JP4945842B2 - Printed wiring board and printed wiring board manufacturing method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
ICチップなどの電子部品を載置するプリント配線板に関し、特にコンデンサを内蔵するプリント配線板に関するのもである。
【0002】
【従来の技術】
通常、コンピュータ内部においては、電源とICチップ間の配線距離が長く、この配線部分のループインダクタンスは非常に大きいものとなっている。このため、高速動作時のIC駆動電圧の変動も大きくなり、ICの誤動作の原因となり得る。また、電源電圧を安定化させることも困難である。このため、電源供給の補助として、コンデンサをプリント配線板の表面に実装している。
【0003】
即ち、電圧変動となるループインダクタンスは、図19(A)に示す電源からプリント配線板300内の電源線を介してICチップ270の電源端子272Pまでの配線長、及び、ICチップ270のアース端子272Eから電源からプリント配線板300内のアース線を介して電源までの配線長に依存する。また、逆方向の電流が流れる配線同志、例えば、電源線とアース線との間隔を狭くすることでループインダクタンスを低減できる。
このため、図19(B)に示すように、プリント配線板300にチップコンデンサ298を表面実装することで、ICチップ270と電源供給源となるチップコンデンサ292とを結んでいるプリント配線板300内の電源線とアース線との配線長を短くするとともに、配線間隔を狭くすることで、ループインダクタンスを低減することが行われていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、IC駆動電圧変動の原因となる電圧降下の大きさは周波数に依存する。このため、ICチップの駆動周波数の増加に伴い、図19(B)を参照して上述したようにチップコンデンサを表面に実装させてもなおループインダクタンスを低減できず、IC駆動電圧の変動を十分に抑えることが難しくなった。
【0005】
このため、本発明者は、プリント配線板内にチップコンデンサを収容するとの着想を持った。コンデンサを基板に埋め込む技術としては、特開平6−326472号、特開平7−263619号、特開平10−256429号、特開平11−45955号、特開平11−126978号、特開平11−312868号等がある。
【0006】
特開平6−326472号には、ガラスエポキシからなる樹脂基板に、コンデンサを埋め込む技術が開示されている。この構成により、電源ノイズを低減し、かつ、チップコンデンサを実装するスペースが不要になり、絶縁性基板を小型化できる。また、特開平7−263619号には、セラミック、アルミナなどの基板にコンデンサを埋め込む技術が開示されている。この構成により、電源層及び接地層の間に接続することで、配線長を短くし、配線のインダクタンスを低減している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した技術は、ICチップからコンデンサの距離をあまり短くできず、ICチップの更なる高周波数領域においては、現在必要とされるようにインダクタンスを低減することができなかった。特に、樹脂製の多層ビルドアップ配線板においては、セラミックから成るコンデンサと、樹脂からなるコア基板及び層間樹脂絶縁層の熱膨張率の違いから、チップコンデンサの端子とバイアホールとの間に断線、チップコンデンサと層間樹脂絶縁層との間で剥離、層間樹脂絶縁層にクラックが発生し、長期に渡り高い信頼性を達成することができなかった。
【0008】
本発明は上述した課題を解決するためなされたものであり、その目的とするところは、ループインダクタンスを低減できると共に高い信頼性を有するプリント配線板、及びその製造方法を提供することにある。
【0009】
上述した課題を解決するため、請求項1では、コンデンサを収容するコア基板に樹脂絶縁層と導体回路とを積層してなるプリント配線板であって、前記コア基板は、前記コンデンサを収容する通孔の形成された第1のコア基板の上下に第2、第3のコア基板を積層してなり、該第2、第3のコア基板に、一対のバイアホールを形成し、前記コンデンサの電極に金属膜を形成し、前記コンデンサの第1および第2の電極にそれぞれ接続する前記一対のバイアホールの一方および他方と、前記金属膜を形成させた前記コンデンサの第1の電極および第2の電極との間にめっきによりそれぞれ電気接続を取ったことを技術的特徴とする。
【0010】
請求項1では、プリント配線板内にコンデンサを配置するため、ICチップとコンデンサとの距離が短くなり、ループインダクタンスを低減することができる。また、コア基板は、コンデンサを収容する第1のコア基板の上下に第2、第3のコア基板を積層してなるため、堅牢であり、セラミックからなり熱膨張率の小さいコンデンサを収容しても、コンデンサとコア基板との熱膨張率差による応力を層間樹脂絶縁層に与え導体回路にクラックが発生することがなく、高い信頼性を備えるプリント配線板を実現できる。また、コア基板は、表面を研磨して平坦化できるため、コア基板上層の層間樹脂絶縁層にうねりが生じず、層間樹脂絶縁層上に適正にバイアホール、導体回路を形成することができる。
更に、コア基板の両面にバイアホールを設けてあるため、ICチップと基板内に収容したコンデンサとを、また、外部接続基板に配置された電源と基板内に収容したコンデンサとを最短の距離で接続できる。このため、電源からICチップへ瞬時に電圧を補うことができ、速やかにIC駆動電圧を安定させることができる。
また、金属膜を形成したチップコンデンサの電極へめっきによりなるバイアホールで電気的接続を取ってある。ここで、チップコンデンサの電極は、メタライズからなり表面に凹凸があるが、金属膜により表面が平滑になり、バイアホールを形成するため、電極上に被覆された樹脂に通孔を形成した際に、樹脂残さが残らず、バイアホールと電極との接続信頼性を高めることができる。更に、めっきの形成された電極に、めっきによりバイアホールを形成するため、電極とバイアホールとの接続性が高く、ヒートサイクル試験を実施しても、電極とバイアホール間の断線が生じることがない。
コンデンサの電極の金属膜には、銅、ニッケル、貴金属のいずれかの金属が配設されているものが望ましい。内蔵したコンデンサにスズや亜鉛などの層は、バイアホールとの接続部におけるマイグレーションを誘発しやすいからである。故に、マイグレーションの発生を防止することも出来る。
【0011】
コア基板の空隙には、樹脂を充填させることが望ましい。コンデンサ、コア基板間の空隙をなくすことによって、内蔵されたコンデンサが、挙動することが小さくなるし、コンデンサを起点とする応力が発生したとしても、該充填された樹脂により緩和することができる。また、該樹脂には、コンデンサとコア基板との接着やマイグレーションの低下させるという効果も有する。
【0012】
充填させる樹脂としては、熱硬化性樹脂、感光性樹脂、熱可塑性樹脂、あるいはそれらの複合体を用いる得る。これ以外にも、プリプレグなどの接着性のある樹脂シートを予め挟み込んでおいて、基板を圧着させるときにプリプレグからしみ出す樹脂で充填させてもよい。
【0013】
また、チップコンデンサの表面に粗化処理を施すこともできる。これにより、セラミックから成るチップコンデンサと樹脂からなる接着剤、樹脂充填剤との密着性が高くなり、ヒートサイクル試験を実施しても界面での接着剤、樹脂充填剤の剥離が発生することがない。
【0014】
請求項2では、第1、第2、第3コア基板は、芯材に樹脂を含浸させた樹脂基板からなるため、十分な強度を得ることができる。
【0015】
請求項3では、コンデンサの電極の表面に導電ペーストを塗布してあるため、表面が完全にフラットになる。このため、第2、第3のコア基板にレーザで開口を穿設した際に、電極の表面に樹脂が残ることが無くなり、該電極とめっきによるバイアホールとの接続信頼性を高めることができる。
【0016】
請求項4では、基板内に収容したコンデンサに加えて表面にコンデンサを配設してある。プリント配線板内にコンデンサが収容してあるために、ICチップとコンデンサとの距離が短くなり、ループインダクタンスを低減し、瞬時に電源を供給することができ、一方、プリント配線板の表面にもコンデンサが配設してあるので、大容量のコンデンサを取り付けることができ、ICチップに大電力を容易に供給することが可能となる。
【0017】
請求項5では、表面のコンデンサの静電容量は、内層のコンデンサの静電容量以上であるため、高周波領域における電源供給の不足がなく、所望のICチップの動作が確保される。
【0018】
請求項6では、マトリクス状に電極が形成されたコンデンサを用いるので、大判のチップコンデンサをコア基板に収容することが容易になる。そのため、静電容量を大きくできるので、電気的な問題を解決することができる。さらに、コンデンサがコアとなり、種々の熱履歴などを経てもプリント配線板に反りが発生し難くなる。更に、複数の電極から配線を取り回すことが可能であるため、電源ライン、アースラインの数を増やすことで、電源ライン、アースラインのインダクタンス分を減らすことができ、高周波数性能を高めることが可能になる。更に、コンデンサの電極をスルーホールとして用いることが可能になる。
【0019】
請求項では、金属膜を形成したチップコンデンサの電極へめっきによりなるバイアホールで電気的接続を取ってある。ここで、チップコンデンサの電極は、メタライズからなり表面に凹凸があるが、金属膜により表面が平滑になり、バイアホールを形成するため、電極上に被覆された樹脂に通孔を形成した際に、樹脂残さが残らず、バイアホールと電極との接続信頼性を高めることができる。更に、めっきの形成された電極に、めっきによりバイアホールを形成するため、電極とバイアホールとの接続性が高く、ヒートサイクル試験を実施しても、電極とバイアホール間の断線が生じることがない。
【0020】
コンデンサの電極の金属膜には、銅、ニッケル、貴金属のいずれかの金属が配設されているものが望ましい。内蔵したコンデンサにスズや亜鉛などの層は、バイアホールとの接続部におけるマイグレーションを誘発しやすいからである。故に、マイグレーションの発生を防止することも出来る。
【0021】
請求項では、チップコンデンサの電極の少なくとも一部が露出したプリント配線板に収容し、被覆層から露出した電極に電気的接続を取ってある。このとき、露出した金属は、主成分がCuであることが望ましい。接続抵抗を低減することができるからである。
【0022】
請求項11のプリント配線板の製造方法は、少なくとも以下(a)〜(c)の工程を備えることを特徴とする:
(a)通孔にコンデンサを収容した第1のコア基板の上下に、未硬化樹脂を含浸する樹脂板を介在させて第2、第3のコア基板を積層する工程;、
(b)第2、第3のコア基板にレーザで前記コンデンサの電極へ至る開口を形成する工程;
(c)前記開口にめっきを施しバイアホールを形成する工程。
【0023】
請求項11のプリント配線板の製造方法では、コア基板内にチップコンデンサを収容することが可能となり、ループインダクタンスを低減させたプリント配線板を提供できる。
【0024】
充填させる樹脂としては、熱硬化性樹脂、感光性樹脂、熱可塑性樹脂、あるいはそれらの複合体を用いる得る。これ以外にも、プリプレグなどの接着性のある樹脂シートを予め挟み込んでおいて、基板を圧着させるときにプリプレグからしみ出す樹脂で充填させてもよい。
【0025】
請求項12のプリント配線板の製造方法は、少なくとも以下(a)〜(e)の工程を備えることを特徴とする:
(a)通孔にコンデンサを収容した第1のコア基板の上下に、未硬化樹脂を含浸する樹脂板を介在させて第2、第3のコア基板を積層する工程;、
(b)第2、第3のコア基板にレーザで前記コンデンサの電極へ至る開口を形成する工程:
(c)前記開口にめっきを施しバイアホールを形成する工程;
(d)前記第2、第3のコア基板の表面に樹脂充填剤を塗布する工程;
(e)前記第2、第3のコア基板の表面を研磨して平滑化する工程。
【0026】
請求項12のプリント配線板の製造方法では、コア基板内にチップコンデンサを収容することが可能となり、ループインダクタンスを低減させたプリント配線板を提供できる。また、コア基板の表面を樹脂充填剤を塗布してから研磨して平坦化するため、コア基板上層の層間樹脂絶縁層にうねりが生じず、層間樹脂絶縁層上に適正にバイアホール、導体回路を形成することができる。
【0027】
請求項13のプリント配線板の製造方法では、コア基板にレーザで開口を形成する工程において、第2、第3のコア基板の導体回路に形成された開口をコンフォマルマスクとして用いるため、所望径の開口を形成することができる。
【0028】
本発明では、層間樹脂絶縁層を熱硬化型樹脂シートを用いて形成することが好適である。熱硬化型樹脂シートには、難溶性樹脂、可溶性粒子、硬化剤、その他の成分が含有されている。それぞれについて以下に説明する。
【0029】
本発明の製造方法において使用する熱硬化型樹脂シートは、酸または酸化剤に可溶性の粒子(以下、可溶性粒子という)が酸または酸化剤に難溶性の樹脂(以下、難溶性樹脂という)中に分散したものである。
なお、本発明で使用する「難溶性」「可溶性」という語は、同一の酸または酸化剤からなる溶液に同一時間浸漬した場合に、相対的に溶解速度の早いものを便宜上「可溶性」と呼び、相対的に溶解速度の遅いものを便宜上「難溶性」と呼ぶ。
【0030】
上記可溶性粒子としては、例えば、酸または酸化剤に可溶性の樹脂粒子(以下、可溶性樹脂粒子)、酸または酸化剤に可溶性の無機粒子(以下、可溶性無機粒子)、酸または酸化剤に可溶性の金属粒子(以下、可溶性金属粒子)等が挙げられる。これらの可溶性粒子は、単独で用いても良いし、2種以上併用してもよい。
【0031】
上記可溶性粒子の形状は特に限定されず、球状、破砕状等が挙げられる。また、上記可溶性粒子の形状は、一様な形状であることが望ましい。均一な粗さの凹凸を有する粗化面を形成することができるからである。
【0032】
上記可溶性粒子の平均粒径としては、0.1〜10μmが望ましい。この粒径の範囲であれば、2種類以上の異なる粒径のものを含有してもよい。すなわち、平均粒径が0.1〜0.5μmの可溶性粒子と平均粒径が1〜3μmの可溶性粒子とを含有する等である。これにより、より複雑な粗化面を形成することができ、導体回路との密着性にも優れる。なお、本発明において、可溶性粒子の粒径とは、可溶性粒子の一番長い部分の長さである。
【0033】
上記可溶性樹脂粒子としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等からなるものが挙げられ、酸あるいは酸化剤からなる溶液に浸漬した場合に、上記難溶性樹脂よりも溶解速度が速いものであれば特に限定されない。
上記可溶性樹脂粒子の具体例としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレン樹脂、ポリオレフィン樹脂、フッ素樹脂等からなるものが挙げられ、これらの樹脂の一種からなるものであってもよいし、2種以上の樹脂の混合物からなるものであってもよい。
【0034】
また、上記可溶性樹脂粒子としては、ゴムからなる樹脂粒子を用いることもできる。上記ゴムとしては、例えば、ポリブタジエンゴム、エポキシ変性、ウレタン変性、(メタ)アクリロニトリル変性等の各種変性ポリブタジエンゴム、カルボキシル基を含有した(メタ)アクリロニトリル・ブタジエンゴム等が挙げられる。これらのゴムを使用することにより、可溶性樹脂粒子が酸あるいは酸化剤に溶解しやすくなる。つまり、酸を用いて可溶性樹脂粒子を溶解する際には、強酸以外の酸でも溶解することができ、酸化剤を用いて可溶性樹脂粒子を溶解する際には、比較的酸化力の弱い過マンガン酸塩でも溶解することができる。また、クロム酸を用いた場合でも、低濃度で溶解することができる。そのため、酸や酸化剤が樹脂表面に残留することがなく、後述するように、粗化面形成後、塩化パラジウム等の触媒を付与する際に、触媒が付与されなたかったり、触媒が酸化されたりすることがない。
【0035】
上記可溶性無機粒子としては、例えば、アルミニウム化合物、カルシウム化合物、カリウム化合物、マグネシウム化合物およびケイ素化合物からなる群より選択される少なくとも一種からなる粒子等が挙げられる。
【0036】
上記アルミニウム化合物としては、例えば、アルミナ、水酸化アルミニウム等が挙げられ、上記カルシウム化合物としては、例えば、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム等が挙げられ、上記カリウム化合物としては、炭酸カリウム等が挙げられ、上記マグネシウム化合物としては、マグネシア、ドロマイト、塩基性炭酸マグネシウム等が挙げられ、上記ケイ素化合物としては、シリカ、ゼオライト等が挙げられる。これらは単独で用いても良いし、2種以上併用してもよい。
【0037】
上記可溶性金属粒子としては、例えば、銅、ニッケル、鉄、亜鉛、鉛、金、銀、アルミニウム、マグネシウム、カルシウムおよびケイ素からなる群より選択される少なくとも一種からなる粒子等が挙げられる。また、これらの可溶性金属粒子は、絶縁性を確保するために、表層が樹脂等により被覆されていてもよい。
【0038】
上記可溶性粒子を、2種以上混合して用いる場合、混合する2種の可溶性粒子の組み合わせとしては、樹脂粒子と無機粒子との組み合わせが望ましい。両者とも導電性が低くいため樹脂フィルムの絶縁性を確保することができるとともに、難溶性樹脂との間で熱膨張の調整が図りやすく、樹脂フィルムからなる層間樹脂絶縁層にクラックが発生せず、層間樹脂絶縁層と導体回路との間で剥離が発生しないからである。
【0039】
上記難溶性樹脂としては、層間樹脂絶縁層に酸または酸化剤を用いて粗化面を形成する際に、粗化面の形状を保持できるものであれば特に限定されず、例えば、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、これらの複合体等が挙げられる。また、これらの樹脂に感光性を付与した感光性樹脂であってもよい。
【0040】
上記難溶性樹脂の具体例としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレン樹脂、ポリオレフィン樹脂、フッ素樹脂等が挙げられる。これらの樹脂は単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
さらには、1分子中に、2個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂がより望ましい。前述の粗化面を形成することができるばかりでなく、耐熱性等にも優れてるため、ヒートサイクル条件下においても、金属層に応力の集中が発生せず、金属層の剥離などが起きにくいからである。
【0041】
上記エポキシ樹脂としては、例えば、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、アルキルフェノールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェノールF型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、フェノール類とフェノール性水酸基を有する芳香族アルデヒドとの縮合物のエポキシ化物、トリグリシジルイソシアヌレート、脂環式エポキシ樹脂等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。それにより、耐熱性等に優れるものとなる。
【0042】
本発明で用いる樹脂フィルムにおいて、上記可溶性粒子は、上記難溶性樹脂中にほぼ均一に分散されていることが望ましい。均一な粗さの凹凸を有する粗化面を形成することができ、樹脂フィルムにビアやスルーホールを形成しても、その上に形成する導体回路の金属層の密着性を確保することができるからである。また、粗化面を形成する表層部だけに可溶性粒子を含有する樹脂フィルムを用いてもよい。それによって、樹脂フィルムの表層部以外は酸または酸化剤にさらされることがないため、層間樹脂絶縁層を介した導体回路間の絶縁性が確実に保たれる。
【0043】
上記樹脂フィルムにおいて、難溶性樹脂中に分散している可溶性粒子の配合量は、樹脂フィルムに対して、3〜40重量%が望ましい。可溶性粒子の配合量が3重量%未満では、所望の凹凸を有する粗化面を形成することができない場合があり、40重量%を超えると、酸または酸化剤を用いて可溶性粒子を溶解した際に、樹脂フィルムの深部まで溶解してしまい、樹脂フィルムからなる層間樹脂絶縁層を介した導体回路間の絶縁性を維持できず、短絡の原因となる場合がある。
【0044】
上記樹脂フィルムは、上記可溶性粒子、上記難溶性樹脂以外に、硬化剤、その他の成分等を含有していることが望ましい。
上記硬化剤としては、例えば、イミダゾール系硬化剤、アミン系硬化剤、グアニジン系硬化剤、これらの硬化剤のエポキシアダクトやこれらの硬化剤をマイクロカプセル化したもの、トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスフォニウム・テトラフェニルボレート等の有機ホスフィン系化合物等が挙げられる。
【0045】
上記硬化剤の含有量は、樹脂フィルムに対して0.05〜10重量%であることが望ましい。0.05重量%未満では、樹脂フィルムの硬化が不十分であるため、酸や酸化剤が樹脂フィルムに侵入する度合いが大きくなり、樹脂フィルムの絶縁性が損なわれることがある。一方、10重量%を超えると、過剰な硬化剤成分が樹脂の組成を変性させることがあり、信頼性の低下を招いたりしてしまうことがある。
【0046】
上記その他の成分としては、例えば、粗化面の形成に影響しない無機化合物あるいは樹脂等のフィラーが挙げられる。上記無機化合物としては、例えば、シリカ、アルミナ、ドロマイト等が挙げられ、上記樹脂としては、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアクリル樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリフェニレン樹脂、メラニン樹脂、オレフィン系樹脂等が挙げられる。これらのフィラーを含有させることによって、熱膨脹係数の整合や耐熱性、耐薬品性の向上などを図りプリント配線板の性能を向上させることができる。
【0047】
また、上記樹脂フィルムは、溶剤を含有していてもよい。上記溶剤としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、酢酸エチル、酢酸ブチル、セロソルブアセテートやトルエン、キシレン等の芳香族炭化水素等が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種類以上併用してもよい。
【0048】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図を参照して説明する。
先ず、本発明の第1実施形態に係るプリント配線板の構成について図11、図12を参照して説明する。図11は、パッケージ基板10の断面を示し、図12は、図11の一部を拡大して示す。図11のパッケージ基板10は、ICチップ90を搭載し、ドータボード95側へ取り付けた状態を示している。
【0049】
パッケージ基板10は、チップコンデンサ20と、チップコンデンサ20を収容する積層コア基板30と、ビルドアップ層80A、80Bを構成する層間樹脂絶縁層144、244とからなる。積層コア基板30は、コンデンサ20を収容する通孔11Aの形成された第1コア基板11と、該第1コア基板11の上層に樹脂層13Uを介して積層された第2コア基板12Uと、第1コア基板11の下層に樹脂層13Dを介して積層された第3コア基板12Dとから成る。第2コア基板12U及び第3コア基板12Dには、コンデンサ20の電極21、22と接続するバイアホール60及び導体回路58が形成されている。積層コア基板30には、ビルトアップ層80Aとビルトアップ層80Bを接続するスルーホール36が形成されている。ビルドアップ層80A、80Bを構成する層間樹脂絶縁層144には、バイアホール160及び導体回路158が形成され、層間樹脂絶縁層244には、バイアホール260及び導体回路258が形成されている。
【0050】
層間樹脂絶縁層244の上層には、ソルダーレジスト層70が配設され、ソルダーレジスト層70に形成された開口71を介して、上側のバイアホール260及び導体回路258に、半田バンプ76Uが形成され、該半田バンプ76UによりICチップ90のパッド92と接続されている。一方、下側の上側のバイアホール260及び導体回路258に、BGA76Dが形成され、該BGA76Dによりドータボード95のパッド96と接続されている。
【0051】
チップコンデンサ20は、図13(A)に示すように第1電極21と第2電極22と、該第1、第2電極に挟まれた誘電体23とから成り、該誘電体23には、第1電極21側に接続された第1導電膜24と、第2電極22側に接続された第2導電膜25とが複数枚対向配置されている。第1電極21及び第2電極の表面には導電性ペースト26が被せてある。
【0052】
ここで、第1電極21及び第2電極22は、Ni、Pb、又は、Ag金属のメタライズからなる。導電性ペースト26は、Cu、Ni又はAg等の金属粒子を含むペーストからなる。ここで、金属粒子の粒径は、0.1〜10μmが望ましく、とくに1〜5μmが最適である。この導電性ペースト26の厚みは、1〜30μmが望ましい。1μm未満では、電極表面の凹凸を無くすことができず、一方、30μmを越えても、特に効果が向上しないからである。ここで、5〜20μmの厚みが最も望ましい。なお、2種類以上の径の異なる粒子を配合したペーストを用いることもでき、更に、2種類以上の異なる金属ペーストを被覆することも可能である。
【0053】
チップコンデンサの電極21,22は、メタライズからなり表面に凹凸がある。このため、金属層を剥き出した状態で用いると、第2コア基板12U、第3コア基板12Dにレーザで開口34を穿設する工程において、該凹凸に樹脂が残ることがある。この際には、当該樹脂残さにより第1、第2電極21,22とバイアホール60との接続不良が発生する。本実施形態においては、導電性ペースト26によって第1、第2電極21,22の表面が平滑になり、電極上に被覆された開口34を穿設した際に、樹脂残さが残らず、バイアホール60を形成した際の電極21,22との接続信頼性を高めることができる。
【0054】
更に、チップコンデンサ20のセラミックから成る誘電体23の表面には粗化層が設けられている。このため、セラミックから成るチップコンデンサ20と樹脂からなる接着剤15及び樹脂充填剤14との密着性が高く、ヒートサイクル試験を実施しても界面での接着剤15及び樹脂充填剤14の剥離が発生することがない。この粗化層は、焼成後に、チップコンデンサ20の表面を研磨することにより、また、焼成前に、粗化処理を施すことにより形成できる。なお、第1実施形態では、コンデンサの表面に粗化処理を施し、樹脂との密着性を高めたが、この代わりに、コンデンサの表面にシランカップリング処理を施すことも可能である。また、予めプリイミド膜を形成しておくことで、表面濡れ性と樹脂との密着性とを高めることもできる。
【0055】
一方、図13(B)に示すように、導電性ペースト26の上に、無電解めっき膜28a及び電解めっき膜28bからなる複合膜28を形成することも好適である。複合膜28の厚みは、0.1〜10μmが望ましく、1〜5μmが最適である。複合膜28を形成することで、第1、第2電極21,22の表面が完全に平滑になり、電極上に被覆された開口34を穿設した際に、樹脂残さが残らず、バイアホール60を形成した際の電極21,22との接続信頼性を高めることができる。更に、銅の複合膜28の形成された電極21、22に、銅めっきによりバイアホール60を形成するため、電極21、22とバイアホール60との接続性が高く、ヒートサイクル試験を実施しても、電極21、22とバイアホール60との間で断線が生じることがない。複合膜の代わりに、1層の金属膜を形成することも可能である。
【0056】
本実施形態のパッケージ基板10では、ICチップ90の直下にチップコンデンサ20を配置するため、ICチップとコンデンサとの距離が短くなり、電力を瞬時的にICチップ側へ供給することが可能になる。即ち、ループインダクタンスを決定するループ長さを短縮することができる。
【0057】
更に、チップコンデンサ20とチップコンデンサ20との間にスルーホール36を設け、チップコンデンサ20を信号線が通過しない。このため、コンデンサを通過させた際に発生する高誘電体によるインピーダンス不連続による反射、及び、高誘電体通過による伝搬遅延を防ぐことができる。
【0058】
また、プリント配線板の裏面側に接続される外部基板(ドータボード)94とコンデンサ20の第1電極21,第2電極22とは、ICチップ側の第2コア基板12Uに設けられたバイアホール60及びドータボード側の第3コア基板12Dに設けられたバイアホール60を介して接続される。即ち、コンデンサ20の端子21,22とICチップ90、ドータボード95とを直接接続するため、配線長を短縮することができる。
【0059】
ひき続き、図11を参照して上述したプリント配線板の製造方法について、図1〜図10を参照して説明する。
(1)先ず、厚さ0.06mmのBT(ビスマレイミドートリアジン)またはガラスエポキシからなる基材の片面に12μmの銅箔31がラミネートされてなる銅貼積層基板(第2コア基板)12Uを出発材料とする(図1(A))。なお、FR4、FR5、ガラスエポキシ樹脂などの補強材が含浸された基材などを用いることができる。また、これ以外にも熱膨張率を整合させるためにCTEを低くした樹脂材料を用いてもよい。CTEを低くするため、樹脂中にシリカ、アルミナなどの無機粒子を含有させてもよい。
【0060】
(2)銅箔31にエッチングを施し、後述する工程でコンフォマルマスクとするための開口31aを形成する。その後、チップコンデンサを固定するためのエポキシ等の熱硬化性接着剤15を所定位置に塗布する(図1(B))。熱硬化性接着剤15は、熱膨張率がコア基板よりも小さいものが望ましい。
【0061】
(3)熱硬化性接着剤15に図13(A)を参照して上述したチップコンデンサ20を張り付け、加熱して熱硬化性接着剤15を硬化させる(図1(C)。
【0062】
(4)チップコンデンサ20を収容するための通孔11Aの形成された第1コア基板11と、上記第2コア基板12Uと同様に、銅箔31に開口31aを形成した第3コア基板12Dとを、開口13Aの形成されたプリプレグ13U、13Dを介して積層させる(図2(A))。第1コア基板11は、第2コア基板12Uと同じ材質で、厚み0.4mmに形成されている。第3コア基板は、第2コア基板12Uと同様に形成されている。プリプレグ13U、13Dは、ガラスクロス等の芯材にエポキシ樹脂を含浸させ厚み0.1mmに形成されているが、プリプレグとして、エポキシ以外でも、BT、フェノール樹脂あるいはガラスクロスなどの強化材を含有しているもの等、一般的にプリント配線板で使用されるものを用い得る。なお、ガラスクロスなどの芯材を有しない樹脂基板を用いることもできる。なお、コア基板をセラミックやAINなどの基板を用いることはできなかった。該基板は外形加工性が悪く、コンデンサを収容することができないことがあり、樹脂で充填させても空隙が生じてしまうためである。
【0063】
(5)上記積層した第2コア基板12U、第1コア基板11、第3コア基板12Dを、ステンレス製のプレス板100A、100Bで両面からプレスし、プリプレグ13U、13Dからしみ出す樹脂充填剤(エポキシ)14により、第コア基板1の通孔11A、プリプレグ13U、13Dの開口13Aを充填する。この加圧は、コア基板内での気泡の発生を防ぐため、減圧して行うことが望ましい。その後、加熱して硬化させることで、チップコンデンサ20を収容する積層コア基板30を完成する(図2(B))。
【0064】
(6)積層コア基板30の所定位置にドリルでスルーホールとなる貫通孔33を穿設する(図2(C))。
【0065】
(7)CO2レーザ、YAGレーザ、エキシマレーザあるいはUVレーザにより銅箔31に形成した開口31aをコンフォマルマスクとして用いて、チップコンデンサ20の第1、第2電極21,22へ至るバイアホールとなる開口34を穿設する(図3(A))。この開口34を形成する際に、上述したように第1、第2電極21、22の表面に導電性ペースト26が塗布され表面が平滑化されているため、第1、第2電極21、22の表面に樹脂残滓が残ることがない。
【0066】
(8)積層コア基板30の表層、バイアホール用非貫通孔(開口)34及びスルーホール用貫通孔33内に金属膜16を形成させる(図3(B))。このために、接続層40の表面にパラジウム触媒を付与してから、無電解めっき液に積層コア基板30を浸漬し、均一に無電解銅めっき膜16を析出させる。ここでは、無電解めっきを用いているが、スパッタにより、銅、ニッケル等の金属層を形成することも可能である。スパッタはコスト的には不利であるが、樹脂層との密着性を改善できる利点がある。また、場合によってはスパッタで形成した後に、無電解めっき膜を形成させてもよい。樹脂によっては、触媒付与が安定しないものには有効であるし、無電解めっき膜と形成させた方が電解めっきの析出性が安定するからである。金属膜16は、0.1〜3mmの範囲で形成することが望ましい。上述したように、チップコンデンサ20の第1、第2電極21、22の表面に樹脂が残っていないため、無電解めき膜16により第1、第2電極21、22へ適正に接続を取ることができる。
【0067】
(9)その後、金属膜16の表面に感光性ドライフィルムを張り付け、マスクを載置して、露光・現像処理し、所定パターンのめっきレジスト17を形成する(図3(C))。
【0068】
(10)そして、電解めっき液に積層コア基板30を浸漬し、無電解めっき膜16を介して電流を流し電解銅めっき膜18を析出させる(図4(A))。
【0069】
(11)めっきレジスト17を5%のKOH で剥離した後、レジスト17下の無電解めっき膜16及び銅箔31を硫酸と過酸化水素混合液でエッチングして除去し、バイアホール60、導体回路58及びスルーホール36を形成する(図4(B))。
【0070】
(12)導体回路58、バイアホール60及びスルーホール36の導体層の表面に粗化層58α、粗化層60α、粗化層36αを設ける。酸化(黒化)−還元処理、Cu−Ni−Pからなる合金などの無電解めっき膜、あるいは、第二銅錯体と有機酸塩からなるエッチング液などのエッチング処理によって粗化層を施す。粗化層はRa(平均粗度高さ)=0.01〜5μmである。特に望ましいのは、0.5〜3μmの範囲である。なお、ここでは粗化層を形成しているが、粗化層を形成せず後述するように直接樹脂を充填、樹脂フィルムを貼り付けることも可能である。
【0071】
(13)下記組成の樹脂充填剤を用意する。
〔熱硬化性樹脂▲1▼〕
ビスフェノールF型エポキシモノマー(油化シェル製、分子量310 、YL983U) 100重量部。
〔硬化剤▲2▼〕
イミダゾール硬化剤(四国化成製、2E4MZ-CN)6.5 重量部。
〔無機粒子▲3▼〕
シリカ(アドマテック製、CRS 1101−CE、ここで、使用するシリカは表面にシランカップリング剤がコーティングされた平均粒径 1.6μmのSiO2 球状粒子、最大粒子の大きさは後述する内層銅パターンの厚み(15μm)以下とする) 170重量部。第1実施形態では、樹脂充填剤に添加する無機粒子は、上述したように10〜80vol%、ここでは、50vol%にする。
上記ビスフェノールF型エポキシモノマー、イミダゾール硬化剤、シリカにレベリング剤(サンノプコ製、ペレノールS4)1.5 重量部を攪拌混合することにより、その混合物の粘度を23±1℃で5〜30Pa.Sに調整する。第1実施形態では、粘度5Pa.Sに調整して得たものを用いる。
【0072】
(14)積層コア基板30の表面及びスルーホール36内部に、上記調整した樹脂充填剤37を印刷で充填させる(図5(A))。スルーホール36に上記Aで調整した樹脂充填剤39を充填することで、クラックの発生を防止して、電気的接続性、信頼性を向上させる。ここで、従来の充填剤(熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、もしくはその樹脂複合体)をベースにして、有機樹脂フィラー、無機フィラー、金属フィラーなどを配合してコア基板と内層充填剤との熱膨張の整合を行ってもよい。この際、フィラーの配合量は、10〜80vol%であることが望ましい。80℃、30分で樹脂充填剤を半硬化させた。半硬化させたのは、研磨し易くするためである。
【0073】
(15)上記(13)の処理を終えた積層コア基板30の片面をベルト研磨紙(三共理化学社製)を用いたベルトサンダー研磨により、導体回路58の表面やスルーホール36のランド36a表面に樹脂充填剤39が残らないように研磨を行う。ついで、上記ベルトサンダー研磨による傷を取り除くためのバフ研磨を行う。この工程を基板の他方の面についても同様に行う。そして、充填した樹脂充填剤37を加熱硬化させる(図5(B))。本実施形態では、積層コア基板30の表面に第2コア基板12U、第3コア基板12Dを配設するため堅牢であり、表面を研磨して平滑にすることができる。これにより、後述する工程で形成する層間樹脂絶縁層144にうねりが発生せず、高い信頼性で導体回路158、バイアホール160を形成することができる。
【0074】
(16)次に、上記(15)の処理を終えた積層コア基板30の両面に、上記(4)と同様に一旦平坦化された下層導体回路58の表面と、スルーホール36のランド36a表面とをエッチングを施すことにより、下層導体回路58の表面及びスルーホール36のランド36a表面に、粗化面58β、粗化面38βを形成する(図5(C))。エッチング液は、第1二銅錯体と有機酸塩からなるものがある。無電解めっきや酸化還元処理を用いて粗化面を形成することもできる。
【0075】
(17)上記(16)工程を終えた積層コア基板30の両面に、厚さ50μmの可溶性フィラーを含む熱硬化型樹脂シートを温度50〜150℃まで昇温しながら圧力5kg/cm2で真空圧着ラミネートし、層間樹脂絶縁層144を設ける(図6(A))。層間樹脂絶縁層としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂からなる樹脂あるいは、それらに感光性を有する基を置換した樹脂でもよい。具体例として、エポキシ樹脂、ポリフェノール樹脂、ポリイミド樹脂等のプリント配線板に使用されている樹脂がある。また、高周波領域において低誘電率である樹脂を用いてもよい。樹脂の真空圧着時の真空度は、10mmHgである。なお、ここでは樹脂フィルムを貼り付けて層間絶縁層を形成したが、印刷機を用いて、樹脂を塗布することにより層間絶縁層を形成してもよい。
【0076】
(18)次に、層間樹脂絶縁層144に開口45aの形成されたマスク45を載置し、バイアホールとなる開口146を形成する(図6(B))。ここでは、炭酸(CO2)ガスレーザにて、ビーム径5mm、パルス幅15μ秒、マスクの穴径0.8mm、1ショットの条件で層間樹脂絶縁層144に直径80μmのバイアホール用開口46を設ける。
【0077】
(19)次に、クロム酸、過マンガン酸塩などの酸化剤等に浸漬させることによって、層間樹脂絶縁層144の粗化面144αを設ける(図6(C)参照)。該粗化面144αは、0.1〜5μmの範囲で形成されることがよい。その一例として、過マンガン酸ナトリウム溶液50g/l、温度60℃中に5〜25分間浸漬させることによって、2〜3μmの粗化面144αを設ける。上記以外には、層間樹脂絶縁層144にプラズマ処理を行い、層間樹脂絶縁層144の表層を粗化し、粗化面144αを形成する。この際には、不活性ガスとしてアルゴンガスを使用し、電力200W、ガス圧0.6Pa、温度70℃の条件で(プラズマ装置日本真空技術株式会社製 SV−4540)、2分間プラズマ処理を実施する。
【0078】
(20)層間樹脂絶縁層144の表層にスパッタリングでCu(又はNi、P、Pd、Co、W)の合金をターゲットした金属層52を形成する(図7(A))。形成条件として、気圧0.6Pa、温度80℃、電力200W、時間5分(プラズマ装置日本真空技術株式会社製 SV−4540)で実施する。これにより、層間樹脂絶縁層144の表層に合金層を形成させることができる。このときの金属層52の厚みは、0.2μmである。金属層52の厚みとしては、0.1〜2μmがよい。スパッタ以外には、蒸着、スパッタなどを行わないで、めっき層を形成させてもよい。あるいは、これらの複合体でもよい。
【0079】
めっきの一例を説明する。積層コア基板30をコンディショニングし、アルカリ触媒液中で触媒付与を5分間行う。積層コア基板30を活性化処理し、ロッシェル塩タイプの化学銅めっき浴で厚さ0.6μmの無電解めっき膜52を付ける。
化学銅メッキのメッキ条件:
CuSO4 ・5H2O 10g/l
HCHO 8g/l
NaOH 5g/l
ロッシェル塩 45g/l
添加剤 30ml/l
温度 30℃
メッキ時間 18分
【0080】
(21)金属膜52上に、厚さ25μmの感光性フィルム(ドライフィルム)を貼り付けて、マスクを載置して、100 mJ/cmで露光、0.8 %炭酸ナトリウムで現像処理し、めっきレジスト54を設ける。次に、無電解めっき膜52上のめっきレジスト54の非形成部に下記条件で電解めっきを施し、電解めっき膜56を形成する(図7(B))。電解めっき膜56の厚みとしては、5〜20μmがよい。
【0081】
〔電解めっき水溶液〕
硫酸 2.24 mol/l
硫酸銅 0.26 mol/l
添加剤 19.5 ml/l
〔電解めっき条件〕
電流密度 1 A/dm2
時間 65 分
温度 22±2 ℃
【0082】
(22)次いで、50℃、40g/lのNaOH水溶液中でめっきレジスト54を剥離除去する。その後、硫酸―過酸化水素水溶液を用い、エッチングにより、めっきレジスト54下の無電解めっき膜52を除去して、層間樹脂絶縁層144上に導体回路158(バイアホール160を含む)を形成する。その後、導体回路158及びバイアホール160の表面に粗化処理を施す(図8(A))。
【0083】
(23)上記(17)〜(22)の工程を繰り返し、層間樹脂絶縁層144の上に、バイアホール260及び導体回路258を備える層間樹脂絶縁層244を形成する(図9(A))。
【0084】
(24)一方、DMDGに溶解させた60重量%のクレゾールノボラック型エポキシ樹脂(日本化薬製)のエポキシ基50%をアクリル化した感光性付与のオリゴマー(分子量4000)を 46.67g、メチルエチルケトンに溶解させた80重量%のビスフェノールA型エポキシ樹脂(油化シェル製、エピコート1001)15.0g、イミダゾール硬化剤(四国化成製、商品名:2E4MZ−CN)16g、感光性モノマーである多価アクリルモノマー(日本化薬製、R604 )3g、同じく多価アクリルモノマー(共栄社化学製、DPE6A ) 1.5g、に分散系消泡剤(サンノプコ社製、S−65)0.71gを混合し、さらにこの混合物に対して光開始剤としてのベンゾフェノン(関東化学製)を2g、光増感剤としてのミヒラーケトン(関東化学製)を 0.2g加えて、粘度を25℃で 2.0Pa・sに調整したソルダーレジスト組成物を得る。
なお、粘度測定は、B型粘度計(東京計器、 DVL-B型)で 60rpmの場合はローターNo.4、6rpm の場合はローターNo.3による。
【0085】
(25)前述(24)で得られたパッケージ基板の両面に、上記ソルダーレジスト組成物を20μmの厚さで塗布する。次いで、70℃で20分間、70℃で30分間の乾燥処理を行った後、円パターン(マスクパターン)が描画された厚さ5mmのフォトマスクフィルムを密着させて載置し、1000mJ/cmの紫外線で露光し、DMTG現像処理する。そしてさらに、80℃で1時間、 100℃で1時間、 120℃で1時間、 150℃で3時間の条件で加熱処理し、半田パッド部分(バイアホールとそのランド部分を含む)に開口71を有するソルダーレジスト層70(厚み20μm)を形成する(図9(B))。ICチップ接続の半田バンプを形成させる半田パッドは、開口径100〜170μmで開口させるのがよい。また外部端子接続のためBGA/PGAを配設させる半田パッドは開口径300〜650μmで開口させるのがよい。
【0086】
(26)その後、塩化ニッケル2.3 ×10−1mol/l、次亜リン酸ナトリウム2.8 ×10−1mol/l、クエン酸ナトリウム1.6 ×10−1mol/l、からなるpH=4.5の無電解ニッケルめっき液に、20分間浸漬して、開口部71に厚さ5μmのニッケルめっき層72を形成する。その後、表層には、シアン化金カリウム7.6 ×10−3mol/l、塩化アンモニウム1.9 ×10−1mol/l、クエン酸ナトリウム1.2 ×10−1mol/l、次亜リン酸ナトリウム1.7 ×10−1mol/lからなる無電解金めっき液に80℃の条件で7.5分間浸漬して、ニッケルめっき層72上に厚さ0.03μmの金めっき層74を形成する(図10(A))。
【0087】
(27)そして、ソルダーレジスト層70の開口部71へSn/Ag(Sn/Ag/CuまたはSn/Sb)からなる低融点金属のペーストを充填する。この低融点金属は、Pbを含まない合金を用いているため、環境に悪影響を与えることがない。低融点金属のペーストをリフローして、半田バンプ76U、BGA76Dを形成する(図10(B))。
【0088】
完成したパッケージ基板10の半田バンプ76Uに、ICチップ90のパッド92が対応するように載置し、リフローを行いICチップ90を搭載する。このICチップ90を搭載したパッケージ基板10を、ドータボード95側のパッド96に対応するように載置してリフローを行い、ドータボード95へ取り付ける(図11参照)。ここでは、ドータボードとの接続側にBGA76Dを形成したが、この代わりに半田バンプを配設することも可能である。
【0089】
引き続き、本発明の第1実施形態の改変例に係るプリント配線板について、図14を参照して説明する。改変例のプリント配線板は、上述した第1実施形態とほぼ同様である。但し、この第2改変例のプリント配線板では、導電性ピン97が配設され、該導電性ピン97を介してドータボードとの接続を取るように形成されている。
【0090】
また、上述した第1実施形態では、積層コア基板30に収容されるチップコンデンサ20のみを備えていたが、改変例では、表面及び裏面に大容量のチップコンデンサ86が実装されている。
【0091】
ICチップは、瞬時的に大電力を消費して複雑な演算処理を行う。ここで、ICチップ側に大電力を供給するために、本実施形態では、プリント配線板に電源用のチップコンデンサ20及びチップコンデンサ86を備えてある。このチップコンデンサによる効果について、図15を参照して説明する。
【0092】
図15は、縦軸にICチップへ供給される電圧を、横軸に時間を取ってある。ここで、二点鎖線Cは、電源用コンデンサを備えないプリント配線板の電圧変動を示している。電源用コンデンサを備えない場合には、大きく電圧が減衰する。破線Aは、表面にチップコンデンサを実装したプリント配線板の電圧変動を示している。上記二点鎖線Cと比較して電圧は大きく落ち込まないが、ループ長さが長くなるので、律速の電源供給が十分に行えていない。即ち、電力の供給開始時に電圧が降下している。また、二点鎖線Bは、図11を参照して上述したチップコンデンサを内蔵するプリント配線板の電圧降下を示している。ループ長さは短縮できているが、積層コア基板30に容量の大きなチップコンデンサを収容することができないため、電圧が変動している。ここで、実線Eは、図14を参照して上述したコア基板内のチップコンデンサ20を、また表面に大容量のチップコンデンサ86を実装する改変例のプリント配線板の電圧変動を示している。ICチップの近傍にチップコンデンサ20を、また、大容量(及び相対的に大きなインダクタンス)のチップコンデンサ86を備えることで、電圧変動を最小に押さえている。
【0093】
引き続き、本発明の第2実施形態に係るプリント配線板の構成について図16及び図17を参照して説明する。
この第2実施形態のプリント配線板の構成は、上述した第1実施形態とほぼ同様である。但し、積層コア基板30への収容されるチップコンデンサが異なる。図17(A)はチップコンデンサ120の平面を、図17(B)は図17(A)のB−B断面を示している。上述した第1実施形態では、複数個の小容量のチップコンデンサをコア基板に収容したが、第2実施形態では、大容量の大判のチップコンデンサ120をコア基板に収容してある。ここで、チップコンデンサ120は、マトリクス状に多数配設された第1電極121と第2電極122と、誘電体23と、第1電極121へ接続された第1導電膜24と、第2電極122側に接続された第2導電膜25と、第1導電膜24及び第2導電膜25へ接続されていないチップコンデンサの上下面の接続用の電極127とから成る。この電極127を介してICチップ側とドータボード側とが接続されている。電極121,122、127の表面には、第1実施形態と同様に導電性ペースト26が塗布され表面の平滑化がはかられている。
【0094】
この改変例のプリント配線板では、大判のチップコンデンサ20を用いるため、容量の大きなチップコンデンサを用いることができる。また、大判のチップコンデンサ20を用いるため、ヒートサイクルを繰り返してもプリント配線板に反りが発生することがない。更に、複数の電極から配線を取り回すことが可能であるため、電源ライン、アースラインの数を増やすことで、電源ライン、アースラインのインダクタンス分を減らすことができ、高周波数性能を高めることが可能になる。更に、コンデンサの電極127をスルーホールとして用いることが可能になる。なお、第2実施形態でも、第1実施形態の改変例と同様に表面に大容量のコンデンサを実装することが好適である。
【0095】
また、第1、第2実施形態のプリント配線板では、チップコンデンサ20を図18(A)に示すように第1、第2電極21,22の被覆層(図示せず)を完全に剥離した後、銅めっき膜29により被覆することもできる。そして、銅めっき膜29で被覆した第1、第2電極21,22に銅めっきよりなるバイアホール60で電気的接続を取ってある。ここで、チップコンデンサの電極21,22は、メタライズからなり表面に凹凸がある。このため、金属層を剥き出した状態で用いると、第2コア基板12U、第3コア基板12Dにレーザで開口34を穿設する工程において、該凹凸に樹脂が残ることがある。この際には、当該樹脂残さにより第1、第2電極21,22とバイアホール60との接続不良が発生する。これに対して、銅めっき膜29によって被覆することで、第1、第2電極21,22の表面が平滑になり、第2コア基板12U、第3コア基板12Dにレーザで開口34を穿設した際に、樹脂残さが残らず、バイアホール60を形成した際の電極21,22との接続信頼性を高めることができる。
【0096】
更に、銅めっき膜29の形成された電極21、22に、めっきによりバイアホール60を形成するため、電極21、22とバイアホール60との接続性が高く、ヒートサイクル試験を実施しても、電極21、22とバイアホール60との間で断線が生じることがない。マイグレーションの発生もなく、コンデンサのバイアホールの接続部での不都合を引き起こさなかった。
【0097】
なお、上記銅めっき膜29は、チップコンデンサの製造段階で金属層26の表面に被覆されたニッケル/スズ層(被覆層)を、プリント配線板への搭載の段階で剥離してから設ける。この代わりに、チップコンデンサ20の製造段階で、金属層26の上に直接銅めっき膜29を被覆することも可能である。即ち、第2実施形態では、第1実施形態と同様に、レーザにて電極の銅めっき膜29へ至る開口を設けた後、デスミヤ処理等を行い、バイアホールを銅めっきにより形成する。従って、銅めっき膜29の表面に酸化膜が形成されていても、上記レーザ及びデスミヤ処理で酸化膜を除去できるため、適正に接続を取ることができる。
【0098】
また、図18(B)に示すようにチップコンデンサ20のメタライズからなる第1電極21、第2電極22を露出させてプリント配線板に収容し、露出した第1電極21、第2電極22に電気的接続を取ることもできる。このとき、第1電極21、第2電極22は、主成分がCuであることが望ましい。接続抵抗を低減することができるからである。
【0099】
ここで、第1実施形態のプリント配線板について、コア基板内に埋め込んだチップコンデンサ20のインダクタンスと、プリント配線板の裏面(ドータボード側の面)に実装したチップコンデンサのインダクタンスとを測定した値を示す。
コンデンサ単体の場合
埋め込み形 137pH
裏面実装形 287pH
コンデンサを8個並列に接続した場合
埋め込み形 60pH
裏面実装形 72pH
以上のように、コンデンサを単体で用いても、容量を増大させるため並列に接続した場合にも、チップコンデンサを内蔵することでインダクタンスを低減できる。
【0100】
次に、信頼性試験を行った結果について説明する。ここでは、第1実施形態のプリント配線板において、1個のチップコンデンサの静電容量の変化率を測定した。

Figure 0004945842
【0101】
Steam試験は、蒸気に当て湿度100%に保った。また、HAST試験では、相対湿度100%、印加電圧1.3V、温度121℃で100時間放置した。TS試験では、−125℃で30分、55℃で30分放置する試験を1000回線り返した。
【0102】
上記信頼性試験において、チップコンデンサを内蔵するプリント配線板においても、既存のコンデンサ表面実装形と同等の信頼性が達成できていることが分かった。また、上述したように、TS試験において、セラミックから成るコンデンサと、樹脂からなるコア基板及び層間樹脂絶縁層の熱膨張率の違いから、内部応力が発生しても、チップコンデンサの端子とバイアホールとの間に断線、チップコンデンサと層間樹脂絶縁層との間で剥離、層間樹脂絶縁層にクラックが発生せず、長期に渡り高い信頼性を達成できることが判明した。
【0103】
【発明の効果】
本願発明では、上述したようにプリント配線板内にコンデンサを配置するため、ICチップとコンデンサとの距離が短くなり、ループインダクタンスを低減することができる。また、コア基板は、コンデンサを収容する第1のコア基板の上下に第2、第3のコア基板を積層してなるため、堅牢であり、セラミックからなり熱膨張率の小さいコンデンサを収容しても、コンデンサとコア基板との熱膨張率差による応力を層間樹脂絶縁層に与え導体回路にクラックが発生することがなく、高い信頼性を備えるプリント配線板を実現できる。また、コア基板は、表面を研磨して平坦化できるため、コア基板上層の層間樹脂絶縁層にうねりが生じず、層間樹脂絶縁層上に適正にバイアホール、導体回路を形成することができる。
【0104】
コンデンサの下部からも接続することが可能となるので、ループインダクタンスの距離を短くし、配設する自由度を増す構造であるといえる。
また、コア基板とコンデンサの間に樹脂が充填されているので、コンデンサなどが起因する応力が発生しても緩和されるし、マイグレーションの発生がない。そのために、コンデンサの電極とバイアホールの接続部への剥離や溶解などの影響がない。
そのために、信頼性試験を実施しても所望の性能を保つことができるのである。
また、コンデンサを銅によって被覆されている場合にも、マイグレーションの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係るプリント配線板の製造工程図である。
【図2】本発明の第1実施形態に係るプリント配線板の製造工程図である。
【図3】本発明の第1実施形態に係るプリント配線板の製造工程図である。
【図4】本発明の第1実施形態に係るプリント配線板の製造工程図である。
【図5】本発明の第1実施形態に係るプリント配線板の製造工程図である。
【図6】本発明の第1実施形態に係るプリント配線板の製造工程図である。
【図7】本発明の第1実施形態に係るプリント配線板の製造工程図である。
【図8】本発明の第1実施形態に係るプリント配線板の製造工程図である。
【図9】本発明の第1実施形態に係るプリント配線板の製造工程図である。
【図10】本発明の第1実施形態に係るプリント配線板の製造工程図である。
【図11】第1実施形態に係るプリント配線板の断面図である。
【図12】図11のプリント配線板の拡大断面図である。
【図13】(A)及び(B)は、第1実施形態のプリント配線板に収容されるチップコンデンサの断面図である。
【図14】第1実施形態の改変例に係るプリント配線板の断面図である。
【図15】ICチップへの供給電圧と時間との変化を示すグラフである。
【図16】第2実施形態に係るプリント配線板の断面図である。
【図17】(A)は第2実施形態のプリント配線板に収容されるチップコンデンサの断面図であり、(B)は、平面図である。
【図18】(A)及び(B)は、第1実施形態のプリント配線板に収容されるチップコンデンサの断面図である。
【図19】(A)及び(B)は、従来技術に係るプリント配線板のループインダクタンスの説明図である。
【符号の説明】
10 プリント配線板
11 第1コア基板
11A 通孔
12A 通孔
12U 第2コア基板
12D 第3コア基板
13U プリプレグ
13D プリプレグ
14 樹脂充填剤
15 接着剤
20 チップコンデンサ
21 第1電極
22 第2電極
26 導電性ペースト
30 積層コア基板
31 導体回路(コンフォマルマスク)
31a 開口
36 スルーホール
37 樹脂充填剤
58 導体回路
60 バイアホール
70 ソルダーレジスト
76U 半田バンプ
76D BGA
86 コンデンサ
90 ICチップ
94 ドータボード
97 導電性接続ピン
144 層間樹脂絶縁層
158 導体回路
160 バイアホール
258 導体回路
260 バイアホール[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a printed wiring board on which an electronic component such as an IC chip is placed, and more particularly to a printed wiring board having a capacitor built therein.
[0002]
[Prior art]
Usually, in the computer, the wiring distance between the power source and the IC chip is long, and the loop inductance of this wiring portion is very large. For this reason, the fluctuation of the IC drive voltage at the time of high-speed operation becomes large, which may cause an IC malfunction. It is also difficult to stabilize the power supply voltage. For this reason, a capacitor is mounted on the surface of the printed wiring board as an auxiliary to power supply.
[0003]
That is, the loop inductance that causes voltage fluctuation is the wiring length from the power source shown in FIG. 19A to the power source terminal 272P of the IC chip 270 via the power source line in the printed wiring board 300, and the ground terminal of the IC chip 270. It depends on the wiring length from 272E to the power supply through the ground wire in the printed wiring board 300 from the power supply. In addition, the loop inductance can be reduced by narrowing the distance between the power lines and the ground lines, for example, between the wirings through which currents flow in opposite directions.
For this reason, as shown in FIG. 19B, by mounting a chip capacitor 298 on the printed wiring board 300, the inside of the printed wiring board 300 connecting the IC chip 270 and the chip capacitor 292 serving as a power supply source. The loop inductance is reduced by shortening the wiring length between the power line and the grounding wire and reducing the wiring interval.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the magnitude of the voltage drop causing the IC drive voltage fluctuation depends on the frequency. For this reason, as the driving frequency of the IC chip increases, the loop inductance cannot be reduced even if the chip capacitor is mounted on the surface as described above with reference to FIG. It became difficult to keep it down.
[0005]
For this reason, this inventor had the idea of accommodating a chip capacitor in a printed wiring board. As a technique for embedding a capacitor in a substrate, JP-A-6-326472, JP-A-7-263619, JP-A-10-256429, JP-A-11-45955, JP-A-11-126978, and JP-A-11-31868 are disclosed. Etc.
[0006]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-326472 discloses a technique of embedding a capacitor in a resin substrate made of glass epoxy. With this configuration, it is possible to reduce power supply noise, eliminate the need for a space for mounting a chip capacitor, and reduce the size of the insulating substrate. Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-263619 discloses a technique for embedding a capacitor in a substrate such as ceramic or alumina. With this configuration, by connecting between the power supply layer and the ground layer, the wiring length is shortened and the wiring inductance is reduced.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described technology cannot reduce the distance from the IC chip to the capacitor so much, and in the further high frequency region of the IC chip, the inductance cannot be reduced as currently required. In particular, in the resin-made multilayer build-up wiring board, due to the difference in thermal expansion coefficient between the ceramic capacitor and the resin core substrate and the interlayer resin insulation layer, the disconnection between the terminal of the chip capacitor and the via hole, Peeling occurred between the chip capacitor and the interlayer resin insulation layer, and cracks occurred in the interlayer resin insulation layer, and high reliability could not be achieved over a long period of time.
[0008]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a printed wiring board that can reduce loop inductance and has high reliability, and a method for manufacturing the same.
[0009]
  In order to solve the above-described problem, in claim 1, a printed wiring board is formed by laminating a resin insulating layer and a conductor circuit on a core substrate that accommodates a capacitor, and the core substrate is configured to accommodate the capacitor. The second and third core substrates are stacked above and below the first core substrate in which the holes are formed, and a pair of via holes are formed in the second and third core substrates,Forming a metal film on the electrode of the capacitor and connecting the first and second electrodes of the capacitor, respectively;One and the other of a pair of via holes;The metal film was formedBetween the first electrode and the second electrode of the capacitorBy platingThe technical feature is that each has an electrical connection.
[0010]
  According to the first aspect, since the capacitor is arranged in the printed wiring board, the distance between the IC chip and the capacitor is shortened, and the loop inductance can be reduced. In addition, the core substrate is formed by laminating the second and third core substrates on the top and bottom of the first core substrate that accommodates the capacitor. Therefore, the core substrate is robust and accommodates a capacitor made of ceramic and having a low coefficient of thermal expansion. However, stress due to the difference in thermal expansion coefficient between the capacitor and the core substrate is applied to the interlayer resin insulation layer, and the conductor circuit is not cracked, and a printed wiring board having high reliability can be realized. Moreover, since the surface of the core substrate can be polished and flattened, no undulation occurs in the interlayer resin insulation layer on the core substrate, and a via hole and a conductor circuit can be appropriately formed on the interlayer resin insulation layer.
  Furthermore, via holes are provided on both sides of the core substrate, so that the IC chip and the capacitor accommodated in the substrate can be connected to the power supply arranged on the external connection substrate and the capacitor accommodated in the substrate at the shortest distance. Can connect. For this reason, the voltage can be instantaneously compensated from the power source to the IC chip, and the IC drive voltage can be quickly stabilized.
  Further, electrical connection is made to the electrode of the chip capacitor formed with the metal film by a via hole formed by plating. Here, the electrode of the chip capacitor is made of metallization and has an uneven surface, but the surface is smoothed by the metal film, and a via hole is formed, so when a through hole is formed in the resin coated on the electrode The resin residue does not remain, and the connection reliability between the via hole and the electrode can be improved. Furthermore, since via holes are formed by plating on the plated electrodes, the connectivity between the electrodes and via holes is high, and disconnection between the electrodes and via holes may occur even when a heat cycle test is performed. Absent.
The metal film of the capacitor electrode is preferably provided with any one of copper, nickel, and a noble metal. This is because a layer of tin, zinc or the like in the built-in capacitor tends to induce migration at the connection portion with the via hole. Therefore, the occurrence of migration can also be prevented.
[0011]
It is desirable to fill the voids in the core substrate with resin. By eliminating the gap between the capacitor and the core substrate, the built-in capacitor is less likely to behave, and even if stress originating from the capacitor is generated, it can be relaxed by the filled resin. The resin also has an effect of reducing adhesion and migration between the capacitor and the core substrate.
[0012]
As the resin to be filled, a thermosetting resin, a photosensitive resin, a thermoplastic resin, or a composite thereof can be used. In addition to this, an adhesive resin sheet such as a prepreg may be sandwiched in advance and filled with a resin that exudes from the prepreg when the substrate is pressure-bonded.
[0013]
In addition, the surface of the chip capacitor can be roughened. As a result, the adhesion between the ceramic chip capacitor and the resin adhesive and resin filler is increased, and the adhesive and resin filler may be peeled off at the interface even when the heat cycle test is performed. Absent.
[0014]
According to the second aspect, the first, second, and third core substrates are made of the resin substrate in which the core material is impregnated with the resin, so that sufficient strength can be obtained.
[0015]
  In claim 3, since the conductive paste is applied to the surface of the capacitor electrode, the surface becomes completely flat. For this reason, when an opening is made in the second and third core substrates with a laser, no resin remains on the surface of the electrode, and the connection reliability between the electrode and the via hole formed by plating can be improved. .
[0016]
According to a fourth aspect of the present invention, a capacitor is provided on the surface in addition to the capacitor accommodated in the substrate. Since the capacitor is accommodated in the printed wiring board, the distance between the IC chip and the capacitor is shortened, the loop inductance can be reduced, and the power can be supplied instantaneously. Since the capacitor is disposed, a large-capacity capacitor can be attached, and a large amount of power can be easily supplied to the IC chip.
[0017]
According to the fifth aspect, since the capacitance of the capacitor on the surface is equal to or larger than the capacitance of the capacitor on the inner layer, there is no shortage of power supply in the high frequency region, and a desired operation of the IC chip is ensured.
[0018]
According to the sixth aspect of the present invention, since a capacitor having electrodes formed in a matrix is used, a large chip capacitor can be easily accommodated in the core substrate. As a result, the capacitance can be increased, and the electrical problem can be solved. Further, the capacitor becomes a core, and even after various thermal histories, the printed wiring board is hardly warped. Furthermore, since it is possible to route wiring from multiple electrodes, increasing the number of power lines and ground lines can reduce the inductance of the power lines and ground lines, thereby improving high frequency performance. It becomes possible. Furthermore, the capacitor electrode can be used as a through hole.
[0019]
  Claim7Then, electrical connection is made to the electrode of the chip capacitor formed with the metal film by a via hole formed by plating. Here, the electrode of the chip capacitor is made of metallization and has an uneven surface, but the surface is smoothed by the metal film, and a via hole is formed, so when a through hole is formed in the resin coated on the electrode The resin residue does not remain, and the connection reliability between the via hole and the electrode can be improved. Furthermore, since via holes are formed by plating on the plated electrodes, the connectivity between the electrodes and via holes is high, and disconnection between the electrodes and via holes may occur even when a heat cycle test is performed. Absent.
[0020]
The metal film of the capacitor electrode is preferably provided with any one of copper, nickel, and a noble metal. This is because a layer of tin, zinc or the like in the built-in capacitor tends to induce migration at the connection portion with the via hole. Therefore, the occurrence of migration can also be prevented.
[0021]
  Claim8In this case, at least a part of the electrode of the chip capacitor is accommodated in the exposed printed wiring board and electrically connected to the electrode exposed from the coating layer. At this time, it is desirable that the exposed metal is mainly composed of Cu. This is because the connection resistance can be reduced.
[0022]
  Claim11The method for producing a printed wiring board according to claim 1 comprises at least the following steps (a) to (c):
(A) a step of laminating the second and third core substrates above and below the first core substrate in which the capacitor is accommodated in the through hole with a resin plate impregnated with uncured resin interposed therebetween;
(B) forming an opening reaching the capacitor electrode with a laser in the second and third core substrates;
(C) A step of plating the opening to form a via hole.
[0023]
  Claim11In this printed wiring board manufacturing method, a chip capacitor can be accommodated in the core substrate, and a printed wiring board with reduced loop inductance can be provided.
[0024]
As the resin to be filled, a thermosetting resin, a photosensitive resin, a thermoplastic resin, or a composite thereof can be used. In addition to this, an adhesive resin sheet such as a prepreg may be sandwiched in advance and filled with a resin that exudes from the prepreg when the substrate is pressure-bonded.
[0025]
  Claim12The method for producing a printed wiring board comprises at least the following steps (a) to (e):
(A) a step of laminating the second and third core substrates above and below the first core substrate in which the capacitor is accommodated in the through hole with a resin plate impregnated with uncured resin interposed therebetween;
(B) forming an opening reaching the capacitor electrode with a laser in the second and third core substrates:
(C) plating the opening to form a via hole;
(D) applying a resin filler to the surfaces of the second and third core substrates;
(E) A step of polishing and smoothing the surfaces of the second and third core substrates.
[0026]
  Claim12In this printed wiring board manufacturing method, a chip capacitor can be accommodated in the core substrate, and a printed wiring board with reduced loop inductance can be provided. Also, since the surface of the core substrate is flattened by applying a resin filler and then flattened, there is no undulation in the interlayer resin insulation layer on the core substrate, and via holes and conductor circuits are properly formed on the interlayer resin insulation layer. Can be formed.
[0027]
  Claim13In the method of manufacturing a printed wiring board, the openings formed in the conductor circuits of the second and third core substrates are used as conformal masks in the step of forming the openings in the core substrate with a laser. Can be formed.
[0028]
In this invention, it is suitable to form an interlayer resin insulation layer using a thermosetting resin sheet. The thermosetting resin sheet contains a hardly soluble resin, soluble particles, a curing agent, and other components. Each will be described below.
[0029]
The thermosetting resin sheet used in the production method of the present invention is such that particles soluble in an acid or an oxidant (hereinafter referred to as soluble particles) are hardly soluble in an acid or oxidant (hereinafter referred to as a poorly soluble resin). It is distributed.
As used herein, the terms “poorly soluble” and “soluble” refer to those having a relatively fast dissolution rate as “soluble” for convenience when immersed in a solution of the same acid or oxidizing agent for the same time. A relatively slow dissolution rate is referred to as “slightly soluble” for convenience.
[0030]
Examples of the soluble particles include resin particles soluble in an acid or an oxidizing agent (hereinafter, soluble resin particles), inorganic particles soluble in an acid or an oxidizing agent (hereinafter, soluble inorganic particles), and a metal soluble in an acid or an oxidizing agent. Examples thereof include particles (hereinafter, soluble metal particles). These soluble particles may be used alone or in combination of two or more.
[0031]
The shape of the soluble particles is not particularly limited, and examples thereof include spherical shapes and crushed shapes. Moreover, it is desirable that the soluble particles have a uniform shape. This is because a roughened surface having unevenness with uniform roughness can be formed.
[0032]
The average particle size of the soluble particles is preferably 0.1 to 10 μm. If it is the range of this particle size, you may contain the thing of a 2 or more types of different particle size. That is, it contains soluble particles having an average particle diameter of 0.1 to 0.5 μm and soluble particles having an average particle diameter of 1 to 3 μm. Thereby, a more complicated roughened surface can be formed and it is excellent also in adhesiveness with a conductor circuit. In the present invention, the particle size of the soluble particles is the length of the longest part of the soluble particles.
[0033]
Examples of the soluble resin particles include those made of a thermosetting resin, a thermoplastic resin, and the like, as long as the dissolution rate is higher than that of the hardly soluble resin when immersed in a solution made of an acid or an oxidizing agent. There is no particular limitation.
Specific examples of the soluble resin particles include, for example, an epoxy resin, a phenol resin, a polyimide resin, a polyphenylene resin, a polyolefin resin, a fluorine resin, and the like, and may be composed of one of these resins. And it may consist of a mixture of two or more resins.
[0034]
Moreover, as the soluble resin particles, resin particles made of rubber can be used. Examples of the rubber include polybutadiene rubber, epoxy-modified, urethane-modified, (meth) acrylonitrile-modified various modified polybutadiene rubber, carboxyl group-containing (meth) acrylonitrile-butadiene rubber, and the like. By using these rubbers, the soluble resin particles are easily dissolved in an acid or an oxidizing agent. That is, when soluble resin particles are dissolved using an acid, acids other than strong acids can be dissolved. When soluble resin particles are dissolved using an oxidizing agent, permanganese having a relatively low oxidizing power is used. Even acid salts can be dissolved. Even when chromic acid is used, it can be dissolved at a low concentration. Therefore, no acid or oxidant remains on the resin surface, and as described later, when a catalyst such as palladium chloride is applied after the roughened surface is formed, the catalyst is not applied or the catalyst is oxidized. There is nothing to do.
[0035]
Examples of the soluble inorganic particles include particles composed of at least one selected from the group consisting of aluminum compounds, calcium compounds, potassium compounds, magnesium compounds, and silicon compounds.
[0036]
Examples of the aluminum compound include alumina and aluminum hydroxide. Examples of the calcium compound include calcium carbonate and calcium hydroxide. Examples of the potassium compound include potassium carbonate. Examples of the magnesium compound include magnesia, dolomite, basic magnesium carbonate and the like, and examples of the silicon compound include silica and zeolite. These may be used alone or in combination of two or more.
[0037]
Examples of the soluble metal particles include particles composed of at least one selected from the group consisting of copper, nickel, iron, zinc, lead, gold, silver, aluminum, magnesium, calcium, and silicon. Further, the surface layer of these soluble metal particles may be coated with a resin or the like in order to ensure insulation.
[0038]
When two or more kinds of the soluble particles are used in combination, the combination of the two kinds of soluble particles to be mixed is preferably a combination of resin particles and inorganic particles. Both of them have low electrical conductivity, so that the insulation of the resin film can be ensured, and the thermal expansion can be easily adjusted between the poorly soluble resin, and no crack occurs in the interlayer resin insulation layer made of the resin film. This is because no peeling occurs between the interlayer resin insulation layer and the conductor circuit.
[0039]
The poorly soluble resin is not particularly limited as long as it can maintain the shape of the roughened surface when the roughened surface is formed using an acid or an oxidizing agent in the interlayer resin insulation layer. For example, thermosetting Examples thereof include resins, thermoplastic resins, and composites thereof. Moreover, the photosensitive resin which provided photosensitivity to these resin may be sufficient.
[0040]
Specific examples of the hardly soluble resin include, for example, epoxy resins, phenol resins, phenoxy resins, polyimide resins, polyphenylene resins, polyolefin resins, fluororesins and the like. These resins may be used alone or in combination of two or more.
Furthermore, an epoxy resin having two or more epoxy groups in one molecule is more desirable. Not only can the aforementioned roughened surface be formed, but also has excellent heat resistance, etc., so that stress concentration does not occur in the metal layer even under heat cycle conditions, and peeling of the metal layer is unlikely to occur. Because.
[0041]
Examples of the epoxy resin include cresol novolac type epoxy resin, bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, alkylphenol novolac type epoxy resin, biphenol F type epoxy resin, naphthalene type epoxy resin, Examples thereof include cyclopentadiene type epoxy resins, epoxidized products of condensates of phenols and aromatic aldehydes having a phenolic hydroxyl group, triglycidyl isocyanurate, and alicyclic epoxy resins. These may be used alone or in combination of two or more. Thereby, it will be excellent in heat resistance.
[0042]
In the resin film used in the present invention, it is desirable that the soluble particles are dispersed almost uniformly in the hardly soluble resin. A roughened surface having unevenness of uniform roughness can be formed, and even if a via or a through hole is formed in a resin film, adhesion of a metal layer of a conductor circuit formed thereon can be secured. Because. Moreover, you may use the resin film containing a soluble particle only in the surface layer part which forms a roughening surface. As a result, since the portion other than the surface layer portion of the resin film is not exposed to the acid or the oxidizing agent, the insulation between the conductor circuits via the interlayer resin insulation layer is reliably maintained.
[0043]
In the resin film, the blending amount of the soluble particles dispersed in the hardly soluble resin is preferably 3 to 40% by weight with respect to the resin film. When the blending amount of the soluble particles is less than 3% by weight, a roughened surface having desired irregularities may not be formed. When the blending amount exceeds 40% by weight, the soluble particles are dissolved using an acid or an oxidizing agent. In addition, the resin film is melted to the deep part of the resin film, and the insulation between the conductor circuits through the interlayer resin insulating layer made of the resin film cannot be maintained, which may cause a short circuit.
[0044]
The resin film preferably contains a curing agent, other components and the like in addition to the soluble particles and the hardly soluble resin.
Examples of the curing agent include imidazole curing agents, amine curing agents, guanidine curing agents, epoxy adducts of these curing agents, microcapsules of these curing agents, triphenylphosphine, and tetraphenylphosphorus. And organic phosphine compounds such as nium tetraphenylborate.
[0045]
The content of the curing agent is desirably 0.05 to 10% by weight with respect to the resin film. If it is less than 0.05% by weight, since the resin film is not sufficiently cured, the degree of penetration of the acid and the oxidant into the resin film increases, and the insulating properties of the resin film may be impaired. On the other hand, if it exceeds 10% by weight, an excessive curing agent component may denature the composition of the resin, which may lead to a decrease in reliability.
[0046]
Examples of the other components include fillers such as inorganic compounds or resins that do not affect the formation of the roughened surface. Examples of the inorganic compound include silica, alumina, and dolomite. Examples of the resin include polyimide resin, polyacrylic resin, polyamideimide resin, polyphenylene resin, melanin resin, and olefin resin. By containing these fillers, it is possible to improve the performance of the printed wiring board by matching the thermal expansion coefficient, improving heat resistance, and chemical resistance.
[0047]
Moreover, the said resin film may contain the solvent. Examples of the solvent include ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, and cyclohexanone, and aromatic hydrocarbons such as ethyl acetate, butyl acetate, cellosolve acetate, toluene, and xylene. These may be used alone or in combination of two or more.
[0048]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
First, the configuration of the printed wiring board according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 11 shows a cross section of the package substrate 10, and FIG. 12 shows an enlarged part of FIG. 11 shows a state in which the IC chip 90 is mounted and attached to the daughter board 95 side.
[0049]
The package substrate 10 includes a chip capacitor 20, a laminated core substrate 30 that accommodates the chip capacitor 20, and interlayer resin insulating layers 144 and 244 constituting the build-up layers 80A and 80B. The laminated core substrate 30 includes a first core substrate 11 in which a through hole 11A for accommodating the capacitor 20 is formed, a second core substrate 12U laminated on the upper layer of the first core substrate 11 via a resin layer 13U, It comprises a third core substrate 12D laminated on the lower layer of the first core substrate 11 via a resin layer 13D. Via holes 60 and conductor circuits 58 connected to the electrodes 21 and 22 of the capacitor 20 are formed in the second core substrate 12U and the third core substrate 12D. The laminated core substrate 30 is formed with a through hole 36 that connects the built-up layer 80A and the built-up layer 80B. Via holes 160 and conductor circuits 158 are formed in the interlayer resin insulation layer 144 constituting the buildup layers 80A and 80B, and via holes 260 and conductor circuits 258 are formed in the interlayer resin insulation layer 244.
[0050]
A solder resist layer 70 is disposed above the interlayer resin insulation layer 244, and solder bumps 76 U are formed in the upper via hole 260 and the conductor circuit 258 through the opening 71 formed in the solder resist layer 70. The solder bumps 76U are connected to the pads 92 of the IC chip 90. On the other hand, a BGA 76D is formed in the lower via hole 260 and the conductor circuit 258, and is connected to the pad 96 of the daughter board 95 by the BGA 76D.
[0051]
As shown in FIG. 13A, the chip capacitor 20 includes a first electrode 21, a second electrode 22, and a dielectric 23 sandwiched between the first and second electrodes. A plurality of first conductive films 24 connected to the first electrode 21 side and a plurality of second conductive films 25 connected to the second electrode 22 side are arranged to face each other. The surface of the first electrode 21 and the second electrode is covered with a conductive paste 26.
[0052]
Here, the first electrode 21 and the second electrode 22 are made of Ni, Pb, or Ag metallization. The conductive paste 26 is made of a paste containing metal particles such as Cu, Ni, or Ag. Here, the particle diameter of the metal particles is preferably 0.1 to 10 μm, and particularly preferably 1 to 5 μm. The thickness of the conductive paste 26 is desirably 1 to 30 μm. If the thickness is less than 1 μm, unevenness on the electrode surface cannot be eliminated. On the other hand, if the thickness exceeds 30 μm, the effect is not particularly improved. Here, a thickness of 5 to 20 μm is most desirable. It is also possible to use a paste in which two or more types of particles having different diameters are blended, and to coat two or more types of different metal pastes.
[0053]
The electrodes 21 and 22 of the chip capacitor are made of metallization and have irregularities on the surface. For this reason, if the metal layer is used in a state where the metal layer is exposed, the resin may remain on the unevenness in the step of forming the opening 34 with a laser in the second core substrate 12U and the third core substrate 12D. At this time, a poor connection between the first and second electrodes 21 and 22 and the via hole 60 occurs due to the resin residue. In the present embodiment, the surface of the first and second electrodes 21 and 22 is smoothed by the conductive paste 26, and when the opening 34 covered on the electrode is drilled, no resin residue remains, and the via hole The connection reliability with the electrodes 21 and 22 when forming 60 can be improved.
[0054]
Further, a roughened layer is provided on the surface of the dielectric 23 made of ceramic of the chip capacitor 20. Therefore, the adhesion between the ceramic chip capacitor 20 and the resin adhesive 15 and the resin filler 14 is high, and the adhesive 15 and the resin filler 14 are peeled off at the interface even when the heat cycle test is performed. It does not occur. This roughened layer can be formed by polishing the surface of the chip capacitor 20 after firing, or by performing a roughening treatment before firing. In the first embodiment, the surface of the capacitor is roughened to improve the adhesion to the resin. Alternatively, a silane coupling treatment can be applied to the surface of the capacitor. Further, by forming a preimide film in advance, the surface wettability and the adhesion with the resin can be enhanced.
[0055]
On the other hand, as shown in FIG. 13B, it is also preferable to form a composite film 28 including an electroless plating film 28 a and an electrolytic plating film 28 b on the conductive paste 26. The thickness of the composite film 28 is desirably 0.1 to 10 μm, and optimally 1 to 5 μm. By forming the composite film 28, the surfaces of the first and second electrodes 21 and 22 are completely smooth, and when the opening 34 covered on the electrode is drilled, no resin residue remains, and a via hole is formed. The connection reliability with the electrodes 21 and 22 when forming 60 can be improved. Furthermore, since the via hole 60 is formed by copper plating on the electrodes 21 and 22 on which the copper composite film 28 is formed, the connectivity between the electrodes 21 and 22 and the via hole 60 is high, and a heat cycle test is performed. However, no disconnection occurs between the electrodes 21 and 22 and the via hole 60. It is also possible to form a single metal film instead of the composite film.
[0056]
In the package substrate 10 of this embodiment, since the chip capacitor 20 is disposed directly under the IC chip 90, the distance between the IC chip and the capacitor is shortened, and power can be instantaneously supplied to the IC chip side. . That is, the loop length that determines the loop inductance can be shortened.
[0057]
Further, a through hole 36 is provided between the chip capacitor 20 and the chip capacitor 20 so that the signal line does not pass through the chip capacitor 20. For this reason, it is possible to prevent reflection due to impedance discontinuity due to the high dielectric material generated when the capacitor is passed and propagation delay due to passage through the high dielectric material.
[0058]
An external substrate (daughter board) 94 connected to the back side of the printed wiring board and the first electrode 21 and the second electrode 22 of the capacitor 20 are via holes 60 provided in the second core substrate 12U on the IC chip side. And via holes 60 provided in the third core substrate 12D on the daughter board side. That is, since the terminals 21 and 22 of the capacitor 20 are directly connected to the IC chip 90 and the daughter board 95, the wiring length can be shortened.
[0059]
Next, a method for manufacturing the printed wiring board described above with reference to FIG. 11 will be described with reference to FIGS.
(1) First, a copper laminated substrate (second core substrate) 12U formed by laminating a 12 μm copper foil 31 on one side of a base material made of 0.06 mm thick BT (bismaleimide-triazine) or glass epoxy. Let it be a starting material (FIG. 1 (A)). Note that a base material impregnated with a reinforcing material such as FR4, FR5, or a glass epoxy resin can be used. In addition to this, a resin material having a low CTE may be used in order to match the coefficient of thermal expansion. In order to lower CTE, the resin may contain inorganic particles such as silica and alumina.
[0060]
(2) Etching is performed on the copper foil 31, and an opening 31a for forming a conformal mask is formed in a process described later. Thereafter, a thermosetting adhesive 15 such as epoxy for fixing the chip capacitor is applied to a predetermined position (FIG. 1B). The thermosetting adhesive 15 desirably has a smaller coefficient of thermal expansion than the core substrate.
[0061]
(3) The chip capacitor 20 described above with reference to FIG. 13A is attached to the thermosetting adhesive 15 and heated to cure the thermosetting adhesive 15 (FIG. 1C).
[0062]
(4) The first core substrate 11 in which the through-hole 11A for accommodating the chip capacitor 20 is formed, and the third core substrate 12D in which the opening 31a is formed in the copper foil 31 similarly to the second core substrate 12U. Are laminated through the prepregs 13U and 13D in which the openings 13A are formed (FIG. 2A). The first core substrate 11 is made of the same material as the second core substrate 12U and has a thickness of 0.4 mm. The third core substrate is formed in the same manner as the second core substrate 12U. The prepregs 13U and 13D are formed to have a thickness of 0.1 mm by impregnating a core material such as glass cloth with an epoxy resin. However, the prepreg contains a reinforcing material such as BT, phenol resin, or glass cloth in addition to epoxy. What is generally used with a printed wiring board can be used. A resin substrate that does not have a core material such as glass cloth can also be used. The core substrate could not be a ceramic or AIN substrate. This is because the substrate has poor external formability and cannot accommodate a capacitor, and even if it is filled with resin, voids are generated.
[0063]
(5) Resin filler that exudes from the prepregs 13U and 13D by pressing the laminated second core substrate 12U, first core substrate 11 and third core substrate 12D from both sides with stainless steel press plates 100A and 100B. Epoxy) 141Core substrate 1111A and the openings 13A of the prepregs 13U and 13D are filled. This pressurization is preferably performed under reduced pressure in order to prevent generation of bubbles in the core substrate. Thereafter, the laminated core substrate 30 that accommodates the chip capacitor 20 is completed by heating and curing (FIG. 2B).
[0064]
(6) A through-hole 33 serving as a through hole is drilled at a predetermined position of the laminated core substrate 30 (FIG. 2C).
[0065]
(7) Via holes reaching the first and second electrodes 21 and 22 of the chip capacitor 20 using the openings 31a formed in the copper foil 31 by a CO2 laser, YAG laser, excimer laser, or UV laser as a conformal mask. The opening 34 is drilled (FIG. 3A). When the opening 34 is formed, the conductive paste 26 is applied to the surfaces of the first and second electrodes 21 and 22 and the surfaces are smoothed as described above, so that the first and second electrodes 21 and 22 are formed. Resin residue does not remain on the surface.
[0066]
(8) The metal film 16 is formed in the surface layer of the laminated core substrate 30, the via hole non-through hole (opening) 34, and the through hole through hole 33 (FIG. 3B). For this purpose, a palladium catalyst is applied to the surface of the connection layer 40, and then the laminated core substrate 30 is immersed in the electroless plating solution to deposit the electroless copper plating film 16 uniformly. Although electroless plating is used here, a metal layer such as copper or nickel can be formed by sputtering. Sputtering is disadvantageous in terms of cost, but has an advantage that adhesion with the resin layer can be improved. In some cases, the electroless plating film may be formed after the sputtering. This is because, depending on the resin, it is effective for the case where the application of the catalyst is not stable, and the deposition with electroless plating is more stable when formed with an electroless plating film. The metal film 16 is desirably formed in a range of 0.1 to 3 mm. As described above, since resin does not remain on the surfaces of the first and second electrodes 21 and 22 of the chip capacitor 20, an appropriate connection is established to the first and second electrodes 21 and 22 by the electroless plating film 16. Can do.
[0067]
(9) Thereafter, a photosensitive dry film is attached to the surface of the metal film 16, a mask is placed, and exposure / development processing is performed to form a plating resist 17 having a predetermined pattern (FIG. 3C).
[0068]
(10) Then, the laminated core substrate 30 is immersed in the electrolytic plating solution, and an electric current is passed through the electroless plating film 16 to deposit the electrolytic copper plating film 18 (FIG. 4A).
[0069]
(11) After peeling the plating resist 17 with 5% KOH, the electroless plating film 16 and the copper foil 31 under the resist 17 are removed by etching with a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide, and the via hole 60, conductor circuit 58 and the through hole 36 are formed (FIG. 4B).
[0070]
(12) A roughening layer 58α, a roughening layer 60α, and a roughening layer 36α are provided on the surfaces of the conductor layers of the conductor circuit 58, the via hole 60, and the through hole 36. The roughening layer is applied by an oxidation (blackening) -reduction treatment, an electroless plating film such as an alloy made of Cu-Ni-P, or an etching treatment such as an etching solution made of a cupric complex and an organic acid salt. The roughened layer has Ra (average roughness height) = 0.01 to 5 μm. Particularly desirable is a range of 0.5 to 3 μm. Although the roughened layer is formed here, it is also possible to directly fill the resin and attach the resin film as described later without forming the roughened layer.
[0071]
(13) A resin filler having the following composition is prepared.
[Thermosetting resin (1)]
100 parts by weight of bisphenol F type epoxy monomer (manufactured by Yuka Shell, molecular weight 310, YL983U).
[Curing agent (2)]
6.5 parts by weight of imidazole curing agent (Shikoku Chemicals, 2E4MZ-CN).
[Inorganic particles (3)]
Silica (manufactured by Admatech, CRS 1101-CE, where the silica used is SiO with an average particle size of 1.6 μm and coated with a silane coupling agent on the surface)2 The size of the spherical particles and the maximum particles is 170 parts by weight or less (thickness of 15 μm or less of the inner layer copper pattern described later). In 1st Embodiment, the inorganic particle added to a resin filler is 10-80 vol% as mentioned above, and is 50 vol% here.
By stirring and mixing 1.5 parts by weight of a leveling agent (manufactured by Sannopco, Perenol S4) to the bisphenol F type epoxy monomer, imidazole curing agent and silica, the viscosity of the mixture is 5-30 Pa. At 23 ± 1 ° C. Adjust to S. In the first embodiment, the viscosity is 5 Pa. What was adjusted to S is used.
[0072]
(14) The adjusted resin filler 37 is filled into the surface of the laminated core substrate 30 and the inside of the through hole 36 by printing (FIG. 5A). By filling the through hole 36 with the resin filler 39 adjusted in A above, the occurrence of cracks is prevented and the electrical connectivity and reliability are improved. Here, based on a conventional filler (thermosetting resin, thermoplastic resin, or resin composite thereof), an organic resin filler, an inorganic filler, a metal filler, etc. are blended to form a core substrate and an inner layer filler. Thermal expansion matching may be performed. At this time, the blending amount of the filler is desirably 10 to 80 vol%. The resin filler was semi-cured at 80 ° C. for 30 minutes. The reason for semi-curing is to facilitate polishing.
[0073]
(15) The surface of the conductor circuit 58 or the surface of the land 36a of the through hole 36 is obtained by subjecting one surface of the laminated core substrate 30 having undergone the processing of (13) above to belt sander polishing using belt polishing paper (manufactured by Sankyo Rikagaku) Polishing is performed so that the resin filler 39 does not remain. Next, buffing is performed to remove scratches caused by the belt sander polishing. This process is similarly performed on the other surface of the substrate. Then, the filled resin filler 37 is cured by heating (FIG. 5B). In the present embodiment, the second core substrate 12U and the third core substrate 12D are disposed on the surface of the laminated core substrate 30, which is robust, and the surface can be polished and smoothed. As a result, no undulation occurs in the interlayer resin insulation layer 144 formed in the process described later, and the conductor circuit 158 and the via hole 160 can be formed with high reliability.
[0074]
(16) Next, on both surfaces of the laminated core substrate 30 that has undergone the processing of (15) above, the surface of the lower conductor circuit 58 that has been flattened in the same manner as in (4) above, and the surface of the land 36a of the through hole 36 Are etched to form a roughened surface 58β and a roughened surface 38β on the surface of the lower conductor circuit 58 and the surface of the land 36a of the through hole 36 (FIG. 5C). Some etchants consist of a first cupric complex and an organic acid salt. The roughened surface can also be formed using electroless plating or oxidation-reduction treatment.
[0075]
(17) A pressure of 5 kg / cm while raising the temperature of a thermosetting resin sheet containing a soluble filler having a thickness of 50 μm to a temperature of 50 to 150 ° C. on both surfaces of the laminated core substrate 30 after the step (16).2Then, an interlayer resin insulation layer 144 is provided by vacuum compression lamination (FIG. 6A). The interlayer resin insulation layer may be a thermosetting resin, a resin made of a thermoplastic resin, or a resin in which a photosensitive group is substituted. Specific examples include resins used for printed wiring boards such as epoxy resins, polyphenol resins, and polyimide resins. Further, a resin having a low dielectric constant in the high frequency region may be used. The degree of vacuum during vacuum bonding of the resin is 10 mmHg. In addition, although the resin film was affixed here and the interlayer insulation layer was formed, you may form an interlayer insulation layer by apply | coating resin using a printing machine.
[0076]
(18) Next, the mask 45 in which the opening 45a is formed is placed on the interlayer resin insulating layer 144, and the opening 146 to be a via hole is formed (FIG. 6B). Here, carbonic acid (CO2) A via hole opening 46 having a diameter of 80 μm is provided in the interlayer resin insulating layer 144 by a gas laser under the conditions of a beam diameter of 5 mm, a pulse width of 15 μsec, a mask hole diameter of 0.8 mm, and one shot.
[0077]
(19) Next, a roughened surface 144α of the interlayer resin insulation layer 144 is provided by dipping in an oxidizing agent such as chromic acid or permanganate (see FIG. 6C). The roughened surface 144α is preferably formed in the range of 0.1 to 5 μm. As an example, a roughened surface 144α of 2 to 3 μm is provided by dipping in a sodium permanganate solution 50 g / l at a temperature of 60 ° C. for 5 to 25 minutes. In addition to the above, plasma treatment is performed on the interlayer resin insulation layer 144 to roughen the surface layer of the interlayer resin insulation layer 144 to form a roughened surface 144α. In this case, argon gas is used as an inert gas, and plasma treatment is performed for 2 minutes under the conditions of power 200 W, gas pressure 0.6 Pa, temperature 70 ° C. (SV-4540, manufactured by Japan Vacuum Technology Co., Ltd.). To do.
[0078]
(20) A metal layer 52 that targets an alloy of Cu (or Ni, P, Pd, Co, W) by sputtering is formed on the surface layer of the interlayer resin insulating layer 144 (FIG. 7A). As the formation conditions, the pressure is 0.6 Pa, the temperature is 80 ° C., the power is 200 W, and the time is 5 minutes (plasma apparatus, Nippon Vacuum Technology Co., Ltd. SV-4540). Thereby, an alloy layer can be formed on the surface layer of the interlayer resin insulation layer 144. The thickness of the metal layer 52 at this time is 0.2 μm. The thickness of the metal layer 52 is preferably 0.1 to 2 μm. Other than sputtering, the plating layer may be formed without performing vapor deposition or sputtering. Or these composite_body | complexes may be sufficient.
[0079]
An example of plating will be described. The laminated core substrate 30 is conditioned and the catalyst is applied in an alkaline catalyst solution for 5 minutes. The laminated core substrate 30 is activated, and an electroless plating film 52 having a thickness of 0.6 μm is attached using a Rochelle salt type chemical copper plating bath.
Plating conditions for chemical copper plating:
CuSOFour・ 5H2O 10g / l
HCHO 8g / l
NaOH 5g / l
Rochelle salt 45g / l
Additive 30ml / l
Temperature 30 ℃
Plating time 18 minutes
[0080]
(21) A photosensitive film (dry film) having a thickness of 25 μm is pasted on the metal film 52, and a mask is placed thereon.2, And developed with 0.8% sodium carbonate to provide a plating resist 54. Next, electrolytic plating is performed on the non-formation portion of the plating resist 54 on the electroless plating film 52 under the following conditions to form the electrolytic plating film 56 (FIG. 7B). The thickness of the electrolytic plating film 56 is preferably 5 to 20 μm.
[0081]
(Electrolytic plating aqueous solution)
Sulfuric acid 2.24 mol / l
Copper sulfate 0.26 mol / l
Additive 19.5 ml / l
[Electrolytic plating conditions]
Current density 1 A / dm2
65 minutes
Temperature 22 ± 2 ° C
[0082]
(22) Next, the plating resist 54 is peeled and removed in a NaOH solution of 50 g and 40 g / l. Thereafter, the electroless plating film 52 under the plating resist 54 is removed by etching using an aqueous sulfuric acid-hydrogen peroxide solution, and a conductor circuit 158 (including the via hole 160) is formed on the interlayer resin insulating layer 144. Thereafter, the surface of the conductor circuit 158 and the via hole 160 is subjected to a roughening process (FIG. 8A).
[0083]
(23) The steps (17) to (22) are repeated to form an interlayer resin insulation layer 244 including the via hole 260 and the conductor circuit 258 on the interlayer resin insulation layer 144 (FIG. 9A).
[0084]
(24) On the other hand, 46.67g of photosensitizing oligomer (molecular weight 4000) obtained by acrylating 50% of the epoxy group of 60 wt% cresol novolak type epoxy resin (manufactured by Nippon Kayaku) dissolved in DMDG, dissolved in methyl ethyl ketone. 15.0 g of bisphenol A type epoxy resin (produced by Yuka Shell, Epicoat 1001), 16 g of imidazole curing agent (product name: 2E4MZ-CN), polyacrylic monomer (photosensitive monomer) Nippon Kayaku Co., Ltd., R604) 3 g, also polyacrylic monomer (Kyoeisha Chemical Co., DPE6A) 1.5 g, and dispersion antifoaming agent (San Nopco, S-65) 0.71 g are mixed. 2 g of benzophenone (manufactured by Kanto Chemical) as a photoinitiator and 0.2 g of Michler ketone (manufactured by Kanto Chemical) as a photosensitizer are added, and the viscosity is 2.0 Pa · s at 25 ° C. A solder resist composition adjusted to 1 is obtained.
Viscosity is measured with a B-type viscometer (Tokyo Keiki, DVL-B type) at 60 rpm with rotor No. 4 and at 6 rpm with rotor No. 3.
[0085]
(25) The solder resist composition is applied to both sides of the package substrate obtained in the above (24) with a thickness of 20 μm. Next, after drying at 70 ° C. for 20 minutes and at 70 ° C. for 30 minutes, a photomask film having a thickness of 5 mm on which a circular pattern (mask pattern) was drawn was placed in close contact, and 1000 mJ / cm2Expose with UV and develop DMTG. Further, heat treatment is performed at 80 ° C. for 1 hour, 100 ° C. for 1 hour, 120 ° C. for 1 hour, and 150 ° C. for 3 hours, and an opening 71 is formed in the solder pad portion (including the via hole and its land portion). A solder resist layer 70 having a thickness of 20 μm is formed (FIG. 9B). A solder pad for forming a solder bump for IC chip connection is preferably opened with an opening diameter of 100 to 170 μm. In addition, it is preferable that the solder pad on which the BGA / PGA is disposed for connecting the external terminal is opened with an opening diameter of 300 to 650 μm.
[0086]
(26) Then, nickel chloride 2.3 × 10-1mol / l, sodium hypophosphite 2.8 × 10-1mol / l, sodium citrate 1.6 × 10-1A nickel plating layer 72 having a thickness of 5 μm is formed in the opening 71 by immersing in an electroless nickel plating solution of mol / l and pH = 4.5 for 20 minutes. After that, on the surface layer, potassium gold cyanide 7.6 × 10-3mol / l, ammonium chloride 1.9 × 10-1mol / l, sodium citrate 1.2 × 10-1mol / l, sodium hypophosphite 1.7 × 10-1A gold plating layer 74 having a thickness of 0.03 μm is formed on the nickel plating layer 72 by dipping in an electroless gold plating solution of mol / l for 7.5 minutes at 80 ° C. (FIG. 10A).
[0087]
(27) Then, a low melting point metal paste made of Sn / Ag (Sn / Ag / Cu or Sn / Sb) is filled into the opening 71 of the solder resist layer 70. Since this low melting point metal uses an alloy that does not contain Pb, it does not adversely affect the environment. The solder bumps 76U and BGA 76D are formed by reflowing the low melting point metal paste (FIG. 10B).
[0088]
The IC chip 90 is mounted by placing it on the solder bumps 76U of the completed package substrate 10 so that the pads 92 of the IC chip 90 correspond to the solder bumps 76U. The package substrate 10 on which the IC chip 90 is mounted is placed so as to correspond to the pads 96 on the daughter board 95 side, reflowed, and attached to the daughter board 95 (see FIG. 11). Here, the BGA 76D is formed on the connection side with the daughter board, but it is also possible to arrange solder bumps instead.
[0089]
Next, a printed wiring board according to a modification of the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The modified printed wiring board is substantially the same as that of the first embodiment described above. However, in the printed wiring board of the second modified example, the conductive pin 97 is provided and is formed so as to be connected to the daughter board via the conductive pin 97.
[0090]
In the first embodiment described above, only the chip capacitor 20 accommodated in the multilayer core substrate 30 is provided. However, in the modified example, large-capacity chip capacitors 86 are mounted on the front surface and the back surface.
[0091]
An IC chip consumes a large amount of power instantaneously and performs complicated arithmetic processing. Here, in order to supply large power to the IC chip side, in this embodiment, the printed circuit board is provided with a chip capacitor 20 for power supply and a chip capacitor 86. The effect of this chip capacitor will be described with reference to FIG.
[0092]
In FIG. 15, the vertical axis indicates the voltage supplied to the IC chip, and the horizontal axis indicates time. Here, an alternate long and two short dashes line C indicates a voltage fluctuation of a printed wiring board that does not include a power supply capacitor. When the power supply capacitor is not provided, the voltage is greatly attenuated. A broken line A indicates voltage fluctuation of a printed wiring board having a chip capacitor mounted on the surface. The voltage does not drop much as compared with the two-dot chain line C, but the loop length becomes long, so the rate-determining power supply cannot be sufficiently performed. That is, the voltage drops at the start of power supply. A two-dot chain line B indicates a voltage drop of the printed wiring board incorporating the chip capacitor described above with reference to FIG. Although the loop length can be shortened, the voltage fluctuates because a large-capacity chip capacitor cannot be accommodated in the laminated core substrate 30. Here, the solid line E indicates the voltage fluctuation of the printed wiring board of the modified example in which the chip capacitor 20 in the core substrate described above with reference to FIG. 14 and the large-capacity chip capacitor 86 are mounted on the surface. By providing the chip capacitor 20 in the vicinity of the IC chip and the chip capacitor 86 having a large capacity (and relatively large inductance), voltage fluctuation is minimized.
[0093]
Subsequently, the configuration of the printed wiring board according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 16 and 17.
The configuration of the printed wiring board of the second embodiment is substantially the same as that of the first embodiment described above. However, the chip capacitors accommodated in the laminated core substrate 30 are different. 17A shows a plan view of the chip capacitor 120, and FIG. 17B shows a BB cross section of FIG. 17A. In the first embodiment described above, a plurality of small-capacity chip capacitors are accommodated in the core substrate. In the second embodiment, a large-capacity large-sized chip capacitor 120 is accommodated in the core substrate. Here, the chip capacitor 120 includes a plurality of first electrodes 121 and second electrodes 122, a dielectric 23, a first conductive film 24 connected to the first electrode 121, and a second electrode. The second conductive film 25 connected to the 122 side and the connection electrodes 127 on the upper and lower surfaces of the chip capacitor not connected to the first conductive film 24 and the second conductive film 25. The IC chip side and the daughter board side are connected via the electrode 127. As in the first embodiment, the conductive paste 26 is applied to the surfaces of the electrodes 121, 122, and 127 to smooth the surfaces.
[0094]
In the modified printed wiring board, since the large chip capacitor 20 is used, a chip capacitor having a large capacity can be used. Further, since the large chip capacitor 20 is used, the printed wiring board is not warped even when the heat cycle is repeated. Furthermore, since it is possible to route wiring from multiple electrodes, increasing the number of power lines and ground lines can reduce the inductance of the power lines and ground lines, thereby improving high frequency performance. It becomes possible. Further, the capacitor electrode 127 can be used as a through hole. In the second embodiment as well, it is preferable to mount a large-capacity capacitor on the surface as in the modification of the first embodiment.
[0095]
In the printed wiring boards of the first and second embodiments, the chip capacitor 20 is completely stripped of the coating layers (not shown) of the first and second electrodes 21 and 22 as shown in FIG. Thereafter, it can be covered with a copper plating film 29. The first and second electrodes 21 and 22 covered with the copper plating film 29 are electrically connected by via holes 60 made of copper plating. Here, the electrodes 21 and 22 of the chip capacitor are made of metallization and have irregularities on the surface. For this reason, if the metal layer is used in a state where the metal layer is exposed, the resin may remain on the unevenness in the step of forming the opening 34 with a laser in the second core substrate 12U and the third core substrate 12D. At this time, a poor connection between the first and second electrodes 21 and 22 and the via hole 60 occurs due to the resin residue. On the other hand, by covering with the copper plating film 29, the surfaces of the first and second electrodes 21 and 22 become smooth, and the openings 34 are formed in the second core substrate 12U and the third core substrate 12D with a laser. In this case, no resin residue remains and the connection reliability with the electrodes 21 and 22 when the via hole 60 is formed can be improved.
[0096]
Furthermore, since the via hole 60 is formed by plating on the electrodes 21 and 22 on which the copper plating film 29 is formed, the connectivity between the electrodes 21 and 22 and the via hole 60 is high, and even if a heat cycle test is performed, No disconnection occurs between the electrodes 21 and 22 and the via hole 60. There was no migration and no inconvenience at the capacitor via-hole connection.
[0097]
The copper plating film 29 is provided after the nickel / tin layer (coating layer) coated on the surface of the metal layer 26 at the manufacturing stage of the chip capacitor is peeled off at the stage of mounting on the printed wiring board. Alternatively, the copper plating film 29 can be directly coated on the metal layer 26 at the manufacturing stage of the chip capacitor 20. That is, in the second embodiment, as in the first embodiment, after providing an opening to the copper plating film 29 of the electrode with a laser, a desmear process or the like is performed, and the via hole is formed by copper plating. Therefore, even if an oxide film is formed on the surface of the copper plating film 29, the oxide film can be removed by the laser and desmear treatment, so that a proper connection can be established.
[0098]
Further, as shown in FIG. 18B, the first electrode 21 and the second electrode 22 made of metallization of the chip capacitor 20 are exposed and accommodated in the printed wiring board, and the exposed first electrode 21 and second electrode 22 are exposed. An electrical connection can also be made. At this time, it is desirable that the first electrode 21 and the second electrode 22 are mainly composed of Cu. This is because the connection resistance can be reduced.
[0099]
Here, with respect to the printed wiring board of the first embodiment, values obtained by measuring the inductance of the chip capacitor 20 embedded in the core substrate and the inductance of the chip capacitor mounted on the back surface (surface on the daughter board side) of the printed wiring board are as follows. Show.
In the case of a single capacitor
Embedded type 137pH
Back mounting type 287pH
When 8 capacitors are connected in parallel
Embedded type 60pH
Back mounting type 72pH
As described above, even when the capacitor is used alone, the inductance can be reduced by incorporating the chip capacitor even when they are connected in parallel to increase the capacitance.
[0100]
Next, the results of the reliability test will be described. Here, in the printed wiring board of the first embodiment, the change rate of the capacitance of one chip capacitor was measured.
Figure 0004945842
[0101]
The steam test was kept at 100% humidity by exposure to steam. In the HAST test, the sample was left for 100 hours at a relative humidity of 100%, an applied voltage of 1.3 V, and a temperature of 121 ° C. In the TS test, a test that was allowed to stand at -125 ° C for 30 minutes and at 55 ° C for 30 minutes was repeated 1000 lines.
[0102]
In the above reliability test, it was found that a printed wiring board with a built-in chip capacitor can achieve the same reliability as the existing capacitor surface mount type. Further, as described above, in the TS test, even if internal stress occurs due to the difference in thermal expansion coefficient between the ceramic capacitor and the resin core substrate and the interlayer resin insulation layer, the chip capacitor terminals and via holes It was proved that high reliability can be achieved over a long period of time without disconnection, peeling between the chip capacitor and the interlayer resin insulation layer, and no crack in the interlayer resin insulation layer.
[0103]
【The invention's effect】
In the present invention, since the capacitor is disposed in the printed wiring board as described above, the distance between the IC chip and the capacitor is shortened, and the loop inductance can be reduced. In addition, the core substrate is formed by laminating the second and third core substrates on the top and bottom of the first core substrate that accommodates the capacitor. Therefore, the core substrate is robust and accommodates a capacitor made of ceramic and having a low coefficient of thermal expansion. However, stress due to the difference in thermal expansion coefficient between the capacitor and the core substrate is applied to the interlayer resin insulation layer, and the conductor circuit is not cracked, and a printed wiring board having high reliability can be realized. Moreover, since the surface of the core substrate can be polished and flattened, no undulation occurs in the interlayer resin insulation layer on the core substrate, and a via hole and a conductor circuit can be appropriately formed on the interlayer resin insulation layer.
[0104]
Since it is possible to connect from the lower part of the capacitor, it can be said that the distance of the loop inductance is shortened and the degree of freedom of arrangement is increased.
In addition, since the resin is filled between the core substrate and the capacitor, even if a stress caused by the capacitor or the like is generated, the stress is alleviated and no migration occurs. Therefore, there is no influence of peeling or dissolution on the connection portion between the capacitor electrode and the via hole.
Therefore, the desired performance can be maintained even if the reliability test is performed.
Also, migration can be prevented when the capacitor is covered with copper.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a manufacturing process diagram of a printed wiring board according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a manufacturing process diagram of the printed wiring board according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a manufacturing process diagram of the printed wiring board according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a manufacturing process diagram of the printed wiring board according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a manufacturing process diagram of the printed wiring board according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a manufacturing process diagram of the printed wiring board according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a manufacturing process diagram of the printed wiring board according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a manufacturing process diagram of the printed wiring board according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a manufacturing process diagram of the printed wiring board according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a manufacturing process diagram of the printed wiring board according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view of the printed wiring board according to the first embodiment.
12 is an enlarged cross-sectional view of the printed wiring board of FIG.
13A and 13B are cross-sectional views of the chip capacitor accommodated in the printed wiring board according to the first embodiment.
FIG. 14 is a cross-sectional view of a printed wiring board according to a modification of the first embodiment.
FIG. 15 is a graph showing changes in supply voltage to IC chip and time.
FIG. 16 is a cross-sectional view of a printed wiring board according to a second embodiment.
17A is a cross-sectional view of a chip capacitor housed in a printed wiring board according to the second embodiment, and FIG. 17B is a plan view.
18A and 18B are cross-sectional views of the chip capacitor accommodated in the printed wiring board according to the first embodiment.
FIGS. 19A and 19B are explanatory diagrams of loop inductance of a printed wiring board according to the prior art. FIGS.
[Explanation of symbols]
10 Printed wiring board
11 First core substrate
11A through hole
12A through hole
12U 2nd core board
12D 3rd core substrate
13U prepreg
13D prepreg
14 Resin filler
15 Adhesive
20 chip capacitors
21 First electrode
22 Second electrode
26 Conductive paste
30 laminated core substrate
31 Conductor circuit (conformal mask)
31a opening
36 Through hole
37 Resin filler
58 Conductor circuit
60 Bahia Hall
70 Solder resist
76U solder bump
76D BGA
86 capacitors
90 IC chip
94 Daughter Board
97 Conductive connection pin
144 Interlayer resin insulation layer
158 Conductor circuit
160 Viahole
258 conductor circuit
260 Bahia Hall

Claims (13)

コンデンサを収容するコア基板に樹脂絶縁層と導体回路とを積層してなるプリント配線板であって、
前記コア基板は、前記コンデンサを収容する通孔の形成された第1のコア基板の上下に第2、第3のコア基板を積層してなり、
該第2、第3のコア基板に、一対のバイアホールを形成し、
前記コンデンサの電極に金属膜を形成し、前記コンデンサの第1および第2の電極にそれぞれ接続する前記一対のバイアホールの一方および他方と、前記金属膜を形成させた前記コンデンサの第1の電極および第2の電極との間にめっきによりそれぞれ電気接続を取ったことを特徴とするプリント配線板。
A printed wiring board formed by laminating a resin insulating layer and a conductor circuit on a core substrate that houses a capacitor,
The core substrate is formed by laminating second and third core substrates on the top and bottom of the first core substrate in which a through hole for accommodating the capacitor is formed,
Forming a pair of via holes in the second and third core substrates;
A metal film is formed on the capacitor electrode, and one and the other of the pair of via holes connected to the first and second electrodes of the capacitor, respectively, and the first electrode of the capacitor on which the metal film is formed A printed wiring board, wherein electrical connection is made between the first electrode and the second electrode by plating .
前記第1、第2、第3のコア基板は、芯材を含浸してなることを特徴とする請求項1に記載のプリント配線板。It said first, second, third core substrate, printed wiring board according to claim 1, characterized by being impregnated core material. 前記コンデンサの電極に、導電性ペーストを塗布したことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のプリント配線板。The electrodes of the capacitor, printed wiring board according to claim 1 or claim 2, characterized in that applying a conductive paste. 前記プリント配線板の表面にコンデンサを実装したことを特徴とする請求項1〜3の内1に記載のプリント配線板。  The printed wiring board according to claim 1, wherein a capacitor is mounted on a surface of the printed wiring board. 前記表面のチップコンデンサの静電容量は、内層のチップコンデンサの静電容量以上であることを特徴とする請求項4に記載のプリント配線板。  5. The printed wiring board according to claim 4, wherein a capacitance of the chip capacitor on the surface is equal to or greater than a capacitance of the inner layer chip capacitor. 前記コンデンサとして、マトリクス状に電極が形成されたチップコンデンサを用いたことを特徴とする請求項1〜請求項5のに記載のプリント配線板。As the capacitor, printed wiring board according to one of claims 1 to 5, characterized in that using a chip capacitor having electrodes formed in a matrix. 前記コンデンサの電極に形成した金属膜は、銅を主とするめっき膜であることを特徴とする請求項に記載のプリント配線板。The printed wiring board according to claim 6 , wherein the metal film formed on the electrode of the capacitor is a plating film mainly made of copper. 前記コンデンサの電極の被覆層を少なくとも一部を露出させて、前記被覆層から露出した電極にめっきにより電気的接続を取ったことを特徴とする請求項1〜請求項の内1に記載のプリント配線板。Wherein exposing the at least a portion of the coating layer of the capacitor electrodes, according to one of claims 1 to 5, characterized in that it took electrical connection by plating on the exposed electrodes from the covering layer Printed wiring board. 前記通孔には、前記コンデンサが収容された状態で樹脂充填剤が充填され、
前記第3のコア基板に形成された前記バイアホールは、前記樹脂充填剤を貫通して前記コンデンサに接続されていることを特徴とする請求項1〜内1に記載のプリント配線板。
The through hole is filled with a resin filler in a state where the capacitor is accommodated,
The third of said via holes formed in the core substrate, a printed wiring board according to one of claims 1-8, characterized in that through said resin filler is connected to the capacitor.
前記樹脂充填剤は、無機フィラーを含有していることを特徴とする請求項に記載のプリント配線板。The printed wiring board according to claim 9 , wherein the resin filler contains an inorganic filler. 少なくとも以下(a)〜(c)の工程を備えることを特徴とするプリント配線板の製造方法:
(a)通孔にコンデンサを収容した第1のコア基板の上下に、未硬化樹脂を含浸する樹脂板を介在させて第2、第3のコア基板を積層する工程;、
(b)第2、第3のコア基板にレーザで前記コンデンサの第1および第2の電極へそれぞれ至る開口を形成する工程;
(c)前記開口にめっきを施し、前記コンデンサの第1および第2の電極にそれぞれ接続するバイアホールを形成する工程。
A method for producing a printed wiring board comprising at least the following steps (a) to (c):
(A) a step of laminating the second and third core substrates above and below the first core substrate in which the capacitor is accommodated in the through hole with a resin plate impregnated with uncured resin interposed therebetween;
(B) a step of forming openings respectively reaching the first and second electrodes of the capacitor with a laser in the second and third core substrates;
(C) Plating the opening to form via holes that connect to the first and second electrodes of the capacitor, respectively.
少なくとも以下(a)〜(e)の工程を備えることを特徴とするプリント配線板の製造方法:
(a)通孔にコンデンサを収容した第1のコア基板の上下に、未硬化樹脂を含浸する樹脂板を介在させて第2、第3のコア基板を積層する工程;、
(b)第2、第3のコア基板にレーザで前記コンデンサの第1および第2の電極へそれぞれ至る開口を形成する工程:
(c)前記開口にめっきを施し、前記コンデンサの第1および第2の電極にそれぞれ接続するバイアホールを形成する工程;
(d)前記第2、第3のコア基板の表面に樹脂充填剤を塗布する工程;
(e)前記第2、第3のコア基板の表面を研磨して平滑化する工程。
A method for producing a printed wiring board comprising at least the following steps (a) to (e):
(A) a step of laminating the second and third core substrates above and below the first core substrate in which the capacitor is accommodated in the through hole with a resin plate impregnated with uncured resin interposed therebetween;
(B) A step of forming openings respectively reaching the first and second electrodes of the capacitor with a laser in the second and third core substrates:
(C) plating the opening to form via holes connected to the first and second electrodes of the capacitor;
(D) applying a resin filler to the surfaces of the second and third core substrates;
(E) A step of polishing and smoothing the surfaces of the second and third core substrates.
前記コア基板にレーザで開口を形成する工程において、第2、第3のコア基板の導体回路に形成された開口をコンフォマルマスクとして用いることを特徴とする請求項11又は請求項12に記載のプリント配線板の製造方法。In the step of forming an opening in the laser to the core substrate, the second, according to the third claim 11 or claim 12, characterized by using an opening formed in the conductor circuit of the core board as con follower circle mask Manufacturing method of printed wiring board.
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