JP2021086856A - インダクタ内蔵基板、インダクタ内蔵基板の製造方法 - Google Patents

インダクタ内蔵基板、インダクタ内蔵基板の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 スルーホール導体の信頼性が高い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では、第２貫通孔１８ｂの側面に磁性体粒子の欠落した空孔が存在しないため、空孔による金属膜（第１無電解めっき膜３２及び第１電解めっき膜３４）の作成不良が存在せず、金属膜の作成不良を原因とする第２スルーホール導体３６Ｂの断線が無い。このため、第２スルーホール導体３６Ｂの信頼性を高くすることができる。【選択図】 図５

Description

本発明は、インダクタを内蔵するインダクタ内蔵基板、及び、該インダクタ内蔵基板の製造方法に関する。
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、スルーホール導体の信頼性が高く、小型でインダクタンスの大きなインダクタ内蔵基板、インダクタ内蔵基板の製造方法を提供することである。
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、を有するインダクタ内蔵基板であって、前記磁性体樹脂は磁性体粒子と樹脂を含む。そして、前記第２スルーホール導体の前記金属膜は、前記磁性体粒子の切断面と接する。
本発明に係るインダクタ内蔵基板の製造方法は、絶縁性基材に開口を形成することと、前記開口内に磁性体粒子を含む磁性体樹脂を充填することと、前記磁性体樹脂を硬化させることと、前記絶縁性基材に第１貫通孔を形成することと、前記磁性体樹脂に第２貫通孔を形成することと、前記第１貫通孔内及び前記第２貫通孔内にめっき膜を形成することと、を有する。そして、前記磁性体樹脂に第２貫通孔を形成する際に、第２貫通孔の壁面に磁性体粒子の切断面を露出させる。
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。第２スルーホール導体の金属膜は、磁性体粒子の切断面と接する。即ち、第２貫通孔の側面に磁性体粒子の欠落した空孔が存在しないため、空孔による金属膜の作成不良が存在せず、金属膜の作成不良を原因とする第２スルーホール導体の断線が無い。このため、第２スルーホール導体の信頼性を高くすることができる。
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。 第２貫通孔上の第１無電解めっき膜、第１電解めっき膜の切断面の顕微鏡写真。
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やビア導体４６０Ａ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やビア導体４６０Ｂ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は図示しない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。磁性体樹脂１８は芯材を含まない。
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（磁性体粒子）とエポキシ等の樹脂を含む。磁性体粒子として、酸化鉄（III）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％〜９０重量％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。酸化鉄フィラーの平均粒径は５μｍ〜４５μｍであることが望ましい。後述されるように、酸化鉄フィラーは、磁性体樹脂１８の第２貫通孔１８ｂの側壁で切断面が形成される。５μｍ未満では、酸化鉄フィラーが側壁から抜け落ちやすい。４５μｍ超では、酸化鉄フィラーの切断が困難になる。
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１無電解めっき膜３２と、該第１無電解めっき膜３２上の第１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１無電解めっき膜３２と、該第１無電解めっき膜３２上の第１電解めっき膜３４とから成る。
図５は、第２貫通孔１８ｂ上の第１無電解めっき膜３２、第１電解めっき膜３４の切断面の顕微鏡写真である。第２貫通孔１８ｂの表面に、磁性体粒子の切断面が露出し、磁性体粒子の切断面に接するように第２スルーホール導体３６Ｂを形成する第１無電解めっき膜３２が形成されている。
実施形態のインダクタ内蔵基板１０では、第２貫通孔１８ｂの側面に磁性体粒子の欠落した空孔が存在しないため、空孔による金属膜（第１無電解めっき膜３２及び第１電解めっき膜３４）の作成不良が存在せず、金属膜の作成不良を原因とする第２スルーホール導体３６Ｂの断線が無い。このため、第２スルーホール導体３６Ｂの信頼性を高くすることができる。また、第２スルーホール導体３６Ｂの膜厚を均一に出来るため、電気特性を高くすることができる。
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３２と、第１無電解めっき膜３２上の第１電解めっき膜３４と、該第１電解めっき膜３４上の第２無電解めっき膜３５と、該第２無電解めっき膜３５上の第２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３２と、第１無電解めっき膜３２上の第１電解めっき膜３４と、該第１電解めっき膜３４上の第２無電解めっき膜３５と、該第２無電解めっき膜３５上の第２電解めっき膜３７とから成る。
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６０重量％〜９０重量％の酸化鉄フィラー（磁性体粒子）とエポキシ樹脂からなる樹脂ペースト１８αが真空印刷される（図２（Ｃ））。絶縁性基材２０の表面が研磨され、樹脂ペースト１８αの表面が平坦化される（図２（Ｄ））。
樹脂ペーストを加熱して含まれる樹脂を架橋させ、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℃〜１９０℃で１時間加熱する。機械ドリルで絶縁性基材２０に第１貫通孔２０ａが形成され、磁性体樹脂１８に第２貫通孔１８ｂが形成される（図３（Ｂ））。図５に示されるように、第２貫通孔１８ｂの側面に磁性体粒子の切断面を露出させるため、機械ドリルとしては、ボディの切屑排出溝が１条で、切屑排出溝のネジレ角度が３０゜〜５０゜の物が用いられる。切屑排出溝のネジレ角度が３０゜〜５０゜のドリルは、切り屑の排出性に優れ、熱を持ちにくい。ここで、切屑排出溝のネジレ角度が３０゜未満、５０゜を超えるドリルを用いた場合、切り屑を排出し難くなる。酸化鉄フィラーが側壁から抜け落ち易くなり、第２貫通孔１８ｂの側面に、酸化鉄フィラーが落ちた凹部が形成され易くなる。
酸性薬剤を用いないデスミアが行われる。例えば、高圧水洗により、第１貫通孔２０ａ内、第２貫通孔１８ｂ内の孔開け時の加工スミヤ（残渣）が取り除かれる。デスミアが酸性薬剤で行われた場合、酸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。その後、Ｏ2プラズマ等のドライデスミア処理で、第１貫通孔２０ａ内、第２貫通孔１８ｂ内の加工スミヤが更に除かれる。ここでは、高圧水洗及びドライデスミア処理で、加工スミヤが取り除かれたが、酸化鉄フィラーを変質させない例えばアルカリ薬液等で第１貫通孔２０ａ内、第２貫通孔１８ｂ内のスミヤを除去することも可能である。また、第１貫通孔２０ａの形成と酸性薬剤によるデスミアを行った後、第２貫通孔１８ｂの形成と酸性薬剤を用いない高圧水洗等によるデスミアを行ってもよい。
実施形態の製造方法では、絶縁性基材２０の第１貫通孔２０ａ、磁性体樹脂１８の第２貫通孔１８ｂ内のスミヤ除去処理が同時に行われるため、磁性体樹脂保護の為にシールド層を設ける必要が無く、インダクタ内蔵基板の製造が容易である。
絶縁性基材２０、磁性体樹脂１８の表面上、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１無電解めっき膜３２と、電解めっき処理で第１電解めっき膜３４が形成される。第１無電解めっき膜３２と第１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、絶縁性基材２０の表面が研磨される（図３（Ｄ））。第１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２無電解めっき膜３５が形成され、第２無電解めっき膜３５上に第２電解めっき膜３７が形成される（図４（Ａ））。第２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２電解めっき膜３７、第２無電解めっき膜３５、第１電解めっき膜３４、第１無電解めっき膜３２、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Ｆ側の第１スルーホールランド５８ＦＲＡ及び第２面Ｓ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３２と、第１無電解めっき膜３２上の第１電解めっき膜３４と、該第１電解めっき膜３４上の第２無電解めっき膜３５と、該第２無電解めっき膜３５上の第２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Ｆ側の第２スルーホールランド５８ＦＲＢ及び第２面Ｓ側の第２スルーホールランド５８ＳＲＢは、第１無電解めっき膜３２と、第１無電解めっき膜３２上の第１電解めっき膜３４と、該第１電解めっき膜３４上の第２無電解めっき膜３５と、該第２無電解めっき膜３５上の第２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１無電解めっき膜３２、第１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２貫通孔
２０ 絶縁性基材
２０ａ 第１貫通孔
２０ｂ 開口
３０ コア基板
３２ 第１無電解めっき膜
３４ 第１電解めっき膜
３５ 第２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２電解めっき膜

Claims (8)

  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、
    前記磁性体樹脂は磁性体粒子と樹脂を含み、
    前記第２スルーホール導体の前記金属膜は、前記磁性体粒子の切断面と接する。
  2. 請求項１のインダクタ内蔵基板であって、
    前記コア基板は、芯材と無機粒子と樹脂を含み、
    前記磁性体樹脂は、芯材を含まない。
  3. 請求項１又は請求項２のインダクタ内蔵基板であって、
    前記コア基板の前記開口の内壁には金属膜が形成されない。
  4. 請求項１〜請求項３のいずれか１のインダクタ内蔵基板であって、
    前記磁性体粒子の平均粒径は、５μｍ〜４５μｍである。
  5. 請求項１〜請求項４のいずれか１のインダクタ内蔵基板であって、
    前記磁性体粒子は酸化鉄フィラーから成る。
  6. 絶縁性基材に開口を形成することと、
    前記開口内に磁性体粒子を含む磁性体樹脂を充填することと、
    前記磁性体樹脂を硬化させることと、
    前記絶縁性基材に第１貫通孔を形成することと、
    前記磁性体樹脂に第２貫通孔を形成することと、
    前記第１貫通孔内及び前記第２貫通孔内にめっき膜を形成することと、を有するインダクタ内蔵基板の製造方法であって、
    前記磁性体樹脂に第２貫通孔を形成する際に、第２貫通孔の壁面に磁性体粒子の切断面を露出させる。
  7. 請求項６のインダクタ内蔵基板の製造方法であって、
    前記磁性体樹脂が酸化鉄フィラーを含有する。
  8. 請求項６のインダクタ内蔵基板の製造方法であって、
    前記めっき膜の形成前に、前記第１貫通孔内及び前記第２貫通孔内をデスミアすることを含み、
    前記第２貫通孔内のデスミアが酸性薬剤を用いずに行われることを特徴とする。
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