JP2021019168A - 電子部品内蔵基板 - Google Patents

Abstract

【課題】グランドプレーンと重なる位置に電子部品が埋め込まれた構造を有する電子部品内蔵基板において、高い放熱性を確保しつつ、吸湿感度レベル試験における剥離の発生を防止する。【解決手段】電子部品内蔵基板１は、絶縁層１３，１４の間に埋め込まれた配線層Ｌ３と、絶縁層１２，１３の間に埋め込まれた電子部品４０とを備える。配線層Ｌ３は、電子部品４０と重なるグランドプレーンＧを含み、平面視で電子部品４０の角部と重なる点を中心に電子部品４０の短辺の１／３を半径とした円に囲まれた領域Ａ１と、平面視で電子部品４０と重なり、且つ、領域Ａ１と重複しない領域Ａ２とを含む。領域Ａ１には、開口部Ｈが形成されている。これにより、絶縁層１２，１３に含まれる水分が抜けやすくなるとともに、高い放熱性を確保できる。【選択図】図１

Description

本発明は電子部品内蔵基板に関し、特に、大面積のグランドプレーンと重なる位置に電子部品が埋め込まれた構造を有する電子部品内蔵基板に関する。

電子部品内蔵基板においては、特許文献１及び２に記載されるように、大面積のグランドプレーンと重なるように半導体ＩＣなどの電子部品が埋め込まれることがある。平面視で電子部品とグランドプレーンが重なるように配置すれば、電子部品内蔵基板内を伝送する信号の信号品質が高められるとともに、電子部品の動作によって生じる熱を効率よく放熱することが可能となる。

特開２００８−９１４７１号公報 特開２０１２−２０９５２７号公報

しかしながら、特許文献１に記載された電子部品内蔵基板においては、グランドプレーンに多数の開口部が形成されており、これら開口部が電子部品と重なる位置に設けられていることから、開口部の存在によって放熱性が低下するという問題があった。一方、特許文献２に記載された電子部品内蔵基板は、開口部を持たないグランドプレーンによって電子部品が覆われていることから高い放熱性を得ることができるものの、出荷前に行われる吸湿感度レベル試験（ＭＳＬ試験）において、電子部品と絶縁層の界面に剥離が生じやすいという問題があった。

したがって、本発明は、グランドプレーンと重なる位置に電子部品が埋め込まれた構造を有する電子部品内蔵基板において、高い放熱性を確保しつつ、吸湿感度レベル試験における剥離の発生を防止することを目的とする。

本発明による電子部品内蔵基板は、第１、第２及び第３の絶縁層と、第１の絶縁層と第２の絶縁層の間に埋め込まれた第１の配線層と、第２の絶縁層と第３の絶縁層の間に埋め込まれた電子部品とを備え、第１の配線層はグランドプレーンを含み、電子部品は平面視でグランドプレーンと重なる位置に配置され、第１の配線層は平面視で電子部品の角部と重なる点を中心に電子部品の短辺の１／３を半径とした円に囲まれた第１の領域を含み、第１の領域に位置するグランドプレーンには開口部が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、電子部品の角部近傍と重なる第１の領域においてグランドプレーンに開口部が形成されていることから、第２及び第３の絶縁層に含まれる水分が抜けやすくなる。これにより、最も剥離が生じやすい電子部品の角部近傍における密着性を高めることが可能となる。

本発明において、電子部品は第１及び第２のエッジを有し、角部は第１及び第２のエッジの終端部によって構成され、第１及び第２のエッジの少なくとも一方は、グランドプレーンと重ならない区間よりも、グランドプレーンと重なる区間の方が長くても構わない。このような構造であっても、電子部品の角部近傍において剥離が生じやすいことから、グランドプレーンに開口部を設けることによってこれを防止することが可能となる。この場合、第１及び第２のエッジの少なくとも一方は、全区間がグランドプレーンと重なっていても構わない。このような構造の場合、電子部品の角部近傍における剥離がより生じやすいが、グランドプレーンに開口部を設けることによって剥離を防止することが可能となる。

本発明において、第１の配線層は、平面視で電子部品と重なり、且つ、第１の領域と重複しない第２の領域をさらに含み、第１の領域におけるグランドプレーンのパターン形成密度は、第２の領域におけるグランドプレーンのパターン形成密度よりも低くても構わない。このような構造は、第２及び第３の絶縁層に含まれる水分がより抜けにくい構造であるが、グランドプレーンに開口部を設けることによって水分が抜けやすくなる。しかも、電子部品と重なる第２の領域においてはグランドプレーンのパターン形成密度が高いことから、十分な放熱性を確保することも可能となる。

本発明において、第２の領域の全面にグランドプレーンが存在しても構わない。これによれば、より高い放熱性を得ることが可能となる。

本発明において、第１及び第２の領域を包含する矩形領域を第１の配線層に定義した場合、第１の配線層は、矩形領域に包含され、且つ、第１及び第２の領域のいずれとも重複しない第３の領域をさらに含み、第１の領域におけるグランドプレーンのパターン形成密度は、第３の領域におけるグランドプレーンのパターン形成密度よりも低くても構わない。これによれば、より大面積のグランドプレーンが用いられることから、電子部品内蔵基板内を伝送する信号の信号品質がより高められるとともに、よりいっそう高い放熱性を得ることが可能となる。

本発明において、第３の領域の全面にグランドプレーンが存在しても構わない。これによれば、電子部品内蔵基板内を伝送する信号の信号品質がさらに高められるとともに、さらに高い放熱性を得ることが可能となる。

本発明による電子部品内蔵基板は、第１の絶縁層を介して第１の配線層とは反対側に位置する第２の配線層をさらに備え、第２の配線層はグランドプレーンを含み、第２の配線層は第１の配線層の第１の領域と重なる第４の領域を含み、第４の領域に位置するグランドプレーンには開口部が形成されていることが好ましい。これによれば、第２の配線層に形成されたグランドプレーンによって水分の排出経路が塞がれることがない。この場合、第１の領域に形成された開口部と、第４の領域に形成された開口部は、平面視で重なりを有していることが好ましい。これによれば、水分がより抜けやすくなる。

本発明において、電子部品は半導体ＩＣであり、端子電極が形成された主面とは反対側に位置する裏面がグランドプレーンと向かい合うよう、第２の絶縁層と第３の絶縁層の間に埋め込まれていても構わない。これによれば、半導体ＩＣの裏面のほぼ全面をグランドプレーンで覆うことが可能となる。

このように、本発明によれば、グランドプレーンと重なる位置に電子部品が埋め込まれた構造を有する電子部品内蔵基板において、高い放熱性を確保しつつ、吸湿感度レベル試験における剥離の発生を防止することが可能となる。

図１は、本発明の好ましい実施形態による電子部品内蔵基板１の構造を説明するための模式的な断面図である。 図２は、電子部品４０と開口部Ｈの位置関係を説明するための模式図である。 図３は、第１の例による開口部Ｈの位置を説明するための模式図である。 図４は、第２の例による開口部Ｈの位置を説明するための模式図である。 図５は、第３の例による開口部Ｈの位置を説明するための模式図である。 図６は、第４の例による開口部Ｈの位置を説明するための模式図である。 図７は、第５の例による開口部Ｈの位置を説明するための模式図である。 図８は、第６の例による開口部Ｈの位置を説明するための模式図である。 図９は、第７の例による開口部Ｈの位置を説明するための模式図である。 図１０は、第８の例による開口部Ｈの位置を説明するための模式図である。 図１１は、第９の例による開口部Ｈの位置を説明するための模式図である。 図１２は、第１０の例による電子部品４０の平面形状を説明するための模式図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の好ましい実施形態による電子部品内蔵基板１の構造を説明するための模式的な断面図である。

図１に示すように、本実施形態による電子部品内蔵基板１は、４層の絶縁層１１〜１４と、絶縁層１１〜１４の表面にそれぞれ形成された配線層Ｌ１〜Ｌ４と、配線層Ｌ２と配線層Ｌ３の間に埋め込まれた電子部品４０を備える。特に限定されるものではないが、最上層に位置する絶縁層１１及び最下層に位置する絶縁層１４は、ガラス繊維などの芯材にガラスエポキシなどの樹脂材料を含浸させたコア層であっても構わない。これに対し、絶縁層１２，１３は、ガラスクロスなどの芯材を含まない樹脂材料からなるものであっても構わない。特に、絶縁層１１，１４の熱膨張係数は、絶縁層１２，１３の熱膨張係数よりも小さいことが好ましい。電子部品４０の種類については特に限定されないが、例えば半導体ＩＣであっても構わない。図１に示す例では、端子電極４１が形成された主面が上側を向くよう、フェースアップ方式で電子部品４０が埋め込まれている。

配線層Ｌ１は最上層に位置する配線層であり、その大部分はソルダーレジスト２１によって覆われている。配線層Ｌ１のうち、ソルダーレジスト２１によって覆われていない領域は、チップ部品などが搭載される外部端子Ｅ１を構成する。配線層Ｌ４は最下層に位置する配線層であり、その大部分はソルダーレジスト２２によって覆われている。配線層Ｌ４のうち、ソルダーレジスト２２によって覆われていない領域は、ハンダを介してマザーボードに接続される外部端子Ｅ２を構成する。これに対し、配線層Ｌ２，Ｌ３は内層に位置する。このうち、配線層Ｌ２は絶縁層１１と絶縁層１２の間に位置し、配線層Ｌ３は絶縁層１３と絶縁層１４の間に位置する。そして、配線層Ｌ１と配線層Ｌ２はビア導体３１を介して接続され、配線層Ｌ２と電子部品４０の端子電極４１はビア導体３２を介して接続され、配線層Ｌ２と配線層Ｌ３はビア導体３３を介して接続され、配線層Ｌ３と配線層Ｌ４はビア導体３４を介して接続される。

図１に示すように、配線層Ｌ３には、グランドプレーンＧが設けられている。グランドプレーンＧは、グランド電位が与えられる大面積のベタパターンであり、平面視で電子部品４０と重なる位置に設けられている。グランドプレーンＧは、他の配線層Ｌ１，Ｌ２，Ｌ４に形成された信号配線を伝送する信号の信号品質を高めるとともに、電子部品４０の動作によって生じる熱を効率よく放熱する役割を果たす。

しかしながら、グランドプレーンＧが完全なベタパターンであると、絶縁層１２，１３に含まれる水分の放出ルートがグランドプレーンＧによって遮蔽され、電子部品４０の近傍に水分が残留するおそれが生じる。電子部品４０の近傍に水分が残留すると、ハンダリフロー工程において水分の膨張が生じ、これによって電子部品４０と絶縁層１３の界面に剥離が生じるおそれがある。この点に鑑み、本実施形態による電子部品内蔵基板１においては、グランドプレーンＧの一部に開口部Ｈを設け、ここから水分の放出を可能としている。

図２は、電子部品４０と開口部Ｈの位置関係を説明するための模式図である。電子部品４０は、裏面側において絶縁層１３と接している。電子部品４０は、裏面の中央に位置する領域４２においては絶縁層１３からの剥離が生じにくいものの、エッジ部において剥離が生じやすい。特に、裏面のエッジ部のうち、角部から離れた領域４３よりも角部に近い領域４４において剥離が生じやすい。本実施形態において、領域４３，４４の長さは、電子部品４０の一辺の長さの１／３として定義する。ここで、領域４４において剥離が生じやすいのは、水分を含んだ絶縁層１３が熱膨張すると、熱膨張係数の差に起因する応力が電子部品４０の角部に集中するためである。したがって、電子部品４０の剥離を防止するためには、角部近傍に残留する水分をハンダリフロー前に効率よく放出する必要があり、これを実現すべく、平面視で電子部品４０の角部近傍に開口部Ｈを設けている。これにより、ハンダリフローの前段階で実行されるプリヒート工程において、絶縁層１２，１３に含まれる水分が開口部Ｈを介して排出され、少なくとも電子部品４０の角部近傍における水分量が大幅に低下することから、ハンダリフローを行っても、電子部品４０の剥離が生じにくくなる。

図３は、グランドプレーンＧに形成する開口部Ｈの位置についてより詳細に説明するための模式図である。上述の通り、電子部品４０の剥離は裏面のエッジ部において生じやすいが、特に、角部に近い領域４４において剥離が生じやすい。このため、この領域４４の周囲に残留する水分が効率よく放出されるよう、開口部Ｈの位置を決定する必要がある。この点に鑑み、本実施形態による電子部品内蔵基板１においては、平面視で電子部品４０の角部と重なる点Ｃを中心に電子部品４０の一辺の１／３を半径とした円に囲まれた領域Ａ１を配線層Ｌ３に定義し、この領域Ａ１内に開口部Ｈを配置する。配線層Ｌ４にも電子部品４０と重なる位置にグランドプレーンＧが存在する場合には、平面視で領域Ａ１と一致する領域Ａ４を配線層Ｌ４に定義し、この領域Ａ４内に開口部を配置することが好ましい。これは、配線層Ｌ４にベタパターンのグランドプレーンＧが存在する場合、配線層Ｌ３に開口部Ｈを設けるだけでは水分が効率よく放出されないからである。この場合、図１に示すように、配線層Ｌ３に設けた開口部Ｈと配線層Ｌ４に設けた開口部Ｈ４は、平面視で重なりＤを有していることが好ましい。

図３に示す第１の例では、領域Ａ１のうち平面視で電子部品４０と重ならない位置にそれぞれ１個の開口部Ｈを配置している。配線層Ｌ３のうち、平面視で電子部品４０と重なり、且つ、領域Ａ１と重複しない領域を領域Ａ２と定義し、領域Ａ１，Ａ２を包含する矩形領域Ａに包含され、且つ、領域Ａ１，Ａ２のいずれとも重複しない領域を領域Ａ３と定義した場合、領域Ａ２，Ａ３の全面にグランドプレーンＧが存在する。これにより、電子部品４０の角部近傍に残留する水分をプリヒート工程において排出することができるだけでなく、電子部品４０の動作によって生じる熱をグランドプレーンＧを介して効率よく放熱することが可能となる。つまり、水分の排出特性と放熱特性を両立することが可能となる。

図４に示す第２の例では、領域Ａ１のうち平面視で電子部品４０と重なる位置にそれぞれ１個の開口部Ｈを配置している。領域Ａ２，Ａ３については全面にグランドプレーンＧが存在する。このように、開口部Ｈは、電子部品４０と重なる位置に設けても構わない。

図５に示す第３の例では、領域Ａ１のうち平面視で電子部品４０と重なる位置及び重ならない位置にそれぞれ１個ずつ開口部Ｈを配置している。領域Ａ２，Ａ３については全面にグランドプレーンＧが存在する。このように、開口部Ｈは、電子部品４０と重なる位置と重ならない位置の両方に設けても構わない。

図６に示す第４の例では、領域Ａ１のうち平面視で電子部品４０の角部と重なる位置にそれぞれ１個の開口部Ｈを配置している。領域Ａ２，Ａ３については全面にグランドプレーンＧが存在する。このように、開口部Ｈは、電子部品４０の角部と重なる位置に設けても構わない。

図７に示す第５の例では、領域Ａ１のうち平面視で電子部品４０と重ならない位置に、エッジ部に沿ってそれぞれ３個の開口部Ｈを配置している。領域Ａ２，Ａ３については全面にグランドプレーンＧが存在する。このように、開口部Ｈは、電子部品４０のエッジ部に沿って複数設けても構わない。

図８に示す第６の例では、電子部品４０と重ならないよう、電子部品４０のエッジ部に沿って複数の開口部Ｈが規則的に配列されている。開口部Ｈの大部分は領域Ａ１に位置するが、一部の開口部Ｈについては領域Ａ３に位置する。領域Ａ２については全面にグランドプレーンＧが存在する。このように、開口部Ｈの一部は、領域Ａ３に位置していても構わない。この場合であっても、領域Ａ１におけるグランドプレーンＧのパターン形成密度が領域Ａ３におけるグランドプレーンＧのパターン形成密度よりも低くなるよう、開口部Ｈをレイアウトすれば、水分の排出特性と放熱特性を両立することが可能となる。

図９に示す第７の例では、電子部品４０のエッジと重なるよう、電子部品４０のエッジ部に沿って複数の開口部Ｈが規則的に配列されている。開口部Ｈの大部分は領域Ａ１に位置するが、一部の開口部Ｈについては領域Ａ２，Ａ３に位置する。このように、開口部Ｈの一部は、領域Ａ２，Ａ３に位置していても構わない。この場合であっても、領域Ａ１におけるグランドプレーンＧのパターン形成密度が領域Ａ２におけるグランドプレーンＧのパターン形成密度よりも低くなるよう、開口部Ｈをレイアウトすれば、水分の排出特性と放熱特性を両立することが可能となる。

図１０に示す第８の例では、電子部品４０の大部分が配線層Ｌ３のグランドプレーンＧと重なっていないものの、電子部品４０のエッジ５１，５２の全区間が配線層Ｌ３のグランドプレーンＧと重なっている。電子部品４０のエッジ５３，５４については、一部分のみがグランドプレーンＧと重なっている。電子部品４０の角部は、エッジ５１又は５２の終端部とエッジ５３又は５４の終端部によって構成される。このような場合であっても、エッジ５１，５２と重なるグランドプレーンＧがベタパターンであると、角部近傍において剥離が生じることがある。このため、図１０に示すように、領域Ａ１に開口部Ｈを設けることによって、角部近傍における剥離を防止することが可能となる。このように、電子部品４０の大部分が配線層Ｌ３のグランドプレーンＧと重なっていない場合であっても、電子部品４０のあるエッジが配線層Ｌ３のグランドプレーンＧと重なっている場合、開口部Ｈが存在しないと、角部において剥離が生じやすくなる。このような現象は、電子部品４０のあるエッジの全区間がグランドプレーンＧと重なっている場合には顕著であるが、全区間がグランドプレーンＧと重なっていなくても、グランドプレーンＧと重ならない区間よりもグランドプレーンＧと重なる区間の方が長いエッジが存在する場合には問題となり得るため、図１０に示すように、領域Ａ１に開口部Ｈを設けることによって剥離を防止することが好ましい。

図１１に示す第９の例では、電子部品４０のエッジ５１，５２の大部分が配線層Ｌ３のグランドプレーンＧと重なっているものの、図１０に示す第８の例とは異なり、エッジ５１，５４によって構成される角部や、エッジ５２，５３によって構成される角部は配線層Ｌ３のグランドプレーンＧと重なっていない。このようなケースでは、上記角部における剥離は生じにくいことから、エッジ５１，５３によって構成される角部に対応する領域Ａ１、並びに、エッジ５２，５４によって構成される角部に対応する領域Ａ１に開口部Ｈを設ければよい。このように、本発明において全ての角部に対応して開口部Ｈを設ける必要はない。

また、図１２に示す第１０の例のように、電子部品４０の平面形状が長方形である場合、領域Ａ１を定義する円の半径は、電子部品４０の短辺の１／３とすればよい。

以上説明したように、本実施形態による電子部品内蔵基板１は、電子部品４０と重なる位置に大面積のグランドプレーンＧが設けられていることから、放熱特性及び信号品質が高められる。しかも、電子部品４０の角部近傍に位置するグランドプレーンＧに開口部Ｈが設けられていることから、吸湿した絶縁層１２，１３から効率よく水分を排出することが可能となる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

１ 電子部品内蔵基板
１１〜１４ 絶縁層
２１，２２ ソルダーレジスト
３１〜３４ ビア導体
４０ 電子部品
４１ 端子電極
４２〜４４ 領域
５１〜５４ エッジ
Ａ 矩形領域
Ａ１ 第１の領域
Ａ２ 第２の領域
Ａ３ 第３の領域
Ｃ 点
Ｄ 重なり
Ｅ１，Ｅ２ 外部端子
Ｇ グランドプレーン
Ｈ，Ｈ４ 開口部
Ｌ１〜Ｌ４ 配線層

Claims (10)

1. 第１、第２及び第３の絶縁層と、
   前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層の間に埋め込まれた第１の配線層と、
   前記第２の絶縁層と前記第３の絶縁層の間に埋め込まれた電子部品と、を備え、
   前記第１の配線層は、グランドプレーンを含み、
   前記電子部品は、平面視で前記グランドプレーンと重なる位置に配置され、
   前記第１の配線層は、平面視で前記電子部品の角部と重なる点を中心に前記電子部品の短辺の１／３を半径とした円に囲まれた第１の領域を含み、
   前記第１の領域に位置するグランドプレーンには、開口部が形成されていることを特徴とする電子部品内蔵基板。
2. 前記電子部品は、第１及び第２のエッジを有し、
   前記角部は、前記第１及び第２のエッジの終端部によって構成され、
   前記第１及び第２のエッジの少なくとも一方は、前記グランドプレーンと重ならない区間よりも、前記グランドプレーンと重なる区間の方が長いことを特徴とする請求項１に記載の電子部品内蔵基板。
3. 前記第１及び第２のエッジの少なくとも一方は、全区間が前記グランドプレーンと重なることを特徴とする請求項２に記載の電子部品内蔵基板。
4. 前記第１の配線層は、平面視で前記電子部品と重なり、且つ、前記第１の領域と重複しない第２の領域をさらに含み、
   前記第１の領域におけるグランドプレーンのパターン形成密度は、前記第２の領域におけるグランドプレーンのパターン形成密度よりも低いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電子部品内蔵基板。
5. 前記第２の領域の全面に前記グランドプレーンが存在することを特徴とする請求項４に記載の電子部品内蔵基板。
6. 前記第１及び第２の領域を包含する矩形領域を前記第１の配線層に定義した場合、前記第１の配線層は、前記矩形領域に包含され、且つ、前記第１及び第２の領域のいずれとも重複しない第３の領域をさらに含み、
   前記第１の領域におけるグランドプレーンのパターン形成密度は、前記第３の領域におけるグランドプレーンのパターン形成密度よりも低いことを特徴とする請求項４又は５に記載の電子部品内蔵基板。
7. 前記第３の領域の全面に前記グランドプレーンが存在することを特徴とする請求項６に記載の電子部品内蔵基板。
8. 前記第１の絶縁層を介して前記第１の配線層とは反対側に位置する第２の配線層をさらに備え、
   前記第２の配線層は、グランドプレーンを含み、
   前記第２の配線層は、前記第１の配線層の前記第１の領域と重なる第４の領域を含み、
   前記第４の領域に位置するグランドプレーンには、開口部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電子部品内蔵基板。
9. 前記第１の領域に形成された前記開口部と、前記第４の領域に形成された前記開口部は、平面視で重なりを有していることを特徴とする請求項８に記載の電子部品内蔵基板。
10. 前記電子部品は半導体ＩＣであり、端子電極が形成された主面とは反対側に位置する裏面が前記グランドプレーンと向かい合うよう、前記第２の絶縁層と前記第３の絶縁層の間に埋め込まれていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の電子部品内蔵基板。

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