JP2023078684A - 電子部品内蔵基板 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の絶縁層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反りの発生を抑制する。
【解決手段】電子部品内蔵基板1は、導体層L1~L5と絶縁層11~14が交互に積層された構造を有する。絶縁層11~14は、電子部品52が埋め込まれた絶縁層13と、電子部品51が埋め込まれた絶縁層12とを含む。電子部品52の合計体積は電子部品51の合計体積よりも小さい。絶縁層13には、絶縁層13を構成する絶縁材料とは熱膨張係数の異なり、熱膨張係数調整部材として機能する芯材60がさらに埋め込まれている。これにより、芯材60によって、電子部品51の合計体積と電子部品52の合計体積の差に起因する反りを抑えることが可能となる。
【選択図】図1
【解決手段】電子部品内蔵基板1は、導体層L1~L5と絶縁層11~14が交互に積層された構造を有する。絶縁層11~14は、電子部品52が埋め込まれた絶縁層13と、電子部品51が埋め込まれた絶縁層12とを含む。電子部品52の合計体積は電子部品51の合計体積よりも小さい。絶縁層13には、絶縁層13を構成する絶縁材料とは熱膨張係数の異なり、熱膨張係数調整部材として機能する芯材60がさらに埋め込まれている。これにより、芯材60によって、電子部品51の合計体積と電子部品52の合計体積の差に起因する反りを抑えることが可能となる。
【選択図】図1
Description
本発明は電子部品内蔵基板に関し、特に、複数の絶縁層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。
特許文献1及び2には、複数の絶縁層に半導体ICなどの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が開示されている。
半導体ICなどの電子部品は、絶縁層を構成する樹脂などの絶縁材料に対して熱膨張係数が大きく異なっていることから、複数の絶縁層に埋め込まれた電子部品のボリュームが異なると、表裏における熱膨張係数の差に起因して電子部品内蔵基板に反りが生じるという問題があった。
したがって、本発明は、複数の絶縁層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、反りの発生を抑えることを目的とする。
本発明による電子部品内蔵基板は、複数の導体層と複数の絶縁層が交互に積層された構造を有する電子部品内蔵基板であって、複数の絶縁層は、1又は2以上の第1の電子部品が埋め込まれた第1の絶縁層と、1又は2以上の第2の電子部品が埋め込まれた第2の絶縁層とを含み、第1の電子部品の合計体積は第2の電子部品の合計体積よりも小さく、第1の絶縁層には、第1の絶縁層を構成する絶縁材料とは熱膨張係数の異なる熱膨張係数調整部材がさらに埋め込まれていることを特徴とする。
本発明によれば、第1の絶縁層に埋め込まれた熱膨張係数調整部材によって、第1の電子部品の合計体積と第2の電子部品の合計体積の差に起因する反りを抑えることが可能となる。
本発明において、第1の電子部品は第1の絶縁層を構成する絶縁材料よりも熱膨張係数が小さく、第2の電子部品は第2の絶縁層を構成する絶縁材料よりも熱膨張係数が小さく、熱膨張係数調整部材は第1の絶縁層を構成する絶縁材料よりも熱膨張係数が小さくても構わない。これによれば、第1の電子部品及び熱膨張係数調整部材を含む第1の絶縁層全体の熱膨張係数が低下することから、第2の電子部品を含む第2の絶縁層全体の熱膨張係数に近づけることが可能となる。
本発明において、第1の電子部品と第2の電子部品が積層方向に重なりを有していても構わない。これによれば、電子部品内蔵基板の平面サイズを小型化することが可能となる。
本発明において、熱膨張係数調整部材はガラスクロスを含む芯材であっても構わない。これによれば、電子部品内蔵基板の反りを抑えつつ、機械的強度を高めることが可能となる。この場合、電子部品内蔵基板は、第1の絶縁層及び芯材を貫通するビア導体をさらに備えていても構わないし、第1の絶縁層を貫通するビア導体をさらに備え、芯材はビア導体が設けられた位置を避けて配置されていても構わない。前者によればビア導体の接続信頼性を高めることができ、後者によればビア導体を埋め込むためのビアの形成が容易となる。
本発明において、熱膨張係数調整部材の厚さは、第1の電子部品の厚さよりも薄くても構わない。これによれば、熱膨張係数調整部材によって全体の厚さが増加することがない。
本発明において、第1の絶縁層の熱膨張係数と第2の絶縁層の熱膨張係数が互いに異なっていても構わない。これによれば、第1及び第2の絶縁層の熱膨張係数の差によって、第1の電子部品の合計体積と第2の電子部品の合計体積の差に起因する反りを抑えることが可能となる。
本発明において、複数の絶縁層は、第1の絶縁層を第2の絶縁層とは反対側から覆う第3の絶縁層と、第2の絶縁層を第1の絶縁層とは反対側から覆う第4の絶縁層とをさらに含み、第3の絶縁層の熱膨張係数と第4の絶縁層の熱膨張係数が互いに異なっていても構わない。これによれば、第3及び第4の絶縁層の熱膨張係数の差によって、第1の電子部品の合計体積と第2の電子部品の合計体積の差に起因する反りを抑えることが可能となる。
このように、本発明によれば、複数の絶縁層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、反りの発生を抑えることが可能となる。
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。
<第1の実施形態>
図1は、本発明の第1の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は、本発明の第1の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、第1の実施形態による電子部品内蔵基板1は、5層の導体層L1~L5と、4層の絶縁層11~14が積層方向に交互に積層された構造を有している。ここで、絶縁層11は導体層L1,L2間に位置し、絶縁層12は導体層L2,L3間に位置し、絶縁層13は導体層L3,L4間に位置し、絶縁層14は導体層L4,L5間に位置する。絶縁層11~14はいずれも表裏に導体層が存在する層間膜であり、その意味においてソルダーレジスト21,22は絶縁層に該当しない。
導体層L1は最上層に位置し、その一部はソルダーレジスト21で覆われている。ソルダーレジスト21で覆われていない導体層L1の露出部分は、電子部品内蔵基板1の一方の表面1a側に位置する端子電極E1を構成する。導体層L5は最下層に位置し、その一部はソルダーレジスト22で覆われている。ソルダーレジスト22で覆われていない導体層L5の露出部分は、電子部品内蔵基板1の他方の表面1b側に位置する端子電極E2を構成する。電子部品内蔵基板1の表面1aには、図示しない半導体ICや受動部品などの電子部品を搭載しても構わないし、図示しない別の回路基板に対する実装面として用いても構わない。電子部品内蔵基板1の表面1bは、図示しない別の回路基板に対する実装面として用いても構わないし、図示しない半導体ICや受動部品などの電子部品を搭載しても構わない。
図1に示すように、積層方向に隣接する2つの導体層は、ビア導体によって相互に接続される。例えば、導体層L1に位置する導体パターン31と導体層L2に位置する導体パターン32は、絶縁層11を貫通して設けられたビア導体41を介して接続される。導体層L2に位置する導体パターン32と導体層L3に位置する導体パターン33は、絶縁層12を貫通して設けられたビア導体42を介して接続される。導体層L3に位置する導体パターン33と導体層L4に位置する導体パターン34は、絶縁層13を貫通して設けられたビア導体43を介して接続される。導体層L4に位置する導体パターン34と導体層L5に位置する導体パターン35は、絶縁層14を貫通して設けられたビア導体44を介して接続される。
絶縁層12は2層の絶縁層12a,12bからなり、両者に挟まれるよう電子部品51が埋め込まれている。同様に、絶縁層13は2層の絶縁層13a,13bからなり、両者に挟まれるよう電子部品52が埋め込まれている。電子部品51に設けられた端子電極は、ビア導体45を介して導体層L2に位置する導体パターン32に接続される。電子部品52に設けられた端子電極は、ビア導体46を介して導体層L3に位置する導体パターン33に接続される。絶縁層12a,13aは、電子部品内蔵基板1の製造プロセスにおいて、電子部品51,52をフェイスアップ方式で載置する際の接着層として機能する。一方、絶縁層12b,13bは、電子部品内蔵基板1の製造プロセスにおいて、電子部品51,52を埋め込む埋込層として機能する。本実施形態においては電子部品51,52が積層方向に重なりを有しており、これにより電子部品内蔵基板1の平面サイズが小型化されている。
電子部品51,52の種類については特に限定されず、半導体ICであっても構わないし、キャパシタ、インダクタ、フィルタなどの受動部品であっても構わない。電子部品51,52が半導体ICである場合、チップの厚みは200μm以下、例えば50~100μm程度に薄型化されていても構わない。電子部品51,52は、主にシリコンなどの無機材料からなるため、樹脂材料を主成分とする絶縁層11~14よりも熱膨張係数が小さい。
本実施形態においては、絶縁層12に埋め込まれた電子部品51の体積よりも、絶縁層13に埋め込まれた電子部品52の体積の方が小さい。その結果、電子部品内蔵基板1の表面1a側における熱膨張係数と表面1bにおける熱膨張係数に差が生じ、これに起因して電子部品内蔵基板1に反りが生じるおそれがある。これを抑制すべく、本実施形態による電子部品内蔵基板1においては、絶縁層13にガラスクロスを含む芯材60を埋め込んでいる。芯材60は絶縁層13を構成する絶縁材料よりも熱膨張係数が小さいため、電子部品52及び芯材60を含む絶縁層13全体の熱膨張係数を低下させる熱膨張係数調整部材として機能する。これに対し、絶縁層12には熱膨張係数の低い芯材が埋め込まれていない。これにより、電子部品51を含む絶縁層12全体の熱膨張係数と、電子部品52及び芯材60を含む絶縁層13全体の熱膨張係数の差が緩和されることから、電子部品内蔵基板1に生じる反りを抑制することができる。また、電子部品52と重なる位置及びその周囲には芯材60が存在しないことから、電子部品52と芯材60が干渉することもない。さらに、芯材60の厚さを電子部品52の厚さよりも薄くすれば、芯材60によって全体の厚さが増加することもない。
このように、本実施形態による電子部品内蔵基板1は、電子部品51,52の体積に差が存在するものの、絶縁層13に熱膨張係数の小さい芯材60が埋め込まれていることから、熱膨張係数の差に起因する電子部品内蔵基板1の反りを抑制することが可能となる。しかも、絶縁層13のほぼ全面に芯材60が設けられていることから、電子部品内蔵基板1の機械的強度も高められる。また、ビア導体43は、芯材60を貫通して設けられているため、ガラスクロスによってビアの内壁が粗面化される。その結果、ビア導体43と絶縁層13の密着性が向上することから、ビア導体43の接続信頼性も高められる。
また、芯材60のみでは熱膨張係数の差に起因する電子部品内蔵基板1の反りを解消できない場合には、絶縁層12を構成する絶縁材料として、絶縁層13を構成する絶縁材料よりも熱膨張係数の大きい材料を用いればよい。一例として、絶縁層12,13に熱膨張係数の小さい無機フィラーが添加されている場合、絶縁層13における無機フィラーの含有率よりも絶縁層12における無機フィラーの含有率を少なくすれば良い。同様に、絶縁層11を構成する絶縁材料として、絶縁層14を構成する絶縁材料よりも熱膨張係数の大きい材料を用いても構わない。この場合であっても、表面1a側における熱膨張係数が増加することから、表面1a側における熱膨張係数と表面1b側における熱膨張係数のバランスを確保することが可能となる。
<第2の実施形態>
図2は、本発明の第2の実施形態による電子部品内蔵基板2の構造を説明するための模式的な断面図である。
図2は、本発明の第2の実施形態による電子部品内蔵基板2の構造を説明するための模式的な断面図である。
図2に示すように、第2の実施形態による電子部品内蔵基板2は、絶縁層13に埋め込まれた電子部品52の体積よりも、絶縁層12に埋め込まれた電子部品51の体積の方が小さく、絶縁層12にガラスクロスを含む芯材60が埋め込まれている点において、第1の実施形態による電子部品内蔵基板1と相違する。その他の基本的な構成については、第1の実施形態による電子部品内蔵基板1と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
第2の実施形態による電子部品内蔵基板2が例示するように、電子部品52の体積よりも電子部品51の体積の方が小さい場合には、絶縁層13に芯材60を埋め込むことなく、絶縁層12に芯材60を埋め込めば、熱膨張係数の差に起因する電子部品内蔵基板2の反りを抑制することが可能となる。
<第3の実施形態>
図3は、本発明の第3の実施形態による電子部品内蔵基板3の構造を説明するための模式的な断面図である。
図3は、本発明の第3の実施形態による電子部品内蔵基板3の構造を説明するための模式的な断面図である。
図3に示すように、第3の実施形態による電子部品内蔵基板3は、絶縁層12に複数の電子部品51が埋め込まれている点において、第1の実施形態による電子部品内蔵基板1と相違する。その他の基本的な構成については、第1の実施形態による電子部品内蔵基板1と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
本実施形態において、個々の電子部品51の体積と電子部品52の体積については大きな差はない。しかしながら、絶縁層13には1個の電子部品52が埋め込まれているのに対し、絶縁層12には2個の電子部品51が埋め込まれていることから、電子部品52の合計体積は電子部品51の合計体積よりも小さくなっている。このような場合であっても、絶縁層12に芯材60を埋め込むことなく、絶縁層13に芯材60を埋め込めば、熱膨張係数の差に起因する電子部品内蔵基板3の反りを抑制することが可能となる。本実施形態が例示するように、絶縁層12や絶縁層13に複数の電子部品が埋め込まれている場合、埋め込まれた電子部品の合計体積が小さい方の絶縁層に熱膨張係数調整部材である芯材60を設ければよい。
<第4の実施形態>
図4は、本発明の第4の実施形態による電子部品内蔵基板4の構造を説明するための模式的な断面図である。
図4は、本発明の第4の実施形態による電子部品内蔵基板4の構造を説明するための模式的な断面図である。
図4に示すように、第4の実施形態による電子部品内蔵基板4は、絶縁層13にダミーの電子部品53が埋め込まれている点において、第3の実施形態による電子部品内蔵基板3と相違する。その他の基本的な構成については、第3の実施形態による電子部品内蔵基板3と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
電子部品53は、回路として機能しないダミーの電子部品であり、もっぱら絶縁層13の熱膨張係数を低下させる役割を果たす。したがって、電子部品53は、どの導体パターンにも電気的に接続されていなくても構わないし、電子部品53への放熱を目的として導体パターンを接続していても構わない。図4に示す例では、絶縁層12に2個の電子部品51が埋め込まれ、絶縁層13に1個の電子部品52と1個のダミーの電子部品53が埋め込まれていることから、電子部品51~53の個々の体積がほぼ同じであれば、熱膨張係数の差に起因する電子部品内蔵基板4の反りを抑制することが可能となる。本実施形態が例示するように、熱膨張係数調整部材がガラスクロスなどからなる芯材60であることは必須でない。また、ダミーの電子部品53として廃棄されるべき不良品を用いれば、製造コストを削減することも可能となる。
<第5の実施形態>
図5は、本発明の第5の実施形態による電子部品内蔵基板5の構造を説明するための模式的な断面図である。
図5は、本発明の第5の実施形態による電子部品内蔵基板5の構造を説明するための模式的な断面図である。
図5に示すように、第5の実施形態による電子部品内蔵基板5は、ビア導体43が設けられた位置を避けて芯材60が配置されている点において、第1の実施形態による電子部品内蔵基板1と相違する。その他の基本的な構成については、第1の実施形態による電子部品内蔵基板1と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
本実施形態が例示するように、ビア導体43が設けられた位置を避けて芯材60を配置すれば、ビア導体43を埋め込むためのビアをレーザー加工などによって形成する場合、加工が容易となる。
<第6の実施形態>
図6は、本発明の第6の実施形態による電子部品内蔵基板6の構造を説明するための模式的な断面図である。
図6は、本発明の第6の実施形態による電子部品内蔵基板6の構造を説明するための模式的な断面図である。
図6に示すように、第6の実施形態による電子部品内蔵基板6は、電子部品52の周囲にだけ芯材60が配置されている点において、第1の実施形態による電子部品内蔵基板1と相違する。その他の基本的な構成については、第1の実施形態による電子部品内蔵基板1と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
本実施形態が例示するように、芯材60をほぼ全面に配置する必要はなく、全体の反りが抑制される限り、電子部品52の周囲にのみ芯材60を配置しても構わない。この場合、芯材60は電子部品51と重なるように配置することが好ましい。これによれば、絶縁層13において熱膨張係数が低減される平面位置を電子部品51とほぼ一致させることが可能となる。また、芯材60の代わりに、シリコンなどの無機材料からなる熱膨張係数調整部材を用いても構わない。
<第7の実施形態>
図7は、本発明の第7の実施形態による電子部品内蔵基板7の構造を説明するための模式的な断面図である。
図7は、本発明の第7の実施形態による電子部品内蔵基板7の構造を説明するための模式的な断面図である。
図7に示すように、第7の実施形態による電子部品内蔵基板7は、絶縁層13に複数のダミーチップ61が配置されている点において、第1の実施形態による電子部品内蔵基板1と相違する。その他の基本的な構成については、第1の実施形態による電子部品内蔵基板1と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
ダミーチップ61は、シリコンなどの無機材料からなる熱膨張係数調整部材であり、絶縁層13の熱膨張係数が目的とする値となるよう、その個数が定められる。本実施形態が例示するように、絶縁層13に複数のダミーチップ61を埋め込むことによって絶縁層13の熱膨張係数を低減させることも可能である。これによれば、ダミーチップ61の個数によって、絶縁層13の熱膨張係数を細かく調整することが可能となる。
<第8の実施形態>
図8は、本発明の第8の実施形態による電子部品内蔵基板8の構造を説明するための模式的な断面図である。
図8は、本発明の第8の実施形態による電子部品内蔵基板8の構造を説明するための模式的な断面図である。
図8に示すように、第8の実施形態による電子部品内蔵基板8は、絶縁層12にもガラスクロスを含む芯材62が埋め込まれている点において、第1の実施形態による電子部品内蔵基板1と相違する。その他の基本的な構成については、第1の実施形態による電子部品内蔵基板1と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
絶縁層12に埋め込まれた芯材62の面積は、絶縁層13に埋め込まれた芯材60の面積よりも小さい。このため、芯材62によって絶縁層12の熱膨張係数を低下させる度合いは、芯材60によって絶縁層13の熱膨張係数を低下させる度合いよりも小さい。本実施形態が例示するように、絶縁層12,13の両方に芯材を埋め込んでも構わない。図8に示す例では、絶縁層12に芯材62を局所的に埋め込んでいるが、芯材60よりも厚みの薄い芯材62をほぼ全面に埋め込んでも構わない。
<第9の実施形態>
図9は、本発明の第9の実施形態による電子部品内蔵基板9の構造を説明するための模式的な断面図である。
図9は、本発明の第9の実施形態による電子部品内蔵基板9の構造を説明するための模式的な断面図である。
図9に示すように、第9の実施形態による電子部品内蔵基板9は、芯材60に局所的に厚みの薄い凹部60aが設けられており、凹部60aに電子部品52が載置されている点において、第1の実施形態による電子部品内蔵基板1と相違する。その他の基本的な構成については、第1の実施形態による電子部品内蔵基板1と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
本実施形態が例示するように、芯材60と電子部品52は重なりを有していても構わない。この場合、電子部品52と重なる部分に凹部60aを設ければ、全体の厚みの増大を抑制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。
例えば、上記各実施形態においては、電子部品51,52の熱膨張係数が絶縁層12,13を構成する絶縁材料の熱膨張係数よりも小さいケースを説明したが、電子部品51,52の熱膨張係数が絶縁層12,13を構成する絶縁材料の熱膨張係数よりも大きくても構わない。この場合には、熱膨張係数調整部材として、絶縁層12を構成する絶縁材料よりも熱膨張係数の大きな材料を用いればよい。
1~9 電子部品内蔵基板
1a 一方の表面
1b 他方の表面
11~14,12a,12b,13a,13b 絶縁層
21,22 ソルダーレジスト
31~35 導体パターン
41~46 ビア導体
51~53 電子部品
60,62 芯材
60a 凹部
61 ダミーチップ
E1,E2 端子電極
L1~L5 導体層
1a 一方の表面
1b 他方の表面
11~14,12a,12b,13a,13b 絶縁層
21,22 ソルダーレジスト
31~35 導体パターン
41~46 ビア導体
51~53 電子部品
60,62 芯材
60a 凹部
61 ダミーチップ
E1,E2 端子電極
L1~L5 導体層
Claims (9)
- 複数の導体層と複数の絶縁層が交互に積層された構造を有する電子部品内蔵基板であって、
前記複数の絶縁層は、1又は2以上の第1の電子部品が埋め込まれた第1の絶縁層と、1又は2以上の第2の電子部品が埋め込まれた第2の絶縁層とを含み、
前記第1の電子部品の合計体積は、前記第2の電子部品の合計体積よりも小さく、
前記第1の絶縁層には、前記第1の絶縁層を構成する絶縁材料とは熱膨張係数の異なる熱膨張係数調整部材がさらに埋め込まれていることを特徴とする電子部品内蔵基板。 - 前記第1の電子部品は、前記第1の絶縁層を構成する絶縁材料よりも熱膨張係数が小さく、
前記第2の電子部品は、前記第2の絶縁層を構成する絶縁材料よりも熱膨張係数が小さく、
前記熱膨張係数調整部材は、前記第1の絶縁層を構成する絶縁材料よりも熱膨張係数が小さ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。 - 前記第1の電子部品と前記第2の電子部品が積層方向に重なりを有していることを特徴とする請求項1又は2に記載の電子部品内蔵基板。
- 前記熱膨張係数調整部材は、ガラスクロスを含む芯材である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。
- 前記第1の絶縁層及び前記芯材を貫通するビア導体をさらに備え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。
- 前記第1の絶縁層を貫通するビア導体をさらに備え、
前記芯材は、前記ビア導体が設けられた位置を避けて配置されてい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。 - 前記熱膨張係数調整部材の厚さは、前記第1の電子部品の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の電子部品内蔵基板。
- 前記第1の絶縁層の熱膨張係数と前記第2の絶縁層の熱膨張係数が互いに異な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。
- 前記複数の絶縁層は、前記第1の絶縁層を前記第2の絶縁層とは反対側から覆う第3の絶縁層と、前記第2の絶縁層を前記第1の絶縁層とは反対側から覆う第4の絶縁層とをさらに含み、
前記第3の絶縁層の熱膨張係数と前記第4の絶縁層の熱膨張係数が互いに異なることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載の電子部品内蔵基板。
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