JPWO2014185438A1 - 部品内蔵多層基板の製造方法および部品内蔵多層基板 - Google Patents

部品内蔵多層基板の製造方法および部品内蔵多層基板 Download PDF

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本発明の製造方法は、熱可塑性樹脂シート(111a〜111d)を積層およびプレスすることにより圧着して形成する樹脂多層基板(11)に、部品(12)を内蔵させる部品内蔵多層基板の製造方法である。本発明の製造方法では、熱可塑性樹脂シート(111a)の部品実装面に、金属パターン(13)を設ける。また、金属パターン(13)に挟まれた領域に部品(12)を挿入する。金属パターン(13)に挟まれた領域に係る幅のうち、部品実装面側の幅を幅W2とし、部品を挿入する側の幅を幅W3として、幅W2は、部品の幅W1以上であり、幅W3未満である。

Description

本発明は、樹脂多層基板に部品を内蔵した部品内蔵多層基板の製造方法および部品内蔵多層基板に関する。
部品内蔵多層基板は、近距離無線通信機能を有する無線通信装置等に用いられている。このような部品内蔵多層基板の製造方法として、例えば、特許文献1に記載のものがある。
特許文献1に記載の製造方法では、まず、熱可塑性樹脂シートに開口部を形成する。次に、開口部が連接してなるキャビティに部品が配置されるように、熱可塑性樹脂シートを積層する。次に、加熱プレスにより、熱可塑性樹脂シート同士を圧着させるとともに、部品をキャビティ内に収容する。これにより、部品を内蔵する部品内蔵多層基板を形成する。
特開2003−86949号公報
熱可塑性樹脂シートを積層する際に、熱可塑性樹脂シートの位置がずれることがある。すなわち、積みズレが生じることがある。この場合、キャビティのサイズは積みズレがない場合に比べて狭くなる。また、キャビティのサイズが部品のサイズとほぼ同じであると、安定した部品の挿入が難しい。そこで、このような場合であっても、キャビティに部品を挿入することができるように、キャビティのサイズを予め大きく設定する必要がある。
一方、特許文献1の製造方法では、部品を配置する位置はキャビティの形状で規定される。このため、キャビティのサイズが大きい場合、部品を配置する位置を精度良く規定することができない。この場合、部品がキャビティ内で動いてしまい、部品と、樹脂多層基板内に配置されたビアホール導体やパッド導体などとの電気的接続に問題が生じる可能性がある。
本発明の目的は、樹脂多層基板内に部品を精度良く配置する部品内蔵多層基板の製造方法を提供することにある。
(1)本発明の製造方法は、熱可塑性樹脂シートを積層およびプレスすることにより圧着して形成する樹脂多層基板に、部品を内蔵させる部品内蔵多層基板の製造方法である。本発明の製造方法では、熱可塑性樹脂シートを構成する第1の熱可塑性樹脂シートの部品実装面に、ガイドパターンを設ける。また、ガイドパターンに挟まれた領域に部品を挿入する。ガイドパターンに挟まれた領域に係る幅のうち、部品実装面側の幅を幅Wとし、部品を挿入する側の幅を幅Wとして、幅Wは、部品の幅W以上であり、幅W未満である。
この工程では、部品を配置する位置はガイドパターンで規定されるため、幅Wを幅Wに近づけるほど、部品は所定位置からずれにくくなる。一方、幅Wを設定する際、熱可塑性樹脂シートの積みズレを考慮する必要がない。また、幅Wが幅Wに比べて広いので、幅Wを幅Wに近づけても、ガイドパターンに挟まれた領域に部品を挿入することが困難にならない。このため、幅Wに近い値に幅Wを設定することができる。この結果、部品は所定位置からずれにくくなるため、樹脂多層基板内に部品を精度良く配置することができる。
(2)本発明の製造方法は以下の特徴を有することが好ましい。本発明の製造方法では、熱可塑性樹脂シートを構成する第2の熱可塑性樹脂シートを部品実装面に当接させる。第2の熱可塑性樹脂シートの主面には開口部が形成される。部品実装面に垂直な方向から見て、開口部に部品が位置する。開口部の幅Wは幅W以上である。
この工程によれば、熱可塑性樹脂シートに積みズレが生じても、開口部に部品を確実に挿入することができる。
(3)本発明の製造方法では、部品実装面に対して部品を傾けた場合での部品の最大幅を幅Wとして、幅Wは幅W以下であることが好ましい。
この方法を用いることで、樹脂多層基板内に部品をさらに精度良く配置することができる。
(4)本発明の製造方法では、ガイドパターンは金属パターンであることが好ましい。
(5)本発明の部品内蔵多層基板は、樹脂多層基板、部品およびガイドパターンを備える。樹脂多層基板は熱可塑性樹脂シートを積層してなる。部品は樹脂多層基板に内蔵される。ガイドパターンは樹脂多層基板の内部の部品実装面に形成される。部品はガイドパターンに挟まれた部品実装面に配置される。ガイドパターンの側面のうち部品側の側面には、部品実装面側に向かって狭くなるテーパが付けられている。
この構成においても、部品を配置する位置が、テーパ状の側面を有するガイドパターンで規定されるため、樹脂多層基板内に部品を精度良く配置することができる。
(6)本発明の部品内蔵多層基板では、ガイドパターンは金属パターンであることが好ましい。
本発明によれば、テーパ状の側面を有するガイドパターンを熱可塑性樹脂シートに形成することにより、樹脂多層基板内に部品を精度良く配置することができる。
第1の実施形態に係る部品内蔵多層基板の製造方法を示す断面図である。 第1の実施形態に係る金属パターンを示す平面図である。 部品内蔵多層基板に係る寸法を示す断面図である。 部品内蔵多層基板に係る寸法を示す断面図である。 比較例となる部品内蔵多層基板の製造方法を示す断面図である。 フェライトコアを内蔵したアンテナモジュールの主要部の断面図である。 第2の実施形態に係る部品内蔵多層基板の製造方法を示す断面図である。 通信ICモジュールの主要部の断面図である。 第3の実施形態に係る部品内蔵多層基板の製造方法を示す断面図である。 他の実施形態に係る金属パターンを示す平面図である。
《第1の実施形態》
本発明の第1の実施形態に係る部品内蔵多層基板の製造方法について説明する。図1は、第1の実施形態に係る部品内蔵多層基板の製造方法を示す断面図である。図2は、第1の実施形態に係る金属パターン13を示す平面図である。
まず、図1(A)に示すように、熱可塑性樹脂シート111a〜111dを用意する。熱可塑性樹脂シートとしては、例えば、液晶ポリマが用いられる。そして、熱可塑性樹脂シート111a上に、銅箔からなる金属パターン13を形成する。この際、図2に示すように、部品12を配置したい場所を囲む、枠状の金属パターン13を形成する。なお、金属パターン13としては、回路に用いないダミーの配線や面状導体等を用いてもよいし、回路に実際に用いる配線や面状導体等を用いてもよい。
熱可塑性樹脂シート111aは本発明の第1の熱可塑性樹脂シートに相当する。熱可塑性樹脂シート111b,111cは本発明の第2の熱可塑性樹脂シートに相当する。金属パターン13は本発明のガイドパターンに相当する。
以下では、金属パターン13の表面のうち、熱可塑性樹脂シート111aに当接する面を下面とし、下面の反対側の面を上面とし、上面と下面とを繋ぐ面を側面とする。また、熱可塑性樹脂シート111aの主面のうち、金属パターン13(すなわちガイドパターン)が形成された主面を部品実装面と称する。
金属パターン13は、上面側から下面側に貫通する開口部14aを有する。開口部14aの開口面33a,33bは矩形状である。開口面33aは金属パターン13の下面側に位置する。開口面33bは金属パターン13の上面側に位置する。開口部14aの側面は、開口面33b側から開口面33a側に向かってテーパ状になっており、開口面33bは開口面33aに比べて大きい。開口部14aは本発明の「ガイドパターンに挟まれた領域」に相当する。
また、熱可塑性樹脂シート111bに、レーザー加工、パンチ加工、型抜き切断等により、矩形状の開口面を有する開口部14bを形成する。開口部14bは、熱可塑性樹脂シート111bの主面に垂直な方向に、熱可塑性樹脂シート111bを貫通している。同様に、熱可塑性樹脂シート111cに開口部14cを形成する。開口部14bの開口面と開口部14cの開口面とは同一の大きさを有する。
次に、図1(B)、図1(C)に示すように、略矩形平板状の部品12を開口部14aに挿入する。そして、開口部14b,14cに部品12が位置するように、熱可塑性樹脂シート111a上に熱可塑性樹脂シート111b〜111dをこの順に積層する。この際、開口部14b,14cが連接することにより、キャビティ34が形成される。そして、キャビティ34に部品12が配置される。すなわち、熱可塑性樹脂シート111b〜111dからなる樹脂層の内部に、部品12が配置される。
なお、部品12が配置された熱可塑性樹脂シート111d上に、熱可塑性樹脂シート111a〜111cを積層することにより、同様の構造を形成してもよい。また、熱可塑性樹脂シート111a〜111cを積層して仮圧着し、キャビティ34に部品12を配置した後、熱可塑性樹脂シート111dを積層してもよい。
図3は、部品内蔵多層基板に係る寸法を示す断面図である。なお、図3に示す寸法は、部品12の側面に平行な断面において成立するが、これに限定されず、部品実装面に垂直な断面のうち少なくとも1つにおいて成立すればよい。
開口面33aの幅Wは、部品12の幅W以上であり、開口面33bの幅W未満である。また、開口部14b,14c(図1参照)の幅Wは開口面の幅W以上である。
金属パターン13に挟まれた部品実装面に部品12の主面を当接させるため、開口面33aの幅Wを部品12の幅W以上にしている。また、部品12を開口部14aに挿入しやすくするため、開口部14aの側面をテーパ状にし、開口面33aの幅Wに比べて開口面33bの幅Wを広くしている。
上述のように、熱可塑性樹脂シート111a〜111dを積層する際に、熱可塑性樹脂シート111a〜111dの位置がずれることがある。すなわち、積みズレが生じることがある。この場合、キャビティ34(図1参照)の幅は開口部14b,14cの幅Wに比べて狭くなる。一方、部品12をキャビティ34に配置しやすくするため、キャビティ34の幅を開口面33bの幅W程度にする必要がある。このため、開口部14b,14cの幅Wを開口面33bの幅W以上にしている。
また、金属パターン13の高さ(厚さ)Tは10〜40μmである。部品実装面に垂直な方向と開口部14aの側面とのなす角度θは0°〜45°であることが好ましい。角度θを大きくすると、開口面33bの幅Wが広くなるため、部品12を開口部14aに挿入しやすくなる。一方、角度θを小さくすると、金属パターン13の側面が部品実装面に対して垂直に近くなるため、開口部14aに部品12を確実に配置することができる。
また、図4に示すように、開口面33aの幅Wは部品12の最大幅W以下である。ここで、部品実装面に平行な方向に測ったときの部品12の長さは、部品実装面に対して部品12を傾けることにより変化するところ、この長さのうち最長のものを部品12の最大幅Wとする。
開口面33aの幅Wを部品12の最大幅W以下にしても、開口部14aの側面をテーパ状にすることにより、部品12を開口部14aに確実に挿入することができる。すなわち、部品12が開口部14aに挿入される際に、部品12が部品実装面に対して傾いていても、部品12の角部が金属パターン13に引っ掛かることはない。
次に、図1(D)に示すように、熱可塑性樹脂シート111a〜111dを熱圧着(加熱プレス)する。これにより、熱可塑性樹脂シート111a〜111dが接合し、一体化されて、樹脂多層基板11が形成される。この際、熱可塑性樹脂シート111a〜111dを構成する樹脂が軟化および流動することにより、キャビティ34の側面と部品12の側面との隙間が樹脂で埋められる。
以上の工程により、部品12を内蔵する部品内蔵多層基板が完成する。
図5は、比較例となる部品内蔵多層基板の製造方法を示す断面図である。まず、開口部14b,14cが連接してなるキャビティ34に部品12が配置されるように、熱可塑性樹脂シート111a〜111dを積層する。そして、熱可塑性樹脂シート111a〜111dを熱圧着することにより、部品12を内蔵する部品内蔵多層基板が完成する。すなわち、比較例の製造方法は、金属パターン13(図1参照)を形成しない点を除いて、第1の実施形態に係る製造方法と同様である。
第1の実施形態に係る製造方法では、金属パターン13で挟まれた領域に部品12を配置する。このため、図1(D)に示すように、部品12の角部が金属パターン13に接するとき、部品12の位置が所定位置35(部品12を配置したい位置)から最もずれる。すなわち、部品12の位置は、所定位置35から最大でδ=(W−W)/2程度ずれる。
一方、比較例の製造方法では、金属パターン13が形成されていない。このため、図5(C)、図5(D)に示すように、部品12の側面がキャビティ34の側面に当接するとき、部品12の位置が所定位置35から最もずれる。すなわち、部品12の位置は、所定位置35から最大でδ=(W−W)/2程度ずれる。
上述のように、開口部14aの幅Wを設定する場合、開口部14aの幅Wを部品12の幅W1以上にする以外に制約はない。一方、開口部14b,14cの幅Wを設定する場合、開口部14aの幅Wに係る制約に加えて、熱可塑性樹脂シート111a〜111dの積みズレ等を考慮する必要がある。このため、設計上、開口部14aの幅Wに比べて開口部14b,14cの幅Wを広くする必要がある。
この結果、第1の実施形態では、比較例に比べて、部品12の位置が所定位置35からずれにくくなる。すなわち、第1の実施形態では、比較例に比べて、部品12を所定位置35に精度良く配置することができる。
また、部品実装面に垂直な方向から見て、金属パターン13が部品12を囲んでいるため、シールド効果により、電磁界的に部品12を外部から隔てることができる。
次に、第1の実施形態に係る部品内蔵多層基板の製造方法を用いて製造される、アンテナモジュールについて説明する。図6は、フェライトコアを内蔵したアンテナモジュール10の主要部の断面図である。
複数の熱可塑性樹脂シート111a〜111hの積層によって樹脂多層基板11が構成されている。樹脂多層基板11内にはフェライトコア42が埋設されている。フェライトコア42は金属パターン13に挟まれた領域に配置されている。フェライトコア42は部品12に相当する。また、樹脂多層基板11にはフェライトコア42の周囲を巻回するように、線条部21,22等によるコイル導体が形成されている。
また、樹脂多層基板11には導体パターン15およびビア導体16による配線や回路が形成されている。樹脂多層基板11の上面には導体パターンおよびソルダーレジスト23が形成されていて、搭載部品24,25,26が搭載されている。樹脂多層基板11の下面(実装面)には端子電極およびソルダーレジスト23が形成されている。
前記搭載部品24,25,26はRFIC、チップコンデンサ、チップインダクタ等である。アンテナモジュール10は、例えば、NFC等の近距離無線通信モジュールとして用いられる。アンテナモジュール10を組み込み先の実装基板27に実装することで、近距離無線通信機能を有する無線通信装置が構成できる。
アンテナモジュール10によれば、フェライトコア42の位置が所定位置からずれにくいため、アンテナモジュール10のアンテナ特性が安定する。
《第2の実施形態》
本発明の第2の実施形態に係る部品内蔵多層基板の製造方法について説明する。図7は、第2の実施形態に係る部品内蔵多層基板の製造方法を示す断面図である。まず、図7(A)に示すように、熱可塑性樹脂シート111a〜111dを用意する。熱可塑性樹脂シート111dには導体パターン15が形成されている。熱可塑性樹脂シート111dには、ビア導体用の孔が形成され、この孔に導電性ペースト31が充填されている。
次に、図7(B)、図7(C)に示すように、略矩形平板状のRFIC(Radio Frequency Integrated Circuit)チップ52を用意する。RFICチップ52の第1主面には端子電極29が形成されている。次に、RFICチップ52の第2主面(第1主面の反対側)が部品実装面に当接するように、RFICチップ52を開口部14aに挿入する。そして、熱可塑性樹脂シート111a上に熱可塑性樹脂シート111b〜111dをこの順に積層する。これにより、キャビティ34にRFICチップ52が配置される。また、端子電極29と導電性ペースト31とが当接する。
次に、図7(D)に示すように、熱可塑性樹脂シート111a〜111dを熱圧着する。これにより、熱可塑性樹脂シート111a〜111dが接合し、一体化されて、樹脂多層基板51が形成される。この際、ビア導体用の孔に充填された導電性ペースト31が金属化(焼結)するとともに硬化して、ビア導体16が形成される。また、導体パターン15と端子電極29とがビア導体16を介して電気的に接続される。
以上の工程により、RFICチップ52を内蔵する部品内蔵多層基板が完成する。なお、第2の実施形態に係るその他の点は第1の実施形態と同様である。
第2の実施形態では、第1の実施形態と同様に、金属パターン13で挟まれた領域にRFICチップ52を配置する。このため、RFICチップ52の位置が所定位置からずれにくい。このため、端子電極29とビア導体16とが接触不良を起こすことを抑制することができる。
次に、第2の実施形態に係る部品内蔵多層基板の製造方法を用いて製造される、通信ICモジュールについて説明する。図8は、通信ICモジュール20の主要部の断面図である。
複数の熱可塑性樹脂シート111a〜111gの積層によって樹脂多層基板51が構成されている。樹脂多層基板51内にはRFICチップ52が埋設されている。RFICチップ52は金属パターン13に挟まれた領域に配置されている。
また、樹脂多層基板51には導体パターン15およびビア導体16による配線や回路が形成されている。RFICチップ52の端子電極29はビア導体16を介して導体パターン15に電気的に接続されている。樹脂多層基板51の上面には導体パターンが形成されていて、セキュアIC32が搭載されている。樹脂多層基板51の下面(実装面)には端子電極が形成されている。
通信ICモジュール20は、例えば、NFC等の近距離無線通信モジュールとして用いられる。通信ICモジュール20を組み込み先の実装基板27に実装することで、無線通信装置を構成することができる。
なお、樹脂多層基板51に内蔵される部品は、ICチップ等のアクティブ部品でもよいし、チップ型セラミックコンデンサ等のパッシブ部品でもよい。
《第3の実施形態》
本発明の第3の実施形態に係る部品内蔵多層基板の製造方法について説明する。図9は、第3の実施形態に係る部品内蔵多層基板の製造方法を示す断面図である。まず、図9(A)に示すように、開口部を設けていない熱可塑性樹脂シート611a〜611dを用意する。そして、熱可塑性樹脂シート611bの第1主面に金属パターン13を形成する。
次に、図9(A)、図9(B)に示すように、熱可塑性樹脂シート611bの第1主面側に熱可塑性樹脂シート611c,611dを配置する。また、熱可塑性樹脂シート611bの第2主面側(第1主面の反対側)に熱可塑性樹脂シート611aを配置する。そして、熱可塑性樹脂シート611a〜611dを積層する。この際、略矩形平板状の部品62を金属パターン13の開口部14aに挿入しておく。すなわち、部品62が熱可塑性樹脂シート611bと熱可塑性樹脂シート611cとの間に挟まれるように、部品62を配置する。部品62の厚さは、例えば、熱可塑性樹脂シート611a〜611dの厚さと同程度である。
次に、図9(C)に示すように、熱可塑性樹脂シート611a〜611dを熱圧着する。これにより、熱可塑性樹脂シート611a〜611dが接合し、一体化されて、樹脂多層基板11が形成される。この際、熱可塑性樹脂シート611a〜611dを構成する樹脂が軟化および流動することにより、部品62の周囲の隙間が樹脂で埋められる。
以上の工程により、部品62を内蔵する部品内蔵多層基板が完成する。なお、第3の実施形態に係るその他の点は第1の実施形態と同様である。
第3の実施形態に係る部品62は薄く、その厚さは熱可塑性樹脂シート611a〜611dの厚さと同程度である。また、熱可塑性樹脂シート611a〜611dは可撓性を有する。このため、部品62を間に挟んで、熱可塑性樹脂シート611a〜611dを積層しても、部品12の周囲に隙間があまり形成されない。この結果、熱圧着の際に、部品62の周囲の隙間を熱可塑性樹脂で埋めることができる。すなわち、熱可塑性樹脂シート611a〜611dに開口部を設けなくとも、部品内蔵多層基板を製造することができる。
また、第1の実施形態と同様に、部品12を所定位置に精度良く配置することができる。さらに、熱圧着の際、金属パターン13の側面と部品62の側面との間に挟まれた熱可塑性樹脂は、その位置に拘束されるため、変形しにくい。このため、熱可塑性樹脂の流動により部品62の位置が所定位置からずれることを抑制することができる。
《他の実施形態》
他の実施形態として、図10に示す金属パターンを用いてもよい。図10は、他の実施形態に係る金属パターンを示す平面図である。これらの実施形態において、金属パターンの形状以外の点は第1の実施形態と同様である。
図10(A)に示す金属パターン43は、図2に示した枠状の金属パターン13から、4辺に相当する部分を除いた形状を有している。すなわち、金属パターン43は、金属パターン13の4隅に相当する、金属パターン131〜134からなる。図10(B)に示す金属パターン53は金属パターン131〜133からなる。
図10(C)に示す金属パターン63は、金属パターン13から4隅に相当する部分を除いた形状を有している。すなわち、金属パターン63は、金属パターン13の4辺に相当する、金属パターン135〜138からなる。図10(D)に示す金属パターン73は、互いに対向する金属パターン135,137からなる。
図10(E)に示す金属パターン83は、金属パターン13から、互いに直交する2辺に相当する部分を除いた形状を有している。
これらの実施形態では、金属パターン43,53,63,73または83で挟まれた領域に、部品12を配置する。このため、第1の実施形態と同様に、部品12の位置を所定位置に精度良く配置することができる。
なお、各実施形態において、ガイドパターン(金属パターン)の部品側の側面にテーパがあればよく、ガイドパターンの反対側の側面には必ずしもテーパが形成されなくてもよい。
10…アンテナモジュール
11,51…樹脂多層基板
12,62…部品
13,43,53,63,73,83,131〜138…金属パターン(ガイドパターン)
14a,14b,14c…開口部
15…導体パターン
16…ビア導体
20…通信ICモジュール
21,22…線条部
23…ソルダーレジスト
24,25,26…搭載部品
27…実装基板
29…端子電極
31…導電性ペースト
33a,33b…開口面
34…キャビティ
35…所定位置
42…フェライトコア
52…RFICチップ
111a…熱可塑性樹脂シート(第1の熱可塑性樹脂シート)
111b,111c…熱可塑性樹脂シート(第2の熱可塑性樹脂シート)
111a〜111h,611a〜611d…熱可塑性樹脂シート

Claims (6)

  1. 熱可塑性樹脂シートを積層およびプレスすることにより圧着して形成する樹脂多層基板に、部品を内蔵させる部品内蔵多層基板の製造方法であって、
    前記熱可塑性樹脂シートを構成する第1の熱可塑性樹脂シートの部品実装面に、ガイドパターンを設ける工程と、
    前記ガイドパターンに挟まれた領域に前記部品を挿入する工程とを備え、
    前記ガイドパターンに挟まれた領域に係る幅のうち、前記部品実装面側の幅を幅Wとし、前記部品を挿入する側の幅を幅Wとして、前記幅Wは、前記部品の幅W以上であり、前記幅W未満であることを特徴とする部品内蔵多層基板の製造方法。
  2. 前記熱可塑性樹脂シートを構成する第2の熱可塑性樹脂シートを前記部品実装面に当接させる工程を備え、
    前記第2の熱可塑性樹脂シートの主面には開口部が形成され、
    前記部品実装面に垂直な方向から見て、前記開口部に前記部品が位置し、
    前記開口部の幅Wは前記幅W以上である、請求項1に記載の部品内蔵多層基板の製造方法。
  3. 前記部品実装面に対して前記部品を傾けた場合での前記部品の最大幅を幅Wとして、前記幅Wは前記幅W以下である、請求項1に記載の部品内蔵多層基板の製造方法。
  4. 前記ガイドパターンは金属パターンである、請求項1ないし3のいずれかに記載の部品内蔵多層基板の製造方法。
  5. 熱可塑性樹脂シートを積層してなる樹脂多層基板と、前記樹脂多層基板に内蔵された部品とを備える部品内蔵多層基板であって、
    前記樹脂多層基板の内部の部品実装面に形成されたガイドパターンを備え、
    前記部品は、前記ガイドパターンに挟まれた前記部品実装面に配置され、
    前記ガイドパターンの側面のうち前記部品側の側面には、前記部品実装面側に向かって狭くなるテーパが付けられている、部品内蔵多層基板。
  6. 前記ガイドパターンは金属パターンである、請求項5に記載の部品内蔵多層基板。
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