JP4424449B2 - 部品内蔵モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の回路部品を内蔵した部品内蔵モジュール及びその製造方法に関するものである。

従来、携帯電話、自動車電話などの無線機器やその他の各種通信機器に、回路部品を絶縁樹脂層に埋設する部品内蔵基板を用いた部品内蔵モジュールが用いられている。この種の部品内蔵モジュールとして、特許文献１には、セラミック多層基板よりなるモジュール基板上に複数の回路部品を搭載し、モジュール基板の上面全面に回路部品を包み込むように絶縁樹脂層を形成したモジュールが提案されている。

モジュール基板上に搭載される回路部品には、半導体集積回路のような集積回路素子のほか、フィルタ、コンデンサのような周辺受動部品も含まれる。フィルタ等の受動部品は、端子数が少ないため、それを搭載する基板のランドや配線の寸法精度はさほど高い精度を必要としない。一方、集積回路素子の入出力端子数は非常に多く、これら端子が狭ピッチで配置されているため、外部の回路と接続するために、集積回路素子を搭載する基板には多数のランドや配線を高精度で形成しておく必要がある。

１枚のモジュール基板に集積回路素子と受動部品とを並列的に搭載した部品内蔵モジュールの場合、モジュール基板に形成されるランドや配線の寸法精度は集積回路素子に対応した高い精度が求められる。そのため、ランドや配線を高い精度で形成したモジュール基板を準備する必要があり、コスト上昇の原因になるという問題があった。

また、ＢＧＡ（Ball Grid Array)やＷＬＰ（Wafer Level Package)など多ピン、狭ピッチの集積回路素子をモジュール基板に搭載する場合、フリップチップ実装することが多い。この場合、実装状態（接続状態）が正常であるかどうかを確認しにくく、モジュール完成後に検査によって接続不良が発見される可能性が高く、歩留り低下の原因になるという問題がある。
特開２００３−１８８５３８号公報

そこで、本発明の好ましい実施形態の目的は、コスト低減が可能で、歩留り向上を達成でき、かつ信頼性の高い部品内蔵モジュール及びその製造方法を提供することにある。

本発明の好ましい実施形態にかかる部品内蔵モジュールは、上面及び下面に配線パターンを有し、上記下面の配線パターンと上面の配線パターンとを接続する第１のビア導体又はスルーホール導体が形成されたモジュール基板と、上記モジュール基板の上面の配線パターン上に実装された第１の回路部品と、上記モジュール基板より小面積に形成され、下面に端子電極を有し、上記モジュール基板上面の上記配線パターンが形成されていない領域に配置されたサブモジュールと、上記サブモジュール上に搭載され及び／又は上記サブモジュールに内蔵された第２の回路部品と、上記モジュール基板の上面全面に、上記第１の回路部品及び上記サブモジュールの少なくとも一部を覆うように形成された絶縁樹脂層と、上記モジュール基板の下面の配線パターンから上記モジュール基板上面の上記配線パターンが形成されていない領域に至るように形成され、上端部が上記サブモジュールの端子電極と直接接続された第２のビア導体又はスルーホール導体と、を備えたことを特徴とするものである。

本発明の好ましい第１の実施形態にかかる部品内蔵モジュールの製造方法は、支持板上に配線パターンを形成する第１の工程と、上記配線パターン上に第１の回路部品を実装する第２の工程と、上記支持板上の上記配線パターンが形成されていない領域に、下面に端子電極を有し、第２の回路部品を内蔵及び／又は搭載したサブモジュールを配置する第３の工程と、上記第１の回路部品と上記サブモジュールとの少なくとも一部を覆うように、上記支持板上に絶縁樹脂層を形成する第４の工程と、上記支持板を上記配線パターン、上記サブモジュール及び上記絶縁樹脂層から剥離する第５の工程と、上記配線パターン、上記サブモジュール及び上記絶縁樹脂層の下面側にモジュール基板を積層する第６の工程と、上記モジュール基板の下面から上記サブモジュールの下面の端子電極に接するようにビア導体又はスルーホール導体を形成する第７の工程と、を備えるものである。

本発明の好ましい第２の実施形態にかかる部品内蔵モジュールの製造方法は、上面に配線パターンを形成した硬化状態のモジュール基板を準備する第１の工程と、上記配線パターン上に第１の回路部品を実装する第２の工程と、上記モジュール基板上の上記配線パターンが形成されていない領域に、下面に端子電極を有し、第２の回路部品を内蔵及び／又は搭載したサブモジュールを配置する第３の工程と、上記第１の回路部品と上記サブモジュールとの少なくとも一部を覆うように、上記モジュール基板上に絶縁樹脂層を形成する第４の工程と、上記モジュール基板の下面から上記サブモジュールの下面の端子電極に接するようにビア導体又はスルーホール導体を形成する第５の工程と、を備えるものである。

ここで、本発明の実施形態にかかる部品内蔵モジュールについて説明する。モジュール基板の上面の配線パターン上に第１の回路部品を実装し、モジュール基板上面の配線パターンが形成されていない領域にサブモジュールを配置する。配線パターンとは、回路部品を実装するためのランドと、ランド同士を相互に接続し、あるいはランドと他の電極とを接続するための配線とを含むものである。サブモジュールを配置した時点で、モジュール基板とサブモジュールとが電気的に接続されている必要はない。サブモジュールはモジュール基板より小面積であり、下面に端子電極を有している。サブモジュールには、第２の回路部品が搭載されるか又は内蔵されている。もしくは、複数の第２の回路部品がサブモジュール上に搭載され、かつサブモジュールの中に内蔵されていても良い。モジュール基板の上面全面に、第１の回路部品及びサブモジュールの少なくとも一部を覆うように絶縁樹脂層を形成することで、部品内蔵モジュールが構成される。モジュール基板には、下面の配線パターンから上面に至るビア導体又はスルーホール導体が形成されており、このビア導体又はスルーホール導体の上端部がサブモジュールの端子電極に接している。つまり、モジュール基板の配線パターンとサブモジュールの端子電極とがビア導体又はスルーホール導体を介して直接接続されている。

例えば、第１の回路部品がフィルタやコンデンサのような端子数の少ない個別部品で、第２の回路部品が端子数の多い集積回路素子の場合、第２の回路部品を搭載及び／又は内蔵するサブモジュールとして配線精度の高い基板（例えば多層基板など）を用い、第１の回路部品を搭載するモジュール基板としては比較的配線精度の低い基板、つまり単価の低い基板を用いることができる。この場合、サブモジュールの単位面積当たりの単価はモジュール基板に比べて高いが、サブモジュールはモジュール基板より小形であるため、モジュール基板全体を配線精度の高い基板で形成する場合に比べてコストを低減できる。

サブモジュールの下面には端子電極が設けられるが、サブモジュールの内部で適切な配線接続を行うことで、端子電極の数をサブモジュールに搭載され又は内蔵される集積回路素子の端子数に比べて減らしたり、端子電極の間隔を集積回路素子の端子の間隔より広げることが可能である。そのため、比較的配線精度の低いモジュール基板の上に、配線精度の高いサブモジュールを配置できる。

サブモジュールに搭載される第２の回路部品がフリップチップ実装される集積回路素子である場合、多端子であるため、その搭載状態（接続状態）を確認しにくく、モジュール完成後に検査によって不良品が発見されることがあり、歩留り低下の原因になる。これに対し、本発明では、第２の回路部品をサブモジュールに搭載しているため、サブモジュールの段階で第２の回路部品の接続状態を検査できる。接続不良を発見した場合には、修復も可能であり、歩留り低下を抑制できる。

第１の回路部品が第２の回路部品より背丈の高い回路部品を含む場合に、本発明は効果的である。近年、携帯機器等に用いられる半導体集積回路のパッケージは、従来のモールドパッケージではなく、シリコンウエハーに直接バンピングしたフリップチップ構造や再配線後に半田バンプを取り付けたウエハレベルパッケージ等、小型・薄型化が進んでいる。このような集積回路素子に比べて、フィルタやコンデンサ等の周辺受動部品の方が背が高くなる場合が多い。そこで、背の低い第２の回路部品をサブモジュールに搭載及び／又は内蔵し、背の高い第１の回路部品をモジュール基板上に搭載することで、第１の回路部品の高さとサブモジュールの高さとを平均化でき、さらなるモジュールの薄型化を実現することができる。また、モジュール基板下面の配線パターンとサブモジュールの端子電極とがビア導体又はスルーホール導体を介して直接接続されているので、モジュール基板上面にサブモジュール実装用パッドを形成する必要がない。その上、サブモジュール実装用の接合材も不要なので、モジュール全体の高さを低くすることができる。また、サブモジュールの実装にはんだが用いられないので、リフロー工程ではんだフラッシュが発生する懸念もない。

絶縁樹脂層の形成方法としては、例えばＢステージ（半硬化）状態の絶縁樹脂層をモジュール基板上に圧着し、硬化させてもよいし、モジュール基板上に液状の絶縁樹脂をモールドし、硬化させてもよい。そのほか、絶縁樹脂層の形成方法は任意である。絶縁樹脂層を形成することで、モジュール基板とサブモジュールとの固定、及びモジュール基板と第１の回路部品との固定が確実になる。

サブモジュールの下面を接着シートを介してモジュール基板の上面に接着し、ビア導体又はスルーホール導体が接着シートを貫通してもよい。絶縁樹脂層を形成する際、サブモジュールが位置ずれするのを防止するため、サブモジュールをモジュール基板上に固定しておくのが望ましいが、接着シートを用いれば、サブモジュールを均一にモジュール基板上に面接着できる。接着シートとしては、例えば熱硬化性樹脂シートを用いるのがよい。

上記接着シートを上記絶縁樹脂層と同一材料によって形成した場合には、サブモジュールの周囲を包囲する材料をすべて同材質にすることができ、熱膨張係数が同じとなり、構造及び特性が安定する。

さらに、上記サブモジュールの外周を上記モジュール基板の上面に形成されたレジストパターンによって位置決めするのがよい。すなわち、レジストパターンはサブモジュールの外形に合わせて形成されており、サブモジュールの位置がレジストパターンによって固定されているのがよい。接着シートによってサブモジュールをモジュール基板上に接着する際、接着シートに高温が加わると軟化し、サブモジュールが位置ずれする可能性がある。これに対し、レジストパターンは高温による変形が少ないので、サブモジュールの外周を安定に保持でき、位置ずれを防止できる。レジストパターンは応力が加わるとずれる可能性があるが、接着シートとレジストパターンを併用することで、高精度にかつ安定してサブモジュールを固定できる。

サブモジュールをモジュール基板に固定する手段として、接着シートを用いる方法に限らず、Ｓｎプリコート実装を用いることもできる。すなわち、配線パターンが形成されていないモジュール基板の上面にＳｎプリコートされた固定用ランドを形成し、サブモジュールの下面に端子電極から独立したダミー電極を形成し、このダミー電極を固定ランドに対してプリコート実装する方法である。固定用ランドはモジュール基板に設けられるビア導体又はスルーホール導体とは導通せず、ダミー電極も端子電極とは導通しない独立した電極である。この方法は、第１の回路部品をモジュール基板の配線パターンにＳｎプリコート実装する際に、サブモジュールも同時にプリコート実装できるので、作業を効率化できる。

上記絶縁樹脂層の上面にシールド層を設け、上記サブモジュールの上面又は上記モジュール基板の上面にグランド電極を設け、上記シールド層と上記グランド電極とを接続するビア導体を上記絶縁樹脂層に形成してもよい。この場合には、シールド層がモジュール基板の上面全体を覆うので、外部からの電磁ノイズを遮蔽できるとともに、内部から発生する電磁ノイズが外部に漏れるのを防止でき、シールド性に優れた部品内蔵モジュールを実現できる。

本発明にかかる部品内蔵モジュールの製造方法の１つとして、支持板上に配線パターンを形成し、この配線パターン上に第１の回路部品を実装するとともに、支持板上の配線パターンが形成されていない領域にサブモジュールを配置し、第１の回路部品とサブモジュールとの少なくとも一部を覆うように、支持板上に絶縁樹脂層を形成する方法がある。そして、絶縁樹脂層を硬化させた後、支持板を配線パターン、サブモジュール及び絶縁樹脂層から剥離し、支持板を剥離した下面側にモジュール基板を積層し、モジュール基板にサブモジュールの端子電極に接するようにビア導体又はスルーホール導体を形成する方法を用いてもよい。この場合には、サブモジュールの周囲に絶縁樹脂層を形成した後で、モジュール基板を積層し、その後でビア導体又はスルーホール導体を形成するので、ビア導体又はスルーホール導体をサブモジュールの下面の端子電極に確実に接続することができ、絶縁樹脂層の硬化収縮によるランドや接合材の剥離といった不具合がない。

支持板を剥離した後の配線パターン、サブモジュール及び絶縁樹脂層にモジュール基板を積層する際、モジュール基板が半硬化の状態で接着するのがよい。この場合には、接着剤等を用いることなく、モジュール基板の粘着性を利用して容易に積層することができる。

支持板上にサブモジュールを配置する場合に、単に載置しただけではサブモジュールの位置が安定しない。そこで、支持板上に接着シートを介してサブモジュールを接着することによって、絶縁樹脂層を形成する前の段階でのサブモジュールの位置ずれを防止できる。なお、接着シートにサブモジュールを圧着したとき、サブモジュールの側面側にも接着シートを回り込ませるようにすれば、より強固に固定することができる。接着シートによりサブモジュールの下面全面を支持板に接着することで、隙間を無くすことができる。

本発明にかかる部品内蔵モジュールの製造方法の他の方法として、上面に配線パターンを形成した硬化状態のモジュール基板を準備し、配線パターン上に第１の回路部品を実装し、モジュール基板上の配線パターンが形成されていない領域に、サブモジュールを配置し、第１の回路部品とサブモジュールとの少なくと一部を覆うように、モジュール基板上に絶縁樹脂層を形成する方法もある。そして、絶縁樹脂層を形成した後、モジュール基板の下面からサブモジュールの下面の端子電極に至るビア導体又はスルーホール導体を形成してもよい。この場合には、硬化状態のモジュール基板を使用するので、工程数を少なくできる。

上記製造方法において、薄型化のためにはできるだけ薄肉なモジュール基板を使用するのが望ましいが、モジュール基板に変形が発生しやすく、精度を確保しにくい。そこで、第１の回路部品の実装、サブモジュールの配置、絶縁樹脂層の形成の各工程をモジュール基板を補強板に固定した状態で実施することで、変形を抑制できる。

以上のように、本発明に係る部品内蔵モジュールによれば、モジュール基板の上に第１の回路部品とサブモジュールとを搭載し、サブモジュールに第２の回路部品を搭載及び／又は内蔵するようにしたので、第１の回路部品と第２の回路部品とをそれぞれの配線精度に応じた最適な基板に配置することができる。特に、第２の回路部品として集積回路素子を用いた場合、サブモジュールとして配線精度の高い基板を使用することで、信頼性の高いモジュールを実現でき、かつモジュール基板全体を配線精度の高い基板とした場合に比べて、コスト低減を図ることができる。さらに、第２の回路部品をサブモジュールに実装した段階で検査を実施できるので、モジュール完成後に検査を実施する場合に比べて歩留りを改善できる。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、実施例を参照して説明する。

図１〜図３は本発明にかかる部品内蔵モジュールの第１実施例を示す。図１は部品内蔵モジュールの全体断面図、図２は絶縁樹脂層を除外した平面図、図３はサブモジュールの拡大断面図である。

部品内蔵モジュールＡは、樹脂基板などの絶縁性基板よりなるモジュール基板１を備えている。ここでは、モジュール基板１として単層構造の基板を示したが、多層基板を用いてもよい。図１に示すように、モジュール基板１の上面の一部には複数の配線電極２が形成されており、ビア導体３を介して下面の配線電極５と接続されている。配線電極５の一部は部品内蔵モジュールＡの端子電極となっている。ビア導体３は、後述するサブモジュール１０が取り付けられる領域、つまり配線電極２が形成されない領域にも形成されている。モジュール基板１の上面の配線電極２に対して、フィルタやコンデンサのような端子数の少ない第１の回路部品７が実装されている。第１の回路部品７には、後述する第２の回路部品１５より背丈の高い部品７ａと、背丈の低い部品７ｂとが含まれている。

配線電極２が形成されていないモジュール基板１の領域上に、図３に示すサブモジュール１０が接着固定されている。サブモジュール１０は、モジュール基板１より小面積の樹脂基板などよりなるサブモジュール基板１１と、その上面に搭載された第２の回路部品１５と、第２の回路部品１５を包み込むようにサブモジュール基板１１上に形成された樹脂層１６とで構成されている。つまり、この実施例のサブモジュール１０は部品内蔵基板で構成されている。樹脂層１６は、例えば熱硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂と無機フィラーとの混合物よりなる樹脂組成物で構成されている。サブモジュール基板１１の上面には複数の配線電極１２がパターン形成されており、下面には複数の端子電極１４が独立して形成されている。配線電極１２はビア導体１３を介して端子電極１４と接続されている。第２の回路部品１５は、集積回路素子１５ａや個別受動部品１５ｂなどで構成されており、集積回路素子１５ａは配線電極１２に対してフリップチップ実装され、受動部品１５ｂは別の配線電極１２にプリコートやはんだ、導電性接着剤などにより実装されている。ここでは、第２の回路部品１５として集積回路素子１５ａ以外に個別受動部品１５ｂを実装したが、集積回路素子１５ａのみを実装してもよい。サブモジュール基板１１の内部で適切な配線接続を行うことで、下面の端子電極１４を上面の配線電極１２のランド部の個数より少なくし、あるいは電極間隔を広げることができる。樹脂層１６の上面には銅箔などよりなるシールド電極１７が形成され、このシールド電極１７とグランド用の配線電極１２、さらにはグランド用の端子電極１４とがビア導体１８，１３によって接続されている。

モジュール基板１の上面全面には絶縁樹脂層２０が形成され、第１の回路部品７及びサブモジュール１０が絶縁樹脂層２０の中に埋設されている。絶縁樹脂層２０は、例えば熱硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂と無機フィラーとの混合物よりなる樹脂組成物であり、モジュール基板１とサブモジュール１０、モジュール基板１と第１の回路部品７のそれぞれの固定強度を高める機能を有する。絶縁樹脂層２０の上面には銅箔などよりなるシールド層２１が形成され、このシールド層２１はモジュール基板１上のグランド用の配線電極２及びサブモジュール１０の上面のシールド電極１７とビア導体２２を介して接続されている。

上記のように、サブモジュール１０の下面はモジュール基板１の配線電極２が形成されていない領域に接着固定されており、サブモジュール１０の下面に形成された端子電極１４に、モジュール基板１に形成されたビア導体３が直接接続されている。つまり、サブモジュール１０と対向するモジュール基板１の上面には実装用の配線電極が形成されておらず、かつサブモジュール１０を実装するための接合材も設けられていない。そのため、サブモジュール１０をモジュール基板１上に密着状態で固定でき、部品内蔵モジュールＡを薄型に構成できる。

サブモジュール１０のサブモジュール基板１１および樹脂層１６を構成する材料、モジュール基板１および絶縁樹脂層２０を構成する材料として、同質材料又は熱膨張係数が近い材料を使用してもよい。また、サブモジュール基板１１および樹脂層１６を構成する材料として、熱膨張係数が集積回路素子１５ａと近い材料を使用し、モジュール基板１として、熱膨張係数がサブモジュール１０と部品内蔵モジュールＡを搭載すべきマザーボードの熱膨張係数との中間となる材料を使用してもよい。この場合には、集積回路素子１５ａとマザーボードの熱膨張係数の違いを、モジュール基板１とサブモジュール１０を用いて緩和することができ、温度変化に伴う電極（端子）の剥離といった不具合を解消できる。なお、絶縁樹脂層２０もモジュール基板１と同様に中間的な熱膨張係数を有する材料を使用してもよい。

第１の回路部品７には第２の回路部品１５に比べて背丈の高い部品７ａが含まれているので、第１の回路部品７の高さとサブモジュール１０の高さとが平均化され、全体として薄型化できる。図１では、第１の回路部品７の方がサブモジュール１０の厚みよりやや厚い例を示したが、サブモジュール１０の方が第１の回路部品７の厚みより厚くてもよいし、第１の回路部品７とサブモジュール１０の厚みが同等でもよい。また、絶縁樹脂層２０の上面のシールド層２１およびビア導体２２を省略してもよい。

上記のように、サブモジュール１０に多端子、狭ピッチの集積回路素子１５ａを内蔵し、モジュール基板１に個別受動部品７を搭載した場合、サブモジュール１０はモジュール基板１に比べて高い配線精度が必要になる。すなわち、サブモジュール１０としてモジュール基板１に比べて厳しい設計ルールに基づいて製造された基板が必要である。そのため、サブモジュール１０の単位面積当たりの単価はモジュール基板１に比べて高くなるが、モジュール基板１より小形であるため、モジュール基板１全体を配線精度の高い基板で構成する場合に比べてコストを低減できる。

集積回路素子１５ａはサブモジュール基板１１上にフリップチップ実装されるが、外観から実装状態（接続状態）を確認することが困難であるため、電気的に検査を行う必要がある。部品内蔵モジュールＡを完成した後で検査を行うことも可能であるが、もし不良が発見された場合には、モジュールＡ全体を廃棄しなければならない。これに対し、この実施例では、集積回路素子１５ａをサブモジュール基板１１に実装しているので、サブモジュール１０の段階（樹脂層１６の形成前）で集積回路素子１５ａの接続状態を検査することができる。具体的には、サブモジュール１０の端子電極１４を利用して電気特性を測定すればよい。この段階で不良が発見されれば、集積回路素子１５ａをサブモジュール基板１１から取り外し、再度実装しなおすことも可能であり、歩留りを向上させることができる。

ここで、上記構成よりなる部品内蔵モジュールＡの製造方法の一例を、図４を参照して説明する。ここでは、子基板状態における部品内蔵モジュールＡの製造方法について説明するが、実際には子基板を複数個集合した集合基板状態で製造され、その後で子基板に分割される。

図４の（ａ）のように、サブモジュール１０と第１の回路部品７とを準備するとともに、支持板３０を準備する。支持板３０の上面の一部には、図５に示すように、例えば金属箔をパターニングすることにより配線電極２が形成され、配線電極２が形成されていない領域Ｓを取り囲むように、複数のレジストパターン３１が形成されている。サブモジュール１０がこの領域Ｓに取り付けられる。サブモジュール１０の下面、つまり端子電極１４が形成された面には、接着シート３２が接着されている。接着シート３２は、例えば厚みが５０μｍ程度の薄肉な熱硬化性樹脂シートである。なお、接着シート３２として、サブモジュール１０の樹脂層１６やモジュール基板１の絶縁樹脂層２０と同材質のものを使用するのが望ましい。これによって、サブモジュールを包囲する材料を全て同材質にすることができ、熱膨張係数等に偏りがなく、構造及び特性が安定するためである。接着シート３２は予め成形したシートである必要はなく、例えば支持板３０の上面またはサブモジュール１０の下面に印刷法などによって塗布した未硬化の接着層であってもよい。

図４の（ｂ）は、支持板３０の領域Ｓ上に、サブモジュール１０を接着シート３２を介して接着するとともに、サブモジュール１０に隣接して第１の回路部品７を配線電極２に実装した状態を示す。サブモジュール１０を接着する際、サブモジュール１０の外周をレジストパターン３１で位置決めする。レジストパターン３１はサブモジュール１０の外形に合わせて形成されている。第１の回路部品７の実装方法は、プリコート実装やリフローはんだ付け、バンプを用いたフリップチップ実装でもよいし、さらには導電性接着剤を用いた実装でもよい。

サブモジュール１０を支持板３０に接着する際、支持板３０を加熱した状態でサブモジュール１０を支持板３０に圧着し、接着シート３２を軟化、流動させるのがよい。これによって、接着シート３２の厚みが例えば２０〜３０μｍ程度に薄くなるとともに、サブモジュール１０の側面にも接着シート３２を回り込ませることができる。したがって、サブモジュール１０の固定強度が増す。また、サブモジュール１０の下面には端子電極１４が形成されているので、僅かな凹凸が生じるが、加熱圧着によって接着シート３２は軟化して、凹凸によるサブモジュール１０と支持板３０との隙間を確実に埋めることができる。軟化によってサブモジュール１０が位置ずれする可能性があるが、サブモジュール１０の外周を耐熱性を持つレジストパターン３１で位置決めすることにより、位置ずれを抑止できる。接着後、接着シート３２を硬化させる。

図４の（ｃ）は、支持板３０の上面全面にサブモジュール１０及び第１の回路部品７を包み込むように絶縁樹脂層２０を形成し、その上面にシールド層２１を形成した状態を示す。絶縁樹脂層２０及びシールド層２１の形成方法としては、例えばＢステージ（半硬化）状態の絶縁樹脂層２０を、その上面にシールド層２１となる銅箔を配して支持板３０上に圧着し、硬化させてもよいし、支持板３０上に絶縁樹脂をモールドし、硬化させた後で、絶縁樹脂層２０の上面にシールド層２１を無電解めっき等によって形成してもよい。そのほか、絶縁樹脂層２０及びシールド層２１の形成方法は任意である。なお、ここでは絶縁樹脂層２０がサブモジュール１０及び第１の回路部品７の全体を包み込む例を示したが、サブモジュール１０又は第１の回路部品７の一部が絶縁樹脂層２０から露出していてもよい。

図４の（ｄ）は、絶縁樹脂層２０の硬化後、絶縁樹脂層２０に支持板３０の上面のグランド電極２及びサブモジュール１０の上面のシールド電極１７に至るビア穴を形成し、その中に導電性ペーストなどの導体を充填、硬化させることで、ビア導体２２を形成し、シールド層２１と接続した状態を示す。ビア穴は、絶縁樹脂層２０上面の銅箔のビア穴を形成したい箇所を開口させ、当該開口を通るようにレーザーを照射する等、公知の方法によって形成できる。また、ビア穴に導電性ペーストなどの導体を充填、硬化した後、その露出部を覆うように蓋めっきすることが好ましい。なお、ビア導体２２は内部に導体を充填したものに限らず、ビア穴の内面に電極膜を無電解めっき等によって形成したスルーホール導体でもよい。

図４の（ｅ）は、絶縁樹脂層２０の硬化後、支持板３０を剥離した状態を示す。支持板３０を剥離した下面には、配線電極２、絶縁樹脂層２０及びサブモジュール１０の下面（硬化した接着シート３２）が露出している。

図４の（ｆ）は、支持板３０を剥離した下面に、薄層なモジュール基板１を貼り付けた状態を示す。貼り付け時にモジュール基板１は半硬化状態（Ｂステージ）であり、モジュール基板１を圧着することにより、モジュール基板１と配線電極２、絶縁樹脂層２０及びサブモジュール１０とが密着する。この状態で、モジュール基板１を硬化させる。

図４の（ｇ）は、硬化後のモジュール基板１に、下面側よりビア穴３ａをレーザーを用いて形成した状態を示す。このとき、ビア穴３ａは、配線電極２に到達する深さに形成するとともに、サブモジュール１０の下面に接着された接着シート３２を貫通して端子電極１４に到達する深さに形成する。

図４の（ｈ）は、ビア穴３ａに導体を埋め込むか、ビア穴３ａの内面にめっき処理を行うことにより、ビア導体３又はスルーホール導体を形成した状態を示す。ビア導体３の形成後、モジュール基板１の下面にビア導体３を覆うように配線電極５をパターン形成することで、配線電極５と配線電極２とが接続されるとともに、配線電極５と端子電極１４とが接続される。以上のようにして、部品内蔵モジュールＡが完成する。
−他の製造方法−

図６は部品内蔵モジュールＡの別の製造方法を示す。図４と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。

この方法では、図６の（ａ）で示すように、硬化状態のモジュール基板１を最初から準備しておき、モジュール基板１の上面に配線電極２を形成しておく。一方、配線電極２が形成されていない領域Ｓには、それを取り囲むようにレジストパターン３１を形成しておく。モジュール基板１が薄層基板の場合、強度が低く、反りや撓みが発生しやすい。そこで、モジュール基板１の下面を平坦度が高く、高強度の補強板３５で支持するのがよい。この場合、耐熱テープや温度で粘着力が変化するシートなどを用いてモジュール基板１を補強板３５に貼り付けてもよい。さらに、補強板３５として通気穴を持つ板を使用し、真空引きによりモジュール基板１を支持してもよい。

図６の（ｂ）では、配線電極２に第１の回路部品７を実装するとともに、領域Ｓ上に接着シート３２を介してサブモジュール１０を接着固定する。このとき、サブモジュール１０の外周をレジストパターン３１で位置決めすることにより、サブモジュール１０の位置ずれを防止する。接着時に接着シート３２を加熱圧着することで、接着シート３２が軟化し、モジュール基板１とサブモジュール１０との隙間を埋めるとともにサブモジュール１０を固定することができる。

図６の（ｃ）では、モジュール基板１上に絶縁樹脂層２０を圧着、あるいはモールドし、その上面にシールド層２１を形成した状態を示す。絶縁樹脂層２０を形成することで、絶縁樹脂層２０の中に第１の回路部品７とサブモジュール１０とが埋設される。

図６の（ｄ）は、絶縁樹脂層２０の硬化後、絶縁樹脂層２０にモジュール基板１上面のグランド電極２及びサブモジュール１０上面のシールド電極１７に至るビア穴を形成し、その中に導体を充填、硬化させることで、ビア導体２２を形成し、シールド層２１と接続した状態を示す。

図６の（ｅ）は、モジュール基板１の下面を支えている補強板３５を除去した状態を示す。モジュール基板１と補強板３５とを耐熱テープで貼り付けた場合には、テープ剥離を実施し、温度で粘着力が変化するシートを用いた場合には、粘着力が低下する温度にして補強板３５を除去する。

図６の（ｆ）は、モジュール基板１に、下面側よりビア穴３ａをレーザーを用いて形成した状態を示す。このとき、ビア穴３ａは、配線電極２およびサブモジュール１０下面の端子電極１４に到達する深さに形成する。

図６の（ｇ）は、ビア穴３ａに導体を埋め込むか、ビア穴３ａの内面にめっき処理を行うことにより、ビア導体３又はスルーホール導体を形成し、さらにモジュール基板１の下面に配線電極５をパターン形成した状態を示す。これにより、配線電極５と配線電極２とが接続されるとともに、配線電極５と端子電極１４とが接続され、部品内蔵モジュールＡが完成する。

この実施例では、硬化済みのモジュール基板１を使用するので、図４に示す製造方法に比べて硬化処理工程を１回少なくすることができる。また、図４では一般に支持板３０を使い捨てするが、図６ではモジュール基板１が支持板を兼ねるので、不要な基材が発生しない。なお、図６の（ａ）では下面に配線電極５を持たないモジュール基板１を使用したが、下面に予め配線電極５をパターン形成したモジュール基板１を使用してもよい。また、モジュール基板１の変形を抑制するため補強板３５に貼り付けたが、後工程で補強板３５を容易に除去でき、絶縁樹脂層２０の形成時における温度や圧力に耐え得る方法であれば、どんな支持方法でも構わない。

図７，図８は部品内蔵モジュールの第２実施例を示す。第１実施例との対応部分には同一符号を付して重複説明を省略する。

この部品内蔵モジュールＢでは、サブモジュール１０Ａとして、図８に示すような多層構造のサブモジュール基板１１Ａを使用したものである。サブモジュール基板１１Ａの内部に内層電極１９を形成することにより、内部に容量や抵抗を形成することができ、多機能なサブモジュール１０Ａを構成できる。この場合のサブモジュール基板１１Ａの材質としては、樹脂組成物やセラミック材料などを用いることができる。サブモジュール基板１１Ａの上面に、第２の回路部品１５を構成する集積回路素子１５ａと個別受動部品１５ｂとが実装されており、樹脂層１６（図３参照）を有していない。第２の回路部品１５は、第１の回路部品７と同じ樹脂層２０の中に埋設されている。

この部品内蔵モジュールＢでは、サブモジュール１０Ａが樹脂層１６を備えていないので、その分だけサブモジュール１０Ａの厚みを薄くできる。特に、第１の回路部品７の高さが比較的低い場合には、第１の回路部品７とサブモジュール１０Ａとの高さを揃えることができ、モジュールＢのさらなる薄型化を図ることができる。

図９〜図１１は部品内蔵モジュールの第３実施例を示す。この実施例は、サブモジュールをモジュール基板に固定するための他の方法を示すものである。第１実施例との対応部分には同一符号を付して重複説明を省略する。

この部品内蔵モジュールＣでは、サブモジュール１０Ｂの下面に図１０に示すようなマトリックス状の端子電極１４が形成され、これら端子電極１４の隙間に適数個（ここでは４個）のダミー電極４０が形成されている。ダミー電極４０はサブモジュール１０Ｂとモジュール基板１との電気的接続に関与しないランドであり、端子電極１４とは独立して形成されている。実装性や、サブモジュールの電気的特性に悪影響を与えなければ、ダミー電極４０のサイズ、位置、数は特に限定しない。ダミー電極４０に対応するモジュール基板１上には、図１１に示すようにサブモジュール固定用ランド４１が形成されている。このランド４１は後の工程で形成されるビア導体３と接続されないランドである。サブモジュール固定用ランド４１には、第１の回路部品７（７ａ，７ｂ）を実装するための配線電極２のランド部と同様にＳｎめっきが施されている。サブモジュール１０Ｂを第１の回路部品７と共に、モジュール基板１にＳｎプリコート実装することで、サブモジュール１０Ｂをモジュール基板１上に固定することができる。そのため、第１実施例のような接着シートを必要としない。その後の方法は、図６の（ｃ）〜（ｇ）と同様である。なお、サブモジュール１０Ｂの端子電極１４は図１０に示したマトリックス状でなくてもよく、ペリフェラル（周辺配置）やランダム配置などであってもよい。

この実施例では、ダミー電極４０を用いてサブモジュール１０Ｂをモジュール基板１に固定した後、サブモジュール１０Ｂ及び第１の回路部品７を覆うように樹脂層２０を形成する。図６とは異なり、サブモジュール１０Ｂとモジュール基板１との間に狭小ながらスペースが形成されるが、樹脂層２０を形成する際に、この狭小なスペースにも樹脂が充填されるように、樹脂を流動させる。その後、図６の（ｄ）〜（ｇ）と同様の工程を行う。図６の（ｆ）ではビア穴がモジュール基板１と接着シート３２とを貫通してサブモジュールの端子電極に達するようにしたが、この実施例では接着シート３２が存在しないので、ビア穴をサブモジュール１０Ｂの下側の樹脂層２０を貫通し、サブモジュール１０Ｂの端子電極１４に達するように形成する。したがって、ビア導体３は樹脂層２０を貫通して端子電極１４と接続される。

この方法の場合には、第１の回路部品７と同じＳｎプリコート工法でサブモジュール１０Ｂをモジュール基板１に固定できる。つまり、第１の回路部品７とサブモジュール１０Ｂとを一括実装できることから、工程数を削減できる。また、Ｓｎプリコートを適用することで、サブモジュールをモジュール基板に対してはんだ付けにより実装する場合と比較して、大幅にはんだ量が少なくなり、耐はんだフラッシュ性能が高くなる。さらに、はんだ実装を行う場合には、サブモジュール固定用ランド４１にメタルマスクを施した上ではんだペーストを形成するため８０〜１００μｍ程度の厚みが必要となるが、Ｓｎプリコート実装の場合にはサブモジュール固定用ランド４１に厚み１μｍ程度のＳｎめっきを施すだけで実装できるので、部品内蔵モジュール全体の低背化を実現することができる。

本発明は上記実施例に限定されるものではない。上記実施例では、モジュール基板上に１つのサブモジュールを搭載した例を示したが、モジュール基板上に複数のサブモジュールを搭載してもよい。この場合、複数のサブモジュールを間隔をあけて搭載し、その中間位置に第１の回路部品を搭載してもよい。この場合には、第１の回路部品の両側にサブモジュールが配置されるので、モジュール基板の反りと衝撃に対する強度とを改善することができる。なお、複数のサブモジュールを搭載した場合に、全てのサブモジュールに集積回路素子を搭載または内蔵する必要はなく、第１の回路部品と同様な受動部品だけを搭載したものであってもよい。

上記実施例では、サブモジュールとして、単層または多層構造のサブモジュール基板に第２の回路部品を実装したもの、あるいはサブモジュール基板に第２の回路部品を実装した後、その上に樹脂層を形成したものを用いたが、サブモジュール基板を備えず、樹脂層だけでサブモジュールを構成してもよい。その場合のサブモジュールの製造方法は、図４の（ａ）〜（ｅ）と同様に行えばよい。上記実施例では、サブモジュールを部品内蔵基板で構成した例、及びサブモジュール基板に第２の回路部品を搭載して構成した例を示したが、サブモジュールのサブモジュール基板を部品内蔵基板で構成し、さらにその上面に第２の回路部品を搭載してもよい。

本発明にかかる部品内蔵モジュールの第１実施例の断面図である。 図１の部品内蔵モジュールの絶縁樹脂層を除外した平面図である。 図１に示す部品内蔵モジュールのサブモジュールの拡大断面図である。 図１に示す部品内蔵モジュールの製造工程図である。 図４に示す製造工程で使用される支持板の平面図である。 図１に示す部品内蔵モジュールの別の製造工程図である。 本発明にかかる部品内蔵モジュールの第２実施例の断面図である。 図７に示す部品内蔵モジュールのサブモジュールの拡大断面図である。 本発明にかかる部品内蔵モジュールの第３実施例の断面図である。 図９に示す部品内蔵モジュールのサブモジュールの底面図である。 図９に示す部品内蔵モジュールのモジュール基板の平面図である。

符号の説明

Ａ，Ｂ，Ｃ 部品内蔵モジュール
１ モジュール基板
２ 配線電極（配線パターン）
３ ビア導体
４ シールド電極
５ 配線電極（配線パターン）
７ 第１の回路部品
１０ サブモジュール
１１ サブモジュール基板
１２ 配線電極
１３ ビア導体
１４ 端子電極
１５ 第２の回路部品
１５ａ 集積回路素子
１５ｂ 個別受動部品
１６ 樹脂層
１７ シールド電極
２０ 絶縁樹脂層
２１ シールド層
２２ ビア導体
３０ 支持板
３１ レジストパターン
３２ 接着シート

Claims (17)

1. 上面及び下面に配線パターンを有し、上記下面の配線パターンと上面の配線パターンとを接続する第１のビア導体又はスルーホール導体が形成されたモジュール基板と、
   上記モジュール基板の上面の配線パターン上に実装された第１の回路部品と、
   上記モジュール基板より小面積に形成され、下面に端子電極を有し、上記モジュール基板上面の上記配線パターンが形成されていない領域に配置されたサブモジュールと、
   上記サブモジュール上に搭載され及び／又は上記サブモジュールに内蔵された第２の回路部品と、
   上記モジュール基板の上面全面に、上記第１の回路部品及び上記サブモジュールの少なくとも一部を覆うように形成された絶縁樹脂層と、
   上記モジュール基板の下面の配線パターンから上記モジュール基板上面の上記配線パターンが形成されていない領域に至るように形成され、上端部が上記サブモジュールの端子電極と直接接続された第２のビア導体又はスルーホール導体と、を備えたことを特徴とする部品内蔵モジュール。
2. 上記サブモジュールの下面は接着シートを介して上記モジュール基板の上面に接着され、上記第２のビア導体又はスルーホール導体は上記接着シートを貫通していることを特徴とする請求項１に記載の部品内蔵モジュール。
3. 上記接着シートは、上記絶縁樹脂層と同一材料によって形成されていることを特徴とする請求項２に記載の部品内蔵モジュール。
4. 上記サブモジュールは、その外周が上記モジュール基板の上面に形成されたレジストパターンによって位置決めされていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の部品内蔵モジュール。
5. 上記モジュール基板上面の上記配線パターンが形成されていない領域にはＳｎプリコートされた固定用ランドが形成され、上記サブモジュールの下面には上記端子電極から独立したダミー電極が形成され、上記ダミー電極を上記固定用ランドに対してプリコート実装してなることを特徴とする請求項１に記載の部品内蔵モジュール。
6. 上記第２の回路部品は多数の端子を持つ集積回路素子を含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の部品内蔵モジュール。
7. 上記第１の回路部品は上記集積回路素子より端子数の少ない個別回路部品であることを特徴とする請求項６に記載の部品内蔵モジュール。
8. 上記第１の回路部品は、上記第２の回路部品より背丈の高い回路部品を含むことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の部品内蔵モジュール。
9. 上記絶縁樹脂層の上面にシールド層が設けられており、
   上記サブモジュールの上面又は上記モジュール基板の上面にグランド電極が設けられており、
   上記シールド層と上記グランド電極とを接続するビア導体が上記絶縁樹脂層に形成されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の部品内蔵モジュール。
10. 支持板上に配線パターンを形成する第１の工程と、
    上記配線パターン上に第１の回路部品を実装する第２の工程と、
    上記支持板上の上記配線パターンが形成されていない領域に、下面に端子電極を有し、第２の回路部品を内蔵及び／又は搭載したサブモジュールを配置する第３の工程と、
    上記第１の回路部品と上記サブモジュールとの少なくとも一部を覆うように、上記支持板上に絶縁樹脂層を形成する第４の工程と、
    上記支持板を上記配線パターン、上記サブモジュール及び上記絶縁樹脂層から剥離する第５の工程と、
    上記配線パターン、上記サブモジュール及び上記絶縁樹脂層の下面側にモジュール基板を積層する第６の工程と、
    上記モジュール基板の下面から上記サブモジュールの下面の端子電極に接するようにビア導体又はスルーホール導体を形成する第７の工程と、を備える部品内蔵モジュールの製造方法。
11. 上記第６の工程において、上記モジュール基板を半硬化の状態で積層することを特徴とする請求項１０に記載の部品内蔵モジュールの製造方法。
12. 上記第３の工程において、上記支持板上に接着シートを介して上記サブモジュールを接着することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の部品内蔵モジュールの製造方法。
13. 上記接着シートは、上記絶縁樹脂層と同一材料によって形成された樹脂シートであることを特徴とする請求項１２に記載の部品内蔵モジュールの製造方法。
14. 上記第３の工程において、上記支持板上にレジストパターンを形成し、該レジストパターンをガイドとして上記サブモジュールを配置することにより、上記サブモジュールの外周を位置決めすることを特徴とする請求項１０ないし１３のいずれか１項に記載の部品内蔵モジュールの製造方法。
15. 上記支持板上の上記配線パターンが形成されていない領域にＳｎプリコートされた固定用ランドを形成し、上記サブモジュールの下面に上記端子電極から独立したダミー電極を形成し、上記配線パターン上に第１の回路部品をプリコート実装すると同時に上記ダミー電極を上記固定用ランドに対してプリコート実装することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の部品内蔵モジュールの製造方法。
16. 上面に配線パターンを形成した硬化状態のモジュール基板を準備する第１の工程と、
    上記配線パターン上に第１の回路部品を実装する第２の工程と、
    上記モジュール基板上の上記配線パターンが形成されていない領域に、上記モジュール基板より小面積に形成され、下面に端子電極を有し、第２の回路部品を内蔵及び／又は搭載したサブモジュールを配置する第３の工程と、
    上記第１の回路部品と上記サブモジュールとの少なくとも一部を覆うように、上記モジュール基板上に絶縁樹脂層を形成する第４の工程と、
    上記モジュール基板の下面から上記サブモジュールの下面の端子電極に接するようにビア導体又はスルーホール導体を形成する第５の工程と、を備える部品内蔵モジュールの製造方法。
17. 上記第２〜第４の工程は、上記モジュール基板を補強板に固定した状態で行うことを特徴とする請求項１６に記載の部品内蔵モジュールの製造方法。

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