JP6027626B2 - 部品内蔵基板の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、部品内蔵基板の製造方法に関する。
内部に部品が埋設された部品内蔵基板がある。特許文献１には、内蔵された部品が導熱部材を介して配線パターンに熱的および電気的に接続された部品内蔵基板が記載されている。
特許文献２には、部品を収容する電子部品収容部が形成されたコア基板が絶縁樹脂層で封止された部品内蔵基板が記載されている。
特開２０１０−２５８３３５号公報 特許４５５１４６８号公報
特許文献１に記載されている部品内蔵基板では、内蔵された部品は、配線パターンに電気的に接続されるとともに熱的にも接続される。従って、特許文献１に記載されている部品内蔵基板に内蔵された部品の放熱は配線パターンに電気的に接続可能な部位からのみに限定されるため、部品によって放熱効果が限定されてしまうという問題がある。
また、導熱部材を内蔵するとともに、配線パターンを熱伝導体としても用いているので、放熱部材を多く内蔵することになり、部品内蔵基板の内部に熱がこもってしまうおそれがある。
特許文献２に記載されている部品内蔵基板では、電子部品収容部に収容された部品とコア基板を構成するコア材である金属または有機材料との間に絶縁樹脂が充填されるので、部品のコア材への熱伝導効率が低く、また、部品内蔵基板の外方への放熱について考慮されていない。従って、部品が発した熱を効率よく排熱することができないという問題がある。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内蔵する部品が発した熱を効率よく外部に放出することができる部品内蔵基板の製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の部品内蔵基板の製造方法は、第１金属層の一方の面に前記第１金属層に用いられている金属とは異なる種類の金属による第２金属層が形成され、前記第１金属層の他方の面に前記第１金属層に用いられている金属とは異なる種類の金属による第３金属層が形成された板状の第１部材において、前記第２金属層の一部を前記第１金属層の前記一方の面から除去して残部による電気回路形成を行う電気回路形成ステップと、前記電気回路形成ステップで前記第２金属層が除去された露出領域内に発熱体を設置する発熱体設置ステップと、前記第１金属層の前記一方の面に対向して、前記発熱体を前記第１金属層と挟むように板状の第２部材を前記第１部材に設置する発熱体内蔵化ステップと、前記第３金属層における前記発熱体に対向する面に対して前記発熱体を垂直に投影した範囲が残存するように前記第３金属層の一部を除去して、残部による放熱部を形成する放熱部形成ステップとを含むことを特徴とする。
前記第３金属層は、前記第２金属層よりも厚いことが好ましい。
前記電気回路形成ステップで、前記第１金属層において、前記一方の面から前記第２金属層が除去されて露出した部分のうち前記発熱体の設置範囲に応じた部分を、前記第３金属層の前記第１金属層と対向する対向面から除去することにより、前記第３金属層の前記対向面において前記露出領域を形成し、前記発熱体設置ステップで、前記第３金属層の前記対向面における前記露出領域に前記発熱体を設置してもよい。
前記発熱体設置ステップで、前記発熱体は、金属ペーストを介して前記露出領域に設置されてもよい。
本発明によれば、選択エッチングによって第３金属層の一部を除去して放熱体を形成するので、放熱体を部品内蔵基板の製造過程で形成することが可能であり、別途放熱用部材を発熱体に対応する位置に設置する場合に比べて容易に発熱体による外方への放熱効率を向上させることができる。
部品内蔵基板に用いられるクラッド材である第１部材の断面図である。 第２金属材の残部によって、第１金属材の第１の面に第１配線パターンが形成された第１部材の断面図である。 部品が設置された第１部材の断面図である。 部品内蔵基板に用いられるクラッド材である第２部材の断面図である。 第３金属材の一部および第１金属材の一部が除去された第２部材を示す断面図である。 第２部材と第１部材との接合を示す断面図である。 第２部材と第１部材との接合を示す断面図である。 貫通孔が設けられた部品内蔵基板を示す断面図である。 第２金属材の残部によって、プリプレグの第１の面に第２配線パターンが形成された部品内蔵基板の断面図である。 第１金属材の第２の面に放熱ブロックが形成された部品内蔵基板の断面図である。 第１金属材のうち放熱ブロックが形成されておらず露出している領域に形成されている部分がエッチングで除去された部品内蔵基板を示す断面図である。 所定の領域にソルダーレジストが形成された部品内蔵基板の断面図である。 本実施形態の部品内蔵基板の適用例を示す部分断面図である。 他の形状の放熱ブロックが設置された部品内蔵基板の例を示す断面図である。 部品内蔵基板が多層化された多層基板を示す断面図である。
本発明による部品内蔵基板１の製造方法について、図面を参照して説明する。図１〜図１３は、本発明による部品内蔵基板１の製造方法の例を示す説明図である。図１には、部品内蔵基板１に用いられるクラッド材である第１部材４００の断面図が示されている。部品内蔵基板１に用いられるクラッド材である第１部材４００は、それぞれ板状に成形された第１金属材（第１金属層）１００、第２金属材（第２金属層）２００および第３金属材（第３金属層）３００を含む。そして、第１金属材１００の第１の面（一方の面）１０１に第２金属材２００が接合され、第１金属材１００の第２の面（他方の面）１０２に第３金属材３００が接合されている。なお、第１金属材１００は、例えば、ニッケルによって成り、第２金属材２００および第３金属材３００は、例えば、銅によって成る。なお、第１金属材１００と第２金属材２００および第３金属材３００とは、互いにエッチングレートが異なる金属であれば銅やニッケル以外の他の種類の金属であってもよい。また、第３金属材３００は第２金属材２００よりも厚く形成されていることが好ましい。具体的には、例えば、第２金属材２００が５μｍ程度の厚さで形成され、第３金属材３００が１００〜５００μｍ程度の厚さで形成されている。第３金属材３００が厚く形成されていることにより、後述する放熱ブロック（放熱部）３０１を厚く形成して、当該放熱ブロック３０１による放熱効果を高めることができる。
図１に断面を示した第１部材４００において、第２金属材２００の一部がエッチングによって第１金属材１００の第１の面１０１から除去され、第２金属材２００の残部によって第１金属材１００の第１の面１０１に第１配線パターン２０１が形成される。つまり、選択エッチングによって第１金属材１００の第１の面１０１に第１配線パターン２０１が形成される。以下、選択エッチングを単にエッチングともいう。図２には、第２金属材２００の一部がエッチングによって第１金属材１００の第１の面１０１から除去され、第２金属材２００の残部によって、第１金属材１００の第１の面１０１に第１配線パターン２０１が形成された第１部材４００の断面図が示されている。図２に示すように、第１金属材１００の第１の面１０１には、第１配線パターン２０１が形成されて当該第１配線パターン２０１によって覆われている領域と、露出されている露出領域１０３とがある。
そして、第１部材４００の第１金属材１００における第１の面１０１の露出領域１０３に、部品（発熱体）５００が設置される。図３には、部品５００が設置された第１部材４００の断面図が示されている。図３に示すように、本例の部品５００は断面形状が長方形状であり、上面である第１の面５０１に信号の入出力端子や電力を供給されるための端子部５０３が設けられている。そして、部品５００は、下面である第２の面５０２が第１部材４００の第１金属材１００における第１の面１０１の露出領域１０３と向かい合うように、例えば、接着剤６００で設置される。接着剤６００は、例えば、金属ペーストや樹脂剤である。
図４には、部品内蔵基板１に用いられるクラッド材である第２部材７００の断面図が示されている。部品内蔵基板１に用いられるクラッド材である第２部材７００は、第１部材４００と同様に、それぞれ板状に成形された第１金属材１２０、第２金属材２２０および第３金属材３２０を含む。そして、第１部材４００と同様に、第１金属材１２０の第１の面１２１に第２金属材２２０が接合され、第１金属材１２０の第２の面１２２に第３金属材３２０が接合されている。なお、第１部材４００における第１金属材１００、第２金属材２００および第３金属材３００とそれぞれ同様に、第１金属材１２０は、例えば、ニッケルによって成り、第２金属材２２０および第３金属材３２０は、例えば、銅によって成る。なお、第１部材４００と同様に、第１金属材１２０と第２金属材２２０および第３金属材３２０とは、互いにエッチングレートが異なる金属であれば銅やニッケル以外の他の金属であってもよい。
図４に断面を示した第２部材７００において、まず、第３金属材３２０の一部を除去するためのエッチング処理によって第１金属材１２０の第２の面１２２から第３金属材３２０の当該一部が除去され、第１金属材１２０の一部の第２の面１２２が露出する。さらに、第１金属材１２０のうち第２の面１２２が露出している一部を除去するためのエッチング処理によって、第２金属材２２０において第１金属材１２０が接合された面である第１の面２２２から第１金属材１２０の当該一部が除去され、第２金属材２２０の第１の面２２２の一部が露出する。図５は、第３金属材３２０の一部および第１金属材１２０の一部が除去された第２部材７００を示す断面図である。
図５に示すように、第３金属材３２０の一部および第１金属材１２０の一部が除去され、第２金属材２２０の第１の面２２２の一部が露出した第２部材７００では、第２金属材２２０の第１の面２２２の残部上に、第３金属材３２０の残部および第１金属材１２０の残部による凸部７２０が形成される。本例では、図５に示すように、複数の凸部７２０が形成される。後述するように、凸部７２０は、第１部材４００の第１金属材１００の第１の面１０１に形成された第１配線パターン２０１と第２部材７００との間を電気的に接続するために用いられる。また、第３金属材３２０の一部および第１金属材１２０の一部が除去されたことによって凸部７２０の互いの間に部品５００を収容可能な空間が設けられる。従って、各凸部７２０は、第１配線パターン２０１の形状や位置等に応じた場所、および各凸部７２０の互いの間に部品５００を収容可能な空間が設けることが可能な場所にそれぞれ設けられる。
そして、第２部材７００は、第１部材４００と接合される。図６および図７は、第２部材７００と第１部材４００との接合を示す断面図である。図６に示すように第２部材７００の第２金属材２２０の第１の面２２２と第１部材４００の第１金属材１００の第１の面１０１とでプリプレグ８００が挟まれる。そして、図７に示すように、第２部材７００と第１部材４００とがプリプレグ８００を挟んで熱圧着されて接合される。そうすると、部品５００は、第２部材７００の第２金属材２２０の第１の面２２２と第１部材４００の第１金属材１００の第１の面１０１との間に位置することになり、部品内蔵基板１に内蔵されることになる。なお、プリプレグ８００は、冷却されると、第２部材７００の第２金属材２２０の第１の面２２２と向かい合う第１の面８０１、および第１部材４００の第１金属材１００の第１の面１０１と向かい合う第２の面８０２を有する形状で固化する。
また、第２部材７００と第１部材４００とが熱圧着されることにより、図７に示すように、第２部材７００の凸部７２０の頂部が、第１部材４００の第１金属材１００の第１の面１０１に形成された第１配線パターン２０１と密着し、電気的に接続される。従って、第２部材７００と第１部材４００とが電気的に層間接続されたことになる。
そして、第２部材７００の第２金属材２２０において、第１の面２２２が部品５００の端子部５０３と向かい合う部分に裏側からレーザが照射されて当該第２金属材２２０の外表面である第２の面２２４（第１の面２２２の裏側の面）からプリプレグ８００を通って部品５００の第１の面５０１の端子部５０３に至る貫通孔２２３が設けられる。そして、当該貫通孔２２３の内壁に、例えば銅等の導電性物質によるめっき加工がなされる。図８は、貫通孔２２３が設けられた部品内蔵基板１を示す断面図である。図８に示すように、第２金属材２２０の第２の面２２４からプリプレグ８００を通って部品５００の第１の面５０１の端子部５０３に至る貫通孔２２３が設けられ、当該貫通孔２２３の内壁に導電性物質によるめっき加工がなされるので、第２金属材２２０と部品５００の端子部５０３とは、電気的に接続される。
さらに、第２部材７００の第２金属材２２０の一部がエッチングによってプリプレグ８００の第１の面８０１から除去され、第２金属材２２０の残部によって、プリプレグ８００の第１の面８０１に第２配線パターン２２５が形成される。図９には、第２部材７００の第２金属材２２０の一部がエッチングによってプリプレグ８００の第１の面８０１から除去され、第２金属材２２０の残部によって、プリプレグ８００の第１の面８０１に第２配線パターン２２５が形成された部品内蔵基板１の断面図が示されている。図９に示す例では、第２部材７００の凸部７２０が設けられている位置に応じた位置に、第２配線パターン２２５が形成されている。
そして、部品内蔵基板１の第１部材４００の第３金属材３００の一部がエッチングによって第１金属材１００の第２の面１０２から除去され、第３金属材３００の残部によって、第１金属材１００の第２の面１０２に放熱ブロック３０１が形成される。部品内蔵基板１の第１部材４００の第３金属材３００のうちエッチングによって除去される一部とは、具体的には、部品５００を第１金属材１００の第２の面１０２に対して垂直に投影した範囲以外の部分である。従って、放熱ブロック３０１は、部品内蔵基板１の第１部材４００の第３金属材３００のうち、第１金属材１００の第２の面１０２において裏側（つまり、第１の面１０１）が部品５００の第２の面５０２と対向している領域上に形成されている部分である。
図１０は、第１金属材１００の第２の面１０２に放熱ブロック３０１が形成された部品内蔵基板１の断面図である。図１０に示す例では、放熱ブロック３０１は、部品５００の第２の面５０２と対向する第１の面３０３と、当該第１の面の裏側の面である第２の面３０４とを有する長方形状の断面であるように形成されている。また、図１０に示すように、第１金属材１００の第２の面１０２において、放熱ブロック３０１が形成されていない領域は露出している。
そして、図１０に断面図を示した部品内蔵基板１において、第１金属材１００のうち放熱ブロック３０１が形成されていない露出している領域に形成されている部分をエッチングでプリプレグ８００の第２の面８０２および第２金属材２００（より具体的には第１配線パターン２０１）から除去する。
図１１は、第１金属材１００のうち放熱ブロック３０１が形成されておらず露出している領域に形成されている部分がエッチングで除去された部品内蔵基板１を示す断面図である。図１１に示す例では、プリプレグ８００の第２の面８０２は、放熱ブロック３０１が形成されてエッチングで除去されなかった第１金属材１００の残部によって一部が覆われ、残部が露出している。また、図１１に示す例では、プリプレグ８００の第１の面８０１のうち第２配線パターン２２５が形成されていない残部が露出している。
次に、部品内蔵基板１において、プリプレグ８００の第１の面８０１のうち露出している残部上、およびプリプレグ８００の第２の面８０２のうち露出している残部上に、ソルダーレジスト９００がそれぞれ形成される。図１２は、所定の領域にソルダーレジスト９００が形成された部品内蔵基板１の断面図である。図１２に示す例では、プリプレグ８００の第１の面８０１のうち露出している残部上、プリプレグ８００の第２の面８０２のうち露出している残部上、ならびに第２金属材２２０における貫通孔２２３の端面上および当該端面の周囲の領域上に、ソルダーレジスト９００がそれぞれ形成されている。
図１３は、本実施形態の部品内蔵基板１の適用例を示す部分断面図である。図１３に示す例では、各第１配線パターン２０１上および各第２配線パターン２２５上に半田によるバンプ９１０がそれぞれ設けられている。また、放熱ブロック３０１を挟んで、一方の側にある一対の第２配線パターン２２５の間、および他方の側にある一対の第２配線パターン２２５の間には、それぞれチップ部品９２０が半田付けされて設置されている。なお、図１３には、チップ部品９２０は側面が示され、他の構成要素は断面が示されている。
本実施形態によれば、選択エッチングによって第３金属材３００の一部を除去して放熱ブロック３０１を形成するので、放熱ブロック３０１を部品内蔵基板１の製造過程で形成することが可能であり、放熱用部材を部品５００に対応する位置に設置する場合に比べて容易に部品５００の放熱効率を向上させることができる。
放熱ブロック３０１をグラウンド層に用いることも可能である。また、本実施の形態では、第２金属材２００および第３金属材３００は銅であるとして説明したが、アルミニウム等の他の金属であってもよい。アルミニウムは、銅よりも安価で軽く、耐食性があり、優れた熱伝導率であるが、銅の熱伝導率はアルミニウムよりもさらに優れている。従って、第２金属材２００および第３金属材３００として耐食性があるアルミニウムが用いられてもよいが、生産性や放熱性の点で、第２金属材２００および第３金属材３００は銅であることが好ましい。なお、銅は酸化するので、第２金属材２００および第３金属材３００として銅を採用した場合には防錆処理または金めっき等の表面処理が行われることが好ましい。また、第２金属材２００および第３金属材３００として銅を採用した場合には、アルミニウムを採用した場合よりもエッチングの処理が容易になる。
また、第１部材４００の第１金属材１２０のうち部品５００の設置位置に応じた部分が、エッチングによって第３金属材３００から除去されてもよい。そのようなエッチング処理がされた場合には、部品５００の第２の面５０２が第１金属材１２０を介さずに接着剤６００で放熱ブロック３０１の第１の面３０３に設置されるので、部品５００の放熱効率をさらに高めることができる。
＜変形例１＞
なお、放熱ブロック３０１は、図１０から図１３に示した長方形状の断面となる形状に限られず、他の形状であってもよい。図１４は、他の形状の放熱ブロック３１０が設置された部品内蔵基板の例を示す断面図である。図１４に示す例では、放熱ブロック３１０は、部品５００の第２の面５０２と対向する第１の面３１３と、当該第１の面３１３の裏側の面を構成する第２の面３１４とを有し、第２の面３１４側から第１の面３１３側を指向する断面が三角形状の凹部３１５が設けられている。なお、図１４に示す例において放熱ブロック３１０以外の構成要素は、前述した部品内蔵基板１と同様な構成要素であり、説明を省略する。
本変形例によれば、凹部３１５によって放熱ブロック３１０の表面積を放熱ブロック３０１よりも広げることができるので、部品５００が発した熱を部品内蔵基板１の外部へより高い効率で放出することができる。
なお、凹部３１５の断面形状は三角形状に限られず、長方形状等の他の断面形状であってもよい。
＜変形例２＞
また、部品内蔵基板１は、多層化されていてもよい。図１５は、部品内蔵基板１が多層化された多層基板１０を示す断面図である。図１５に示すように、本変形例による多層基板１０は、図１１に示した部品内蔵基板１におけるプリプレグ８００の第１の面８０１側に、図５に示す第２部材７００に相当する第２部材７３０がプリプレグ８１０が用いられて熱圧着される。そして、図１１に示す例と同様に、第２部材７３０の第２金属材２３０の一部がエッチングによってプリプレグ８１０から除去され、第２金属材２３０の残部によって、プリプレグ８１０に第２配線パターン２２５が形成される。
さらに、本変形例による多層基板１０は、図１１に示した部品内蔵基板１におけるプリプレグ８００の第２の面８０２側に、図５に示す第２部材７００に相当する第２部材７４０がプリプレグ８２０が用いられて熱圧着される。なお、図１５に示すように、第２部材７３０は、第２部材７００の凸部７２０と同様に形成された凸部７５０の頂部が部品内蔵基板１における第１配線パターン２０１に電気的に接続されるように、第２部材７３０とは反対側に裏返された向きでプリプレグ８００の第２の面８０２側に熱圧着される。
１ 部品内蔵基板
１００、１２０ 第１金属材
１０１ 第１の面
１０２ 第２の面
１０３ 露出領域
２００、２２０ 第２金属材
３００、３２０ 第３金属材
３０１ 放熱ブロック
４００ 第１部材
６００ 接着剤
７００ 第２部材

Claims (4)

  1. 第１金属層の一方の面に前記第１金属層に用いられている金属とは異なる種類の金属による第２金属層が形成され、前記第１金属層の他方の面に前記第１金属層に用いられている金属とは異なる種類の金属による第３金属層が形成された板状の第１部材において、前記第２金属層の一部を前記第１金属層の前記一方の面から除去して残部による電気回路形成を行う電気回路形成ステップと、
    前記電気回路形成ステップで前記第２金属層が除去された露出領域内に発熱体を設置する発熱体設置ステップと、
    前記第１金属層の前記一方の面に対向して、前記発熱体を前記第１金属層と挟むように板状の第２部材を前記第１部材に設置する発熱体内蔵化ステップと、
    前記第３金属層における前記発熱体に対向する面に対して前記発熱体を垂直に投影した範囲が残存するように前記第３金属層の一部を除去して、残部による放熱部を形成する放熱部形成ステップとを含む
    ことを特徴とする部品内蔵基板の製造方法。
  2. 前記第３金属層は、前記第２金属層よりも厚い
    ことを特徴とする請求項１に記載の部品内蔵基板の製造方法。
  3. 前記電気回路形成ステップで、前記第１金属層において、前記一方の面から前記第２金属層が除去されて露出した部分のうち前記発熱体の設置範囲に応じた部分を、前記第３金属層の前記第１金属層と対向する対向面から除去することにより、前記第３金属層の前記対向面において前記露出領域を形成し、
    前記発熱体設置ステップで、前記第３金属層の前記対向面における前記露出領域に前記発熱体を設置する
    ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の部品内蔵基板の製造方法。
  4. 前記発熱体設置ステップで、前記発熱体は、金属ペーストを介して前記露出領域に設置される
    ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれかに記載の部品内蔵基板の製造方法。
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