JP5200870B2

JP5200870B2 - 部品内蔵モジュールの製造方法

Info

Publication number: JP5200870B2
Application number: JP2008289688A
Authority: JP
Inventors: 雅司荒井
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-11-12
Filing date: 2008-11-12
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2028-11-12
Also published as: JP2010118436A

Description

本発明は部品内蔵モジュールの製造方法に関するものである。本発明でいう部品内蔵モジュールとは、樹脂層に部品が内蔵された部品内蔵層を少なくとも一層有するモジュールを意味し、複数の部品内蔵層を有したり、部品内蔵層の上下面に薄層（部品が内蔵されていない層）がビルトアップされたモジュールも含む。

従来、携帯電話、自動車電話などの無線機器やその他の各種通信機器に、回路部品を樹脂層の中に埋設した部品内蔵層を備えた部品内蔵モジュールが用いられている。この種の部品内蔵モジュールの製造方法として、特許文献１には、配線パターンを形成した基板に回路部品を実装した上で、未硬化の樹脂層を回路部品及び基板上に圧着し、樹脂層の内部に回路部品を埋設した後、樹脂層を硬化させ、その後で基板を剥離する方法が提案されている。

絶縁性基板の内部に埋設される回路部品には、半導体集積回路のような集積回路素子のほか、フィルタ、コンデンサのような周辺受動部品もある。ところが、ＭＥＭＳ素子や弾性表面波素子のような回路部品は、樹脂層と接触すると特性が変化してしまうため、このような回路部品を樹脂層の内部に埋設することができない。そこで、樹脂層の内部に中空キャビティを形成し、この中空キャビティ内に回路部品を配置するようにした部品内蔵モジュールが特許文献２や３によって提案されている。

図４は特許文献２に示された部品内蔵モジュールの製造方法を示す。開口部４１とビア４２とを有する未硬化の樹脂層４０を準備する一方、配線パターン４４を形成した転写フィルム４３を準備し、配線パターン４４に回路部品４５を実装する。次に、開口部４１が回路部品４５に対応するように、回路部品４５を実装した転写フィルム４３に対して未硬化の樹脂層４０を圧着し、配線パターン４４と樹脂層４０のビア４４とを接続させる。さらに、転写フィルム４３を未硬化の樹脂層４０から剥離する。その後、樹脂層４０の上下に未硬化の樹脂層４６，４７を圧着し、３層の樹脂層４０，４６，４７を同時に熱硬化させることで、開口部４１内に回路部品４５を収納した部品内蔵モジュールを得る。

この方法の場合、中央の樹脂層４０と上下の樹脂層４６，４７との間の気密性を確保するため、中央の樹脂層４０に対して上下の樹脂層４６，４７を強く圧着する必要がある。そのため、図５に示すように樹脂層に歪みが発生し、特に下側の樹脂層４７が開口部４１に向かって変形し、樹脂層４７が回路部品４５に接触する可能性がある。中央の樹脂層２０の厚みを十分に厚くすれば接触の恐れはなくなるが、これでは部品内蔵モジュールの厚みが厚くなるという欠点がある。また、図４の（ｂ）の段階で、回路部品４５は配線パターン４４だけで支持されているため、支持強度が非常に低く、図４の（ｃ）で樹脂層４６，４７と圧着した時に、配線パターン４４が断線する危険性がある。

図６は特許文献３に示された部品内蔵モジュールの製造方法を示す。この方法は、まず硬化済みの基板５０の表裏面に配線パターン５１，５２を形成するとともに、表面の配線パターン５１に回路部品５３を実装する。次に、回路部品５３のバンプ部分に封止材５４を形成し、基板５０の表裏面に未硬化の樹脂層５５，５６を圧着する。基板５０の表面に圧着される樹脂層５５には予め凹部５５ａが形成されており、この凹部５５ａに回路部品５３が収納される。

この場合は、硬化済みの基板５０の配線パターン５１に回路部品５３が実装されているので、その支持強度が低下することはない。しかし、未硬化の樹脂層５５を基板５０に対して圧着した際、図７に示すように凹部５５ａの底部が撓み、回路部品５３に接触する可能性がある。凹部５５ａの深さを十分に深くしておけば接触の可能性は低くなるが、それだけ樹脂層５５の厚みが厚くなるという欠点がある。
特開平１１−２２０２６２号公報特開平１１−４５９５５号公報特開２００４−３１６５１号公報

本発明の目的は、樹脂層の厚みを薄くしながら、回路部品を樹脂層と接触させずに収納できる中空キャビティを形成できる部品内蔵モジュールの製造方法を提供することにある。

本発明に係る部品内蔵モジュールの製造方法は、上面に、中空形成用凸部が形成されると共に、前記中空形成用凸部以外の領域に第１の電極が形成され、当該第１の電極に第１の回路部品が実装されたキャリアを用意する第１の工程と、前記中空形成用凸部及び前記第１の回路部品を被覆するように、前記キャリア上に樹脂層を形成し、当該樹脂層を硬化させる第２の工程と、硬化した前記樹脂層から前記中空形成用凸部と一体に前記キャリアを剥離することにより、前記中空形成用凸部によって前記樹脂層の下面側に凹部を形成すると共に、前記樹脂層に前記第１の電極及び第１の回路部品を転写する第３の工程と、上面に第２の電極が形成され、当該第２の電極上に第２の回路部品が実装された基板を用意する第４の工程と、前記樹脂層を未硬化状態の接着剤層を介して前記基板の上面に接合し、前記凹部の中に前記第２の回路部品を収納する第５の工程と、を備えることを特徴とする。

まず、キャリア上に中空形成用凸部を形成すると共に、中空形成用凸部以外の領域に第１の電極を形成し、この電極に第１の回路部品を実装する。キャリアはＳＵＳ等の金属板でもよいし、樹脂フィルムでもよい。電極とは、回路部品を実装するための実装用ランドの他、ビア用ランド、ランド同士を相互に接続するための配線などを含んでもよいが、キャリアから樹脂層へ転写しやすくするため、銅箔などで形成するのがよい。第１の回路部品は、例えばチップコンデンサやチップ抵抗などの樹脂と接触しても特性が変化しないか、又は殆ど変化しない部品である。次に、中空形成用凸部及び第１の回路部品を被覆するように、キャリア上に樹脂層を形成し、この樹脂層を硬化させる。樹脂層の形成方法としては、例えば未硬化の熱硬化性樹脂シートを準備し、キャリア上に圧着・熱硬化させる方法を用いることができる。未硬化状態とは、例えばＢステージ状態が望ましい。これにより、樹脂層の樹脂が中空形成用凸部や第１の回路部品の周囲に隙間なく充填される。次に、硬化した樹脂層からキャリアを剥離する。その際、キャリアと中空形成用凸部とが一体に剥離されるように、中空形成用凸部と樹脂層との密着力を、キャリアと中空形成用凸部との密着力より弱く設定しておく必要がある。キャリアを剥離することにより、中空形成用凸部によって樹脂層の下面側に凹部が形成されると共に、樹脂層に第１の電極及び第１の回路部品が転写される。

次に、上面に第２の電極が形成され、当該電極上に第２の回路部品が実装された基板を用意する。基板としては、例えば樹脂製又はセラミック製の配線基板を使用することができる。第２の回路部品は、ＭＥＭＳ素子や弾性表面波素子のような樹脂層と接触すると特性が変化してしまう部品である。基板の上面に、下面側に凹部を形成した樹脂層を未硬化状態の接着剤層を介して接合することにより、中空キャビティの中に第２の回路部品が収納される。このようにして、基板と樹脂層との多層構造の部品内蔵モジュールが形成される。

基板と樹脂層との接着に際して両者を圧着しても、樹脂層は既に硬化済みであるから、凹部が変形することがなく、第２の回路部品との接触を回避できる。凹部が変形しないので、樹脂層の厚みは中空キャビティを形成するための最小限の厚みでよく、部品内蔵モジュールを薄型に構成できる。

第１の工程において、中空形成用凸部は未硬化状態の樹脂ブロックであって、第２の工程において、樹脂層と共に樹脂ブロックを硬化させるようにしてもよい。すなわち、中空形成用凸部を未硬化状態の樹脂ブロックで形成した場合には、樹脂ブロック自体がタック性を持つので、接着剤などを必要とせずにキャリアに対して簡単に固定できる。そして、第２の工程において、樹脂層と樹脂ブロックとを同時に硬化させれば、硬化処理回数を少なくできると同時に、硬化によって樹脂ブロックをキャリアに強く固着させることができる。特に、樹脂ブロックと樹脂層とを同じ樹脂材料とした場合には、圧力に対する変形や熱硬化時の収縮率が同じになり、充填から硬化までの過程における樹脂ブロックと樹脂層との間の応力集中、変形、クラックなどを防止できる。

第１の工程において、中空形成用凸部は硬化物であって、当該硬化物を接着剤によりキャリアに固定してもよい。硬化物としては、樹脂ブロック、金属ブロック、セラミックブロックなど何でもよい。

第１の工程において、中空形成用凸部はキャリアと一体に形成されているものとしてもよい。例えばキャリアが金属板で構成されている場合、その金属板の一部を凸状にプレス加工することで、中空形成用凸部を形成してもよい。また、キャリアが樹脂板で構成されている場合には、凸部を一体成形することもできる。

第２の工程の前に、中空形成用凸部の表面に離型処理が施されているのが望ましい。中空形成用凸部の表面に離型処理を施すことにより、凸部と硬化後の樹脂層との密着力を、凸部とキャリアとの密着力に比べて小さくでき、キャリアを剥離する際に凸部と樹脂層とを簡単に剥離できる。そのため、凹部の中に凸部の一部が残留するという問題がなく、安定した形状の凹部を形成できる。なお、離型処理は単に離型剤を塗布するだけでもよいし、両面で樹脂に対する密着強度が異なるもの、例えば片面離型処理を施されたＰＥＴフィルム等を貼り付けてもよい。また、中空形成用凸部として例えばフッ素樹脂を用いた場合、フッ素樹脂は金属に対する接着力に比べて樹脂に対する接着力が低いので、格別な離型処理を施すことなく、樹脂層との剥離が簡単になる。

中空形成用凸部は、その頂部から底部に向かって拡径するテーパ状としてもよい。中空形成用凸部の形状は、凹部の中に収容される第２の回路部品の形状に応じて任意に選定できるが、テーパ状とした場合には、キャリアを剥離する際に中空形成用凸部と樹脂層との剥離が容易になる。なお、ここでテーパ状とは円錐台形状のほか、角錐台形状であってもよい。

以上のように、本発明に係る部品内蔵モジュールの製造方法によれば、中空部を必要とする回路部品と中空部を必要としない回路部品とを同じ樹脂層の中に配置できるので、高機能な部品内蔵モジュールを作成できる。また、キャリア上に中空形成用凸部を形成しておき、樹脂層の圧着後にキャリアを剥離するだけで中空部を形成できるので、中空部を形成するための格別な工程を必要とせず、工程を簡素化できる。樹脂層を基板と接合する段階で、樹脂層は既に硬化状態であるから、中空部が変形することがなく、第２の回路部品との接触を防止できると共に、樹脂層を薄くできる。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、実施例を参照して説明する。

図１は本発明にかかる部品内蔵モジュールの第１実施例を示す。部品内蔵モジュールＡは、樹脂基板やセラミック基板などの絶縁性基板よりなるモジュール基板（基板）１を備えている。ここでは、モジュール基板１として単層構造の樹脂基板よりなるプリント配線板を用いたが、多層配線基板を用いてもよい。モジュール基板１の上面には電極（第２の電極）２〜４がパターン形成されている。このうち、モジュール基板１の左側の領域に形成された実装用電極２には第２の回路部品５が実装されている。第２の回路部品５は、圧電素子や弾性表面波素子のような樹脂層と接触すると特性が変化してしまう部品である。実装方法は、はんだ付け、導電性接着剤を用いた実装、バンプを用いたフリップチップ実装、プリコート実装など、如何なる方法でもよい。なお、モジュール基板１の下面に配線電極を形成し、上面の電極２〜４とビア導体を介して接続してもよい。

モジュール基板１の上面には、接着剤層１０を介して樹脂層２０が接着固定されている。接着剤層１０には、実装用電極２を取り囲む開口部１１が形成されており、電極３，４と対応する箇所には、厚み方向に貫通するビア導体１２，１３が形成されている。なお、この実施例では接着剤層１０にビア導体１２，１３を形成したが、省略してもよい。

樹脂層２０は、例えば熱硬化性樹脂、熱硬化性樹脂と無機フィラーとの混合物、ガラス繊維に熱硬化性樹脂を含浸させた樹脂組成物等で構成されている。接着剤層１０と同質の材料とするのが望ましい。樹脂層２０の下面には、接着剤層１０の開口部１１と対応する位置に凹部２１が形成されており、接着剤１０の開口部１１と樹脂層２０の凹部２１とモジュール基板１とによって第２の回路部品５を封止する中空キャビティ２２が形成されている。凹部２１の側壁は、下方にむかって拡径するようにテーパ状に傾斜している。樹脂層２０の下面であって、接着剤層１０のビア導体１２，１３と対応する箇所には、電極（第１の電極）２３，２４が形成されている。電極２３，２４はビア導体１２，１３を介して電極３，４と接続されている。電極２３，２４上には第１の回路部品２５，２６がそれぞれ実装されている。第１の回路部品２５，２６は、樹脂層２０の中に埋設しても電気的特性が変化しないか、又は殆ど変化しない部品である。実装方法は回路部品２５，２６の特性に応じて任意に選択できる。

次に、前記構成よりなる部品内蔵モジュールＡの製造方法の一例を、図２を参照して説明する。ここでは、子基板状態における部品内蔵モジュールＡの製造方法について説明するが、実際には子基板を複数個集合した集合基板状態で製造し、その後で子基板に分割する。

図２の（ａ）は第１工程を示し、上面に中空形成用凸部である樹脂ブロック３１を固定したキャリア３０を用意する。キャリア３０としては、例えばＳＵＳ等の薄肉な金属板を用いることができる。キャリア３０の樹脂ブロック３１以外の領域には、電極２３，２４が銅箔などによりパターン形成され、これら電極２３，２４上に第１の回路部品２５，２６が実装されている。樹脂ブロック３１は、例えば樹脂層２０と同じ樹脂材料を使用し、頂部から底部に向かって拡径するテーパ状に形成したものであり、この段階では未硬化であるのが望ましい。未硬化の樹脂ブロック３１を使用する場合、後述する未硬化の樹脂層２０を圧着した時に変形しないように、圧着時において樹脂層２０より硬い状態が望ましい。樹脂ブロック３１の表面には離型剤３２が塗布されている。

図２の（ｂ）は第２工程を示し、樹脂ブロック３１及び第１の回路部品２５，２６を被覆するように、キャリア３０上に未硬化の樹脂層２０を圧着し、熱硬化させる。ここで未硬化とはＢステージ状態が望ましい。樹脂層２０を圧着することにより、樹脂材料が樹脂ブロック３１と第１の回路部品２５，２６の周囲に隙間なく充填され、電極２３，２４の表面にも密着する。そのため、第１の回路部品２５，２６は樹脂層２０の中に埋設される。樹脂層２０を熱硬化させる際、その熱で未硬化の樹脂ブロック３１も同時に熱硬化される。

図２の（ｃ）は第３工程であり、硬化した樹脂層２０からキャリア３０を剥離する。このとき、キャリア３０の上面に形成された電極２３，２４が樹脂層２０に転写される。一方、樹脂ブロック３１の表面には離型剤３２が塗布されているので、樹脂ブロック３１と樹脂層２０との密着力は、樹脂ブロック３１とキャリア３０との密着力より弱く、さらに樹脂ブロック３１がテーパ状であるため、樹脂ブロック３１がキャリア３０と一体に樹脂層２０から剥離される。その結果、樹脂層２０の下面側に凹部２１が形成される。

図２の（ｄ）は第４工程であり、上面に電極２〜４がパターン形成され、その一部の電極２上に第２の回路部品５が実装されたモジュール基板１を準備する。このモジュール基板１の上に、未硬化の接着剤層１０を間にして硬化済みの樹脂層２０を積層接着する。接着剤層１０には、第２の回路部品５を取り囲む開口部１１が形成されているので、接着に際して開口部１１と第２の回路部品５とを位置合わせすることで、接着剤１０が第２の回路部品５に付着するのを防止できる。接着剤層１０には、モジュール基板１の電極３，４と対応する位置にビア導体１２，１３が形成されている。ビア導体１２，１３は、例えば接着剤層１０にビアホールを形成し、その中に導電ペーストを充填したものである。モジュール基板１の上に接着剤層１０を間にして樹脂層２０を接着する際、圧力を加えるが、樹脂層２０は硬化済みであるため、凹部２１が変形する心配がない。そのため、接着剤層１０の厚みと圧縮代を予め適切に設定しておけば、凹部２１の底面が第２の回路部品５に接触することがなく、樹脂層２０の厚みを必要最低限に薄くできる。

図２の（ｅ）は第５工程であり、モジュール基板１、接着剤層１０及び樹脂層２０の積層接着後、加熱することにより、接着剤層１０の硬化とビア導体１２，１３の硬化とを同時に実施する。その結果、ビア導体１２，１３を介してモジュール基板１の電極３，４と樹脂層２０の電極２３，２４とが電気的に接続される。第２の回路部品５の周囲には、モジュール基板１と樹脂層２０の凹部２１と接着剤層１０の開口部１１とによって中空キャビティ２２が形成される。

図３の（ａ）〜（ｃ）は、本発明における中空形成用凸部の他の実施例を示す。（ａ）は、キャリア３０の上にフッ素樹脂よりなる樹脂ブロック３３を固定した例である。キャリア３０上に樹脂層２０を圧着・硬化させた後、樹脂層２０をキャリア３０から剥離する際、フッ素樹脂は樹脂層２０との密着性が悪いので、離型剤を塗布しなくても樹脂ブロック３３は樹脂層２０から簡単に剥離する。

図３の（ｂ）は、キャリア３０の上に接着剤３４を介して金属ブロック３５を固定したものである。この場合には、接着剤３４の接着力が、樹脂層２０と金属ブロック３５との接着力より大きくなるように、接着剤３４を選定する必要がある。

図３の（ｃ）は、キャリア３０を金属板で作成し、この金属板３０にプレス加工によって凸部３６を一体に形成したものである。この場合には、キャリア３０に格別のブロックを接着しなくても、中空形成用凸部を形成できる。

本発明は前記実施例に限定されるものではない。本発明の部品内蔵モジュールは、モジュール基板１と接着剤層１０と樹脂層２０との３層構造に限るものではなく、樹脂層２０の上に別の樹脂層や配線基板が積層されてもよいし、モジュール基板１の下側に別の樹脂層や配線基板が積層されてもよい。

本発明に係る部品内蔵モジュールの第１実施例の断面図である。図１に示す部品内蔵モジュールの製造工程図である。本発明に係る中空形成用凸部の他の実施例を示す断面図である。従来の部品内蔵モジュールの一例の製造工程図である。図４に示す製造工程における樹脂層の変形を示す図である。従来の部品内蔵モジュールの他の例の製造工程図である。図６に示す製造工程における樹脂層の変形を示す図である。

符号の説明

Ａ部品内蔵モジュール
１モジュール基板（基板）
２第２の電極
５第２の回路部品
１０接着剤層
１１開口部
２０樹脂層
２１凹部
２２中空キャビティ
２３，２４第１の電極
２５，２６第１の回路部品
３１樹脂ブロック
３２離型剤
３３樹脂ブロック（フッ素樹脂製）
３４接着剤
３５金属ブロック
３６凸部

Claims

上面に、中空形成用凸部が形成されると共に、前記中空形成用凸部以外の領域に第１の電極が形成され、当該第１の電極に第１の回路部品が実装されたキャリアを用意する第１の工程と、
前記中空形成用凸部及び前記第１の回路部品を被覆するように、前記キャリア上に樹脂層を形成し、当該樹脂層を硬化させる第２の工程と、
硬化した前記樹脂層から前記中空形成用凸部と一体に前記キャリアを剥離することにより、前記中空形成用凸部によって前記樹脂層の下面側に凹部を形成すると共に、前記樹脂層に前記第１の電極及び第１の回路部品を転写する第３の工程と、
上面に第２の電極が形成され、当該第２の電極上に第２の回路部品が実装された基板を用意する第４の工程と、
前記樹脂層を未硬化状態の接着剤層を介して前記基板の上面に接合し、前記凹部の中に前記第２の回路部品を収納する第５の工程と、を備える部品内蔵モジュールの製造方法。
前記第１の工程において、前記中空形成用凸部は未硬化状態の樹脂ブロックであって、
前記第２の工程において、前記樹脂層と共に当該樹脂ブロックを硬化させることを特徴とする請求項１に記載の部品内蔵モジュールの製造方法。
前記第１の工程において、前記中空形成用凸部は硬化物であって、当該硬化物は接着剤により前記キャリアに固定されていることを特徴とする請求項１に記載の部品内蔵モジュールの製造方法。
前記第１の工程において、前記中空形成用凸部は前記キャリアと一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の部品内蔵モジュールの製造方法。
前記第２の工程の前に、前記中空形成用凸部の表面に離型処理が施されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の部品内蔵モジュールの製造方法。
前記中空形成用凸部は、その頂部から底部に向かって拡径するテーパ状であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の部品内蔵モジュールの製造方法。