JP4783843B2 - 電子部品内蔵型プリント基板 - Google Patents

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Description

本発明は電子部品内蔵型プリント基板に係り、より詳しくは反りの発生がない電子部品内蔵型プリント基板に関するものである。
近年、次世代多機能性、小型パッケージ技術の一環として、チップ内蔵プリント基板の開発が注目されている。
半導体内蔵基板は、このような茶器能性、小型化の利点とともに高機能化の利点も含んでいる。これは、フリップチップ(flip chip)やBGA(ball grid array)に使用されるワイヤボンディング(wire bonding)またはソルダーボール(solder ball)を利用した半導体チップの電気的連結過程で発生し得る信頼性問題を改善することができる方便を提供するからである。
このようなチップ内蔵プリント基板は薄型に開発するための工法及びデザインが開発されているが、基板の反り(warpage)現象を解決することができないため、量産が難しい実情にある。
図1Aは従来の半導体チップ内蔵型プリント基板の断面図を示し、図1Bは図1Aに示すプリント基板を従来技術によって製造した実物見本の写真である。
図1Aに示すように、半導体内蔵プリント基板は、熱膨張係数が互いに異なる絶縁層1、半導体チップ3、回路層7、9、及び接着層5が混在しているため、熱膨張係数の均衡を維持するのが難しい。
したがって、既存方式の通り半導体チップ内蔵型プリント基板を製造する場合、互いに異なる材料間の物性及び熱膨張係数の不均衡によって、図1Bに示すように、プリント基板に反りが発生することになる。プリント基板に反りが発生すれば、後工程(回路及びレーザー加工)の進行ができなくて、これを廃棄しなければならないかあるいは手作業で行わなければならないから、大量生産が難しくなる。
特許文献1には、プリプレグ及び樹脂層でなる絶縁層の内部に半導体素子が埋設される半導体素子内蔵基板の製造方法を開示しているが、これも製造工程上で発生する基板の反り問題に対する解決策を提示していない。
したがって、半導体チップ内蔵プリント基板の反り現象を防止することができる技術が要求されている。
特開2003−127990号公報
したがって、本発明は前述したような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、反り現象を著しく減らすことができる電子部品内蔵型プリント基板の構造を提供することにその目的がある。
前記目的を達成するために、本発明は、絶縁樹脂層及び回路層を持つベース基板;及び前記絶縁樹脂層の内部に埋め込まれた電子部品;を含み、前記絶縁樹脂層は前記電子部品の厚さの1.3倍〜3倍の厚さを持つ、電子部品内蔵型プリント基板を提供する。
前記回路層は、前記絶縁樹脂層の上に形成された上部回路層と前記絶縁樹脂層の下に形成された下部回路層を含み、前記絶縁樹脂層は前記上部回路層の厚さの3倍〜22倍の厚さを持ち、前記上部回路層は前記下部回路層の厚さの1.1倍〜2.6倍の厚さを持つことができる。
前記電子部品と前記下部回路層の間に介在された接着層をさらに含み、前記絶縁樹脂層は前記接着層の厚さの3倍〜9倍の厚さを持つことができる。
前記上部回路層及び前記下部回路層は銅でなり、前記絶縁樹脂層は、O−H、N−H、C−H、C−O、及びエステル基(ester group)を含むエポキシ系の樹脂でなることができる。
前記電子部品はシリコン半導体素子であることができる。
前記接着層は、ダイアッタチフィルム(DAF)、異方性導電膜(ACF;Anisotropic Conductive Film)、導電粒子を除去した非導電膜(NCF;Non−Conductive Film)、異方性導電接着剤(ACA;Anisotropic Conductive Adhesive)、及び非導電接着剤(NCA;Non−Conductive Adhesive)のいずれか1種であることができる。
また、前記目的を達成するために、本発明は、電子部品実装用貫通部が形成されたプリプレグ及び前記プリプレグの上に積層され前記貫通部に充填された樹脂層を持つ絶縁層、及び回路層を持つベース基板;及び前記貫通部に埋め込まれた電子部品;を含み、前記プリプレグは前記電子部品の厚さの1.1倍〜2.5倍の厚さを持ち、前記プリプレグの上に積層された前記樹脂層の厚さは前記電子部品の厚さの0.2倍〜2.5倍である、電子部品内蔵型プリント基板を提供する。
前記回路層は、前記絶縁層の上に形成された上部回路層と前記絶縁層の下に形成された下部回路層を含み、前記絶縁層は前記上部回路層の厚さの3倍〜22倍の厚さを持ち、前記上部回路層は前記下部回路層の厚さの1.1倍〜2.6倍の厚さを持つことができる。
前記電子部品と前記下部回路層の間に介在された接着層をさらに含み、前記絶縁層は前記接着層の厚さの3倍〜9倍の厚さを持つことができる。
前記樹脂層は、NH、CH、SiH、芳香環(aromatic ring)、CO、Si−O−Si、Si−O−Cが含まれたシリコンエポキシハイブリッドタイプまたはエポキシであることができる。
前記電子部品はシリコン半導体素子であることができる。
前記絶縁層は前記プレプレグの厚さの1.2倍〜2倍の厚さを持つことができる。
前記接着層は、ダイアッタチフィルム(DAF)、異方性導電膜(ACF;Anisotropic Conductive Film)、導電粒子を除去した非導電膜(NCF;Non−Conductive Film)、異方性導電接着剤(ACA;Anisotropic Conductive Adhesive)、及び非導電接着剤(NCA;Non−Conductive Adhesive)のいずれか1種であることができる。
以上説明したように、本発明による電子部品内蔵型プリント基板は、プリント基板の製造の際に反りの発生が最小化するように、各構成が最適の厚さ比を持つ。これにより、電子部品内蔵型プリント基板の不良率を減少して大量生産を可能にする。
半導体チップ内蔵型プリント基板の断面図である。 図1Aに示すプリント基板を従来技術で製造した実物見本の写真である。 本発明の好適な一実施例による電子部品内蔵型プリント基板の断面図である。 本発明の好適な他の実施例による電子部品内蔵型プリント基板の断面図である。 図2に示す電子部品内蔵型プリント基板の製造方法の一実施例を工程順に示す図である。 図2に示す電子部品内蔵型プリント基板の製造方法の一実施例を工程順に示す図である。 図2に示す電子部品内蔵型プリント基板の製造方法の一実施例を工程順に示す図である。 図2に示す電子部品内蔵型プリント基板の製造方法の一実施例を工程順に示す図である。 図2に示す電子部品内蔵型プリント基板の製造方法の一実施例を工程順に示す図である。 図3に示す電子部品内蔵型プリント基板の製造方法の一実施例を工程順に示す図である。 図3に示す電子部品内蔵型プリント基板の製造方法の一実施例を工程順に示す図である。 図3に示す電子部品内蔵型プリント基板の製造方法の一実施例を工程順に示す図である。 図3に示す電子部品内蔵型プリント基板の製造方法の一実施例を工程順に示す図である。 図3に示す電子部品内蔵型プリント基板の製造方法の一実施例を工程順に示す図である。 図3に示す電子部品内蔵型プリント基板の実物見本の写真である。
以下、本発明による電子部品内蔵型プリント基板の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。すべての添付図面にわたって、同一ないし類似の構成要素は同一符号を付け、その冗長な重複説明は省略する。本明細書において、上部、下部、第1及び第2などの用語は一つの構成要素を他の構成要素と区別するために使用するもので、構成要素が前記用語に限定されるものではない。
図2は本発明の好適な一実施例による電子部品内蔵型プリント基板の断面図である。
同図に示すように、本実施例による電子部品内蔵型プリント基板は、絶縁樹脂層700及び回路層150、350を持つベース基板、及び絶縁樹脂層700の内部に埋め込まれた電子部品500を含む構成である。
これに限定されるものではないが、絶縁樹脂層700は、O−H、N−H、C−H、C−O、及びエステル基(ester group)を含むエポキシ系の樹脂でなり、電子部品500はシリコン半導体素子であることが好ましい。
この際、絶縁樹脂層700は電子部品500の厚さ(D4)の1.3倍〜3倍の厚さ(D1)を持つのがプリント基板の反りの最小化に好ましい。
これらの厚さ比は、絶縁樹脂層700と電子部品500に使用される一般の材料の熱膨張係数を考慮した多様な実験によって決定されたものである。すなわち、実験によって、絶縁樹脂層700が電子部品の厚さ(D4)の1.3倍〜3倍の厚さ(D1)を持つ場合に反りが最小になる電子部品内蔵型プリント基板を得ることができた。絶縁樹脂層700の厚さ(D1)が電子部品の厚さ(D4)の1.3倍未満であれば、電子部品500の内蔵のためのラミネーションの際、電子部品500が壊れ、3倍を超過すれば、反り現象がひどくなって後工程の進行が不可能になり、絶縁樹脂層700にレーザー加工によってビアを形成するとき、マイクロビアの長さが増加して電気的特性が低下することになる。実験結果については以下に説明する。
本実施例の回路層150、350は、絶縁樹脂層700の上に形成された上部回路層350と、絶縁樹脂層700の下に形成された下部回路層150とを含む。これら回路層150、350は、例えば、金、銀、銅、ニッケルなどの電気伝導性金属層でなり、好ましくは、銅、より好ましくは低プロファイル(low profile)または超低プロファイル(very low profile)タイプの銅でなる。
この際、上部回路層350は下部回路層150の厚さ(D3)の1.1〜2.6倍の厚さ(D2)を持つことが好ましい。上部回路層350は、一般的にRCCに含まれている銅箔にエッチング、鍍金工程を施すことで形成される。RCCの銅箔はRCCの製造過程ですでに熱履歴を受けたから、熱履歴を受けない下部回路層150を成す銅箔とテンション(tension)が違うので、これらを同一厚さにデザインする場合、パネルの反りの原因になる。また、上部回路層350の銅箔厚さ(D2)が下部回路層150の厚さ(D3)の1.1倍未満であるか2.6倍以上であれば、それぞれの超過方向に反るので、デザインの具現自体が不可能になる。
一方、絶縁樹脂層700は、上部回路層350の厚さ(D2)の3〜22倍の厚さを持つようにすることがプリント基板の反りの発生を減らすのに寄与することが明かされた。
また、本実施例によるプリント基板は、電子部品500と下部回路層150の間に介在された接着層530をさらに含むことができる。接着層530は、プリント基板の製造工程において電子部品500を下部回路層150上に固定する役目をする。接着層530は、ダイアッタチフィルム(DAF)、異方性導電膜(ACF;Anisotropic Conductive Film)、導電粒子を除去した非導電膜(NCF;Non−Conductive Film)、異方性導電接着剤(ACA;Anisotropic Conductive Adhesive)、及び非導電接着剤(NCA;Non−Conductive Adhesive)のいずれか1種でなることができ、エポキシ(epoxy)系の樹脂を含むことが好ましい。
この際、絶縁樹脂層700は、接着層530の厚さ(D5)の3倍〜9倍の厚さ(D1)を持つようにすることが好ましく、また、電子素子500の上に積層された絶縁樹脂層700の厚さ(この厚さは“D1−(D4+D5)”で表現することができる)が絶縁層の厚さ(D1)の0.1倍〜0.7倍になるようにすることが好ましい。
下記表1は本実施例による各構成の厚さ比を得るための実験の結果データを示す。下記表のように、D1〜D5を変更しながらプリント基板の反りの発生有無を測定した結果、反りが発生しない最適の厚さ比を得ることができた。下記表では、絶縁樹脂層700の厚さ(D1)を100に定義し、これに対する他の構成要素の厚さ比を%単位で表示したものである。
下記表1では実験方式を説明するための目的で代表的な実験データのみを示しているが、本発明で定義する構成要素間の厚さ比を得るために、ここで開示しないデータによるさらに多くの実験を実施した。下記表1は本発明の特徴をあいまいにしない範囲内で代表的な実験データを示すものであるので、下記表1で実験された数値によって本発明の権利範囲が限定されるものではない。
図3は本発明の好適な他の実施例による電子部品内蔵型プリント基板の断面図である。ここでは前述した実施例と重複する説明は省略する。
図3に示すように、本実施例によるプリント基板は、絶縁層、及び回路層150、350を持つベース基板、及び貫通部に埋め込まれた電子部品500を含む構成である。
本実施例の絶縁層は、電子部品500実装用貫通部が形成されたプリプレグ600とプリプレグ600の上に積層されて貫通部に充填された樹脂層730を含んでなる。
これに限定されるものではないが、本実施例の樹脂層730は、NH、CH、SiH、芳香環(aromaticr ing)、CO、Si−O−Si、Si−O−Cが含まれたシリコンエポキシハイブリッドタイプまたはエポキシ単独でなったものが好ましい。また、プレプレグ600は、ガラス纎維などの補強基材に含浸された樹脂でなり、電子部品500はシリコン半導体素子であることが好ましい。
この際、プリプレグ600の厚さ(D6)は電子部品500の厚さ(D4)より1.1倍〜2.5倍大きくて、プリプレグ600の上部に積層された樹脂層730の厚さ(D7)は電子部品500の厚さ(D4)より0.2倍〜2.5倍大きいことが電子部品内蔵型プリント基板の反りを減らすのに好ましい。これらの間の厚さ比は絶縁層730と電子部品500に使用される一般的な材料の熱膨張係数を考慮した多様な実験によって得られたのである。
この際、絶縁全体厚さ(D1)はプリプレグ600の厚さ(D6)の1.2倍〜2倍であることが好ましい。また、電子素子500の上に積層された樹脂層730の厚さ(この厚さは“D1−(D4+D5)”で表現することができる)が絶縁層の厚さ(D1)の0.1倍〜0.7倍になるようにすることが好ましい。
本実施例の回路層150、350は、絶縁樹脂層700の上に形成された上部回路層350と絶縁樹脂層700の下に形成された下部回路層150を含む。これら回路層150、350は、例えば、金、銀、銅、ニッケルなどの電気伝導性金属層でなり、好ましくは銅、より好ましくは低プロファイル(low profile)または超低プロファイル(very low profile)タイプの銅でなる。この際、上部回路層350は下部回路層150の厚さ(D3)の1.1〜2.6倍の厚さ(D2)を持つことが好ましい。
また、絶縁層が上部回路層350の厚さ(D2)の3倍〜22倍の厚さ(D1)を持つようにすることがプリント基板の反りを減らすのに好ましい。
一方、本実施例によるプリント基板は、電子部品500と下部回路層150の間に介在された接着層530をさらに含むことができる。接着層530は、ダイアッタチフィルム(DAF)、異方性導電膜(ACF;Anisotropic Conductive Film)、導電粒子を除去した非導電膜(NCF;Non−Conductive Film)、異方性導電接着剤(ACA;Anisotropic Conductive Adhesive)、及び非導電接着剤(NCA;Non−Conductive Adhesive)のいずれか1種でなることができる。この際、絶縁層は接着層530の厚さ(D5)の3倍〜9倍の厚さ(D1)を持つようにすることが好ましい。
下記表2は本実施例による各構成の厚さ比を得るための実験の結果データを示す。下記表のように、D1〜D6を変更しながらプリント基板の反りの発生有無を測定した結果、反りが発生しない最適の厚さ比を得ることができた。下記表は、絶縁層の厚さ(D1)を100に定義し、これに対する他の構成要素の厚さ比を%単位で表示したものである。
下記表2では実験方式を説明するための目的で代表的な実験データのみを開示しているが、本発明で定義する構成要素の厚さ比を得るために、ここで開示しないデータによるもっと多くの実験を実施した。下記表2は本発明の特徴をあいまいにしない範囲内で代表的な実験データを開示ものであるので、下記表2の実験数値によって本発明の権利範囲が限定されるものではない。
前記表に示すように、本実施例で提案した厚さ比を満足する場合には電子部品を含むプリント基板に反りが発生しないが、そうではない場合には反りが発生したことが分かる。
図14は本実施例で提案する厚さ比で製造された電子部品内蔵型プリント基板Pの写真を示すもので、本実施例で提案する厚さ比を満足するプリント基板に反りが発生しなかったことを確認することができる。
前述したように、本発明による電子部品内蔵型プリント基板は、プリント基板製造の際に反りの発生が最小化するように各構成が最適の厚さ比を持つ。これにより、電子部品内蔵型プリント基板の大量生産の際にも不良発生の可能性をめっきり減少させることができる。
図4〜図8は図2に示す電子部品内蔵型プリント基板の製造方法の一実施例を工程順に示す図である。以下では、これらの図に基づいて、図2に示す電子部品内蔵型プリント基板の製造方法を説明する。これに先立ち、本発明の厚さ比は他の製造方法によっても充足可能なもので、必ずしもこれに説明する工程で製造しなければならないものではない。
まず、図4に示すように、キャリアホイル130(Carrier Foil)の上に接合された第1銅箔100上に接着層530が積層されている電子部品500を付着する。
その後、図5に示すように、第1銅箔100の上に絶縁樹脂層700と第2銅箔300でなるRCCを積層する。この際、第2銅箔300の一面にはキャリアホイル330が接合されている。
ついで、図6に示すように、キャリアホイル130、330を除去する。
ついで、図7に示すように、電子部品500と電気的に接続するビアを含む上部回路層350及び下部回路層150を形成する。回路及びビアの形成工程は公知の技術によって実施可能なので、ここではその詳細な説明は省略する。
前述した工程によって、図2に示す電子部品内蔵型プリント基板を製造することができる。その後、図8に示すように、外部接続端子を露出するソルダーレジスト層を積層することができる。その外にも、電子部品内蔵型プリント基板の外層に更なるビルドアップ層を形成して4層以上の電子部品内蔵型プリント基板を製造することができる。
図9〜図13は図3に示す電子部品内蔵型プリント基板の製造方法の一実施例を工程順に示す図である。以下では、これらの図に基づいて、図3に示す電子部品内蔵型プリント基板の製造方法を説明する。これに先立ち、本発明の厚さ比は他の製造方法によっても充足可能なので、必ずしもここで説明する工程で製造しなければならないものではない。
まず、図9に示すように、電子部品500内蔵用貫通部が形成されたプリプレグ600を別に提供し、キャリアホイル130の上に接着された第1銅箔100の上に、接着層530が積層された電子部品500を付着する。
その後、図10に示すように、第1銅箔100の上にプリプレグ600を積層し、樹脂層730がプリプレグ600の貫通部に充填されるように、樹脂層730と第2銅箔300でなるRCCを積層する。この際、第2銅箔300の一面にはキャリアホイル330が接着されている。この際、プリプレグ600の積層及びRCCのラミネーションは順次または同時に行うことができる。
その後、図11に示すように、キャリアホイル130、330を除去する。
ついで、図12に示すように、電子部品500と電気的に接続するビアを含む上部回路層350及び下部回路層150を形成する。回路及びビアの形成工程は公知の技術によって実施可能なので、ここではその詳細な説明は省略する。
その後、図13に示すように、外部接続端子を露出するソルダーレジスト層を積層することができる。その外にも、電子部品500内蔵プリント基板の外層に更なるビルドアップ層を形成し、4層以上の電子部品500内蔵プリント基板製造することができる。
以上のような本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、本発明の思想及び範囲を逸脱しない範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは当該技術分野の通常の知識を持った者には明らかである。また、そのような修正及び変形は本発明の特許請求範囲に属するものと理解しなければならない。
本発明は、反り現象を著しく減らすことができる電子部品内蔵型プリント基板に適用可能である。
100 第1銅箔
130 キャリアホイル
150 下部回路層
300 第2銅箔
330 キャリアホイル
350 上部回路層
500 電子部品
530 接着層
600 プリプレグ
700 絶縁樹脂層
730 樹脂層

Claims (13)

  1. 絶縁樹脂層及び回路層を持つベース基板;及び
    前記絶縁樹脂層の内部に埋め込まれた電子部品;
    を含み、
    前記絶縁樹脂層は前記電子部品の厚さの1.3倍〜3倍の厚さを持つことを特徴とする、電子部品内蔵型プリント基板。
  2. 前記回路層は、前記絶縁樹脂層の上に形成された上部回路層と前記絶縁樹脂層の下に形成された下部回路層を含み、
    前記絶縁樹脂層は前記上部回路層の厚さの3倍〜22倍の厚さを持ち、前記上部回路層は前記下部回路層の厚さの1.1倍〜2.6倍の厚さを持つことを特徴とする、請求項1に記載の電子部品内蔵型プリント基板。
  3. 前記電子部品と前記下部回路層の間に介在された接着層をさらに含み、
    前記絶縁樹脂層は前記接着層の厚さの3倍〜9倍の厚さを持つことを特徴とする、請求項1に記載の電子部品内蔵型プリント基板。
  4. 前記上部回路層及び前記下部回路層は銅でなり、前記絶縁樹脂層は、O−H、N−H、C−H、C−O、及びエステル基(ester group)を含むエポキシ系の樹脂でなることを特徴とする、請求項1に記載の電子部品内蔵型プリント基板。
  5. 前記電子部品はシリコン半導体素子であることを特徴とする、請求項1に記載の電子部品内蔵型プリント基板。
  6. 前記接着層は、ダイアッタチフィルム(DAF)、異方性導電膜(ACF;Anisotropic Conductive Film)、導電粒子を除去した非導電膜(NCF;Non−Conductive Film)、異方性導電接着剤(ACA;Anisotropic Conductive Adhesive)、及び非導電接着剤(NCA;Non−Conductive Adhesive)のいずれか1種であることを特徴とする、請求項3に記載の電子部品内蔵型プリント基板。
  7. 電子部品実装用貫通部が形成されたプリプレグ及び前記プリプレグの上に積層され前記貫通部に充填された樹脂層を持つ絶縁層、及び回路層を持つベース基板;及び
    前記貫通部に埋め込まれた電子部品;
    を含み、
    前記プリプレグは前記電子部品の厚さの1.1倍〜2.5倍の厚さを持ち、前記プリプレグの上に積層された前記樹脂層の厚さは前記電子部品の厚さの0.2倍〜2.5倍であることを特徴とする、電子部品内蔵型プリント基板。
  8. 前記回路層は、前記絶縁層の上に形成された上部回路層と前記絶縁層の下に形成された下部回路層を含み、
    前記絶縁層は前記上部回路層の厚さの3倍〜22倍の厚さを持ち、前記上部回路層は前記下部回路層の厚さの1.1倍〜2.6倍の厚さを持つことを特徴とする、請求項7に記載の電子部品内蔵型プリント基板。
  9. 前記電子部品と前記下部回路層の間に介在された接着層をさらに含み、
    前記絶縁層は前記接着層の厚さの3倍〜9倍の厚さを持つことを特徴とする、請求項7に記載の電子部品内蔵型プリント基板。
  10. 前記樹脂層は、NH、CH、SiH、芳香環(aromatic ring)、CO、Si−O−Si、Si−O−Cが含まれたシリコンエポキシハイブリッドタイプまたはエポキシであることを特徴とする、請求項7に記載の電子部品内蔵型プリント基板。
  11. 前記電子部品はシリコン半導体素子であることを特徴とする、請求項7に記載の電子部品内蔵型プリント基板。
  12. 前記絶縁層は前記プレプレグの厚さの1.2倍〜2倍の厚さを持つことを特徴とする、請求項7に記載の電子部品内蔵型プリント基板。
  13. 前記接着層は、ダイアッタチフィルム(DAF)、異方性導電膜(ACF;Anisotropic Conductive Film)、導電粒子を除去した非導電膜(NCF;Non−Conductive Film)、異方性導電接着剤(ACA;Anisotropic Conductive Adhesive)、及び非導電接着剤(NCA;Non−Conductive Adhesive)のいずれか1種であることを特徴とする、請求項9に記載の電子部品内蔵型プリント基板。
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