JP2018182046A - 配線基板と部品内蔵基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、電子部品を配線基板の内層に内蔵した電子部品内蔵基板を、簡素な製造工程で提供することを目的とする。【解決手段】本発明の配線基板は、層状の絶縁材の表面の開口部から厚み方向に向かって、内面に電極を備えた穴部が形成され、前記内面の前記表面への正射影が前記開口部と共通部分を有する。本発明の部品内蔵基板の製造方法は、層状の絶縁材の表面の開口部から厚み方向に向かって、内面に電極を備え、前記内面の前記表面への正射影が前記開口部と共通部分を有する穴部を形成し、前記内面で部品を係止して前記穴部内に内蔵し、前記部品を前記電極に接続する。【選択図】 図１

Description

本発明は、配線基板の内層に電子部品を内蔵する配線基板技術に関する。

近年、電子機器が小型化し、電子機器に搭載するプリント配線基板の電子部品の実装の高密度化が進展すると共に、電子部品をプリント配線基板に内蔵した電子部品内蔵基板が用いられるようになってきている。プリント配線基板に内蔵される電子部品は、主に表面実装型のチップ部品であり、チップ抵抗、チップコンデンサ、チップコイル等がある。電子部品内蔵基板の一例が特許文献１に開示されている。

特許文献１によれば、基板の厚み方向に貫いた孔部に電子部品を収容する電子部品収容基板において、電子部品の両端部に設けられた電極に対向する一対の電極部を、孔部の基板の表面側と裏面側とに設けて、電子部品の電極に電気的に接続することができる。

特開２００８−２７７５６８号公報

特許文献１の構造の場合、孔部に収容された電子部品の上下の面は、配線基板の表面と裏面に露出している。特許文献１の方法で、電子部品をプリント配線基板の表裏面から奥まった内層に内蔵しようとした場合、電子部品を実装した配線基板を製造する通常の工程に加えて、電子部品を配線基板の内層に内蔵する工程が別途必要となるため、製造工程が複雑化している。

電子部品をプリント配線基板の内層に内蔵した電子部品内蔵基板を製造する工程を、レーザビアを用いる場合と、リフローはんだを用いる場合とで、以下に説明する。

図９は、レーザビアを用いる場合の工程を示す。まず、工程Ａ０１では、絶縁材層の両面に銅箔が貼られたコア材に、電子部品を実装する部分をくり抜く。次に、工程Ａ０２では、くり抜かれた部分に電子部品を載置する。次に、工程Ａ０３では、電子部品を載置した層に表面に銅箔を貼った絶縁材層を１層だけ積層し、レーザ光線を用いて積層した銅箔と絶縁材層に穴を開け、当該穴に銅などのめっきを施してレーザビアを形成する。このレーザビアにより、電子部品の電極と内層の配線とを接続することができる。

次に、工程Ａ０４では、銅箔をエッチングすることにより、内層の配線を形成する。さらに、工程Ａ０５では、絶縁材層の積層と、絶縁材層表面に貼られた銅箔のエッチングによる配線の形成とを繰り返して、所望の積層数を有する配線基板を作製する。次に、工程Ａ０６では、貫通ビアを形成するために、基板にドリルで貫通穴を形成する。次に、工程Ａ０７では、貫通穴の内側面に銅などのめっきを施して貫通ビアを形成し、さらに、表面の銅箔をエッチングして外層の配線を形成する。最後に、工程Ａ０８では、電子部品をリフローはんだ付けにより表面実装する。

また、図１０は、リフローはんだを用いる場合の工程を示す。まず、工程Ｂ０１では、絶縁材層の両面に銅箔が貼られたコア材に、銅箔をエッチングすることによって内層配線を形成する。次に、工程Ｂ０２では、プリント配線基板の内層に内蔵する電子部品を、リフローはんだ付けで実装する。次に、工程Ｂ０３では、絶縁材層の積層と、絶縁材層表面に貼られた銅箔のエッチングによる配線の形成とを繰り返して、所望の積層数を有する配線基板を作製する。

次に、工程Ｂ０４では、貫通ビアを形成するために、基板にドリルで貫通穴を形成する。次に、工程Ｂ０５では、貫通穴の内側面に銅などのめっきを施して貫通ビアを形成し、さらに、表面の銅箔をエッチングして外層の配線を形成する。最後に、工程Ｂ０６では、電子部品をリフローはんだ付けにより表面実装する。

以上の図９や図１０の工程で説明したように、電子部品をプリント配線基板の内層に内蔵しようとした場合、電子部品を配線基板の内層に内蔵するための工程が別途必要となるために、製造工程が複雑化している。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電子部品を配線基板の内層に内蔵した電子部品内蔵基板を、簡素な製造工程で提供することにある。

本発明の配線基板は、層状の絶縁材の表面の開口部から厚み方向に向かって、内面に電極を備えた穴部が形成され、前記内面の前記表面への正射影が前記開口部と共通部分を有する。

本発明の部品内蔵基板は、層状の絶縁材の表面の開口部から厚み方向に向かって、内面に電極を備えた穴部が形成され、前記内面の前記表面への正射影が前記開口部と共通部分を有する配線基板と、前記内面で係止されている部品と、を有する。

本発明の配線基板の製造方法は、層状の絶縁材の表面の開口部から厚み方向に向かって、内面に電極を備え、前記内面の前記表面への正射影が前記開口部と共通部分を有する穴部を形成し、前記内面で部品を係止して前記穴部内に内蔵し、前記部品を前記電極に接続する。

本発明によれば、電子部品を配線基板の内層に内蔵した電子部品内蔵基板を、簡素な製造工程で提供することができる。

本発明の第１の実施形態の配線基板の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態の配線基板の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態の配線基板の製造方法を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態の配線基板の製造方法（貫通穴の形成）を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態の配線基板の別の製造方法（貫通穴の形成）を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態の配線基板の製造方法（電極の形成）を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態の部品内蔵基板の製造方法を説明するためのイメージ図である。 本発明の第２の実施形態の部品内蔵基板の製造方法（電子部品の実装）を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態の配線基板の別の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態の配線基板の別の構成を示す図である。 電子部品内蔵基板の既知の製造方法を説明するための図である。 電子部品内蔵基板の既知の別の製造方法を説明するための図である。

以下、図を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の配線基板の構成を示す図である。図１では、本実施形態の配線基板１の上面図およびＺ−Ｚ’断面図を示している。配線基板１は、層状の絶縁材１１の表面１２の開口部１３から厚み方向に向かって、内面１４に電極１５を備えた穴部１６が形成され、前記内面１４の前記表面１２への正射影１７が前記開口部１３と共通部分を有する。

配線基板１によれば、電子部品を配線基板１の内層に内蔵する際に、穴部１６に挿入された電子部品が、正射影１７の開口部１３との共通部分に対応する内面１４で係止される。これにより、内層に内蔵される電子部品の電極を接続するはんだのリフローを、表面に実装される電子部品の電極を接続するはんだのリフローと同時に行うことができる。これにより、配線基板１に電子部品を実装する製造工程が簡素化される。

以上のように、本実施形態によれば、電子部品を配線基板の内層に内蔵した電子部品内蔵基板を、簡素な製造工程で提供することができる。
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態の配線基板の構成を示す図である。図２では、本実施形態の配線基板２のＢ−Ｂ’平面図およびＡ−Ａ’断面図を示している。

配線基板２は、複数の絶縁材層２１と、各絶縁材層２１の表面に設けられた配線２４と、複数の絶縁材層２１を貫通して設けられた貫通ビア２２ａ、２２ｂと、を有する多層配線基板である。なお、図２では、５層の絶縁材層２１の積層からなる配線基板を示しているが、層数は５層には限定されない。絶縁材層２１の層数は所望の任意の層数とすることができ、１層だけとすることもできる。

貫通ビア２２ａは、テーパ面を有する係止部２３を介して大きい内径を有する部分と小さい内径を有する部分とを有し、絶縁材層２１の積層を貫通している。係止部２３は、電子部品２５ａを配線基板２の内層に内蔵するために、貫通ビア２２ａに電子部品２５ａを挿入したときに、電子部品２５ａを係止することができる。また、貫通ビア２２ａに電子部品２５ａを挿入したときに、貫通ビア２２ａの大きい内径を有する部分では電子部品２５ａが通過でき、小さい内径を有する部分では電子部品２５ａが通過できない。

貫通ビア２２ａは、電子部品２５ａが係止部２３で係止された状態で、電子部品２５ａが有する電極２６ａ及び電極２６ｂと各々接続する、上部電極２７ａ及び下部電極２７ｂを有する。上部電極２７ａ及び下部電極２７ｂは各々、はんだ２８ａ及びはんだ２８ｂで電極２６ａ及び電極２６ｂと接続する。上部電極２７ａ及び下部電極２７ｂはまた、貫通ビア２２ａの周辺の所定の配線２４に各々接続している。

なお、貫通ビア２２ａは、必ずしも全ての絶縁材層２１を貫通している必要はない。配線基板２は、複数の絶縁材層２１を貫通した貫通ビア２２ａを有し、さらに、貫通ビア２２ａが貫通していない絶縁材層２１を有していてもよい。

配線基板２は、貫通ビア２２ａとともに、通常の貫通ビア２２ｂを有することができる。通常の貫通ビア２２ｂとは、ビアの内径が一定であるビアを含む。また、配線基板２は、表層の電極を含む配線２４ではんだ２８ｃを介して電子部品２５ｂと接続して、電子部品２５ｂを表面実装することができる。

配線基板２に内蔵する電子部品２５ａは、主に表面実装型のチップ部品を有し、チップ抵抗、チップコンデンサ、チップコイル、チップダイオード等とすることができる。また、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の半導体部品とすることもできる。電子部品２５ａは以上には限定されない。また、配線基板２に表面実装する電子部品２５ｂは、各種半導体部品や抵抗、コンデンサ、コイル、ダイオードなどの電子部品全般とすることができる。

図３は、本実施形態の配線基板２の製造方法を説明するための図である。まず、工程Ｓ０１では、絶縁材層２１表面に貼られた銅箔をエッチングして、内層の配線２４を形成する。次に、工程Ｓ０２では、配線２４が形成された絶縁材層２１を積層して、所望の層数を有する配線基板を形成する。

次に、工程Ｓ０３では、貫通ビアを形成するために、基板にドリルで貫通穴２９ａ、２９ｂを形成する。貫通穴は、電子部品を内蔵する係止部２３を有する貫通ビア２２ａを形成するための貫通穴２９ａや、通常の貫通ビア２２ｂを形成するための貫通穴２９ｂを含む。ドリルにより貫通穴を形成する工程の詳細は、図４Ａ及び図４Ｂを用いて後述する。

次に、工程Ｓ０４では、貫通穴２９ａ、２９ｂの内側面にめっきにより銅などの導電層を形成する。この導電層を用いて、貫通ビア２２ａでは、内蔵される電子部品２５ａの電極２６ａ及び電極２６ｂに対応する上部電極２７ａ及び下部電極２７ｂを分離させて形成する。上部電極２７ａ及び下部電極２７ｂを形成する工程の詳細は、図５を用いて後述する。工程Ｓ０４では、さらに表面の銅箔をエッチングして外層の配線２４を形成する。

最後に、工程Ｓ０５では、配線基板２の内部に実装する電子部品２５ａと、配線基板２の表面に実装する電子部品２５ｂとを、はんだのリフローにより同時に実装する。電子部品２５ａ、２５ｂを実装する工程の詳細は、図６及び図７を用いて後述する。

図４Ａは、配線基板２の工程Ｓ０３の、貫通穴２９ａ、２９ｂを形成する方法を説明するための図である。まず、工程Ｓ０３ａでは、工程Ｓ０２で形成された配線基板に、貫通穴２９ａ、２９ｂを開けるために、所定の径のドリルを貫通させる。工程Ｓ０３ｂでは、貫通させたドリルを引き抜いて貫通穴とする。ここで、通常の貫通ビア２２ｂを形成するための貫通穴２９ｂは完成とする。

次に、工程Ｓ０３ｃでは、電子部品２５ａを内蔵する貫通ビア２２ａとする貫通穴２９ａを形成するために、工程Ｓ０３ａで用いたドリルよりも大きい所定の径を有するドリルで、係止部２３に対応したテーパ面の深さまで穴径を拡大する。このとき、大きい径を有するドリルの先端形状によって、テーパ面が形成される。工程Ｓ０３ｄでは、大きい径を有するドリルを引き抜き、貫通ビア２２ａを形成するための貫通穴２９ａを完成とする。

図４Ａの方法によれば、通常の貫通穴を形成する工程に、係止部２３に対応したテーパ面の深さまで穴径を拡大する工程を追加するだけで、貫通穴２９ａを形成することができる。

図４Ｂは、配線基板２の工程Ｓ０３の、貫通穴２９ａ、２９ｂを形成する別の方法を説明するための図である。工程Ｓ０３ａ’では、工程Ｓ０２で形成された配線基板に、貫通穴２９ａ、２９ｂを開けるために、各々ドリルを貫通させる。このとき、貫通穴２９ｂに対しては所定の径のドリルを貫通させる。また、貫通穴２９ａに対しては、所定の小さい径のドリルと所定の大きい径のドリルとが、係止部２３のテーパ面に対応したテーパ部を介して一体化されたドリルを、貫通させる。このとき、ドリルのテーパ部の配線基板２の表面からの深さを、係止部２３のテーパ面に対応する深さとすることで、係止部２３のテーパ面が形成される。

工程Ｓ０３ｂ’では、それぞれのドリルを引き抜いて、貫通ビア２２ａ、２２ｂを形成するための貫通穴２９ａ、２９ｂを完成とする。図４Ｂの方法によれば、図４Ａの方法の更なる簡素化が可能である。

なお、貫通穴２９ａ、２９ｂは、配線基板２の厚さ方向、すなわち配線基板２の表面に対して垂直に形成されるが、これには限定されない。貫通穴２９ａ、２９ｂは、配線基板２の表面に対して垂直な方向から傾きを有していてもよい。

図５は、配線基板２の工程Ｓ０４の、貫通ビア２２ａの上部電極２７ａ及び下部電極２７ｂを形成する方法を説明するための図である。工程Ｓ０４ａでは、貫通穴２９ａ、２９ｂの内側面にめっきにより銅などの導電層を形成する。工程Ｓ０４ｂでは、貫通ビア２２ａの導電層から上部電極２７ａ及び下部電極２７ｂを残し、これら以外の部分、すなわち上部電極２７ａと下部電極２７ｂの間の部分を、回転するヤスリなどで削り取る。これにより、上部電極２７ａと下部電極２７ｂを電気的に分離させて形成することができる。

図６は、本実施形態の部品内蔵基板の製造方法を説明するためのイメージ図である。本実施形態の部品内蔵基板では、配線基板２の内部に実装する電子部品２５ａと、配線基板２の表面に実装する電子部品２５ｂとを、配線基板２の外部から同時に実装することができる。

図７は、本実施形態の部品内蔵基板の電子部品２５ａ、２５ｂを実装する方法を説明するための図である。まず、工程Ｓ０５ａでは、配線基板２の表面の配線２４の一部分である電極に、表面実装する電子部品２５ｂの電極に対応したはんだ２８ｅのパタンを形成する。また、電子部品２５ａと、電子部品２５ａの電極２６ａ、２６ｂを貫通ビア２２ａの上部電極２７ａ及び下部電極２７ｂに接続するはんだ２８ａ、２８ｂと、電極ごとにはんだ２８ｄが形成された電子部品２５ｂとを、準備する。

工程Ｓ０５ｂでは、まず、貫通ビア２２ａに、はんだ２８ｂ、電子部品２５ａ、はんだ２８ａの順に挿入する。はんだ２８ｂは係止部２３であるテーパ面に留まる。さらに、はんだ２８ｂの上に電子部品２５ａとはんだ２８ａが留まる。次に、電子部品２５ｂを、はんだ２８ｄをはんだ２８ｅに対応させて載置する。

工程Ｓ０５ｃでは、はんだ２８ａ、２８ｂ、２８ｄ、２８ｅを同時にリフローする。これにより、電子部品２５ａの電極２６ａ、２６ｂを、リフロー後のはんだ２８ａ、２８ｂで貫通ビア２２ａの上部電極２７ａ及び下部電極２７ｂに接続する。同時に、電子部品２５ｂをリフロー後のはんだ２８ｃで配線２４に接続する。電子部品２５ａは、係止部２３であるテーパ面に係止され、配線基板２の内部に内蔵される。

図８Ａ及び図８Ｂは、本実施形態の配線基板の別の構成を示す図である。配線基板２の、内蔵する電子部品２５ａを係止する係止部２３の形状は、図２に示すようなテーパ面形状には限定されない。係止部２３は電子部品２５ａを係止することのできる形状であればよい。

例えば、図８Ａに示すように、係止部２３ｃの形状は、貫通ビア２２ｃの内径の大きい部分を座ぐって形成した際の座ぐり面であってもよい。図８Ａの構造は、図４Ａで示した大きい径を有するドリルの先端形状を、図４Ａのようなテーパ形状ではなく平らな形状として、所定の深さまで穴径を拡大することによって形成される。また、図８Ａの構造は、図４Ｂで示した小さい径のドリルと大きい径のドリルとの接続を、図４Ｂのようなテーパ形状ではなく段差状とすることで形成される。

また、図８Ｂに示すように、係止部２３ｄは、貫通ビア２２ｄの内側面に設けられた突起（凸部）であってもよい。図８Ｂの構造は、例えば、まず、図４Ａで示した小さい径を有するドリルで形成した小さい径の貫通穴Ａの横に、貫通穴Ａとの所定の重なりを有して同様の貫通穴Ｂを形成する。さらに図４Ａで示した大きい径を有するドリルで、貫通穴Ａと貫通穴Ｂとの重なり部分を中心とした大きい径の穴を所定の深さまで開けることで、形成することができる。

以上のように本実施形態の配線基板２によれば、電子部品２５ａを配線基板２の内層に内蔵する際に、外部から貫通ビア２２ａに挿入された電子部品２５ａが係止部２３で係止される。これにより、内層に内蔵される電子部品２５ａの電極２６ａ、２６ｂを接続するはんだのリフローを、表面に実装される電子部品２５ｂの電極を接続するはんだのリフローと同時に行うことができる。これにより、配線基板２に電子部品を実装する製造工程が簡素化される。

以上のように、本実施形態によれば、電子部品を配線基板の内層に内蔵した電子部品内蔵基板を、簡素な製造工程で提供することができる。

本発明は上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものである。

また、上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。
（付記１）
層状の絶縁材の表面の開口部から厚み方向に向かって、内面に電極を備えた穴部が形成され、前記内面の前記表面への正射影が前記開口部と共通部分を有する、配線基板。
（付記２）
前記穴部の内径が前記開口部の内径よりも小さい部分を有する、付記１記載の配線基板。
（付記３）
前記穴部の内径が前記開口部の内径よりも小さい部分は、前記絶縁材の厚み方向でテーパ形状を有する、付記２記載の配線基板。
（付記４）
前記内面に凸部が設けられている、付記１記載の配線基板。
（付記５）
前記電極は、前記絶縁材の厚み方向に向かって上部電極と下部電極とに分かれている、付記１から４の内の１項記載の配線基板。
（付記６）
前記絶縁材は、所望の配線が設けられた絶縁材が複数積層されている、付記１から５の内の１項記載の配線基板。
（付記７）
付記１から６の内の１項記載の配線基板と、
前記内面で係止されている部品と、を有する部品内蔵基板。
（付記８）
前記部品は、前記正射影の前記開口部との共通部分に対応する前記内面で係止されて前記穴部内に内蔵されている、付記７記載の部品内蔵基板。
（付記９）
層状の絶縁材の表面の開口部から厚み方向に向かって、内面に電極を備え、前記内面の前記表面への正射影が前記開口部と共通部分を有する穴部を形成し、
前記内面で部品を係止して前記穴部内に内蔵し、
前記部品を前記電極に接続する、部品内蔵基板の製造方法。
（付記１０）
前記正射影の前記開口部との共通部分に対応する前記内面で前記部品を係止して前記穴部内に内蔵する、付記９記載の部品内蔵基板の製造方法。
（付記１１）
前記穴部の内径が前記開口部の内径よりも小さい部分を有する、付記９または１０記載の部品内蔵基板の製造方法。
（付記１２）
前記穴部の内径が前記開口部の内径よりも小さい部分は、前記絶縁材の厚み方向でテーパ形状を有する、付記１１記載の部品内蔵基板の製造方法。
（付記１３）
前記内面に凸部を設ける、付記９または１０記載の部品内蔵基板の製造方法。
（付記１４）
前記電極は、前記絶縁材の厚み方向に向かって上部電極と下部電極とに分かれている、付記９から１３の内の１項記載の部品内蔵基板の製造方法。
（付記１５）
前記絶縁材は、所望の配線が設けられた絶縁材が複数積層されている、付記９から１４の内の１項記載の部品内蔵基板の製造方法。

１、２ 配線基板
１１ 絶縁材
１２ 表面
１３ 開口部
１４ 内面
１５ 電極
１６ 穴部
１７ 正射影
２１ 絶縁材層
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ 貫通ビア
２３、２３ｃ、２３ｄ 係止部
２４ 配線
２５ａ、２５ｂ 電子部品
２６ａ、２６ｂ 電極
２７ａ 上部電極
２７ｂ 下部電極
２８ａ、２８ｂ、２８ｃ はんだ
２９ａ、２９ｂ 貫通穴

Claims (10)

1. 層状の絶縁材の表面の開口部から厚み方向に向かって、内面に電極を備えた穴部が形成され、前記内面の前記表面への正射影が前記開口部と共通部分を有する、配線基板。
2. 前記穴部の内径が前記開口部の内径よりも小さい部分を有する、請求項１記載の配線基板。
3. 前記穴部の内径が前記開口部の内径よりも小さい部分は、前記絶縁材の厚み方向でテーパ形状を有する、請求項２記載の配線基板。
4. 前記内面に凸部が設けられている、請求項１記載の配線基板。
5. 前記電極は、前記絶縁材の厚み方向に向かって上部電極と下部電極とに分かれている、請求項１から４の内の１項記載の配線基板。
6. 前記絶縁材は、所望の配線が設けられた絶縁材が複数積層されている、請求項１から５の内の１項記載の配線基板。
7. 請求項１から６の内の１項記載の配線基板と、
   前記内面で係止されている部品と、を有する部品内蔵基板。
8. 前記部品は、前記正射影の前記開口部との共通部分に対応する前記内面で係止されて前記穴部内に内蔵されている、請求項７記載の部品内蔵基板。
9. 層状の絶縁材の表面の開口部から厚み方向に向かって、内面に電極を備え、前記内面の前記表面への正射影が前記開口部と共通部分を有する穴部を形成し、
   前記内面で部品を係止して前記穴部内に内蔵し、
   前記部品を前記電極に接続する、部品内蔵基板の製造方法。
10. 前記正射影の前記開口部との共通部分に対応する前記内面で前記部品を係止して前記穴部内に内蔵する、請求項９記載の部品内蔵基板の製造方法。

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