができ、歩留まりを向上し、全体の強度を高くすることができる部品内蔵モジュールの製造方法を提供する。
【解決手段】電気絶縁層（３０１）と、電気絶縁層（３０１）の両主平面に配置された配線と、配線間を接続するビア（３０３）を含み、電気絶縁層（３０１）の内部に、電子部品及び半導体から選ばれる少なくとも一つの部品（１００４，１００６）が埋め込まれ、前記配線の少なくとも一方は、配線基板（３０８）の表面に形成された配線であり、電気絶縁層（３０１）の内部に配置され、電気絶縁層（３０１）の両主平面の配線に実装された複数の部品（１００４，１００６）の少なくとも一つの間にグランド電位にされたシールド層（１０１０）を有する部品内蔵モジュールである。電気絶縁層（３０１）の内部に埋め込まれた部品（１００４，１００６）は、埋め込まれる前に配線上に実装され一体化される。
【選択図】 図１０

Description

本発明は、回路部品が電気絶縁層の内部に配置される回路部品内蔵モジュールの製造方法に関する。
近年の電子機器の高性能化・小型化の流れの中、回路部品の高密度、高機能化が一層求められている。回路部品を搭載したモジュールにおいても、高密度、高機能化への対応が要求されている。回路部品を高密度に実装する方法として、現在、配線板が多層化する傾向にある。従来のガラスクロス−エポキシ樹脂含浸基板では、ドリルによる貫通スルーホール構造を用いて多層化しており、信頼性は高いが、高密度実装には適していない。このため、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、ＬＳＩ間や部品間の配線パターンを最短距離で接続でき、必要な各層間のみの接続が可能となり、回路部品の実装性にも優れている。また、配線パターンの微細化も高密度実装に不可欠な技術であり、ライン アンド スペースが年々小さくなってきている。加えて、受動部品を基板内部に形成した３次元実装が開発されている。
しかし、受動部品を基板内部に形成するためには、材料開発、形成精度、設備投資など課題が多く、開発スピードも遅くなってしまう。
また、本出願人はすでに受動部品を基板内部に内蔵することを提案している（特許文献１）。
特開平１１−２２０２６２号公報
しかし、前記特許文献１の実施例によれば、部品を基板内部に埋め込んだ後に配線を形成するので、内蔵前に半導体などの部品を実装検査したり特性検査を行えないという問題があった。また、配線基板を一体化して埋め込まないので、強度があまり高くないという問題もあった。
本発明は、前記従来の問題を解決するため、内蔵前に半導体などの部品を実装検査したり特性検査ができ、歩留まりを向上でき、強度を高くでき、生産性が高く、高密度実装可能な部品内蔵モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
前記目的を達成するため、本発明の部品内蔵モジュールの製造方法は、電気絶縁層と、前記電気絶縁層の両主平面に一体化された配線と、前記配線間を接続するビアを含み、前記電気絶縁層の内部に、前記電気絶縁層の両主平面の配線上に実装された電子部品及び半導体から選ばれる複数の部品が埋め込まれ、前記電気絶縁層の両主平面に一体化された配線の少なくとも一方は、配線基板の表面に形成された配線であり、前記電気絶縁層の内部に配置され、前記電気絶縁層の両主平面の配線上に実装された前記複数の部品の少なくとも一つの間にグランド電位にされたシールド層を有する部品内蔵モジュールの製造方法であって、前記電気絶縁層の両主平面のそれぞれの配線上に半導体及び電子部品から選ばれる複数の部品を実装する工程と、厚さ方向に前記ビアを形成した半硬化状態の熱硬化性樹脂からなる前記電気絶縁層を準備する工程と、一方の前記配線上に実装された前記複数の部品を前記電気絶縁層に埋め込む工程と、もう一方の前記配線上に実装された前記複数の部品を、前記電気絶縁層に埋め込む工程と、前記電気絶縁層を硬化する工程とを含むことを特徴とする。
本発明によれば、複数の部品を、電気絶縁層の両主平面に形成される配線上に実装して一体化してから前記電気絶縁層に埋め込むため、内蔵前に半導体などの部品の実装検査あるいは特性検査を行って、歩留まりを向上でき、部品内蔵モジュールの全体の強度を高くすることができる。
本発明の製造方法によって製造される部品内蔵モジュールは、電気絶縁層と、前記電気絶縁層の両主平面の配線パターン及び配線基板から選ばれる少なくとも一つの配線と、前記配線間を接続するビアを含み、前記電気絶縁層の内部に、電子部品及び半導体から選ばれる少なくとも一つの部品が埋め込まれたものである。前記配線の少なくとも一つは配線基板であり、前記電気絶縁層の内部に埋め込まれた部品は、埋め込まれる前に前記配線基板上に搭載され一体化されている。これにより、内蔵前に半導体などの部品を実装検査したり特性検査ができる。その結果、歩留まりを向上できる。また、配線基板を一体化して埋め込むので、強度を高くできる。また、生産性が高く、高密度実装可能な部品内蔵モジュールを提供できる。前記において、部品を埋め込むとは、前記電気絶縁層の内部に完全に埋没させることをいう。
本発明においては、前記配線板が両面基板又は多層配線板であることが好ましい。これにより、複雑な回路形成が容易となる。
また本発明においては、前記電気絶縁層内部の電子部品及び／又は半導体（以下総称して「部品」ともいう。）を、前記電気絶縁層の両主平面の配線パターン及び／又は配線板に実装したことが好ましい。両主平面に部品を実装し、電気絶縁層に内蔵することにより、部品内蔵層がより高密度なモジュールを提供できる。
また本発明においては、前記部品を前記電気絶縁層の主平面に対する法線方向において、ずらして配置したことが好ましい。これにより、実装機の部品実装間隔より、高密度に部品を配置できる。また、電気絶縁層の厚みを低減でき、高密度化につながる。
また、前記電気絶縁層内部に配置し、前記電気絶縁層の両主平面の配線パターン及び／又は配線板に実装した部品間にシールド層を挿入したことが好ましい。これにより、内蔵した部品間の干渉、内蔵した部品に対する外部からの干渉、内蔵した部品から外部への放射のいずれか又は全部を低減でき、モジュールの特性を向上させることができる。
また、前記シールド層が、金属箔配線パターンであるか、電磁シールド材であることが好ましい。金属箔配線パターンを用いた場合、配線パターンの形成と同様の工程でシールド層を形成でき生産が容易である。電磁シールド材を用いた場合、電気絶縁層の材質を変更するだけで作成でき、工程上の変更もなく干渉を低減することができる。
また、前記配線パターン及び／又は配線板の前記電気絶縁層と反対側の主平面に、部品を実装したことが好ましい。これにより、電気絶縁層だけではなく、反対側の主平面にも部品を実装でき、高密度化が図れる。
また、前記電子部品がディスクリート部品であることが好ましい。これにより、内蔵する部品を新規に開発する必要が無く、モジュール自体の開発スピードが向上する。また、既存のディスクリート部品の信頼性、精度を利用することができ、モジュールの特性が向上する。前記においてディスクリート部品とは、例えばインダクタンス、キャパシタンス、抵抗等の汎用のチップ部品をいう。以下において、インダクタンス、キャパシタンス及び抵抗を総称して「ＬＣＲ」ともいう。
また、前記半導体が半導体ベアチップであることが好ましい。これにより、半導体パッケージと比較して、より低面積でモジュールを作成でき、高密度なモジュールを提供できる。
また、前記半導体ベアチップが前記配線パターン及び／又は配線板にフリップチップボンディング接続されていることが好ましい。これにより、短配線化、高密度実装化が図れる。
また、前記半導体ベアチップが研削及び／又は研磨されていることが好ましい。これにより、半導体の厚みを低減でき、モジュールの低背化に効果がある。
前記製造方法においては、前記電気絶縁層を硬化する工程後、部品を配線パターン及び／又は配線板に実装する工程を含むことが好ましい。これにより、本発明の部品内蔵モジュールを効率よく製造することができる。
また、前記半導体を実装前に半導体ウエハで研削及び／又は研磨を行うことが好ましい。これにより、半導体の薄型化をウエハで一括に行うことができ、生産性が向上できる。
また、前記半導体を実装後に配線板を固定及び搬送に用いて研削及び／又は研磨を行うことが好ましい。これにより、薄型化した半導体を取り扱うことなく、本発明の部品内蔵モジュールを製造することができる。
また、前記部品を電気絶縁層に埋設する工程と、前記電気絶縁層を硬化する工程を同時に行うことが好ましい。これにより、工程数を低減して、本発明の部品内蔵モジュールを製造することができる。
また、前記シールド層を形成する工程を、銅箔配線パターンを形成することによって行うことが好ましい。これにより、本発明の部品内蔵モジュールを効率よく製造することができる。
また、前記シールド層を形成する工程を、電磁シールド層を積層することによって行うことが好ましい。これにより、本発明の部品内蔵モジュールを効率よく製造することができる。
また本発明においては、前記電気絶縁層内部に部品を対向して配置させてもよい。とくに、高さの高い部品と低い部品が混在する場合、高さの低い部品を対向して配置させると、高密度に充填できる。
また、前記電気絶縁層の厚み方向の熱膨張係数が、ビアの熱膨張係数の１０倍以下としても良い。このようにすると、部品内蔵モジュールの外側にさらに部品を搭載する場合、例えばはんだリフロー工程を通過させても、電気絶縁層の厚み方向の膨脹率があまり大きくならないので、ビアの導通が破壊されることがない。
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本実施の形態における部品内蔵モジュールの断面図である。図１において、部品内蔵モジュールは、電気絶縁層１０１と、配線パターン１０２と、ビア１０３と、部品１０４と、はんだ１０５とを有し、さらに配線パターン１０６，１０８とインナービア１０７を有する両面基板１０９とを含んでいる。
電気絶縁層１０１は、例えば、絶縁性樹脂及びフィラと絶縁性樹脂の混合物等を用いることができる。電気絶縁層は、樹脂とフィラーを含み、フィラー含量が５０質量％以上９５質量％以下であることが好ましい。また、ガラスクロス等の補強材があってもよい。絶縁性樹脂としては、熱硬化性樹脂や、熱可塑樹脂、光硬化性樹脂等を用いることができ、耐熱性の高いエポキシ樹脂やフェノール樹脂、イソシアネート樹脂を用いることにより、電気絶縁層１０１の耐熱性をあげることができる。また、誘電正接の低いフッ素樹脂例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ樹脂）、ＰＰＯ（ポリフェニレンオキサイド）樹脂（ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）樹脂ともいう）、液晶ポリマーを含むもしくはそれらの樹脂を変性させた樹脂を用いることにより、電気絶縁層の高周波特性が向上する。電気絶縁層１０１として、フィラと絶縁性樹脂の混合物を用いた場合、フィラ及び絶縁性樹脂を選択することによって、電気絶縁層１０１の線膨張係数、熱伝導度、誘電率などを容易に制御することができる。たとえば、フィラとしてアルミナ、マグネシア、窒化ホウ素、窒化アルミ、窒化珪素、ポリテトラフルオロエチレン及び、シリカなどを用いることができる。アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミを用いることにより、従来のガラス−エポキシ基板より熱伝導度の高い基板が製作可能となり、内蔵された電子部品１０４の発熱を効果的に放熱させることができる。また、アルミナはコストが安いという利点もある。シリカを用いた場合、誘電率が低い電気絶縁層１０１が得られ、比重も軽いため、携帯電話などの高周波用途として好ましい。窒化珪素やポリテトラフルオロエチレン、例えば”テフロン”（デュポン社登録商標）を用いても誘電率の低い電気絶縁層を形成できる。また、窒化ホウ素を用いることにより線膨張係数を低減できる。さらに分散剤、着色剤、カップリング剤又は離型剤を含んでいてもよい。分散剤によって、絶縁性樹脂中のフィラを均一性よく分散させることができる。着色剤によって、電気絶縁層を着色することができるため、自動認識装置の利用が容易となる。カップリング剤によって、絶縁性樹脂とフィラとの接着強度を高くすることができるため、電気絶縁層１０１の絶縁性を向上できる。離型剤によって、金型と混合物との離型性を向上できるため、生産性を向上できる。
配線パターン１０２は、電気伝導性を有する物質からなり、例えば金属箔や導電性樹脂組成物、金属板を加工したリードフレームを用いることができる。金属箔やリードフレームを用いることにより、エッチング等により微細な配線パターンの作成が容易となる。また、金属箔においては、離型フィルムを用いた転写等による配線パターンの形成も可能となる。特に銅箔はコストも安く、電気伝導性も高いため好ましい。また、離型フィルム上に配線パターンを形成することにより、配線パターンが取り扱いやすくなる。また、導電性樹脂組成物を用いることにより、スクリーン印刷等による、配線パターンの製作が可能となる。リードフレームを用いることにより、電気抵抗の低い、厚みのある金属を使用できる。また、エッチングによる微細パターン化や打ち抜き加工等の簡易な製造法が使える。また、これらの配線パターン１０２は表面にメッキ処理をする事により、耐食性や電気伝導性を向上させることができる。また、配線パターン１０２の電気絶縁層１０１との接触面を粗化することで、電気絶縁層１０１との接着性を向上させることができる。また、カプラーやフィルター等を配線パターンで形成することも可能である。配線パターン１０２は、表層側にも半導体及び／又は電子部品を実装してもよい。
ビア１０３は、配線パターン１０２間を接続する機能を有し、たとえば、熱硬化性の導電性物質からなる。熱硬化性の導電性物質としては、たとえば、金属粒子と熱硬化性樹脂とを混合した導電性樹脂組成物を用いることができる。金属粒子としては、金、銀、銅又はニッケルなどを用いることができる。金、銀、銅又はニッケルは導電性が高いため好ましく、銅は導電性が高くマイグレーションも少ないため特に好ましい。銅を銀で被覆した金属粒子を用いても、マイグレーションの少なさと導電性の高さ、両方の特性を満たすことができる。熱硬化性樹脂としては、たとえば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂又はイソシアネート樹脂を用いることができる。エポキシ樹脂は、耐熱性が高いため特に好ましい。また、ビア１０３は、ビアホール形成後、メッキすることによっても形成できる。また、金属と半田の組み合わせ等で形成してもよい。
電子部品１０４は、例えば、コンデンサ、インダクタ、抵抗（ＬＣＲ）等のチップ部品や、ダイオード、サーミスタ、スイッチ等を用いることができる。ディスクリート部品を内蔵することで、新たに内蔵部品を開発する必要がなくなる。また、精度や温度特性など用途に応じた部品を既存の部品を使用でき、信頼性の向上につながる。また、印刷抵抗や薄膜コンデンサ・インダクタ等を形成しても良い。
半田１０５は、配線パターン１０２に電子部品１０４を実装するために用いる。高温半田を用いた場合、モジュールをリフローで実装する際の半田の再溶融を防止できる。また、鉛フリー半田を用いることで環境への負荷を軽減できる。本実施の形態では半田を用いたが、導電性接着剤等を用いてもよい。
両面基板１０９としては、ガラス織物にエポキシ樹脂を含浸させた基板（ガラス−エポキシ基板）、アラミド繊維不織布にエポキシ樹脂を含浸させた基板（アラミド−エポキシ基板）、紙にフェノール樹脂を含浸させた基板（紙−フェノール基板）、セラミックス基板など任意の基板から目的に応じて選択し使用できる。
例えばガラス−エポキシ基板を用いた両面基板の上に部品を搭載し、検査し、その後、電気的絶縁層に埋め込んだ部品内蔵モジュール（実施の形態１）と、基板を用いずに部品を単体で電気的絶縁層に埋め込み、その後に表面に配線パターンを形成したモジュールとの強度を比較すると、基板の種類、コンポジットのセラミックの種類、量、厚み等によっても異なるが、平均的には、実施の形態１のほうが曲げ強度は約１．３倍程度高くなる。
（実施の形態２）
この実施形態２では、図１に示した部品内蔵モジュールの製造方法の一実施形態を説明する。実施形態２で用いられる材料は、実施形態１で説明したものである。図２Ａ−図２Ｄは部品内蔵モジュールの製造工程の一実施形態を示す断面図である。図２Ａに示すように、未硬化の電気絶縁層２０１にスルーホール２０７を形成する。電気絶縁層２０１としては、絶縁性樹脂やフィラと絶縁性樹脂との混合物等を用いることができる。最初にフィラと絶縁性樹脂を混合し、攪拌することによって、ペースト状の絶縁性樹脂混合物を作製する。絶縁性樹脂混合物には粘度を調整するために溶剤を添加しても良い。この絶縁性樹脂混合物をシート形状に成形することによって電気絶縁層２０１を形成できる。シート形状に成形する方法としては、例えば、ドクターブレード法等を用いることによって、フィルム上に作成することができる。電気絶縁層２０１は、硬化温度以下で乾燥させることによって、粘着性を低下させることができる。この熱処理によって、板状の電気絶縁層の粘着性が失われるため、フィルムとの剥離が容易になる。半硬化状態（Ｂステージ）にすることにより、取り扱いが容易となる。スルーホール２０７の形成は、たとえば、レーザー加工やドリル加工、パンチング加工によって作製することができる。レーザー加工は微細なピッチでビアを形成することができ、削りくずも発生しないため望ましい。レーザー加工の場合、炭酸ガスレーザーやＹＡＧレーザー、エキシマレーザー等を用いることができる。また、ドリル加工、パンチング加工の場合、汎用性のある既存の設備でのスルーホール形成が容易である。未硬化状態の電気絶縁層２０１を用いることで加工がしやすくなる。
別にキャリア２０６上に配線パターン２０２を形成したものを準備する。配線パターン２０２は、エッチング、印刷といった方法を用いて形成することができる。特にエッチングでは、フォトリソ工法など微細な配線パターンの形成法を利用できる。キャリアとしては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイト）の様な樹脂フィルムの他、銅箔、アルミ箔の様な金属箔等を用いることができる。キャリア２０６を用いることにより、配線パターン２０２の取り扱いが容易となる。また、配線パターン２０２とキャリア２０６の間に配線パターン２０２をはがしやすくするために剥離層があってもよい。
配線パターン２０８，２１０とその間を接続するインナービア２０９を有する両面配線基板２１１上の配線パターン２０８に部品２０４を半田２０５による実装し、その後、実装検査および特性検査から選ばれる少なくとも一つの検査を完了しておく。配線パターン２１０の下側には保護フィルム２１２を被覆しておいても良い。
次に、図２Ａで作成したスルーホール２０７に導電性ビアペーストを充填する。導電性ビアペーストは導電性粉末と樹脂の混合物、たとえば金、銀、銅、ニッケル等の金属粉やカ−ボン粉と熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂の混合物を用いることができる。銅を用いた場合は導電性が高く、マイグレショーンも少ないため望ましい。また、粉末を銅でコートした導電性粉末を用いてもよい。樹脂としては、熱硬化性樹脂、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、イソシアネート樹脂、ポリフェニレンエーテル等を用いることができる。エポキシ樹脂は耐熱性が高く特に望ましい。また、光硬化性の樹脂も用いることができる。ビアペーストの充填には、印刷や注入による方法を用いることができる。特に印刷の場合、配線パターンの形成も行うことができる。ビア２０３を形成することで、配線パターン２０２と２０８間の接続が可能となる。また、電気絶縁層２０１に内蔵する電子部品２０４のスペースを形成しておいてもよい。スペースを形成することによってビア２０３が変形することを抑制できる。
配線パターン２０８，２１０とその間を接続するインナービア２０９を有する両面配線基板２１１上の配線パターン２０８に電子部品２０４を実装する方法としては、半田２０５による半田実装（クリーム半田の印刷や半田ボール）の他、導電性接着剤、たとえば、金、銀、銅、銀−パラジウム合金などを熱硬化性樹脂で混練したものも使用できる。また、実装した電子部品２０４と両面配線基板２１１の間に、封止樹脂を注入してもよい。封止樹脂の注入によって、後の工程で電子部品２０４を電気絶縁層２０１に埋設する際に、隙間ができることを防止することができる。封止樹脂には通常のフリップチップボンディングに使用されるアンダーフィル樹脂を用いることができる。実装後、実装状態をチェックすることで、リペアや不良の原因解析を行うことができるようになる。
導電性ビアペーストが充填されたビア２０３を有する電気絶縁層２０１を中央に配置し、上側にキャリヤーフィルム２０６上に形成した配線パターン２０２を配置し、下側には電子部品２０４を実装した両面基板２１１を配置し、これらを図２Ｂのように位置あわせして積層する。
図２Ｂの積層後、図２Ｃに示すように、加圧することによって、電子部品２０４を電気絶縁層２０１に埋設する事ができる。絶縁性樹脂に熱硬化樹脂を用いた場合、加圧後、加熱することによって、電気絶縁層２０１中の熱硬化性樹脂を硬化させ、電子部品２０４が埋設された板状の電気絶縁層２０１が形成できる。加熱は、熱硬化性樹が硬化する温度以上の温度で行う。この工程によって、電気絶縁層２０１と電子部品２０４とが機械的に強固に接着する。なお、加熱によって熱硬化性樹脂を硬化させる際に、加熱しながら１００ｇ／ｍｍ2〜２ｋｇ／ｍｍ2の圧力で加圧することによって、半導体装置の機械的強度を向上させることができる。また、シート形状の電気絶縁層を用いずに、粉末やペレット状に加工した後に、金型に溶融して流すこともできる。また、粉末のまま流し込んだ後に、溶融成形することもできる。絶縁性樹脂層を注入する方法としては、トランスファーモールドや射出成形を用いることができる。
電気絶縁層２０１の硬化後、キャリア２０６を剥離し、電子部品２０４を内蔵した電気絶縁層２０１となり、実施形態１で説明したように、両面基板２１１を一体化した半導体装置が形成できる。
（実施の形態３）
実施形態３では、部品内蔵モジュールの一実施の形態を説明する。以下、本発明の実施の形態について図３を参照して説明する。本実施の形態における部品内蔵モジュールに関しては、半導体３０６、バンプ３０７、３層配線板３０８に関する点以外は、上述した実施形態１と同様である。したがって、実施の形態３で用いられる材料は、特に説明のない限り実施形態１、２と同様である。図３において、部品内蔵モジュールは、電気絶縁層３０１と、配線パターン３０２と、ビア３０３と、電子部品３０４、導電性接着剤３０５、半導体３０６、バンプ３０７、配線板３０８を有している。
半導体３０６は電子部品３０４と同様に配線板３０８に実装されている。半導体３０６を電気絶縁層３０１に内蔵することで、モジュールの高機能化が図れる。半導体３０６は、たとえば、トランジスタ、ＩＣ、ＬＳＩなどの半導体素子が用いられる。半導体３０６は、パッケージでも、半導体ベアチップでもよい。また、半導体３０６は封止樹脂を用いて、半導体３０６もしくは、半導体３０６とバンプ３０７、配線板３０８の接続部の少なくとも一部を封止しても良い。封止樹脂の注入によって、半導体３０６を電気絶縁層３０１に埋設する際に、半導体３０３と配線板３０８との間に隙間ができることを防止することができる。封止樹脂には通常のフリップチップボンディングに使用されるアンダーフィル樹脂を用いることができる。配線板３０８と半導体３０６との接続には、たとえばフリップチップボンディングとして、導電性接着剤、異方性導電フィルム（ＡＣＦ）、非導電性フィルム（ＮＣＦ）とバンプが用いられる。また、チップサイズパッケージ（ＣＳＰ）を用いることで、実装が容易となる。
バンプ３０７は半導体３０６と配線板３０８とを接続する。たとえば、金や銅、半田等の金属を用いることができる。バンプ３０７はワイヤーボンディングや、メッキ、印刷等により形成できる。
配線板３０８は、一般的な配線板であるガラスエポキシ基板やセラミック基板からなる、両面基板、ビルドアップ基板やインナービア接続の多層板等で、電気絶縁層と配線パターン及びビアから構成されている。電気絶縁層は、絶縁性樹脂やフィラと絶縁性樹脂との混合物、セラミックの他、ガラスクロス等の補強剤が入っていてもよい。また、実施の形態１、２と同じ材料であってもよい。配線パターンやビアに関しても同様である。電気絶縁層３０１と同じ材料を用いることで熱膨張率等が同じ値になり、信頼性が向上する。また、電気絶縁層に埋め込む前に、配線板３０８と半導体３０６および電子部品３０４の実装状態をチェックしておく。これにより、製品の歩留まりが高くなり、かつリペアや不良の原因解析を行うことができる。電子部品３０４と半導体３０６を両方実装後にチェックした場合、半導体３０６の動作を確認でき有効である。配線板３０８によって、複雑な回路への適応や、半導体の再配線等が容易になり、複雑な機能のモジュールに適した構造となる。
なお、本実施の形態においては、配線板の配線パターンを３層としたが、層数を限定するものではなく、任意の層数を用いることができる。
例えばガラス−エポキシ基板を用いた３層基板の上に部品を搭載し、検査し、その後、電気的絶縁層に埋め込んだ部品内蔵モジュール（実施の形態３）と、基板を用いずに部品を単体で電気的絶縁層に埋め込み、その後に表面に配線パターンを形成したモジュールとの強度を比較すると、基板の種類、コンポジットのセラミックの種類、量、厚み等によっても異なるが、平均的には、実施の形態３のほうが曲げ強度は約１．３倍以上高くなる。
（実施の形態４）
実施形態４では、部品内蔵モジュールの一実施形態を説明する。以下、本発明の実施の形態について図４を参照して説明する。本実施の形態における部品内蔵モジュールに関しては、両面に３層配線板４０８を用い、電子部品３０４と半導体３０６を対向して配置した以外は、上述した実施形態１〜３と同様である。したがって、本実施の形態において、特に説明のない物については、実施の形態１〜３と同様とし、同じ呼称の構成部材及び製造法については特に説明のない限り同様の機能を持つ。
配線板４０８は、実施の形態３と異なり、上下両方に配置することで、複雑な回路への適応や、半導体の再配線等が容易になり、複雑な機能のモジュールに適した構造となる。また、通常のモジュール作成における配線板に半導体及び電子部品を実装する工程後に半導体及び電子部品を内蔵する工程を付加するだけで、高密度な部品内蔵モジュールを形成できる。
（実施の形態５）
実施形態５では、部品内蔵モジュールの一実施形態を説明する。以下、本発明の実施の形態について図５を参照して説明する。本実施の形態における部品内蔵モジュールに関しては、表層に実装した電子部品５１０、半導体５０６と、部品内蔵層に関する点以外は、上述した実施形態１〜４と同様である。したがって、本実施の形態において、特に説明のない物については、実施の形態１〜４と同じとし、同じ呼称の構成部材及び製造法については特に説明のない限り同様の機能を持つ。
電気絶縁層５０１内の電子部品５０４は、実施の形態４と同様に通常のモジュール作成における実装工程で実装されるが、電子部品５０４を実装するマウンタの性能上、どうしても、電子部品と電子部品の間に、間隔を設ける必要がある。本実施の形態においては、対向する配線板５０８に部品の実装間隔を考慮して、電子部品５０４の位置をずらして配置している。これにより、同一面積に実装できる部品点数が増大すると共に、内蔵層の厚みを薄くでき、より高密度実装に適した構造にすることができる。５０９はＮＣＦである。
表層実装された、電子部品５１０、半導体５０６は、通常のモジュール作成と同じ工程で実装でき、実装面を増やすことで、より高密度に実装でき、多機能なモジュールに適した構造となる。
（実施の形態６）
実施形態６では、部品内蔵モジュールの一実施形態を説明する。以下、本発明の実施の形態について図６を参照して説明する。本実施の形態における部品内蔵モジュールに関しては、表層実装の電子部品６１０，６１２、及び半導体６１１，６１３と、部品内蔵層に関する点以外は、上述した実施形態１〜５と同様である。したがって、本実施の形態において、特に説明のない物については、実施の形態１〜５と同じとし、同じ呼称の構成部材及び製造法については特に説明のない限り同様の機能を持つ。
電気絶縁層６０１内の電子部品６０４、半導体６０６は、実施の形態４、５と同様に通常のモジュール作成における実装工程で実装されるが、半導体６０６には、フリップチップ実装を行う際に、再配線を行うためのスペースが必要なため、どうしても、近接には電子部品を配置しにくい。本実施の形態においては、対向する配線板６０８に電子部品６０４を実装することで、半導体６０６の近接に配置することを可能にしている。これにより、同一面積に実装できる部品点数を増やすことができ、より高密度実装に適した構造にすることができる。６０９は封止樹脂である。
表層実装された、電子部品６１０，６１２、半導体６１１，６１３は、通常のモジュール作成と同じ工程で実装できる。両表層面に実装することで、より高密度に実装でき、多機能なモジュールに適した構造となる。
（実施の形態７）
この実施形態７では、図６に示した部品内蔵モジュールの製造方法の一実施形態を説明する。以下、本発明の実施の形態について図７Ａ−Ｃを参照して説明する。実施形態７で用いられる材料は、特に説明のない物については、上述の実施の形態と同じとし、同じ呼称の構成部材及び製造法については特に説明のない限り同様の機能を持つ。図７Ａ−図７Ｃは部品内蔵モジュールの製造工程の一実施形態を示す断面図である。図７Ａに示すように、半導体７０６、電子部品７０４を実装した配線板７０８、ビア７０３及び、空隙７１０を形成した電気絶縁層７０１を位置あわせして積層する。配線板７０８は実装後、実装チェックし、リペアをしてもよい。電気絶縁層７０１に形成する空隙７１０は内蔵する半導体７０６、電子部品７０４の体積と同じかそれ以下にすることによって、内蔵時に隙間ができることを防止できる。
次に図７Ｂに示すように、積層後、加圧することによって、半導体７０６、電子部品７０４を電気絶縁層７０１に埋設する事ができる。埋設後、加熱し、電気絶縁層７０１を硬化させる。また、配線パターン７０２間をビア７０３で接続する。
電気絶縁層７０１を硬化後、図７Ｃに示すように、表層に半導体７１１，７１３及び電子部品７１４，７１２を実装することによって、部品内蔵モジュールを提供できる。
（実施の形態８）
実施形態８では、部品内蔵モジュールの一実施形態を説明する。以下、本発明の実施の形態について図８を参照して説明する。本実施の形態における部品内蔵モジュールに関しては、部品内蔵層に関する点以外は、上述した実施形態１〜７と同様である。したがって、本実施の形態において、特に説明のない物については、実施の形態１〜７と同じとし、同じ呼称の構成部材及び製造法については特に説明のない限り同様の機能を持つ。
電気絶縁層８０１内の電子部品８０４と半導体８０６は、通常のモジュール作成における実装工程で実装されるが、配線板８０８に両面実装することにより、部品内蔵層を増やすことが容易となる。すなわち、３層配線板８０８の上側には配線パターン８０２を介して電子部品８１０、半導体８１１を接続し、３層配線板８０８の下側にも電子部品を埋め込んだ電気絶縁層を接続し、その表面に電子部品８１２を接続した。
これにより、同一面積に実装できる部品点数を増やすことができ、より高密度実装に適した構造にすることができる。
（実施の形態９）
実施形態９では、部品内蔵モジュールの一実施形態を説明する。以下、本発明の実施の形態について図９を参照して説明する。本実施の形態における部品内蔵モジュールに関しては、半導体の薄形化に関する点以外は、上述した実施形態１〜８と同様である。したがって、本実施の形態において、特に説明のない物については、実施の形態１〜８と同じとし、同じ呼称の構成部材及び製造法については特に説明のない限り同様の機能を持つ。
半導体９０６を薄形化することによって、部品内蔵モジュールの厚みを低減できる。薄形化は半導体ウエハを研磨後、実装する方法や、半導体９０６を配線板９０８に実装後、研削／研磨する方法を用いることができる。前者の場合、半導体９０６をウエハ単位で加工できるため生産性に利点がある。後者の場合、薄形化した半導体９０６を取り扱う必要がなくなるため作業性が向上する。なお、半導体９０６は表層実装だけではなく、内部にあってもよい。
（実施の形態１０）
この実施形態１０では、部品内蔵モジュールの一実施形態を説明する。以下、本発明の実施の形態について図１０を参照して説明する。本実施の形態における部品内蔵モジュールに関しては、シールド電極を形成する点以外は、上述した実施形態１〜９と同様である。したがって、本実施の形態において、特に説明のない物については、実施の形態１〜９と同じとし、同じ呼称の構成部材及び製造法については特に説明のない限り同様の機能を持つ。１００９はＡＣＦである。
シールド電極１０１０は、配線パターン１００２と同様の材料・工程で形成することができる。シールド電極１０１０を形成することによって、内蔵した半導体１００６や電子部品１００４間の電磁波の干渉を低減させることができる。シールド電極１０１０をグランド電位にすることにより、モジュールの安定化が図れる。なお、シールド電極は１層に限定するものではない。
（実施の形態１１）
この実施形態１１では、部品内蔵モジュールの一実施形態を説明する。以下、本発明の実施の形態について図１１を参照して説明する。本実施の形態における部品内蔵モジュールに関しては、電磁シールド層１１１０を形成する点以外は、上述した実施形態１〜１０と同様である。したがって、本実施の形態において、特に説明のない物については、実施の形態１〜１０と同じとし、同じ呼称の構成部材及び製造法については特に説明のない限り同様の機能を持つ。
電磁シールド層１１１０は、電気絶縁層１１０１のフィラを変更するだけで内蔵した半導体１１０６や電子部品１１０４間の電磁波の干渉を低減させることができる。フィラとしては、透磁率の複素成分が高く、電波を吸収（熱に変換）する材料を用いることができる。例えば、フェライトの粉末などを用いることができる。電気絶縁層１１０１と同じ工程で、シールド機能を追加できる。なお、電磁シールド層は１層に限定する物ではない。
（実施の形態１２）
この実施形態１２では、部品内蔵モジュールの一実施形態を説明する。以下、本発明の実施の形態について図１２を参照して説明する。本実施の形態における部品内蔵モジュールに関しては、電気絶縁層１２０１内の電子部品１２０４ａ、１２０４ｂに関する点以外は、上述した実施形態１〜１１と同様である。したがって、本実施の形態において、特に説明のない物については、実施の形態１〜１１と同じとし、同じ呼称の構成部材及び製造法については特に説明のない限り同様の機能を持つ。
電気絶縁層１２０１内の、電子部品１２０４ａ、１２０４ｂは、実施の形態４と同様に通常のモジュール作成における実装工程で実装されるが、例えば、コンデンサの容量等により、電子部品のサイズが均一でないことが多い。本実施の形態においては、電子部品１２０４ａ，１２０４ｂの高さの違いを有効に利用して、実装密度を向上している。図１２の様に高さの低い電子部品１２０４ａの部品を対向して実装し、通常では無駄になる電子部品１２０４ａの上部スペースを有効に利用し、より高密度実装に適した構造にすることができる。
表層実装された、電子部品１２０４、半導体１２０６は、通常のモジュール作成と同じ工程で実装でき、実装面を増やすことで、より高密度に実装でき、多機能なモジュールに適した構造となる。
以下実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明する。
（実施例１）
本実施例においては、電気絶縁層を以下の工程で作製した。熱硬化性の液状エポキシ樹脂と、ＳｉＯ2をフィラとし、フィラを質量比７０％の割合で秤量し、攪拌混合機によって、混合ペーストを作製した。作製した混合ペーストをポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の離型フィルム（厚み：７５μｍ）上にドクターブレード法によって、７００μｍ厚のシート形状に加工した。シート状に加工した後、１０５℃の乾燥工程を経て未硬化状態の電気絶縁層とした。液状エポキシ樹脂とフィラの質量比は、シートの形状を保持できる９６％（フィラの質量比）以下で選択できる。シートの厚みは、乾燥工程が行いやすい２００μｍ以下が望ましいが、内蔵する部品の高さに応じて、厚いシートを形成するか、シート形成後、積層することによって所望の厚さを得ることができる。
次いで、インナービアに対応する位置に、炭酸ガスレーザーを用いてスルーホール（直径φ１５０μｍ）を形成した。スルーホール形成後、銅紛（粒子径：７μｍ未満）と熱硬化性エポキシ樹脂の混合物であるビアペーストを印刷充填した。印刷充填時にはスキージを用い、ＰＥＴフィルムをマスクとした。スルーホール径は、小さいほうが高密度実装に適しており、６００μｍ以下のサイズを実用的に用いることができる。
上記工程と平行して、ＰＥＴキャリアフィルム（厚み：７５μｍ）に接着剤により貼り付けた１５μｍ厚の銅箔（片面粗化）に、フォトレジストフィルムをラミネータにより貼り付け、紫外線露光、現像、塩化第２鉄を用いたエッチングにより、配線パターンを形成した。配線設計ルールとして、最小Ｌ/Ｓ（ライン／スペース）を１００／１００（μｍ）とした。Ｌ／Ｓも小さいほうが高密度実装に適しており、半導体ベアチップを実装する場合２００／２００μｍ以下が妥当である。
配線パターンに電子部品及び／又は半導体を実装した。電子部品の実装には、導電性接着剤を用いた。導電性接着剤をスクリーン版（メッシュ：＃４００／インチ）で配線パターン上に塗布し、１００５サイズの電子部品を配置後、乾燥機（温度：１５０℃）で硬化した。電子部品としては、構成するモジュールに応じて、ＬＣＲ等のチップ部品と、サーミスタやダイオードを用いた。内蔵する電子部品のサイズも小さいほうが高密度実装に適しており、１．６ｍｍ以下（３２１６サイズ）が望ましい。半導体の実装は、パッケージの場合、電子部品と同様に導電性接着剤を用いた。また、ベアチップの場合、金バンプを形成し、フリップチップ実装した。また、配線板にも同様に電子部品及び／又は半導体を実装した。配線板の場合、電子部品の実装には、はんだ実装を用いた。
実装した電子部品は、外観検査を行い、実装ミス（部品外れや部品立ち）が生じた箇所はリペアした。実装した半導体も電気的接続チェックにより実装状態を確認した。その後、回路ブロックの機能検査を行い、半導体自体の特性も確認した。特性不良の箇所は部品の交換を行った。
上記工程で作製した、電気絶縁層と電子部品及び／又は半導体を実装した配線パターンを認識マークを基準に位置合わせし、積層し、加圧（５ＭＰａ）した。加圧によって、電気絶縁層と電子部品及び／又は半導体を電気絶縁層に埋設した。埋設後、同じ圧力で加圧しながら、温度：２００℃、時間：２hrs加熱し、電気絶縁層を硬化した。電気絶縁層の硬化と同時に配線パターンも転写された。
電気絶縁層の硬化後、ＰＥＴキャリアを剥離し部品内蔵モジュールを形成した。この部品内蔵モジュールは、表層に、電子部品及び／又は半導体を実装するスペースを有し、内部にも電子部品及び／又は半導体を配置しており、本実施例の部品内蔵モジュールと通常の２次元（表面）実装品とを同じ面積で比較すると、本実施例のモジュールは約２倍の部品を実装できる。逆に、通常の２次元（表面）実装品と同一数の部品を実装する場合は、本実施例のモジュールは約半分のサイズですむ。
（実施例２）
本実施例においては、図１２に示すような構造で試料を作製した。電子部品を内蔵した電気絶縁層の上下に配線板を配置した構造であり、ビアで上下の配線板間を接続している。電子部品は０６０３サイズのチップ部品を用いた。電気絶縁層はＳｉＯ2をフィラとし、質量比を調整することで熱膨張係数を変化させた試料を作製した。電気絶縁層の厚みは４００μｍである。配線板はガラスエポキシ基板（Ａ基板）と、電気絶縁層と同じ材料で形成した配線板（Ｂ基板）を用いた。配線板の厚みは４００μｍである。ビアは銅粉と、樹脂の混合物である。ビアと電気絶縁層（電気絶縁層のみ）、構造体の電気絶縁層の熱膨張率を表１に示す。
Figure 2008294475
配線板としてガラスエポキシ基板（Ａ基板）と電気絶縁層と同じ材料で形成した基板（Ｂ基板）とでは構造体となった時の熱膨張率が異なっている。電気絶縁層及び、Ｂ基板は補強材が入っていないため、ＸＹＺ方向に等方的な熱膨張率を示すが、ガラスエポキシ基板はガラスクロスが入っているためＸＹ方向とＺ方向の熱膨張率がかなり異なる。前記Ａ基板の熱膨張率はＸＹ方向が１０ｐｐｍ、Ｚ方向が１５０ｐｐｍの材料であった。構造体となった場合、電気絶縁層は配線板と固着しているためＸＹ方向はヤング率の高い配線板（Ａ基板）に強制的に固定されてしまう。そのため、ＸＹ方向にのびることができず、Ｚ方向の熱膨張率が増加してしまう。同じ材料であるＢ基板を配線板に用いた場合は当然、熱膨張率は変化していない。作製したサンプルを熱サイクル試験（−５０℃〜２７０℃）にかけた時のビアの抵抗値（オープン数）を調べた（表２）。
Figure 2008294475
実験の結果、試料Ｎｏ．９のサンプルに多くのオープンが発生した。これは、ビアの熱膨張率と電気絶縁層の熱膨張率の差によるものと考えられる。電気絶縁層が同じ材料であっても、構造体に成ったときの熱膨張率の差がビアの信頼性に影響を与えており、熱膨張率の比を１０倍以内にすることで信頼性の高い部品内蔵モジュールを提供できる。
本発明の実施形態１における部品内蔵モジュールの断面図。 Ａ〜Ｄは本発明の実施形態２における部品内蔵モジュールの製造工程の断面図。 本発明の実施形態３における部品内蔵モジュールの断面図。 本発明の実施形態４における部品内蔵モジュールの断面図。 本発明の実施形態５における部品内蔵モジュールの断面図。 本発明の実施形態６における部品内蔵モジュールの製造工程の断面図。 Ａ〜Ｃは本発明の実施形態７における部品内蔵モジュールの断面図。 本発明の実施形態８における部品内蔵モジュールの断面図。 本発明の実施形態９における部品内蔵モジュールの断面図。 本発明の実施形態１０における部品内蔵モジュールの断面図。 本発明の実施形態１１における部品内蔵モジュールの製造工程の断面図。 本発明の実施形態１２における部品内蔵モジュールの製造工程の断面図。
符号の説明
１０１，２０１，３０１ 電気絶縁層
１０２，２０２，３０２ 配線パターン
１０３，２０３，３０３ ビア
１０４，２０４，３０４，６１２ 電子部品
１０５，２０５，３０５ 半田
１０６，１０８ 配線パターン
１０７ インナービア
１０９，２１１ 両面基板
２０６ キャリア
２０７ ビアホール
３０６，６１１，６１３ 半導体
３０７ バンプ
３０８，４０８，５０８，６０８，７０８，８０８，９０８ 配線基板
５０９ ＮＣＦ
６０９ 封止樹脂
７１０ 空隙
１００９ ＡＣＦ
１０１０ シールド電極
１１１０ 電磁シールド層

Claims (13)

  1. 電気絶縁層と、
    前記電気絶縁層の両主平面に一体化された配線と、前記配線間を接続するビアを含み、
    前記電気絶縁層の内部に、前記電気絶縁層の両主平面の配線上に実装された電子部品及び半導体から選ばれる複数の部品が埋め込まれ、
    前記電気絶縁層の両主平面に一体化された配線の少なくとも一方は、配線基板の表面に形成された配線であり、
    前記電気絶縁層の内部に配置され、前記電気絶縁層の両主平面の配線上に実装された前記複数の部品の少なくとも一つの間にグランド電位にされたシールド層を有する部品内蔵モジュールの製造方法であって、
    前記電気絶縁層の両主平面のそれぞれの配線上に半導体及び電子部品から選ばれる複数の部品を実装する工程と、
    厚さ方向に前記ビアを形成した半硬化状態の熱硬化性樹脂からなる前記電気絶縁層を準備する工程と、
    一方の前記配線上に実装された前記複数の部品を前記電気絶縁層に埋め込む工程と、
    もう一方の前記配線上に実装された前記複数の部品を、前記電気絶縁層に埋め込む工程と、
    前記電気絶縁層を硬化する工程とを含む部品内蔵モジュールの製造方法。
  2. さらに、前記配線基板の外側主平面に電子部品及び半導体から選ばれる少なくとも一つの部品を実装する工程を含む請求項１に記載の部品内蔵モジュールの製造方法。
  3. 前記配線基板が両面配線基板および多層配線板から選ばれる少なくとも一つの基板である請求項１に記載の部品内蔵モジュールの製造方法の製造方法。
  4. 前記部品を前記電気絶縁層内部に埋め込む前に実装検査および特性検査から選ばれる少なくとも一つの検査を完了しておく工程を含む請求項１に記載の部品内蔵モジュールの製造方法。
  5. 前記シールド層が、金属箔配線パターンであるか、又は電磁シールド材である請求項１または２に記載の部品内蔵モジュールの製造方法。
  6. 前記電子部品がディスクリート部品である請求項１に記載の部品内蔵モジュールの製造方法。
  7. 前記半導体が半導体ベアチップである請求項１に記載の部品内蔵モジュールの製造方法。
  8. 前記半導体ベアチップが前記配線にフリップチップボンディング接続されている請求項７に記載の部品内蔵モジュールの製造方法。
  9. 前記半導体ベアチップが研削又は研磨加工する工程を含む請求項７に記載の部品内蔵モジュールの製造方法。
  10. 前記電気絶縁層の厚み方向の熱膨張係数が、ビアの熱膨張係数の１０倍以下である請求項１に記載の部品内蔵モジュールの製造方法。
  11. 前記電気絶縁層は、樹脂とフィラーを含み、フィラー含量が５０質量％以上９５質量％以下である請求項１に記載の部品内蔵モジュールの製造方法。
  12. 前記半導体を実装前に半導体ウエハで研削又は研磨する工程を含む請求項１に記載の部品内蔵モジュールの製造方法。
  13. 前記半導体を実装後に前記半導体を研削又は研磨する工程を含む請求項１に記載の部品内蔵モジュールの製造方法。
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