JP2013098529A - 電子部品埋込み型印刷回路基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】印刷回路基板内に電子部品を直接内蔵し、固定せずに脱着自在に形成することによって、基板の歩留まりに伴う部品損失を減らすことができる、電子部品埋込み型印刷回路基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の電子部品埋込み型印刷回路基板１００は、中空構造の電子部品ケース１２０が設けられたベース基板１１０と、電子部品ケース１２０に挿入される電子部品１５０と、ベース基板１１０の上下面に設けられた回路パターン層１３１、１３２と、これらの回路パターン層１３１、１３２を覆う絶縁層１６０とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品埋込み型印刷回路基板及びその製造方法に関し、特に、印刷回路基板を内蔵する電子部品を脱着自在に形成することによって、基板の歩留まりに伴う損失を節減すると共に、大量生産及び手軽にアップグレード可能な電子部品埋込み型印刷回路基板及びその製造方法に関する。

半導体パッケージにおいてプロファイル減少と多様な機能を要求する市場の傾向に応じて印刷回路基板の具現においても多様な技術が求められている。

例えば、ＦＣＢＧＡ（Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐ Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）パッケージの製造において、ＩＣ部品の電気的導電性端子またはランドは、リフロー可能なソルダバンプまたはボールを用いて、基板の表面上にダイボンド領域の対応ランドに直接半田つけられる。

電子部品などは、基板トレースを含む電気的導電性経路の階層を通じて電子システムの他の素子に機能的に接続される。該基板トレースは、一般に、システムのＩＣなどの電子部品間で伝送される信号を運ぶ。ＦＣＢＧＡの場合、基板上端のＩＣと下端のキャパシタとが各々表面実装される。この場合、基板の厚さだけＩＣとキャパシタとを接続する回路の経路、すなわち接続回路の長さが増え、インピダンス値が増加してしまって、電気的性能に悪影響を及ぼすことになる。また、下端面の一定な面積をチップ実装のために使うしかないため、例えば、下端の全面にボールアレイを望む使用者には、要求を充足させることができないなど、設計自由度が制限される。

これに対する解決方案として、部品を基板中に挿入して回路の経路を減らす部品組込み技術が示されている。

電子部品埋込み型印刷回路基板は、既存の基板上にパッケージ形態で実装された能動／受動（ａｃｔｉｖｅ／ｐａｓｓｉｖｅ）電子部品を、既に製作された有機基板に内蔵することによって、冗長表面的確保による多重機能（Ｍｕｌｔｉ-ｆｕｎｃｔｉｏｎｉｎｇ）、信号伝達ラインの最小化による高周波低損失／高効率技術への対応、及び小型化の期待を満足させる、一種の次世代３次元パッケージ技術を形成すると共に、新形態の高機能パッケージングトレンドを導き出すことができる。

次に、従来の電子部品埋込み型印刷回路基板の製造過程について説明する。従来の電子部品埋込み型印刷回路基板は、電子部品が配置されるキャビティが形成され、両面に回路パターンが設けられた絶縁層と該絶縁層の一面に付着されたテープを含む基板本体とを準備するステップと、電子部品を絶縁層のキャビティ内に配置するステップと、電子部品が配置されたキャビティ内に絶縁層を積層し、電子部品を絶縁材に埋め込むステップと、電子部品が絶縁材によって基板本体に固定されると、テープを取り除くステップと、絶縁材の両面にビア及び回路パターンを含む回路層を形成するステップとによって製造される。

韓国特許公開第１０-２００６-００４８６６４号公報 韓国特許公開第１０-２００７-０１１１５６９号公報 韓国特許公開第１０-２０１０-０１３３７６８号公報

しかし、このように製造される電子部品埋込み型印刷回路基板は、電子部品自体を内蔵するもので、電子部品の不良がある場合、該印刷回路基板自体を廃棄しなければならないという問題がある。

そのため、部品及び基板の歩留まりが全体生産費用に含まれて、高価の部品を内蔵するには困難さがある。

本発明は上記の問題点に鑑みて成されたものであって、印刷回路基板内に電子部品を直接内蔵し、固定せずに脱着自在に形成することによって、基板の歩留まりに伴う部品損失を減らすことができる、電子部品埋込み型印刷回路基板及びその製造方法を提供することに、その目的がある。

本発明の他の目的は、印刷回路基板の内部に設けられたケースの外面に金属パターン層を形成することによって、キャビティによる空間損失を減らすことができる、電子部品埋込み型印刷回路基板及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を解決するために、本発明による電子部品埋込み型印刷回路基板は、中空構造の電子部品ケースが設けられたベース基板と、前記電子部品ケースに挿入される電子部品と、前記ベース基板の上下面に設けられた回路パターン層と、前記回路パターン層を覆う絶縁層とを含む。

前記電子部品ケースは、開口部が露出するように前記ベース基板の一側に形成される。

前記電子部品ケースは、電子部品と接合される複数の接続端子を含む。

前記電子部品は、電子部品ケースと接合される複数のソルダボールを含む。

前記ベース基板は、上下面に設けられた回路パターン層を接続するビアをさらに含む。

前記ベース基板は、銅箔積層板（ＣＣＬ）またはエポキシ系樹脂で形成される。

前記絶縁層は、ソルダレジスト層で形成される。

前記電子部品ケースは、外面に回路パターン層が形成される。

前記絶縁層は、積層されたビルドアップ層で形成される。

また、上記目的を解決するために、本発明による電子部品埋込み型印刷回路基板の製造方法は、（Ａ）銅箔が設けられたベース基板を準備するステップと、（Ｂ）前記ベース基板にキャビティを形成し、一面に支持テープを付着するステップと、（Ｃ）前記キャビティに電子部品ケースを配置するステップと、（Ｄ）前記ベース基板の支持テープを取り除いて、回路パターン層を形成するステップと、（Ｅ）前記ベース基板に絶縁層を積層するステップと、（Ｆ）前記電子部品ケースに電子部品を挿入するステップとを含む。

前記電子部品ケースは、外面に回路パターン層が形成される。

前記ステップ（Ｃ）において、前記電子部品ケースは、開口部が露出するように前記ベース基板の一側に配置される。

また、前記電子部品ケースには、電子部品と接合するように複数の接続端子が形成される。

前記ステップ（Ｅ）にて、前記絶縁層は、ソルダレジスト層で形成される。

また、前記ステップ（Ｅ）にて、前記絶縁層は、積層されたビルドアップ層で形成される。

前記電子部品には、電子部品ケースと接合するように複数のソルダボールが形成される。

前記ステップ（Ｆ）の後に、前記電子部品ケースに絶縁材料を充填して硬化させるステップをさらに含む。

前述のように、本発明によれば、印刷回路基板の内部に電子部品ケースを形成することによって、印刷回路基板を製造して最終検査した後に、異常のない印刷回路基板のみに電子部品を挿入するため、印刷回路基板の歩留まりに伴う部品損失を減らすことができるという効果が奏する。

また、本発明によれば、同じ印刷回路基板を使いながら、挿入される電子部品の変更だけで多様な設計仕様に適用するため、印刷回路基板のプラットホーム化が可能で、大量生産及びアップグレードが容易になるという効果が奏する。

また、本発明によれば、印刷回路基板の内部に内蔵する電子部品ケースの外面に金属パターン層を形成することによって、既存のキャビティによる空間損失を減らすことができるという効果が奏する。

本発明の実施形態による電子部品埋込み型印刷回路基板を示す断面図である。 本発明の他の実施形態による電子部品埋込み型印刷回路基板を示す断面図である。 図２のＡを拡大して示す断面図である。 本発明の実施形態による電子部品埋込み型印刷回路基板の製造過程を示す断面図である。 同じく、電子部品埋込み型印刷回路基板の製造過程を示す断面図である。 同じく、電子部品埋込み型印刷回路基板の製造過程を示す断面図である。 同じく、電子部品埋込み型印刷回路基板の製造過程を示す断面図である。 同じく、電子部品埋込み型印刷回路基板の製造過程を示す断面図である。 同じく、電子部品埋込み型印刷回路基板の製造過程を示す断面図である。 同じく、電子部品埋込み型印刷回路基板の製造過程を示す断面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態は図面を参考にして詳細に説明する。次に示される各実施の形態は当業者にとって本発明の思想が十分に伝達されることができるようにするために例として挙げられるものである。従って、本発明は以下示している各実施の形態に限定されることなく他の形態で具体化されることができる。そして、図面において、装置の大きさ及び厚さなどは便宜上誇張して表現されることができる。明細書全体に渡って同一の参照符号は同一の構成要素を示している。

本明細書で使われた用語は、実施形態を説明するためのものであって、本発明を制限しようとするものではない。本明細書において、単数形は文句で特別に言及しない限り複数形も含む。明細書で使われる「含む」とは、言及された構成要素、ステップ、動作及び／又は素子は、一つ以上の他の構成要素、ステップ、動作及び／又は素子の存在または追加を排除しないことに理解されたい。

図１は、本発明の実施形態による電子部品埋込み型印刷回路基板を示す断面図で、図２は、本発明の他の実施形態による電子部品埋込み型印刷回路基板を示す断面図であり、図３は、図２のＡを拡大して示す断面図である。

図１〜図３に示すように、本発明の実施形態による電子部品埋込み型印刷回路基板は、中空構造の電子部品ケース１２０が設けられたベース基板１１０と、前記電子部品ケース１２０に挿入される電子部品１５０と、前記ベース基板１１０の上下面に設けられた回路パターン層１３１、１３２と、前記回路パターン層１３１、１３２を覆う絶縁層１６０とを含む。

前記ベース基板１１０は、コアを含む銅箔積層板（ＣＣＬ:Ｃｏｐｐｅｒ Ｃｌａｄ Ｌａｍｉｎａｔｅｄ）またはエポキシ系樹脂を用いて形成される。

また、前記ベース基板１１０には、電子部品１５０が挿入される電子部品ケース１２０が配置されるように、ベース基板１１０の一側にキャビティ１２０ａが形成される。

前記キャビティ１２０ａは、望ましくは、湿食エッチング工程や乾食エッチング工程によってベース基板１１０の一側の所定部分を取り除いて形成される。このキャビティ１２０ａを形成する方法は、前述の方法に限定するものではなく、機械ドリル（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｄｒｉｌｌ）、ＣＯ_２レーザドリル及びＮｄ-ｙａｇレーザドリルのうちのいずれか一つを用いるドリル加工のように、ベース基板１１０の所定部分を取り除く方法を用いてもよい。

このように設けられたキャビティ１２０ａには、電子部品ケース１２０が形成される。

前記電子部品ケース１２０は、電子部品１５０が挿入されて電気的に接続されたもので、電子部品１５０が挿入される開口部が外部へ露出するようにベース基板１１０の一側に形成され、電子部品１５０が電子部品ケース１２０の開口部の方へスライドして挿入されるように形成される。

また、前記電子部品ケース１２０は、剛性及び熱電導性が優秀な金属材料で形成され、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、チタン（Ｔｉ）などが挙げられる。

図３に示すように、前記電子部品ケース１２０の内部には、複数の接続端子１２１が形成されて挿入される電子部品１５０と電気的に接合される。この接続端子１２１は、複数のピン形態で形成され、電子部品１５０の電極と接続されるように形成される

また、前記接続端子１２１は、望ましくは、電子部品ケース１２０と同じ材料で形成される。

前記電子部品ケース１２０の外部には、回路パターン層１３１、１３２が形成され、電子部品ケース１２０に挿入される電子部品１５０と前記接続端子１２１を介して電気的に接続される。

前記電子部品ケース１２０に挿入される電子部品１５０は、印刷回路基板と電気的に接続されて特定な機能を行う部品であって、半導体素子のような能動素子またはキャパシタのような受動素子である。

前記電子部品１５０は、前記電子部品ケース１２０の内部に形成され、フェイスアップ（Ｆａｃｅ-ｕｐ）方式で内蔵され、電子部品１５０の端子１５１が前記接続端子１２１に接続されるように形成される。

前記電子部品１５０の端子１５１は、金属バンプ（Ｍｅｔａｌ ｂｕｍｐ）または金属パッド（Ｍｅｔａｌ ｐａｄ）からなる。また、前記端子１５１には、ソルダボール（図示せず）が形成され、電子部品ケース１２０の接続端子１２１に接続される。

また、前記電子部品ケース１２０に挿入された電子部品１５０を固定するために、電子部品１５０と電子部品ケース１２０との間の空間には、絶縁材が充填される。また、絶縁材の代りに、電子部品１５０が電子部品ケース１２０の大きさに対応して形成されることによって、挿入時に電子部品１５０と電子部品ケース１２０とが間隙なしに結合される。

前記では、接続端子１２１が電子部品ケース１２０の内側上部に形成され、電子部品１５０がフェイスアップ方式で内蔵されたが、一実施形態によれば、接続端子１２１が電子部品ケース１２０の内側下部に形成され、電子部品１５０がフェイスダウン方式で内蔵されてもよい。

前記ベース基板１１０の上下面には、回路パターン層１３１、１３２が形成される。ベース基板１１０の上下面に設けられた回路パターン層１３１、１３２は、ビア１４０によって電気的に接続される。

前記電子部品ケース１２０の上下面に設けられた回路パターン層１３１、１３２は、電子部品ケース１２０に挿入された電子部品１５０と電気的に接続される。

前記回路パターン層１３１、１３２及びビア１４０は、製造工程によって大きくサブトラクティブ（ｓｕｂｔｒａｃｔｉｖｅ）法またはアディティブ（Ａｄｄｉｔｉｖｅ）法などによって形成される。

サブトラクティブ法は、一般にフォトレジストで回路パターン層が形成されるべき部分及びビアが形成されるホール内をテンティング（Ｔｅｎｔｉｎｇ）してからエッチングするため、テント／エッチ（Ｔｅｎｔ ａｎｄ ｅｔｃｈ）法とも言う。また、回路パターン層が形成されるべき部分の銅箔を露光し、その他の部分の銅箔をエッチングして回路パターン層を形成する手法である。

アディティブ法は、絶縁基板上に導電性材料を無電解めっきまたは電解めっきなどを通じて選択的に析出させる方法でめっきして回路パターン層を形成する手法である。電解銅めっきのためのシード層（ｓｅｅｄ ｌａｙｅｒ）の存在有無によってフルアディティブ（ｆｕｌｌ-ａｄｄｉｔｉｖｅ）方式とセミアディティブ（ｓｅｍｉ-ａｄｄｉｔｉｖｅ）方式に分けられる。

また、前記回路パターン層１３１、１３２をカバーするように絶縁層１６０が形成される。

前記絶縁層１６０は、ソルダレジスト層で形成される。

ソルダレジスト層は、耐熱性被覆材料で半田つける時、最外側の回路パターン層１３１、１３２に半田が塗布されないように保護する役割をする。また、外部回路との電気的接続のために、開口部を加工して回路パターン層１３１、１３２の一部を露出させることが望ましい。

前記絶縁層１６０は、図２に示すように、積層されたビルドアップ層で形成されてもよい。このビルドアップ層は、ベース基板１１０の両面に積層されて形成される。ビルドアップ層は、別途の絶縁素材を積層し、ＣＯ_２レーザドリルまたはＮｄ-Ｙａｇレーザドリルを用いてビアホールを形成した後、アディティブ法を用いてビアを含む回路層を形成することによって完成される。

以下では、本発明による電子部品埋込み型印刷回路基板の製造方法について詳記する。

図４〜図１０は、各々、本発明の実施形態による電子部品埋込み型印刷回路基板の製造過程を示す断面図である。

図４〜図１０に示すように、本発明の実施形態による電子部品埋込み型印刷回路基板の製造方法は、（Ａ）銅箔１３０が設けられたベース基板１１０を準備するステップと、（Ｂ）前記ベース基板１１０にキャビティ１２０ａを形成し、一面に支持テープ１７０を付着するステップと、（Ｃ）前記キャビティ１２０ａに電子部品ケース１２０を配置するステップと、（Ｄ）前記ベース基板１１０の支持テープ１７０を取り除いて、回路パターン層１３１、１３２を形成するステップと、（Ｅ）前記ベース基板１１０に絶縁層１６０を積層するステップと、（Ｆ）前記電子部品ケース１２０に電子部品１５０を挿入するステップと、を含む。

まず、図４に示すように、ベース基板１１０を準備する。このベース基板１１０は、印刷回路基板に一般に用いられる絶縁材からなる。例えば、銅箔積層板（ＣＣＬ）またはエポキシ系樹脂が挙げられる。

続いて、図５に示すように、用意したベース基板１１０の一側にキャビティ１２１を形成する。このキャビティ１２１は、湿食エッチング工程、乾食エッチング工程、機械ドリル、ＣＯ_２レーザドリル、Ｎｄ-Ｙａｇレーザドリルのうちのいずれか一つによって、ベース基板１１０の一側の所定部分を取り除いて形成される。

続いて、図６に示すように、キャビティ１２１の設けられたベース基板１１０を支持テープ１７０に付着して固定し、キャビティ１２１に電子部品ケース１２０を配置する。この電子部品ケース１２０は、開口部が外部へ露出するようにベース基板１１０の一側に配置される。前記電子部品ケース１２０は、剛性及び熱電導性が優秀なアルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、チタン（Ｔｉ）などの金属で形成される。また、前記電子部品ケース１２０の上下面には、ベース基板１１０の銅箔１３０と同じ厚さの金属層１３０ａが形成される。

続いて、図７に示すように、支持テープ１７０を取り除いて、ベース基板１１０に回路パターン層１３１、１３２及びビア１４０を形成する。このベース基板１１０にドリル（機械ドリルまたはレーザドリル）を通じてビアホール（図示せず）を形成し、サブトラクティブ法またはアディティブ法によって回路パターン層１３１、１３２及びビア１４０を形成する。

続いて、図８に示すように、回路パターン層１３１、１３２をカバーするように絶縁層１６０を形成する。この絶縁層１６０は、ソルダレジスト層で形成される。

続いて、図９に示すように、回路パターン層１３１、１３２の一部が露出するようにソルダレジスト層に開口部を形成し、電子部品ケース１２０に電子部品１５０をスライド式で挿入する。この場合、該電子部品１５０を保護する保護部材（図示せず）が共に挿入されてもよい。

また、前記電子部品１５０の挿入後、電子部品ケース１２０と電子部品１５０との間の空間を満たすために、絶縁材が注入されてもよい。

一実施形態によれば、前記電子部品ケース１２０と電子部品１５０との間の空間を無くすための方法として、電子部品１５０が電子部品ケース１２０の内部空間と同じ大きさで形成されてもよい。

続いて、図１０に示すように、ベース基板１１０の両面に設けられた絶縁層１６０はビルドアップ層で形成し、電子部品ケース１２０に電子部品１５０をスライド式で挿入する。このビルドアップ層は、別途の絶縁素材を積層し、ＣＯ_２レーザドリルまたはＮｄ-Ｙａｇレーザドリルを用いてビアホールを形成した後、アディティブ法を用いてビアを含む回路層を形成する。

このように設けられた本発明による電子部品埋込み型印刷回路基板は、電子部品ケース１２０が形成されることによって、電子部品１５０を印刷回路基板の製造過程の最後に挿入するため、製造過程中で印刷回路基板に不良が発生しても電子部品１５０の損失が発生せず、電子部品１５０の不良時には、電子部品１５０だけ交替が可能であるため、不良による損失を減らすことができる。

また、同じ印刷回路基板を使いながら、挿入される電子部品の変更だけで多様な設計仕様に適用可能なので、印刷回路基板のプラットホーム化が可能で、大量生産及びアップグレードが容易になるという利点がある。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、前記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１００ 印刷回路基板
１１０ ベース基板
１２０ 電子部品ケース
１２０ａ キャビティ
１２１ 接続端子
１３０ 銅箔
１３１、１３２ 回路パターン層
１４０ ビア
１５０ 電子部品
１６０ 絶縁層

Claims (17)

1. 中空構造の電子部品ケースが設けられたベース基板と、
   前記電子部品ケースに挿入される電子部品と、
   前記ベース基板の上下面に設けられた回路パターン層と、
   前記回路パターン層を覆う絶縁層と
   を含む電子部品埋込み型印刷回路基板。
2. 前記電子部品ケースは、開口部が露出するようにベース基板の一側に形成される請求項１に記載の電子部品埋込み型印刷回路基板。
3. 前記電子部品ケースは、電子部品と接続される複数の接続端子を含む請求項１に記載の電子部品埋込み型印刷回路基板。
4. 前記電子部品は、電子部品ケースと接続される複数のソルダボールを含む請求項１に記載の電子部品埋込み型印刷回路基板。
5. 前記ベース基板は、上下面に設けられた回路パターン層を接続するビアを、さらに含む請求項１に記載の電子部品埋込み型印刷回路基板。
6. 前記ベース基板は、銅箔積層板またはエポキシ系樹脂で形成される請求項１に記載の電子部品埋込み型印刷回路基板。
7. 前記絶縁層は、ソルダレジスト層で形成される請求項１に記載の電子部品埋込み型印刷回路基板。
8. 前記電子部品ケースは、外面に回路パターン層が形成される請求項１に記載の電子部品埋込み型印刷回路基板。
9. 前記絶縁層は、積層されたビルドアップ層で形成される請求項１に記載の電子部品埋込み型印刷回路基板。
10. （Ａ）銅箔が設けられたベース基板を準備するステップと、
    （Ｂ）前記ベース基板にキャビティを形成し、一面に支持テープを付着するステップと、
    （Ｃ）前記キャビティに電子部品ケースを配置するステップと、
    （Ｄ）前記ベース基板の支持テープを取り除いて、回路パターン層を形成するステップと、
    （Ｅ）前記ベース基板に絶縁層を積層するステップと、
    （Ｆ）前記電子部品ケースに電子部品を挿入するステップと
    を含む電子部品埋込み型印刷回路基板の製造方法。
11. 前記電子部品ケースは、外面に回路パターン層が形成される請求項１０に記載の電子部品埋込み型印刷回路基板の製造方法。
12. 前記ステップ（Ｃ）にて、
    前記電子部品ケースは、開口部が露出するようにベース基板の一側に配置される請求項１０に記載の電子部品埋込み型印刷回路基板の製造方法。
13. 前記電子部品ケースは、電子部品と接続されるように複数の接続端子が形成される請求項１０に記載の電子部品埋込み型印刷回路基板の製造方法。
14. 前記ステップ（Ｅ）にて、
    前記絶縁層は、ソルダレジスト層で形成される請求項１０に記載の電子部品埋込み型印刷回路基板の製造方法。
15. 前記ステップ（Ｅ）にて、前記絶縁層は、積層されたビルドアップ層で形成される請求項１０に記載の電子部品埋込み型印刷回路基板の製造方法。
16. 前記電子部品は、電子部品ケースと接続されるように複数のソルダボールが形成される請求項１０に記載の電子部品埋込み型印刷回路基板の製造方法。
17. 前記ステップ（Ｆ）の後に、
    前記電子部品ケースに絶縁材を充填して硬化させるステップを、さらに含む請求項１０に記載の電子部品埋込み型印刷回路基板の製造方法。

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