JP5516801B2

JP5516801B2 - 部品内蔵基板

Info

Publication number: JP5516801B2
Application number: JP2013136187A
Authority: JP
Inventors: 悟志伊藤
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2029-06-08
Also published as: JP2013214765A

Description

本発明は、部品内蔵基板に関し、詳しくは、天面出しが必要な部品として、高さの異なる複数の部品を内蔵した場合の構成に関する。

従来、封止用の樹脂層にコンデンサ、コイル、トランジスタ等の部品（電子部品）を設けて形成されるこの種の部品内蔵基板は、樹脂層の部品の左右端部の電極を、樹脂層の上下の配線層のランドやパッド等に接続して製造されるが、その際、極力低背化して小型にするため、部品の高さを揃え、前記電極の底面や天面を、ビアに導体ペーストを充填したり、めっきを施して形成されるビア構造の層間導体の接続層を介して前記配線層のランド等に接続し、ダイレクトビア接続で製造される。

図１２はダイレクトビア接続の従来の部品内蔵基板の製造例の説明図であり、上側の接続層１００として、配線層となる転写銅箔１０１を上面にラミネートした未硬化の樹脂層１０２の転写電極１０３の位置に、導電性ペーストを充填したりめっきした有底ビア構造の層間導体１０４を形成したものを用意する。また、部品内蔵層２００として、硬化した樹脂層２０１に同じ高さの部品２０２および貫通ビア（スルーホール）構造の層間導体２０３を設け、研磨等により部品２０２の底面および天面を樹脂層２０１より露出させたものを用意する。また、下側の接続層３００として、未硬化の樹脂層３０１に貫通ビア構造の層間導体３０２を形成したものを用意する。また、下側の配線層４００として、ベースとなる基板４０１上に配線パターン４０２を形成したものを用意する。

そして、上側の接続層１００、部品内蔵層２００、下側の接続層３００、配線層４００を積層して同時に圧着することにより、部品２０２の電極２０２ａ等が接続層１００、３００のビア構造の層間導体１０４、３０２を介して電極層１００、４００にダイレクトビア接続され、低背で小型の部品内蔵基板５００が製造される。

一方、部品内蔵層の部品の高さが異なる場合、図１３の断面図に示すようにして部品内蔵基板６００を製造することが提案されている（例えば、特許文献１（段落［００３２］−［００３８］、図１等）参照）。

図１３の部品内蔵基板６００は、部品内蔵層７００の樹脂層（電気絶縁層）７０１に高さの異なる部品７０２ａ、７０２ｂが設けられている。部品７０２ａはビア構造の層間導体７０３、７０４を介して上側の配線層Ｌ１に接続されている。また、部品７０２ａ、７０２ｂの下側の多数の導体層Ｌ２〜Ｌ８のうちの最も下層の導体層Ｌ８を下側の配線層とすると、部品７０２ａ、７０２ｂは導体層Ｌ２〜Ｌ８間に介在する多数の層間導体８０１〜８１０を介して導体層（下側の配線層）Ｌ８が接続されている。

特開２００２−２８０７１３号公報

図１２のダイレクトビア接続の部品内蔵基板５００は、樹脂層２０１内の部品２０２が同じ高さでなければ、部品２０２のいわゆる天面出しが行なえない。そして、樹脂層２０１内の天面出しが必要な部品２０２が同じ高さでない場合は、それらの部品２０２のうちの最も高い部品２０２以外は底面や天面が樹脂層２０１から露出しなくなってダイレクトビア接続が行なえないので、低背化した小型の部品内蔵基板５００は製造することができない。

図１３の部品内蔵基板６００は、前記の天面出しを行なわないので部品７０２ａ、７０２ｂの高さが異なっていても製造できるが、天面出しを行なわないため、部品内蔵層７００の部品７０２ａ、７０２ｂを図１１の接続層１００、３００のような接続層を圧着して配線層Ｌ１、Ｌ８に接続することはできず、部品７０２ａ、７０２ｂの高さに応じた長さのビアを個別に形成したりする必要がある。そのため、部品内蔵基板６００はダイレクトビア接続で小型に製造できない。また、樹脂に埋もれた部品７０２ａ、７０２ｂの底面や天面に到達するビアの形成は一般にレーザ穿孔により行なわれる。この場合、レーザ照射で部品７０２ａ、７０２ｂ等が損傷し、部品内蔵基板６００の部品特性の劣化等を招来する。

そして、部品内蔵層に天面出しが必要な部品として高さが異なる複数の部品を設けた場合に、それらの部品の天面出しを行なってダイレクトビア接続で部品内蔵基板を製造する方法は発明されていない。

本発明は、ダイレクトビア接続により低背化して製造した、天面出しが必要な高さが異なる複数の部品を内蔵した部品内蔵基板を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明の部品内蔵基板は、樹脂層に天面出しが必要な高さの異なる複数の部品を底面および天面が露出した状態に設けて形成された部品内蔵層と、樹脂層にビア構造の層間導体を設けて形成された前記部品内蔵層の上側、下側それぞれに設けられた接続層と、前記上側の接続層の上側、前記下側の接続層の下側それぞれに設けられた電極層とを備え、前記接続層が前記部品内蔵層の前記各部品の高さに応じた段差を吸収するように変形していることを特徴としている。

本発明の部品内蔵基板によれば、部品内蔵層の天面出しが必要な部品は高さが異なっていても天面出しが行なわれて天面および底面が樹脂層から露出し、樹脂層から露出した天面出しが必要な各部品の天面および底面は、上側および下側の接続層の層間導体を介して上側および下側の配線層に接続される。

したがって、高さが異なる複数の部品を、天面出しを行なった状態で内蔵し、ダイレクトビア接続により低背化して小型に、かつ、レーザ穿孔のレーザ照射が不要で特性の劣化なく製造された部品内蔵基板を提供することができる。

本発明の第１の実施形態の部品内蔵基板の断面図である。（ａ）〜（ｅ）は本発明の第１の実施形態の部品内蔵基板の一部の製造工程を説明する断面図である。（ａ）、（ｂ）は本発明の第１の実施形態の部品内蔵基板の他の一部の製造工程を説明する断面図である。（ａ）〜（ｃ）は図２の上側の配線層準備工程の詳細な処理を説明する断面図である。（ａ）〜（ｆ）は図２の部品内蔵層準備工程の詳細な処理を説明する断面図である。（ａ）、（ｂ）は図５の天面出しのプレスの詳細な処理を説明する断面図である。（ａ）、（ｂ）は図６の天面出し用フィルムの一例の平面図、その一部の拡大した平面図である。本発明の第２の実施形態の部品内蔵基板の断面図である。（ａ）、（ｂ）は本発明の第３の実施形態の部品内蔵基板の一部の製造工程を説明する断面図である。（ａ）、（ｂ）は図９の突起導体の形成を説明する断面図である。（ａ）、（ｂ）は本発明の第４の実施形態の部品内蔵基板の一部の製造工程を説明する断面図である。従来の部品内蔵基板の一例の製造方法を説明する断面図である。従来の部品内蔵基板の他の例の断面図である。

本発明の実施形態について、図１〜図１１を参照して詳述する。

（第１の実施形態）
請求項１に対応する第１の実施形態の部品内蔵基板および、その製造方法について、図１〜図７を参照して説明する。

［部品内蔵基板の構成］
図１は本実施形態の部品内蔵基板１Ａを示し、部品内蔵基板１Ａは、ベースとなる支持基板２上に、下側の配線層３、下側の接続層４、部品内蔵層５、上側の接続層６、上側の配線層７を積層し、一体化して形成されている。

部品内蔵層５は、封止用の樹脂層５１に、部品５２、５３等の天面出しが必要な全ての部品が、底面および天面が露出した天面出しの状態に設けて形成されている。なお、部品内蔵層５には必要に応じて導電性ペーストを充填したりめっきした貫通ビア構造の層間導体５４も設けられている。

樹脂層５１は例えば熱硬化性の樹脂により形成されている。部品５２、５３等の各部品はコンデンサ、コイル、トランジスタ等の電子回路素子のチップであり左右端部に電極（外部電極）５２＊、５３＊を有し、部品によって高さが異なり、部品５２は低背であり、部品５３は高背である。

そして、樹脂層５１および部品５２、５３等は底面が同一平面上に揃った状態であり、部品５２、５３等の各部品の高さにしたがって樹脂層５１の天面（上面）に段差が生じている。

接続層４、６は、樹脂層４１、６１の接続が必要な個所に有低ビア構造の層間導体４２、６２を設けて形成されている。該当する層間導体４２、６２の端面は樹脂層５１から露出した電極５２＊、５３＊の天面または底面に圧接されている。このとき、接続層４、６の樹脂層４１、６１は後述するように部品内蔵層５の前記段差を吸収するように変形し、この変形に伴って層間導体４２、６２が圧縮変形する。そして、接続層４の下面側、接続層６の上面側は平坦になっている。

配線層３、７は例えば銅箔を配線パターンにしたがってレーザ照射やエッチング等して形成され、該当するランド等に層間導体４２、６２の他方の端面が圧接している。

支持基板２は例えば樹脂やセラミック等で形成されている。

上記構成の部品内蔵基板１Ａの場合、部品内蔵層５の部品５２、５３は高さが異なっていても天面出しが行なわれて天面および底面が樹脂層５１から露出し、樹脂層５１から露出した部品５２、５３の天面および底面は圧着された接続層４、６の層間導体４２、６２を介して圧着された配線層３、７に接続される。

この場合、部品内蔵基板１Ａはダイレクトビア接続により低背化して小型に形成されている。また、ビアを形成するレーザ穿孔のレーザ照射が不要で部品５２、５３の特性の劣化がない。

［部品内蔵基板の製造方法］
つぎに、部品内蔵基板１Ａの製造方法について、図２〜図７を参照して説明する。

図２、図３は部品内蔵基板１Ａの製造工程を示し、まず、図２（ａ）の上側の配線層準備工程により配線層７となる銅箔７０を用意する。つぎに、図２（ｂ）の上側の接続層準備工程により圧着前の未硬化の接続層６を用意する。この未硬化の接続層６は、未硬化の所定厚の樹脂層６１の必要個所に最も低背の部品（例えば部品５２）に達する長さの貫通ビア構造の層間導体６２を設けたものである。

図４は未硬化の接続層６の形成方法を示し、まず、熱硬化性樹脂を完全に硬化する前の温度に保って適当な厚みの未硬化の樹脂層６１を形成する（図４（ａ））。つぎに、樹脂層６１の該当個所にビア孔６２ａをレーザ穿孔等で形成する（図４（ｂ））。つぎに、ビア孔６２ａに例えば導電性ペースト６２ｂを充填し、未硬化の接続層６を形成する（図４（ｃ））。

つぎに、図２（ｃ）の部品内蔵層準備工程により天面出しを行なった部品内蔵層５を用意する。

図５は部品内蔵層準備工程における部品内蔵層５の形成処理を示し、部品内蔵層５はつぎに説明するようにして形成される。

まず、転写板８上に部品５２、５３等の全ての部品を実装する（図５（ａ））。つぎに、転写板８上に未硬化の熱硬化性樹脂の樹脂層５１を、全ての部品の天面を覆う厚みに形成する（図５（ｂ））。つぎに、樹脂層５１に天面出しのプレス処理を施す（図５（ｃ））。

図６は前記天面出しのプレス処理を示し、このプレス処理においては、まず、プレス機の下側の金型９ａの平坦面上に汚れを防止するＰＥＴフィルム１０ａを敷き、その上に未硬化の樹脂層５１が形成された転写板８を載せる。また、樹脂層５１の天面には天面出し用フィルム１１を介して同様のＰＥＴフィルム１０ｂを載せる（図６（ａ））。

天面出し用フィルム１１は、一般的には下面側の各部品の部分が最も高背の部品に対する各部品の高さの差に対応して突出する段差形状に形成されるが、部品５２、５３のような高背の部品と低背の部品との２種類の高さの部品しか存在しない場合は、ほぼ高背の部品と低背の部品との高さの差の厚みに形成されて高背の部品の部分は切り抜かれる。

図７は高背の部品（例えば部品５３）の部分が切り抜かれた天面出し用フィルム１１を示し、（ａ）は全体形状の一例の平面図であり、（ｂ）は（ａ）の一点破線で囲んだ一部の拡大した平面図である。それらの図面において、Ｈは切り抜かれた高背の部品の部分である。また、図７（ａ）に示すように天面出し用フィルム１１の四隅には周知のピンラミネーション法で位置合わせをするための孔１１ａが形成されている。さらに、図７（ｂ）の破線枠の部分が低背の部品（例えば部品５２）の部分である。

そして、天面出し用フィルム１１は孔１１ａにピンを刺し、ピンラミネーション法で位置合わせをして樹脂層５１の天面に載せられる。

つぎに、プレス機の上側の金型９ｂを押し下げ、天面出し用フィルム１１を介して未硬化の樹脂層５１を加圧する（図６（ｂ））。このとき、２種類の高さの部品５２、５３しか存在しないとして説明すると、高背の部品５３の天面の不要な樹脂は金型９ｂにより外側に押し除かれて天面が露出し、低背の部品５２の上部の不要な樹脂は天面出し用フィルム１１により外側に押し除かれて天面が露出する。なお、天面出しが必要な部品として、種々の高さの部品が存在する場合は、最も高背の部品の天面は前記した高背の部品５３の天面と同等にして露出し、それより低い部品は天面出し用フィルム１１の段差により前記した低背の部品５２の天面と同様にして露出する。

このようにして天面出しのプレス処理を終了すると、つぎに、部品５２、５３の天面が露出した状態で転写板８の樹脂層５１を硬化温度に加熱し、樹脂層５１を硬化し（図５（ｃ））、その後、転写板８を剥離する（図５（ｄ））。さらに、樹脂層５１に層間導体５４の貫通ビア５４ａ等をレーザ穿孔等で形成し、必要に応じてデスミア処理によりビア内のスミアと部品５２、５３の電極５２＊、５３＊上の樹脂残渣を除去する（図５（ｅ））。そして、貫通ビア５４ａに導電性ペースト５４ｂを充填して層間導体５４を形成し、天面出しにより、高さが異なる部品５２、５３の底面および天面が樹脂層５１から露出した状態の部品内蔵層５を形成してその形成処理を終了する（図５（ｆ））。

このようにして形成した部品内蔵層５を用意すると、つぎに、図２（ｄ）の下側の接続層準備工程により、同図（ｂ）の上側の接続層準備工程と同様にして形成した未硬化の接続層４を用意し、つぎに、同図（ｅ）の下側の配線層準備工程により、例えば支持基板２の上面に印刷等した銅箔を配線パターンにエッチングして形成した下側の配線層３を用意する。

上記の各準備工程の準備が終了すると、図３（ａ）の圧着工程に移行し、支持基板２上に、下側の配線層３、未硬化の接続層４、部品内蔵層５、未硬化の接続層６、銅箔７０を積層して圧着し、接続層４、６を加熱硬化して一体化する。このとき、部品内蔵層５の部品５２、５３の高さに応じた天面の段差にしたがって接続層６の樹脂層６１が変形し、前記段差を吸収する。また、段差が小さくなる高背の部品５３のビア孔６１ａが段差に応じて押しつぶれて短くなり、支持基板２ないし銅箔７０が密着する。

つぎに、図３（ｂ）のパターン形成工程に移行し、銅箔７０をレーザ照射やエッチングによりパターン化して上側の配線層７を形成し、部品内蔵基板１Ａを製造する。

したがって、本実施形態の場合、部品内蔵層５は天面出しが必要な部品５２、５３の底面および天面が樹脂層５１から露出して天面出しが行なわれた状態で用意される。また、部品内蔵層５の部品５２、５３の高さに応じた段差は、部品内蔵層５の上側の接続層６により解消され、部品内蔵層５が上側、下側の接続層６を介して上側、下側の配線層７、３にダイレクトビア接続される。そのため、高さが異なる複数の部品５２、５３を、天面出しを行なった状態で内蔵したダイレクトビア接続の小型の部品内蔵基板１Ａを製造して提供することができる。その際、接続層６の層間導体６２、４２のビアを形成するレーザ穿孔のレーザ照射が不要で部品５２、５３の特性が劣化することがない。

また、既に硬化した部品内蔵層５をベースとなる支持基板２に搭載して部品内蔵層５を、接続層４を介して支持基板２にはり合わせた状態にするので、いわゆる「基板反り」を低減する効果がある。すなわち、一般に未硬化の樹脂層を基板にラミネートして硬化する場合には、樹脂の硬化収縮によって基板に反りが発生するが、既に硬化して収縮した部品内蔵層５を支持基板２にはり合わせることにより、支持基板２の反りが発生しなくなる利点がある。

（第２の実施形態）
第１の実施形態の変形例としての第２の実施形態について、図８を参照して説明する。

図８は本実施形態の部品内蔵基板１Ｂの断面図であり、部品内蔵基板１Ｂが第１の実施形態の部品内蔵基板１Ａと異なる点は、部品内蔵層５に天面出しをしていない部品５４が含まれる点である。この場合は、例えば図７の天面出し用フィルム１１を部品５４の部分も切り抜くことによって、部品内蔵基板１Ａと同様にして製造することができ、第１の実施形態の場合と同様の効果が生じる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態について、図９、図１０を参照して説明する。

図９（ａ）、（ｂ）は図３（ａ）の圧着工程、同図（ｂ）のパターン形成工程に対応する圧着工程、パターン形成工程であり、本実施形態の場合、第１の実施形態の銅箔７０、未硬化の接続層６に代えて、銅箔７０の下面側にバンプ状の突起導体７１が突出した銅箔７０＊と、未硬化の樹脂層１２とを用意する。なお。銅箔７０＊は、図１０（ａ）に示す印刷工程により、銅箔７０に導電性ペーストの突起導体７１を印刷し、図１０（ｂ）の仮硬化工程により、加熱して仮硬化して用意する。

そして、図９（ａ）の圧着工程により、支持基板２上に、下側の配線層３、未硬化の接続層４、部品内蔵層５、未硬化の樹脂層１２、接続層６、銅箔７０＊を積層して圧着すると、この一体化の圧着により突起導体７１が樹脂層１２を貫通して接続層６と同様の未硬化の接続層６＊が形成され、突起導体７１がその層間導体６２＊を形成し、加熱硬化することにより全体が一体化する。

さらに、図９（ｂ）のパターン形成工程に移行し、銅箔７０＊をレーザ照射やエッチングによりパターン化して上側の配線層７を形成することにより、第１の実施形態の部品内蔵基板１Ａと同様の部品内蔵基板１Ｃを製造することができる。

本実施形態の場合、接続層６＊のビア構造の層間導体６２＊を、配線層７から突出した突起導体７１を樹脂層１２に刺入して簡単に形成することができ、一層簡単に高さが異なる部品５２、５３を内蔵したダイレクトビア接続の部品内蔵基板１Ｃを製造することができる。

（第４の実施形態）
第３の実施形態の変形例である第４の実施形態について、図１１を参照して説明する。

図１１（ａ）、（ｂ）は本実施形態の圧着工程、パターン形成工程を示し、本実施形態の場合、さらに、１の実施形態の下側の接続層４も、配線層３の上面にバンプ状の仮硬化の突起導体３１を突出して形成したものと、未硬化の樹脂層１３とにより形成する。そして、図１１（ａ）の圧着工程の一体化により、突起導体３１が樹脂層１３を貫通して接続層４と同様の未硬化の接続層４＊が形成され、突起導体７１がその層間導体４２＊を形成し、加熱硬化することにより全体が一体化する。

さらに、図１１（ｂ）のパターン形成工程に移行し、銅箔７０＊をレーザ照射やエッチングによりパターン化して上側の配線層７を形成することにより、第３の実施形態の部品内蔵基板１Ｃと同様の部品内蔵基板１Ｄを製造することができる。

本実施形態の場合、接続層４＊のビア構造の層間導体４２＊も、突起導体３１を樹脂層１３に刺入して簡単に形成することができ、さらに一層簡単に、高さが異なる部品５２、５３を、天面出しを行なった状態で内蔵したダイレクトビア接続の部品内蔵基板１Ｄを製造することができる。

そして、本発明は上記した各実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、上記したもの以外に種々の変更を行なうことが可能であり、例えば、部品内蔵層５の各部品はどのような形状、大きさのものであってもよく、その個数等もどのようであってもよい。また、樹脂層５１等は光硬化性樹脂等の樹脂層であってもよいのは勿論である。さらに、支持基板２は樹脂やセラミックの単層、多層の基板、さらには部品内蔵基板等であってもよい。また、本発明の配線層および接続層はそれぞれ部品内蔵層の上側の１層であってもよい。

そして、本発明は、種々の部品内蔵基板およびその製造方法に適用することができる。

１Ａ〜１Ｄ部品内蔵基板
３、７配線層
４、６接続層
５部品内蔵層
１２、１３、５１樹脂層
３１、７１突起導体
４２、４２＊、６２、６２＊層間導体
５２、５３、５４部品

Claims

樹脂層に天面出しが必要な高さの異なる複数の部品を底面および天面が露出した状態に設けて形成された部品内蔵層と、
樹脂層にビア構造の層間導体を設けて形成され、前記部品内蔵層の上側、下側それぞれに圧着して設けられた接続層と、
前記上側の接続層の上側、前記下側の接続層の下側それぞれに圧着して設けられた電極層とを備え、
前記接続層が前記部品内蔵層の前記各部品の高さに応じた段差を吸収するように変形していることを特徴とする部品内蔵基板。