JP2011138890A - 部品内蔵基板とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は電子部品を高密度に内蔵した部品内蔵基板を提供することを目的とするものである。
【解決手段】本発明は、この課題を解決するために回路基板５２と回路基板５９との間に設けられた樹脂製のスペーサ５４とを有し、このスペーサ５４には、第１の接続パッドと対向して形成されるとともに、前記第１の接続パッドへ接続された第２の接続パッドと、この第２の接続パッドと前記第２の回路基板との間を接続する接続導体とを設け、前記第１の接続パッドと前記第２の接続パッドとの間は前記電子部品と同じ接続部材で接続されるとともに、前記樹脂部の上側には研磨面を有し、この研磨面には前記接続導体が前記樹脂部から露出する露出部を形成し、この露出部で前記接続導体と前記第２の回路基板とが電気的に接続されて、前記第１の回路基板と前記第２の回路基板との間が電気的に接続されたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品が内蔵された部品内蔵基板に関するものである。

以下、従来の部品内蔵基板１について図面を用いて説明する。図９は従来の部品内蔵基板の断面図であり、図９において、回路基板２の上面には電子部品３がはんだによって実装されている。回路基板２の上面には、電子部品３を囲うように基材層４が積層されている。ここで基材層４は、ガラスクロスの基材にエポキシ樹脂が含浸されたものである。そして、この基材層４の上にさらに回路基板５が積層される。スルーホール６は、これら回路基板２、基材層４、回路基板５とを貫通するように形成され、回路基板２と回路基板５との間を電気的に接続する。ここで回路基板５と回路基板２及び基材層４で囲まれた領域には、樹脂７が充填されている。

次に、従来の部品内蔵基板１の製造方法について図面を用いて説明する。図１０は従来の部品内蔵基板の製造フローチャートである。図１０において、図９と同じものには同じ番号を用いて、その説明は簡略化している。

図１０において、回路基板製造工程２１では、複数個の回路基板２が連結されたシート状基板を製造する。一般的に回路基板製造工程２１においては、生産性を重視して、シート状基板２０の大きさは５００ｍｍｘ６００ｍｍ以上（大板サイズという）の大きさである。実装工程２２では、回路基板２上にはんだ２３によって電子部品３を実装する。

なお、従来の実装工程２２ではシート状基板２０（大板サイズ）のままで、電子部品３が実装される。これは従来の部品内蔵基板１が、プリント基板を生産する工程を用いて製造されるためである。つまり従来の部品内蔵基板１において、回路基板２と回路基板５との間の接続は、スルーホール６によって行われている。ところが一般的なプリント基板の製造設備では、生産性の観点から、なるべく大きなシート状基板のサイズで生産が行われる。もし、このサイズを小さくし、回路基板２単位で製造しようとすると、一般のプリント基板を製造する汎用の設備が使用できなくなる上に、生産性も悪化し、非常に価格も高くなってしまうこととなる。したがって、従来の部品内蔵基板１においても大きなシート状基板によって製造されることとなるわけである。

積層工程２４は実装工程２２の後で、プリプレグ４ａと回路基板５とをこの順で回路基板２上に積層する工程である。プリプレグ４ａはガラスクロス基材に熱硬化性の樹脂７が含浸されたものであり、本実施の形態においては、樹脂７にはエポキシ樹脂が用いられている。ここで、プリプレグ４ａはロの字型の形状であり、プリプレグ４ａで電子部品３が囲われるように搭載される。なおこのロの字型のプリプレグ４ａは、孔加工工程２５において四角形のプリプレグ４ａの中央部に四角形の孔を形成することで得られる。これにより回路基板２と回路基板５及びプリプレグ４ａによって囲まれた空間が形成されることとなり、この空間内に電子部品３が設けられることとなる。

熱圧縮工程２６は積層工程２４の後で、回路基板２、プリプレグ４ａ、回路基板５との積層体の上下から熱を加えながら圧縮する工程である。これにより、プリプレグ４ａに含浸された樹脂の粘度が低下してプリプレグ４ａの樹脂分が流れ出し、空間内へ流れ込んで空間に樹脂７が充填される。そして、さらに加熱を続けることによって熱硬化性の樹脂７は硬化する。これにより、プリプレグ４ａが硬化して基材層４が形成されるとともに、プリプレグ４ａから流れ出た樹脂分が硬化し樹脂７で電子部品３が埋設される。

ビア孔加工工程２７は、熱圧縮工程２６の後でドリルなどによって回路基板２、基材層４、回路基板５とを貫通する孔を加工する工程である。めっき工程２８は、ビア孔加工工程２７の後で加工したビア孔にめっきを施し、回路基板２と回路基板５との間を接続するスルーホール６を形成する工程である。

そして最後に分割工程２９では、ダイシングカッターなどによって、回路基板２同士の連結部分を切断して部品内蔵基板１が完成する。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。

特開２００５−３１０８７１号公報 特開２００５−３１０８７２号公報

しかしながら従来の部品内蔵基板１では、サイズの大きなシート状基板の状態で電子部品３が実装されるので、電子部品３の装着精度が悪くなり、電子部品３同士の距離を小さくできないという課題を有していた。

そこで本発明は、この問題を解決したもので、実装する電子部品３間の間隔を小さくし、内蔵する電子部品３を高密度に実装できる部品内蔵基板を提供することを目的としたものである。

この目的を達成するために第１の回路基板の上面に形成された第１の接続パッドと、この第１の接続パッド上に装着されるとともに、前記第１の回路基板と第２の回路基板との間に設けられた樹脂製のスペーサとを有し、このスペーサには、前記第１の接続パッドと対向して形成されるとともに、前記第１の接続パッドへ接続された第２の接続パッドと、この第２の接続パッドと前記第２の回路基板との間を接続する接続導体とを設け、前記第１の接続パッドと前記第２の接続パッドとの間は前記電子部品と同じ接続部材で接続されるとともに、前記樹脂部の上側には研磨面を有し、この研磨面には前記接続導体が前記樹脂部から露出する露出部を形成し、この露出部で前記接続導体と前記第２の回路基板とが電気的に接続されて、前記第１の回路基板と前記第２の回路基板との間が電気的に接続されたものである。これにより所期の目的を達成することができる。

以上のように本発明によれば、第１の回路基板と、この第１の回路基板の上面に接続部材を介して装着された電子部品と、この電子部品を覆う樹脂部と、この樹脂部の上に形成された第２の回路基板とを備え、前記第１の回路基板の上面に形成された第１の接続パッドと、この第１の接続パッド上に装着されるとともに、前記第１の回路基板と前記第２の回路基板との間に設けられた樹脂製のスペーサとを有し、このスペーサには、前記第１の接続パッドと対向して形成されるとともに、前記第１の接続パッドへ接続された第２の接続パッドと、この第２の接続パッドと前記第２の回路基板との間を接続する接続導体とを設け、前記第１の接続パッドと前記第２の接続パッドとの間は前記電子部品と同じ接続部材で接続されるとともに、前記樹脂部の上側には研磨面を有し、この研磨面には前記接続導体が前記樹脂部から露出する露出部を形成し、この露出部で前記接続導体と前記第２の回路基板とが電気的に接続されて、前記第１の回路基板と前記第２の回路基板との間が電気的に接続された部品内蔵基板であり、第１の回路基板と第２の回路基板との間の接続は、第１の回路基板上に実装されたスペーサによって接続されるので、電子部品３を実装後にスルーホールを形成する必要がない。これにより、電子部品３の実装は、シート状態の基板を第１の回路基板単位などへ切断し、小さなサイズで行うことができる。これにより、電子部品３の装着精度を向上でき、電子部品３同士の間隔を小さくできる。したがって内蔵する電子部品３を高密度に実装した部品内蔵基板を実現できる。

本実施の形態における部品内蔵基板の断面図 （ａ）スペーサの下面図、（ｂ）他の例のスペーサの下面図、（ｃ）第３の例におけるスペーサの下面図 同、他の例における部品内蔵基板の断面図 本実施の形態における部品内蔵基板の製造フローチャート 同、実装工程における部品内蔵基板の断面図 同、樹脂部形成工程における部品内蔵基板の断面図 同、研磨工程における部品内蔵基板の断面図 同、積層工程における部品内蔵基板の断面図 従来の部品内蔵基板の断面図 同、製造フローチャート

（実施の形態）
以下、本実施の形態における部品内蔵基板５１について図面を用いて説明する。図１は、本実施の形態における部品内蔵基板の断面図であり、図２（ａ）は、同スペーサの下面図、図２（ｂ）は、他の例のスペーサの下面図であり、図２（ｃ）は、第３の例におけるスペーサの下面図である。図１、図２（ａ）において、回路基板５２は多層基板であり、上面には電子部品３が装着される装着ランド５３と、スペーサ５４が実装される接続パッド５５や、これらを接続する配線導体が設けられ、一方下面にも配線導体などが形成されている。そしてこの回路基板５２の上下は、スルーホールなどの導体によって接続される。ここで、電子部品３と装着ランド５３との間は接続部材５６で接続されている。本実施の形態においては、接続部材５６として鉛フリーはんだが用いられている。

スペーサ５４は樹脂によって形成されており、そのスペーサ５４の下面には接続パッド５４ａが形成され、一方上面には接続パッド５４ｂが形成される。そして、これら接続パッド５４ａと接続パッド５４ｂとの間は、導体５７(なお、ここでは接続パッド５４ｂと導体５７とで接続導体が構成されている)で電気的に接続されている。このようなスペーサ５４は、接続パッド５５と接続パッド５４ａとが対向するようにして装着され、この接続パッド５４ａと接続パッド５５との間は、接続部材５６によって接続される。

なお本実施の形態におけるスペーサ５４は、中央に孔５４ｃが形成されたロの字型の形状をなしている。また、スペーサ５４は、図２（ｂ）に示すようなＩ型の形状や、図２（ｃ）に示すように接続パッド５４ａ（あるいは接続パッド５４ｂ、接続導体５７なども）を２列に並べて配列してもよい。さらにこれらのスペーサ５４に設ける接続パッド５４ａの位置や数は接続パッド５５の位置や数に応じて適宜変更すればよい。なお本実施の形態におけるスペーサ５４は、スペーサ５４を貫通する孔が形成され、この孔内に導体５７が充填されたものであるが、この導体５７はいわゆるスルーホールのようにめっきなどによって形成しても構わない。

回路基板５２の上面には、樹脂部５８が設けられている。この樹脂部５８には、電子部品３やスペーサ５４が埋設されている。ここで、樹脂部５８の上面には研磨面５８ａが形成されている。そして接続パッド５４ｂの上面と研磨面５８ａとは同一平面上にあり、この研磨面５８ａには接続パッド５４ｂが樹脂部５８から露出する露出部が形成される。

回路基板５９は、樹脂部５８の研磨面５８ａ上に接着されている。このとき露出部において、スペーサ５４の接続パッド５４ｂと回路基板５９とが電気的に接続される。これによって、回路基板５２と回路基板５９との間が電気的に接続されることとなる。本実施の形態では、回路基板５９において、接続パッド５４ｂ（露出部）に対応する位置には少なくとも下方側に開口を有する孔が形成され、この孔に導電部材５９ａが充填されている。そしてこの導電部材５９ａが露出部において接続パッド５４ｂと接続されることにより、回路基板５９とスペーサ５４とが電気的に接続される。なお、この導電部材５９ａは、回路基板５９の上面に構成された配線導体とも電気的に接続されている。このようにスペーサ５４の上面に接続パッド５４ｂを設けているので、導体５７と導電部材５９ａとの位置をずらして配置することも可能となる。したがって、回路基板５２と回路基板５９とを電気的に接続する位置の自由度を大きくできる。

以上の構成により、回路基板５２と回路基板５９との間の接続は、回路基板５２上に実装されたスペーサ５４によって接続されるので、電子部品３を実装後にスルーホールなどを形成する必要がない。したがって、電子部品３の実装は、大判サイズで行う必要がなく、大判サイズのシート状態の基板を切断し、小さなサイズで行うことができる。これにより、電子部品３の装着精度を向上でき、電子部品３同士の間隔を小さくできる。したがって内蔵する電子部品３を高密度に実装した部品内蔵基板を実現できる。

図３は、他の例における部品内蔵基板５１の断面図である。図３において、図１と同じものには同じ番号を用い、その説明は簡略化している。この図３では、スペーサ５４の上面には接続パッド５４ｂを形成せず、導体５７の上面を樹脂部５８の研磨面５８ａから直接に露出させ、この導体５７と回路基板５９とを電気的に接続させたものである。なおこの場合、導体５７と導電部材５９ａとが、ほぼ一直線上に並ぶような位置に配置する。

図４は本実施の形態における部品内蔵基板５１の製造フローチャートであり、図５は実装工程における部品内蔵基板の断面図であり、図６は樹脂埋設工程における部品内蔵基板の断面図であり、図７は研磨工程における部品内蔵基板の断面図であり、図８は積層工程における部品内蔵基板の断面図である。なお、これら図４から図８において、図１と同じものには同じ番号を用い、その説明は簡略化している。では本実施の形態における部品内蔵基板５１の製造方法について、図４の順序に従って説明する。

図４、図５において配線工程７１では、大板サイズの状態でシート基板７２の上面に接続パッド５５を形成する。分割工程７３は配線工程７１の後で、このシート基板７２を切断して分割シート基板５２ａへと分割する。実装工程７４は分割工程７３の後で、分割シート基板５２ａへ電子部品３やスペーサ５４を接続部材５６で実装する工程である。なお、電子部品３の電極が装着ランド５３へ接続部材５６によって接続され、一方スペーサ５４の接続パッド５４ａは接続パッド５５と対向して配置され、これらの間も接続部材５６によって接続される。具体的には分割シート基板５２ａの状態で、装着ランド５３や接続パッド５５へクリーム状の接続部材５６（はんだ）を塗布し、電子部品３やスペーサ５４を汎用の実装機で実装し、電子部品３やスペーサ５４をそれぞれの回路基板５２へリフローはんだ付けする。ここで本実施の形態では、分割シート基板５２ａの大きさを１００ｍｍ角程度の大きさとしている。このように分割シート基板５２ａをこの程度の大きさとしておけば、電子部品３同士の間隔を０．１ｍｍ程度の非常に高い密度での実装が可能となる。

ところが本実施の形態において各回路基板５２の大きさは、約５ｍｍ角の大きさである。汎用の実装機では、このような小さなサイズの回路基板５２へ実装することは困難である。そこで、本実施の形態における分割シート基板では、回路基板５２同士が連結部によって連結された状態で、縦に１５行、横に１５列配置されている。なお、本実施の形態では複数の回路基板５２を連結して分割シート基板を形成したが、回路基板５２の大きさが実装工程で実装できる範囲の大きさであれば、１個の回路基板５２を分割シート基板としても構わない。

図６は樹脂部成型工程における部品内蔵基板の断面図である。図４、図６において樹脂部形成工程７５は、実装工程７４の後で分割シート基板５２ａ上に樹脂部５８を形成する工程である。本実施の形態では、トランスファー成型機などを用いて行っている。具体的には、分割シート基板５２ａの上面に金型（図示せず）を被せ、分割シート基板５２ａと金型との間に設けられるキャビティ（空間）へ軟化した樹脂５８ｂを流し込み、硬化させることで樹脂部５８を形成する。なお本実施の形態では、トランスファー成型によって樹脂部５８を形成したが、これは軟化して樹脂５８ｂをディスペンサなどでポッティングする方法や、マスクなどで印刷し形成する方法でも良い。ただしいずれの方法においても、樹脂５８ｂが電子部品３やスペーサ５４を完全に覆うように樹脂５８ｂを充填する。

図７は、本実施の形態の研磨工程における部品内蔵基板の断面図である。図４、図７において、研磨工程７６は樹脂部形成工程７５の後で、樹脂部５８の上面を研磨機９１などによって研磨し、樹脂部５８の上面に研磨面５８ａを形成する工程である。このとき樹脂部５８は、樹脂部５８から接続パッド５４ｂが露出する高さとなるまで研磨される。これにより、研磨面５８ａにおいて接続パッド５４ｂが露出し、研磨面５８ａと接続パッド５４ｂ上面とが同一平面上に形成されることとなる。

本実施の形態においては、接続パッド５４ｂが露出するまで研磨している。これにより、後工程で導電部材５９ａとの位置ずれの許容寸法を大きくできる。ところが、この場合研磨厚みのばらつきや回路基板５２のそりを小さくする必要がある。そこで、図３に示すように導体５７が露出するように研磨しても良い。これによれば、研磨の厚みや回路基板５２にそりがあっても、確実に導体５７を樹脂部５８から露出させることができる。なお、この場合にはスペーサ５４の上側に接続パッド５４ｂを設ける必要はない。

図８は本実施の形態の積層工程における部品内蔵基板の断面図である。図４、図８において、積層工程７７は、研磨工程７６で形成された樹脂部５８における研磨面５８ａ上にプリプレグ１０１が積層され、その上に硬化済みの回路基板１０２が積層される。ここで、回路基板１０２には表裏に配線パターンが形成され、これら表裏の配線パターン同士は、スルーホールなどによって接続されている。また、プリプレグ１０１と回路基板１０２とは、あらかじめ分割シート基板５２ａと対応するサイズ（ほぼ同じ大きさ）へと切断されている。ここで、プリプレグ１０１の接続パッド５４ｂに対応する位置には孔が形成され、この孔内に未硬化の導電部材５９ａが充填されている。これにより、導電部材５９ａの下側は、接続パッド５４ｂへと接触し、導電部材５９ａの上側は回路基板１０２の裏面側の配線パターンへと接触された状態となる。なお、本実施の形態では、プリプレグ１０１を１層のみとしたが、これは２層以上重ねても良い。また、回路基板１０２は両面としたが、多層基板を用いても構わない。

ここで、積層工程７７の前にプリプレグ準備工程７８は、プリプレグ１０１を分割シート基板５２ａに対応する大きさに切断するとともに、接続パッド５４ｂに対応する位置に孔を加工し、この孔に導電部材５９ａを充填する。

硬化工程７９は、積層工程７７で樹脂部５８上に積層されたプリプレグを加熱するとともに、樹脂部５８が形成された分割シート基板５２ａ上にプリプレグ１０１と回路基板１０２とが積層された状態で、圧縮される。これによりプリプレグ１０１と導電部材５９ａとが硬化し、樹脂部５８上に回路基板５９が接着される。そしてこのとき、導電部材５９ａが接続パッド５４ｂと回路基板１０２と電気的に接続されることとなる。

分割工程８０は、硬化工程７９の後で回路基板５２同士を連結した連結部１０３を切断することによって、電子部品３が内蔵され、回路基板５２と回路基板５９とが電気的に接続された部品内蔵基板５１が完成する。

以上のように回路基板５２と回路基板５９との間の接続は、回路基板５２上に実装されたスペーサ５４によって接続される。具体的には、スペーサ５４の上面に設けられた接続パッド５４ｂと導電部材５９ａとが接触し、回路基板５９とスペーサ５４との間が電気的に接続される。一方接続パッド５５と接続パッド５４ａとの間が接続部材５６で接続されることによって、スペーサ５４は回路基板５２と電気的に接続する。これにより、電子部品３の実装後にスルーホールなどを形成する必要がない。つまり電子部品３の実装は、分割シート基板５２ａへ切断し、小さなサイズで行うことができる。これにより、電子部品３の装着精度を向上でき、電子部品３同士の間隔を小さくできる。したがって高密度に電子部品３が内蔵された部品内蔵基板５１を実現できる。また、スペーサ５４は電子部品３と同時に回路基板５２へ装着可能であり、費用に生産性も良好である。

なお、本実施の形態ではそれぞれの回路基板５２にスペーサ５４を実装したが、これはスペーサ５４同士を連結したものを回路基板５２上に装着しても良い。ただしこの場合、分割工程７３において連結部の切断と同時にスペーサ５４同士を連結する連結部も切断する。

本発明にかかる部品内蔵基板は、基板内に内蔵される電子部品の実装密度を高くできるという効果を有し、小型化を要求される携帯用機器などに用いられる基板等として用いると有用である。

３ 電子部品
５２ 回路基板
５４ スペーサ
５４ａ 接続パッド
５４ｂ 接続パッド
５５ 接続パッド
５６ 接続部材
５７ 導体
５８ 樹脂部
５８ａ 研磨面
５９ 回路基板

Claims (7)

1. 第１の回路基板と、この第１の回路基板の上面に接続部材を介して装着された電子部品と、この電子部品を覆う樹脂部と、この樹脂部の上に形成された第２の回路基板とを備え、前記第１の回路基板の上面に形成された第１の接続パッドと、この接続第１のパッド上に装着されるとともに、前記第１の回路基板と前記第２の回路基板との間に設けられた樹脂製のスペーサとを有し、このスペーサには、前記第１の接続パッドと対向して形成されるとともに、前記第１の接続パッドへ接続された第２の接続パッドと、この第２の接続パッドと前記第２の回路基板との間を接続する接続導体とを設け、前記第１の接続パッドと前記第２の接続パッドとの間は前記電子部品と同じ接続部材で接続されるとともに、前記樹脂部の上側には研磨面を有し、この研磨面には前記接続導体が前記樹脂部から露出する露出部を形成し、この露出部で前記接続導体と前記第２の回路基板とが電気的に接続されて、前記第１の回路基板と前記第２の回路基板との間が電気的に接続された部品内蔵基板。
2. 接続部材には鉛フリーはんだを用いた請求項１に記載の部品内蔵基板。
3. 第２の回路基板には、接続導体に対応する位置に形成されるとともに、少なくとも下方側に開口を有した孔と、この孔内に充填された導電部材とが設けられ、この導電部材が前記接続導体へ接着されて、前記接続導体と前記第２の回路基板とが電気的に接続された部品内蔵基板。
4. 請求項１に記載の部品内蔵基板の製造方法において、第１の回路基板が複数個連結された第１のシート基板の上面に第１の接続パッドを形成する工程と、この工程の後で前記第１のシート基板を切断し第２のシート基板を得る工程と、この工程の後で前記第１の回路基板の上面に接続部材で電子部品を実装するとともに、この電子部品と同じ接続部材で第１の接続パッドへスペーサを実装する工程と、この工程の後で前記電子部品と前記スペーサを覆うように前記基板上面に樹脂部を形成する工程と、この工程の後で前記樹脂部から接続導体が露出するように前記樹脂部の上面を研磨する工程と、この工程の後で前記樹脂部の上にプリプレグを積層する工程と、この工程の後で前記プリプレグと前記ペースト状の導電部材とを硬化させて第２の回路基板を形成させる工程と、前記プリプレグを積層する工程の前に設けられたプリプレグの準備工程とを有し、前記プリプレグの準備工程では、プリプレグに対し接続導体に対応する位置に形成された孔へペースト状の導電部材を充填するとともに、前記プリプレグを前記第２のシート基板に対応する大きさに切断し、前記第２の回路基板を形成する工程では、前記樹脂部と前記第２の回路基板とを接着するとともに、前記導電部材と前記接続導体とを接続させる部品内蔵基板の製造方法。
5. プリプレグを積層する工程では、前記プリプレグの上に硬化済みであるとともに、あらかじめ第１の回路基板に対応する大きさに切断された第３の回路基板が積層され、第２の回路基板を形成する工程では、前記プリプレグとペースト状の導電部材を硬化させることにより、前記第３の回路基板と接続導体との間が接続される請求項４に記載の部品内蔵基板の製造方法。
6. 第２のシート基板は複数個の第１の回路基板が連結部によって連結されて形成され、プリプレグとペースト状の導電部材とを硬化させる工程の後で前記連結部を切断する請求項５に記載の部品内蔵基板の製造方法。
7. スペーサを実装する工程では、前記スペーサが複数個連結された状態で実装され、前記スペーサ間を連結する連結部は第１の回路基板の連結部を切断する工程で同時に切断される請求項６に記載の部品内蔵基板の製造方法。

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