JP5412002B1 - 部品内蔵基板 - Google Patents

Abstract

【課題】内蔵部品の端子部との適切な層間接続を確保することができる部品内蔵基板を提供する。
【解決手段】本発明の一実施形態に係る部品内蔵基板１００は、金属製のコア層１０と、配線層２１と、電子部品３０とを具備する。コア層１０は、部品収容用のキャビティ部１１を有する。配線層２１は、コア層１０に積層され、キャビティ部１１と対向する領域に層間接続用の複数のビア２１ｖが形成される。電子部品３０は、複数のビア２１ｖと電気的に接続される複数の端子部３１と、キャビティ部１１に収容され複数の端子部３１を支持する支持面３２ａを有する部品本体３２とを含む。複数の端子部３１は支持面３２ａの中心から第１の方向に偏って配置され、部品本体３２はキャビティ部１１の中心から上記第１の方向とは反対側の第２の方向に偏って配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品を収容したキャビティ部を有する部品内蔵基板に関する。

部品内蔵基板は、実装密度を高くできるとともに、従来の部品実装基板と比べて基板を小型化することができ、これによって、携帯電話、携帯型電子辞書、デジタルカメラ等の携帯機器の小型化、薄型化に寄与している。

例えば下記特許文献１には、電子部品を収容するキャビティを有する金属製のコア基板を備えた電子部品内蔵型多層基板が開示されている。当該多層基板は、コア基板と、コア基板のキャビティに収容され絶縁樹脂で封止された電子部品と、電子部品の上面を被覆する絶縁樹脂膜に形成されたトランジション層とを有する。このトランジション層は、上記絶縁樹脂膜を介して、電子部品の上面に形成された複数の端子を上層の導体回路へ接続する層間接続用のビアとして機能する。

上記トランジション層は、キャビティ内の電子部品を被覆する絶縁樹脂膜に電子部品上面の各端子を露出するための複数の孔を形成した後、当該孔の中に銅等の金属材料をメッキ法等で充填することで形成される。端子を露出させるための複数の孔は、典型的には、所定のマスクを用いたエッチング加工やレーザ加工等で形成される。したがって、キャビティに収容される電子部品は、その上面の端子群が上記マスクの開口位置に整列するようにキャビティ内の所定位置（例えばキャビティの中央位置）に配置される。

特許第４６３８６５７号公報

電子部品の多くは、一枚の基板上に複数個の素子を形成した後、個々の部品サイズに切り出すことで製造される。したがって一枚の基板から製造される複数の部品は、本来的に同一の構成を有しており、端子部の位置も各部品について同一であるのが通常である。その一方で、例えばセラミクス材料で構成される電子部品等においては、焼成処理による基板の変形あるいは収縮によって、基板面内において（素子領域ごとに）端子の位置にバラツキが生じることがある。このような端子部の位置のバラツキが一定範囲内であれば、上記マスク開口位置と端子部との対応状態を維持できるため適切な層間接続が可能となる。

しかしながら、端子部の位置のバラツキが上記一定範囲を超えると、部品をキャビティの所定位置にマウントしたとしても、上記マスク開口位置と端子部との対応状態を維持できず、適切な層間接続が不可能となる。このような問題は、基板サイズが大型化するほど、また電子部品が小型化するほど顕著となるが、特許文献１には当該問題の解決策については何ら記載されていない。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、内蔵部品の端子部との適切な層間接続を確保することができる部品内蔵基板を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る部品内蔵基板は、金属製のコア層と、配線層と、電子部品とを具備する。
上記コア層は、部品収容用のキャビティ部を有する。
上記配線層は、上記コア層に積層され、上記キャビティ部と対向する領域に層間接続用の複数のビアが形成される。
上記電子部品は、上記複数のビアと電気的に接続される複数の端子部と、上記キャビティ部に収容され上記複数の端子部を支持する支持面を有する部品本体とを含む。上記複数の端子部は上記支持面の中心から第１の方向に偏って配置され、上記部品本体は上記キャビティ部の中心から上記第１の方向とは反対側の第２の方向に偏って配置される。

本発明の第１の実施形態に係る部品内蔵基板を示す概略側断面図である。 図１における［Ａ］−［Ａ］線断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る部品内蔵基板におけるキャビティ部と電子部品との関係を示す平面図である。 本発明の第２の実施形態に係る部品内蔵基板におけるキャビティ部と電子部品との関係を示す平面図である。

本発明の一実施形態に係る部品内蔵基板は、金属製のコア層と、配線層と、電子部品とを具備する。
上記コア層は、部品収容用のキャビティ部を有する。
上記配線層は、上記コア層に積層され、上記キャビティ部と対向する領域に層間接続用の複数のビアが形成される。
上記電子部品は、上記複数のビアと電気的に接続される複数の端子部と、上記キャビティ部に収容され上記複数の端子部を支持する支持面を有する部品本体とを含む。上記複数の端子部は上記支持面の中心から第１の方向に偏って配置され、上記部品本体は上記キャビティ部の中心から上記第１の方向とは反対側の第２の方向に偏って配置される。

上記部品内蔵基板においては、複数の端子部が部品本体の支持面中心から偏って配置されている場合、これら端子部のシフト方向とは逆方向に部品本体をキャビティ部の中心から偏って配置されるように構成される。これにより予め設定されたビア形成位置へ複数の端子部が配置されることになるため、ビアを適切に形成することが可能となる。

典型的には、上記キャビティ部は、開口形状が略矩形の第１の開口部を有する。この場合、上記支持面は、略矩形の平面形状を有し、上記複数の端子部は、上記支持面の周縁に沿って配置される。複数の端子部は、支持面の四隅位置に配置されてもよいし、支持面の４辺に沿って配置されてもよい。

上記部品本体の構成材料も特に限定されず、半導体材料であってもよいし、セラミクス材料であってもよい。特にセラミクス材料は、焼成処理による体積変化で端子部のレイアウトが変動するおそれがある。このような場合においても複数の端子部をビア形成位置へ適切に配置することができる。

上記キャビティ部は、上記第１の開口部の四隅位置にそれぞれ形成され上記四隅位置から外方へ突出する複数の第２の開口部を有してもよい。
これによりキャビティ部の中心から一方側へ偏って配置された電子部品と当該キャビティ部の隅部とのクリアランスを確保できるため、実装作業性の低下や絶縁不良等の発生が防止される。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態に係る部品内蔵基板の構成を示す概略側断面図である。図２は図１における［Ａ］−［Ａ］線断面図である。

なお各図において、Ｘ，Ｙ及びＺの各軸は相互に直交する３軸方向を示しており、このうちＺ軸方向（上下方向）は基板の厚み方向に対応する。なお理解容易のため、各部の構成は誇張して示されており、各図において部材の大きさや部材間の大きさの比率は、必ずしも対応しているとは限らない。

本実施形態の部品内蔵基板１００は、部品収容用のキャビティ部１１を有する金属製のコア層１０と、コア層１０に積層される第１及び第２の配線層２１，２２と、キャビティ部１１に収容される電子部品３０とを有する。

コア層１０の厚みや形状は特に限定されず、例えば、電子部品３０を収容できる厚みを有し、典型的には略矩形の形状に構成される。コア層１０を構成する材料は、例えば銅や銅合金等の導電性材料を適用することができる。コア層１０は、部品内蔵基板の剛性を高め、電子部品３０を保護し、放熱性を高め、配線の一部（例えばグランド配線）としての機能を有する。

キャビティ部１１は、電子部品３０を収容できる適宜の大きさに形成される。キャビティ部１１は、コア層１０を貫通する貫通孔で構成されるが、これに限られず、底部を有する凹部で形成されてもよい。キャビティ部１１は、開口形状が略四角形（矩形）の開口部１１ａ（第１の開口部）を有する。開口部１１ａは、矩形以外の多角形状あるいは円形や楕円形、あるいはそれらを組み合わせた形状で形成されてもよい。キャビティ部１１の数も単数に限られず、コア層１０に複数設けられてもよい。

第１の配線層２１はコア層１０の上面に積層され、第２の配線層２２はコア層１０の下面に積層される。第１及び第２の配線層２１，２２は、導体層２１ａ，２２ａと絶縁層２１ｂ，２２ｂとが交互に積層された多層配線基板でそれぞれ構成される。導体層２１ａ，２２ａは、金属材料や導電ペースト等で構成され、典型的には、パターニングされた銅箔で構成される。絶縁層２１ｂ，２２ｂを構成する材料としては、合成樹脂材料、例えば、ＢＴレジン（ビスマレイミドトリアジン樹脂）やガラスエポキシ系材料が適用されるが、勿論これに限定されない。

第１の配線層２１は、層間接続用の複数のビア２１ｖを有する。ビア２１ｖは、キャビティ部１１と対向する領域にそれぞれ設けられ、キャビティ部１１に配置された電子部品３０の複数の端子部３１と導体層２１ａ１との間を電気的に接続する。ビア２１ｖは、例えば所定のマスクを用いたエッチング加工やレーザ加工によって当該絶縁層２１ｂ１を貫通する孔を設けた後、当該孔を導体メッキで被覆し、あるいは導電材料で充填することで形成される。

複数のビア２１ｖは、コア層１０の上面を被覆する絶縁層２１ｂ１の所定位置にそれぞれ形成される。上記所定位置は、キャビティ部１１に収容された電子部品３０の各端子部３１の直上位置であると想定される位置であり、端子部３１の実位置に関わりなく予め規定されている。

電子部品３０は、複数のビア２１ｖと電気的に接続される複数の端子部３１と、キャビティ部１１に収容された部品本体３２とを有する。部品本体３２は、複数の端子部３１を支持する支持面３２ａを有し、本実施形態では、支持面３２ａは部品本体３２の上面を形成する。

電子部品としては、コンデンサ、インダクタ、レジスタ、フィルタチップ、あるいは、ＩＣ等の集積回路部品等が挙げられる。本実施形態では、電子部品３０として、部品本体３２が強誘電体材料等のセラミクス材料で構成され、一主面に複数の端子部がアレイ状に配列された電子部品、例えばＳＡＷフィルタ等のフィルタチップ、デュプレクサ等が適用される。

本実施形態に用いられる電子部品３０は、一枚の集合基板から部品サイズに切り出されて製造される。したがって各々の部品は本来的には同一の構成を有していることから、支持面に対する各端子部の相対的位置も各部品について同一であるのが通常である。その一方で、部品本体３２がセラミクス材料で構成される場合には、焼成処理による基板の変形あるいは収縮によって、基板面内において（素子領域ごとに）端子の位置にバラツキが生じやすい。

したがって基板から部品サイズに切り出された個々の電子部品には、端子部が支持面上の通常位置（設計位置）にあるものとそうでないものとが含まれることになる。このような端子部の位置のバラツキが一定の範囲内にあれば、当該部品をキャビティ部の基準位置にマウントした際に、上記マスク開口位置と端子部との対応状態を維持できるため適切な層間接続が可能となる。

図３（Ａ）は、各端子部３１が支持面３２ａ上の通常位置にある電子部品３０Ａをキャビティ部１１の基準位置（本例ではキャビティ中央位置）にマウントしたときの平面図である。各端子部３１は支持面３２ａの周縁に沿って配置され、本例では略矩形の平面形状を有する支持面の四隅に対応する位置にそれぞれ配置されている。上記通常位置は、例えば、各端子部が支持面３２ａの中心Ｃ１の周囲に関して回転対称な位置とされる。そしてビア２１ｖは、各端子部３１の位置に対応して設けられ、端子部３１の大きさよりも小さい径で形成される。

一方、端子部の位置のバラツキが上記一定の範囲を超えていると、部品をキャビティ部の基準位置にマウントしたとしても、上記マスク開口位置と端子部との対応状態を維持できず、適切な層間接続が不可能となる。このような問題は、基板サイズが大型化するほど、また電子部品が小型化するほど顕著となる。

図３（Ｂ）は、各端子部３１が支持面３２ａ上の通常位置にない電子部品３０Ｂをキャビティ部１１の基準位置にマウントしたときの平面図である。この例では、各端子部３１は、支持面３２ａの中心Ｃ１に関して回転対称な位置になく、図において当該中心Ｃ１に対して左斜め上方に偏った位置に配置されている。この場合、各端子部３１とビア２１ｖとの安定なコンタクトが維持できなくなり、層間接続不良を招くおそれがある。

そこで本実施形態においては、キャビティ部１１への電子部品３０Ｂのマウントの際、各端子部３１と部品本体３２との相対的位置関係を評価し、端子部３１が通常位置にない場合には、各端子部３１がビア２１ｖの形成位置へ各々対応するように、電子部品３０Ｂをキャビティ部１１内にマウントする。その結果、各端子部３１とビア２１ｖとの安定なコンタクトが維持可能となり、信頼性の高い層間接続が実現可能となる。

図３（Ｃ）は、上記電子部品３０Ｂをキャビティ部１１の基準位置（中心Ｃ２）に対して右斜め下方に偏った位置にマウントしたときの平面図であり、図２に対応する図である。図２に示す電子部品３０において、複数の端子部３１は支持面３２ａの中心Ｃ１から第１の方向（本例では左斜め上方）に偏って配置され、部品本体３２はキャビティ部１１の中心Ｃ２から上記第１の方向とは反対側の第２の方向（本例では右斜め下方）に偏って配置される。

キャビティ部１１の基準位置（中心Ｃ２）からの部品本体３２のオフセット量は、支持面３２ａ上の通常位置（中心Ｃ１）からの端子部３１のオフセット量と同等あるいは略同等とされる。これに限られず、上記部品本体３２のオフセット量は、端子部３１の大きさ、ビア２１ｖのビア径、部品本体３２の外形形状、キャビティ部１１の大きさ等に応じて適宜設定可能である。

なお端子部３１のオフセット量は、キャビティ部１１への電子部品３０のマウント時にその実装面（部品本体３２の支持面３２ａ）をカメラ等で撮影し、支持面３２ａの上記通常位置からのズレ量をＸＹ座標で評価することができる。

上記基準位置から部品本体３２をオフセットしてマウントする際、部品本体３２がキャビティ部１１の内壁と接触しないように適宜のクリアランスを確保することが好ましい。これにより部品本体３２と金属製コア層との電気的短絡を防止することができる。

キャビティ部１１の大きさは、部品本体３２に対する端子部３１の位置精度に応じて設定されてもよい。

すなわち、部品の製造過程において部品本体３２の支持面３２ａに対して端子部３１の位置ズレが比較的生じやすい部品は、比較的大きなオフセット量でキャビティ部１１にマウントする必要が生じる可能性があるため、部品とキャビティ部１１内壁との接触を回避するため、キャビティ部１１を比較的大きく形成しておくことが好ましい。

一方、部品の製造過程において部品本体３２の支持面３２ａに対して端子部３１の位置ズレが比較的生じにくい部品は、上記基準位置へ部品がマウントされる可能性が高いため、キャビティ部１１を比較的小さく形成しておくことが可能となる。

上記のように部品の端子部位置精度に応じてキャビティ部１１の大きさを決定することで、キャビティ部１１を効率よくレイアウトすることができるとともに部品内蔵基板１００の小型化を実現することが可能となる。

＜第２の実施形態＞
図４（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第２の実施形態に係る部品内蔵基板におけるキャビティ部と電子部品との関係を示す平面図である。以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、上述の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。

本実施形態の部品内蔵基板は、コア層１０に形成されるキャビティ部１１０の構成が第１の実施形態と異なる。すなわち本実施形態において、電子部品４０を収容するためのキャビティ部１１０は、略矩形の開口形状を有する第１の開口部１１０ａと、第１の開口部１１０ａの四隅位置に形成された複数の第２の開口部１１０ｂとを有する。これら第２の開口部１１０ｂは、上記四隅位置から外方へ突出するように形成されている。

図４（Ａ）は、各端子部３１が支持面３２ａ上の通常位置にある電子部品４０Ａをキャビティ部１１０の基準位置（本例ではキャビティ中央位置）にマウントしたときの平面図である。各端子部３１は支持面３２ａの周縁に沿って配置され、本例では略矩形の平面形状を有する支持面の四隅に対応する位置にそれぞれ配置されている。上記通常位置は、例えば、各端子部が支持面３２ａの中心Ｃ１の周囲に関して回転対称な位置とされる。そしてビア２１ｖは、各端子部３１の位置に対応して設けられ、端子部３１の大きさよりも小さい径で形成される。この場合、当該電子部品４０Ａをキャビティ部１１０の基準位置にマウントした際に、各端子部３１とビア２１ｖとの対応状態を維持できるため適切な層間接続が可能となる。

図４（Ｂ）は、各端子部３１が支持面３２ａ上の通常位置にない電子部品４０Ｂをキャビティ部１１０の基準位置にマウントしたときの平面図である。この例では、各端子部３１は、支持面３２ａの中心Ｃ１に関して回転対称な位置になく、図において当該中心Ｃ１に対して左斜め上方に偏った位置に配置されている。この場合、各端子部３１とビア２１ｖとの安定なコンタクトが維持できなくなり、層間接続不良を招くおそれがある。

そこで本実施形態においては、キャビティ部１１への電子部品４０Ｂのマウントの際、各端子部３１と部品本体３２との相対的位置関係を評価し、端子部３１が通常位置にない場合には、各端子部３１がビア２１ｖの形成位置へ各々対応するように、電子部品４０Ｂをキャビティ部１１０内にマウントする。その結果、各端子部３１とビア２１ｖとの安定なコンタクトが維持可能となり、信頼性の高い層間接続が実現可能となる。

図４（Ｃ）は、上記電子部品４０Ｂをキャビティ部１１０の基準位置（中心Ｃ２）に対して右斜め上方に偏った位置にマウントしたときの平面図である。電子部品４０Ｂにおいて、複数の端子部３１は支持面３２ａの中心Ｃ１から第１の方向（本例では左斜め下方）に偏って配置され、部品本体３２はキャビティ部１１０の中心Ｃ２から上記第１の方向とは反対側の第２の方向（本例では右斜め上方）に偏って配置される。

以上のように本実施形態においても第１の実施形態と同様な作用効果を得ることができる。本実施形態においては、キャビティ部１１０の四隅位置に第２の開口部１１０ｂが設けられているため、電子部品４０Ｂが隅部に向かって偏った位置にマウントされる場合においても、当該隅部と電子部品４０Ｂとの間に所定のクリアランスを確保することができる。これにより電子部品４０Ｂとコア層１０との間の接触による短絡不良を回避することができる。

第１の開口部１１０ａ及び第２の開口部１１０ｂは、典型的には、コア層１０の所定領域をウェットエッチングすることで同時に形成される。各第２の開口部１１０ｂの平面形状は、所定径の部分円弧形状を有するが、形状はこれに限定されず、楕円形状や多角形状等であってもよい。また各第２の開口部１１０ｂすべてが同一の形状、大きさで形成されてもよいし、各々異なる形状、大きさで形成されてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば以上の実施形態では、電子部品として、複数の端子部が部品本体の支持面の四隅位置にそれぞれ配置された例を示したが、これに限られず、支持面の４辺に沿って複数の端子部が直線的に配列された部品が用いられてもよい。

また以上の実施形態では、コア層１０の下面に第２の配線層２２を積層した例を説明したが、第２の配線層に代えて、例えばヒートシンク板が積層されてもよい。これによりキャビティ部に収容された電子部品の放熱性を高めることができる。

１０…コア層
１１，１１０…キャビティ部
２１…第１の配線層
２１ｖ…ビア
２２…第２の配線層
３０，３０Ａ，３０Ｂ，４０Ａ，４０Ｂ…電子部品
３１…端子部
３２…部品本体
３２ａ…支持面
１００…部品内蔵基板
１１０ａ…第１の開口部
１１０ｂ…第２の開口部

Claims (4)

1. 部品収容用のキャビティ部を有する金属製のコア層と、
   前記コア層に積層され、前記キャビティ部と対向する領域に層間接続用の複数のビアが形成された配線層と、
   前記複数のビアと電気的に接続される複数の端子部と、前記キャビティ部に収容され前記複数の端子部を支持する支持面を有する部品本体とを含み、前記複数の端子部が前記支持面の中心から第１の方向に偏って配置され、前記部品本体が前記キャビティ部の中心から前記第１の方向とは反対側の第２の方向に偏って配置された電子部品と
   を具備する部品内蔵基板。
2. 請求項１に記載の部品内蔵基板であって、
   前記キャビティ部は、開口形状が略矩形の第１の開口部を有し、
   前記支持面は、略矩形の平面形状を有し、
   前記複数の端子部は、前記支持面の周縁に沿って配置される
   部品内蔵基板。
3. 請求項１又は２に記載の部品内蔵基板であって、
   前記部品本体は、セラミクス材料で構成される
   部品内蔵基板。
4. 請求項２又は３に記載の部品内蔵基板であって、
   前記キャビティ部は、前記第１の開口部の四隅位置にそれぞれ形成され前記四隅位置から外方へ突出する複数の第２の開口部をさらに有する
   部品内蔵基板。

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