JPWO2011093068A1

JPWO2011093068A1 - 部品内蔵基板の製造方法および部品内蔵基板

Info

Publication number: JPWO2011093068A1
Application number: JP2011551761A
Authority: JP
Inventors: 悟志伊藤
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2010-01-26
Filing date: 2011-01-26
Publication date: 2013-05-30
Anticipated expiration: 2031-01-26
Also published as: WO2011093068A1; JP5573851B2

Abstract

部品を内蔵した樹脂層とコア基板の面内配線との密着性を高め、とくに溶融したはんだ等の接合材による樹脂層と面内配線の接触界面でのはんだフラッシュが起こりにくい構造の部品内蔵基板を製造し、提供する。すなわち、コア基板２ａの少なくとも一主面側に形成された面内配線（ランド電極３等）の表面を粗面化し、部品６を内蔵した硬化前の絶縁性の樹脂層５の部品６と接した接合材７が露出した面に、コア基板２ａの面内配線側を貼り付けて密着し、加熱により接合材７を溶融してコア基板２ａの面内配線側に部品６を接合し、前記粗面化によるアンカー効果により、樹脂層５と面内配線の接触界面でのはんだフラッシュが起こりにくい構造の部品内蔵基板１ａを製造し、提供する。

Description

本発明は、絶縁性の樹脂層に内蔵された部品を、前記樹脂層に貼り付けられたコア基板の面内配線に接合した構造の部品内蔵基板を製造する部品内蔵基板の製造方法および、その部品内蔵基板に関し、詳しくは、部品と面内配線との接合の改良に関する。

従来、この種の部品内蔵基板（部品内蔵モジュール）は、面内配線が形成されたコア基板を樹脂層に貼り付け、面内配線の表面側に部品をはんだ等の接合材を介して接合して形成される（例えば、特許文献１（段落［００２４］−［００４１］、図１−図４等）参照）。

図６は特許文献１に記載の部品内蔵基板の一例を示し、図７はその一部を拡大して示す。この例の部品内蔵基板１００は、熱硬化性樹脂よりなる電気絶縁性のモジュール基板構成であり、複数の部品１０１を内蔵した上側の樹脂層１０２ａと、コア基板として樹脂層１０２ａの下側に貼り付けられた下側の樹脂層１０２ｂとの２層構造となっている。上側の樹脂層１０２ａと下側の樹脂層１０２ｂとの境界面には、複数のランド１０３とそれらを接続する配線パターン１０４が設けられている。各ランド１０３は配線パターン１０４の上に重ねて形成され、配線パターン１０４とともに樹脂層１０２ｂの面内配線を形成する。

下側の樹脂層１０２ｂの下面には、端子電極１０５やグランド電極１０６が形成されている。

上側の樹脂層１０２ａの上面側の導体パターン１０７およびグランド電極１０６は、レジスト膜１０８、１０９に覆われている。

各ランド１０３には、図７に拡大して示したように部品１０１が接合材としてのはんだ１１０を介して実装（接続）されている。部品１０１は、チップコンデンサ、チップインダクタ、チップ抵抗などのチップ部品あるいは、パワーアンプ用トランジスタのような多端子を持つ半導体素子（ＩＣ）などからなる。

国際公開ＷＯ２００７／０３４６２９号

図６、図７の部品内蔵基板１００を製造する際、コア基板としての樹脂層１０２ｂの表面の各ランド１０３に、はんだ１１０を介して硬化前の上側の樹脂層１０２ａに内蔵した部品１０１ａや部品１０１ｂを取り付け、図７の状態で部品内蔵基板１００全体を加熱してはんだ１１０のリフロー処理および樹脂層１０２ａの硬化を行なうと、ランド１０３の表面をはんだ１１０の接合面より多少広くしてあったとしても、溶融したはんだ１１０が樹脂層１０２ａと配線パターン１０４との界面（隙間）や、樹脂層１０２ａと樹脂層１０２ｂの界面に流れ込んではんだフラッシュが生じる可能性があり、その結果、部品１０１の短絡不良などが発生する可能性がある。

なお、前記特許文献１には、部品１０１を内蔵した樹脂層１０２ａを、転写板上に形成し、それにはんだ１１０のリフロー処理および樹脂層１０２ａの加熱硬化を施し、その後、硬化した樹脂層１０２ａから転写板を剥がし、硬化した樹脂層１０２ａに硬化前の樹脂層１０２ｂを貼り付け、部品内蔵基板１００を製造することが記載されているが、この場合も、前記リフローにより、溶融したはんだ１１０が樹脂層１０２ａと転写板に印刷等されている配線パターン１０４との界面に流れ込んではんだフラッシュが生じる可能性がある。また、部品内蔵基板１００が部品１０１の上面をビア導体によって導体パターン１０７等に接続する構成を含む場合、前記リフローによって、前記ビア導体と導体パターン１０７等との間のはんだが溶融して樹脂層１０２ａと導体パターン１０７等との界面（隙間）に流れ込み、同様のはんだフラッシュが生じる可能性がある。さらに、コア基板が樹脂層１０２ｂのような樹脂基板でなく、セラミック基板等の場合にも同様のはんだフラッシュが生じる可能性がある。

本発明は、部品を内蔵した樹脂層とコア基板の面内配線との密着性を高め、とくに溶融したはんだ等の接合材による樹脂層と面内配線の接触界面でのはんだフラッシュが起こりにくい構造の部品内蔵基板を製造し、提供することを目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明の部品内蔵基板の製造方法は、少なくとも一主面側に面内配線が形成されたコア基板を準備する工程と、前記面内配線の表面を粗面化する工程と、部品を内蔵した硬化前の絶縁性の樹脂層を準備する工程と、前記コア基板の前記面内配線側を前記樹脂層の前記部品と接した接合材が露出した面に貼り付け、加熱により前記接合材を溶融して前記面内配線に前記部品を接合する工程とを備えることを特徴としている（請求項１）。

また、本発明の部品内蔵基板の製造方法において、前記樹脂層を準備する工程は、支持体の表面上に形成された前記接合材に前記部品を実装する工程と、前記支持体の表面上に前記部品および前記接合材を覆うように未硬化の前記樹脂層を形成する工程と、該樹脂層から前記支持体を剥離する工程とを含むことを特徴としている（請求項２）。

さらに、本発明の部品内蔵基板の製造方法においては、前記支持体を剥離する前に未硬化の前記樹脂層を半硬化させる工程をさらに含むことを特徴としている（請求項３）。

つぎに、本発明の部品内蔵基板は、コア基板と、前記コア基板の少なくとも一主面側に形成され、表面が粗面化された面内配線と、前記コア基板の前記面内配線側に設けられ、前記面内配線に接合材を介して接合した部品を内蔵した樹脂層とを備えたことを特徴としている（請求項４）。

請求項１の本発明の部品内蔵基板の製造方法によれば、コア基板の少なくとも一主面側の面内配線の表面が粗面化され、部品を内蔵した硬化前の絶縁性の樹脂層の前記部品と接した接合材が露出した面にコア基板の面内配線側が貼り付けられることにより、樹脂層の前記部品と接した接合材が露出した面に面内配線の粗面化した表面が密着する。

そして、この状態での加熱によりはんだ等の接合材が溶融し、面内配線の表面側に溶融した接合材を介して部品が接合する。このとき、樹脂層と接する面内配線の表面が粗面化されているので、密着した樹脂層と面内配線との接触界面の微細な凹凸のいわゆるアンカー効果により、溶融した接合材の樹脂層と面内配線の界面への流れ込みが確実に防止され、はんだフラッシュが起こりにくい構造の部品内蔵基板を製造できる。

また、請求項２の本発明の部品内蔵基板の製造方法によれば、転写板等の支持体の表面上に形成された接合材を挟んで部品を実装し、支持体の表面上に部品および接合材を覆うように未硬化（プリプレグ状態）の樹脂層を形成した後、その樹脂層から支持体を剥離することにより、実用的な手法で部品を内蔵した硬化前の樹脂層を準備し、その樹脂層を用いて請求項１の発明の効果を奏する部品内蔵基板を製造できる。

また、請求項３の本発明の部品内蔵基板の製造方法によれば、硬化前の樹脂層として、部品を内蔵した半硬化の樹脂層を準備できるので、その後の樹脂層の取り扱いが容易になる等の利点がある。

つぎに、請求項４の本発明の部品内蔵基板によれば、少なくとも一主面側に面内配線が形成されたコア基板を、部品を内蔵した樹脂層に貼り付けて形成される。このとき、前記部品は、はんだ等の接合材を介してコア基板の面内配線に接合している。そして、前記面内配線の表面が粗面化されているので、樹脂層と面内配線との接合界面の微細な凹凸のいわゆるアンカー効果により、溶融した接合材の樹脂層と面内配線との界面への流れ込みが確実に防止され、はんだフラッシュが起こりにくい構造の部品内蔵基板を提供できる。

本発明の一実施形態の部品内蔵基板の断面図である。図１の一部の拡大した断面図である。（ａ）〜（ｇ）は図１の部品内蔵基板の製造工程を説明する断面図である。（ａ）〜（ｃ）は図１のコア基板を準備する工程を説明する断面図である。本発明の他の実施形態の部品内蔵基板の一部を拡大した断面図である。従来基板の一例の断面図である。図６の一部の拡大した断面図である。

本発明の実施形態について、図１〜図５を参照して詳述する。

（一実施形態）
本発明の一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。

＜部品内蔵基板＞
本実施形態の部品内蔵基板の構造について、図１、図２を参照して説明する。

図１は本実施形態の部品内蔵基板１ａを示し、部品内蔵基板１ａは、樹脂やセラミックのコア基板２ａと、コア基板２ａの少なくとも一主面側である表面側に形成された面内配線としての複数のランド電極３ａや配線４と、コア基板２ａが裏面側に貼り付けられてコア基板２ａの面内配線側に設けられた絶縁封止用の樹脂層５とを備える。

ランド電極３ａおよび配線４は、それぞれ表面全体が粗面化されている。ところで、各ランド電極３ａおよび配線４は配線パターンにしたがって、例えば電解銅箔により形成され、各ランド電極３ａおよび配線４の裏面はコア基板２ａの樹脂等の密着性を高めるために粗面になっているが表面は滑らかな光沢面である。そして、この光沢面に物理的または化学的な処理を施すことにより、ランド電極３ａおよび配線４の表面が全体的に粗面化されている。また、面内配線としてのランド電極３ａおよび配線４の数や大きさ等は部品内蔵基板１ａの構成等によって異なる。

樹脂層５は形状や高さ等が異なる複数の部品６を内蔵する。部品６は従来の部品１０１と同様、チップコンデンサ、チップインダクタ、チップ抵抗などのチップ部品あるいは、パワーアンプ用トランジスタのような多端子を持つ半導体素子（ＩＣ）などからなり、種類等によって形状や高さ等が異なる。なお、部品６の種類や数等も部品内蔵基板１ａの構成等によって異なる。

そして、部品６の例えば外部電極６１は、下端部がはんだバンプ等の導電性の接合材７を介してランド電極３ａや配線４に接合している。

このとき、説明を簡単にするため、ランド電極３ａが平面視円形で、接合材７のランド電極３ａとの接合面も円形であったとすると、図１の破線枠ａで囲んだ部分を拡大した図２に示すように、ランド電極３ａの径Ａは、接合材７のランド電極３ａとの接合面（接合材７の最大面積の部分）の径Ｂより大きく、ランド電極３ａの面積は接合材７の面積より一回り大きくなっている。なお、配線４についても、同様に、配線４の接合材７が接合する部分の面積は接合材７の面積より一回り大きくなっている。

接合材７は、例えばリフローの加熱により溶融して部品６の外部電極６１、ランド電極３ａ、配線４に溶着して凝固したものである。

そして、前記のリフローの加熱により溶融した各接合材７は、図２の矢印線に示すように樹脂層５とランド電極３ａや配線４との界面に流れ込もうとするが、樹脂層５とランド電極３ａや配線４との接合界面の微細な凹凸のいわゆるアンカー効果により、溶融した接合材の樹脂層５とランド電極３ａとの界面への流出が確実に防止される。

したがって、部品内蔵基板１は、樹脂層５とランド電極３ａとの界面でのはんだフラッシュが起こりにくい構造となっている。

＜部品内蔵基板の製造方法＞
前記部品内蔵基板１ａの製造方法について、図３を参照して説明する。なお、図３（ａ）〜（ｇ）においては、説明を簡単にする等のため、部品内蔵基板１ａの一部である図１の破線枠ａで囲んだ部分の断面を示している。

まず、図３（ａ）の工程により転写板等の剥離容易な平板状の支持体８を用意する。

つぎに、図３（ｂ）の工程により支持体８の表面上の各位置にはんだバンプ等の接合材７を印刷等して形成する。

そして、図３（ｃ）の工程により、接合材７の上に部品６を載せて実装する。

さらに、図３（ｄ）の工程により、部品６、接合材７を覆うように未硬化（プリプレグ状態）の樹脂層５を支持体８上に設け、図３（ｅ）の工程により、支持体８を未硬化の樹脂層５から剥がし、部品６を内蔵した硬化前の樹脂層５を準備する。なお、図３（ａ）〜（ｅ）が本発明の部品を内蔵した硬化前の樹脂層を準備する工程である。

一方、樹脂層５の準備に前後して、図４（ａ）の工程によりコア基板２ａを用意し、図４（ｂ）の工程により、コア基板２ａの表面に印刷や電解銅箔の貼り付け等で面内配線としてのランド電極３ａや配線４（図示せず）を形成する。さらに、図４（ｃ）の工程により、研磨等の物理的な手法やエッチング等の化学的な手法の粗化処理により、ランド電極３ａや配線４（図示せず）の表面を粗面化する。なお、図４（ａ）〜（ｃ）が本発明の面内配線が形成されたコア基板を準備する工程である。

そして、図３（ｆ）の工程により、前記粗化処理を施したコア基板２ａのランド電極３ａや配線４（図示せず）の面内配線側を、部品６を内蔵した未硬化の樹脂層５に圧接し、樹脂層５の部品６と接した接合材７が露出した面に貼り付ける。このとき、樹脂層５にランド電極３ａや配線４が密着する。

つぎに、図３（ｇ）の工程により、コア基板２ａが貼り付けられた樹脂層５を適当な温度に加熱して接合材７を溶融し（リフロー）、ランド電極３ａや配線４（図示せず）の表面側に溶融した接合材７を介して部品６を接合する。このとき、同時に樹脂層５も硬化して部品内蔵基板１ａが製造される。

このようにして製造された部品内蔵基板１ａは、（１）コア基板２ａのランド電極３ａや配線４の大きさ（印刷誤差等を考慮した平均的な大きさ（広さ））が、接合材７の大きさ（平面的な大きさ（広さ））よりも大きいため、ランド電極３ａや配線４の接合材７が接合した部分の周囲に樹脂層５とランド電極３ａや配線４との密着した接触界面が必ず存在する。（２）密着した樹脂層５とランド電極３ａや配線４との接触界面は、ランド電極３ａや配線４の粗面処理により微細な凹凸状になっている。そのため、樹脂層５とランド電極３ａや配線４との密着した接触界面のいわゆるアンカー効果により、溶融した接合材７の樹脂層５とランド電極３ａや配線４との前記接触界面への流れ込みが確実に防止され、はんだフラッシュが発生しにくい構造となる。

したがって、本実施形態においては、はんだフラッシュが発生しにくい新規な構造の部品内蔵基板１ａを製造し、提供することができる。

（他の実施形態）
本発明の他の実施形態について、図５を参照して説明する。

図５は本実施形態の部品内蔵基板１ｂの一部の断面を拡大して示し、部品内蔵基板１ｂは部品内蔵基板１ａの樹脂層５の上側にも樹脂層５に密着したコア基板２ｂを有し、コア基板２ｂの下側の表面には、面内配線として、コア基板２ａのランド電極３ａや配線４と同様のランド電極３ｂや配線（図示せず）が形成されている。そして、ランド電極３ｂや配線の表面も全体が粗面化されている。

また、樹脂層５に内蔵されている一部の部品６は、外部電極６１の上面にビア導体９が形成され、その上端が接合材７を介してランド電極３ｂ等に接合している。

そして、ランド電極３ｂ等の大きさ（広さ）も、接合材７が接合する部分よりも大きい。また、密着した樹脂層５とランド電極３ｂ等との接触界面はランド電極３ｂ等の粗面処理により微細な凹凸状になっている。

そのため、本実施形態の部品内蔵基板１ｂは、樹脂層５とランド電極３ａ、３ｂや配線４等との密着した接触界面のアンカー効果により、溶融した接合材７の樹脂層５とランド電極３ａ、３ｂや配線４等との前記接触界面への流れ込みが確実に防止され、樹脂層５における、部品６の外部電極６１が接合材７を介してランド電極３ａや配線４に接合する個所や、部品６の外部電極６１がビア導体９および接合材７を介してランド電極３ｂ等に接合する個所のはんだフラッシュが発生しにくい構造となる。

そして、部品内蔵基板１ｂを製造する場合は、例えば、図３（ｅ）の工程において部品６、ビア導体９等を内蔵した未硬化の樹脂層５を用意し、それに前後してコア基板２ａ、２ｂを用意する。そして、図３（ｆ）の工程により、樹脂層５の上下面にコア基板２ａ、２ｂを貼り付けて密着し、図３（ｇ）の工程により、コア基板２ａ、２ｂを貼り付けた樹脂層５を加熱し、はんだ等の接合材７を溶融してランド電極３ａ、３ｂや配線４等の表面側に溶融した接合材７を介して部品６、ビア導体９を接合する。

したがって、本実施形態の場合も、一実施形態の場合と同様の効果を奏する。

ところで、前記両実施形態において、図３（ｅ）の工程で支持体８を剥離する前に樹脂層５を適当な温度で半硬化の状態にしてもよく、この場合は、準備する樹脂層５が、完全な未硬化でなく半硬化の状態になっているので、その後の樹脂層５の取り扱いが容易になる等の利点がある。

なお、前記両実施形態において、樹脂層５は例えばエポキシ樹脂等を含有する熱硬化性樹脂であり、硬化したときの反りを防止するため、好ましくはシリカ粉末、アルミナ粉末等の無機粉末を含有する。

そして、本発明は上記した両実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、上記したもの以外に種々の変更を行なうことが可能であり、例えばコア基板２ａ、２ｂの構造等はどのようであってもよい。

また、樹脂層５は、内蔵される部品の種類や数、配列等がどのようであってもよく、ビア導体９のような部品６の外部電極６１等に接続されたビア（有底ビア）や、いわゆる貫通ビアを内蔵する構成であってもよい。さらに、樹脂層５の樹脂は、熱硬化性樹脂に限るものではなく、熱可塑性樹脂や光硬化性樹脂等であってもよい。

また、コア基板２ａ、２ｂの面内配線は電解銅箔でなくてもよく、面内配線のパターン等がどのようであってもよい。

また、接合材７は、はんだ以外の金属や金属化合物、導電性樹脂等であって、加熱によって溶融するものであれば、どのようなものであってもよい。

本発明は、種々の用途の部品内蔵基板およびその製造に適用することができる。

１ａ、１ｂ部品内蔵基板
２ａ、２ｂコア基板
３ａ、３ｂランド電極
４配線
５樹脂層
６部品
７接合材

Claims

少なくとも一主面側に面内配線が形成されたコア基板を準備する工程と、
前記面内配線の表面を粗面化する工程と、
部品を内蔵した硬化前の絶縁性の樹脂層を準備する工程と、
前記コア基板の前記面内配線側を前記樹脂層の前記部品と接した接合材が露出した面に貼り付け、加熱により前記接合材を溶融して前記面内配線に前記部品を接合する工程とを備えることを特徴とする部品内蔵基板の製造方法。
請求項１に記載の部品内蔵基板の製造方法において、
前記樹脂層を準備する工程は、
支持体の表面上に形成された前記接合材に前記部品を実装する工程と、
前記支持体の表面上に前記部品および前記接合材を覆うように未硬化の前記樹脂層を形成する工程と、
前記樹脂層から前記支持体を剥離する工程とを含むことを特徴とする部品内蔵基板の製造方法。
請求項２に記載の部品内蔵基板の製造方法において、
前記支持体を剥離する前に未硬化の前記樹脂層を半硬化させる工程をさらに含むことを特徴とする部品内蔵基板の製造方法。
コア基板と、
前記コア基板の少なくとも一主面側に形成され、表面が粗面化された面内配線と、
前記コア基板の前記面内配線側に設けられ、前記面内配線に接合材を介して接合した部品を内蔵した樹脂層とを備えたことを特徴とする部品内蔵基板。