JP2010098021A - 部品内蔵配線基板および部品内蔵配線基板の製造方法 - Google Patents

部品内蔵配線基板および部品内蔵配線基板の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】１対の接続用の端子付きの電子部品を内蔵した部品内蔵プリント配線基板の不良を防止することができる部品内蔵プリント配線基板および部品内蔵プリント配線基板の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】コア層１にチップ部品７が実装された部品内蔵プリント配線基板において、コア層１において端子７ａが半田接合される１対の電極３ａの中間に位置してこの電極３ａの幅寸法に対応した範囲にレジスト４を形成し、このレジスト４および電極３ａと端子７ａとを接合する半田部６ａ＊を封止樹脂部６ｂ＊で覆う構造とする。これにより、チップ部品７の実装後のコア層１を対象として行われる粗化処理における半田部６ａ＊やレジスト４へのダメージや、再加熱時に半田部６ａ＊が再溶融した溶融半田の流動に起因する電極３ａ間の短絡などの部品内蔵配線基板１７の不良を防止することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数の配線層を積層して構成されコア層に電子部品が実装された部品内蔵配線基板および部品内蔵配線基板の製造方法に関するものである。
近年電子機器の高機能化・小型化の進展に伴い、電子部品が実装された実装基板において実装密度の更なる高度化が求められる傾向にある。このため、電子部品の実装に用いられるプリント配線基板として、複数積層された配線層の内層（コア層）に電子部品を実装したいわゆる部品内蔵型のものが用いられるようになっている（例えば特許文献１参照）。この特許文献例においては、プリント配線基板に複数層設けられた配線層のうち、内層にチップコンデンサ等のチップ部品（１対の端子付きの電子部品）を実装する例が示されている。ここでは、内層において周囲にソルダレジストが形成された実装ランドにチップ部品の端子を半田接合するようにしており、さらに隣り合う実装ランド間にソルダレジスト非形成部を設けるようにしている。
特開２００７−２１４２３０号公報
しかしながら上述の特許文献例においては、ソルダレジストが露呈状態で形成されていることおよび形成範囲に起因して、次のような不都合が生じる。すなわち複数の配線層を積層した構成の部品内蔵配線基板の製造においては、層間絶縁層と内層との密着性を向上させるため、部品実装後の内層を粗化処理する必要がある。この粗化処理は強酸や強アルカリなどの薬液を用いて行われるため、この粗化工程において露呈状態のソルダレジストへのダメージが避けられない。さらに、層間絶縁層形成のための積層加熱工程において、実装ランド間に存在するソルダレジスト非形成部に樹脂が完全に進入しない充填不良が発生しやすい。そしてこの充填不良が存在したまま表層への電子部品の実装のための再加熱が行われると、端子を接合する半田が再溶融して端子間を短絡するブリッジの発生などの不良が生じる。このように、従来のチップ部品を内蔵した部品内蔵配線基板には、ソルダレジストの形成形態に起因して、種々の不具合が生じていた。
そこで本発明は、１対の接続用の端子付きの電子部品を内蔵した部品内蔵配線基板の不良を防止することができる部品内蔵配線基板および部品内蔵配線基板の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の部品内蔵配線基板は、コア層を含む複数の配線層を積層して構成され前記コア層に１対の接続用の端子付きの電子部品が実装された部品内蔵配線基板であって、前記接続用の端子は前記コア層の少なくとも一方の面に形成された配線パターンを構成する１対の接続用の電極に半田部を介して半田接合され、前記配線層はプリプレグが固化した絶縁層に配線パターンを形成して構成されており、前記コア層において前記１対の電極の中間に位置して前記電極の幅寸法に対応した範囲に形成されたレジストと、前記コア層において前記電子部品の下面との間の隙間を充填して前記レジストおよび前記半田部を覆う封止樹脂部と、前記コア層の前記一方の面に積層されたプリプレグを固化させることにより形成され、前記電子部品および前記封止樹脂部を周囲から固定する部品固定層と、前記複数の配線層の１つであって前記部品固定層の表面に形成された表面層と、前記コア層の配線パターンと前記配線層とを接続する層間配線部とを備えた。
本発明の部品内蔵配線基板の製造方法は、請求項１に記載の部品内蔵配線基板を製造する部品内蔵配線基板の製造方法であって、熱硬化性樹脂に半田粒子を含有させた半田接合材料を前記電極に供給する半田供給工程と、半田供給工程後の前記コア層に前記電子部品を搭載して、前記電極に前記半田接合材料を介して前記端子を着地させる部品搭載工程と、前記部品搭載後の前記コア層を加熱することにより前記電子部品と前記電極とを半田接合する接合工程とを含み、前記半田部は、前記接合工程において前記半田粒子が溶融固化して形成され、前記封止樹脂部は、前記接合工程において前記熱硬化性樹脂が熱硬化して形成される。
本発明によれば、コア層に１対の接続用の端子付きの電子部品が実装された部品内蔵配線基板において、前記コア層において端子が半田接合される１対の電極の中間に位置してこの電極の幅寸法に対応した範囲にレジストを形成し、このレジストおよび電極と端子とを接合する半田部を封止樹脂部で覆う構造とすることにより、電子部品の実装後のコア層を対象として行われる粗化処理における半田部やレジストへのダメージや、表層への電子部品実装に際して行われる再加熱時に半田部が再溶融した溶融半田の流動に起因する電極間の短絡などの部品内蔵配線基板の不良を防止することができる。
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の部品内蔵配線基板におけるコア層の構成説明図、図２は本発明の一実施の形態の部品内蔵配線基板の製造方法を示す工程説明図、図３は本発明の一実施の形態の部品内蔵配線基板におけるコア層の部品実装部の断面図、図４は本発明の一実施の形態の部品内蔵配線基板の製造方法を示す工程説明図、図５は本発明の一実施の形態の部品内蔵配線基板の電極とレジストを示す平面図である。
本実施の形態においては、ベースとなるコア層を含む複数の配線層を積層して構成され、コア層に１対の接続用の端子付きの電子部品（以下、「チップ部品」と略称する。）が実装された部品内蔵配線基板を対象としている。まず図１を参照してコア層１の構成について説明する。
図１において、コア層１は絶縁性の樹脂基板２の上面２ａ、下面２ｂにそれぞれ配線パターン３および配線パターン５を形成した構成となっている。樹脂基板２の上面２ａは、部品内蔵配線基板に内蔵される電子部品が実装される内蔵部品実装面となっている。上面２ａには、全面に亘って銅箔など導電金属の薄膜よりなる配線パターン３が形成されており、配線パターン３にはコア層１にチップ部品を実装するための部品実装部１ａが設けられている（Ａ−Ａ断面参照）。部品実装部１ａは、配線パターン３を構成する薄膜に部分的にパターニングを施して形成されている。
部品実装部１ａにおいて、配線パターン３を構成する薄膜が部分的に除去されて樹脂基板２の上面２ａが露呈した露呈部には、１対の電極３ａが形成されている。これらの電極３ａには、チップ部品の１対の端子７ａ（図２参照）が接合される。それぞれの電極３ａからは、他の配線パターンと接続するリード部３ｂが延出している。すなわち電極３ａは、コア層１の少なくとも一方の面（上面２ａ）に形成された配線パターン３を構成する形態となっている。
また上面２ａが露呈した露呈部において、１対の電極３ａの中間には、絶縁性樹脂よりなるレジスト４が形成されている（図５も参照）。レジスト４は平面視して矩形の膜状に形成されており、レジスト４の形状寸法は、１対の電極３ａにおける対向方向の寸法である長さ寸法ａ、対向方向と直交する方向の幅寸法ｂ、厚みｔで形成されている。レジスト
４は、後述するように、完成した部品内蔵配線基板１７（図４参照）に電子部品を半田接合により表面実装する際の再加熱において、電極３ａにチップ部品を半田接合するために形成された半田部が溶融して流動するのをせき止めて、電極３ａの短絡の原因となる半田ブリッジの発生を防止する機能を有するものである。
このためレジスト４の幅寸法ｂは、電極３ａから流動する溶融半田を有効にせき止めることができるよう、電極３ａの幅寸法ｂ１以上となるように設定される。ここでは、幅寸法ｂがｂ１と等しくなるように設定した例を示している。また、厚みｔについても、流動する溶融半田をせき止めるのに十分なせき止め高さを確保できるような寸法に設定される。すなわちレジスト４は、コア層１において１対の電極３ａの中間に位置して電極３ａの幅寸法に対応した範囲に形成されている。
次に、図２，図３，図４を参照して、コア層１を用いて構成される部品内蔵配線基板の製造方法について説明する。図２（ａ）に示すように、コア層１の少なくとも一方の面（上面２ａ）に形成された配線パターン３を構成する接続用の電極３ａ上に、半田接合材料６を、スクリーン印刷やディスペンサによる塗布などの方法によって供給する（半田供給工程）。半田接合材料６は、半田の酸化膜を除去する活性作用を有する熱硬化性樹脂６ｂに半田粒子６ａを含有させたものである。ここでは、半田粒子６ａとしてＡｇ３．０％，Ｃｕ０．５％を含有するＳｎ系の半田の粒子、熱硬化性樹脂６ｂとしてビスフェノールＡ型のエポキシ樹脂を用い、エポキシ樹脂には硬化剤（活性剤）としてのオニウム塩が添加されている。
この後、図２（ｂ）に示すように、半田接合材料６が電極３ａに供給された半田供給工程後のコア層１に対して、両端部に１対の端子７ａを有するチップ部品７を搭載して、電極３ａに半田接合材料６を介して端子７ａを着地させる（部品搭載工程）。次いで、チップ部品７が搭載されたコア層１はリフロー装置に送られ、図２（ｃ）に示すように、部品搭載後のコア層１を加熱することにより、チップ部品７の端子７ａと電極３ａとを半田接合する（接合工程）。
すなわちこの接合工程においては、半田接合材料６中の半田粒子６ａが溶融固化することにより、電極３ａと端子７ａとを接合して電気的に導通させる半田部６ａ＊が形成される。この半田接合とともに、加熱により半田接合材料６中の熱硬化性樹脂６ｂの粘度が低下することによる流動と、さらに加熱が継続することによる熱効果反応が進行する。この流動により、熱硬化性樹脂６ｂはコア層１とチップ部品７の下面との間の隙間、すなわち部品実装部１ａにおいて露呈した樹脂基板２の上面２ａとチップ部品７の下面との間の隙間に進入して充填し、電極３ａと端子７ａとを接合する半田部６ａ＊およびレジスト４を覆う。そして熱硬化性樹脂６ｂが熱硬化することにより、コア層１においてチップ部品７の下面との間の隙間を充填して、レジスト４および半田部６ａ＊を覆う封止樹脂部６ｂ＊が形成される。
この封止樹脂部６ｂ＊の形成において、レジスト４が１対の電極３ａの間に位置して存在することにより、熱硬化性樹脂６ｂがコア層１とチップ部品７の下面との間の隙間を充填する際の充填率が向上するという効果を得る。すなわち、レジスト４はこの隙間において、前述の長さ寸法ａ、幅寸法ｂ、厚みｔで規定される所定体積を占めることから、電極３ａ上に供給された半田接合材料６中の熱硬化性樹脂６ｂの量が充填対象の隙間容積に対して不十分な場合にあっても、その不足分を補う効果を有する。したがって、長さ寸法ａ、幅寸法ｂ、厚みｔを決定するに際しては、電極３ａ上に供給することが可能な熱硬化性樹脂６ｂの量を推定し、不足分を補うのに十分な体積を与えるような寸法の組み合わせとする。
この後、半田接合工程後のコア層１を粗化処理する（粗化工程）。すなわち、図２（ｄ）に示すように、コア層１を強酸溶液などの処理液１０に浸漬することにより、配線パターン３の表面３ｃや配線パターン５の表面５ａが酸化により粗化されて、これらの表面には微細な凹凸よりなるアンカーパターンが形成される。このとき半田部６ａ＊およびレジスト４は、コア層１とチップ部品７の下面との間の隙間に形成された封止樹脂部６ｂ＊によって完全に覆われて保護されていることから、粗化処理の作用は半田部６ａ＊やレジスト４に及ぶことなく半田部６ａ＊やレジスト４は健全な状態に保たれる。
この後、コア層１にはチップ部品７を固定するための部品固定層および複数の配線層が積層される。すなわち、図４（ａ）に示すように、チップ部品７の位置に対応して開口部１１ａが設けられたプリプレグ１１およびプリプレグ１３の上面側に銅箔１４を貼着した構成の配線層１２を、コア層１の上面側（チップ部品７側）に順次重ね合わせる。すなわちこの工程においては、粗化処理工程後のコア層１において、チップ部品７を周囲から囲んで固定する部品固定層を形成するためのプリプレグ１１および部品固定層の表面に形成される表面層１２を少なくとも含む複数の配線層１２をコア層１と貼り合わせて積層し、積層体１５を形成する（積層工程）。
次いで、図４（ｂ）に示すように、コア層１、プリプレグ１１および配線層１２より成る積層体１５をプレス装置によって３０ｋｇ／ｃｍ２程度の圧力で加圧しながら、１５０℃〜２００℃程度の温度で加熱する。これにより、プリプレグ１３、１１の各層に含浸された樹脂が軟化して相接する界面が相互に融着するとともに、配線パターン３の表面３ｃにプリプレグ１１が密着する。このとき、粗化処理工程において表面３ｃには微細なアンカーパターンが形成されていることから、良好な密着性が確保される。
さらにプリプレグ１３、１１中に含浸された樹脂が、加圧・加熱により開口部１１ａ内においてチップ部品７との隙間部分を充填し、チップ部品７や封止樹脂部６ｂ＊を周囲から固定する部品固定層１１＊を形成する。すなわちここでは、積層工程において形成された積層体１５を加熱・加圧することにより、チップ部品７を周囲から囲んで固定する部品固定層１１＊を形成するとともに、コア層１と配線層１２とを固着させる（プレス工程）。この加熱・加圧により、プリプレグ１３は融着状態で熱硬化して、配線層１２における絶縁層を形成する。
次いで図４（ｃ）に示すように、積層体１５を貫通するスルーホールの内面にメッキ層を形成することにより、コア層１の配線パターン３と配線層１２の銅箔１４とを接続する層間配線部１６を形成し（層間配線工程）、さらに配線層１２の銅箔１４にパターニングを施すことにより、配線パターン１４ａを形成する（回路形成工程）。
これにより、コア層１を含む複数の配線層（コア層１，配線層１２）を積層して構成され、コア層１にチップ部品７が実装された部品内蔵配線基板１７が完成する。この部品内蔵配線基板１７においては、チップ部品７の端子７ａはコア層１の少なくとも一方の面に形成された配線パターン３を構成する接続用の電極３ａに半田部６ａ＊を介して半田接合されており、また配線層１２はプリプレグ１３が固化した絶縁層１３＊に配線パターン１４ａを形成して構成された形態となっている。
さらに部品内蔵配線基板１７は、コア層１において１対の電極３ａの中間に位置して電極３ａの幅寸法ｂ２に対応した範囲に形成されたレジスト４と、コア層１においてチップ部品７の下面との間の隙間を充填してレジスト４および半田部６ａ＊を覆う封止樹脂部６ｂ＊と、コア層１の上面２ａ（一方の面）に積層されたプリプレグ１１を固化させることにより形成され、チップ部品７および封止樹脂部６ｂ＊を周囲から固定する部品固定層１１＊と、複数の配線層の１つであって部品固定層１１＊の表面に形成された表面層として
の配線層１２と、コア層１の配線パターン３と表面層である配線層１２の配線パターン１４ａとを接続する層間配線部１６とを備えた構成となっている。
このようにして製造された部品内蔵配線基板１７はさらに部品実装の対象となり、表面層の配線層１２に電子部品が半田接合により実装され実装基板が完成する。この実装基板の製造過程においては、半田接合に際し部品内蔵配線基板１７全体が再加熱される。この加熱により、コア層１において電極３ａと端子７ａとを半田接合する半田部６ａ＊が溶融する。このとき、チップ部品７の下面とコア層１との間の隙間は封止樹脂部６ｂ＊によって充填されていることから、半田部６ａ＊が溶融した溶融半田の流動が阻止される。
このとき、封止樹脂部６ｂ＊による隙間の充填度合いが低く、チップ部品７の下面とコア層１との間の隙間に封止樹脂部６ｂ＊が充填されていないボイドが存在する場合には、半田部６ａ＊が溶融した溶融半田が対向する電極３ａの方向へボイドを介して流動する可能性がある。このような場合にあっても、本実施の形態においては１対の電極３ａの中間にはレジスト４が形成されていることから、半田部６ａ＊が溶融した溶融半田の対向する電極３ａの方向への流動は、レジスト４によってせき止められる。これにより、再加熱において半田部６ａ＊が溶融した溶融半田が対向する電極３ａ間において半田ブリッジを形成することによる短絡に起因する不良を確実に防止することが可能となっている。
本発明の部品内蔵配線基板および部品内蔵配線基板の製造方法は、１対の接続用の端子付きの電子部品を内蔵した部品内蔵配線基板の不良を防止することができるという利点を有し、複数の配線層を積層して構成された部品内蔵配線基板の製造分野に有用である。
本発明の一実施の形態の部品内蔵配線基板におけるコア層の構成説明図 本発明の一実施の形態の部品内蔵配線基板の製造方法を示す工程説明図 本発明の一実施の形態の部品内蔵配線基板におけるコア層の部品実装部の断面図 本発明の一実施の形態の部品内蔵配線基板の製造方法を示す工程説明図 本発明の一実施の形態の部品内蔵配線基板の電極とレジストを示す平面図
符号の説明
１ コア層
１ａ 部品実装部
２ 樹脂基板
２ａ 上面
３ 配線パターン
３ａ 電極
４ レジスト
６ 半田接合材料
６ａ 半田粒子
６ａ＊ 半田部
６ｂ 熱硬化性樹脂
６ｂ＊ 封止樹脂部
７ チップ部品
７ａ 端子
１１ プリプレグ
１２ 配線層
１７ 部品内蔵配線基板

Claims (2)

  1. コア層を含む複数の配線層を積層して構成され前記コア層に１対の接続用の端子付きの電子部品が実装された部品内蔵配線基板であって、
    前記接続用の端子は前記コア層の少なくとも一方の面に形成された配線パターンを構成する１対の接続用の電極に半田部を介して半田接合され、前記配線層はプリプレグが固化した絶縁層に配線パターンを形成して構成されており、
    前記コア層において前記１対の電極の中間に位置して前記電極の幅寸法に対応した範囲に形成されたレジストと、
    前記コア層において前記電子部品の下面との間の隙間を充填して前記レジストおよび前記半田部を覆う封止樹脂部と、
    前記コア層の前記一方の面に積層されたプリプレグを固化させることにより形成され、前記電子部品および前記封止樹脂部を周囲から固定する部品固定層と、
    前記複数の配線層の１つであって前記部品固定層の表面に形成された表面層と、前記コア層の配線パターンと前記配線層とを接続する層間配線部とを備えたことを特徴とする部品内蔵配線基板。
  2. 請求項１に記載の部品内蔵配線基板を製造する部品内蔵配線基板の製造方法であって、
    熱硬化性樹脂に半田粒子を含有させた半田接合材料を前記電極に供給する半田供給工程と、
    半田供給工程後の前記コア層に前記電子部品を搭載して、前記電極に前記半田接合材料を介して前記端子を着地させる部品搭載工程と、
    前記部品搭載後の前記コア層を加熱することにより前記電子部品と前記電極とを半田接合する接合工程とを含み、
    前記半田部は、前記接合工程において前記半田粒子が溶融固化して形成され、
    前記封止樹脂部は、前記接合工程において前記熱硬化性樹脂が熱硬化して形成されることを特徴とする部品内蔵配線基板の製造方法。
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