JP2008300539A - 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】内蔵回路部品で発生した熱を効率よく外部に導出する放熱構造を具備した部品内蔵プリント配線板を提供する。
【解決手段】第１の基材１１と、この第１の基材１１に積層された第２の基材１４と、上記第１の基材１１の内層側に実装された第１の半導体集積回路部品１２と、上記第２の基材１４の内層側に実装された第２の半導体集積回路部品１５と、上記第１の半導体集積回路部品１２と上記第２の半導体集積回路部品１５とを導電性の接合材により接合した接合部１６とを具備して構成した部品内蔵プリント配線板１０を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回路部品を内蔵した部品内蔵プリント配線板に関する。

パーソナルコンピュータ等の電子機器に用いられるプリント配線板は、配線および部品の高密度実装化に伴い、回路部品を内蔵した多層プリント配線板が開発され適用されるようになってきた。この種、回路部品を内蔵した従来のプリント配線板として、第１基板および第２基板のそれぞれに電子部品を搭載し、第１基板および第２基板を、電子部品を搭載した面を対向させて、電磁シートを挟み、これらを絶縁性接着シートで接着した基板構造が存在する。
特開２００６−３４４８８７号公報

上記したような回路部品を内蔵したプリント配線板において、内蔵する回路部品が自己発熱の大きな半導体集積回路である場合、内蔵回路部品で発生した熱が基板内に留まり、滞留した熱がさらに内蔵回路部品および基板内の温度上昇を増長することから、内蔵回路部品で発生した熱を効率よく迅速に外部に導出して内蔵回路部品の温度を常に一定の温度以下にする放熱手段が必要とされる。

本発明は、内蔵回路部品で発生した熱を効率よく外部に導出する放熱構造を具備する部品内蔵プリント配線板を提供することを目的とする。

本発明は、第１の基材と、前記第１の基材に積層された第２の基材と、前記第１の基材の内層側に実装された第１の回路部品と、前記第２の基材の内層側に実装された第２の回路部品と、前記第１の回路部品と前記第２の回路部品とを導電性の接合材により接合した接合部と、を具備した部品内蔵プリント配線板を特徴とする。

内蔵回路部品が発生した熱を効率よく外部に導出する放熱構造を具備した部品内蔵プリント配線板が提供できる。

以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
本発明の第１実施形態に係る部品内蔵プリント配線板は、図１に示すように、第１の基材１１と、この第１の基材１１に積層された第２の基材１４と、上記第１の基材１１の内層側に実装された第１の半導体集積回路部品１２と、上記第２の基材１４の内層側に実装された第２の半導体集積回路部品１５と、上記第１の半導体集積回路部品１２と上記第２の半導体集積回路部品１５とを導電性の接合材により接合した接合部１６とを具備して構成される。

第１の基材１１と第２の基材１４は絶縁層１７を介して積層されている。第１の基材１１と第２の基材１４には、それぞれ絶縁シートを挟んで表層側および内層側に配線パターンを形成する導電層が設けられている。

第１の基材１１の表層側に設けられた導電層１１ａには、例えばスルーホール（ｔｈ）、ビアホール（ｖｈ）等のランドを含む所定の配線パターンが形成されている。上記第１の基材１１の内層側には、上記第１の半導体集積回路部品１２を実装する部品実装面部１１ｐに、第１の半導体集積回路部品１２に設けられた複数の電極（図示せず）に対応する複数の部品接合電極１１ｂが形成されている。上記各部品接合電極１１ｂは、第１の半導体集積回路部品１２の各電極にはんだ（ｓ）で接合されている。ここでは一部の部品接合電極１１ｂが、第１の基材１１の表層から穿設されたビアホール（ｖｈ）に接続されている例を示している。

第２の基材１４の表層側に設けられた導電層１４ａには、例えばスルーホール（ｔｈ）、ビアホール（ｖｈ）等のランドを含む所定の配線パターンが形成されている。上記第２の基材１４の内層側には、上記第２の半導体集積回路部品１５を実装する部品実装面部１４ｐに、第２の半導体集積回路部品１５に設けられた複数の電極（図示せず）に対応する複数の部品接合電極１４ｂが形成されている。上記各部品接合電極１４ｂは、第２の半導体集積回路部品１５の各電極にはんだ接合されている。図１では一部の部品接合電極１４ｂが、第２の基材１４の表層から穿設されたビアホール（ｖｈ）に接続されている例を示している。なお、部品実装面部１１ｐ，１４ｐには、部品実装面全域に亘って一定の間隔で例えば格子状に複数の部品接合電極が配置されているが、図１では省略して部品実装面部１１ｐ，１４ｐの両端のみの部品接合電極１１ｂ，１４ｂを示している。

上記各部品実装面部１１ｐ，１４ｐに実装された第１、第２の半導体集積回路部品１２，１５は、それぞれ動作時に熱を発生する半導体デバイスであり、互いに対向する面部（電極形成面に対して反対側の面）に、はんだ接合が可能な複数のパッドを有している。例えば、第１、第２の半導体集積回路部品１２，１５はシリコン貫通電極（ｃ）と該電極のパッドを有して構成されている。

このシリコン貫通電極（ｃ）を用いて、第１の半導体集積回路部品１２と第２の半導体集積回路部品１５が導電性の接合材を用いた接合部１６により相互に接合されている。この接合部１６は、例えば、はんだボールを用いて構成される。接合部１６は、はんだボールの他に、例えば、Ａｇバンプ、Ａｕバンプ、ＡＣＰ（anisotropic conductive paste）、ＡＣＦ（anisotropic conductive film）、ＮＣＰ（non-conductive paste）若しくはＮＣＦ(non-conductive film)等の金属スタッドバンプ若しくは導電性ペースト若しくは異方性導電フィルムを用いて構成することも可能である。

このように構成された部品内蔵プリント配線板１０は、例えば第１の基材１１の表層を放熱面としたとき、第２の基材１４の内層側に実装された第２の回路部品１５から発生した熱が、接合部１６を放熱路として、第１の半導体集積回路部品１２を介し第１の基材１１の内層面に伝導され、さらに第１の基材１１に設けられたスルーホール（ｔｈ）、ビアホール（ｖｈ）、配線パターン等を介し第１の基材１１の表層面に伝導されて放熱される。また、第２の基材１４の表層を放熱面としたとき、第１の基材１１の内層側に実装された第１の回路部品１２から発生した熱が、接合部１６を放熱路として、第２の半導体集積回路部品１５を介し第２の基材１４の内層面に伝導され、さらに第２の基材１４に設けられたスルーホール（ｔｈ）、ビアホール（ｖｈ）、配線パターン等を介し第２の基材１４の表層面に伝導されて放熱される。このように、内蔵回路部品相互を接合した導電性の接合部１６を放熱路とした熱伝導経路によって、内蔵回路部品から発生した熱を効率よく迅速に放熱することができる。

上記した部品内蔵プリント配線板１０の製造工程を図２乃至図５に示す。なお、図２乃至図５に示す工程では、スルーホール（ｔｈ）、ビアホール（ｖｈ）、シリコン貫通電極（ｃ）等を省略して示している。また接合部１６を構成する導電性の接合材を接合部と同一符号（１６）で示し、絶縁層１７を形成する絶縁シートを絶縁層と同一符号（１７）で示している。

図２に示す工程１では、第１の基材１１の内層側に設けられた部品実装面部１１ｐに、第１の半導体集積回路部品１２を実装する。この工程１では、第１の基材１１の部品実装面部１１ｐに、第１の半導体集積回路部品１２を配置して、部品実装面部１１ｐに設けられた複数の部品接合電極１１ｂに、半導体集積回路部品１２の電極をはんだ（ｓ）で接合することにより、第１の基材１１の部品実装面部１１ｐに、第１の半導体集積回路部品１２がはんだ実装される。

図３に示す工程２では、上記工程１と同様に、第２の基材１４の内層側に設けられた部品実装面部１４ｐに、第２の半導体集積回路部品１５を実装する。この工程２では、第２の基材１４の部品実装面部１４ｐに、第２の半導体集積回路部品１５を配置して、部品実装面部１４ｐに設けられた複数の部品接合電極１４ｂに、半導体集積回路部品１５の電極をはんだ（ｓ）で接合することにより、第２の基材１４の部品実装面部１４ｐに、第２の半導体集積回路部品１５がはんだ実装される。

図４に示す工程３では、第１の基材１１の部品実装面部１１ｐに実装された第１の半導体集積回路部品１２（若しくは第２の基材１４の部品実装面部１４ｐに実装された第２の半導体集積回路部品１５）の上面（電極形成面に対して反対側の面）に、若しくは第２の基材１４の部品実装面部１４ｐに実装された第２の半導体集積回路部品１５の上面に、導電性の接合材（１６）を塗布する。この工程３では、第１の半導体集積回路部品１２（若しくは第２の半導体集積回路部品１５）の上面に設けられたシリコン貫通電極（ｃ）のパッド上に、導電性の接合材（１６）となる、はんだボールを付着させる。

図５に示す工程４では、第１の半導体集積回路部品１２を実装した第１の基材１１の内層側と、第２の半導体集積回路部品１５を実装した第２の基材１４の内層側とを対向配置し、位置合わせして、その間に、絶縁層１７を形成する絶縁シート（１７）を介挿し、熱圧着により、第１の基材１１に第２の基材１４を積層する。この工程４では、熱圧着による積層工程で、上記工程３において第１の半導体集積回路部品１２（若しくは第２の半導体集積回路部品１５）のシリコン貫通電極（ｃ）のパッド上に付着させた導電性の接合材（１６）となるはんだボールを溶融させて、第１の半導体集積回路部品１２と上記第２の半導体集積回路部品１５とを導電性の接合材（１６）により接合する。

これにより、図１に示すように、第１の基材１１の内層側に実装された第１の半導体集積回路部品１２と、第２の基材１４の内層側に実装された第２の半導体集積回路部品１５とを導電性の接合部１６により接合した、接合部１６を放熱路とした部品内蔵プリント配線板が構成される。

本発明に係る部品内蔵プリント配線板の他の構成例を図６乃至図９に示す。

本発明の第２実施形態に係る部品内蔵プリント配線板は、図６に示すように、第１の基材２１と、この第１の基材２１に絶縁層２７を介して積層された第２の基材２４と、上記第１の基材２１の内層側に設けられた銅箔のベタパターン２１ｂと、このベタパターン２１ｂに実装された第１の半導体集積回路部品２２と、上記第２の基材２４の内層側部品実装面部２４ｐに実装された第２の半導体集積回路部品２５と、上記第１の半導体集積回路部品２２と上記第２の半導体集積回路部品２５とを導電性の接合材により接合した接合部２６とを具備して構成される。なお、第１の基材２１および第２の基材２４の表層側に設けられた導電層２１ａ，２４ａには、例えばスルーホール（ｔｈ）、ビアホール（ｖｈ）等のランドを含む所定の配線パターンが形成されている。部品実装面部２４ｐには、部品実装面全域に亘って一定の間隔で例えば格子状に複数の部品接合電極２４ｂが配置されている。

この図６に示す第２実施形態の部品内蔵プリント配線板２０は、図に一点鎖線で示すように、第２の基材２４の内層側部品実装面部２４ｐに実装された第２の半導体集積回路部品２５から発生した熱が、接合部２６を放熱路として、ベタパターン２１ｂに伝導され、さらに第１の基材２１に設けられたビアホール（ｖｈ）等を介して第１の基材２１の表層面に伝導され、放熱される。

本発明の第３実施形態に係る部品内蔵プリント配線板は、図７に示すように、金属プレートにより構成される第１の基材３１と、この第１の基材３１に絶縁層３７を介して積層された第２の基材３４と、上記第１の基材（金属プレート）３１に実装された第１の半導体集積回路部品３２と、上記第２の基材３４の内層側部品実装面部３４ｐに実装された第２の半導体集積回路部品３５と、上記第１の半導体集積回路部品３２と上記第２の半導体集積回路部品３５とを導電性の接合材により接合した接合部３６とを具備して構成される。なお、第２の基材３４の表層側に設けられた導電層２４ａには、例えばスルーホール、ビアホール等のランドを含む所定の配線パターンが形成されている。部品実装面部３４ｐには、部品実装面全域に亘って一定の間隔で例えば格子状に複数の部品接合電極３４ｂが配置されている。

この図７に示す第３実施形態の部品内蔵プリント配線板３０は、図に一点鎖線で示すように、第２の基材３４の内層側部品実装面部３４ｐに実装された第２の半導体集積回路部品３５から発生した熱が、接合部３６を放熱路として、第１の半導体集積回路部品３２を介して第１の基材（金属プレート）３１に伝導され、放熱される。

本発明の第４実施形態に係る部品内蔵プリント配線板は、図８に示すように、第１の基材４１と、この第１の基材４１に絶縁層４７を介して積層された第２の基材４４と、上記第１の基材４１の外層側に設けられた、電源のグランドパターン４１ａと、上記第１の基材４１の内層側に実装された第１の半導体集積回路部品４２と、上記第２の基材４４の内層側部品実装面部に実装された第２の半導体集積回路部品４５と、上記第１の半導体集積回路部品４２と上記第２の半導体集積回路部品４５とを導電性の接合材により接合した接合部４６とを具備して構成される。なお、第１の基材４１および第２の基材４４の表層側に設けられた導電層４１ａ，４４ａには、例えばスルーホール（ｔｈ）、ビアホール（ｖｈ）等のランドを含む所定の配線パターンが形成されている。第１の基材４１および第２の基材４４の内層側部品実装面部には、部品実装面全域に亘って一定の間隔で例えば格子状に複数の部品接合電極４１ｂ，４４ｂが配置されている。

この図８に示す第４実施形態の部品内蔵プリント配線板４０は、図に一点鎖線で示すように、第２の基材４４の内層側部品実装面部に実装された第２の半導体集積回路部品４５から発生した熱が、接合部４６を放熱路として、第１の半導体集積回路部品４２を介し第１の基材４１の表層面に伝導され、放熱される。

本発明の第５実施形態に係る部品内蔵プリント配線板は、図９に示すように、第１の基材５１と、この第１の基材５１に絶縁層５７を介して積層された第２の基材５４と、上記第１の基材５１の外層側に設けられた電源のグランドパターン５１ａと、上記第１の基材５１の内層側に設けられた、電磁遮蔽層を兼ねるベタパターン５１ｂと、このベタパターン５１ｂに実装された第１の半導体集積回路部品５２と、上記第２の基材５４の内層側部品実装面部に実装された第２の半導体集積回路部品５５と、上記第１の半導体集積回路部品５２と上記第２の半導体集積回路部品５５とを導電性の接合材により接合した接合部５６とを具備して構成される。なお、第１の基材５１および第２の基材５４の表層側に設けられた導電層５１ａ，５４ａには、例えばスルーホール（ｔｈ）、ビアホール（ｖｈ）等のランドを含む所定の配線パターンが形成されている。第２の基材５４の内層側部品実装面部には、部品実装面全域に亘って一定の間隔で例えば格子状に複数の部品接合電極５４ｂが配置されている。

この図９に示す第５実施形態の部品内蔵プリント配線板５０は、図に一点鎖線で示すように、第２の基材５４の内層側部品実装面部に実装された第２の半導体集積回路部品５５から発生した熱が、接合部５６を放熱路として、第１の半導体集積回路部品５２を介し、さらに、電磁遮蔽層を兼ねるベタパターン５１ｂを介して第１の基材５１の表層面に伝導され、放熱される。

本発明の第６実施形態を図１０に示す。
この第６実施形態は、上記第１実施形態により製造されたプリント配線板１０を用いて電子機器を構成している。図１０は上記第１実施形態に係るプリント配線板１０をハンディタイプの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１０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回路板（マザーボード）８が設けられている。この回路板８は、上記図１に示した第１実施形態のプリント配線板１０を用いて実現される。

この回路板８を構成するプリント配線板１０は、内層側の部品実装面部１１ｐに複数の部品接合電極１１ｂを配置した第１の基材１１と、この第１の基材１１に積層され、内層側の部品実装面部１４ｐに複数の部品接合電極１４ｂを配置した第２の基材１４と、上記第１の基材１１の内層側部品実装面部１１ｐに実装された第１の半導体集積回路部品１２と、上記第２の基材１４の内層側部品実装面部１４ｐに実装された第２の半導体集積回路部品１５と、上記第１の半導体集積回路部品１２と上記第２の半導体集積回路部品１５とを導電性の接合材により接合した接合部１６とを具備して構成される。なお、第１の基材１１および第２の基材１４の表層側に設けられた導電層１１ａ，１４ａには、例えばスルーホール（ｔｈ）、ビアホール（ｖｈ）等のランドを含む所定の配線パターンが形成されている。

このように構成された部品内蔵プリント配線板１０を用いて構成された回路板８において、例えば第１の基材１１の表層を放熱面としたとき、第２の基材１４の内層側に実装された第２の回路部品１５から発生した熱が、接合部１６を放熱路として、第１の半導体集積回路部品１２を介し第１の基材１１の内層面に伝導され、さらに第１の基材１１に設けられたスルーホール（ｔｈ）、ビアホール（ｖｈ）、配線パターン等を介し第１の基材１１の表層面に伝導されて放熱される。

このように、内蔵回路部品相互を接合した導電性の接合部１６を放熱路とした熱伝導経路によって、内蔵回路部品から発生した熱を効率よく迅速に放熱することができる。

上記構成の部品内蔵プリント配線板１０を用いて回路板８を構成することによって、回路板８の部品および配線の実装密度をより高め、回路板８および本体２をより小型、薄型化できるとともに、実装半導体集積回路部品を内蔵した回路板８の内部温度を一定の温度に保ち、安定した動作を期待できる。

なお、上記した各実施形態においては、２枚の両面配線基材を積層して４層構造とした部品内蔵プリント配線板を例に示したが、さらに両面配線基材若しくは片面配線基材を積層して多層の部品内蔵プリント配線板を構成することも可能である。

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構成を示す図。 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構成を示す図。 本発明の第４実施形態に係る部品内蔵プリント配線板の構成を示す図。 本発明の第５実施形態に係る部品内蔵プリント配線板の構成を示す図。 本発明の第６実施形態に係る電子機器の構成を示す図。

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…回路板（マザーボード）、１０，２０，３０，４０，５０…部品内蔵プリント配線板、１１，２１，３３１，４１，５１…第１の基材、１２，２２，３２，４２，５２…第１の半導体集積回路部品、１４，２４，３４，４４，５４…第２の基材、１５，２５，３５，４５，５５…第２の半導体集積回路部品、１６，２６，３６，４６，５６…接合部（導電性の接合材）。

Claims (9)

1. 第１の基材と、
   前記第１の基材に積層された第２の基材と、
   前記第１の基材の内層側に実装された第１の回路部品と、
   前記第２の基材の内層側に実装された第２の回路部品と、
   前記第１の回路部品と前記第２の回路部品とを導電性の接合材により接合した接合部と、
   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. 前記接合材は、はんだ、若しくは金属スタッドバンプ、若しくは導電性ペースト、若しくは異方性導電フィルムであることを特徴とする請求項１に記載の部品内蔵プリント配線板。
3. 前記接合部は、前記第２の回路部品で発生した熱を前記第１の基材に伝導する放熱路を形成していることを特徴とする請求項１に記載の部品内蔵プリント配線板。
4. 前記第１の回路部品は、前記接合部に接合した貫通ビアを有する半導体集積回路部品である請求項１に記載の部品内蔵プリント配線板。
5. 前記第１の基材の内層に、前記第２の回路部品で発生した熱を前記接合部および前記第１の回路部品を介して受熱するベタパターンを設けたことを特徴とする請求項３に記載の部品内蔵プリント配線板。
6. 前記第１の基材は金属プレートであることを特徴とする請求項３に記載の部品内蔵プリント配線板。
7. 前記第１の基材の外層に、前記第２の回路部品で発生した熱を前記接合部および前記第１の回路部品を介して外部に放熱する、電源回路のグランドパターンを設けたことを特徴とする請求項３に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、
   第１の基材の内層側に第１の回路部品を実装する工程と、
   第２の基材の内層側に第２の回路部品を実装する工程と、
   前記第１の回路部品の表面と前記第２の回路部品の表面とを互いに向かい合わせて前記両表面の一部を導電性の接合材により接合し、前記第１の基材に前記第２の基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. 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、積層された第１、第２の基材と、前記第１の基材の内層側に実装された第１の回路部品と、前記第２の基材の内層側に実装された第２の回路部品と、前記第１の回路部品と前記第２の回路部品とを導電性の接合材により接合した接合部とを具備した部品内蔵プリント配線板により構成されていることを特徴とする電子機器。

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