JP5406322B2 - 電子部品内蔵多層配線基板及びその製造方法 - Google Patents

電子部品内蔵多層配線基板及びその製造方法 Download PDF

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Description

この発明は、電子部品を内蔵する電子部品内蔵多層配線基板及びその製造方法に関する。
従来より、半導体素子などの電子部品を層間に内蔵した多層配線基板として、例えば下記特許文献1に開示されているICチップ内蔵多層基板が知られている。このICチップ内蔵多層基板は、ICチップを埋め込むように実装されたICチップ実装基板と、ICチップ埋込面側に設けられたプリプレグと、非埋込面側に設けられた外層用のプリント配線基板と、プリプレグにより挟み込まれた内層配線基板とを備える。
そして、ICチップ実装基板において、チップ埋込時に所定の厚みのICチップを実装基板の厚みに揃え込むように研磨して、厚みを実装基板と整合させて内蔵することで、厚さの異なるICチップを多層構造で内蔵する。このようにして、回路基板の薄型化や製法の簡易化を図っている。
特開2001−119148号公報
しかしながら、上記特許文献1に開示された従来技術のICチップ内蔵多層基板では、内蔵する種々の電子部品の厚さが異なるため、これらを調整するための複雑な積層工程が必要で、より簡易に製造することが困難であるという問題がある。
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消し、厚さの異なる複数の電子部品を簡易な方法で内蔵可能な電子部品内蔵多層配線基板及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係る電子部品内蔵多層配線基板は、複数のプリント配線基板を積層して構成され複数の電子部品を内蔵する電子部品内蔵多層配線基板であって、前記電子部品は、第1の電子部品及び前記第1の電子部品よりも厚さが厚い第2の電子部品を含み、前記第1の電子部品は、前記第2の電子部品と厚さが整合された埋込用基板に内蔵された上で同一の前記プリント配線基板上に実装されて内蔵されていることを特徴とする。
本発明に係る電子部品内蔵多層配線基板によれば、第1の電子部品が第2の電子部品と厚さが整合された埋込用基板に内蔵され、第1の電子部品よりも厚さが厚い第2の電子部品と厚さが整合された上でこれらが同一のプリント配線基板上に実装されて電子部品内蔵多層配線基板に内蔵されているので、異なるキャビティーを考慮した設計をする必要が無く、電子部品の実装工程も共通化でき、簡易に製造することが可能になる。
本発明の一実施形態においては、前記埋込用基板が、前記第1の電子部品と接続される配線回路が形成された絶縁基材を複数積層して形成され、前記配線回路は前記埋込用基板の両面に形成されている。
本発明の他の実施形態においては、前記埋込用基板が、前記プリント配線基板と同一の材料で形成されている。
本発明の更に他の実施形態においては、前記埋込用基板は、前記配線回路が、前記プリント配線基板の配線回路の回路ピッチよりも狭ピッチで形成される。
本発明に係る電子部品内蔵多層配線基板の製造方法は、複数のプリント配線基板を積層して構成され複数の電子部品を内蔵する電子部品内蔵多層配線基板の製造方法であって、前記電子部品のうち、第1の電子部品を内蔵しこの第1の電子部品よりも厚さが厚い第2の電子部品と厚さが整合された多層構造の埋込用基板を形成する工程と、前記埋込用基板及び前記第2の電子部品を実装する第1配線回路が形成された第1プリント配線基板を形成する工程と、前記埋込用基板及び前記第2の電子部品が収容される開口部が形成されると共に前記第1配線回路と接続される第2配線回路及び層間接続用の第1ビアが形成された第2プリント配線基板を形成する工程と、前記第1プリント配線基板上に前記第2プリント配線基板を位置合わせして積層し仮圧着する工程と、前記埋込用基板及び前記第2の電子部品を前記開口部内に挿入して実装する工程と、前記第2プリント配線基板上に第3配線回路及び層間接続用の第2ビアが形成された第3プリント配線基板を前記開口部を塞ぐように貼り合わせる工程と、前記第1、第2及び第3プリント配線基板を熱圧着により一括積層する工程とを備えたことを特徴とする。
本発明に係る電子部品内蔵多層配線基板の製造方法によれば、第1の電子部品を内蔵し第1の電子部品よりも厚さが厚い第2の電子部品と厚さが整合された埋込用基板を予め形成し、これらを収容する開口部が形成されて積層されたプリント配線基板のうちの第2プリント配線基板上にこれらを実装してから熱圧着により複数のプリント配線基板を一括積層するので、異なるキャビティーを考慮した設計をする必要がなく、電子部品の実装工程も共通化でき、電子部品内蔵多層配線基板を簡易に製造することができる。
本発明の一実施形態においては、前記埋込用基板を形成する工程が、前記第1の電子部品と接続される第4配線回路が形成され、一部に開口部が形成された複数の絶縁基材を、前記第1の電子部品を前記開口部に収容して熱圧着により一括積層する工程である。
本発明によれば、厚さの異なる複数の電子部品を簡易な方法で内蔵することができる。
本発明の一実施形態に係る電子部品内蔵多層配線基板の製造方法により形成された電子部品内蔵多層配線基板の構造を示す断面図である。 同製造方法による電子部品内蔵多層配線基板に内蔵される埋込用基板の構造を示す断面図である。 同製造方法による電子部品内蔵多層配線基板の製造工程を示すフローチャートである。 同製造方法による電子部品内蔵多層配線基板の製造工程における埋込用基板の製造工程を示すフローチャートである。 同製造方法による埋込用基板を製造工程毎に示す断面図である。 同製造方法による電子部品内蔵多層配線基板を製造工程毎に示す断面図である。 同製造方法による電子部品内蔵多層配線基板を製造工程毎に示す断面図である。
以下、添付の図面を参照して、この発明の実施の形態に係る電子部品内蔵多層配線基板及びその製造方法を詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る電子部品内蔵多層配線基板の製造方法により形成された電子部品内蔵多層配線基板の構造を示す断面図である。
また、図2は、この製造方法による電子部品内蔵多層配線基板に内蔵される埋込用基板の構造を示す断面図、図3は、この製造方法による電子部品内蔵多層配線基板の製造工程を示すフローチャート、図4は、この製造方法による電子部品内蔵多層配線基板の製造工程における埋込用基板の製造工程を示すフローチャートである。
更に、図5は、この製造方法による埋込用基板を製造工程毎に示す断面図、図6及び図7は、この製造方法による電子部品内蔵多層配線基板を製造工程毎に示す断面図である。本実施形態に係る電子部品内蔵多層配線基板(以下、「多層配線基板」と略記する。)1は、電子部品として、例えば第1の電子部品とこれよりも厚さが厚い第2の電子部品とを内蔵する多層構造の配線基板である。
図1に示すように、多層配線基板1は、例えば第1プリント配線基板10、第2プリント配線基板20、第3プリント配線基板30、第4プリント配線基板40、及び第5プリント配線基板50を熱圧着により一括積層した構造を備えている。
多層配線基板1は、第2及び第5プリント配線基板10,50間にそれぞれ配置された埋込用基板100及び第2の電子部品200を内蔵してなる。第1〜第4プリント配線基板10〜40は、例えば片面CCL(片面板)からなり、第5プリント配線基板50は、両面CCL(両面板)からなる。
第1〜第4プリント配線基板10〜40は、それぞれ絶縁層である第1〜第4樹脂基材11,21,31,41と、これらの一方の面(片面)に形成された配線パターン等の配線回路12,22,32,42とを備える。第5プリント配線基板50は、絶縁層である第5樹脂基材51と、この基材の両方の面(両面)にそれぞれ形成された配線パターン等の配線回路52とを備える。
また、第1〜第4プリント配線基板10〜40は、各樹脂基材11〜41の配線回路12〜42側とは反対側に形成された接着層9と、各樹脂基材11〜41及び接着層9に形成された貫通穴内に導電性ペーストを充填して形成され、各プリント配線基材10〜50の配線回路12〜52を層間接続するためのビア13,23,33,43とを備える。接着層9は、例えばエポキシ系やアクリル系の接着剤など、揮発成分が含まれた有機系接着剤などからなる。
第5プリント配線基板50は、第5樹脂基材51に形成された貫通穴内に導電性ペーストを充填して形成され、各配線回路52間を接続するビア53を備える。なお、ビア53は、貫通穴内に導電性ペーストを充填させる上記の構造の他、例えば一方の配線回路52を貫通させることなく、他方の配線回路52側から形成した貫通穴内にめっきを施した構造のLVHのめっきビアからなるもので、銅めっきにより形成されたものであってもよい。
この場合、一方の配線回路52上には図示しないめっき層が形成される。その他、ビア53は、図示は省略するが、各配線回路52間を貫通する貫通穴内にめっきを施した構造のめっきスルーホールにより構成されてもよい。
第1〜第5樹脂基材11〜51は、例えば樹脂フィルムにより構成されている。樹脂フィルムとしては、例えばポリイミド、ポリオレフィン、液晶ポリマー(LCP)などからなる樹脂フィルムや、熱硬化性のエポキシ樹脂などからなる樹脂フィルム等を用いることができる。
配線回路12〜52は、例えば銅箔などの導電材をパターン形成してなる。また、ビア13〜53を構成する導電性ペーストは、例えばニッケル、金、銀、銅、アルミニウム、鉄等から選択される少なくとも1種類の低電気抵抗の金属粒子と、錫、ビスマス、インジウム、鉛等から選択される少なくとも1種類の低融点の金属粒子とを含む。そして、これらの金属粒子に、エポキシ、アクリル、ウレタン等を主成分とするバインダ成分を混合したペーストからなる。
このような導電性ペーストは、含有された低融点の金属が200℃以下で溶融し合金を形成することができる。特に、銅や銀などとは金属間化合物を形成することができる特性を備える。従って、各ビア13〜53と配線回路12〜52との接続部は、一括積層の熱圧着時に金属間化合物により合金化される。
なお、導電性ペーストは、例えば粒子径がナノレベルの金、銀、銅、ニッケル等のフィラーが、上記のようなバインダ成分に混合されたナノペーストで構成することもできる。その他、導電性ペーストは、上記ニッケル等の金属粒子が、上記のようなバインダ成分に混合されたペーストで構成することもできる。
この場合、導電性ペーストは、金属粒子同士が接触することで電気的接続が行われる特性となる。導電性ペーストの貫通穴内への充填方法としては、例えば印刷法、スピン塗布工法、スプレー塗布工法、ディスペンス工法、ラミネート工法、及びこれらを併用した工法などを用いることができる。
第5プリント配線基板50上に実装される埋込用基板100は、図2に示すように、第1配線基材110、第2配線基材120、第3配線基材130、及び第4配線基材140を、上記多層配線基板1と同様に熱圧着により一括積層した構造を備えている。埋込用基板100は、第1及び第3配線基材110,130間に配置された第1の電子部品60を内蔵してなり、モジュール部品として取り扱うことができる。
第1の電子部品60は、例えばトランジスタ、集積回路(IC)、ダイオード等の半導体素子からなる。第1、第3及び第4配線基材110,130,140は、それぞれ絶縁層である第1、第3及び第4絶縁基材111,131,141と、これらの一方の面に形成された配線パターン等の配線回路112,132,142とを備える。第2配線基材120は、絶縁層である第2絶縁基材121と、この基材の両方の面にそれぞれ形成された配線パターン等の配線回路122とを備える。
第1、第3及び第4配線基材110〜140は、各絶縁基材111〜141の配線回路112〜142側とは反対側に形成された接着層109と、各絶縁基材111〜141及び接着層109に形成された貫通穴内に導電性ペーストを充填して形成され、各配線基材110〜140の配線回路112〜142や第1の電子部品60の再配線電極61を層間接続するためのビア113,133,143とを備える。
第2配線基材120は、第2絶縁基材121の一方の配線回路122を貫通させることなく、他方の配線回路122側から形成した貫通穴内に銅めっき等を施した構造の両面間接続用のビア123を備える。従って、一方の配線回路122上には図示しないめっき層が形成されている。その他、埋込用基板100は、多層配線基板1と同様の材料で形成されても、異なる材料で形成されてもよい。このように構成された埋込用基板100は、その両面側に配線回路112,142を備えることができるので、より高密度な配線設計が可能となる。
また、第5プリント配線基板50上に実装される第2の電子部品200は、抵抗器、コンデンサ、リレー、圧電素子等からなり、第1の電子部品60に比べて厚さが厚く形成されている。例えば、第2の電子部品200の厚さが300μm程度であり、第1の電子部品60の厚さが150μm程度である場合、多層配線基板1に内蔵するに当たって150μm程度の厚さの差が生じてしまう。
このため、本実施形態に係る多層配線基板1では、第1の電子部品60を内蔵する埋込用基板100の厚さを第2の電子部品200の厚さと同等に設定して製造し、多層配線基板1の同一のプリント配線基板上に実装することで、多層配線基板1内に余分な隙間等が生じることを防止している。なお、埋込用基板100の厚さは、第2の電子部品200の厚さの80%〜125%程度に設定し、多少の誤差は許容範囲内とすることができる。
多層配線基板1は、このように構成されることにより、厚さの異なる第1の電子部品60及び第2の電子部品200を簡易な方法で内蔵することができる。また、第2の電子部品200の厚さに整合させた厚さの埋込用基板100を予め製造し、実装マウンタ等を用いて埋込用基板100及び第2の電子部品200を実装して内蔵することができるので、電子部品の実装工程を共通化することができ、多層配線基板1を簡易な方法で製造することができる。
更に、埋込用基板100の配線回路112等を多層配線基板1の導体回路12等よりも狭ピッチで形成し、埋込用基板100の両面側に配線を取り回すことができるので、多層配線基板1や埋込用基板100の厚みの増加を抑えつつ第1の電子部品60の周辺に高密度配線を形成することが可能となる。
次に、本実施形態に係る多層配線基板1の製造方法について説明する。
まず、図3に示すように、多層配線基板1に内蔵される埋込用基板100を作製する(ステップS100)。ここで、埋込用基板100は、例えば次のように製造される。すなわち、図4に示すように、埋込用基板100を構成する各基材、この埋込用基板100に内蔵される第1の電子部品60を作製する(ステップS200)。
具体的には、図5(a)に示すように、第1〜第4配線基材110〜140を作製すると共に、第1の電子部品60を作製する。第1配線基材110の製造工程は、図示は省略するが例えば次のようになる。まず、第1絶縁基材111の片面にベタ状態の銅箔等からなる導体層が形成された片面CCL(片面銅張積層板)を準備する。
次に、導体層上にフォトリソグラフィによりエッチングレジストを形成してからエッチングを行って、配線回路112をパターン形成する。片面CCLは、例えば厚さ12μm程度の銅箔からなる導体層に、厚さ20μm程度の第1絶縁基材111を貼り合わせた構造からなる。片面CCLとしては、例えば公知のキャスティング法により、銅箔にポリイミドのワニスを塗布してそのワニスを硬化させて作製されたものを用いることができる。
その他、片面CCLとしては、ポリイミドフィルム上にシード層をスパッタリングにより形成し、めっきにより銅を成長させて導体層を形成したものや、圧延或いは電解銅箔とポリイミドフィルムとを接着材により貼り合わせて作製されたものなどを用いることもできる。
なお、第1絶縁基材111等の樹脂基材は、必ずしもポリイミドからなるものである必要はなく、上記のような液晶ポリマー等のプラスチックフィルムからなるものであってもよい。また、エッチングには、塩化第二鉄や塩化第二銅などを主成分とするエッチャントを用いることができる。
接着層109としては、例えば厚さ25μm程度のエポキシ系熱硬化性樹脂を半硬化状態としたものを用いることができる。加熱圧着には、例えば真空ラミネータを用い、減圧下の雰囲気中にて接着層109が硬化しない温度でプレスしてこれらを貼り合わせることが挙げられる。
なお、接着層109等は、エポキシ系の熱硬化性樹脂のみならず、エポキシ系熱硬化性樹脂をガラス布等に塗布して半硬化状態としたプリプレグや、種々の樹脂等を用いることができる。接着層109及び第1絶縁基材111を貫通する貫通穴を所定箇所に形成し、貫通穴内にデスミア処理を施す。
ここで、貫通穴は、例えばUVレーザを用いて所定箇所に形成される。貫通穴は、その他、炭酸ガスレーザやエキシマレーザなどで形成してもよいし、ドリル加工や化学的なエッチングなどにより形成してもよい。また、デスミア処理は、プラズマデスミアの場合はCF及びO(四フッ化メタン+酸素)の混合ガスにより行うことができるが、Ar(アルゴン)などのその他の不活性ガスを用いることもできる。また、いわゆるドライ処理ではなく、薬液を用いたウェット処理としてもよい。
貫通穴を形成したら、貫通穴内に例えばスクリーン印刷等により上述したような導電性ペーストを充填してビア113を形成すれば、図5(a)に示すような第1配線基材110を製造することができる。第3及び第4配線基材130,140についてもこのような処理により同様に製造することができるので、ここでは説明を省略する。
次に、第2配線基材120の製造工程は、図示は省略するが例えば次のようになる。まず、第2絶縁基材121の両面にベタ状態の銅箔等からなる導体層がそれぞれ形成された両面CCL(両面銅張積層板)を準備する。そして、所定箇所に貫通穴を形成してデスミア処理を行い、第2絶縁基材121の全面にパネルめっき処理を施す。
その後、第2絶縁基材121の両面にエッチング等により配線回路122やビア123等をパターン形成し、第1の電子部品60が内蔵される部分の第2絶縁基材121をUVレーザ等により除去して開口部69を形成し、第2配線基材120を製造する。なお、第1の電子部品60は、例えば次のように製造される。
まず、無機絶縁層が形成されたダイシング前のウェハを準備する。そして、ウェハの表面に再配線電極61等を形成し、絶縁層等を形成してから検査を行って、薄型化及びダイシングにより個片化することで、第1の電子部品60を製造する。こうして、埋込用基板100を構成する各基材及び第1の電子部品60を作製したら、これらを位置合わせして積層し(ステップS202)、熱圧着を行う(ステップS204)。
これにより、図5(b)に示すような複数の第1の電子部品60が内蔵された埋込用基板母材190を製造する。最後に、所定の間隔で埋込用基板母材190を切断し個片化すれば(ステップS206)、図5(c)に示すような埋込用基板100を複数製造することができる。
このようにして埋込用基板100を作製したら、多層配線基板1を構成する各基板を作製する(ステップS102)。各基板は、上記埋込用基板100における各配線基材と同様に作製することができるので、ここでは詳しい説明は省略するが、例えば第3プリント配線基板30は、次のように製造される。
すなわち、図6(a)に示すように、第3樹脂基材31の片面に配線回路32をパターン形成した後、図6(b)に示すように、配線回路32と反対側の面に接着層9を形成する。なお、第3樹脂基材31の厚さは20μm程度であり、接着層9の厚さは25μm程度であるので、第3プリント配線基板30の厚さは、45μm程度に形成される。他のプリント配線基板についても、同様の厚さに形成される。
次に、図6(c)に示すように、埋込用基板100及び第2の電子部品200を収容する所定箇所に、レーザ等により開口部8を形成し、図6(d)に示すように、接着層9側から貫通穴7を形成した上で、導電性ペーストを貫通穴7内に充填することでビア33を形成し、図6(e)に示すような第3プリント配線基板30を製造する。同様にして第4プリント配線基板40を製造し、別途製造された第5プリント配線基板50を準備したら、図6(f)に示すようにこれらを位置合わせして積層し、図7(g)に示すように熱圧着により仮圧着する(ステップS104)。
その後、図7(h)に示すように、別途準備した埋込用基板100及び第2の電子部品200を開口部8内に挿入して第5プリント配線基板50上に実装する(ステップS106)。最後に、図7(i)に示すように、第1及び第2プリント配線基板10,20を位置合わせして第3プリント配線基板30上に積層した後、熱圧着を施すことにより、図1に示すような本実施形態に係る多層配線基板1を製造する。
このように、本実施形態に係る電子部品内蔵多層配線基板及びその製造方法によれば、厚さの異なる第1の電子部品60及び第2の電子部品200を厚さを整合させた状態で内蔵することができるので、簡易な方法で製造することができる。また、第1の電子部品60を第2の電子部品200と厚さが整合された埋込用基板100に内蔵した上で第2の電子部品200と共に内蔵するので、ハンドリングが容易で配線自由度が高く実装工程の共通化を図ることができる。なお、埋込用基板100は、多層配線基板1と同様の材料により構成されているとしたが、異なる材料で構成されていてもよい。
1 電子部品内蔵多層配線基板(多層配線基板)
7 貫通穴
8,69 開口部
9,109 接着層
10 第1プリント配線基板
20 第2プリント配線基板
30 第3プリント配線基板
40 第4プリント配線基板
50 第5プリント配線基板
60 第1の電子部品
100 埋込用基板
110 第1配線基材
120 第2配線基材
130 第3配線基材
140 第4配線基材
200 第2の電子部品

Claims (7)

  1. 複数のプリント配線基板を熱圧着により一括積層して構成され複数の電子部品を内蔵する電子部品内蔵多層配線基板であって、
    前記電子部品は、第1の電子部品及び前記第1の電子部品よりも厚さが厚い第2の電子部品を含み、
    前記第1の電子部品は、前記第2の電子部品厚さの80%〜125%の厚さにされた埋込用基板に内蔵された上で同一の前記プリント配線基板上に実装されて内蔵され、
    前記埋込用基板は、前記プリント配線基板と同一の材料で形成されている
    ことを特徴とする電子部品内蔵多層配線基板。
  2. 前記埋込用基板は、前記第1の電子部品と接続される配線回路が形成された絶縁基材を複数積層して形成され、前記配線回路は前記埋込用基板の両面に形成されている
    ことを特徴とする請求項1記載の部品内蔵多層配線基板。
  3. 前記埋込用基板は、前記配線回路が、前記プリント配線基板の配線回路の回路ピッチよりも狭ピッチで形成されている
    ことを特徴とする請求項1又は2記載の電子部品内蔵多層配線基板。
  4. 前記埋込用基板は、熱圧着により一括積層して形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電子部品内蔵多層配線基板。
  5. 複数のプリント配線基板を積層して構成され複数の電子部品を内蔵する電子部品内蔵多層配線基板の製造方法であって、
    前記電子部品のうち、第1の電子部品を内蔵しこの第1の電子部品よりも厚さが厚い第2の部品厚さの80%〜125%の厚さにされた多層構造の埋込用基板を形成する工程と、
    前記埋込用基板及び前記第2の電子部品を実装する第1配線回路が形成された第1プリント配線基板を形成する工程と、
    前記埋込用基板及び前記第2の電子部品が収容される開口部が形成されると共に前記第1配線回路と接続される第2配線回路及び層間接続用の第1ビアが形成された第2プリント配線基板を形成する工程と、
    前記第1プリント配線基板上に前記第2プリント配線基板を位置合わせして積層し仮圧着する工程と、
    前記埋込用基板及び前記第2の電子部品を前記開口部内に挿入して実装する工程と、
    前記第2プリント配線基板上に第3配線回路及び層間接続用の第2ビアが形成された第3プリント配線基板を前記開口部を塞ぐように貼り合わせる工程と、
    前記第1、第2及び第3プリント配線基板を熱圧着により一括積層する工程とを備え、
    前記埋込用基板は、前記第1〜第3プリント配線基板と同一の材料で形成されている
    ことを特徴とする電子部品内蔵多層配線基板の製造方法。
  6. 前記埋込用基板を形成する工程は、前記第1の電子部品と接続される第4配線回路が形成され、一部に開口部が形成された複数の絶縁基材を、前記第1の電子部品を前記開口部に収容して熱圧着により一括積層する工程である
    ことを特徴とする請求項5記載の電子部品内蔵多層配線基板の製造方法。
  7. 前記埋込用基板は、熱圧着により一括積層して形成されている
    ことを特徴とする請求項5又は6記載の電子部品内蔵多層配線基板の製造方法。
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