JP6627674B2 - 部品内蔵型多層基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、部品内蔵型多層基板の製造方法に関するものである。

特許文献１に開示の回路基板の製造方法においては、金属板から平面状に巻数が１の第１コイルを形成し、金属板から平面状であってコイルの両端部が隣接する他の部位に連結部を介して連結される巻数が４の第２コイルを形成し、一対の第１コイルおよび第２コイルを、複数のプリプレグが積層された樹脂板を介在させて対向するように重ね合わせた後、連結部による連結の解除を実施している。

再公表ＷＯ２０１１／０２７７９２号公報

ところで、コイルを所望の位置に配置することが望まれている。
本発明の目的は、コイルを所望の位置に配置することができる部品内蔵型多層基板の製造方法を提供することにある。

請求項１に記載の発明では、内部に複数ターン数のコイルと電子部品を内蔵した絶縁層を有する部品内蔵型基板を少なくとも一つ含み、前記部品内蔵型基板を積層させた部品内蔵型多層基板の製造方法であって、印刷により基材上における前記電子部品の配置領域および前記コイルの配置領域の外形に接着剤を塗布する第１工程と、前記第１工程後に、前記基材における前記電子部品の配置領域に電子部品を配置し前記接着剤を硬化させて前記電子部品を接着するとともに前記コイルの配置領域の外形の接着剤を硬化させる第２工程と、前記第２工程後に、内側の巻線パターンと外側の巻線パターンとを繋ぎ部で繋いだコイルを、前記コイルの配置領域の外形の接着剤で位置決めした状態で配置する第３工程と、前記第３工程後に、前記基材にプリプレグを積層する第４工程と、を有することを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、第１工程において、印刷により基材上における電子部品の配置領域およびコイルの配置領域の外形に接着剤が塗布され、第２工程において、第１工程後に、基材における電子部品の配置領域に電子部品が配置され接着剤が硬化されて電子部品が接着されるとともにコイルの配置領域の外形の接着剤が硬化される。第３工程において、第２工程後に、内側の巻線パターンと外側の巻線パターンとを繋ぎ部で繋いだコイルが、コイルの配置領域の外形の接着剤で位置決めされた状態で配置され、第４工程において、第３工程後に、基材にプリプレグが積層される。よって、コイルを所望の位置に配置することができる。

請求項２に記載のように、請求項１に記載の部品内蔵型多層基板の製造方法において、前記第４工程後、前記プリプレグを硬化した後に、前記コイルの前記繋ぎ部を削除する第５工程を有するとよい。

本発明によれば、コイルを所望の位置に配置することができる。

（ａ）は実施形態における部品内蔵型多層基板の概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での概略断面図。 （ａ）は部品内蔵型多層基板の製造方法を説明するための平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図。 （ａ）は部品内蔵型多層基板の製造方法を説明するための平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に対応する部位での断面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線での分解断面図。 （ａ）は部品内蔵型多層基板の製造方法を説明するための平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図。 （ａ）は部品内蔵型多層基板の製造方法を説明するための平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図。 （ａ）は部品内蔵型多層基板の製造方法を説明するための平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図。 （ａ）は部品内蔵型多層基板の製造方法を説明するための平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図。 （ａ）は比較例における部品内蔵型多層基板の製造方法を説明するための平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１（ａ），（ｂ）に示すように、部品内蔵型多層基板９は、複数の部品内蔵型基板１０，１１を、絶縁層３１を介して積層して形成される。部品内蔵型基板１０は、導電層２０と、絶縁層（樹脂層）３０と、配線パターン２１を有する。絶縁層３０には平面タイプのコイル４０が埋め込まれている。絶縁層３０には電子部品５０，５１，５２が埋め込まれている。導電層（銅板等の金属板）２０の上に絶縁層３０が形成されている。コイル４０は、金属板、具体的には例えば銅板を所望の形状に打ち抜き形成したものである。コイル４０は、巻線パターンとして渦巻き状をなし、ターン数が「２」の平面コイルである。絶縁層３０の上に配線パターン２１が形成されている。

なお、複数の部品内蔵型基板（１０，１１）は、全てがコイル４０と電子部品５０〜５２を有する必要は無く、少なくとも一つの部品内蔵型基板１０についてコイル４０と電子部品５０〜５２を有していれば良い。

このように、部品内蔵型多層基板９は、内部に複数ターン数のコイル４０と電子部品５０〜５２を内蔵した絶縁層３０を有する部品内蔵型基板１０を少なくとも一つ含み、部品内蔵型基板１０を積層させている。電子部品５０〜５２の種類は問わない。例えば、抵抗、コンデンサ、スイッチング素子等を挙げることができる。

コイル４０は、コイル４０の配置領域の外形に硬化後の接着剤６２，６３が配置されている。詳しくは、硬化後の接着剤６２，６３は所定の高さを有し、コイル４０の配置時にコイル４０を位置決めすることができる。硬化後の接着剤６２，６３について、コイル４０の中心側（巻線パターンの中心）に円形の接着剤６３が配置されている。また、コイル４０の外径側（巻線パターンの外周端）に円形の接着剤６２が配置されている。つまり、接着剤６３によりコイル４０の中心側（巻線パターンの内径部）に壁面が作られ、接着剤６２によりコイル４０の外径側（巻線パターンの外径側）に壁面が作られており、この硬化後の接着剤６２，６３による壁面で位置決めされた状態でコイル４０が、内径側の巻線パターン４０ａと外径側の巻線パターン４０ｂの間隔を一定に保ちつつ所望の位置に配置されている。

部品内蔵型基板１０におけるコイル４０の中心部（巻線の中心）には円形の貫通孔７５が形成されている。部品内蔵型基板１０におけるコイル４０の外径側（巻線パターンの外周端）には切欠き７６及び貫通孔７７が形成されている。貫通孔７５、切欠き７６及び貫通孔７７は部品内蔵型多層基板９を貫通している。

部品内蔵型多層基板９における一方の面からＥ型コア８０が貫通孔７５に中央脚部８０ａが通るとともに切欠き７６及び貫通孔７７に両側脚部８０ｂ，８０ｃが通るように配置される。部品内蔵型多層基板９における他方の面にＩ型コア８１がＥ型コア８０の中央脚部８０ａの先端面および両側脚部８０ｂ，８０ｃの先端面が突き当たるように配置される。

次に、部品内蔵型多層基板９の製造方法について説明する。
図２（ａ），（ｂ）に示すように、基材６０を用意する。基材６０は、金属の平板、例えば銅の平板である。

そして、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、スクリーン印刷により基材６０上における電子部品の配置領域およびコイル４０の配置領域の外形に接着剤６１，６２，６３を塗布する。詳しくは、図３（ｂ）に示すように、基材６０の上面に、パターニングしたメタルマスク６５を配置して、メタルマスク６５を用いて、硬化前の液状の接着剤を印刷して所定の位置に硬化前の接着剤を配置する。

メタルマスク６５を用いて接着剤を塗布した後、図３（ｃ）に示すように、基材６０の上面からメタルマスク６５を外す。よって、接着剤６１は、四角形の電子部品の配置領域に配置される。また、接着剤６３は、円形をなし、コイル４０の配置領域の中心側に壁面を作るべく配置される。接着剤６２は、円形をなし、コイル４０の配置領域の外径側に壁面を作るべく配置される。接着剤（６１，６２，６３）は熱硬化型接着剤である。

次に、図４（ａ），（ｂ）に示すように、基材６０における電子部品の配置領域に電子部品５０，５１，５２を配置し接着剤６１を硬化させて電子部品５０，５１，５２を接着するとともにコイル４０の配置領域の外形の接着剤６２，６３を硬化させる。つまり、加熱して接着剤（６１，６２，６３）を硬化させる。

その後に、図５（ａ），（ｂ）に示すように、コイル４０を、コイル４０の配置領域の外形の接着剤６２，６３で位置決めした状態で配置する。コイル４０は、内側の巻線パターン４０ａと外側の巻線パターン４０ｂとを繋ぎ部４１，４２，４３で繋いでいる。つまり、コイル４０は、渦巻き状をなし、ターン数が「２」の平面コイルであるとともに、３つの繋ぎ部４１，４２，４３を有する。繋ぎ部４１は渦巻き状のコイルの内方端側において内外のパターンを繋いでいる。繋ぎ部４３は渦巻き状のコイルの外方端側において内外のパターンを繋いでいる。繋ぎ部４２は渦巻き状のコイルの内方端と外方端との中間位置において内外のパターンを繋いでいる。この繋ぎ部４１，４２，４３により内側の巻線パターン４０ａと外側の巻線パターン４０ｂとが繋がれている。

このようにコイル４０は繋ぎ部４１，４２，４３を有するので、銅板から打ち抜き後のスプリングバック等による応力が加わってもコイル４０は変形しない。また、コイル４０は繋ぎ部４１，４２，４３を有するので、コイル４０を手で触っても変形しない。このようにしてコイル４０における各部位の位置関係は変わらない状態にすることが可能となっている。

その後に、図６（ａ），（ｂ）に示すように、基材６０にプリプレグ７０、導電層２０を順に積層する。
その後に、積層プレスにより加熱加圧してプリプレグ７０を硬化させて絶縁層３０とする。その後、基材６０をエッチングによりパターニングして配線パターン２１とする。そして、コイル４０の繋ぎ部４１，４２，４３を、図７（ａ），（ｂ）に示すように、削除する。具体的には、ドリルで繋ぎ部４１を通る貫通孔４５を形成して繋ぎ部４１を切断する。ドリルで繋ぎ部４２を通る貫通孔４６を形成して繋ぎ部４２を切断する。ドリルで繋ぎ部４３を通る貫通孔４７を形成して繋ぎ部４３を切断する。こうして部品内蔵型基板１０が作成される。

なお、基材６０、プリプレグ７０、導電層２０は、あらかじめ貫通孔７５，７７や切欠き７６を設けておいても、後から機械加工で形成してもよい。
複数（本実施形態では２つ）の部品内蔵型基板１０，１１を用意し、プリプレグ（３１）を介して積層させて部品内蔵型多層基板９が作成される。部品内蔵型基板１０，１１間のプリプレグが硬化したものが絶縁層３１である。

さらに、図１（ａ），（ｂ）に示すように、編成したブロック（積層体）の上下を逆にした状態でＥ型コア８０およびＩ型コア８１よりなるＥＩ型コアを組み付ける。詳しくは、部品内蔵型多層基板９における一方の面から、貫通孔７５にＥ型コア８０の中央脚部８０ａを通すとともに切欠き７６及び貫通孔７７にＥ型コア８０の両側脚部８０ｂ，８０ｃを通し、部品内蔵型多層基板９における他方の面にＩ型コア８１を配置してＥ型コア８０の中央脚部８０ａの先端面および両側脚部８０ｂ，８０ｃの先端面をＩ型コア８１に突き当てる。

図８（ａ），（ｂ）は比較例である。
図８（ａ），（ｂ）の比較例においては、コイル１２０のガイドとなる治具（ガイド軸）１１０を、基板１００へ予め接着剤で固定する。そして、積層時にコイル１２０をガイド治具１１０内へ入れて積層し、積層後にガイド治具１１０を基板１００に穴を空けて取出す。

このようにして、比較例においてはコイルにおける巻線パターンを形成した後、スプリングバックによる応力により内径側の巻線パターンと外径側の巻線パターンとの間の隙間が小さくなったり、基板へ埋め込む際に巻線パターンの位置がずれるのを抑えるためにガイド治具を複数配置する必要があったり、コイルを埋め込んで後にガイド治具を、穴を空け取出す手間が掛かるといった問題があった。つまり、内径側の巻線パターンと外径側の巻線パターンとの間の隙間がスプリングバックによる応力により小さくなったり、コイルの巻線パターンの位置ズレを防止するガイドが必要である。

本実施形態では、電子部品５０，５１，５２を固定するための接着剤を塗布する時に、コイル４０の周りに接着剤６２，６３を塗布して位置決め用壁面（土手）を形成する。そして、位置決め用壁面（土手）の中へコイル４０を入れてプリプレグ７０と導電層２０を積層して、プリプレグ７０を硬化後、繋ぎ部４１，４２，４３をドリルで切断する。

よって、スプリングバックによる応力が加わるコイルにおいて、内径側の巻線パターンと外径側の巻線パターンとの間隔について、図８（ａ），（ｂ）の比較例の場合、ガイド治具１１０による位置決めでは設計値を維持できずに内径側の巻線パターンと外径側の巻線パターンの隙間が狙い通りの間隔に収め難い。

これに対し本実施形態では、コイル４０を固定するまで巻線パターンの繋ぎ部４１，４２，４３で内径側の巻線パターン４０ａと外径側の巻線パターン４０ｂとの隙間を確保でき、設計値を維持できる。

また、ガイド治具１１０について、図８（ａ），（ｂ）の場合においては、位置固定のために数が必要であり、ガイド治具１１０自体の公差や製造公差を含むため位置決め精度が低下するとともにガイド治具１１０をセットする作業が発生する。

これに対し本実施形態では、内蔵する電子部品５０，５１，５２を接着固定する接着剤６２，６３で位置決め用壁面（土手）を形成でき、余分な工程の発生は無い。また、位置決め用壁面（土手）の形成のみの製造公差のため位置決め精度を上げられる。

さらに、ガイド治具１１０の除去について、図８（ａ），（ｂ）の場合においては、治具（ガイド軸）１１０の数だけ、即ち、図８（ａ），（ｂ）では１４箇所にわたる穴あけが必要であり、多数の穴あけが必要となる。これに対し本実施形態では、繋ぎ部（４１，４２，４３）の数だけ、即ち、３箇所だけの穴あけでよく、比較例に比べ少数の穴あけでよい。

このように、コイル４０での内径側の巻線パターン４０ａと外径側の巻線パターン４０ｂとの隙間の一部を繋いだ形状にし、形成後のスプリングバックによる応力による寸法が変化するのを防止できる。また、内蔵部品の実装時の接着剤６２，６３を用いて、壁面を作り位置決めさせ、ガイド治具を不要することができ、部品点数削減及び作業改善が図られる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）図１（ａ），（ｂ）に示すごとく部品内蔵型多層基板９は、内部に複数ターン数のコイル４０と電子部品５０〜５２を内蔵した絶縁層３０を有する部品内蔵型基板１０を少なくとも一つ含み、部品内蔵型基板１０を積層させている。この部品内蔵型多層基板９の製造方法として、第１工程と第２工程と第３工程と第４工程とを有する。

第１工程においては、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、印刷により基材６０上における電子部品の配置領域およびコイルの配置領域の外形に接着剤６１，６２，６３を塗布する。第２工程においては、第１工程後に、図４（ａ），（ｂ）に示すように、基材６０における電子部品の配置領域に電子部品５０，５１，５２を配置し接着剤６１を硬化させて電子部品５０，５１，５２を接着するとともにコイル４０の配置領域の外形の接着剤６２，６３を硬化させる。第３工程においては、第２工程後に、図５（ａ），（ｂ）に示すように、内側の巻線パターン４０ａと外側の巻線パターン４０ｂとを繋ぎ部４１，４２，４３で繋いだコイル４０を、コイル４０の配置領域の外形の接着剤６２，６３で位置決めした状態で配置する。第４工程においては、第３工程後に、図６（ａ），（ｂ）に示すように、基材６０にプリプレグ７０を積層する。

よって、コイル４０を所望の位置に配置することができる。詳しくは、コイル４０と電子部品５０，５１，５２とを所望の位置に配置することができる。
（２）部品内蔵型多層基板９の製造方法において、第５工程を有する。第５工程においては、第４工程後、プリプレグ７０を硬化した後に、図７（ａ），（ｂ）に示すように、コイル４０の繋ぎ部４１，４２，４３を削除する。よって、コイル４０の繋ぎ部４１，４２，４３を削除することができる。

（３）部品内蔵型多層基板９の構成として、図１（ａ），（ｂ）に示すようにコイル４０は、コイル４０の配置領域の外形に硬化後の接着剤６２，６３が配置されている。よって、部品内蔵型基板１０において埋め込みコイルの組立性が向上する。つまり、コイル４０はコイル４０の配置領域の外形に配置した硬化後の接着剤６２，６３で位置決めされる。その結果、コイル４０を所望の位置に配置することができる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・接着剤を硬化させる方法は接着剤の種類によって適宜選択すればよい。例えば常温硬化型接着剤を用いる場合には例えば接着剤の主剤を塗布しておき硬化剤を混合させることにより硬化させてもよい。つまり、上記実施形態では熱硬化型接着剤を用いたがこれに限ることはない。例えば常温硬化型接着剤を用いてもよく、この場合には例えば接着剤の主剤を塗布しておき硬化剤を混合させればよい。

・コイルの配置領域の外形に配した硬化後の接着剤で位置決めする際に、コイルの中心側に円形の接着剤６２を配するとともにコイルの外径側に円形の接着剤６３を配したが、これに限るものではない。例えば、連続した線状に接着剤を配するのではなく、非連続な線状に接着剤を配する等でもよい。

・コイルのターン数は「２」以外でもよく、ターン数は「３」以上でもよい。

９…部品内蔵型多層基板、１０…部品内蔵型基板、２０…導電層、２１…配線パターン、３０…絶縁層、３１…絶縁層、４０…コイル、４１…繋ぎ部、４２…繋ぎ部、４３…繋ぎ部、５０，５１，５２…電子部品、６０…基材、６１…接着剤、６２…接着剤、６３…接着剤、７０…プリプレグ。

Claims (2)

1. 内部に複数ターン数のコイルと電子部品を内蔵した絶縁層を有する部品内蔵型基板を少なくとも一つ含み、前記部品内蔵型基板を積層させた部品内蔵型多層基板の製造方法であって、
   印刷により基材上における前記電子部品の配置領域および前記コイルの配置領域の外形に接着剤を塗布する第１工程と、
   前記第１工程後に、前記基材における前記電子部品の配置領域に電子部品を配置し前記接着剤を硬化させて前記電子部品を接着するとともに前記コイルの配置領域の外形の接着剤を硬化させる第２工程と、
   前記第２工程後に、内側の巻線パターンと外側の巻線パターンとを繋ぎ部で繋いだコイルを、前記コイルの配置領域の外形の接着剤で位置決めした状態で配置する第３工程と、
   前記第３工程後に、前記基材にプリプレグを積層する第４工程と、
   を有することを特徴とする部品内蔵型多層基板の製造方法。
2. 前記第４工程後、前記プリプレグを硬化した後に、前記コイルの前記繋ぎ部を削除する第５工程を有することを特徴とする請求項１に記載の部品内蔵型多層基板の製造方法。

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