JP2020178004A - インダクタ内蔵基板 - Google Patents

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博明 児玉
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Senro Nishiwaki
千朗 西脇
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Kazuhiko Kuranobu
和彦 倉信
浩彰 宇野
Hiroaki Uno
浩彰 宇野
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Abstract

【課題】 インダクタンスの大きなインダクタ内蔵基板の提供【解決手段】 インダクタ内蔵基板１０は、コア基板３０の表面に第１導体層５８Ｆと第２導体層５８Ｓとが形成され、第１導体層５８Ｆと第２導体層５８Ｓとを接続する第２スルーホール導体３６Ｂは、磁性体樹脂１８に形成された第２貫通孔１８ｂに直接形成されている。このため、インダクタ内蔵基板１０中の磁性体の割合が大きくなり、インダクタンスを大きくすることができる。【選択図】 図４

Description

本発明は、インダクタを内蔵するインダクタ内蔵基板に関する。
特許文献１は、配線基板に内蔵されるインダクタ部品の製造方法を開示している。特許文献１では、樹脂層内に磁性体を収容し、樹脂層内にスルーホール導体を設け、スルーホール導体と磁性体とが接触しないようにしている。
特開２０１６−１９７６２４
特許文献１では、樹脂層にスルーホール導体を配置するため、インダクタ部品の大きさに対して磁性体の割合が低くなり、インダクタンスを大きくすることが難しいと考えられる。
本発明の目的は、小型でインダクタンスの大きなインダクタ内蔵基板を提供することである。
本発明に係るインダクタ内蔵基板は、開口と第１貫通孔が形成されたコア基板と、前記開口内に充填され、第２貫通孔を有する磁性体樹脂と、前記第１貫通孔に形成された金属膜から成る第１スルーホール導体と、前記第２貫通孔に形成された金属膜から成る第２スルーホール導体と、を有する。そして、前記磁性体樹脂は６０重量％以上の酸化鉄フィラーを含有する。
本発明のインダクタ内蔵基板は、磁性体樹脂の第２貫通孔に直接金属膜からなる第２スルーホール導体を形成するため、インダクタ部品の磁性体樹脂の体積を大きくし、インダクタンスを大きくすることができる。磁性体樹脂は６０重量％以上の酸化鉄フィラーを含有するため、伝熱性が高く、インダクタ内蔵基板の放熱性が高まる。
図１（Ａ）は実施形態のインダクタ内蔵基板の断面図であり、図１（Ｂ）はスルーホールランドの平面図であり、図１（Ｃ）はインダクタ内蔵基板のコア基板の拡大図である。 実施形態に係るインダクタ内蔵基板の製造方法を示す工程図。 実施形態に係るインダクタ内蔵基板の製造方法を示す工程図。 実施形態に係るインダクタ内蔵基板の製造方法を示す工程図。
図１（Ａ）は、実施形態のインダクタを内蔵するインダクタ内蔵基板１０の断面図を示す。インダクタ内蔵基板１０は、第１面Ｆと第１面Ｆと反対側の第２面Ｓを有する絶縁性基材２０と、絶縁性基材２０の第１面Ｆ上の第１導体層（導体回路）５８Ｆと、絶縁性基材２０の第２面Ｓ上の第２導体層５８Ｓと、第１導体層５８Ｆと第２導体層５８Ｓを接続しているスルーホール導体３６とで形成されているコア基板３０を有する。コア基板３０は第１面Ｆと第１面Ｆと反対側の第２面Ｓを有する。コア基板３０の第１面Ｆと絶縁性基材２０の第１面Ｆは同じ面であり、コア基板３０の第２面Ｓと絶縁性基材２０の第２面Ｓは同じ面である。絶縁性基材２０は、エポキシなどの樹脂と補強用のガラスクロス等の芯材１４で形成されている。絶縁性基材２０は、さらに、シリカ等の無機粒子を有しても良い。
インダクタ内蔵基板１０は、さらに、コア基板３０の第１面Ｆ上に上側のビルドアップ層４５０Ｆを有する。上側のビルドアップ層４５０Ｆはコア基板３０の第１面Ｆ上に形成されている絶縁層４５０Ａと絶縁層４５０Ａ上の導体層４５８Ａと絶縁層４５０Ａを貫通し第１導体層５８Ｆと導体層４５８Ａを接続しているビア導体４６０Ａとを有する。上側のビルドアップ層４５０Ｆはさらに絶縁層４５０Ａと導体層４５８Ａ上の絶縁層４５０Ｃと絶縁層４５０Ｃ上の導体層４５８Ｃと絶縁層４５０Ｃを貫通し導体層４５８Ａと導体層４５８Ｃとを接続するビア導体４６０Ｃを有する。
インダクタ内蔵基板１０は、さらに、コア基板３０の第２面Ｓ上に下側のビルドアップ層４５０Ｓを有する。下側のビルドアップ層４５０Ｓはコア基板３０の第２面Ｓ上に形成されている絶縁層４５０Ｂと絶縁層４５０Ｂ上の導体層４５８Ｂと絶縁層４５０Ｂを貫通し第２導体層５８Ｓと導体層４５８Ｂを接続しているビア導体４６０Ｂとを有する。下側のビルドアップ層４５０Ｓはさらに絶縁層４５０Ｂと導体層４５８Ｂ上の絶縁層４５０Ｄと絶縁層４５０Ｄ上の導体層４５８Ｄと絶縁層４５０Ｄを貫通し導体層４５８Ｂと導体層４５８Ｄとを接続するビア導体４６０Ｄを有する。
実施形態のインダクタ内蔵基板は、さらに、上側のビルドアップ層４５０Ｆ上に開口４７１Ｆを有するソルダーレジスト層４７０Ｆと下側のビルドアップ層４５０Ｓ上に開口４７１Ｓを有するソルダーレジスト層４７０Ｓを有する。
ソルダーレジスト層４７０Ｆ、４７０Ｓの開口４７１Ｆ、４７１Ｓにより露出している導体層４５８Ｃ、４５８Ｄやビア導体４６０Ｃ、４６０Ｄの上面はパッドとして機能する。パッド上に、Ｎｉ／ＡｕやＮｉ／Ｐｄ／Ａｕ、Ｐｄ／Ａｕ、ＯＳＰ等から成る保護膜４７２が形成されている。その保護膜上に半田バンプ４７６Ｆ、４７６Ｓが形成されている。上側のビルドアップ層４５０Ｆ上に形成されている半田バンプ４７６Ｆを介して図示しないＩＣチップがインダクタ内蔵基板１０に搭載される。下側のビルドアップ層４５０Ｓ上に形成されている半田バンプ４７６Ｓを介してインダクタ内蔵基板１０はマザーボードに搭載される。
図１（Ｃ）は図１（Ａ）中のコア基板３０の一部を拡大して示す。コア基板３０では、第１導体層５８Ｆと第２導体層５８Ｓとを接続するスルーホール導体３６は、コア基板３０を貫通する第１貫通孔２０ａに形成された第１スルーホール導体３６Ａと、コア基板３０の開口２０ｂ内に充填された磁性体樹脂１８の第２貫通孔１８ｂに形成された第２スルーホール導体３６Ｂとから成る。第１貫通孔２０ａの直径ｄａと第２貫通孔１８ｂの直径ｄｂとはほぼ等しい。第１スルーホール導体３６Ａ、第２スルーホール導体３６Ｂ内には樹脂充填剤１６が充填され、スルーホールランド５８ＦＲは蓋めっきから成る。スルーホールランド５８ＦＲは、第１スルーホール導体３６Ａに形成された第１スルーホールランド５８ＦＲＡと第２スルーホール導体３６Ｂに形成された第２スルーホールランド５８ＦＲＢとから成る。
図１（Ｂ）は、第１スルーホール導体３６Ａに形成された第１スルーホールランド５８ＦＲＡと第２スルーホール導体３６Ｂに形成された第２スルーホールランド５８ＦＲＢとの平面図である。第１スルーホールランド５８ＦＲＡは、第１スルーホール導体３６Ａと同心円状に形成され、第２スルーホールランド５８ＦＲＢは、第２スルーホール導体３６Ｂと同心円状に形成されている。第１スルーホールランド５８ＦＲＡの直径Ｄａと第２スルーホールランド５８ＦＲＢの直径Ｄｂとはほぼ等しい。第１スルーホールランド５８ＦＲＡと第２スルーホールランド５８ＦＲＢとは第１導体層（回路パターン）５８Ｆにより接続されている。第２スルーホールランド５８ＦＲＢの直径Ｄｂは、磁性体樹脂１８の充填された開口２０ｂの直径ＤＢよりも小径に形成されている。即ち、第２スルーホールランド５８ＦＲＢは、磁性体樹脂１８上から絶縁性基材２０まで広がることが無い。
磁性体樹脂１８は、酸化鉄フィラー（磁性粒子）とエポキシ等の樹脂を含む。磁性粒子として、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４等の酸化鉄フィラーが挙げられる。磁性体樹脂中の酸化鉄フィラーの含有量は６０重量％以上であることが好ましい。酸化鉄フィラーの粒子径は均一で無い方が、重量％を高め、透磁率及び伝熱性を高くできるため望ましい。
図１（Ｃ）に示されるように、コア基板３０を貫通する第１貫通孔２０ａに形成された第１スルーホール導体３６Ａは、第１貫通孔２０ａに接触する。第１スルーホール導体３６Ａは、第１貫通孔２０ａ上の第２無電解めっき膜３２と、該第２無電解めっき膜３２上の第２電解めっき膜３４とから成る。磁性体樹脂１８を貫通する第２貫通孔１８ｂに形成された第２スルーホール導体３６Ｂは、第２貫通孔１８ｂに接触する。第２スルーホール導体３６Ｂは、第２貫通孔１８ｂ上の第２無電解めっき膜３２と、該第２無電解めっき膜３２上の第２電解めっき膜３４とから成る。第１スルーホール導体３６Ａを構成する第２無電解めっき膜３２と第２電解めっき膜３４との厚みｔａは、第２スルーホール導体３６Ｂを構成する第２無電解めっき膜３２と第２電解めっき膜３４との厚みｔｂよりも厚い。伝熱性の低い絶縁性基材２０の第１貫通孔２０ａに形成された第１スルーホール導体３６Ａの厚みｔａは、熱伝導性の高い磁性体樹脂１８の第２貫通孔１８ｂに形成された第２スルーホール導体３６Ｂの厚みｔｂよりも厚くされることで、第１スルーホール導体３６Ａと第２スルーホール導体３６Ｂとの放熱バランスが調整されている。
第１スルーホールランド５８ＦＲＡ及び絶縁性基材２０上の第１導体層５８Ｆは、最下層の銅箔２２と、該銅箔２２上の第１無電解めっき膜２４ｍと、第１無電解めっき膜２４ｍ上の第１電解めっき膜２４ｄと、第１電解めっき膜２４ｄ上の第２無電解めっき膜３２と、第２無電解めっき膜３２上の第２電解めっき膜３４と、該第２電解めっき膜３４上の第３無電解めっき膜３５と、該第３無電解めっき膜３５上の第３電解めっき膜３７とから成る。第２スルーホールランド５８ＦＲＢ及び磁性体樹脂１８上の第１導体層５８Ｆは、最下層の第１無電解めっき膜２４ｍと、第１無電解めっき膜２４ｍ上の第１電解めっき膜２４ｄと、第１電解めっき膜２４ｄ上の第２無電解めっき膜３２と、第２無電解めっき膜３２上の第２電解めっき膜３４と、該第２電解めっき膜３４上の第３無電解めっき膜３５と、該第３無電解めっき膜３５上の第３電解めっき膜３７とから成る。第１無電解めっき膜２４ｍと第１電解めっき膜２４ｄとはシールド層２４を構成する。第１スルーホールランド５８ＦＲＡ及び絶縁性基材２０上の第１導体層５８Ｆの厚みｔＡは、第２スルーホールランド５８ＦＲＢ及び磁性体樹脂１８上の第１導体層５８Ｆの厚みｔＢよりも、銅箔２２の厚み分厚い。伝熱性の低い絶縁性基材２０上に形成された第１スルーホールランド５８ＦＲＡの厚みｔＡは、熱伝導性の高い磁性体樹脂１８上に形成された第２スルーホールランド５８ＦＲＢの厚みｔＢよりも熱伝導率の高い銅箔２２分厚くされることで、第１スルーホール導体３６Ａと第２スルーホール導体３６Ｂとの放熱バランスが調整されている。
実施形態のコア基板３０は、図１（Ａ）中に示される磁性体樹脂１８に形成された第２スルーホール導体３６Ｂを介して接続される第１導体層５８Ｆ（接続パターン５８ＦＬ）、第２導体層５８Ｓ（接続パターン５８ＳＬ）とは、ヘリカル状（コア基板の表裏面に対して平行方向の軸線上に沿って螺旋状）に配置され、第２スルーホール導体３６Ｂと共にインダクタ５９を形成する。
実施形態のインダクタ内蔵基板１０は、コア基板３０の表面に第１導体層５８Ｆと第２導体層５８Ｓとが形成され、第１導体層５８Ｆと第２導体層５８Ｓとを接続する第２スルーホール導体３６Ｂは、磁性体樹脂１８を貫通する第２貫通孔１８ｂに直接形成されている。このため、インダクタ内蔵基板１０中の磁性体の割合が大きくなり、インダクタンスを大きくすることができる。
[実施形態のインダクタ内蔵基板の製造方法]
図２〜図４に実施形態のインダクタ内蔵基板の製造方法が示される。
絶縁性基材２０の両面に銅箔２２の積層された銅張り積層板から成る基板２０ｚが準備される（図２（Ａ））。絶縁性基材２０に磁性体樹脂充填用の開口２０ｂが形成される（図２（Ｂ））。開口２０ｂ内に９０重量％の酸化鉄フィラー（磁性粒子）とエポキシ樹脂からなる樹脂ペーストが真空印刷される。樹脂ペーストが、樹脂ペーストの粘度が常温の２倍以下となる温度で仮硬化（半硬化）され仮硬化磁性体樹脂１８βが形成される（図２（Ｃ））。
絶縁性基材２０の表面、開口２０ｂから露出する仮硬化磁性体樹脂１８βの表面に無電解めっき処理で第１無電解めっき膜２４ｍと、電解めっき処理で第１電解めっき膜２４ｄが形成される（図２（Ｄ））。第１無電解めっき膜２４ｍと第１電解めっき膜２４ｄとはシールド層２４を構成する。
絶縁性基材２０に機械ドリルまたはレーザ加工等で第１貫通孔２０ａが形成される（図２（Ｅ））。この後、薬液により第１貫通孔２０ａがデスミア処理される。デスミア処理の際に、第１無電解めっき膜２４ｍと第１電解めっき膜２４ｄとから成るシールド層２４で覆われた仮硬化磁性体樹脂１８βは、薬液の影響を受けない。仮硬化磁性体樹脂１８βの表面の酸化鉄フィラーは、デスミア処理の影響を受けない。
仮硬化磁性体樹脂１８βに機械ドリルまたはレーザ加工等で第２貫通孔１８ｂが形成される。この実施形態では、９０重量％の酸化鉄フィラーを含むため、本硬化後の孔開けは容易ではないが、本硬化前に形成するため、貫通孔を容易に形成することができる。仮硬化状態の磁性材層を加熱して含まれる樹脂を架橋させ、本硬化状態にして磁性体樹脂１８が形成される（図３（Ａ））。ここでは、１５０゜Ｃ〜１９０゜Ｃで１時間加熱する。高圧水洗により、孔開け時の加工スミアが取り除かれる（図３（Ｂ））。通常、デスミアはアルカリ性薬剤で行われるが、アルカリ性薬剤は樹脂を膨潤・剥離する過程で磁性体樹脂１８に含まれる酸化鉄フィラーを脱落させる恐れがあるため、ここでは高圧水洗が行われる。絶縁性基材２０、磁性体樹脂１８の表面の第１電解めっき膜２４ｄ上、第１貫通孔２０ａ、第２貫通孔１８ｂの表面に、無電解めっき処理で第２無電解めっき膜３２と、電解めっき処理で第２電解めっき膜３４が形成される。第２無電解めっき膜３２と第２電解めっき膜３４とで、第１貫通孔２０ａに第１スルーホール導体３６Ａが、第２貫通孔１８ｂに第２スルーホール導体３６Ｂが形成される（図３（Ｃ））。
第１貫通孔２０ａに形成された第１スルーホール導体３６Ａ内、第２貫通孔１８ｂに形成された第２スルーホール導体３６Ｂ内に樹脂充填剤１６が充填され、コア基板３０の表面が研磨される（図３（Ｄ））。第２電解めっき膜３４上、及び、樹脂充填剤１６の露出面に無電解めっきにより第３無電解めっき膜３５が形成され、第３無電解めっき膜３５上に第３電解めっき膜３７が形成される（図４（Ａ））。第３電解めっき膜３７上に所定パターンのエッチングレジスト５４が形成される（図４（Ｂ））。
エッチングレジスト５４から露出する第３電解めっき膜３７、第３無電解めっき膜３５、第２電解めっき膜３４、第２無電解めっき膜３２、第１電解めっき膜２４ｄ、第１無電解めっき膜２４ｍ、銅箔２２が除去された後、エッチングレジストが除去され、第１導体層５８Ｆ、第２導体層５８Ｓが形成され、コア基板３０が完成する（図４（Ｃ））。絶縁性基材２０上の第１導体層５８Ｆ、第２導体層５８Ｓ、第１スルーホール導体３６Ａの第１面側の第１スルーホールランド５８ＦＲＡ及び第２面側の第１スルーホールランド５８ＳＲＡは、最下層の銅箔２２と、該銅箔２２上の第１無電解めっき膜２４ｍと、第１無電解めっき膜２４ｍ上の第１電解めっき膜２４ｄと、第１電解めっき膜２４ｄ上の第２無電解めっき膜３２と、第２無電解めっき膜３２上の第２電解めっき膜３４と、該第２電解めっき膜３４上の第３無電解めっき膜３５と、該第３無電解めっき膜３５上の第３電解めっき膜３７とから成る。磁性体樹脂１８上の第１導体層５８Ｆ、第２導体層５８Ｓ、第２スルーホール導体３６Ｂの第１面側の第２スルーホールランド５８ＦＲＢ及び第２面側の第２スルーホールランド５８ＳＲＢは、第１無電解めっき膜２４ｍと、第１無電解めっき膜２４ｍ上の第１電解めっき膜２４ｄと、第１電解めっき膜２４ｄ上の第２無電解めっき膜３２と、第２無電解めっき膜３２上の第２電解めっき膜３４と、該第２電解めっき膜３４上の第３無電解めっき膜３５と、該第３無電解めっき膜３５上の第３電解めっき膜３７とから成る。
コア基板３０上に公知の製造方法により、上側のビルドアップ層４５０Ｆ、下側のビルドアップ層４５０Ｓ、ソルダーレジスト層４７０Ｆ、４７０Ｓ、半田バンプ４７６Ｆ、４７６Ｓが形成される（図１（Ａ））。
実施形態のインダクタ内蔵基板の製造方法では、磁性体樹脂１８の第２貫通孔１８ｂに第２無電解めっき膜３２、第２電解めっき膜３４からなる第２スルーホール導体３６Ｂを形成するため、インダクタ内蔵基板１０の磁性体樹脂１８の体積を大きくし、インダクタンスを大きくすることができる。
１０ インダクタ内蔵基板
１８ 磁性体樹脂
１８ｂ 第１貫通孔
２０ コア基板
２０ａ 第２貫通孔
２０ａ 開口
２２ 銅箔
３０ コア基板
２４ｍ 第１無電解めっき膜
２４ｄ 第１電解めっき膜
３２ 第２無電解めっき膜
３４ 第２電解めっき膜
３５ 第３無電解めっき膜
３６Ａ 第１スルーホール導体
３６Ｂ 第２スルーホール導体
３７ 第３電解めっき膜

Claims (6)

  1. 開口と第１貫通孔が形成されたコア基板と、
    前記開口内に充填され、第２貫通孔を有する磁性体樹脂と、
    前記第１貫通孔に形成された金属膜から成る第１スルーホール導体と、
    前記第２貫通孔に形成された金属膜から成る第２スルーホール導体と、を有するインダクタ内蔵基板であって、
    前記磁性体樹脂は６０重量％以上の酸化鉄フィラーを含有する。
  2. 請求項１のインダクタ内蔵基板であって、
    前記第１スルーホール導体を構成する前記金属膜、及び前記第２スルーホール導体を構成する前記金属膜は、無電解めっき膜と電解めっき膜である。
  3. 請求項１のインダクタ内蔵基板であって
    前記第１スルーホール導体の前記金属膜の厚みが、前記第２スルーホール導体の前記金属膜の厚みよりも厚い。
  4. 請求項１のインダクタ内蔵基板であって、
    第１スルーホールランドは、最下層が金属箔であり、前記コア基板上に形成される。
    第２スルーホールランドは、最下層がめっき膜であり、前記磁性体樹脂上に形成される。
  5. 請求項４のインダクタ内蔵基板であって、
    前記第１スルーホールランドは、前記第１スルーホール導体からの延長部分である前記金属膜と、前記金属膜より前記コア基板に近い側に形成されるシールド層と、を含み、
    前記第２スルーホールランドは、前記第２スルーホール導体からの延長部分である前記金属膜と、前記金属膜より前記磁性体樹脂に近い側に形成されるシールド層と、を含む。
  6. 請求項４のインダクタ内蔵基板であって、
    前記第１スルーホールランドを構成する前記シールド層、及び前記第２スルーホールランドを構成する前記シールド層は、無電解めっき膜と電解めっき膜である。
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