JP2012151253A - 部品内蔵配線基板 - Google Patents
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Abstract
【課題】コア材の収容部に樹脂充填材を介在させて部品を内蔵する場合、角部への応力集中に起因するクラック等の不具合を防止し得る部品内蔵配線基板を提供する。
【解決手段】部品内蔵配線基板は、収容部を開口したコア材１１と、このコア材１１の収容部に収容される部品（キャパシタ）５０と、コア材１１に絶縁層及び導体層を交互に積層形成した積層部を備えている。コア材１１の収容部と部品５０との間隙部Ｇには樹脂充填材２０が充填されている。コーナー領域には、コア材１１の収容部の内周部には矩形の各角部に直線状の第１の面取り部が形成され、部品５０の外周部には矩形の各角部に直線状の第２の面取り部が形成される。第２の面取り部の面取り長は、コーナー領域における間隙部の幅より大きくなっている。このような構造により、樹脂充填材２０の角部付近への応力集中を緩和し、クラック等を防止して高い信頼性を確保することができる。
【選択図】図１
【解決手段】部品内蔵配線基板は、収容部を開口したコア材１１と、このコア材１１の収容部に収容される部品（キャパシタ）５０と、コア材１１に絶縁層及び導体層を交互に積層形成した積層部を備えている。コア材１１の収容部と部品５０との間隙部Ｇには樹脂充填材２０が充填されている。コーナー領域には、コア材１１の収容部の内周部には矩形の各角部に直線状の第１の面取り部が形成され、部品５０の外周部には矩形の各角部に直線状の第２の面取り部が形成される。第２の面取り部の面取り長は、コーナー領域における間隙部の幅より大きくなっている。このような構造により、樹脂充填材２０の角部付近への応力集中を緩和し、クラック等を防止して高い信頼性を確保することができる。
【選択図】図１
Description
本発明は、コア材に開口された収容部に部品を収容した部品内蔵配線基板に関するものである。
従来から、ＬＳＩなどの半導体素子を載置するためのパッケージが広く用いられている。パッケージの構造としては、例えば、コア材を配置し、その上下に導体層及び絶縁層を交互に積層した積層部を形成した配線基板が知られている。このような配線基板は、外部基板と半導体素子とを電気的に接続する中間基板としての役割を担う。近年、配線基板の収容部に部品を内蔵する構造を有する部品内蔵配線基板が提案されている。例えば、配線基板を貫通する収容部にビアアレイ型のキャパシタを収容し、半導体素子に供給される電源電圧をキャパシタに接続すれば、キャパシタと半導体素子との間の配線距離を短縮でき、電源電圧の安定化とノイズ低減の効果を高めることができる。
通常、部品内蔵配線基板を製造する際には、コア材を貫通する収容部を開口し、この収容部にキャパシタを収容し、収容部の内周部と部品の外周部との間隙部に樹脂充填材を充填することで、コア材とキャパシタを一体的に固定することができる。部品内蔵配線基板の製造工程においては、例えば半田接合等に起因する温度変化が生じたとき、コア材とキャパシタの熱膨張率の差に起因する応力が発生する。樹脂充填材は、このような応力によってコア材とキャパシタの間が相対的に変形する場合、その間に介在する樹脂充填材によって変形を吸収することができる。一般に、コア材の収容部とキャパシタは、矩形の平面形状で形成されるが、それぞれの直線状の各辺の近傍の応力に比べ、それぞれの辺が９０度で交わる角部の近傍に応力が集中しやすいことが知られている。このような局所的な応力集中は、樹脂充填材の部分にクラックや気泡を発生させる恐れがある。そのため、従来から、コア材の収容部とキャパシタのそれぞれの平面形状に対し、角部を面取りする加工を施すことで、応力の集中を回避する手法が提案されている（特許文献１、２参照）。
しかしながら、上記従来の手法により、例えば、コア材の収容部及びキャパシタの矩形の各角部に円弧状のＲ面取りを施したとしても、応力集中の度合いが若干緩和されるに過ぎず、角部の応力に起因する不具合を防止するには不十分である。この場合、各角部に施すＲ面取りの曲率半径を十分に大きく取れば、応力の集中部分が拡がって分布するため、不具合がある程度軽減される。しかし、この場合はキャパシタの角部の面取りによって欠落部分の面積が大きくなり、その分だけキャパシタの容量値が低下することが問題となる。以上のように、上記従来の手法を適用して部品内蔵配線基板を得たとしても、内蔵する部品の特性を確保しながら、樹脂充填材の部分の角部に集中する応力の影響を十分に抑制できないため、応力集中に起因するクラック等の発生を防止することは困難であった。その結果、部品内蔵配線基板の高い信頼性と良好な歩留まりを損なうという問題があった。
本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、コア材に開口した収容部に部品を収容する場合、樹脂充填材が充填される間隙部の角部で発生する応力集中の影響を抑制し、クラック等の不具合を防止して信頼性の高い部品内蔵配線基板を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の部品内蔵配線基板は、上面及び下面を貫通する収容部を開口したコア材と、前記収容部に収容される部品と、前記コア材の上面側と下面側の少なくとも一方に絶縁層及び導体層を交互に積層形成した積層部と、を備えた部品内蔵配線基板であって、前記収容部の内周部と前記部品の外周部との間隙部に樹脂充填材が充填され、前記収容部の内周部は、平面方向において矩形の各角部に直線状の第１の面取り部が形成された断面形状を有し、前記部品の外周部は、平面方向において矩形の各角部に直線状の第２の面取り部が形成された断面形状を有し、少なくとも前記第２の面取り部の面取り長は、前記間隙部における前記第１の面取り部と前記第２の面取り部との間の幅よりも大きいことを特徴としている。
本発明の部品内蔵配線基板によれば、コア材の収容部を開口し、そこにキャパシタ等の部品を内蔵し、コア材と部品との間隙部に樹脂充填材を充填した状態で、コア材に積層部を積層形成する構造を有している。そして、間隙部の角部付近では、コア材の収容部の内周部に直線状の第１の面取り部を形成するとともに、部品の外周部に直線状の第２の面取り部を形成し、この部分の間隙部の幅Ｗと第２の面取り部の面取り長Ｌ２との関係として、Ｗ＜Ｌ２を満たす寸法条件が設定されている。よって、間隙部の角部付近では、樹脂充填材に対する応力集中部が、第１及び第２の面取り部の両端の２箇所に分かれることになる。この場合、上記寸法条件によって十分な面取り長Ｌ２を設定しているため、２箇所の応力集中部の距離を離すことができ、応力集中の影響を抑制することができる。これにより、応力集中に起因するクラックや気泡の発生を防止し、部品内蔵配線基板の良好な品質を保つことが可能となる。
前記寸法条件に加えて、間隙部の角部付近で、間隙部の幅Ｗと第１の面取り部の面取り長Ｌ１との関係が、Ｗ＜Ｌ１を満たす寸法条件を更に設定してもよい。つまり、Ｗ＜Ｌ１、Ｗ＜Ｌ２を同時に満たす寸法条件となるため、樹脂充填材に対する応力集中部を、より確実に２箇所に分散させることができる。また、第２の面取り部の面取り長Ｌ２は、０．５ｍｍから２ｍｍの範囲内に設定することが好ましい。面取り長Ｌ２が０．５ｍｍより小さいと、２箇所の応力集中部の間の距離を十分に取れなくなって応力集中の緩和効果が小さくなる。また、面取り長Ｌ２が２ｍｍより大きいと、第２の面取り部の面積が増大し、部品の面積を制約することになって望ましくない。
前記部品の平面形状としては、前記第２の面取り部に加えて、その直線部分の両端に円弧状のＲ面取り部を更に形成してもよい。これにより、間隙部で２箇所に分かれた応力集中部の各々に関し、第２の面取り部の直線部分が部品の各辺と交差する箇所において鋭角ではなく円弧状のＲ面取り部が存在するので、応力集中の度合いを一層緩和することができる。この場合、第２の面取り部に付加するＲ面取り部の曲率半径は、第２の面取り部の面取り長以下にすることが好ましい。
前記第１及び第２の面取り部のそれぞれの直線部分は、コア材の収容部あるいはキャパシタの矩形の各辺と略４５°をなす直線にしてもよい。この条件を満たす場合、第１及び第２の面取り部は、コア材の収容部あるいはキャパシタの両側のそれぞれの各辺に対し、内周側から見た交差角が略１３５°をなすことになる。この場合の交差角は、上記直線部分と各辺が４５°からずれる場合は減少するので、最大の鈍角である略１３５°を満たす寸法条件にすることで応力集中の緩和に有利となる。
本発明の部品内蔵配線基板においては、多様な部品を内蔵することができる。具体的には、部品としてキャパシタが内蔵されたキャパシタ内蔵基板に対し、本発明を適用することができる。例えば、前記キャパシタとして、セラミック誘電体層と内部電極層とを交互に積層し、前記内部電極層に接続された複数のビア導体を格子状又は千鳥状に配置した積層セラミックキャパシタを用いてもよい。
本発明によれば、部品内蔵配線基板に対し、コア材の収容部と部品との間隙部において、それぞれの矩形の角部に面取り部を形成し、所定の寸法条件を満たすように設定することで、樹脂充填材に対する応力集中部を２箇所に分散させることができる。これにより、従来は個々の角部で応力集中部が１箇所であったのに比べると、局所的な応力集中を緩和することで、クラックの発生等の不具合を有効に防止することができる。従って、部品内蔵基板の製造工程の負荷を過大にすることなく、良好な品質と高い歩留まりを保つことができる。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、以下に述べる実施形態は本発明の技術思想を適用した形態の一例であって、本発明が本実施形態の内容により限定されることはない。
本実施形態では、本発明を具体化した部品内蔵配線基板について説明する。図１は、本実施形態の部品内蔵配線基板１０（以下、単に配線基板１０と呼ぶ）の概略の断面構造図を示している。図１に示すように、本実施形態の配線基板１０は、例えばガラス繊維を含んだエポキシ樹脂からなるコア材１１と、コア材１１の上面側の第１ビルドアップ層１２（積層部）と、コア材１１の下面側の第２ビルドアップ層１３（積層部）とを含む構造を有している。本実施形態の配線基板１０は、その内部に部品であるキャパシタ５０が内蔵されるとともに、上部に半導体素子である半導体チップ１００が載置されている。
コア材１１には、中央領域を平面視で矩形状に貫通する収容部１１ａが形成され、この収容部１１ａにキャパシタ５０が埋め込まれた状態で収容されている。特に制約されないが、例えば、コア材１１は平面方向で１辺が２５ｍｍ程度の正方形であって厚さ０．９ｍｍ程度の板状に形成される。また、コア材１１には、外周領域を積層方向に貫通する複数のスルーホール導体２１が形成され、その上端及び下端がそれぞれコア材１１の表面及び裏面の導体層を経て、後述のビア導体３０、４０と電気的に接続されている。
キャパシタ５０は、正極と負極の間に所定の容量を形成するビアアレイ型の積層セラミックキャパシタである。キャパシタ５０は、両面にそれぞれ形成された表面電極層５１及び裏面電極層５２を介して、第１ビルドアップ層１２及び第２ビルドアップ層１３の導体層３１、４１それぞれと電気的に接続される。特に制約されないが、例えば、キャパシタ５０は平面方向で１辺が１２ｍｍ程度の正方形であって厚さ０．９ｍｍ程度の板状に形成される。
ここで、図１のキャパシタ５０の構造について、図２及び図３を参照して説明する。図２はキャパシタ５０の断面構造図を示し、図３はキャパシタ５０の表面電極層５１の側から見た平面構造図を示している。本実施形態のキャパシタ５０は、例えばチタン酸バリウム等の高誘電率セラミックからなるセラミック焼結体からなり、複数のセラミック誘電体層５３を積層形成した構造を有する。図２に示すように、各々のセラミック誘電体層５３の間には、ニッケルを主体とする内部電極層６０と内部電極層６１が交互に形成されている。一方の内部電極層６０は負極用の電極として機能し、他方の内部電極層６１は正極用の電極として機能し、両電極が各セラミック誘電体層５３を挟んで対向することで所定の容量が形成される。
キャパシタ５０には、全てのセラミック誘電体層５３を積層方向に貫通する多数のビアホールにニッケル等を埋め込んだ複数のビア導体７０、７１が形成されている。そして、負極用のビア導体７０は内部電極層６０に接続されるとともに、正極用のビア導体７１は内部電極層６１に接続される。キャパシタ５０の上面の表面電極層５１には、負極用の複数の端子電極８０と正極用の複数の端子電極８１が形成されている。また、キャパシタ５０の底面の裏面電極層５２には、負極用の複数の端子電極８２と正極用の複数の端子電極８３が形成されている。よって、複数のビア導体７０は、上端側の端子電極８０及び下端側の端子電極８２とそれぞれ電気的に接続される。また、複数のビア導体７１は、上端側の端子電極８１及び下端側の端子電極８３とそれぞれ電気的に接続される。
図３に示すように、表面電極層５１において、負極用の端子電極８０と正極用の端子電極８１が格子状に配置されている。よって、負極用のビア導体７０と正極用のビア導体７１も同様の配置であり、裏面電極層５２の負極用の端子電極８２と正極用の端子電極８３も同様の配置である。なお、図３では、端子電極８０、８１が格子状に配置された例を示しているが、端子電極８０、８１を千鳥状に配置してもよい。図３においては、端子電極８０、８１が存在しない部分に導体パターンを形成し、端子電極８０、８１のいずれか一方と導体パターンとを電気的に接続することが一般的であるが、図３では図示を省略している。一方、図３に示すように、キャパシタ５０の外周形状は、矩形の各角部に面取り部Ｐ２が形成されているが、この面取り部Ｐ２の役割については後述する。
図１に戻って、コア材１１の収容部１１ａの内周部とキャパシタ５０との外周部との間隙部Ｇには樹脂充填材２０が埋められている。樹脂充填材２０は、例えば熱硬化性樹脂からなる高分子材料からなり、キャパシタ５０をコア材１１に固定する役割がある。具体的には、樹脂充填材２０の弾性変形により、コア材１１とキャパシタ５０との熱膨張率の差に起因する変形を吸収する作用がある。本実施形態では、上述したようにキャパシタ５０の平面方向における各角部に加えて、コア材１１の収容部１１ａの平面方向における各角部に、それぞれ所定の面取り形状を持たせる構造を採用し、樹脂充填材２０の局所的な応力集中に伴う不具合を防止しているが、具体的な構造については後述する。
第１ビルドアップ層１２は、コア材１１の上部の樹脂絶縁層１４と、樹脂絶縁層１４の上部の樹脂絶縁層１５と、樹脂絶縁層１５の上部のソルダーレジスト層１６とが積層形成されてなる。樹脂絶縁層１４の上面には導体層３１が形成され、樹脂絶縁層１５の上面には複数の端子パッド３３が形成されている。樹脂絶縁層１４の所定箇所には、スルーホール導体２１の上端電極及びキャパシタ５０の表面電極層５１を、導体層３１と積層方向に接続導通する複数のビア導体３０が設けられている。また、樹脂絶縁層１５の所定箇所には、導体層３１と複数の端子パッド３３を積層方向に接続導通する複数のビア導体３２が設けられている。ソルダーレジスト層１６は、複数箇所が開口されて複数の端子パッド３３が露出し、そこに複数の半田バンプ３４が形成されている。各々の半田バンプ３４は、配線基板１０に載置される半導体チップ１００の各パッド１０１に接続される。
第２ビルドアップ層１３は、コア材１１の下部の樹脂絶縁層１７と、樹脂絶縁層１７の下部の樹脂絶縁層１８と、樹脂絶縁層１８の下部のソルダーレジスト層１９とが積層形成されてなる。樹脂絶縁層１７の下面には導体層４１が形成され、樹脂絶縁層１８の下面には複数のＢＧＡ用パッド４３が形成されている。樹脂絶縁層１７の所定箇所には、スルーホール導体２１の下端電極及びキャパシタ５０の裏面電極層５２を、導体層４１と積層方向に接続導通する複数のビア導体４０が設けられている。また、樹脂絶縁層１８の所定箇所には、導体層４１と複数のＢＧＡ用パッド４３を積層方向に接続導通する複数のビア導体４２が設けられている。ソルダーレジスト層１９は、複数箇所が開口されて複数のＢＧＡ用パッド４３が露出し、そこに複数の半田ボール４４が接続される。複数の半田ボール４４は、図示されない外部基材と電気的に接続可能な構造を有する。
図１の断面構造において、例えば、半導体チップ１００に供給される電源電圧とグランド電位のうち、電源電圧がキャパシタ５０の正極に接続され、グランド電位がキャパシタ５０の負極に接続される。従って、キャパシタ５０の上側では、図１の半田バンプ３４、端子パッド３３、ビア導体３２、導体層３１、ビア導体３０を経由して、半導体チップ１００のグランド電位用のパッド１０１と端子電極８０との間、及び、半導体チップ１００の電源電圧用のパッド１０１と端子電極８１の間がそれぞれ電気的に接続される。同様に、キャパシタ５０の下側では、図１のビア導体４０、導体層４１、ビア導体４２、ＢＧＡ用パッド４３、半田ボール４４を経由して、端子電極８２と外部基材のグランド電位用の端子の間、及び、端子電極８３と外部基材の電源電圧用の端子の間がそれぞれ電気的に接続される。
次に、本実施形態の配線基板１０において、樹脂充填材２０の部分の応力集中を緩和するための構造について説明する。本実施形態では、図１の配線基板１０のうち、コア材１１及びキャパシタ５０の両方を含む任意の平面方向の断面における平面視の構造（以下、単に「平面構造」と呼ぶ）に特徴がある。以下では、本実施形態の特徴的な平面構造に関し、代表的な２つの実施例を挙げて説明する。
［第１の実施例］
図４は、本実施形態の平面構造についての第１の実施例を模式的に示した平面図である。なお、簡単のため、コア材１１のスルーホール導体２１や閉塞体２２あるいはキャパシタ５０のビア導体７０、７１等については表記していない。図４には、外周側のコア材１１と、内周側のキャパシタ５０と、コア材１１及びキャパシタ５０の間の樹脂充填材２０のみが示されている。
図４は、本実施形態の平面構造についての第１の実施例を模式的に示した平面図である。なお、簡単のため、コア材１１のスルーホール導体２１や閉塞体２２あるいはキャパシタ５０のビア導体７０、７１等については表記していない。図４には、外周側のコア材１１と、内周側のキャパシタ５０と、コア材１１及びキャパシタ５０の間の樹脂充填材２０のみが示されている。
コア材１１は、外周部が矩形であって、収容部１１ａの内周部が矩形の各角部を面取りした平面形状を有している。また、キャパシタ５０は、その外周部が矩形の各角部を面取りした平面形状を有している。よって、樹脂充填材２０が充填される間隙部Ｇは、収容部１１ａの面取りされた平面形状と、キャパシタ５０の面取りされた平面形状とに囲まれたリング状の平面形状を有している。図４においては、コア材１１の内周部である収容部１１ａの１個の角部と、キャパシタ５０の１個の角部と、それらに挟まれた樹脂充填材２０の部分とを含むコーナー領域Ｃを示している。すなわち、図４に示す平面内には、同一の構造かつ対称的な配置の４つのコーナー領域Ｃが存在する。
ここで、図５は、図４の平面図のうち、１つのコーナー領域Ｃの具体的な構造例を説明するための拡大図である。図５の下部には、便宜上、Ｘ方向及びＹ方向をそれぞれ矢印にて表示している。図５に示すコーナー領域Ｃには、コア材１１の収容部１１ａの２辺９１（Ｘ方向の１辺９１Ｘ及びＹ方向の１辺９１Ｙ）の間の角部に形成された面取り部Ｐ１と、キャパシタ５０の２辺９２（Ｘ方向の１辺９２Ｘ及びＹ方向の１辺９２Ｙ）との間の角部に形成された面取り部Ｐ２と、樹脂充填材２０が充填された間隙部Ｇのうち主に両側の面取り部Ｐ１、Ｐ２に挟まれた領域を示している。
まず、コア材１１の側の面取り部Ｐ１は、上述の２辺９１Ｘ、９１Ｙのそれぞれと略４５°の角度をなす直線状のＣ面取り部ＰＣ１と、このＣ面取り部ＰＣ１の両端の部分に形成された２つの円弧状のＲ面取り部ＰＲ１とに区分される。Ｃ面取り部ＰＣ１の直線部分は面取り長Ｌ１で形成され、２つのＲ面取り部ＰＲ１のそれぞれの円弧部分は所定の曲率半径Ｒ１（不図示）で形成される。一方、キャパシタ５０の側の面取り部Ｐ２は、上述の２辺９２Ｘ、９２Ｙのそれぞれと略４５°の角度をなす直線状のＣ面取り部ＰＣ２と、このＣ面取り部ＰＣ２の両端の部分に形成された２つの円弧状のＲ面取り部ＰＲ２とに区分される。Ｃ面取り部ＰＣ２の直線部分は面取り長Ｌ２で形成され、２つのＲ面取り部ＰＲ２のそれぞれの円弧部分は所定の曲率半径Ｒ２（不図示）で形成される。例えば、これらの曲率半径Ｒ１、Ｒ２は、０．５ｍｍ程度に設定される。なお、Ｃ面取り部ＰＣ１、ＰＣ２が各辺９１、９２となす角度は４５°に限定されないが、このときに内周側から見た交差角が１３５°になって最大になるので、応力緩和の観点から望ましい。
また、間隙部Ｇは、両側のＣ面取り部ＰＣ１、ＰＣ２に挟まれた部分で幅Ｗを有する。Ｃ面取り部ＰＣ１、ＰＣ２は平行に配置されるので、この部分で幅Ｗが一定となる。なお、Ｒ面取り部ＰＲ１、ＰＲ２の部分や各辺９１、９２の部分における間隙部Ｇの幅は特に制約されないが、図５の例では概ね一定の幅Ｗに保たれている。
第１の実施例の具体的な寸法条件として、コア材１１の側の面取り長Ｌ１は、０．７ｍｍから５ｍｍの範囲内に設定することが好ましく、キャパシタ５０の側の面取り長Ｌ２は、０．５ｍｍから２ｍｍの範囲内に設定することが好ましい。この場合、それぞれの面取り長Ｌ１、Ｌ２は、それぞれの１辺９１、９２（矩形の場合は短手側の１辺）の長さの４０％を超えない値であることが好ましい。また、間隙部Ｇの幅Ｗは、０．１ｍｍから１．５ｍｍの範囲内に設定することが好ましい。
一方、図５における各寸法パラメータ（間隙部Ｇの幅Ｗ、Ｃ面取り部ＰＣ１、ＰＣ２の各面取り長Ｌ１、Ｌ２）の関係については、次の（１）、（２）、（３）式を満たすことがわかる。
Ｗ＜Ｌ１ （１）
Ｗ＜Ｌ２ （２）
Ｌ１＞Ｌ２ （３）
Ｗ＜Ｌ１ （１）
Ｗ＜Ｌ２ （２）
Ｌ１＞Ｌ２ （３）
このうち、第１の実施例においては、樹脂充填材２０での応力集中を緩和する効果を得るため、特に（２）式のＷ＜Ｌ２の関係を満たすことが好ましいが、具体的な効果については後述する。また、（１）式及び（３）式については制約されないが、上述したように全周にわたって間隙部Ｇの幅Ｗを概ね一定に保ち、かつキャパシタ５０のサイズを必要以上に小さくしない（すなわち、幅Ｗを広げ過ぎない）ために取り得る典型的な寸法制約の例である。
ここで、図６及び図７を参照して、第１の実施例の平面構造を採用する場合の効果について具体的に説明する。図６は、第１の実施例との比較のため、従来の配線基板で想定される２通りの平面構造を示している。図６（Ａ）では、図５のコーナー領域Ｃにおいて、収容部１１ａ及びキャパシタ５０のそれぞれの角部が面取りされず、そのまま矩形に保たれる場合の平面構造を第１の比較例として示している。また、図６（Ｂ）では、図５のコーナー領域Ｃにおいて、収容部１１ａ及びキャパシタ５０のそれぞれの角部が所定の曲率半径でＲ面取りされる場合の平面構造を第２の比較例として示している。
まず、図６（Ａ）に示すように、第１の比較例においては面取り部が設けられていないので、コア材１１の収容部１１ａの直交する２辺９１Ｘ、９１Ｙが交わる箇所のコーナーＣａと、キャパシタ５０の直交する２辺９２Ｘ、９２Ｙが交わる箇所のコーナーＣｂが存在する。そして、間隙部ＧのうちコーナーＣａ、Ｃｂの近傍の箇所で、樹脂充填材２０に対する応力集中部Ｓａが生じる。その結果、配線基板１０の製造時において、間隙部Ｇに樹脂充填材２０を充填した後、応力集中部Ｓａの部分でクラックが発生するなどの不具合を招く可能性が高くなる。
また、図６（Ｂ）に示すように、第２の比較例においては、コア材１１の収容部１１ａの角部に円弧状のＲ面取り部ＰＲａが形成されるとともに、キャパシタ５０の角部に円弧状のＲ面取り部ＰＲｂが形成される。そして、間隙部Ｇのうち、それぞれのＲ面取り部ＰＲａ、ＰＲｂの円弧部分に挟まれた箇所で、樹脂充填材２０に対する応力集中部Ｓｂが生じる。この場合、コーナーが存在しない図６（Ｂ）の応力集中部Ｓｂは、図６（Ａ）の応力集中部Ｓａに比べ、円弧部分に沿って分布範囲が広がっており、樹脂充填材２０に対するクラック等の応力の影響は緩和される。しかし、図６（Ａ）（Ｂ）とも１つのコーナー領域Ｃに対して１箇所の応力集中部Ｓａ、Ｓｂが発生する点では共通である。
これに対し、図７は、第１の実施例の平面構造を採用する場合の応力緩和の効果を説明する図であり、図５の構造例と同じ範囲を示している。図７に示すように、本実施形態のコーナー領域Ｃにおいては、コア材１１の側の面取り部Ｐ１とキャパシタ５０の側の面取り部Ｐ２とに挟まれた範囲の間隙部Ｇのうち、Ｘ方向の各辺９１Ｘ、９２Ｘの近傍の箇所に応力集中部Ｓｘが生じるとともに、Ｙ方向の各辺９１Ｙ、９２Ｙの近傍の箇所に応力集中部Ｓｙが生じる。それぞれの応力集中部Ｓｘ、Ｓｙは、間隙部Ｇの直線部分の両側で図５のＲ面取り部ＰＲ１、ＰＲ２に挟まれた領域に位置している。このように、本実施形態では、１つのコーナー領域Ｃに対して、２箇所に分かれた応力集中部Ｓｘ、Ｓｙが発生する点で、図６（Ａ）、（Ｂ）の各比較例とは異なっている。
図７に示すように、本実施形態の平面構造を採用することにより、配線基板１０の製造時において、間隙部Ｇに樹脂充填材２０を充填した後、１つのコーナー領域Ｃに生じる応力を２箇所に分散させることができる。そのため、樹脂充填材２０に対する応力に起因するクラック等の不具合を十分に抑制することができる。ただし、２箇所の応力集中部Ｓｘ、Ｓｙの距離が短くなると、応力の影響の抑制効果が妨げられるので、間隙部Ｇにおいて、Ｃ面取り部ＰＣ１、ＰＣ２に挟まれた直線領域の長さをある程度確保する必要がある。従って、間隙部Ｇの幅ＷとＣ面取り部ＰＣ２の面取り長Ｌ２に関し、上述の（２）式に示す関係を満たすように設計することが重要となる。
［第２の実施例］
次に図８は、本実施形態の平面構造についての第２の実施例を模式的に示した平面図である。なお、図８に示す各部材については、第１の実施例（図４）と共通している。図８の平面構造において、図４の平面構造図と異なる点は、４つのコーナー領域Ｃのうち、コア材１１の収容部１１ａの面取り形状とキャパシタ５０の面取り形状である。それ以外の構造については、第１の実施例と同様であるため説明を省略する。
次に図８は、本実施形態の平面構造についての第２の実施例を模式的に示した平面図である。なお、図８に示す各部材については、第１の実施例（図４）と共通している。図８の平面構造において、図４の平面構造図と異なる点は、４つのコーナー領域Ｃのうち、コア材１１の収容部１１ａの面取り形状とキャパシタ５０の面取り形状である。それ以外の構造については、第１の実施例と同様であるため説明を省略する。
図９は、図８の平面図のうち、１つのコーナー領域Ｃの具体的な構造例を説明するための拡大図であって、第１の実施例の図５と同様の範囲の構造を示している。図９に示すように、コーナー領域Ｃにおいて、コア材１１の収容部１１ａの内周部とキャパシタ５０の外周部とにＣ面取りが施され、いずれの側にもＲ面取りが施されない点で図５とは異なっている。すなわち、コア材１１の側では、上述の２辺９１Ｘ、９１Ｙのそれぞれと４５°の角度をなす直線状のＣ面取り部ＰＣ１’が形成され、その両端が２辺９１Ｘ、９１Ｙと直接つながっている。また、キャパシタ５０の側では、上述の２辺９２Ｘ、９２Ｙのそれぞれと４５°の角度をなす直線状のＣ面取り部ＰＣ２’が形成され、その両端が２辺９２Ｘ、９２Ｙと直接つながっている。
図９に示すように、コア材１１の側のＣ面取り部ＰＣ１’の直線部分は面取り長Ｌ１’を有し、キャパシタ５０の側のＣ面取り部ＰＣ２’の直線部分は面取り長Ｌ２’を有する。また、間隙部Ｇは、Ｃ面取り部ＰＣ１’、ＰＣ２’に挟まれた部分で一定の幅Ｗを有する。Ｃ面取り部ＰＣ１’、ＰＣ２’の面取り長Ｌ１’、Ｌ２’については、Ｒ面取り部がない分、図５と比べると長くなっている。間隙部Ｇの幅Ｗについては、図５の幅Ｗと同じである場合を示しているが、特に制約されない。
図９における各寸法パラメータの関係については、第１の実施例の（１）、（２）、（３）式と同様、次の（１）’、（２）’、（３）’式を満たすことがわかる。
Ｗ＜Ｌ１’ （１）’
Ｗ＜Ｌ２’ （２）’
Ｌ１’＞Ｌ２’ （３）’
Ｗ＜Ｌ１’ （１）’
Ｗ＜Ｌ２’ （２）’
Ｌ１’＞Ｌ２’ （３）’
このうち、第２の実施例において、第１の実施例と同様の観点から、樹脂充填材２０に対する応力集中を緩和する効果を得るためには、特に（２）’式の関係を満たすことが好ましい。この場合も（１）’式及び（３）’式については制約されないが、上述したように全周にわたって間隙部Ｇの幅Ｗを概ね一定に保ち、かつキャパシタ５０のサイズを必要以上に小さくしない（すなわち、幅Ｗを広げ過ぎない）ために取り得る寸法制約の一例である。
第２の実施例の平面構造を採用する場合の効果については、図６及び図７を用いて説明した第１の実施例の場合と基本的には共通する。ただし、図７に示したように、コーナー領域Ｃにおいて、２箇所に分かれた応力集中部Ｓｘ、Ｓｙが生じる点は同様であるが、第２の実施例ではＲ面取り部がないため、第１の実施例よりも応力集中部Ｓｘ、Ｓｙの分布範囲が若干狭くなる。そのため、第１の実施例の方が、応力集中を緩和する効果は高くなるが、少なくとも図６（Ａ）、（Ｂ）の平面構造と比べると、第２の実施例の方が２箇所の応力集中部Ｓｘ、Ｓｙに分かれることから、応力の影響を十分に抑制することができる。また、コーナー領域Ｃには、Ｃ面取り部ＰＣ１’、ＰＣ２’のみを設ければよいので、製造工程を簡素化することができる。
［配線基板の製造方法］
次に、本実施形態の配線基板１０の製造方法について、図１０〜図１３を参照して説明する。まず、図１０に示すように、収容部１１ａを有するコア材１１の基材を作製して準備する。通常、複数の配線基板１０を多数個取りするための中間製品を形成するために、例えば、一辺が４００ｍｍの正方形の平面形状と厚さ０．８０ｍｍを有する基材を用意するが、以下では簡単のため１個の配線基板１０の構成部分のみを図示する。コア材１１となる基材に対して、所定位置にルータを用いた穴あけ加工を施すことにより、収容部１１ａとなる貫通孔を予め形成する。このとき、図４又は図８に示すように、収容部１１ａの各角部に面取り部を有する平面形状が形成されるように加工を施す。なお、コア材１１の基材としては、必要に応じて両面に銅箔が貼付された銅張積層板を用いてもよい。
次に、本実施形態の配線基板１０の製造方法について、図１０〜図１３を参照して説明する。まず、図１０に示すように、収容部１１ａを有するコア材１１の基材を作製して準備する。通常、複数の配線基板１０を多数個取りするための中間製品を形成するために、例えば、一辺が４００ｍｍの正方形の平面形状と厚さ０．８０ｍｍを有する基材を用意するが、以下では簡単のため１個の配線基板１０の構成部分のみを図示する。コア材１１となる基材に対して、所定位置にルータを用いた穴あけ加工を施すことにより、収容部１１ａとなる貫通孔を予め形成する。このとき、図４又は図８に示すように、収容部１１ａの各角部に面取り部を有する平面形状が形成されるように加工を施す。なお、コア材１１の基材としては、必要に応じて両面に銅箔が貼付された銅張積層板を用いてもよい。
一方、図２に示すキャパシタ５０を作製して準備する。キャパシタ５０の作製に際しては、セラミックグリーンシートを用いた周知の手法で、内部電極層６０、６１を有する積層体を形成した後、得られた積層体に対し、ビア導体７０、７１及び端子電極８０〜８３を順次形成する。その後、配線基板１０と同様、複数のキャパシタ５０を多数個取りするための積層体に対し、例えば打ち抜き加工を施すことで、図４又は図８に示すように、個々のキャパシタ５０の各角部に面取り部を有する平面形状が形成される。次いで、積層体に対する焼成工程を経て、端子電極８０〜８３の表面に電解銅めっきを施し、キャパシタ５０が完成する。
また、図１１に示すように、ドリル機を用いた孔あけ加工により、コア材１１のスルーホール導体２１の形成位置に貫通孔を形成した後、この貫通孔に対して無電解銅めっき及び電解銅めっきを施すことによりスルーホール導体２１を形成する。そして、スルーホール導体２１の空洞部にエポキシ樹脂を主成分とするペーストを印刷した後、硬化することにより閉塞体２２を形成する。一方、収容部１１ａの底部に、剥離可能な粘着テープ２００を密着配置する。この粘着テープ２００は支持台２０１により支持される。そして、マウント装置を用いて、収容部１１ａ内にキャパシタ５０を収容し、粘着テープ２００でキャパシタ５０を貼り付けて仮固定する。
次いで、収容部１１ａとキャパシタ５０の側面との間隙部Ｇに、ディスペンサ装置を用いて熱硬化性樹脂からなる樹脂充填材２０を充填する。加熱処理により樹脂充填材２０を硬化させることで、収容部１１ａの内部でキャパシタ５０が固定される。続いて、図１２に示すように、キャパシタ５０の固定後に粘着テープ２００を剥離する。その後、コア材１１の下面とキャパシタ５０の裏面電極層５２に残存する粘着材は溶剤洗浄を施して研磨することにより除去する。また、キャパシタの表面電極層５１上に形成された銅めっき層の表面を粗化しておく。
次に図１３に示すように、コア材１１及びキャパシタ５０の上下の各面に、それぞれエポキシ樹脂を主成分とするフィルム状絶縁樹脂材料を積層し、真空下にて加圧加熱することにより絶縁樹脂材料を硬化させ、上面及び下面に樹脂絶縁層１４、１７を形成する。その後、コア材１１の上下の樹脂絶縁層１４、１７の所定位置にレーザー加工を施して複数のビアホールを形成し、デスミア処理を施した後に各ビアホール内にビア導体３０、４０を形成する。そして、樹脂絶縁層１４、１７の表面にパターニングを施し、導体層３１、４１をそれぞれ形成する。次いで、樹脂絶縁層１４、１７の表面に、それぞれ上述のフィルム状絶縁樹脂材料を積層し、真空下にて加圧加熱することにより絶縁樹脂材料を硬化させ、樹脂絶縁層１５、１８を形成する。そして、樹脂絶縁層１５、１８に、上述のビア導体３０、４０と同様の手法で、複数のビア導体３２、４２を形成する。
次に図１に戻って、樹脂絶縁層１５の上部に複数の端子パッド３３を形成し、樹脂絶縁層１８の下部に複数のＢＧＡ用パッド４３を形成する。次いで、樹脂絶縁層１５の上面と樹脂絶縁層１８の下面に、それぞれ感光性エポキシ樹脂を塗布して硬化させることにより、ソルダーレジスト層１６、１９を形成する。その後、ソルダーレジスト層１６に開口部をパターニングし、複数の端子パッド３３に接続される複数の半田バンプ３４を形成する。また、ソルダーレジスト層１９に開口部をパターニングし、複数のＢＧＡ用パッド４３に接続される複数の半田ボール４４を形成する。以上の手順により本実施形態の配線基板１０が完成する。
以上、本実施形態に基づき本発明の内容を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で多様な変更を施すことができる。例えば、本実施形態では、キャパシタを内蔵する部品内蔵配線基板に対して本発明を適用する場合を説明したが、キャパシタに限らず多様な部品を内蔵する部品内蔵基板に対しても広く本発明を適用することができる。また、配線基板１０の構造や材料あるいは具体的な製造工程については、本実施形態の内容に限定されることなく様々に変更可能であることは当然である。さらに、その他の点についても上記実施形態により本発明の内容が限定されるものではなく、本発明の作用効果を得られる限り、上記実施形態に開示した内容には限定されることなく適宜に変更可能である。
１０…配線基板
１１…コア材
１１ａ…収容部
１２…第１ビルドアップ層
１３…第２ビルドアップ層
１４、１５、１７、１８…樹脂絶縁層
１６、１９…ソルダーレジスト層
２０…樹脂充填材
２１…スルーホール導体
２２…閉塞体
３１、４１…導体層
３０、３２、４０、４２…ビア導体
３３…端子パッド
３４…半田バンプ
４３…ＢＧＡ用パッド
４４…半田ボール
５０…キャパシタ
５１…表面電極層
５２…裏面電極層
５３…セラミック誘電体層
６０、６１…内部電極層
７０、７１…ビア導体
８０、８１、８２、８３…端子電極
９１…コア材（収容部）の内周側の各辺
９２…キャパシタの外周側の各辺
１００…半導体チップ
１０１…パッド
Ｇ…間隙部
Ｐ１、Ｐ２…面取り部
１１…コア材
１１ａ…収容部
１２…第１ビルドアップ層
１３…第２ビルドアップ層
１４、１５、１７、１８…樹脂絶縁層
１６、１９…ソルダーレジスト層
２０…樹脂充填材
２１…スルーホール導体
２２…閉塞体
３１、４１…導体層
３０、３２、４０、４２…ビア導体
３３…端子パッド
３４…半田バンプ
４３…ＢＧＡ用パッド
４４…半田ボール
５０…キャパシタ
５１…表面電極層
５２…裏面電極層
５３…セラミック誘電体層
６０、６１…内部電極層
７０、７１…ビア導体
８０、８１、８２、８３…端子電極
９１…コア材（収容部）の内周側の各辺
９２…キャパシタの外周側の各辺
１００…半導体チップ
１０１…パッド
Ｇ…間隙部
Ｐ１、Ｐ２…面取り部
Claims (8)
- 上面及び下面を貫通する収容部を開口したコア材と、前記収容部に収容される部品と、前記コア材の上面側と下面側の少なくとも一方に絶縁層及び導体層を交互に積層形成した積層部と、を備えた部品内蔵配線基板であって、
前記収容部の内周部と前記部品の外周部との間隙部に樹脂充填材が充填され、
前記収容部の内周部は、平面方向において矩形の各角部に直線状の第１の面取り部が形成された断面形状を有し、
前記部品の外周部は、平面方向において矩形の各角部に直線状の第２の面取り部が形成された断面形状を有し、
少なくとも前記第２の面取り部の面取り長は、前記間隙部における前記第１の面取り部と前記第２の面取り部との間の幅よりも大きいことを特徴とする部品内蔵配線基板。 - 前記第１の面取り部の面取り長は、前記間隙部における前記第１の面取り部と前記第２の面取り部との間の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の部品内蔵配線基板。
- 前記第２の面取り部の面取り長は、０．５ｍｍから２ｍｍの範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の部品内蔵配線基板。
- 前記部品の外周部は、前記第２の面取り部の直線部分の両端に円弧状のＲ面取り部が更に形成された平面形状を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の部品内蔵配線基板。
- 前記Ｒ面取り部の曲率半径は、前記第２の面取り部の面取り長以下であることを特徴とする請求項４に記載の部品内蔵配線基板。
- 前記第１の面取り部及び前記第２の面取り部のそれぞれの直線部分は、前記矩形の各辺と略４５°をなす直線であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の部品内蔵配線基板。
- 前記部品は。キャパシタであることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の部品内蔵配線基板。
- 前記キャパシタは、セラミック誘電体層と内部電極層とを交互に積層し、前記内部電極層に接続された複数のビア導体を格子状又は千鳥状に配置した積層セラミックキャパシタであることを特徴とする請求項７に記載の部品内蔵配線基板。
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