JP6287149B2 - 電子部品内蔵基板及び電子部品内蔵基板の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、コンデンサ等の電子部品を内蔵している電子部品内蔵基板、及び、該電子部品内蔵基板の製造方法に関する。
CPUを搭載するパッケージ基板等においては、CPUへの供給電力を強化するためチップコンデンサ等が表面実装されている。ここで、CPUとチップコンデンサとの配線長を短縮して、更に供給電力の電圧を安定させるため、パッケージ基板内にチップコンデンサを埋め込む構成が採用される。特許文献1は、導体パターンを設けたコア基板の開口にコンデンサを収容し、コア基板及びコンデンサ上に層間樹脂絶縁層を積層し、層間樹脂絶縁層に形成したビア導体で、導体パターン及びコンデンサの電極に接続を取るパッケージ基板を開示している。
特開2001−223299号公報
特許文献1の構成で、上述した、層間樹脂絶縁層に形成したビア導体で、導体パターン及びコンデンサの電極に接続を取る構成で、ビア導体の接続信頼性が低いことが明らかになった。
本発明の目的は、ビア導体の接続信頼性の高い電子部品内蔵基板及び該電子部品内蔵基板の製造方法を提供することである。
本発明の電子部品内蔵基板は、導体パターンを備える樹脂製の絶縁基板の開口に端子を備えるセラミック製の電子部品を収容し、前記絶縁基板及び前記電子部品上に樹脂絶縁層を被覆し、前記樹脂絶縁層を貫通して前記導体パターン及び前記端子に至るビア導体を設ける。そして、前記ビア導体と前記導体パターンの接続部、前記ビア導体と前記端子の接続部は窪んでいて、前記導体パターンの接続部の窪みの深さは、前記端子の接続部の窪みの深さよりも深い。
本発明の電子部品内蔵基板の製造方法は、樹脂製の絶縁基板に導体パターンを形成することと、前記絶縁基板に開口を形成することと、前記絶縁基板の開口に端子を備えるセラミック製の電子部品を収容することと、前記絶縁基板及び前記電子部品上に樹脂絶縁層及び銅箔を積層することと、前記銅箔及び樹脂絶縁層を貫通して前記導体パターン及び前記端子に至るビア用開口をレーザで設けることと、エッチングにより前記銅箔を剥離すると共に、前記ビア用開口の底部の前記端子に窪みを形成し、前記ビア用開口の底部の前記導体パターンに前記端子の窪みよりも深い窪みを形成することと、前記ビア用開口にめっきによりビア導体を設けることと、を備える。
本発明の電子部品内蔵基板は、ビア導体と導体パターンの接続部、ビア導体と端子の接続部は窪んでいて、樹脂製のコア基板上の導体パターンの窪みの深さは、セラミック製のコンデンサ等の電子部品上の端子の窪みの深さよりも深い。樹脂製のコア基板上の導体パターンには、層間樹脂絶縁層とコア基板との熱膨張率の差から引張り応力が大きく、また、樹脂製のコア基板上の導体パターンは変位量も大きい。一方、剛性の高いセラミック上の端子の変位量は小さい。このため、ビア導体を導体パターンに大きく入り込ませ、窪みを深くすることで、導体パターンに接続するビア導体の接続信頼性を高めることができる。
本発明の電子部品内蔵基板の製造方法は、ビア導体と導体パターンの接続部、ビア導体と端子の接続部は窪んでいて、樹脂製のコア基板上の導体パターンの窪みの深さは、セラミック製のコンデンサ等の電子部品上の端子の窪みの深さよりも深い。樹脂製のコア基板上の導体パターンには、層間樹脂絶縁層とコア基板との熱膨張率の差から引張り応力が大きく、また、樹脂製のコア基板上の導体パターンは変位量も大きい。一方、剛性の高いセラミック上の端子の変位量は小さい。このため、ビア導体を導体パターンに大きく入り込ませ、窪みを深くすることで、導体パターンに接続するビア導体の接続信頼性を高めることができる。
また、コア基板の表面には、層間樹脂絶縁層との密着性を高めるため粗化処理を施すことが望ましいが、レーザによりビア用の開口を設けた際に、粗化処理の施されない端子上よりも導体パターン上に残渣が残り易い。このため、コア基板上の導体パターンの窪みの深さを、端子の窪みの深さよりも深くすることで、ビア用開口底部の残渣を除去し、導体パターンに接続するビア導体の接続信頼性を高める。
本発明の第1実施形態に係る電子部品内蔵基板の断面図 第1実施形態の電子部品内蔵基板の製造工程図 第1実施形態の電子部品内蔵基板の製造工程図 第1実施形態の電子部品内蔵基板の製造工程図 第1実施形態の電子部品内蔵基板の製造工程図 第1実施形態の電子部品内蔵基板の製造工程図 第1実施形態のコンデンサの製造工程図
本発明の第1実施形態に係る電子部品内蔵基板100の断面が図1(A)に示される。電子部品内蔵基板100は、第1面(F)とその第1面と反対側の第2面(S)とを有するコア基板30を有している。
コア基板30はキャビティ(開口部)20を有している。本実施形態では、キャビティ20はコア基板30を貫通している。
キャビティ20の内部には、コンデンサ110が収容されている。キャビティ20の側壁とコンデンサ110との隙間には樹脂50が充填されている。これにより、コンデンサ110がキャビティ20の内部において固定されている。
コア基板30の第1面F上には導体層34Fが、第2面S上には導体層34Sが形成されている。コア基板30は、複数の貫通孔31を有しており、貫通孔31の内部には、導体層34F、34Sを接続するスルーホール導体36が形成されている。
スルーホール導体36は、貫通孔31内をめっきで充填することにより形成される。貫通孔31は、コア基板30の第1面Fに開口する第1開口部31fと、第2面Sに開口する第2開口部31sとで形成されている。第1開口部31fは第1面から第2面に向かってテーパしているとともに、第2開口部31sは第2面から第1面に向かってテーパしており、該第1開口部31fと該第2開口部31sはコア基板30の内部で繋がっている。
コア基板30の第1面Fとコンデンサ110上に上側のビルドアップ層55Fが形成されている。上側のビルドアップ層は、コア基板30の第1面Fとコンデンサ110上に形成されている絶縁層50Fと、その絶縁層50F上の導体層58Fと、絶縁層50Fの内部に設けられ導体層58Fと導体層34Fとを接続するビア導体60Fとを有する。絶縁層50Fの内部には、さらに導体層58Fとコンデンサ110の電極112M、112Pとを接続する接続ビア導体60Faが設けられている。
コア基板30の第2面Sとコンデンサ110上に下側のビルドアップ層55Sが形成されている。下側のビルドアップ層は、コア基板30の第2面Sとコンデンサ110上に形成されている絶縁層50Sと、その絶縁層50S上の導体層58Sと、絶縁層50Sの内部に設けられ導体層58Sと導体層34Sとを接続するビア導体60Sとを有する。絶縁層50Sの内部には、さらに導体層58Sとコンデンサ110の電極112M、112Pとを接続する接続ビア導体60Saが設けられている。
上側のビルドアップ層55F上には、開口71Fを有するソルダーレジスト層70Fが形成され、下側のビルドアップ層55S上には開口71Sを有するソルダーレジスト層70Sが形成されている。ソルダーレジスト層70F、70Sの開口71F、71Sにより露出している導体パターン58F、58Sは、後述する半田バンプが形成されるパッドとして機能する。パッド上には、Ni/Au又はNi/Pd/Auなどの金属膜72、74が形成され、その金属膜上に半田バンプ76F、76Sが形成されている。上側のビルドアップ層55F上に形成されている半田バンプ76Fを介してICチップが電子部品内蔵基板100に搭載される。下側のビルドアップ層55S上に形成されている半田バンプ76Sを介して電子部品内蔵基板100はマザーボードに搭載される。
図1(A)中の円Cで囲まれた部分が拡大され図1(B)に示される。
コンデンサ110は、小型で容量の大きな積層セラミックコンデンサ(MLCC)からなる。該コンデンサは、BaTiO3から主として成る誘電体層122とNi製の内部電極124とを交互に積層して成る本体部120と、電極112P、112Mとから成る。コンデンサ110の電極112P、112Mは、本体部120の端部まで延在している内部電極124と接触するようにNiペースト114が設けられ、該Niペースト114がCuめっき膜116で被覆され成る。
コンデンサの電極112Mの表面のCuめっき膜116に接続ビア導体60Fa、60Saが接続されている。Cuめっき膜116は、ピロリン酸銅めっきにより形成されている。接続ビア導体60Fa、60Saの底部は略半球形状であり、Cuめっき膜116の略半球状の窪み116dに接している。Cuめっき膜116表面から略半球状の窪み116dの最深部までの窪み深さd2は、2〜6μmで、Cuめっき膜116の厚みs2は、8〜15μmである。
導体パターン34Fは、銅箔32と無電解めっき膜33と電解めっき膜37の3層構造から成る。表層の電解めっき膜37は、硫酸銅めっきにより形成されている。導体パターン34F、34Sの表層の電解めっき膜37にビア導体60F、60Sが接続されている。ビア導体60F、60Sの底部は略半球形状であり、電解めっき膜37の略半球状の窪み37dに接している。電解めっき膜37表面から略半球状の窪み37dの最深部までの窪み深さd1は2〜7μmで、導体パターン34Fの厚みs1は10〜20μmである。
第1実施形態で、ビア導体60F、60Sと導体パターン34F、34Sの接続部、接続ビア導体60Fa、60Saとコンデンサの端子112M、112Pの接続部は窪んでいて、樹脂製のコア基板30上の導体パターン34F、34Sの窪み37dの深さはd1、セラミック製のコンデンサ上の端子112M、112Pの窪み116dの深d2さよりも深い。樹脂製のコア基板上の導体パターン34F、34Sには、層間樹脂絶縁層50F、50Sとコア基板30との熱膨張率の差から引張り応力が大きく、また、樹脂製のコア基板上の導体パターン34F、34Sは変位量も大きい。一方、剛性の高いセラミック上の端子112M、112Pの変位量は小さい。このため、ビア導体60F、60Sを導体パターン34F、34Sに大きく入り込ませ、窪み37dを深くすることで、導体パターン34F、34Sに接続するビア導体60F、60Sの接続信頼性を高めることができる。なお、コア基板のX−Y方向の熱膨張係数は、セラミック製のコンデンサのX−Y方向の熱膨張係数よりも低い。
ここで、導体パターン34F、34Sの窪み37dの深さd1と導体パターンの厚みs1との比(d1/s1)は1/20以上7/10以下であることが望ましい。導体パターン34F、34Sとビア導体60F、60Sの接続信頼性が向上する。一方、端子112M、112Pの窪み116dの深さd2と端子のめっき層116の厚みs2との比は2/15上1/4以下であることが望ましい。また、端子112M、112Pの窪み116dの深さd2と導体パターン34F、34Sの窪み37dの深さd1との比は、0.5以上/1未満であることが望ましい。端子のめっき層116と接続ビア導体60Fa、60Saの接続信頼性が向上する。
図7は第1実施形態のコンデンサの製造工程を示している。
(1)BaTiO3から成る誘電体層122αとNi製の内部電極層124αとが交互に積層され積層体120αが形成される(図7(A))。
(2)積層体120αの端部まで延在している内部電極層124αと接触するようにNiペースト層114αが積層体の短辺側に塗布される(図7(B))。Niペースト層は、Ni粉とTiBaベース成分から主として成る。
(3)積層体120αとNiペースト層114αが同時焼成され、本体部120とNiペースト114が形成される(図7(C))。
(4)ピロリン酸銅(Cu7 P2 O7)とピロリン酸カリウム(K4 P2 O7)を用いるピロリン酸銅めっきによって、Niペースト114上にCuめっき膜116が被覆され、水洗工程を経てコンデンサ110が完成される(図7(D))。
第1実施形態の電子部品内蔵基板は、内蔵されるコンデンサ110が大容量の積層セラミックコンデンサである。電極は、コンデンサ本体の内部電極に接続されたNiペースト114と、該導電性ペーストを覆う銅めっき116から成る。銅めっき形成に密着性の高いピロリン酸銅めっきを用いても、Niペーストがガラス成分を含まないためガラス空孔が存在せず、後述する製造工程で内蔵の際に真空状態にされてもカリウムイオンが飛散することが無く、電極112P−112M間でマイグレーションが発生しない。
第1実施形態の電子部品内蔵基板100の製造方法が図2〜図6に示される。
(1)絶縁性基材18とその両面に銅箔32が積層されている両面銅張積層板30zが出発材料である。絶縁性基材は第1面Fとその第1面と反対側の第2面Sを有する。銅箔32の厚みは1μm以上5μm以下であることが好ましい。銅箔32の表面に図示されない黒化処理が施される(図2(A))。
(2)絶縁性基材18の第1面F側へレーザが照射される。絶縁性基材の第1面から第2面に向けて細くなっている第1開口部31fが形成される(図2(B))。
(3)絶縁性基材18の第2面S側へレーザが照射される。絶縁性基材の第2面から第1面に向けて細くなっている第2開口部31sが形成される(図2(C))。第2開口部31sは絶縁性基材内で第1開口部31fと繋がりスルーホール導体用の貫通孔31が形成される。
(4)無電解めっき処理により無電解めっき膜33が貫通孔31の内壁と銅箔32上に形成される(図2(D))。無電解めっき膜33の厚みは0.5〜2μmであることが望ましい。後述する無電解めっき処理でのシールド層としての役割を果たし得る最小限の厚みがあればよい。
(5)硫酸銅を用いる電解めっき処理により、無電解めっき膜33上に電解めっき膜37が形成される。絶縁性基材18上の無電解めっき膜33の厚みは8〜14μmで、銅箔32と無電解めっき膜33と無電解めっき膜33との3層の厚みs1は10〜20μmである。貫通孔内にスルーホール導体36が形成される。スルーホール導体36は貫通孔の内壁に形成されている無電解めっき膜33と貫通孔を充填している電解めっき膜37で形成される(図2(E))。
(6)コア基板30の表面の電解めっき膜37に所定パターンのエッチングレジスト35が形成される(図2(F))。
(7)エッチングレジストから露出する電解めっき膜37、無電解めっき膜33、銅箔32が除去される。その後、エッチングレジストが除去され導体層34F、34S及びスルーホール導体36が形成される(図3(A))。上述したように導体層34F、34Sの厚みs1は10〜20μmである。CZ処理により導体層34F、34S上に粗化層34βが形成される(図3(B))。コア基板上の導体層の形成は上記方法に限らず、例えば、特開2012−69926号の図1、図2中に開示されている方法で形成することもできる。
(8)絶縁性基材18の中央部にコンデンサを収容するための開口20がレーザにより形成され、コア基板30が完成する(図3(C))。
(9)コア基板30の第2面Sにテープ94が貼られる。開口20はテープで塞がれる(図3(D))。テープ94の例としてPETフィルムが挙げられる。
(10)開口20により露出するテープ94上にコンデンサ110が置かれる(図3(E))。コア基材の開口20に収容されるコンデンサの厚みはコア基材の厚みの30%〜100%である。
(11)真空引きがなされ、コア基板30の第1面F上にプライマー付き銅箔49が積層されたB−ステージのプリプレグ50Fαが圧着(積層)される。加熱プレスによりプリプレグから樹脂が開口内にしみ出て、開口20が充填剤(樹脂充填剤)50で充填される(図3(F))。銅箔49の厚みは1μm以上3μm以下であることが望ましい。1μm未満では後述するレーザ時のマスクとしての効果が低く、3μmを越えるとエッチングによる剥離が困難になる。開口の内壁とコンデンサ間の隙間が充填剤で満たされる。コンデンサがコア基材に固定される。プリプレグはガラスクロスなどの補強材を有する。プリプレグは、ガラス粒子などの無機粒子を含むことが好ましい。充填剤はシリカなどの無機粒子を含んでいる。
(12)テープ剥離後(図4(A))、真空引きがなされ、コア基板30の第2面S上にプライマー付き銅箔49が積層されたB−ステージのプリプレグが圧着される。コア基材の第1面と第2面上のプリプレグが硬化される。コア基材の第1面と第2面上に絶縁層(層間樹脂絶縁層)50F、50Sが形成される(図4(B))。ここで、コア基板と層間樹脂絶縁層との積層の際に、真空引きがなされるため、両者の密着性が高い。一方、上述したように、コンデンサの電極にNiペーストが用いられ、ガラス成分を含まないためガラス空孔が存在せず、積層の際に真空状態においても空孔からのCuめっき膜116形成の際のピロリン酸カリウム由来のカリウムイオンが飛散することが無く、電極112P−112M間でマイグレーションの原因とならない。
(13)第1面側からCO2ガスレーザにて絶縁層50Fにコンデンサ110の電極112P、112M、導体層34F、スルーホール導体36に至るビア導体用の開口51Fが形成される。第2面側から絶縁層50Sにコンデンサ110の電極112P、112M、導体層34S、スルーホール導体36に至るビア導体用の開口51Sが形成される(図4(C))。
(14)エッチングにより銅箔49が剥離され絶縁層50F、50S表面のプライマーが露出されると共に、ビア導体用の開口51F、51Sの底部の端子112M、112Pに窪み116dが形成され、ビア導体用の開口51F、51Sの底部の導体パターン34F、34Sに窪み37dが形成される(図4(D))。図1(B)を参照して上述したように、導体パターン34F、34Sの窪み37dの深さはd1は、コンデンサ上の端子112M、112Pの窪み116dの深さd2よりも深い。これは、導体パターン34F、34S表層の硫酸銅を用いる電解めっき処理により形成される電解めっき膜37は、端子112M、112P表層のピロリン酸銅めっきにより形成されるCuめっき膜116よりもエッチングされ易いからである。第1実施形態では、導体パターン34F、34S表層の電解めっき膜37と、端子112M、112P表層のCuめっき膜116との製造方法を異ならせることで、同一のエッチング処理で窪み37dの深みd1と窪み116dの深さd2が調整される。
図3(B)を参照して上述されたように、コア基板の表面には、層間樹脂絶縁層との密着性を高めるため粗化処理を施され、導体パターン34F、34Sの表面に粗化層34βが形成されている。レーザによりビア導体用の開口51F、51Sを設けた際に、粗化処理の施されない端子112M、112P上よりも導体パターン34F、34S上に残渣が残り易い。このため、コア基板上の導体パターン34F、34Sの窪み37dの深さを、端子112M、112Pの窪み116dの深さよりも深くすることで、ビア導体用の開口底部の残渣を除去し、後述する工程で形成される導体パターン34F、34Sに接続するビア導体60F、60Sの接続信頼性を高めることができる。
(15)無電解めっき処理により、ビア導体用の開口の内壁と絶縁層上に無電解めっき膜52が形成される(図4(E))。
(16)無電解めっき膜52上にめっきレジスト54が形成される(図5(A))。
(17)次に、電解めっき処理により、めっきレジストから露出する無電解めっき膜上に電解めっき膜56が形成される(図5(B))。
(18)続いて、アミン溶液を用いてめっきレジスト54が除去される。その後、電解銅めっき膜から露出する無電解めっき膜52がエッチングにて除去され、無電解めっき膜52と電解めっき膜56からなる導体層58F、58Sが形成される。導体層58F、58Sは複数の導体回路やビア導体のランドを含む。同時に、ビア導体60F、60Sや接続ビア導体60Fa、60Saが形成される(図5(C))。ビア導体60F、60Sはコア基材の導体層やスルーホール導体と絶縁層上の導体層58F、58Sを接続している。接続ビア導体60Fa、60Saはコンデンサの電極112P、112Mと絶縁層上の導体層58Fを接続している。
(19)上側のビルドアップ層55F上に開口71Fを有するソルダーレジスト層70Fが形成され、下側のビルドアップ層55S上に開口71Sを有するソルダーレジスト層70Sが形成される(図6(A))。開口71F、71Sは導体層やビア導体の上面を露出する。その部分はパッドとして機能する。
(20)パッド上にニッケル層72とニッケル層72上の金層74で形成される金属膜が形成される(図6(B))。ニッケル−金層以外にニッケル−パラジウム−金層からなる金属膜が挙げられる。
(21)この後、上側のビルドアップ層55Fのパッドに半田バンプ76Fが形成され、下側のビルドアップ層55Sのパッドに半田バンプ76Sが形成される。半田バンプを有する電子部品内蔵基板100が完成する(図1(A))。
半田バンプ76Fを介してICチップが電子部品内蔵基板100へ実装される(図示せず)。その後、半田バンプ76Sを介して電子部品内蔵基板がマザーボードに搭載される。
18 絶縁性基材
20 開口
30 コア基板
34F、34S 導体層
50F、50S 層間樹脂絶縁層
60Fa、60Sa 接続ビア導体
100 電子部品内蔵基板
110 コンデンサ
112M、112P 電極
114 Niペースト
116 銅めき膜

Claims (12)

  1. 導体パターンを備える樹脂製の絶縁基板の開口に端子を備えるセラミック製の電子部品を収容し、前記絶縁基板及び前記電子部品上に樹脂絶縁層を被覆し、前記樹脂絶縁層を貫通して前記導体パターン及び前記端子に至るビア導体を設けた電子部品内蔵基板であって、
    前記ビア導体と前記導体パターンの接続部、前記ビア導体と前記端子の接続部は窪んでいて、前記導体パターンの接続部の窪みの深さは、前記端子の接続部の窪みの深さよりも深い。
  2. 請求項1の電子部品内蔵基板であって、
    前記電子部品は積層セラミックコンデンサである。
  3. 請求項2の電子部品内蔵基板であって、
    前記絶縁基板のX−Y方向の熱膨張係数は、前記積層セラミックコンデンサのX−Y方向の熱膨張係数よりも低い。
  4. 請求項1の電子部品内蔵基板であって、
    前記導体パターンの接続部の窪みの深さと、前記端子の接続部の窪みの深さとの比は0.5以上1.0未満である。
  5. 請求項1の電子部品内蔵基板であって、
    前記導体パターンは、銅箔、無電解めっき導体層、硫酸銅めっき導体層からなり、
    前記端子はピロリン酸銅めっき導体層である。
  6. 請求項5の電子部品内蔵基板であって、
    前記導体パターン側の窪みは、前記硫酸銅めっき導体層内に形成され、
    前記電子部品端子側の窪みは、前記ピロリン酸銅めっき導体層内に形成されている。
  7. 電子部品内蔵基板の製造方法であって、
    樹脂製の絶縁基板に導体パターンを形成することと、
    前記絶縁基板に開口を形成することと、
    前記絶縁基板の開口に端子を備えるセラミック製の電子部品を収容することと、
    前記絶縁基板及び前記電子部品上に樹脂絶縁層及び銅箔を積層することと、
    前記銅箔及び樹脂絶縁層を貫通して前記導体パターン及び前記端子に至るビア用開口をレーザで設けることと、
    エッチングにより前記銅箔を剥離すると共に、前記ビア用開口の底部の前記端子に窪みを形成し、前記ビア用開口の底部の前記導体パターンに、前記端子の窪みよりも深い窪みを形成することと、
    前記ビア用開口にめっきによりビア導体を設けることと、を備える。
  8. 請求項7の電子部品内蔵基板の製造方法であって、
    前記導体パターンの形成は硫酸銅めっきにより行われ、
    前記端子はピロリン酸銅めっきにより形成されている。
  9. 請求項7の電子部品内蔵基板の製造方法であって、
    前記導体パターンは、銅箔、無電解めっき導体層、硫酸銅めっき導体層から行わ、
    前記端子はピロリン酸銅めっきにより形成されている。
  10. 請求項7の電子部品内蔵基板の製造方法であって、
    前記樹脂絶縁層及び銅箔の積層は、プライマー付き銅箔を樹脂絶縁層に積層して行う。
  11. 請求項7の電子部品内蔵基板の製造方法であって、
    前記導体パターンを形成後、該導体パターンに粗化処理を行う。
  12. 請求項7の電子部品内蔵基板の製造方法であって、
    前記銅箔の厚みは1μm以上5μm以下である。
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