JP2018137253A - 配線基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品をキャビティ内に安定的に収容することが可能な配線基板およびその製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】上面および下面に、キャビティ領域Ｘおよびキャビティ領域Ｘを囲繞するキャビティ周辺領域Ｙを有する絶縁基板１を準備する工程と、上面および下面のキャビティ周辺領域Ｙに、キャビティ領域Ｘとキャビティ周辺領域Ｙとの境界に沿って金属層４を形成する工程と、キャビティ領域Ｘに上方および下方からレーザー光を照射し、キャビティ領域Ｘを除去することで絶縁基板１にキャビティ８を形成する工程とを含む。【選択図】図２

Description

本発明は、絶縁基板に設けられたキャビティ内に電子部品が収容されて成る電子部品内蔵型の配線基板およびその製造方法に関するものである。

近年、携帯型の通信機器やゲーム機等に代表される電子機器は、小型化が進んでいる。このような電子機器に対応して、電子部品を内蔵する小型の配線基板の開発が行われている（特許文献１を参照）。

特許第４１１７３９０号公報

絶縁基板に形成するキャビティの内径寸法は、配線基板の小型化に伴い小径化が進んでいる。これにより、キャビティの内面と電子部品との間隔が小さくなってきている。そのため、キャビティの内面に穿孔加工しきれなかった絶縁基板の切り残しや変形等があると、電子部品をキャビティ内に安定的に収容することができない虞がある。

本開示の配線基板の製造方法は、上面および下面に、キャビティ領域およびキャビティ領域を囲繞するキャビティ周辺領域を有する絶縁基板を準備する工程と、上面および下面のキャビティ周辺領域に、キャビティ領域とキャビティ周辺領域との境界に沿って金属層を形成する工程と、キャビティ領域に上方および下方からレーザー光を照射し、キャビティ領域を除去することで絶縁基板にキャビティを形成する工程と、を含むことを特徴とするものである。

本開示の配線基板は、上面および下面に貫通口を有し、電子部品が封止されるキャビティを備えた絶縁基板と、上面および下面に、貫通口に沿って位置する金属層と、を具備することを特徴とするものである。

本開示の配線基板の製造方法によれば、電子部品がキャビティ内に安定的に収容されて成る配線基板の製造方法を提供することができる。

本開示の配線基板によれば、電子部品がキャビティ内に安定的に収容されて成る配線基板を提供することができる。

図１は、本開示の配線基板の実施形態の一例を示す概略断面図である。 図２（ａ）〜（ｇ）は、本開示の製造方法における実施形態の一例を説明するための工程毎の要部概略断面図である。 図３（ｈ）〜（ｍ）は、本開示の製造方法における実施形態の一例を説明するための工程毎の要部概略断面図である。 図４（ａ）および（ｂ）は、本開示の製造方法における実施形態の要部を説明するための要部拡大平面図である。

図１に、本開示の配線基板Ａの一例を示す。配線基板Ａは、絶縁基板１と、第１絶縁層２と、第２絶縁層３と、金属層４と、配線導体５と、ソルダーレジスト層６と、電子部品７とを具備する。

このような配線基板Ａを製造するための本開示の配線基板Ａの製造方法を、図２〜４を基にして説明する。図２および図３は製造工程毎の要部を概略断面図で示している。図２および図３に示す要部は、１組の電子部品７およびキャビティ８を含む１つの領域（符号なし）を拡大した部分である。

まず、図２（ａ）に示すように、上面および下面に、キャビティ領域Ｘおよびキャビティ周辺領域Ｙを有する絶縁基板１を準備する。絶縁基板１は、例えばガラスクロスにエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させた電気絶縁材料を、加熱しながら平板にてプレス加工することにより形成される。絶縁基板１の厚みは、例えば２００〜６００μｍであっても構わない。

キャビティ領域Ｘは、上面視において長方形状を有している。キャビティ周辺領域Ｙは、キャビティ領域Ｘを囲繞している。キャビティ領域Ｘの外形寸法は、例えば縦方向（短手方向）が２００〜５００μｍ、横方向（長手方向）が４００〜１０００μｍであっても構わない。キャビティ周辺領域Ｙは、例えば内周がキャビティ領域Ｘの外径寸法と同じであり、外周が、例えば８〜５０ｍｍの矩形状である。

次に、図２（ｂ）に示すように、絶縁基板１にスルーホール９を形成する。スルーホール９の直径は、例えば５０〜３００μｍであっても構わない。スルーホール９は、例えばドリル加工やレーザー加工、あるいはブラスト加工により形成される。

次に、図２（ｃ）に示すように、絶縁基板１の上面および下面のキャビティ周辺領域Ｙに、キャビティ領域Ｘとキャビティ周辺領域Ｙとの境界に沿って金属層４を形成する。平面視におけるキャビティ領域Ｘの形状および寸法は、例えば、収容しようとする電子部品７の平面視における形状および寸法に応じて適宜設定する。このキャビティ領域Ｘの外周が、キャビティ領域Ｘとキャビティ周辺領域Ｙとの境界に相当する。

金属層４は、図４（ａ）に示すように、絶縁基板１の上面においては、キャビティ領域Ｘを囲繞するように一体的に形成する。また、金属層４は、図４（ｂ）に示すように、絶縁基板１の下面においては、キャビティ領域Ｘの長手方向の外周に沿った領域の途中に非形成部（符号なし）を有するように分割的に形成しても構わない。これにより、電子部品７の外部電極７ａ、７ｂが絶縁基板１の下面において金属層４と接触したとしても、互いに独立した外部電極７ａ、７ｂ同士の間で短絡することを回避できる。この場合、非形成部は、後の工程で電子部品７が収容されるときの外部電極７ａ、７ｂの間に隣接するように位置する。

また、金属層４の形成と同時に、絶縁基板１の上面、下面およびスルーホール９内に配線導体５を形成する。金属層４および配線導体５は、例えばセミアディティブ法やサブトラクティブ法により、銅等の金属材料で形成される。この場合には、生産性の向上等について有効である。金属層４および配線導体５は、例えば、導通抵抗の特性または加工工程等の都合に応じて、互いに異なる金属材料で形成してもよい。また、金属層４および配線導体５は、互いに異なる工程で形成してもよい。さらに、金属層４の厚みは、例えば１０〜５０μｍであっても構わない。配線導体５の厚みは、例えば１０〜２０μｍであっても構わない。

金属層４の表面および配線導体５の表面は、粗化処理を施しても構わない。粗化処理を施すことで、第１絶縁層２および第２絶縁層３と、金属層４および配線導体５との密着強度が向上する。これにより、第１絶縁層２および第２絶縁層３の剥離防止や、電子部品７の封止性の向上等の効果があり配線基板Ａの信頼性が向上する。金属層４の表面および配線導体５の表面の粗化処理の程度は、配線導体５の電気特性や第１絶縁層２および第２絶縁層３の密着性等の都合に応じて、互いに異なる大きさに処理しても構わない。表面粗化処理は、例えば過酸化水素／硫酸系のエッチング液により行えばよい。

次に、図２（ｄ）に示すように、金属層４をマスクとしてキャビティ領域Ｘに上方からレーザー光を照射することで、キャビティ領域Ｘをキャビティ周辺領域Ｙと分断する。このとき、上面視において上記の境界からキャビティ領域Ｘの中心方向に近付くにつれて段階的にレーザー光の照射強度を増やしても構わない。除去深さは、レーザー光の照射強度に応じて深くなる。この深さの差に応じて、除去跡の面（キャビティ８の側面）が上部から下部に向かって内側に傾斜する。

レーザー光の照射条件は、同一の部位に例えば出力を３３（ｗ）として、境界ではパルス幅０．０１５（ｍｓ）、照射１回で行い、境界からキャビティ領域Ｘの中心に近づくにつれて、パルス幅０．０２５（ｍｓ）、照射２回からパルス幅０．０１５（ｍｓ）、照射２回へと段階的に照射強度を増加させても構わない。

これに合わせて、キャビティ領域Ｘとキャビティ周辺領域Ｙとの境界を、絶縁基板１の上面側で下面側よりも外側（キャビティ領域Ｘから離れる方向）に位置させておいても構わない。これにより、キャビティ８の側面が、上面側から下面側にかけてキャビティ８の内側に向けて傾斜を持つように形成される。

キャビティ領域Ｘとキャビティ周辺領域Ｙとの境界は、例えば、絶縁基板１の上面側において下面側よりも１５％〜２５％程度、外側に位置させればよい。この程度であれば、後述する電子部品７のキャビティ８への挿入時等に有利である。このときには、キャビティ８の側面の傾斜の角度（図１においてキャビティ８の側面と絶縁基板１の下面との交わる角度）が７０〜８０度になる。なお、キャビティ領域Ｘとキャビティ周辺領域Ｙとの境界は、例えばレーザー光の照射に用いる機器の特性等に応じて、絶縁基板１の上面側と下面側とで平面視において同じ位置であってもよい。

次に、図２（ｅ）に示すように、キャビティ領域Ｘとキャビティ周辺領域Ｙとの境界付近に、絶縁基板１の下方からレーザー光を照射して、絶縁基板１の切り残しを除去する。これにより、キャビティ８が形成される。電子部品７とキャビティ８との間隔は、３０〜５０μｍであっても構わない。電子部品７とキャビティ８との間隔が３０〜５０μｍであるときには、電子部品７の収容および固定の点で有利である。

なお、キャビティ８は、絶縁基板１の上面および下面の金属層４を基準にして上下からレーザー光を照射して形成されているため、キャビティ８の上部および下部の開口サイズを精度よく形成することができる。また、キャビティ８の形成後は、高圧洗浄、超音波洗浄、あるいは過マンガン酸ナトリウム液等の処理液によりキャビティ８の壁面を洗浄してスミア除去を行っても構わない。

絶縁基板１の切り残しは、例えば絶縁基板１の上面側からのレーザー光照射で除去しきれなかった絶縁基板１の残存部分である。この切り残しは、キャビティ８の下部に生じやすい。切り残しを除去した後のキャビティ８の側面の下部は、例えば、垂直面になる。絶縁基板１の下面側からの照射条件は、例えば出力を３３（ｗ）として、パルス幅０．０２５（ｍｓ）、照射１回である。

なお、絶縁基板１の切り残しを除去する場合は、絶縁基板１を上下ひっくり返してから、絶縁基板１の下面側に（つまり上方から）レーザー光を照射しても構わない。この場合には、レーザー光の照射位置の確認がしやすいとともに、切り残しの除去を容易に行うことができる。

次に、図２（ｆ）に示すように、絶縁基板１を粘着シートＮ上に載置する。

次に、図２（ｇ）に示すように、キャビティ８内に電子部品７を挿入して、キャビティ８内に露出する粘着シートＮ上に電子部品７を載置する。このとき、キャビティ８の側面が、上面側から下面側にかけてキャビティ８の内側に向けて傾斜を持つように形成されているため、電子部品７とキャビティ８との間隔が狭い場合でも電子部品７の挿入が容易に行える。

また、キャビティ８の内側は、切り残しを除去しているため、電子部品７を粘着シートＮ上に安定的に載置することができる。切り残しを除去した跡のキャビティ８の側面が上記のように垂直な面であれば、直方体状の電子部品７を位置決めすることが容易である。

次に、図３（ｈ）に示すように、絶縁基板１の上側に第１絶縁層２を形成する。第１絶縁層２の一部は、キャビティ８内に侵入して電子部品７に接着する。これにより電子部品７がキャビティ８内の所定の位置に固定される。第１絶縁層２は、例えば絶縁基板１の上面に、真空下で第１絶縁層２用の未硬化の樹脂シートを積層するとともに、上方からプレスしながら加熱処理することで形成される。

このとき、キャビティ８の側面が、上面側から下面側にかけてキャビティ７の内側に向けて傾斜を持つように形成されているため、電子部品７とキャビティ８との間隔が狭い場合でも、第１絶縁層２が電子部品７とキャビティ８との間隙に入り易くなる。第１絶縁層２は、例えばエポキシ樹脂やポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂を含有する電気絶縁材料から成る。第１絶縁層２の厚みは、例えば１５〜７０μｍであっても構わない。

次に、図３（ｉ）に示すように、絶縁基板１から粘着シートＮを分離する。

次に、図３（ｊ）に示すように、絶縁基板１の下側に第２絶縁層３を形成する。第２絶縁層３の一部は、キャビティ８内に侵入して電子部品７に接着する。これにより電子部品７がキャビティ８内に封止される。第２絶縁層３は、上述した第１絶縁層２と同じ方法で形成される。第２絶縁層３は、例えばエポキシ樹脂やポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂を含有する電気絶縁材料から成る。第２絶縁層３の厚みは、例えば１５〜７０μｍであっても構わない。

次に、図３（ｋ）に示すように、第１絶縁層２および第２絶縁層３に複数のビアホール１０を形成する。一部のビアホール１０は、電子部品７の外部電極７ａ、７ｂを底面としている。また、別のビアホール１０は、絶縁基板１表面の配線導体５を底面としている。ビアホール１０は、例えばレーザー加工により形成される。ビアホール１０の直径は、例えば２０〜１００μｍであっても構わない。

次に、図３（ｌ）に示すように、第１絶縁層２および第２絶縁層３の表面およびビアホール１０内に配線導体５を形成する。配線導体５は、例えばセミアディティブ法により、銅等の良導電性金属で形成する。

最後に、図３（ｍ）に示すように、第１絶縁層２および第２絶縁層３の表面に、ソルダーレジスト層６を形成する。ソルダーレジスト層６は、配線導体５の一部を露出させる第１開口部６ａおよび第２開口部６ｂが形成されている。ソルダーレジスト層６は、例えば感光性を有する熱硬化性樹脂のフィルムを絶縁基板１の上下面に貼着して、所定のパターンに露光および現像した後、紫外線硬化および熱硬化させることにより形成される。

このように、本開示に係る配線基板Ａの製造方法によると、キャビティ領域Ｘに絶縁基板１の上方からレーザー光を照射した後に、さらにキャビティ領域Ｘに絶縁基板１の下方からレーザー光を照射する。これにより、キャビティ８内の下方における絶縁基板１の切り残しを除去できる。このため、電子部品７とキャビティ８との間隔が狭い場合であっても電子部品７をキャビティ８内に安定的に載置することが可能な配線基板Ａの製造方法を提供することができる。

次に、図１を基にして本開示の配線基板の一例を詳細に説明する。なお、配線基板の製造方法において説明した部材と同一の部材については、その詳細な説明は省略する。

絶縁基板１は、電子部品７を収容するキャビティ８を有している。キャビティ８は、絶縁基板１の上面から下面にかけて貫通している。そして、電子部品７が、第１絶縁層２および第２絶縁層３により固着された状態でキャビティ８内に収容されている。絶縁基板１は、複数のスルーホール９を有している。

第１絶縁層２は、絶縁基板１の上面に位置している。第２絶縁層３は、絶縁基板１の下面に位置している。第１絶縁層２および第２絶縁層３は、複数のビアホール１０を有している。絶縁基板１、第１絶縁層２および第２絶縁層３は、配線基板Ａを構成する絶縁体部分（符号なし）である。絶縁体部分に配線導体５等の導体部分（符号なし）が配置されている。絶縁体部分に収容されて固定された電子部品７は、導体部分を介して外部（後述）と電気的に接続される。

金属層４は、キャビティ８の貫通口に沿って絶縁基板１の上下面に位置している。これにより、絶縁基板１における貫通口に沿った領域では、金属層４の剛性が付与される。金属層４の厚みは、例えば１５〜５０μｍであっても構わない。

配線導体５は、絶縁基板１の上下面およびスルーホール９内に位置しており、絶縁基板１上下の配線導体５同士がスルーホール９（スルーホール９内の配線導体５であり、以下も同様に配線導体５を省略する）を介して電気的に接続される。また、配線導体５は、第１絶縁層２および第２絶縁層３の表面およびビアホール１０内に位置している。図１に示す例では、第１絶縁層２の表面のうち上面および第２絶縁層の表面のうち下面に配線導体５が位置している。

第１絶縁層２上面の配線導体５の一部は、絶縁基板１上面の配線導体５にビアホール１０（ビアホール１０内の配線導体５であり、以下も同様に配線導体５を省略する）を介して電気的に接続されている。また、第１絶縁層２表面の配線導体５の別の一部は、電子部品７の外部電極７ａ、７ｂにビアホール１０を介して電気的に接続されている。第２絶縁層３下面の配線導体５の一部は、絶縁基板１下面の配線導体５にビアホール１０を介して電気的に接続されている。また、第２絶縁層３下面の配線導体５の別の一部は、電子部品７の外部電極７ａ、７ｂにビアホール１０を介して電気的に接続されている。電子部品７の詳細については後述する。

ソルダーレジスト層６は、第１絶縁層２の上面および第２絶縁層３の下面に位置している。つまり、配線基板Ａとしての最上面および最下面にソルダーレジスト層６が位置している。ソルダーレジスト層６は、第１絶縁層２の表面に形成された配線導体５の一部を第１電極１１として露出する第１開口部６ａを有している。また、ソルダーレジスト層６は、第２絶縁層３の表面に形成された配線導体５の一部を第２電極１２として露出する第２開口部６ｂを有している。互いに電気的に接続された、第１電極１１（配線導体５）、第１絶縁層２のビアホール１０、電子部品の外部電極７ａ、７ｂ、第２絶縁層３のビアホール１０および第２電極１２（配線導体５）は、配線基板Ａを上下に導通する導電路（符号なし）として機能する。

第１電極１１は、半導体素子Ｓの電極Ｔと例えば半田（不図示）を介して接続される。また、第２電極１２は、外部基板（不図示）の電極と例えば半田（不図示）を介して接続される。これにより、半導体素子Ｓが、外部基板と電気的に接続される。そして、半導体素子Ｓと外部基板との間で、配線導体５および電子部品７（つまり、電子部品７の外部電極７ａ、７ｂを含む上記の導電路）を介して信号を伝送することにより、半導体素子Ｓが作動する。

電子部品７は、例えば半導体素子Ｓへの電荷の供給を安定化させるチップタイプ積層セラミックコンデンサ等が挙げられる。電子部品７は、例えば直方体形状をしている。そして、長手方向における両端に、互いに電気的に独立した外部電極７ａ、７ｂを有している。この場合、半導体素子Ｓを含む電子回路に対して、電荷の供給源になる静電容量が配置される。これにより、半導体素子Ｓに電荷が安定して供給される。すなわち、本開示の配線基板Ａは、半導体素子Ｓ等の安定した作動に有効な構成を有している。

このように、本開示に係る配線基板Ａによると、金属層４が、キャビティ８の貫通口に沿って位置しており、絶縁基板１における貫通口に沿った領域には、金属層４の剛性が付与される。このため、例えば半導体素子Ｓの実装時に、配線基板Ａが外圧や熱応力を受けた場合でもキャビティ８の変形を抑制できる。これにより、電子部品７とキャビティ８との間隔が狭い場合であっても、キャビティ８の変形を抑制して電子部品７をキャビティ８内に安定的に載置することが可能な配線基板Ａを提供することができる。

なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変更は可能である。例えば、絶縁基板１の下面側の金属層４を、電子部品７の平面形状と相似状に形成しても構わない。これにより、キャビティ８の下部において、貫通口の平面形状が電子部品の平面形状と相似状になり、電子部品７とキャビティ８の内面との間隔が一定になるため電子部品７の位置決め精度の向上を図ることが容易になる。

また、レーザー光は、絶縁基板１の上方からキャビティ領域Ｘの全面に照射せず、キャビティ領域Ｘの外周に沿って一巡するように照射しても構わない。これにより、照射時間を短縮して生産性の向上を図ることができる。さらに、レーザー光は、絶縁基板１の下方から切り残しの除去程度に応じて同一部位に複数回照射しても構わない。

さらに、金属層４の表面粗さは、配線導体５の表面粗さより大きくてもよい。金属層４は、電気特性を考慮する必要がないため、金属層４の表面粗さを配線導体５の表面粗さに比べて大きくすることができる。これにより、金属層４と第１絶縁層２および第２絶縁層３とが、より強固に接続される。その結果、第１絶縁層２および第２絶縁層３の剥離を抑制することができ、電子部品７の封止性が向上する。金属層４の表面粗さは、配線導体５の表面粗さに比べて、算術平均粗さにおいて２〜１０倍であっても構わない。金属層４の表面粗さは、例えば算術平均粗さＲａ＝１００〜５００ｎｍであっても構わない。

１ 絶縁基板
４ 金属層
８ キャビティ
Ａ 配線基板
Ｘ キャビティ領域
Ｙ キャビティ周辺領域

Claims (5)

1. 上面および下面に、キャビティ領域および該キャビティ領域を囲繞するキャビティ周辺領域を有する絶縁基板を準備する工程と、
   前記上面および前記下面の前記キャビティ周辺領域に、前記キャビティ領域と前記キャビティ周辺領域との境界に沿って金属層を形成する工程と、
   前記キャビティ領域に上方および下方からレーザー光を照射し、前記キャビティ領域を除去することで前記絶縁基板にキャビティを形成する工程と、
   を含むことを特徴とする配線基板の製造方法。
2. 前記キャビティ領域が長方形状であって、前記上面側の前記金属層を、前記キャビティ領域を囲繞するように一体的に形成するとともに、前記下面側の前記金属層を、前記キャビティ領域のそれぞれの長辺に隣接する領域に非形成部を有するように分割的に形成することを特徴とする請求項１に記載の配線基板の製造方法。
3. 上面視において、前記境界の位置を、前記絶縁基板の上面側で下面側よりも外側に位置させることを特徴とする請求項１または２に記載の配線基板の製造方法。
4. 前記金属層を形成する工程において、銅を含む金属材料を用いて前記金属層を形成し、さらに該金属層と同じ種類の金属材料で配線導体を形成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の配線基板の製造方法。
5. 上面および下面に貫通口を有し、電子部品が封止されるキャビティを備えた絶縁基板と、前記上面および前記下面に、前記貫通口に沿って位置する金属層と、を具備することを特徴とする配線基板。

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