JP2012209356A - 電子部品内蔵基板、複合モジュール、および電子部品内蔵基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子部品内蔵基板に、厚みの大きな電子部品を内蔵させた場合においても、厚みを小さく抑える。
【解決手段】 電子部品内蔵基板１００は、可撓性を有し、両主面にそれぞれ電極２が形成されたフレキシブル基板１と、電極２に、それぞれ実装された電子部品４、５、６と、フレキシブル基板１の両主面に、それぞれ、電子部品４、５、６を覆って形成された樹脂層７とを備え、フレキシブル基板１は屈曲部Ｂを有するようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子部品内蔵基板に関し、さらに詳しくは、薄型化をはかった電子部品内蔵基板に関する。

また、本発明は、上記電子部品内蔵基板の少なくとも一方の主面に、さらに電子部品を実装してなる複合モジュールに関する。

さらに、本発明は、上記電子部品内蔵基板の製造に適した、電子部品内蔵基板の製造方法に関する。

近時、電気機器、電子機器の小型化にともない、これらに使用される電子部品も高密度に実装されることが求められている。

そして、高密度実装の要求に応えるものとして、内部に電子部品を内蔵した電子部品内蔵基板が実用化されている。電子部品内蔵基板は、たとえば、コアとなる基板の両主面に電子部品を実装し、電子部品を覆うように樹脂層を形成することにより、樹脂層内に電子部品を内蔵した構造からなる。電子部品内蔵基板は、樹脂層に内蔵された電子部品に加えて、樹脂層の主面にも電子部品を実装することができるため、電子部品の高密度実装が可能になっている。

しかしながら、このような構造からなる従来の電子部品内蔵基板に、大きな電子部品（厚みの大きな電子部品）を内蔵させた場合、電子部品内蔵基板の厚みが大きくなってしまうという問題があった。そして、厚みを大きくしないためには、基板に開口を設け、その開口部分に厚みの大きな電子部品を配置するなどの工夫が必要であった。

たとえば、特許文献１（特開２００７‐２４３５５０号公報）には、コアとなる基板に開口を設け、その開口部分に厚みの大きな電子部品を配置した電子機器が開示されている。ただし、この電子機器は、カメラモジュールを備えた電子機器であり、電子部品内蔵基板ではなく、また主面に樹脂層を形成したものでもない。

図６に、特許文献１に開示された電子機器４００を示す。電子機器４００は、コアとなる基板１０１を備え、基板１０１の中央には、開口１０１ａが形成されている。基板１０１の両主面には、電子部品１０２が実装されている。

そして厚みの大きな電子部品（レンズ鏡筒とイメージセンサー枠とからなるカメラモジュール）１０３は、支持部材１０４上に実装され、支持部材１０４の端面に取付けられたフレキシブル基板１０５ａ、１０５ｂが、基板１０１の下側主面であって、開口１０１ａの周縁部分に取付けられることによって、開口１０１ａ内に配置されている。すなわち、厚みの大きな電子部品１０３は、可撓性を有するフレキシブル基板１０５ａ、１０５ｂを介してぶら下げられた状態で、基板１０１の開口１０１ａ内に配置されている。なお、フレキシブル基板１０５ａ、１０５ｂは、電気的な接続機能もはたしている。

特開２００７‐２４３５５０号公報

上述した従来の電子機器４００においては、厚みの大きな電子部品１０３が、基板１０１に形成された開口１０１ａ内に配置されることにより、全体としての厚み（高さ）が小さく抑えられている。

しかしながら、電子機器４００を製造するにあたっては、基板１０１に開口１０１ａを設ける工程、フレキシブル基板１０５ａ、１０５ｂを支持部材１０４に取付ける工程、フレキシブル基板１０５ａ、１０５ｂを適切な形状に屈曲する工程、フレキシブル基板１０５ａ、１０５ｂを基板１０１に取付ける工程が必要であり、製造が煩雑で、製造コストが高くなる原因となっていた。また、フレキシブル基板１０５ａ、１０５ｂと支持部材１０４との間、およびフレキシブル基板１０５ａ、１０５ｂと基板１０１との間では、異種材料の接続界面が発生するため、接合信頼性に不安があった。

本発明は、上述した従来技術の有する問題点を解決するためになされたものである。その手段として、本発明の電子部品内蔵基板は、可撓性を有し、両主面にそれぞれ電極が形成されたフレキシブル基板と、フレキシブル基板の両主面に形成された電極に、それぞれ実装された電子部品と、フレキシブル基板の両主面に、それぞれ、電子部品を覆うように形成された樹脂層とを備え、フレキシブル基板が、電子部品が実装されていない領域において、屈曲部を有するようにした。この結果、本発明の電子部品内蔵基板は、部材や製造工程の追加をすることなしに、容易に、薄型化をはかることが可能になっている。

なお、樹脂層には、導電ビアや表面配線を設けるようにしても良い。この場合には、外部との電気的接続を容易におこなうことができる。

また、電子部品内蔵基板の少なくとも一方の主面に、さらに電子部品を実装するようにしても良い。この場合には、より複雑で高度な電子回路を備えた複合モジュールを構成することができる。

また、本発明は、上述した電子部品内蔵基板の製造に適した製造方法を提供する。

本発明の電子部品内蔵基板は、上述した構成としたため、内部に厚みの大きな電子部品を内蔵させても、電子部品内蔵基板自体の厚みは大きくならず、薄型に構成することができる。また、特別な部材や工程の追加が不要であるため、製造が容易で、コスト高もまねかない。さらに、異種材料の接続界面が少なくなるため、信頼性が高い。

図１（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ、本発明の第１実施形態にかかる電子部品内蔵基板１００を製造する際に適用される工程を示す断面図である。なお、図１（Ｃ）は、電子部品内蔵基板１００の完成図でもある。 基板の両主面に樹脂層を形成し、樹脂層の両主面から金型で加圧した場合の反発力を示す模式図である。図２（Ａ）は樹脂層が厚い場合、図２（Ｂ）は樹脂層が薄い場合を、それぞれ示す。 図３（Ｄ）〜（Ｆ）は、それぞれ、本発明の第２実施形態にかかる電子部品内蔵基板２００を製造する際に適用される工程を示す断面図である。 図３の続きであり、図４（Ｇ）は、本発明の第２実施形態にかかる電子部品内蔵基板２００を製造する際に適用される工程を示す断面図である。なお、図４（Ｇ）は、電子部品内蔵基板２００の完成図でもある。 本発明の第３実施形態にかかる複合モジュール３００を示す断面図である。 従来の電子機器４００を示す断面図である。

以下、図面とともに、本発明を実施するための形態について説明する。

［第１実施形態］
図１（Ａ）〜（Ｃ）に、本発明の第１実施形態にかかる電子部品内蔵基板１００を示す。上述したとおり、図１（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ、製造する際に適用される工程を示す。なお、図１（Ｃ）は、電子部品内蔵基板１００の完成図でもある。

まず、完成図である図１（Ｃ）を参照して、電子部品内蔵基板１００の構造について説明する。

電子部品内蔵基板１００は、ポリイミド樹脂やポリカーボネート樹脂などからなり、可撓性を有するフレキシブル基板１を備える。フレキシブル基板１の両主面には、それぞれ、Ｃｕなどからなり、電子部品を実装する際のランド電極や、配線電極として用いられる電極２が形成されている。また、フレキシブル基板１を貫通して、所定の電極２間を接続する、Ｃｕなどからなるビア導体３が形成されている。

そして、フレキシブル基板１の電極２には、電子部品４、５、６が、はんだを用いて実装されている。本実施形態においては、電子部品４には厚みの大きい、コンデンサ、抵抗、コイルなどのチップ部品が、電子部品５には電子部品４よりも厚みの小さなチップ部品が、電子部品６には電子部品４よりも厚みの小さなＩＣ部品が用いられている。なお、チップ部品４の両端には端子電極４ａ、４ａが、チップ部品５の両端には端子電極５ａ、５ａが、それぞれ形成されている。

そして、フレキシブル基板１の両主面には、電子部品４、５、６を内蔵して、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂からなる、樹脂層７が形成されている。なお、樹脂層７内において、フレキシブル基板１は、電子部品４、５、６が実装されていない領域において、屈曲部Ｂを有している。すなわち、フレキシブル基板１は、厚みの大きな電子部品４が実装された部分では、電子部品４が実装された主面と反対側の主面方向（図１（Ｃ）における上側）に撓み、電子部品内蔵基板１００の厚みが大きくなるのを抑えた状態で、樹脂層７内に配置されている。

電子部品内蔵基板１００は、内蔵された電子部品４、５、６と、電極２、ビア導体３とで、所望の電子回路が構成されている。なお、図示しないが、構成された電子回路は、電子部品内蔵基板１００の端面などから引出され、外部と電気的に接続される。

かかる構造からなる、本発明の第１実施形態にかかる電子部品内蔵基板１００は、たとえば、次の方法で製造される。

まず、図１（Ａ）に示すように、フレキシブル基板１を準備し、両主面に電子部品４、５、６を実装する。

フレキシブル基板１は、たとえば、ポリイミド樹脂やポリカーボネート樹脂などからなる樹脂シートの両主面全面にＣｕ箔を接合し、フォトリソグラフィ法やエッチング法により所定の形状にパターンニングして電極２を形成し、続いてレーザー照射などでビアを形成し、ビア内を無電解Ｃｕめっきすることによりビア導体３を形成して得ることができる。

電子部品４、５、６の電極２への実装は、たとえば、予め電極２上に塗布されたクリームはんだ、あるいは電子部品６の底面に形成された端子電極に固着されたはんだボールを、リフローさせておこなうことができる。

次に、図１（Ｂ）に示すように、フレキシブル基板１の両主面に、熱硬化性樹脂からなる、加熱されて半溶融状態になった樹脂層７、７を配置し、両主面側から加圧する。この工程は、減圧された環境でおこなうことが好ましい。

この結果、図１（Ｃ）に示すように、フレキシブル基板１および電子部品４、５、６は、樹脂層７に埋設される。なお、このとき、フレキシブル基板１は、厚みの大きな電子部品４が実装された部分では、電子部品４が実装された主面と反対側の主面方向（図中上側）に撓み、電子部品内蔵基板１００の厚みが大きくなるのを抑えた状態で、樹脂層７内に配置される。これは、次の理由による。

図２（Ａ）、（Ｂ）に、基板１１の両主面に樹脂１７を配置し、両主面側からプレス金型Ｐで加圧した場合の反発力Ｒを模式的に示す。なお、図２（Ａ）は樹脂１７が厚い場合、図２（Ｂ）は樹脂１７が薄い場合を示す。

樹脂１７中に物体（基板や電子部品など）を内蔵するプレスにおいて、樹脂１７が有するプレス金型Ｐへの反発力Ｒは、樹脂１７が薄い場合（図２（Ｂ））の方が、樹脂１７が厚い場合（図２（Ａ））よりも大きい。したがって、物体を上下から樹脂で挟み込み、さらにプレス金型Ｐで加圧した場合、その物体の上下の樹脂の厚みは、同じ大きさに近づくように調整される。すなわち、樹脂の厚みに差が生じた場合には、厚みの大きい側の樹脂は反発力Ｐが小さいため、プレス金型Ｐに押されて、厚みの小さい側の樹脂の厚みに近づくまで、厚みの小さい側の樹脂よりも優先的に、平面方向に伸びようとする。

したがって、図１（Ｃ）に示すように、電子部品４、５、６が実装されたフレキシブル基板１の両主面に樹脂層７、７を配置して、両主面側から加圧した場合、フレキシブル基板１の厚みの大きな電子部品４が実装された部分においては、電子部品４の天面上の樹脂層７の厚み（図中下側）と、その裏面の樹脂層７の厚み（図中上側）とは、同じ大きさに近づこうとする。この結果、フレキシブル基板１は、屈曲部Ｂが形成され、電子部品４が実装された部分において、電子部品４が実装された主面と反対側の主面方向（図中上側）に撓み、電子部品内蔵基板１００の厚みが大きくなるのを抑えた状態で、樹脂層７内に配置されるのである。

最後に、加熱し、樹脂層７を構成する熱硬化性樹脂を硬化させて、図１（Ｃ）に示すように、電子部品内蔵基板１００を完成させる。

以上、本発明の第１実施形態にかかる電子部品内蔵基板１００の構造、およびその製造方法の一例について説明した。しかしながら、本発明がこの内容に限定されることはなく、発明の主旨に沿って、種々の変更をなすことができる。たとえば、フレキシブル基板１に実装される電子部品４、５、６の種類、大きさ、個数などは任意であり、上述した内容には限定されない。また、フレキシブル基板１の両主面に半溶融状態で上下から配置される樹脂層７、７の配置当初の厚みは、必ずしも同じである必要はなく、実装される電子部品の大きさや個数を考慮して、両者に差を設けるようにしても良い。

［第２実施形態］
図３（Ｄ）〜図４（Ｇ）に、本発明の第２実施形態にかかる電子部品内蔵基板２００を示す。ただし、図３（Ｄ）〜図４（Ｇ）は、それぞれ、製造する際に適用される工程を示す。なお、図４（Ｇ）は、電子部品内蔵基板２００の完成図でもある。

まず、完成図である図４（Ｇ）を参照して、電子部品内蔵基板２００の構造について説明する。

電子部品内蔵基板２００は、図１（Ｃ）に示した第１実施形態にかかる電子部品内蔵基板１００に、さらに、ビア導体８ａ、８ｂと、表面電極９とが付加された構成からなる。すなわち、樹脂層７には、樹脂層７の両主面から、それぞれ、フレキシブル基板１に形成された電極２に至る、導電ビア８ａが形成されている。また、樹脂層７には、樹脂層７の一方の主面（図中下側の主面）から、電子部品４の端子電極４ａに至る、導電ビア８ｂが形成されている。そして、樹脂層７の両主面には、導電ビア８ａまたは８ｂと接続された、表面電極９が形成されている。なお、導電ビア８ａ、８ｂ、表面電極９には、たとえば、Ｃｕを用いることができる。

かかる構造からなる電子部品内蔵基板２００は、表面電極９に、さらに電子部品を実装したり、表面電極９を用いて、外部との電気的接続をはかったりすることができる。

電子部品内蔵基板２００は、たとえば、次の方法で製造される。

まず、図１（Ｃ）に示した、第１実施形態にかかる電子部品内蔵基板１００を用意する。

次に、図３（Ｄ）に示すように、レーザー照射などの方法により、樹脂層７に、
樹脂層７の表面からフレキシブル基板１に形成された電極２に至るビア８ａ’と、樹脂層７の表面から電子部品４の端子電極４ａに至るビア８ｂ’を形成する。次に、薬液を用いてデスミア処理をおこない、ビア８ａ’、８ｂ’内から樹脂などの残渣を除去する。

次に、図３（Ｅ）に示すように、ビア８ａ’に導電性ペーストを充填してビア導体８ａを形成し、ビア８ｂ’に導電性ペーストを充填してビア導体８ｂを形成する。なお、導電ペーストは、熱硬化性樹脂を含んでおり、充填後、あるいは、この後の工程のいずれかの段階で加熱されて硬化される。

次に、図３（Ｆ）に示すように、樹脂層７の両主面の全面に、たとえばＣｕ箔などの金属箔９’を、接着剤などを用いて接合する。

最後に、図４（Ｇ）に示すように、金属箔９’を、フォトリソグラフィ法やエッチング法により所定の形状にパターンニングして表面電極９を形成して、電子部品内蔵基板２００を完成させる。

［第３実施形態］
図５に、本発明の第３実施形態にかかる複合モジュール３００を示す。

複合モジュール３００は、図４（Ｇ）に示した第２実施形態にかかる電子部品内蔵基板２００の一方の主面（図中上側の主面）に形成された電極９に、さらに電子部品１５を実装した構造からなる。

複合モジュール３００においては、内部に内蔵された電子部品４、５、６と、表面に実装された電子部品１５とで、より複雑で高度な電子回路を構成することができる。

１：フレキシブル基板
２：電極（フレキシブル基板１に形成されたもの）
３：導電ビア（フレキシブル基板１に形成されたもの）
４：電子部品（厚みの大きなもの）
５、６、１５：電子部品（電子部品４に比べて厚みの小さなもの）
７：樹脂層
８ａ’、８ｂ’：ビア
８ａ、８ｂ：ビア導体
９’：金属箔
９：表面電極
Ｂ：屈曲部

Claims (5)

1. 可撓性を有し、両主面にそれぞれ電極が形成されたフレキシブル基板と、
   前記フレキシブル基板の両主面に形成された前記電極に、それぞれ実装された電子部品と、
   前記フレキシブル基板の両主面に、それぞれ、前記電子部品を覆うように形成された樹脂層と、を備えた電子部品内蔵基板であって、
   前記フレキシブル基板が、前記電子部品が実装されていない領域において、屈曲部を有してなる電子部品内蔵基板。
2. 前記樹脂層の表面と前記フレキシブル基板の前記電極との間、および、前記樹脂層の表面と前記電子部品の端子電極との間の少なくとも一方に、導電ビアが形成されてなる、請求項１に記載された電子部品内蔵基板。
3. 請求項１または２に記載された電子部品内蔵基板の少なくとも一方の主面に、さらに電子部品が実装されてなる複合モジュール。
4. 可撓性を有し、両主面にそれぞれ電極が形成されたフレキシブル基板を準備する工程と、
   前記フレキシブル基板の両主面に形成された前記電極に、それぞれ、電子部品を実装する工程と、
   前記フレキシブル基板の両主面に、それぞれ、熱硬化性樹脂からなる樹脂層を配置し、前記樹脂層の両主面側から加圧して、前記樹脂層が前記電子部品を覆った、前記フレキシブル基板と前記樹脂層との積層体を形成する工程と、
   前記積層体を加熱して、硬化させる工程とを備え、
   前記フレキシブル基板が、前記電子部品が実装されていない領域において、屈曲部を有してなる電子部品内蔵基板の製造方法。
5. 前記樹脂層を硬化させる工程の後に、
   前記樹脂層の表面と前記フレキシブル基板の前記電極との間、および、前記樹脂層の表面と前記電子部品の端子電極との間の少なくとも一方に、ビアを形成する工程と、
   前記ビアに導電物質を充填して、導電ビアを形成する工程とをさらに備えた、請求項４に記載された電子部品内蔵基板の製造方法。

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