JPH1174648A - 配線基板 - Google Patents
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- JPH1174648A JPH1174648A JP9231217A JP23121797A JPH1174648A JP H1174648 A JPH1174648 A JP H1174648A JP 9231217 A JP9231217 A JP 9231217A JP 23121797 A JP23121797 A JP 23121797A JP H1174648 A JPH1174648 A JP H1174648A
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- H05K3/4611—Manufacturing multilayer circuits by laminating two or more circuit boards
- H05K3/4614—Manufacturing multilayer circuits by laminating two or more circuit boards the electrical connections between the circuit boards being made during lamination
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- Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)
- Structures For Mounting Electric Components On Printed Circuit Boards (AREA)
Abstract
つつも、小型、軽量化ならびに薄型化が可能な配線基板
を提供する。 【解決手段】少なくとも有機樹脂を含む絶縁基板2と、
絶縁基板2の表面および内部に配設された配線回路層3
とを具備する配線基板1において、絶縁基板2に貫通孔
5および/または非貫通孔6を形成して孔内にコンデン
サ7や抵抗素子8などを収納支持するとともに、これら
電子部品を孔5、6の内壁を通じて内部配線回路層3b
と電気的に接続し、さらには、孔5,6形成部を含む配
線基板表面に半導体装置10を実装する。
Description
端末やノートパソコン、携帯電話などの小型軽量の電気
機器に搭載される配線基板に関するものである。
の電子機器は、ますます高機能課し、しかも小型軽量化
が求められている。また、マルチメディアの普及に伴
い、取り扱う情報量が飛躍的に拡大し、このため信号周
波数が高周波化する傾向にある。このような小型軽量
化、高周波での信号処理が必要が基板として現在最も注
目されているのは、ビルドアップ法と呼ばれる逐次積層
技術である。
に、感光性樹脂の塗布、露光、現像処理による絶縁層の
形成と、めっきなどの金属薄膜による配線回路層やビア
導体の形成を交互に行って多層化する方法であり、最近
では、この方法によって作製した基板を用いて絶縁基板
表面に多数の半導体素子を搭載したマルチチップモジュ
ール(MCM)等への適用も検討されている。
どの電子部品を配線基板に実装する場合には、図3に示
すように、上記のビルドアップ法などにより形成された
配線基板31の表面の配線回路層32に、コンデンサ3
3や抵抗素子34、あるいは半導体素子を収納したパッ
ケージ35などを半田などにより実装することが行われ
ている。
のために、コンデンサや抵抗素子などを配線基板表面や
内部にて厚膜(印刷)法やスパッタリングなどの薄膜法
などによって抵抗体や誘電体を形成する方法が内蔵化す
ることも提案されている。
アップ法によって作製される基板は厚く、さらには、コ
ンデンサや抵抗素子などの電子部品を表面に搭載する
と、ビルドアップ法による微細配線の効果が薄れてしま
うという問題があった。
の表面に絶縁層と配線層とを順次積層していく技術であ
って、中心となるコア基板は、ビルドアップ時のコア基
板の安定性や、配線基板全体のそりや変形を防止するた
めに、ある程度の厚みが要求される結果、通常約1mm
以上の厚さのコア基板を必要とするために、ビルドアッ
プ法により作製される基板の厚みは1mmよりも薄くな
ることはなかった。
品を配線基板に搭載する場合において、配線基板の表面
にて半田により表面実装した構造では、配線基板に対し
て個々の電子部品やパッケージを表面実装するための所
定の面積を確保する必要があり、配線基板の小型化には
おのずと限界があった。
刷)法やスパッタリングなどの薄膜法などによって抵抗
体や誘電体を形成する方法は、電子機器の小型化、軽量
化には有利であるが、情報量の飛躍的増大と、信号の高
周波化に伴い、抵抗素子やコンデンサに対しても種々の
特性が要求されており、これらの特性に対しては厚膜法
や薄膜法によっては、それら要求される特性を満足し得
る素子を安定に歩留りよく形成することが非常に困難で
あり、しかも製造工程が煩雑となったり、コスト高とな
るなどの問題があった。
子などの電子部品を搭載しつつも、小型、軽量化ならび
に薄型化が可能な配線基板を提供することを目的とする
ものである。
題に対して検討を重ねた結果、配線基板の所定箇所に電
子部品を収納するための貫通孔および/または非貫通孔
を形成して、その孔内に電子部品を収納して、配線基板
に設けられた配線回路層と接続することにより、要求特
性を満足する電子部品を配線基板に対して小型、軽量か
つ薄型化した状態で搭載できることを見いだした。
機樹脂を含む絶縁基板と、該絶縁基板の表面および内部
に配設された配線回路層とを具備するものであって、前
記絶縁基板に貫通孔および/または非貫通孔を形成して
該孔内に電子部品を収納支持するとともに、前記電子部
品を前記孔の内壁を通じて前記内部配線回路層と電気的
に接続したことを特徴とするものである。
を、前記電子部品と前記内部配線回路層との接続部を境
界として、第1の配線層と第2の配線層との積層体によ
って構成し、該第1の配線層と第2の配線層とを前記境
界部において相互に接続してなること、前記貫通孔形成
部および/または非貫通孔形成部を含む配線基板表面に
半導体装置を実装してなることを特徴とするものであ
る。
機樹脂を含む絶縁基板と、該絶縁基板の表面および内部
に配設された配線回路層とを具備するものであって、前
記絶縁基板に貫通孔および/または非貫通孔を形成し
て、該孔内に該孔径と実質的に同じ径を有する電子部品
を収納支持するとともに、前記電子部品を前記配線回路
層と電気的に接続してなることを特徴とするものであ
り、また、前記貫通孔形成部および/または非貫通孔形
成部を含む配線基板表面に半導体装置を実装してなるこ
とを特徴とする。
する。図1は、本発明の一実施例を示す配線基板の概略
断面図である。
表面や内部には、表面配線回路層3a,内部配線回路層
3bが配設され、場合によって、異なる層間の配線回路
層を接続するためのビアホール導体4を具備するもので
ある。本発明によれば、この絶縁基板2の所定箇所に表
面から裏面まで貫通するように形成された貫通孔5、ま
たは絶縁基板の一方の表面に形成され、裏面まで貫通し
ない非貫通孔6が形成され、それらの孔5、6内にチッ
プコンデンサ7やチップ抵抗素子8が収納されている。
素子8等の電子部品は、孔5,6の内壁を通じて絶縁基
板2の内部に形成された内部配線回路層3bと電気的に
接続されている。具体的には、この配線基板1は、第1
の配線層1aと第2の配線層1bの積層体によって構成
されており、その積層境界部に位置する内部配線回路層
3bと半田などの導電性接着材9により電気的に接続さ
れている。即ち、厚みが最も大きいチップコンデンサ7
は、貫通孔5の内壁のうち、特に側壁を通じて内部配線
回路層3bと接続され、厚みが薄いチップ抵抗素子8
は、非貫通孔6を内壁のうち、底壁を通じて内部配線回
路層3bと接続されている。
変形が大きくなり、これにより電子部品と基板との接続
部の断線が生じやすくなる傾向にある。特に、配線基板
の表面においては変形による歪みが最も大きくなるため
に、配線基板表面にて配線回路層と接続されると、断線
が生じやすい。そこで、本発明によれば、変形による歪
みの発生の最も小さい配線基板内部にて、電子部品を孔
の内壁を通じて内部配線回路層3bと接続することによ
り、電子部品を配線基板1に対して強固に接続すること
ができる。
内径が、孔内に収納されるチップコンデンサ7や抵抗素
子8などの電子部品の大きさとほぼ同じとなるように形
成されている。この場合、孔5、6の内径は、電子部品
が直方体の場合には、長さ、幅のうちの少なくとも一
方、電子部品が円柱体の場合には、その外径と実質的に
同一であるのがよい。「実質的に同一」とは、具体的に
は、電子部品の上記サイズが対向する孔の内径に対して
0.9〜1.1倍であることを意味する。特に、孔の内
径に対して、1.0倍よりも大きい場合には、絶縁基板
2から電子部品に対して圧縮応力が加わり、電子部品を
強固に収納支持することができる。但し、1.1倍を越
えると、応力が大きくなり、絶縁基板2や電子部品が破
損するなどの問題が起きやすくなる。また、電子部品の
サイズが0.9倍よりも小さいと、配線回路層3との接
続が制限されたり、難しくなり、さらには、配線基板の
小型化を阻害する。
の厚さTは、孔内に収納されたチップコンデンサ7やチ
ップ抵抗素子8などの電子部品のうち最も厚い電子部品
の厚さtに対して、t=T、またはT>tとし、配線基
板の薄型化を考慮する場合には、t≦T≦1.3tであ
ることが望ましい。T<tでは、収納した電子部品が配
線基板の表面から突出した状態となり、配線基板表面に
さらに他の電子部品や半導体装置を搭載することが難し
くなったり、突出した電子部品に外的衝撃が加わりやす
くなり、それにより電子部品が損傷するなどの問題が生
じやすくなる。
最も厚い電子部品を収納する孔を貫通孔によって形成
し、それよりも厚さが非常に薄い他の電子部品を収納す
る孔を非貫通孔として形成することが望ましい。また、
搭載する電子部品の厚さが同じ場合には、すべて貫通孔
を形成して収納すればよい。
と、収納する孔のサイズとの関係を上記のように設定す
ることにより、孔内に収納される電子部品自体が、配線
基板を形づくる基板の一部を形成するとともに、チップ
コンデンサ7やチップ抵抗素子8が配線基板1の表面か
ら突出しない、薄型の配線基板を作製することができ、
その結果、電子部品を搭載した厚さが1mm以下のカー
ド状の配線基板をも容易に形成することも可能となる。
7やチップ抵抗素子8が収納された貫通孔5や非貫通孔
6形成部の表面にて、図1の破線にて示すように、該形
成部を跨ぐようにして半導体装置10を配線基板1の表
面配線回路層3aに実装することもでき、これにより省
スペース化による配線基板の小型化および薄型化が可能
となる。
子部品としては、上記のチップコンデンサやチップ抵抗
素子に限定されることなく、フィルター素子や、VC
O、TCXOなどの水晶振動子、圧電振動子、メモリ
ー、MPUなどの半導体素子を収納することも可能であ
る。
1つの具体的な方法について図2の工程図をもとに説明
する。まず、図2(a)に示すように、熱硬化性樹脂を
含む複数の絶縁層11を積層し、その表面および/また
は内部に表面配線回路層12a,内部配線回路層12b
とビアホール導体13を形成した第1の配線層14を作
製する。この時、第1の配線層14の表面配線回路層1
2aの一部として、後述する第2の配線層との電気的な
接続を担うための、例えばバンプ15を形成する。
(Bステージ状態)の絶縁シートにスルーホールを形成
し、そのスルーホール内に金属粉末を含む導体ペースト
をスクリーン印刷や吸引処理しながら充填して、ビアホ
ール導体13を形成した後、その表面に配線回路層12
を形成したものを位置合わせして多層に積層することに
より形成される。配線回路層12の形成方法としては、
1)絶縁シートの表面に金属箔を貼り付けた後、エッチ
ング処理して回路パターンを形成する方法、2)絶縁シ
ート表面にレジストを形成して、メッキにより形成する
方法、3)転写フィルム表面に金属箔を貼り付け、金属
箔をエッチング処理して回路パターンを形成した後、こ
の金属箔からなる回路パターンを絶縁シート表面に転写
させる方法等が挙げられる。
12を形成した絶縁シートを積層後にホール形成後、ホ
ール内をメッキ処理することにより形成することも可能
である。
次工程に入ってもよく、また、ここで一度樹脂を硬化さ
せてもよい。樹脂を硬化させると基板の変形が少ないの
で大型基板の作製が容易となる。また、Bステージのま
ま後述する図2(c)の工程を行えば、コストダウンと
なる。
線層14に対して、前述したサイズの電子部品を収納す
るための貫通孔16をレーザービーム、パンチングなど
により形成する。
配線層14に形成した貫通孔16内に、チップコンデン
サ17を収納するとともに、そのチップコンデンサ17
の端子電極18と、第1の配線層14の表面配線回路層
12aとを半田や銀ペーストなどの導電性接着材19に
よって電気的に接続するとともに、第1の配線層14に
電子部品を固定する。また、同時に、第1の配線層14
の表面に、チップコンデンサ17よりも厚みの小さいチ
ップ抵抗素子20を、銀ペースト、半田などの導電性接
着材19によって表面配線回路層12aと電気的に接続
する。
線層14と同様な方法にして、ビアホール導体21、表
面配線回路層22a、内部配線回路層22bを形成した
第2の配線層23を作製し、この配線層23に対して、
チップコンデンサ17とチップ抵抗素子20を収納する
ための貫通孔24、25を形成する。
(c)にて、電子部品を収納または実装した第1の配線
層14に対して、配線回路層や貫通孔24、25内に電
子部品が収納されるように位置合わせしてして積層す
る。この時、第1の配線層14と第2の配線層23との
電気的な接続は、第1の配線層14の表面に形成した、
例えばバンプ15を経由して第2の配線層23との配線
回路層22と電気的に接続される。基板の接続は、第1
および第2の絶縁基板が完全硬化している場合には、積
層物を200〜250℃で処理してバンプ15を溶融さ
せて相互の配線回路層の接続を行う。また、各配線層が
Bステージ状態の場合には、銅ペースト等を接続部分に
塗布後、180〜250℃程度で加熱しながら、10〜
40kg/cm2 の圧力で加圧することにより電気的接
続を行うことができる。
は、第1の配線層14の貫通孔16と第2の配線層23
の貫通孔24内に収納されるとともに、第1の配線層1
4と第2の配線層23間の境界部にて、第1の配線層1
4に形成された表面配線回路層12aと電気的に接続さ
れ、一方、チップ抵抗素子20は、第2の配線層23の
貫通孔25と第1の配線層14によって底壁が形成され
た非貫通孔内に収納されるとともに、第1の配線層14
と第2の配線層23間の境界部にて、第1の配線層14
に形成された表面配線回路層12aと電気的に接続され
ることになり、図1の配線基板を作製することができ
る。
化性樹脂を含有する絶縁シートは、熱硬化性有機樹脂、
または熱硬化性有機樹脂とフィラーなどの組成物を混練
機や3本ロールなどの手段によって十分に混合し、これ
を圧延法、押し出し法、射出法、ドクターブレード法な
どによってシート状に成形する。そして、所望により熱
処理して熱硬化性樹脂を半硬化させる。半硬化には、樹
脂が完全硬化するに十分な温度よりもやや低い温度に加
熱する。
ホール(ビアホール)および空隙部の形成は、ドリル、
パンチング、サンドブラスト、あるいは炭酸ガスレー
ザ、YAGレーザ、及びエキシマレーザ等の照射による
加工など公知の方法が採用される。
としては、絶縁材料としての電気的特性、耐熱性、およ
び機械的強度を有する熱硬化性樹脂であれば特に限定さ
れるものでなく、例えば、アラミド樹脂、フェノール樹
脂、エポキシ樹脂、イミド樹脂、フッ素樹脂、フェニレ
ンエーテル樹脂、ビスマイレイドトリアジン樹脂、ユリ
ア樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹
脂、不飽和ポリエステル樹脂、アリル樹脂等が、単独ま
たは組み合わせて使用できる。
あるいは配線基板全体の強度を高めるために、有機樹脂
に対してフィラーを複合化させることもできる。有機樹
脂と複合化されるフィラーとしては、SiO2 、Al2
O3 、ZrO2 、TiO2 、AlN、SiC、BaTi
O3 、SrTiO3 、ゼオライト、CaTiO3 、ほう
酸アルミニウム等の無機質フィラーが好適に用いられ
る。また、ガラスやアラミド樹脂からなる不織布、織布
などに上記樹脂を含浸させて用いてもよい。なお、有機
樹脂とフィラーとは、体積比率で15:85〜70:3
0の比率で複合化されるのが適当である。
を形成する絶縁シートは、上記の種々の材質の中でも空
隙部をパンチング又はレーザーで容易に加工できる点か
ら、エポキシ樹脂、イミド樹脂、フェニレンエーテル樹
脂と、シリカまたはアラミド不織布との混合物であるこ
とが最も望ましい。
ペーストは、銅粉末、銀粉末、銀被覆銅粉末、銅銀合金
などの、平均粒径が0.5〜50μmの金属粉末を含
む。金属粉末の平均粒径が0.5μmよりも小さいと、
金属粉末同士の接触抵抗が増加してスルーホール導体の
抵抗が高くなる傾向にあり、50μmを越えるとスルー
ホール導体の低抵抗化が難しくなる傾向にある。
属粉末に対して、前述したような結合用有機樹脂や溶剤
を添加混合して調製される。ペースト中に添加される溶
剤としては、用いる結合用有機樹脂が溶解可能な溶剤で
あればよく、例えば、イソプロピルアルコール、テルピ
ネオール、2−オクタノール、ブチルカルビトールアセ
テート等が用いられる。
しては、前述した種々の絶縁シートを構成する有機樹脂
の他、セルロースなども使用される。この有機樹脂は、
前記金属粉末同士を互いに接触させた状態で結合すると
ともに、金属粉末を絶縁シートに接着させる作用をなし
ている。この有機樹脂は、金属ペースト中において、
0.1乃至40体積%、特に0.3乃至30体積%の割
合で含有されることが望ましい。これは、樹脂量が0.
1体積%よりも少ないと、金属粉末同士を強固に結合す
ることが難しく、低抵抗金属を絶縁層に強固に接着させ
ることが困難となり、逆に40体積%を越えると、金属
粉末間に樹脂が介在することになり粉末同士を十分に接
触させることが難しくなり、スルーホール導体の抵抗が
大きくなるためである。
金、銀の群から選ばれる少なくとも1種、または2種以
上の合金からなることが望ましく、特に、銅、または銅
を含む合金が最も望ましい。また、場合によっては、導
体組成物として回路の抵抗調整のためにNi−Cr合金
などの高抵抗の金属を混合、または合金化してもよい。
さらには、配線層の低抵抗化のために、前記低抵抗金属
よりも低融点の金属、例えば、半田、錫などの低融点金
属を導体組成物中の金属成分中に2〜20重量%の割合
で含んでもよい。また、ビアホール導体の両端を金属箔
からなる配線回路層によって封止する上では、配線回路
層12a,12bの厚みは5〜40μmが適当である。
の割合で含浸した厚さ200μmのプリプレグ(A)
に、炭酸ガスレーザーで直径0.1mmのビアホールを
形成し、そのホール内に銀をメッキした銅粉末を含む銅
ペーストを充填してビアホール導体を形成した。
50体積%の割合となるように、ワニス状態の樹脂と粉
末を混合しドクターブレード法により、厚さ75mmの
絶縁シート(B)を作製し、その絶縁シート(B)にパ
ンチングで直径0.1mmのビアホールを形成し、その
ホール内に銀をメッキした銅粉末を含む銅ペーストを充
填してビアホール導体を形成した。
T)樹脂からなる転写シートの表面に接着剤を塗布し、
厚さ9μm、表面粗さ0.8μmの銅箔を一面に接着し
た。
を行った後、これを塩化第二鉄溶液中に浸漬して非パタ
ーン部をエッチング除去して配線回路層を形成した。な
お、作製した配線回路層は、線幅が25μm、配線と配
線との間隔が25μmの微細なパターンである。
配線回路層を形成したPET樹脂を位置合わせして密着
させ、転写シートのみを剥離して配線回路層をプリプレ
グ(A)の表面に転写させた。また、同様にして、絶縁
シート(B)の表面にも、配線回路層を形成した。
(A)を中心に、表裏に配線回路層を形成した絶縁シー
ト(B)をそれぞれ1層積層して30kg/cm2 の圧
力で圧着し、200℃で1時間加熱して完全硬化させて
第1の配線層を形成した。そして、この第1の配線層に
炭酸ガスレーザーで1.1×0.6mmの貫通孔aを開
けた。なお、第2の配線層との接続のために、第1の配
線層の表面に、半田ペーストを所定箇所に印刷した。
線層を作製し、同様に、炭酸ガスレーザーで1.1×
0.6mmの貫通孔aと、1.1×0.3mmの貫通孔
bを開けた。
型(1.0×0.5×0.5mm)のセラミック製チッ
プコンデンサを収納して第1の配線層の表面の配線回路
層とコンデンサの端子電極とを半田付けした。また、第
1の配線層の表面に同様に0603型(0.6×0.3
×0.3mm)のチップ抵抗素子を半田実装した。その
後、この第1の配線層に対して、第2の配線層の貫通孔
aにチップコンデンサが収納されるように、また貫通孔
bにチップ抵抗素子が収納されるように位置合わせして
重ね合わせて、180℃で30秒加熱して半田付けし
た。そして、最後に、貫通孔を跨ぐようにクワッドフラ
ット型(QFP)の半導体素子を収納したパッケージ
(半導体装置)を配線基板表面の配線回路層に半田によ
って接続した。
配線回路層やビアホール導体の形成付近を観察した結
果、配線回路層、ビアホール導体およびコンデンサとは
良好な接続状態であり、各配線回路層間の導通テストを
行った結果、配線の断線も認められなかった。
さ100mmの大きさの多層配線基板の中央部に形成し
た貫通孔に1005型のチップコンデンサを内蔵し、そ
のコンデンサを実施例1と同様にして、配線基板の内部
の配線回路層と貫通孔の側壁を介して半田により接続し
た。
い以外は、実施例1と全く同様にして作製した多層配線
基板の表面中央の配線回路層に1005型のチップコン
デンサを半田実装した。
にして、多層配線基板の中央部に形成した貫通孔に10
05型チップコンデンサを内蔵するものの、このコンデ
ンサを配線基板の表面の配線回路層に半田付けした。
多層配線基板に対して、両端を2mm変位させる曲げ試
験を行った結果、比較例aの基板では、150サイクル
で比較例bでは、200サイクルでコンデンサの接続不
良が発生したが、本発明の配線基板は500サイクル終
了後においても内蔵するコンデンサとの接続不良も全く
認められず、優れた接続性を示した。
コンデンサや抵抗素子などの電子部品を絶縁基板に形成
した貫通孔または非貫通孔内に収納して配線回路層と電
気的に接続することにより、電子部品を搭載した配線基
板の小型、軽量および薄型化を達成することができるこ
とから、携帯情報端末やノートパソコン、携帯電話など
の小型軽量の電気機器に適した配線基板を提供できる。
概略断面図である。
の工程図である。
Claims (5)
- 【請求項1】少なくとも有機樹脂を含む絶縁基板と、該
絶縁基板の表面および内部に配設された配線回路層とを
具備する配線基板において、前記絶縁基板に貫通孔およ
び/または非貫通孔を形成して該孔内に電子部品を収納
支持するとともに、前記電子部品を前記孔の内壁を通じ
て前記内部配線回路層と電気的に接続したことを特徴と
する配線基板。 - 【請求項2】前記配線基板を、前記電子部品と前記内部
配線回路層との接続部を境界として、第1の配線層と第
2の配線層との積層体によって構成し、該第1の配線層
と第2の配線層とを前記境界部において相互に接続して
なることを特徴とする請求項1記載の配線基板。 - 【請求項3】前記貫通孔形成部および/または非貫通孔
形成部を含む配線基板表面に半導体装置を実装してなる
請求項1または請求項2記載の配線基板。 - 【請求項4】少なくとも有機樹脂を含む絶縁基板と、該
絶縁基板の表面および内部に配設された配線回路層とを
具備する配線基板において、前記絶縁基板に貫通孔およ
び/または非貫通孔を形成して、該孔内に該孔径と実質
的に同じ径を有する電子部品を収納支持するとともに、
前記電子部品を前記配線回路層と電気的に接続してなる
ことを特徴とする配線基板。 - 【請求項5】前記貫通孔形成部および/または非貫通孔
形成部を含む配線基板表面に半導体装置を実装してなる
請求項4記載の配線基板。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9231217A JPH1174648A (ja) | 1997-08-27 | 1997-08-27 | 配線基板 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9231217A JPH1174648A (ja) | 1997-08-27 | 1997-08-27 | 配線基板 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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