JP2012089812A - 埋め込み印刷回路基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁距離が一定である埋め込み印刷回路基板を具現することにより、印刷回路基板の電気的特性を一定に維持し、歪み問題を改善して、内蔵密集度が向上された埋め込み印刷回路基板の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明による埋め込み印刷回路基板の製造方法は、（Ａ）第１金属層１１２、第１硬化絶縁層１１４、第１半硬化絶縁層１１６が順に積層された第１構造体１１０及び第２金属層１２２、第２硬化絶縁層１２４、第２半硬化絶縁層１２６が順に積層された第２構造体１２０を備える段階、（Ｂ）第１半硬化絶縁層１１６上にキャビティ１３２が備えられた内層基材１３０を積層し、キャビティ１３２に配置されるように第１半硬化絶縁層１１６の表面に電子素子１４０を固定する段階、及び（Ｃ）第１半硬化絶縁層１１６と第２半硬化絶縁層１２６が互いに向い合うように配置し、内層基材１３０の方向に第１構造体１１０と第２構造体１２０を圧着して、電子素子１４０を埋め込む段階を含む。
【選択図】図８

Description

本発明は、埋め込み印刷回路基板の製造方法に関する。

最近、電子機器製品の小型化、軽量化の趨勢により、半導体素子などの電子素子を内蔵した印刷回路基板の開発が注目を集めている。

電子素子内蔵型印刷回路基板を具現するために、印刷回路基板にＩＣ（Ｉｎｔｅｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）チップなどの半導体素子を実装する表面実装技術が多く存在しており、このような技術としては、ワイヤボンディング（Ｗｉｒｅ Ｂｏｎｄｉｎｇ）、フリップチップ（Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐ）などの方法がある。

ここで、ワイヤボンディングによる実装方法は、設計回路が印刷された電子素子を接着剤を利用して印刷回路基板にボンディングさせて、印刷回路基板のリードフレームと電子素子の金属端子（即ち、パッド）の間に情報の送受信のために金属ワイヤで接続させた後、電子素子及びワイヤを熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂などでモールディング（ｍｏｌｄｉｎｇ）させることである。

また、フリップチップによる実装方法は、電子素子に金、半田、あるいはその他の金属などの素材で数十μｍから数百μｍまでのサイズの外部接続端子（即ち、バンプ）を形成し、既存のワイヤボンディングによる実装方法と反対に、バンプが形成された電子素子を裏返して（ｆｌｉｐ）表面が基板方向に向けるように実装させることである。

しかし、このような表面実装方法は、電子素子を印刷回路基板の表面に実装することであり、実装後の全体厚さを印刷回路基板及び電子素子の厚さの和より小さくすることができないため、高密度化に困難があった。

このような問題点を解決するために、電子素子を印刷回路基板内、即ち、外部でなく印刷回路基板の内部に実装して、ビルドアップ（Ｂｕｉｌｄ−ｕｐ）層を形成して電気的接続をすることにより、小型化及び高密度化を図るための方法が開発されている。

図１から図４は、従来技術による電子素子内蔵型印刷回路基板の製造方法を説明するための工程断面図であり、これを参照して、その製造方法を説明すると、次の通りである。

まず、銅箔積層板に内層回路層１１及び電子素子１４（図２参照）を収容するためのキャビティ（ｃａｖｉｔｙ）１２が形成されたコア基板１０を製造して、コア基板１０の一面に電子素子を支持するためのテープ１３を付着する（図１参照）。

次に、電極端子１５を有する電子素子１４がキャビティ１２に収容されるように、テープ１３に電子素子１４をフェイスアップ（ｆａｃｅ−ｕｐ）状態で付着する。次に、テープ１３が付着されていないコア基板１０の他面に、電子素子１４とキャビティ１２の間の空間を含んで第１絶縁層１６を形成した後、硬化させる（図２参照）。

次に、コア基板１０の一面に付着されたテープ１３（図２参照）を除去し、テープ１３が除去されたコア基板１０の他面に第２絶縁層１７を形成する（図３参照）。

最後に、内層回路層１１または電子素子１４の電極端子１５と連結されるビア１９を有する外層回路層１８を、第１絶縁層１６または第２絶縁層１７に形成する（図４参照）。

しかし、図１から図４に図示された従来技術によって電子素子１４を印刷回路基板に内蔵する場合、電子素子１４を支持するために支持用テープ１３が用いられ、後で除去されるため、製造コストが増加するだけでなく、テープ１３を着脱するテーピング（ｔａｐｉｎｇ）工程により製造工程が複雑になるという問題点があった。

また、テープ１３で電子素子１４を支持した状態で、テープ１３が付着されていない面に第１絶縁層１６を形成した後、テープ１３を除去し、その後、テープ１３が除去されたコア基板１０の一面に再度第２絶縁層１７を形成するため、工程時間が長くなるという問題点があった。

さらに、前記第１絶縁層１６または第２絶縁層１７に用いられるプリプレグ（ｐｒｅｐｒｅｇ）またはＲＣＣ（Ｒｅｓｉｎ Ｃｏａｔｅｄ Ｃｏｐｐｅｒ）は、積層条件及び製品設計によって流れ性が変わるため、半硬化状態の第１絶縁層１６または第２絶縁層１７をコア基板１０に積層することだけでは、印刷回路基板の絶縁距離が均一に具現されず、その結果、製品の電気的特性が一定に維持されないという問題点があった。

また、不均一な絶縁距離により、印刷回路基板の外部から作用する応力による歪み（ｗａｒｐａｇｅ）が発生する可能性があるという問題点があった。

本発明は、上述のような従来技術の問題点を解決するために導き出されたものであり、本発明は、絶縁距離が一定である埋め込み印刷回路基板を具現することにより、印刷回路基板の電気的特性を一定に維持し、歪み問題を改善して、内蔵密集度が向上された埋め込み印刷回路基板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の好ましい実施例による埋め込み印刷回路基板の製造方法は、（Ａ）第１金属層、第１硬化絶縁層、第１半硬化絶縁層が順に積層された第１構造体及び第２金属層、第２硬化絶縁層、第２半硬化絶縁層が順に積層された第２構造体を備える段階、（Ｂ）前記第１半硬化絶縁層上にキャビティが備えられた内層基材を積層し、前記キャビティに配置されるように前記第１半硬化絶縁層の表面に電子素子を固定する段階、及び（Ｃ）前記第１半硬化絶縁層と前記第２半硬化絶縁層が互いに向い合うように配置し、前記内層基材の方向に前記第１構造体と前記第２構造体を圧着して、前記電子素子を埋め込む段階を含むことを特徴とする。

また、前記（Ａ）段階で、前記第１金属層及び前記第２金属層は、銅で形成されたことを特徴とする。

また、前記（Ａ）段階で、前記第１硬化絶縁層及び前記第２硬化絶縁層は、熱硬化性絶縁材で形成され、シリカフィラー（ｓｉｌｉｃａ ｆｉｌｌｅｒ）またはガラス繊維（ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒ）を含むことを特徴とする。

また、前記（Ａ）段階で、前記第１半硬化絶縁層及び前記第２半硬化絶縁層は、熱硬化性絶縁材で形成され、シリカフィラー（ｓｉｌｉｃａ ｆｉｌｌｅｒ）を含むことを特徴とする。

また、前記（Ａ）段階で、前記第２半硬化絶縁層の厚さは、前記第１半硬化絶縁層の厚さより厚いことを特徴とする。

また、前記（Ａ）段階で、前記第１硬化絶縁層の厚さと前記第２硬化絶縁層の厚さが同一であることを特徴とする。

また、前記第１硬化絶縁層及び前記第２硬化絶縁層は、厚さが２０μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする。

また、前記第１半硬化絶縁層及び前記第２半硬化絶縁層は、厚さが２μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする。

また、前記第１半硬化絶縁層及び前記第２半硬化絶縁層は、硬化率が２５％以上であることを特徴とする。

本発明の特徴及び利点は、添付図面に基づいた以下の詳細な説明によってさらに明らかになるであろう。

本発明の詳細な説明に先立ち、本明細書及び請求範囲に用いられた用語や単語は、通常的かつ辞書的な意味に解釈されてはならず、発明者が自らの発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則にしたがって本発明の技術的思想にかなう意味と概念に解釈されるべきである。

本発明による埋め込み印刷回路基板の製造方法は、絶縁距離が均一な埋め込み印刷回路基板の具現が可能であり、印刷回路基板の電気的特性を一定に維持することができるという長所がある。

また、厚さが調節可能な半硬化絶縁層を用いてキャビティの充填性を向上させることにより、電子素子の内蔵信頼度を改善することができるという長所がある。

また、電子素子支持用テープを着脱するテーピング（ｔａｐｉｎｇ）工程が不必要であるため、製造コストが減少するだけでなく、工程時間を効果的に短縮することができる長所がある。

さらに、電子素子を基準に、絶縁層及び金属層が上下対称に積層された構造を形成することにより、印刷回路基板に作用する応力によって発生する歪み（Ｗａｒｐａｇｅ）問題を改善することができるという長所がある。

従来技術による埋め込み印刷回路基板の製造方法を工程順に図示した断面図（１）である。 従来技術による埋め込み印刷回路基板の製造方法を工程順に図示した断面図（２）である。 従来技術による埋め込み印刷回路基板の製造方法を工程順に図示した断面図（３）である。 従来技術による埋め込み印刷回路基板の製造方法を工程順に図示した断面図（４）である。 本発明の好ましい実施例による埋め込み印刷回路基板の製造方法を工程順に図示した断面図（１）である。 本発明の好ましい実施例による埋め込み印刷回路基板の製造方法を工程順に図示した断面図（２）である。 本発明の好ましい実施例による埋め込み印刷回路基板の製造方法を工程順に図示した断面図（３）である。 本発明の好ましい実施例による埋め込み印刷回路基板の製造方法を工程順に図示した断面図（４）である。 本発明の好ましい実施例による埋め込み印刷回路基板の製造方法を工程順に図示した断面図（５）である。 本発明の好ましい実施例による埋め込み印刷回路基板の製造方法を工程順に図示した断面図（６）である。

本発明の目的、特定の長所及び新規の特徴は、添付図面に係わる以下の詳細な説明および好ましい実施例によってさらに明らかになるであろう。本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付け加えるに際し、同一の構成要素に限っては、たとえ異なる図面に示されても、できるだけ同一の番号を付けるようにしていることに留意しなければならない。また、本発明の説明において、係わる公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を不必要にぼかす可能性があると判断される場合は、その詳細な説明を省略する。

以下、添付された図面を参照して、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。

図５から図１０は、本発明の好ましい実施例による埋め込み印刷回路基板の製造方法を工程順に図示した断面図である。

まず、図５及び図６に図示したように、第１金属層１１２、第１硬化絶縁層１１４、第１半硬化絶縁層１１６が順に積層された第１構造体１１０（図５参照）及び第２金属層１２２、第２硬化絶縁層１２４、第２半硬化絶縁層１２６が順に積層された第２構造体１２０（図６参照）を備える。

前記第１金属層１１２または前記第２金属層１２２は、本発明によって製造された埋め込み印刷回路基板を用いたビルドアップ基板または電子素子１４０パッケージ基板を製作するにおいて、選択的にパターニングされて回路層に形成される構成である。従って、その構成材質に制限はないが、一般的に用いられる銅箔で形成することが好ましい。

前記第１硬化絶縁層１１４または前記第２硬化絶縁層１２４は、熱硬化性絶縁材の中に補強材を含有させて形成される。ここで、熱硬化性絶縁材には、エポキシ系樹脂、ＢＴ樹脂、ＳｉＯ_２が用いられることができ、補強材には、シリカフィラー（ｓｉｌｉｃａ ｆｉｌｌｅｒ）またはセラミックス系フィラーなどのようなフィラーや、ガラス繊維（ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒ）またはアラミド繊維などのような繊維を含むことができる。熱硬化性絶縁材に補強材を含有させて硬化絶縁層１１４、１２４を形成すると、熱硬化性絶縁材のみを用いた場合に比べて、印刷回路基板に作用する応力に対する抵抗力が強くなり、剛性が増大される。従って、印刷回路基板の歪み問題を改善することができ、層間の絶縁距離を一定に維持することができる。

第１硬化絶縁層１１４は、第１金属層１１２に積層された後、完全硬化状態（Ｃ−ｓｔａｇｅ）になり、第２硬化絶縁層１２４は、第２金属層１２２に積層された後、完全硬化状態（Ｃ−ｓｔａｇｅ）になる。印刷回路基板の上下対称構造を具現することにより、全体的な歪み問題を改善するためには、第１硬化絶縁層１１４の厚さＴ_１と第２硬化絶縁層１２４の厚さＴ_３が同一に形成されるように、構造体を構成することが好ましい。また、第１硬化絶縁層１１４及び第２硬化絶縁層１２４が金属層１１２、１２２に積層された後、完全硬化状態になり、製造工程が完了された後にも初期設計値がそのまま維持されて、ビルドアップ基板の製造時にビアが形成される部分であるため、印刷回路基板の全体的なサイズや厚さ及びビアの高さを考慮して、２０μｍ以上５０μｍ以下の厚さを有する構成に選択することが好ましい。

前記第１半硬化絶縁層１１６または前記第２半硬化絶縁層１２６は、熱硬化性絶縁材の中に補強材を含有させて形成される。ここで、熱硬化性絶縁材には、エポキシ系樹脂、ＢＴ樹脂、ＳｉＯ_２が用いられることができ、補強材には、シリカフィラー（ｓｉｌｉｃａ ｆｉｌｌｅｒ）またはセラミックス系フィラーなどを含むことができる。熱硬化性絶縁材にシリカフィラー（ｓｉｌｉｃａ ｆｉｌｌｅｒ）またはセラミックス系フィラーなどの補強材を含有させて半硬化絶縁層１１６、１２６を形成すると、絶縁層の熱膨脹係数が低くなり、ガラス繊維（ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒ）をさらに含んだ第１硬化絶縁層１１４、第２硬化絶縁層１２４より流動性が優れるため、後述する工程で電子素子１４０を埋め込む時、内層基材１３０に形成されたキャビティ１３２を効率的に充填することができる。

また、第１半硬化絶縁層１１６は、第１硬化絶縁層１１４に半硬化状態（Ｂ−ｓｔａｇｅ）で積層され、第２半硬化絶縁層１２６は、第２硬化絶縁層１１６に半硬化状態（Ｂ−ｓｔａｇｅ）で積層される。

また、第１半硬化絶縁層１１６は、電子素子１４０を固定させる役割をする層であり、もしその厚さＴ_２が２μｍより小さいと半硬化絶縁層の粘着性が低下して電子素子１４０を固定させることができなく、反対にその厚さＴ_２が２０μｍより大きいと積層過程で電子素子１４０が動く可能性がある。一方、１０μｍより厚い半硬化絶縁層で印刷回路基板を製作すると、最終構造物の体積が大きくなるため、電子製品の小型化、軽薄短小化の趨勢に対応できなくなる。従って、第１半硬化絶縁層１１６は、２μｍ以上１０μｍ以下の厚さを有することが好ましい。

一方、第２半硬化絶縁層１２６の厚さＴ_４は、第１半硬化絶縁層１１６の厚さＴ_２より厚いことが好ましい。第２半硬化絶縁層１２６は、第２構造体１２０を構成し、電子素子１４０が第１構造体１１０に固定された後、電子素子１４０を間に置いて第１構造体１１０と第２構造体１２０を圧着する過程で、電子素子１４０の周りのキャビティ１３２を充填する役割をする。従って、第２半硬化絶縁層１２６の厚さＴ_４は、内蔵される電子素子１４０の厚さによって、流動的に調節が可能であるように構成される。

また、２５％未満の熱硬化率を有する絶縁層では、電子素子１４０が固定されないため、第１半硬化絶縁層１１６及び第２半硬化絶縁層１２６は、ＳＭＴ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）作業時、４０度以上１００度以下の作業環境でレジン硬化率が２５％以上であることが好ましい。

ここで、前記硬化率は、硬化前の絶縁材組成物と硬化後の絶縁材組成物に含有される硬化成分のＦＴ−ＩＲの成分ピーク強度から算出することができる。例えば、硬化前の絶縁材組成物における硬化成分のピーク強度をＩ_０、硬化後の絶縁材組成物における硬化成分のピーク強度をＩ_１とすると、次の式によって硬化率を算出することができる。

また、ＤＳＣの吸熱／発熱ピーク強度から算出することも可能である。

次に、図７に図示したように、第１半硬化絶縁層１１６上にキャビティ１３２が備えられた内層基材１３０を積層し、キャビティ１３２に配置されるように第１半硬化絶縁層１１６の表面に電子素子１４０を固定する。

ここで、レーザーなどを利用して、内蔵しようとする電子素子１４０のサイズより大きいキャビティ１３２を内層基材１３０に形成し、内層基材１３０を第１半硬化絶縁層１１６に積層する。ここで、内層基材１３０は、完全硬化された状態の絶縁層または金属層で構成されることができる。その後、キャビティ１３２に配置されるように電子素子１４０を第１半硬化絶縁層１１６に固定する。一方、第１半硬化絶縁層１１６に電子素子１４０を固定した後、電子素子１４０が貫通するようにキャビティ１３２を配置して、内層基材１３０を第１半硬化絶縁層１１６に積層することも可能である。

次に、図８及び図９に図示したように、第１半硬化絶縁層１１６と第２半硬化絶縁層１２６が互いに向い合うように配置し、内層基材１３０方向に第１構造体１１０と第２構造体１２０を圧着して電子素子１４０を埋め込む。

第２構造体１２０を構成する第２半硬化絶縁層１２６は、電子素子１４０を埋め込むための資材であり、キャビティ１３２に電子素子１４０を配置して残りの空間を充填する役割をする。本発明による埋め込み印刷回路基板の製造工程で、第２半硬化絶縁層１２６の厚さＴ_４は、内蔵される電子素子１４０の厚さによって、流動的に選択して構成することが可能である。

次に、図１０に図示したように、電子素子１４０を埋め込んだ後、印刷回路基板を硬化させる。硬化工程が完了されると、第１半硬化絶縁層１１６及び第１硬化絶縁層１１４、第２半硬化絶縁層１２６及び第２硬化絶縁層１２４が一つの内層絶縁層１３６を形成する。

以上、本発明を好ましい実施例に対して詳細に説明したが、これは、本発明を具体的に説明するためのものであり、本発明による埋め込み印刷回路基板の製造方法は、これに限定されず、該当分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想内にての変形や改良が可能であることは明白であろう。

本発明の単純な変形乃至変更は、いずれも本発明の領域に属するものであり、本発明の具体的な保護範囲は、添付の特許請求の範囲により明確になるであろう。

本発明は、印刷回路基板の電気的特性を一定に維持し、歪み問題を改善して、内蔵密集度が向上された埋め込み印刷回路基板の製造方法に適用可能である。

１１０ 第１構造体
１１２ 第１金属層
１１４ 第１硬化絶縁層
１１６ 第１半硬化絶縁層
１２０ 第２構造体
１２２ 第２金属層
１２４ 第２硬化絶縁層
１２６ 第２半硬化絶縁層
１３０ 内層基材
１３２ キャビティ
１３６ 内層絶縁層
１４０ 電子素子

Claims (9)

1. （Ａ）第１金属層、第１硬化絶縁層、第１半硬化絶縁層が順に積層された第１構造体及び第２金属層、第２硬化絶縁層、第２半硬化絶縁層が順に積層された第２構造体を備える段階；
   （Ｂ）前記第１半硬化絶縁層上にキャビティが備えられた内層基材を積層し、前記キャビティに配置されるように前記第１半硬化絶縁層の表面に電子素子を固定する段階；及び
   （Ｃ）前記第１半硬化絶縁層と前記第２半硬化絶縁層が互いに向い合うように配置し、前記内層基材の方向に前記第１構造体と前記第２構造体を圧着して、前記電子素子を埋め込む段階；
   を含むことを特徴とする埋め込み印刷回路基板の製造方法。
2. 前記（Ａ）段階で、前記第１金属層及び前記第２金属層は、銅で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の埋め込み印刷回路基板の製造方法。
3. 前記（Ａ）段階で、前記第１硬化絶縁層及び前記第２硬化絶縁層は、熱硬化性絶縁材で形成され、シリカフィラー（ｓｉｌｉｃａ ｆｉｌｌｅｒ）またはガラス繊維（ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒ）を含むことを特徴とする請求項１に記載の埋め込み印刷回路基板の製造方法。
4. 前記（Ａ）段階で、前記第１半硬化絶縁層及び前記第２半硬化絶縁層は、熱硬化性絶縁材で形成され、シリカフィラー（ｓｉｌｉｃａ ｆｉｌｌｅｒ）を含むことを特徴とする請求項１に記載の埋め込み印刷回路基板の製造方法。
5. 前記（Ａ）段階で、前記第２半硬化絶縁層の厚さは、前記第１半硬化絶縁層の厚さより厚いことを特徴とする請求項１に記載の埋め込み印刷回路基板の製造方法。
6. 前記（Ａ）段階で、前記第１硬化絶縁層の厚さと前記第２硬化絶縁層の厚さが同一であることを特徴とする請求項１に記載の埋め込み印刷回路基板の製造方法。
7. 前記（Ａ）段階で、前記第１硬化絶縁層及び前記第２硬化絶縁層は、厚さが２０μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の埋め込み印刷回路基板の製造方法。
8. 前記（Ａ）段階で、前記第１半硬化絶縁層及び前記第２半硬化絶縁層は、厚さが２μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の埋め込み印刷回路基板の製造方法。
9. 前記（Ａ）段階で、前記第１半硬化絶縁層及び前記第２半硬化絶縁層は、硬化率が２５％以上であることを特徴とする請求項１に記載の埋め込み印刷回路基板の製造方法。

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