JP6332672B2 - 電池内蔵基板及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、電池内蔵基板及びその製造方法に関する。
従来、半導体チップなどの電子部品が内蔵された配線基板がある。そのような配線基板では、配線部材の上に電子部品を搭載し、その上に絶縁層を形成して電子部品を絶縁層の中に埋設する。
その後に、電子部品の接続電極に到達するビアホールを絶縁層に形成し、ビアホールを介して接続電極に接続される配線層を絶縁層の上に形成する。
特開２００１−２１７３３７号公報
電子部品として二次電池を使用する場合、二次電池は充放電によって体積が変化する特性を有する。このため、二次電池を配線基板のエポキシ樹脂などの比較的剛性の高い絶縁層に埋設すると、二次電池の体積変化による応力を解放できず、二次電池が破損することがある。
二次電池が内蔵された電池内蔵基板及びその製造方法において、信頼性を向上させることを目的とする。
以下の開示の一観点によれば、二次電池と、前記二次電池を被覆する被覆絶縁部と、前記被覆絶縁部に埋設され、前記被覆絶縁部から露出する接続電極とを備えた二次電池部品と、前記二次電池部品が載置された第１絶縁層と、前記第１絶縁層の上に形成され、前記二次電池部品を覆う第２絶縁層と、前記二次電池部品の接続電極の上の前記第２絶縁層に形成されたビアホールと、前記第２絶縁層の上に形成され、前記ビアホール内のビア導体を介して前記接続電極に接続される第１配線層とを有し、前記被覆絶縁部の剛性は、前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層の剛性よりも低い電池内蔵基板が提供される。
また、その開示の他の観点によれば、二次電池と、前記二次電池を被覆する被覆絶縁部と、前記被覆絶縁部に埋設され、前記被覆絶縁部から露出する接続電極とを備えた二次電池部品を用意する工程と、第１絶縁層の上に、前記被覆絶縁部を上側にして二次電池部品を載置する工程と、前記第１絶縁層の上に、前記二次電池部品を覆う第２絶縁層を形成する工程と、前記二次電池部品の接続電極の上の前記第２絶縁層にビアホールを形成する工程と、前記第２絶縁層の上に、前記ビアホール内のビア導体を介して前記二次電池部品の接続電極に接続される第１配線層を形成する工程とを有し、前記被覆絶縁部の剛性は、前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層の剛性よりも低い電池内蔵基板の製造方法が提供される。
以下の開示によれば、電池内蔵基板では、二次電池の上に被覆絶縁部が形成された二次電池部品が内蔵されている。二次電池部品の被覆絶縁部は、二次電池部品を埋設する絶縁層の剛性よりも低い低剛性絶縁層から形成される。
これにより、二次電池部品の体積変化による応力が解放されるため、二次電池部品の破損が防止される。また、予め被覆絶縁部で被覆された二次電池部品を配線部材に搭載すればよいので、生産効率を向上させることができる。
図１は実施形態の電池内蔵基板に内蔵される二次電池を示す断面図である。 図２（ａ）は図１の二次電池を簡略化して描いた断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の二次電池を上側からみた平面図である。 図３（ａ）〜（ｃ）は実施形態に係る二次電池の上に被覆絶縁部を形成する第１の方法を示す断面図である。 図４（ａ）〜（ｅ）は実施形態に係る二次電池の上に被覆絶縁部を形成する第２の方法を示す断面図である。 図５（ａ）〜（ｄ）は実施形態に係る二次電池の上に被覆絶縁部を形成する第３の方法を示す断面図（その１）である。 図６（ａ）〜（ｄ）は実施形態に係る二次電池の上に被覆絶縁部を形成する第３の方法を示す断面図（その２）である。 図７（ａ）〜（ｄ）は実施形態の電池内蔵基板の製造方法を示す断面図（その１）である。 図８（ａ）及び（ｂ）は実施形態の電池内蔵基板配の製造方法を示す断面図（その２）である。 図９（ａ）〜（ｃ）は実施形態の電池内蔵基板の製造方法を示す断面図（その３）である。 図１０は実施形態の電池内蔵基板を示す断面図である。 図１１は図１０の電池内蔵基板をベースにして多層配線基板を構築した例を示す断面図である。 図１２はその他の実施形態の電池内蔵基板を示す断面図である。 図１１は図１０の電池内蔵基板を使用する電子部品装置を示す断面図である。
以下、実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。
図１及び図２は実施形態の電池内蔵基板に内蔵される二次電池を示す断面図、図３〜図９は実施形態の電池内蔵基板の製造方法を示す図、図１０は実施形態の電池内蔵基板を示す図である。
以下、電池内蔵基板の製造方法を説明しながら、電池内蔵基板の構造について説明する。
最初に、実施形態の電池内蔵基板に内蔵される二次電池について説明する。図１に示すように、二次電池５ａは、上面に絶縁層１２が形成された基板１０と、基板１０上の絶縁層１２の上に配置された電池本体２０とを備えている。
図１の例では、基板１０はシリコン基板から形成され、絶縁層１２はシリコン窒化層（ＳｉＮ）又はシリコン酸化層（ＳｉＯ２）から形成される。あるいは、基板１０はガラス基板などの絶縁基板から形成されてもよい。基板１０が絶縁基板から形成される場合は、絶縁層１２が省略される。
電池本体２０は、基板１０上の絶縁層１２の上に配置された（＋）電極２２ａ及び（−）電極２２ｂを備えている。また、電池本体２０は、（＋）電極２２ａの上に、下から順に、正極２４、電解質層２５及び負極２６を備えており、正極２４が（＋）電極２２ａの一端側に接続されている。（＋）電極２２ａの他端側が露出して接続部となっている。
電解質層２５及び負極２６は（−）電極２２ｂの一端まで延在しており、負極２６が（−）電極２２ｂの一端側に接続されている。（−）電極２２ｂの他端側が露出して接続部となっている。
さらに、正極２４、電解質層２５及び負極２６が保護層２８によって被覆されている。
（＋）電極２２ａ及び（−）電極２２ｂは、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金から形成され、表面にニッケルめっきが施されている。
絶縁層１２を含む基板１０の厚みは１５０μｍ程度であり、電池本体２０の厚みは２５μｍ程度である。
二次電池５ａは、全固体薄膜二次電池であり、例えば、電解質層２５としてＬｉＰＯＮ（リン酸リチウムオキシナイトライド）を使用するリチウムイオン電池がある。リチウムイオン電池では、放電時は、リチウム分子が負極２６に電子を渡すことによりリチウムイオンとなる。そのリチウムイオンは電解質層２５を経て正極２４へと移動し、正極２４側にリチウム化合物となって貯蔵される。
逆に、充電時には、正極２４のリチウム化合物が分離され、リチウムイオンが電解質層２５を通って負極２６に到達し、電子を貰ってリチウム分子となり、負極２６に貯蔵される。
二次電池５ａでは、充電するときに電解質層２５の体積が増加し、また放電するときに電解質層２５の体積が減少する。このように、二次電池５ａでは、使用時にその体積が増減する特性を有する。このため、二次電池５ａを配線基板のエポキシ樹脂などの比較的剛性の高い絶縁層に埋設させると、二次電池５ａの体積変化による応力を解放することができず、二次電池５ａが破損することがある。
このため、本実施形態では、エポキシ樹脂などの一般的な層間絶縁材料よりも剛性の低い低剛性絶縁層からなる被覆絶縁部で二次電池５ａを被覆することにより、二次電池５ａの体積変化による応力を解放できるようにする。
以下、二次電池５ａの上に被覆絶縁部（低剛性絶縁部）を形成する方法について説明する。
図２（ａ）は図１の二次電池５ａの電池本体２０を模式的に描いた縮小図である。図２（ａ）では、電池本体２０の内部を省略し、（＋）電極２２ａ及び（−）電極２２ｂの各接続部が示されている。
また、図２（ｂ）は図２（ａ）の二次電池５ａを上側からみた平面図である。図２（ａ）は図２（ｂ）のＩ−Ｉに沿った断面図に相当する。
以下の説明では、図２（ａ）に描いた二次電池５ａを使用して説明する。
最初に、二次電池を被覆絶縁部（低剛性絶縁部）で被覆する第１の方法について説明する。図３（ａ）に示すように、まず、二次電池５ａを１５０℃程度の温度で加熱処理しながら、ワイヤボンディング法により、二次電池５ａの（＋）電極２２ａ及び（−）電極２２ｂの各接続部に金ワイヤから金バンプ３０ａを形成する。
二次電池５ａの上面からの金バンプ３０ａの突出高さは、例えば３０〜５０μｍに設定される。金バンプ３０ａの他に、銅バンプなどの他の金属からなる金属バンプをワイヤボンディング法などにより形成してもよい。
次いで、図３（ｂ）に示すように、金バンプ３０ａが形成された二次電池５ａの上に被覆絶縁部４０を形成する。被覆絶縁部４０は、配線基板の層間絶縁材料として使用される一般的な絶縁層よりも剛性の低い特性を有する。
配線基板の層間絶縁材料として使用される樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂又はフェノール樹脂などがある。
一方、被覆絶縁部４０としては、好適には、ゴム弾性を有する樹脂が使用される。被覆絶縁部４０としては、シリコーンエラストマー又はシリコーンゲルなどのシリコーン樹脂が好適に使用される。シリコーン樹脂の他に、ウレタン樹脂、又はポリオレフィン樹脂などを使用してもよい。
被覆絶縁部４０は、液状のシリコーン樹脂をスピンコート法又はポッティング法によって二次電池５ａの上に塗布した後に、加熱処理して硬化させることにより形成される。
被覆絶縁部４０は、二次電池５ａの上に５〜２５μｍ程度の厚みになるように形成され、金バンプ３０ａの先端側が被覆絶縁部４０から突出して露出した状態となる。
樹脂の剛性は、変形のしにくさの度合いであり、引張り強さにより比較することができる。引張り強さの値が低い樹脂は剛性が低いことを意味する。配線基板の一般的な層間絶縁材料として使用されるエポキシ樹脂の引張り強さは、７０ＭＰａ〜１００ＭＰａである。一方、被覆絶縁部４０として使用されるシリコーン樹脂の引張り強さは０．５ＭＰａ〜１０ＭＰａである。
このように、被覆絶縁部４０（シリコーン樹脂）の引張り強さの値は、エポキシ樹脂の引張り強さの値よりもかなり低いため、被覆絶縁部４０（シリコーン樹脂）の剛性がかなり低いことが理解される。
図３（ｂ）の例では、被覆絶縁部４０の側面と二次電池５ａの基板１０の側面とが同一面となるように、二次電池５ａの周囲に型枠を配置した状態で被覆絶縁部４０が形成される。あるいは、被覆絶縁部４０が二次電池５ａの基板１０の側面に流れ込んで被覆するようにしてもよい。
続いて、図３（ｃ）に示すように、図３（ｂ）の構造体を下型及び上型で挟んで押圧することにより、金バンプ３０ａの先端側の突出部をつぶす。この処理はコイニング加工とも呼ばれる。これにより、金バンプ３０ａの上面と被覆絶縁部４０の上面とが同一面となって平坦化される。
あるいは、サーフェスプレーナーで金バンプ３０ａの先端側の突出部を切断して、被覆絶縁部４０の上面と同一面となるように平坦化してもよい。
以上により、上面側が被覆絶縁部４０で被覆され、金バンプ３０ａから形成された接続電極３０が被覆絶縁部４０から露出する構造の二次電池部品５が得られる。接続電極３０は、側面が被覆絶縁部４０に埋設された状態で上面が露出して形成される。
次に、二次電池を被覆絶縁部（低剛性絶縁部）で被覆する第２の方法について説明する。前述した形態では、個片化された個々の二次電池５ａの上に被覆絶縁部４０を形成する方法を説明した。第２の方法では、複数の電池本体が並んで配置されたシリコンウェハの上に被覆絶縁部を形成する。
詳しく説明すると、まず、図４（ａ）に示すように、上面に絶縁層１２が形成され、その上に複数の電池本体２０が横方向に並んで配置されたシリコンウェハ１０ａを用意する。各電池本体２０を囲む周囲の領域にはダイシング領域Ｄが画定されている。
次いで、図４（ｂ）に示すように、前述した図３（ａ）の工程と同様な方法により、電池本体２０の（＋）電極２２ａ及び（−）電極２２ｂの接続部上に金バンプ３０ａを形成する。
続いて、図４（ｃ）に示すように、前述した図３（ｂ）の工程と同様な方法により、シリコンウェハ１０ａの全面に、各電池本体２０を被覆し、かつ金バンプ３０ａの先端側が突出して露出するように被覆絶縁部４０を形成する。
さらに、図４（ｄ）に示すように、前述した図３（ｃ）の工程と同様な方法により、金バンプ３０ａの先端側に露出する突出部を除去して、金バンプ３０ａの上面と被覆絶縁部４０の上面とが同一面となるように平坦化する。
これにより、金バンプ３０ａから接続電極３０が形成される。接続電極３０は、側面が被覆絶縁部４０に埋設された状態で上面が露出して形成される。
その後に、図４（ｄ）及び（ｅ）に示すように、シリコンウェハ１０ａのダイシング領域Ｄで、被覆絶縁部４０の上面からシリコンウェハ１０ａの下面まで切削装置の回転ブレードなどにより切断する。シリコンウェハ１０ａが分割されて個々の基板１０となる。
以上により、図４（ｅ）に示すように、前述した図３（ｃ）と同一構造の二次電池部品５が得られる。なお、シリコンウェハ１０ａの代わりに、ガラスウェハなどの絶縁材料からなるウェハを使用してもよい。
次に、二次電池を被覆絶縁部（低剛性絶縁部）で被覆する第３の方法について説明する。前述した第１及び第２の方法では、ワイヤボンディング法によって二次電池５ａに金バンプ３０ａを形成している。第３の方法では、電解めっきによって二次電池５ａに金属バンプを形成する。
詳しく説明すると、図５（ａ）に示すように、前述した図４（ａ）と同様に、複数の電池本体２０が配置されたシリコンウェハ１０ａを用意する。そして、シリコンウェハ１０ａ及び電池本体２０の上に銅などからなるシード層３２を無電解めっき又はスパッタ法により形成する。
次いで、図５（ｂ）に示すように、金属バンプが配置される部分に開口部１４ａが設けられためっきレジスト層１４をシード層３２の上に形成する。
さらに、図５（ｃ）に示すように、シード層３２をめっき給電経路に利用する電解めっきにより、めっきレジスト層１４の開口部１４ａに金属めっき層３４を形成する。金属めっき層３４は、銅又は金などから形成される。その後に、図５（ｄ）に示すように、めっきレジスト層１４を除去する。
続いて、図６（ａ）に示すように、金属めっき層３４をマスクにしてシード層３２をウェットエッチングにより除去する。
これにより、電池本体２０の（＋）電極２２ａ及び（−）電極２２ｂの各接続部に、上側に突出する金属バンプ３１ａが形成される。金属バンプ３１ａは、シード層３２及び金属めっき層３４から形成される。
次いで、図６（ｂ）に示すように、前述した図３（ｂ）の工程と同様な方法により、シリコンウェハ１０ａの全面に、各電池本体２０を被覆し、かつ金属バンプ３１ａの先端側が突出して露出するように被覆絶縁部４０を形成する。
さらに、図６（ｃ）に示すように、前述した図３（ｃ）の工程と同様な方法により、金属バンプ３１ａの先端側に露出する突出部を除去して、金属バンプ３１ａの上面と被覆絶縁部４０の上面とが同一面となるように平坦化する。これより、金属バンプ３１ａから接続電極３１が形成される。接続電極３１は、側面が被覆絶縁部４０に埋設された状態で上面が露出して形成される。
その後に、図６（ｃ）及び（ｄ）に示すように、シリコンウェハ１０ａのダイシング領域Ｄで、被覆絶縁部４０の上面からシリコンウェハ１０ａの下面まで切断する。シリコンウェハ１０ａが分割されて個々の基板１０となる。
以上により、図６（ｄ）に示すように、上面側が被覆絶縁部４０で被覆され、金属バンプ３１ａから形成された接続電極３１が被覆絶縁部４０から露出する構造の二次電池部品５が得られる。
なお、シリコンウェハ１０ａの代わりに、ガラスウェハなどの絶縁材料からなるウェハを使用してもよい。
次に、前述した図３（ｃ）の被覆絶縁部４０を備えた二次電池部品５を配線基板に内蔵させる方法について説明する。図７（ａ）に示すように、まず、第１絶縁層５２の一方の面に金属箔５４が形成された積層基材５０を用意する。例えば、第１絶縁層５２はエポキシ樹脂から形成され、金属箔５４は銅から形成される。積層基材５０は、樹脂フィルムの上に接着剤を介して金属箔を熱プレスすることにより形成される。
そして、図７（ｂ）に示すように、積層基材５０の第１絶縁層５２の露出面に図３（ｃ）の二次電池部品５を載置する。二次電池部品５の被覆絶縁部４０及び接続電極３０が上側を向くように、二次電池部品５の基板１０の背面が積層基材５０の第１絶縁層５２に接着剤（不図示）によって接着される。
二次電池を低剛性絶縁層で被覆するには、一般的な層間絶縁層と異なる樹脂材料を使用するため、新規な設備及びそれを設置するスペースが必要となる。このため、配線基板を製造するための既存のラインに低剛性絶縁層を形成する工程を導入しにくい課題がある。
本実施形態では、配線基板の製造用の既存のラインとは別の製造ラインで、二次電池５ａを被覆絶縁部４０で被覆している。このため、配線基板の製造用の既存のラインに、被覆絶縁部４０を形成する工程を新たに導入する必要がない。
また、配線部材の製造と同時に平行して二次電池５ａに被覆絶縁部４０を形成できるため、手番短縮を図ることができる。
このように、予め部品単体の状態の二次電池５ａを被覆絶縁部４０で被覆することから、配線基板の製造用の既存のラインに新規な工程を追加する必要がないので、生産効率を向上させることができる。
次いで、図７（ｃ）に示すように、未硬化の樹脂フィルム６２ａの一方の面に金属箔６４が形成された積層基材６０を用意する。そして、積層基材６０の樹脂フィルム６２ａを二次電池部品５側に押圧しながら加熱処理する。
これにより、図７（ｄ）に示すように、二次電池部品５が樹脂フィルム６２ａ内に埋め込まれるように樹脂フィルム６２ａが流動化し、硬化することにより、第１絶縁層５２の上に二次電池部品５を覆う第２絶縁層６２が形成される。第２絶縁層６２は上面に金属箔６４が配置された状態で形成される。第２絶縁層６２及び金属箔６４の上面が平坦になった状態で、第２絶縁層６２に二次電池５が埋め込まれた状態となる。
このようにして、第１絶縁層５２及び第２絶縁層６２により絶縁基板６が形成され、二次電池５ａが絶縁基板６の中に埋設される。
続いて、図８（ａ）に示すように、上面側の金属箔６４及び第２絶縁層６２を加工することにより、二次電池部品５の接続電極３０に到達するビアホールＶＨを形成する。金属箔６４はウェットエッチングにより除去され、第２絶縁層６２はレーザにより除去される。
また、二次電池部品５の両外側の領域に、上側の金属箔６４から下側の金属箔５４まで貫通する貫通孔ＴＨを形成する。両面側の金属箔５４，６４はウェットエッチングにより除去され、第１絶縁層５２及び第２絶縁層６２はレーザによって除去される。
あるいは、金属箔５４，６４をウェットエッチングで除去せずに、金属箔５４，６４及び第１、第２絶縁層５２，６２をレーザで一括加工してビアホールＶＨ及び貫通孔ＴＨを形成してもよい。
その後に、過マンガン酸カリウム溶液などでビアホールＶＨ及び貫通孔ＴＨ内をデスミア処理することにより、ビアホールＶＨ及び貫通孔ＴＨ内に残留する樹脂スミアをクリーニングする。
次いで、図８（ｂ）に示すように、図８（ａ）の構造体の両面側の金属箔５４，６４の上、ビアホールＶＨ及び貫通孔ＴＨの内面に無電解めっきにより、銅などからなるシード層７２を形成する。
次いで、図９（ａ）に示すように、シード層７２をめっき給電経路に利用する電解めっきにより、ビアホールＶＨ及び貫通孔ＴＨ内、両面側の金属箔５４，６４の上に銅などからなる金属めっき層７４を形成する。金属めっき層７４はビアホールＶＨ及び貫通孔ＴＨを完全に埋め込んで形成される。
あるいは、ビアホールＶＨ及び貫通孔ＴＨ内を完全に埋め込まないように側壁に金属めっき層を形成し、残りの孔に導電ペーストを充填してもよい。
続いて、図９（ｂ）に示すように、両面側の金属めっき層７４の上に、配線層のパターンに対応するようにフォトレジスト層１６をフォトリソグラフィによってそれぞれパターニングする。
さらに、絶縁基板６の上面側において、フォトレジスト層１６をマスクにして、金属めっき層７４、シード層７２、金属箔６４をウェットエッチングしてパターン化する。また同時に、絶縁基板６の下面側において、フォトレジスト層１６をマスクにして、金属めっき層７４、シード層７２、金属箔５４をウェットエッチングしてパターン化する。その後に、フォトレジスト層１６が除去される。
これにより、図９（ｃ）に示すように、絶縁基板６の上面側では、下から順に積層された金属箔６４、シード層７２及び金属めっき層７４から第１配線層Ｗ１が形成される。第１配線層Ｗ１は、ビアホールＶＨ内のビア導体ＶＣを介して二次電池部品５の接続電極３０に接続される。
また、絶縁基板６の下面側では、第１絶縁層５２側から順に積層された金属箔５４、シード層７２及び金属めっき層７４から第２配線層Ｗ２が形成される。第２配線層Ｗ２は、貫通孔ＴＨ内に充填された貫通導体ＴＣを介して第１配線層Ｗ１に接続される。
その後に、図１０に示すように、絶縁基板６の上面側において、第１配線層Ｗ１の接続部上に開口部４２ａが設けられたソルダレジス層４２を第２絶縁層６２の上に形成する。また同様に、絶縁基板６の下面側において、第２配線層Ｗ２の接続部上に開口部４４ａが設けられたソルダレジスト層４４を第１絶縁層５２の上に形成する。
その後に、多面取りの大型基板を使用する場合は、ダイシング領域で切削装置の回転ブレードなどにより配線部材を切断して個片化する。
以上により、実施形態の電池内蔵基板１が得られる。
図１０に示すように、実施形態の電池内蔵基板１は、第１絶縁層５２及びその上の第２絶縁層６２から形成される絶縁基板６を備えている。第１絶縁層５２の上に前述した図３（ｃ）で説明した被覆絶縁部４０を備えた二次電池部品５が載置されている。そして、第１絶縁層５２の上に二次電池部品５を覆う第２絶縁層６２が形成されている。
二次電池部品５は被覆絶縁部４０及び接続電極３０が上側を向いた状態で第２絶縁層６２に埋設されている。このようにして、二次電池部品５は第１絶縁層５２と第２絶縁層６２との間に埋設されている。
本実施形態では、予め被覆絶縁部４０を備えた二次電池部品５が第１絶縁層５２の上に載置される。このため、二次電池５ａのみが被覆絶縁部４０で被覆され、二次電池部品５よりも外側領域には被覆絶縁部４０は存在しない。
二次電池部品５の接続電極３０の側面は被覆絶縁部４０に埋設されており、接続電極３０の上面が被覆絶縁部４０から露出している。二次電池部品５の接続電極３０の上面と被覆絶縁部４０の上面とは同一面となっている。二次電池部品５は、その側面にも被覆絶縁部４０を備えていてもよい。
第２絶縁層６２には、二次電池部品５の接続電極３０に到達するビアホールＶＨが形成されている。さらに、第２絶縁層６２の上には、ビアホールＶＨ内のビア導体ＶＣを介して二次電池部品５の接続電極３０に接続される第１配線層Ｗ１が形成されている。第１配線層Ｗ１は、金属箔６４、シード層７２及び金属めっき層７４から形成される。
また、第１絶縁層５２の下面には、金属箔５４、シード層７２及び金属めっき層７４から形成される第２配線層Ｗ２が形成されている。
また、絶縁基板６には上面から下面まで貫通する貫通孔ＴＨが形成されている。第１配線層Ｗ１と第２配線層Ｗ２とは、貫通孔ＴＨに充填された貫通導体ＴＣを介して相互接続されている。
絶縁基板６の上面側には、第１配線層Ｗ１の接続部上に開口部４２ａが設けられたソルダレジスト層４２が形成されている。また、絶縁基板６の下面側には、第２配線層Ｗ２の接続部上に開口部４４ａが設けられたソルダレジスト層４４が形成されている。
本実施形態の電池内蔵基板１では、第１絶縁層５２及び第２絶縁層６２はエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、又はフェノール樹脂などから形成される。
一方、二次電池部品５が備える被覆絶縁部４０は、第１絶縁層５２及び第２絶縁層６２よりも剛性の低い低剛性樹脂から形成され、好適な一例としてシリコーン樹脂から形成される。
二次電池５ａの体積は、充放電に伴って電解質層５（図１）の体積が増減することにより変化する。本実施形態と違って、二次電池５ａが比較的剛性の高いエポキシ樹脂層などで被覆される場合は、二次電池５ａの体積変化による応力を解放することができず、二次電池５ａに応力がかかり、二次電池５ａに破損が発生しやすい。
しかし、本実施形態では、二次電池部品５が低剛性の被覆絶縁部４０を備えているため、二次電池部品５の体積が変化するとき、その応力を被覆絶縁部４０で解放することができる。
従って、二次電池部品５に体積変化による応力がかかりにくくなるため、二次電池部品５の破損が防止される。これにより、二次電池部品５が内蔵された電池内蔵基板１の信頼性を向上させることができる。
また、前述した製造方法で説明したように、二次電池部品５が備える被覆絶縁部４０は、配線基板の製造用の既存のラインで形成するのではなく、別の製造ラインで形成される。このため、予め被覆絶縁部４０を備えた二次電池部品５を配線基板の製造用の既存のラインに持ち込んで配線部材に搭載すればよいので、生産効率を向上させることができる。
図１１に示すように、前述した図１０の電池内蔵基板１をベースにして、両面側にビルドアップ配線を形成して多層配線基板を構築してもよい。
図１１の例では、前述した図１０の電池内蔵基板１をベースにして、両面側に、第１配線層Ｗ１及び第２配線層Ｗ２に到達するビアホールＶＨｘを備えた第３絶縁層６８がそれぞれ形成されている。
さらに、両面側において、ビアホールＶＨｘを介して第１配線層Ｗ１及び第２配線層Ｗ２に接続される第３配線層Ｗ３が第３絶縁層６８の上にそれぞれ形成されている。
また、両面側の第３絶縁層６８の上に、第３配線層Ｗ３の上に開口部４２ａが設けられたソルダレジスト層４２がそれぞれ形成されている。ビルドアップ配線の積層数は任意に設定することができる。
また、図１２には、その他の実施形態の電池内蔵基板１ａが示されている。図１２に示すように、その他の実施形態の電池内蔵基板１ａでは、絶縁層としてガラスエポキシ樹脂などのコア基板７の上に前述した図３（ｃ）の二次電池部品５が配置されている。
コア基板７の両面には第１配線層Ｗ１及び第２配線層Ｗ２が形成されている。両面側の第１、第２配線層Ｗ１，Ｗ２はコア基板７に形成された貫通導体ＴＣを介して相互接続されている。
コア基板７の両面側には、絶縁層６９がそれぞれ形成されている。そして、二次電池部品５が絶縁層６９の中に埋設されている。コア基板７の上面側の絶縁層６９には、第１配線層Ｗ１及び二次電池部品５の接続電極３０にそれぞれ到達するビアホールＶＨが形成されている。
さらに、コア基板７の上面側の絶縁層６９の上に、ビアホールＶＨを介して第１配線層Ｗ１及び二次電池部品５の接続電極３０にそれぞれ接続される第３配線層Ｗ３が形成されている。第３配線層Ｗ３はセミアディティブ法により形成される。
また、コア基板７の下面側の絶縁層６９には、第２配線層Ｗ２に到達するビアホールＶＨが形成されている。そして、コア基板７の下面側の絶縁層６９の上に、ビアホールＶＨを介して第２配線層Ｗ２に接続される第４配線層Ｗ４が形成されている。
さらに、両面側の絶縁層６９の上には、第３配線層Ｗ３及び第４配線層Ｗ４の各接続部上に開口部４２ａが設けられたソルダレジスト層４２がそれぞれ形成されている。コア基板７の両面側に積層する配線層の積層数は任意に設定することができる。また、二次電池部品５をコア基板７の両面に形成されたビルドアップ配線層のうちの任意の層間絶縁層に埋設してもよい。
次に、図１０の二次電池部品５が内蔵された電池内蔵基板１を使用する電子部品装置の例について説明する。図１３に示すように、前述した図１０の電池内蔵基板１を用意し、電池内蔵基板１の下側の第２配線層Ｗ２の接続部に第１電子部品９１の端子９１ａがはんだ層８６によって接続される。第１電子部品９１は、例えば光発電装置、熱電発電装置、又は振動発電装置などの発電装置であり、電池内蔵基板１に内蔵された二次電池部品５に電力を供給する。
また、電池内蔵基板１の上面側の第１配線層Ｗ１の接続部に第２電子部品９２がバンプ電極９２ａを介してフリップチップ接続される。第２電子部品９２は、例えば電源管理ＩＣであり、二次電池部品５の電力を管理する。
図１３の例では、電池内蔵基板１の両面側に第１電子部品９１及び第２電子部品９２をそれぞれ接続しているが、電池内蔵基板１の両面側の第１配線層Ｗ１及び第２配線層Ｗ２の少なくとも一方に所要の電子部品が接続されていてもよい。あるいは、電池内蔵基板１に二次電池部品５のみが内蔵され、他の配線基板から電力が供給されるようにしてもよい。
さらに、中間配線基板２を用意する。中間配線基板２では、絶縁基板６ａの両面側に配線層Ｗｘがそれぞれ形成されている。両面側の配線層Ｗｘは絶縁基板６ａに形成された貫通導体ＴＣを介して相互接続されている。
絶縁基板６ａの両面側には、配線層Ｗｘの接続部上に開口部４６ａが設けられたソルダレジスト層４６がそれぞれ形成されている。さらに、絶縁基板６ａの上面側の配線層Ｗｘの接続部に第３電子部品９３がバンプ電極９３ａを介してフリップチップ接続されている。第３電子部品９３は、例えばＣＰＵなどの半導体チップである。
そして、電池内蔵基板１の上に中間配線基板２が配置され、電池内蔵基板１の上面側の第１配線層Ｗ１と中間配線基板２の下面側の配線層Ｗｘとがはんだボール８０によって接続される。はんだボール８０は、銅ボール８２の外面にはんだ層８４が被覆されて形成される。あるいは、はんだボール８０は、樹脂ボールの外面にはんだ層が被覆されて形成されてもよいし、全体がはんだから形成されていてもよい。
さらに、上側配線基板３を用意する。上側配線基板３では、絶縁基板６ｂの両面側に配線層Ｗｙがそれぞれ形成されている。両面側の配線層Ｗｙは絶縁基板６ｂに形成された貫通導体ＴＣを介して相互接続されている。
絶縁基板６ｂの両面側には、配線層Ｗｙの接続部上に開口部４８ａが設けられたソルダレジスト層４８がそれぞれ形成されている。さらに、絶縁基板６ｂの上面側の配線層Ｗｙの接続部に第４電子部品９４がバンプ電極９４ａを介してフリップチップ接続されている。第４電子部品９４は、例えばセンサである。
そして、中間配線基板２の上に上側配線基板３が配置され、中間配線基板２の上面側の第１配線層Ｗｘと上側配線基板３の下面側の配線層Ｗｙとがはんだボール８０によって接続される。
また、上側配線基板３の上面には、所定形状の配線パターンＷｚが露出している。この配線パターンＷｚは、例えば無線通信のためのアンテナである。
以上により、図１０の電池内蔵基板１を使用する電子部品装置４が構築される。
実施形態の電子部品装置４の第２〜第３電子部品９２，９３，９４は、電池内蔵基板１に内蔵された二次電池部品５から供給される電力により動作する。
そして、二次電池部品５は、電池内蔵基板１に実装された第１電子部品９１（発電装置）により生成される電力により充電される。このようにして、電子部品装置４の動作によって二次電池部品５が充放電される。
図１３において、電池内蔵基板１と中間配線基板２との間、中間配線基板２と上側配線基板３との間及び第１〜第４電子部品９１，９２，９３，９４の下側に封止樹脂を充填してもよい。
１，１ａ…電池内蔵基板、２…中間配線基板、３…上側配線基板、４…電子部品装置、５…二次電池部品、５ａ…二次電池、６，６ａ，６ｂ…絶縁基板、７…コア基板、１０…基板、１０ａ…シリコンウェハ、１２…絶縁層、１４…めっきレジスト層、１４ａ，４２ａ，４４ａ，４６ａ，４８ａ…開口部、１６…フォトレジスト層、２０…電池本体、２２ａ…（＋）電極、２２ｂ…（−）電極、２４…正極、２５…電解質層、２６…負極、２８…保護層、３０，３１…接続電極、３０ａ…金バンプ、３１ａ…金属バンプ、３２，７２…シード層、３４，７４…金属めっき層、４０…被覆絶縁部、４２，４４，４６，４８…ソルダレジスト層、５０，６０…積層基材、５２…第１絶縁層、６２…第２絶縁層、６２ａ…樹脂フィルム、５４，６４…金属箔、６８…第３絶縁層、６９…絶縁層、８０…はんだボール、８２…銅ボール，８４，８６…はんだ層、９１…第１電子部品、９１ａ…端子、９２…第２電子部品、９３…第３電子部品、９４…第４電子部品、９２ａ，９３ａ，９４ａ…バンプ電極、ＴＣ…貫通導体、ＴＨ…貫通孔、ＶＣ…ビア導体、ＶＨ，ＶＨｘ…ビアホール、Ｗ１…第１配線層、Ｗ２…第２配線層，Ｗ３…第３配線層、Ｗ４…第４配線層、Wｘ，Ｗｙ…配線層、Ｗｚ…配線パターン。

Claims (8)

  1. 二次電池と、
    前記二次電池を被覆する被覆絶縁部と、
    前記被覆絶縁部に埋設され、前記被覆絶縁部から露出する接続電極とを備えた二次電池部品と、
    前記二次電池部品が載置された第１絶縁層と、
    前記第１絶縁層の上に形成され、前記二次電池部品を覆う第２絶縁層と、
    前記二次電池部品の接続電極の上の前記第２絶縁層に形成されたビアホールと、
    前記第２絶縁層の上に形成され、前記ビアホール内のビア導体を介して前記接続電極に接続される第１配線層と
    を有し、
    前記被覆絶縁部の剛性は、前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層の剛性よりも低いことを特徴とする電池内蔵基板。
  2. 前記被覆絶縁部の上面と前記接続電極の上面とは同一面となっていることを特徴とする請求項１に記載の電池内蔵基板。
  3. 前記第１絶縁層の下面に形成された第２配線層と、
    前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層を貫通して形成された貫通孔とを有し、
    前記第１配線層と前記第２配線層とが前記貫通孔に形成された貫通導体を介して接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電池内蔵基板。
  4. 前記第１配線層及び前記第２配線層の少なくとも一方に接続された電子部品を有することを特徴とする請求項３に記載の電池内蔵基板。
  5. 二次電池と、
    前記二次電池を被覆する被覆絶縁部と、
    前記被覆絶縁部に埋設され、前記被覆絶縁部から露出する接続電極とを備えた二次電池部品を用意する工程と、
    第１絶縁層の上に、前記被覆絶縁部を上側にして二次電池部品を載置する工程と、
    前記第１絶縁層の上に、前記二次電池部品を覆う第２絶縁層を形成する工程と、
    前記二次電池部品の接続電極の上の前記第２絶縁層にビアホールを形成する工程と、
    前記第２絶縁層の上に、前記ビアホール内のビア導体を介して前記二次電池部品の接続電極に接続される第１配線層を形成する工程と
    を有し、
    前記被覆絶縁部の剛性は、前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層の剛性よりも低いことを特徴とする電池内蔵基板の製造方法。
  6. 前記ビアホールを形成する工程において、前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層を貫通する貫通孔を同時に形成し、
    前記第１配線層を形成する工程は、前記貫通孔に形成される貫通導体を介して前記第１配線層に接続される第２配線層を前記第１絶縁層の下面に形成することを含むこと特徴とする請求項５に記載の電池内蔵基板の製造方法。
  7. 前記二次電池部品を用意する工程は、
    前記二次電池の接続部に金属バンプを形成する工程と、
    前記金属バンプの先端側が前記被覆絶縁部から突出するように、前記二次電池の上に前記被覆絶縁部を形成する工程と、
    前記金属バンプの先端側を平坦化して前記接続電極を得る工程とを含むことを特徴とする請求項５又は６に記載の電池内蔵基板の製造方法。
  8. 前記第１配線層及び前記第２配線層を形成する工程の後に、
    前記第１配線層及び前記第２配線層の少なくともいずれかに電子部品を接続する工程を有することを特徴とする請求項６に記載の電池内蔵基板の製造方法。
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