JPWO2018047612A1 - 部品内蔵基板及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

部品内蔵基板は、樹脂基材の少なくとも一方の面に配線パターンが形成されると共に前記配線パターンと接続されるビアが形成された複数のプリント配線基材を、接着層を介して一括積層すると共に、前記複数のプリント配線基材のうち両面から他のプリント配線基材によって挟まれた少なくとも一つのプリント配線基材に開口部が形成され、この開口部内に電子部品を内蔵してなる多層構造の部品内蔵基板であって、前記開口部が形成されたプリント配線基材の前記配線パターンの少なくとも一部が前記開口部の周囲に該開口部を取り囲む枠状に配置されている。

Description

この発明は、電子部品が内蔵された多層構造の部品内蔵基板及びその製造方法に関する。
近年の小型精密電子機器における電子部品の高密度実装を促進するため、電子部品をプリント基板内に内蔵する部品内蔵基板技術の更なる高度化が求められている。部品内蔵基板技術を用いたものとして、下記特許文献1に開示された部品内蔵基板が知られている。この部品内蔵基板は、例えば図20(a)に示すように、その内部へ電子部品90を収容するために設けられた開口部110が、樹脂層113に設けられた導電層112の一部である枠状部111の内側領域に形成されている。すなわち、配線パターンと同時に形成される枠状部111をマスクとして開口部110にレーザ光等によって形成することにより、開口部110を配線パターンに対して正確に位置決めすることができる。
このため、開口部110の大きさを電子部品90の収容に支障が生じる形成位置のずれを考慮した大きさにする必要はないので、部品内蔵基板100の小型化を図ることができるとされている。また、開口部110を取り囲むように枠状部111が形成されているので、多層基板の熱圧着による一括積層時に、開口部110と電子部品90との隙間に入り込む接着材を、枠状部111が更に押し込むように機能し、開口部110の周辺における基板表面の平坦性が良好に確保できるという利点がある。
特開2013−55109号公報
しかしながら、上記特許文献1に開示された部品内蔵基板100では、枠状部111を形成することが、開口部110周辺における基板の平坦性確保、特に基板表面の平坦性を確保するという観点においては有効であるが、図20(b)に示すように、開口部110と導電層112との間に枠状部111を形成するためのスペースが必要であるため、基板全体の更なる小型化は図り難いという問題があった。
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消し、電子部品を収容する開口部周辺の基板の平坦性を確保しつつ基板全体の小型化を図ることができる部品内蔵基板及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係る一の部品内蔵基板は、樹脂基材の少なくとも一方の面に配線パターンが形成されると共に前記配線パターンと接続されるビアが形成された複数のプリント配線基材を、接着層を介して一括積層すると共に、前記複数のプリント配線基材のうち両面から他のプリント配線基材によって挟まれた少なくとも一つのプリント配線基材に開口部が形成され、この開口部内に電子部品を内蔵してなる多層構造の部品内蔵基板であって、前記開口部が形成されたプリント配線基材の前記配線パターンの少なくとも一部が前記開口部の周囲に該開口部を取り囲む枠状に配置されていることを特徴とする。
前記開口部が形成されたプリント配線基材には、好ましくは複数の前記配線パターンが形成され、前記複数の配線パターンの少なくとも一部が、前記枠状に集中配置されているとよい。
隣接する前記複数の配線パターンの前記枠状に集中配置された部分の間の間隔は、好ましくは50μm以上200μm以下であるとよい。
前記配線パターンは、前記開口部の開口端よりも水平方向に引っ込んだ位置に配置されているとよい。
また、前記開口部の開口端から前記配線パターンの前記開口部側の端部までの距離は、好ましくは2μm以上100μm以下であるとよい。
本発明に係る他の部品内蔵基板は、樹脂基材の少なくとも一方の面に配線パターンが形成されると共に前記配線パターンと接続されるビアが形成された複数のプリント配線基材を、接着層を介して一括積層すると共に、前記複数のプリント配線基材のうち両面から他のプリント配線基材によって挟まれた少なくとも一つのプリント配線基材に開口部が形成され、この開口部内に電子部品を内蔵してなる多層構造の部品内蔵基板であって、前記開口部が形成されたプリント配線基材の配線パターンの少なくとも一部は、前記ビアを介して接続される第1部分と、この第1部分から前記開口部の開口端に向けて延びる第2部分とを有し、前記第2部分が前記開口部を取り囲むように枠状に配置されるパターンに形成されていることを特徴とする。
前記開口部が形成されたプリント配線基材には、好ましくは複数の前記配線パターンが形成され、前記複数の配線パターンの少なくとも一部は、それぞれ前記第1及び第2部分を有し、前記第2部分が前記枠状に集中配置されるパターンに形成されているとよい。
隣接する前記第2部分間の間隔は、好ましくは50μm以上200μm以下であるとよい。
前記配線パターンは、前記第2部分が前記開口部の開口端よりも水平方向に引っ込んだ位置に配置されるパターンに形成されているとよい。
また、前記開口部の開口端から前記第2部分の前記開口部側の端部までの距離は、好ましくは2μm以上100μm以下であるとよい。
本発明に係る一の部品内蔵基板の製造方法は、樹脂基材の少なくとも一方の面に配線パターンが形成されると共に前記配線パターンと接続されるビアが形成された複数のプリント配線基材を、接着層を介して一括積層すると共に、前記複数のプリント配線基材のうち両面から他のプリント配線基材によって挟まれた少なくとも一つのプリント配線基材に開口部が形成され、この開口部内に電子部品を内蔵してなる多層構造の部品内蔵基板の製造方法であって、複数の樹脂基材に前記配線パターン及び前記ビアを形成すると共に、前記複数の樹脂基材のうちの少なくとも一つに前記電子部品を内蔵する開口部、及びこの開口部の周囲において少なくとも一部が該開口部を取り囲む枠状に配置された配線パターンを形成して、複数のプリント配線基材を作製する工程と、前記複数のプリント配線基材を、前記電子部品が前記開口部に収容されるように位置決めして熱圧着により一括積層する工程とを備えたことを特徴とする。
本発明に係る他の部品内蔵基板の製造方法は、樹脂基材の少なくとも一方の面に配線パターンが形成されると共に前記配線パターンと接続されるビアが形成された複数のプリント配線基材を、接着層を介して一括積層すると共に、前記複数のプリント配線基材のうち両面から他のプリント配線基材によって挟まれた少なくとも一つのプリント配線基材に開口部が形成され、この開口部内に電子部品を内蔵してなる多層構造の部品内蔵基板の製造方法であって、複数の樹脂基材に前記配線パターン及び前記ビアを形成すると共に、前記複数の樹脂基材のうちの少なくとも一つに前記電子部品を内蔵する開口部、及びこの開口部の周囲において少なくとも一部が前記ビアを介して接続される第1部分と、この第1部分から前記開口部の開口端に向けて延びる第2部分とを有し、前記第2部分が前記開口部を取り囲むように枠状に配置されるパターンに形成された配線パターンを形成して、複数のプリント配線基材を作製する工程と、前記複数のプリント配線基材を、前記電子部品が前記開口部に収容されるように位置決めして熱圧着により一括積層する工程とを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、電子部品を収容する開口部周辺の基板の平坦性を確保しつつ基板全体の小型化を図ることができる。
本発明の第1の実施形態に係る部品内蔵基板の構造を示す断面図である。 図1のA−A’線断面を示す平面図である。 図1の一部拡大断面図である。 同部品内蔵基板の製造工程を示すフローチャートである。 同部品内蔵基板の製造工程を示すフローチャートである。 同部品内蔵基板の製造工程における電子部品の製造工程を示すフローチャートである。 同部品内蔵基板の製造工程を示すフローチャートである。 同部品内蔵基板を製造工程毎に示す断面図である。 同部品内蔵基板を製造工程毎に示す断面図である。 同部品内蔵基板に内蔵される電子部品を製造工程毎に示す断面図である。 同部品内蔵基板を製造工程毎に示す断面図である。 同部品内蔵基板の配線パターンの変形例を示す図である。 同部品内蔵基板の配線パターンの他の変形例を示す図である。 同部品内蔵基板の実施例において基板に発生した不良モードの説明図である。 同実施例における部品内蔵基板の不良モードと距離Dとの関係を示す図である。 同実施例における部品内蔵基板の不良発生数と距離Dとの関係を示すグラフである。 同実施例における部品内蔵基板の不良モードと間隔Sとの関係を示す図である。 本発明の第2の実施形態に係る部品内蔵基板の構造を示す図1のA−A’線断面に相当する部分の平面図である。 本発明の第3の実施形態に係る部品内蔵基板の構造を示す図1のA−A’線断面に相当する部分の平面図である。 従来例に係る部品内蔵基板の全体構成を示す概略図であり、図20(a)は断面図であり、図20(b)は図20(a)のM−M’線断面を示す平面図である。
以下、添付の図面を参照して、この発明の実施の形態に係る部品内蔵基板及びその製造方法を詳細に説明する。ただし、以下の実施の形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施の形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
[第1の実施形態]
図1に示すように、本発明の第1の実施形態に係る部品内蔵基板1は、第1プリント配線基材10、第2プリント配線基材20、第3プリント配線基材30及び第4プリント配線基材40を、接着層9を介してそれぞれ下から順に積層して熱圧着により一括積層した構造を備えている。
また、部品内蔵基板1は、第3プリント配線基材30の第3樹脂基材31の所定位置(ここでは、中央部)に形成された開口部39内に、第2及び第4プリント配線基材20,40に上下を挟まれた状態で内蔵された電子部品80を備えている。電子部品80としては、例えばトランジスタ、集積回路(IC)、ダイオード等の半導体素子からなる能動部品や、抵抗器、コンデンサ、リレー、圧電素子等の受動素子からなる受動部品を採用し得る。
第1〜第4プリント配線基材10〜40は、それぞれ第1樹脂基材11、第2樹脂基材21、第3樹脂基材31及び第4樹脂基材41と、これら第1〜第4樹脂基材11〜41の少なくとも一方の面に形成された配線パターン12,22,32,42とを備える。各配線パターン12〜42は、例えば信号用配線を構成したり、接地(GND)用配線として機能したりするもので、電気的導通が図られるものである。
また、第1〜第4プリント配線基材10〜40は、それぞれ第1、第2及び第4樹脂基材11,21,41に形成されたビアホール2内に充填形成されたビア14,24,44と、第3樹脂基材31に形成されたビアホール3内に第3樹脂基材31の両面を導通するように形成されたビア34とを備える。各ビア14〜44は、例えば信号用ビアを構成する。
なお、これら第1〜第4プリント配線基材10〜40は、例えば銅張積層板(CCL:Copper Clad Laminate)としての片面銅張積層板(片面CCL)又は両面銅張積層板(両面CCL)を用いて作製することができる。本実施形態においては、第3プリント配線基材30が両面CCLを用いて作製され、それ以外の第1、第2及び第4プリント配線基材10,20,40が片面CCLを用いて作製されている。従って、第3プリント配線基材30の配線パターン32は、第3樹脂基材31の両面側に形成され、信号用のビア34は、これら両面の配線パターン32同士を層間接続した構造となっている。
このような場合、ビア34は、例えば第3樹脂基材31の一方の面側の配線パターン32を貫通させることなく、他方の面側の配線パターン32を貫通する貫通孔内にめっきを施した構造のレーザービアホール(LVH)による穴開け加工のめっきビアからなる。この場合、めっきは、銅めっきにより形成されたものが挙げられる。
なお、このようにめっきが施された場合、少なくとも一方の配線パターン32上には図示しないめっき層が形成される。その他、図示は省略するが、層間接続は、貫通孔内をめっきする代わりに導電性ペーストを充填させて接続した構成としたり、各配線パターン32間を完全に貫通する貫通穴内にめっきを施した構造のめっきスルーホールにより接続した構成としてもよい。
一方、第1〜第4樹脂基材11〜41は、それぞれ例えば厚さdが約12μm〜50μm程度となる樹脂フィルムにより構成されている。樹脂フィルムとしては、例えばポリイミド、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、液晶ポリマー(LCP)等からなる樹脂フィルムや、熱硬化性のエポキシ樹脂等からなる樹脂フィルムなどを用いることができる。
電子部品80は、上述したような能動部品や受動部品等であり、図1に示す電子部品80は、再配線を施したWLPを示している。電子部品80の電極形成面81bには、パッド81c上に形成された複数の再配線電極81が設けられ、その周囲には絶縁層81dが形成されている。電子部品80は、電極形成面81bとは反対側の裏面81aから絶縁層81dの下面までを含めた厚さHが、約50μm〜150μm程度となるように形成されている。
配線パターン12〜42は、銅箔等の導電材からなる導体層8(図8参照)をエッチング等によりパターン形成してなり、その厚さtが約12μm〜25μm程度となるように形成されている。ビア14,24,44は、ビアホール2内にそれぞれ充填された導電性ペーストからなり、ビア34は、上記のようにビアホール3に施されためっきにより形成される。
なお、第3プリント配線基材30における配線パターン32は、中央部に形成された開口部39の周囲に、少なくとも一部がこの開口部39を取り囲む枠状に配置された状態で形成されていればよく、具体的には、図2に示すように、開口部39を取り囲む枠状に集中配置された状態で複数形成されている。これら配線パターン32は、例えば隣接する複数の配線パターン32,32の枠状に集中配置された部分の間の間隔Sが、約50μm以上200μm以下の範囲(50μm≦S≦200μm)に収まるように形成されている。また、各配線パターン32は、例えば開口部39の開口端から水平方向に引っ込んだ位置に配置されており、具体的には、開口部39の開口端の端面39aから配線パターン32の開口部39側の端部の端面32aまでの距離(水平距離)Dが、約2μm以上100μm以下の範囲(2μm≦D≦100μm)に収まるよう、好ましくは約2μm以上80μm以下(2μm≦D≦80μm)となるように形成されている。この距離Dは、好ましくは電子部品80の厚さHよりも小さい値(D<H)に設定される。
なお、第1の実施形態では上記のように端面39aから端面32aまでに距離Dが存在するとしているが、各配線パターン32は、その端部の端面32aが開口部39の開口端の端面39aと垂直方向に面一となるように(段差がないように)形成された態様(0<D≦100μm)も含まれ得る。また、各配線パターン32には、一部にダミーパターンが含まれていてもよい。これら各配線パターン32は、好ましくは第3樹脂基材31の両面において形成され得るが、少なくとも一方の面に形成されていてもよい。また、両面に形成された場合、垂直方向に対応する位置に形成されても、垂直方向にずれた位置に形成されてもよい。
このように、配線パターン32が開口部39を取り囲む枠状に集中配置されることで、熱圧着による一括積層時に配線パターン32上の接着層9が開口部39内に適切に押し出されて入り込むと共に、配線パターン32上にも適量が残留する。これにより、開口部39の周囲の第2及び第4樹脂基材21,41は平坦な状態のまま保たれる。
仮に、開口部39の周囲に枠状に配線パターン32が配置されていない場合は、接着層9が開口部39内に入り込むことに伴って、開口部39の周囲の第2及び第4樹脂基材21,41が第3樹脂基材31の方に向かって凹むことになる。これら樹脂基材21,41の凹みは、基板全体を通して変形を生じさせると共に、特に表層の表面形状に凹みが現われる原因となる。
これに対し、第1の実施形態に係る部品内蔵基板1は、上記のように配線パターン32が開口部39を取り囲む枠状に集中配置されているので、従来の部品内蔵基板100に設けられていた枠状部111が不要となるのみならず、熱圧着による一括積層時に開口部39の周囲の第2及び第4樹脂基材21,41が凹むことはなく、表層の表面形状に凹みが現われることもない。
なお、厳密には隣接する配線パターン32間には導体層8が存在しないため、この部分においては接着層9の流動により上述した第2及び第4樹脂基材21,41の凹みの問題が生じ得るが、配線パターン32間の間隔Sがこの凹み問題に影響を与えない範囲に設定されているため、表面形状に影響のある凹みの発生は皆無である。従って、開口部39の周辺のプリント配線基材20,40の平坦性を確保しつつ枠状部111の分だけ基板全体の小型化を図り、更に他の電子部品を部品内蔵基板1に表面実装する場合の実装不良の発生を抑えることができる。
導電性ペーストは、例えばニッケル、金、銀、銅、アルミニウム、鉄等から選択される少なくとも1種類の低電気抵抗の金属粒子と、錫、ビスマス、インジウム、鉛等から選択される少なくとも1種類の低融点の金属粒子とを含んでいる。そして、導電性ペーストは、これらの金属粒子に、エポキシ、アクリル、ウレタン等を主成分とするバインダ成分を混合したペーストからなる。
このように構成された導電性ペーストは、例えば含有された低融点の金属が200℃以下で溶融し合金を形成することができる特性を備えている。また、導電性ペーストは、特に銅や銀等とは金属間化合物を形成することができる特性を備えている。従って、各ビア14,24,44と配線パターン12〜42との接続部分は、一括積層の熱圧着時に金属間化合物により合金化され強固に接続される。
なお、導電性ペーストは、例えば粒子径がナノレベルの金、銀、銅、ニッケル等のフィラーが、上述したようなバインダ成分に混合されたナノペーストで構成することもできる。導電性ペーストは、その他、単に上述したニッケル等の金属粒子が、上記のようなバインダ成分に混合された形態のペーストからなるものであってもよい。このように構成された導電性ペーストは、金属粒子同士が接触することで電気的接続が行われる特性となる。
導電性ペーストのビアホール2(及びビアホール3)や貫通孔等への充填方法は、例えば印刷工法、スピン塗布工法、スプレー塗布工法、ディスペンス工法、ラミネート工法、及びこれらを併用した工法などを用いることができる。そして、第1〜第4プリント配線基材10〜40は、予め第1、第2及び第4プリント配線基材10,20,40に設けられた接着層9を介して積層されている。
接着層9を構成する接着材は、例えば加熱によって軟化した場合の所定の流動量(フロー量)が設定された熱硬化性樹脂からなる。ここで、図2及び図3に示すように、電子部品80は、開口部39内に開口端と接触しない状態で、その端面39aから距離L(例えば、約50μm)だけ離れた位置に収容される。従って、熱圧着による一括積層前の状態においては、電子部品80と開口部39との間には隙間が生じている。
この隙間は、一括積層の際にそこに空隙ができないように、完全に接着層9により埋められなければならない。このため、上記距離Lにより決まる隙間の間隔の他に、電子部品80の厚さHや第3樹脂基材31の厚さd、及び配線パターン32の厚さtなどの部品内蔵基板1の種々の設計要素を勘案した上で、接着層9のフロー量を定めなければならない。
具体的には、図3に図中太矢印で示すように、熱圧着による一括積層時には、電子部品80と開口部39との間の隙間には、第3プリント配線基材30の両面側から接着層9が流入するので、一括積層時の接着層9の実際の移動距離は、大凡として端面39a,32a間の距離Dと、配線パターン32の厚さtと、第3樹脂基材31の半分の厚さd/2とを足した距離(D+t+d/2)となる。従って、接着層9のフロー量を、この移動距離よりも長く設定すれば、電子部品80を収容した開口部39内の隙間に上下両方から接着層9が均一に満たされるので、空隙の発生を完全になくすことができる。
すなわち、フロー量をXとした場合、X>D+t+d/2と表すことができるので、端面39a,32a間の距離Dは、D<X−t−d/2によって求めることができる。なお、接着材のフロー量は、例えば予め熱硬化性樹脂の流動特性により決定されている。流動特性は、例えばフロー量が少ない接着材の場合はフロー量100μm、フロー量が多い接着材の場合はフロー量200μmなどと定められている。こうしてフロー量を設定することで、上記のように開口部39周りにおける各設計要素を決めることもできる。
このように、第1の実施形態に係る部品内蔵基板1では、配線パターン32が開口部39を取り囲む枠状に集中配置されているので従来の枠状部111が不要であり、更に端面39a,32a間の距離D及び配線パターン32間の間隔Sが接着材のフロー量と共に決められているため、電子部品80を収容する開口部39周辺の基板の平坦性を確保し、基板全体の小型化を図り、延いては表面実装における実装不良の発生を抑止することができる。
次に、第1の実施形態に係る部品内蔵基板1の製造方法について、図4〜図11を参照しながら説明する。
なお、図4及び図8は第4プリント配線基材40について、図5及び図9は第3プリント配線基材30について、図6及び図10は電子部品80について、図7及び図11は部品内蔵基板1の最終工程について、それぞれの製造工程の詳細を示している。また、第1及び第2プリント配線基材10,20については、第4プリント配線基材40の製造工程と同様の工程で製造することができるので、ここでは特に明記しない限り説明を省略する。
まず、図4のフローチャートを参照しながら第4プリント配線基材40の製造工程について説明する。図8(a)に示すように、第4樹脂基材41の一方の面にいわゆるベタ状態の銅箔等からなる導体層8が形成された片面CCLを準備する(ステップS100)。次に、導体層8上に例えばフォトリソグラフィによりエッチングレジスト(図示せず)を形成した後にエッチングを行って、図8(b)に示すように、配線パターン42を形成する(ステップS102)。
ここで、ステップS100にて使用する片面CCLの一例としては、厚さ12μmの銅箔からなる導体層8に、厚さ25μmの第4樹脂基材41を貼り合わせた構造のものが挙げられる。この片面CCLとしては、例えば公知のキャスティング法によって銅箔にポリイミドのワニスを塗布し、そのワニスを硬化させて作製されたものを用いることができる。
その他、片面CCLとしては、ポリイミドフィルム上にシード層をスパッタリングにより形成し、めっきにより銅を成長させて導体層8を形成したものや、圧延又は電解銅箔とポリイミドフィルムとを接着材により貼り合わせて作製されたもの等を用いることも可能である。
なお、第4樹脂基材41は、必ずしもポリイミドフィルムを基材(ベース)とする必要はなく、上述したように液晶ポリマー等のプラスチックフィルムを基材とするものであってもよい。また、上記ステップS102でのエッチングには、塩化第二鉄や塩化第二銅等を主成分とするエッチャントを用いることが可能である。
こうして配線パターン42を形成したら、図8(c)に示すように、第4樹脂基材41の配線パターン42形成面側と反対側の面に、接着材9a及びマスク材7を加熱圧着により貼り付ける(ステップS104)。このステップS104にて貼り付けられる接着材9aの一例としては、厚さ25μmのエポキシ系熱硬化性樹脂フィルムが挙げられる。加熱圧着は、例えば真空ラミネータを用いて減圧下の雰囲気中にて接着材9aが硬化しない温度で、例えば0.3MPaの圧力によりプレスしてこれらを貼り合わせることで実施され得る。
なお、層間の接着層9を構成する接着材9aは、エポキシ系の熱硬化性樹脂のみならず、アクリル系の接着材や、熱可塑性ポリイミド等に代表される熱可塑性接着材等が挙げられる。また、接着材9aは、必ずしもフィルム状である必要はなく、ワニス状の樹脂を塗布したものであってもよい。また、マスク材7は、上述した樹脂フィルムやポリエチレンテレフタレート(PET)やポリエチレンナフタレート(PEN)等のプラスチックフィルムの他に、UV照射によって接着や剥離が可能な各種フィルムを用い得る。
そして、貼り付けたマスク材7側から配線パターン42に向かって、例えばUV−YAGレーザ装置を用いてレーザ光を照射し、図8(d)に示すように、マスク材7、接着材9a及び第4樹脂基材41を貫通する貫通孔のビアホール2を所定箇所に形成する(ステップS106)。ビアホール2の直径は、例えば30μm〜80μmに設定され、形成後のビアホール2内には、例えばプラズマデスミア処理が施される。
このステップS106にて形成されるビアホール2は、その他に炭酸ガスレーザ(COレーザ)やエキシマレーザ等で形成されたり、ドリル加工や化学的なエッチング等により形成されたりしてもよい。また、デスミア処理は、CF及びO(四フッ化メタン+酸素)の混合ガスにより行うことが可能であるが、Ar(アルゴン)等のその他の不活性ガスも用い得る。また、デスミア処理は、いわゆるドライ処理ではなく、薬液を用いたウェットデスミア処理としてもよい。
こうして形成したビアホール2内に、例えばスクリーン印刷等により上述したような構成の導電性ペーストを充填してビア44を形成し(ステップS108)、図8(e)に示すように、マスク材7を剥離して除去することで(ステップS110)、本フローチャートによる一連の製造処理を終了する。
このような工程により、接着層9の表面から端部が僅かに突出した状態のビア44が形成され、接着層9が備えられた第4樹脂基材41を有する第4プリント配線基材40を製造することができる。なお、第1及び第2プリント配線基材10,20も同様に製造し、更に多層の場合は他のプリント配線基材を形成して準備しておくとよい。
次に、図5のフローチャートを参照しながら第3プリント配線基材30の製造工程について説明する。なお、以降の説明においては、既に説明した部分や箇所については同一の符号を附して説明を割愛する場合があり、各ステップの具体的な処理内容については、適宜上述した内容を適用可能であるとする。まず、図9(a)に示すように、第3樹脂基材31の両面に導体層8が形成された両面CCLを準備し(ステップS120)、図9(b)に示すように、所定箇所にビアホール3を形成して(ステップS122)、例えばプラズマデスミア処理を行う。
次に、図9(c)に示すように、第3樹脂基材31の全面に例えばパネルめっき処理を施して(ステップS124)、導体層8上及びビアホール3内に図示しないめっき層を形成して、配線パターン32及びビア34の原型を形成する。そして、図9(d)に示すように、第3樹脂基材31の両面にエッチング等を施して、配線パターン32やビア34等の各部を含んだ配線パターンを形成する(ステップS126)。このとき、配線パターン32は、上述したように、後に開口部39となる箇所の周りに少なくとも一部がこの開口部39を取り囲む枠状に集中配置された態様で複数形成される。
こうして配線パターンを形成したら、図9(e)に示すように、最終的に、電子部品80が内蔵される部分の第3樹脂基材31を、所定の開口径として例えば電子部品80の中心から放射方向に全周に亘ってその外形よりも50μm以上大きくなるようにUV−YAGレーザ装置等を用いてレーザ光を照射することにより除去し、この所定の開口径を有する開口部39を形成して(ステップS128)、本フローチャートによる一連の製造処理を終了する。このような工程により、第3プリント配線基材30を製造することができる。
そして、このように製造された第3プリント配線基材30の開口部39に内蔵される電子部品80は、例えば次のように製造される。ここでは、図6のフローチャートを参照しながら電子部品80の製造工程について説明する。まず、図10(a)に示すように、酸化ケイ素や窒化ケイ素等の無機絶縁層が形成されたダイシング前のウェハ82を準備する(ステップS130)。
ウェハ82を準備したら、図10(b)に示すように、準備したウェハ82の表面に、例えばセミアディティブ法によって、電子部品80のパッド81c上及び無機絶縁層上に、図示しない導体回路やパッド81cを覆う再配線電極81を形成する(ステップS132)。
そして、図10(c)に示すように、例えば液状の感光性ポリイミド前駆体をスピンコートし、フォトリソグラフィによってコンタクトホールを形成した後に、焼成することで絶縁層81dを形成する(ステップS134)。最後に、プロービングにより検査を行って、図10(d)に示すように、薄型化及びダイシングにより電子部品80を個片化して複数作製する(ステップS136)。
なお、上記ステップS134にて形成される絶縁層81dの樹脂は、例えばベンゾシクロブテン(BCB)やポリベンゾオキサゾール(PBO)等を用いることが可能である。また、感光性樹脂は、必ずしもスピンコートによって塗布される必要はなく、カーテンコートやスクリーン印刷、又はスプレーコート等によって塗布されてもよい。このようにして作製された電子部品80には、通常の導電用回路の他に、インダクタ、キャパシタ、抵抗等の各機能を付与させることも可能である。
最後に、図7のフローチャートを参照しながら部品内蔵基板1の最終工程について説明する。以上のようにして第1〜第4プリント配線基材10〜40を製造及び電子部品80を作製したら、図11に示すように、電子部品80の再配線電極81と第2プリント配線基材20のビア24とを、電子部品用実装機で位置合わせして、第2プリント配線基材20の接着層9とビア24の導電性ペーストとが硬化していない状態で、電子部品80を第2プリント配線基材20に仮留め接着する。
その後、各プリント配線基材10〜40及び電子部品80を位置決め、具体的には第2及び第4プリント配線基材20,40が接着層9をそれぞれ第3プリント配線基材30側に向けた状態で、電子部品80が第3プリント配線基材30の開口部39内に開口端と非接触で収まるように位置決めし、積層する(ステップS140)。最後に、例えば真空プレス機を用いて、1kPa以下の減圧雰囲気中にて加熱加圧することで熱圧着により一括積層し(ステップS142)、本フローチャートによる一連の製造処理を終了して、図1に示すような部品内蔵基板1を製造する。
このように、第1の実施形態に係る部品内蔵基板1の製造方法では、複数の配線パターン32の少なくとも一部が開口部39を取り囲む枠状に集中配置された第3プリント配線基材30を、第2及び第4プリント配線基材20,40で挟んだ状態で、第1〜第4プリント配線基材10〜40を熱圧着により一括積層する。これにより、第2及び第4プリント配線基材20,40の接着層9が電子部品80と開口部39との隙間に上下方向から均一に入り込むのでこの隙間に空隙が形成されることはなく、また開口部39の周囲において第2及び第4樹脂基材21,41が第3樹脂基材31の方へ凹むこともないので、電子部品80を収容する開口部39周辺の基板の平坦性を確保しつつ基板全体の小型化が可能な部品内蔵基板1を製造することができる。このようにして製造された部品内蔵基板1は、表面形状においても凹みが抑えられるため、表面実装における実装不良の発生を効果的に抑えることが可能である。
なお、第3プリント配線基材30に形成された配線パターン32は、図12及び図13に示すように設けられていてもよい。まず、図12に示すように、一の変形例の配線パターン32は、平面視で見てそれぞれ一部が角丸三角形のような形状をしている。そして、配線パターン32は、各辺のうちの一辺が開口部39の開口端の端面39aにそれぞれ平行且つ直線を形成するように沿っていると共に、それぞれ間隔S毎に離れた状態で配置されている。配線パターン32をこのように配置すれば、限りなく連続する枠に近い形で各配線パターン32を開口部39の周囲に集中配置することができるので、上述した作用効果をより奏し易くすることが可能である。
また、他の変形例の配線パターン32は、図13に示すように、平面視で見てそれぞれ一部が角丸平行四辺形のような形状をしている。そして、配線パターン32は、各辺のうちの一辺が開口部39の開口端の端面39aにそれぞれ平行且つ直線を形成するように沿っていると共に、それぞれ隣接方向に対向する辺同士が端面39aに対して斜めに交わるように間隔S毎に離れた状態で配置されている。配線パターン32をこのように配置すれば、上記一の変形例と同様の作用効果を奏する。また、これと共に、間隔Sが空いた部分(配線パターン32が形成されていない部分)は、上記のように端面39aに対して斜めに配置されているので、図中矢印で示す方向に直線状に間隔Sが空いた部分が配置されている場合と比較して、次のような特徴がある。
すなわち、間隔Sが空いた部分には、配線パターン32が形成されていないため、配線パターン32の表面を基準とした場合、その表面から第3樹脂基材31の表面までの段差(凹み)が存在することとなる。この場合、熱圧着による一括積層時に接着層9はその段差部分にも流れ込む。
このとき、間隔Sが空いた部分が端面39aに対して斜めに配置されていれば、単位面積当たりでみた場合に上記直線状に配置されているものと比べて局所的に大きな段差(凹み)ができるよりは範囲が広くても少ない段差(凹み)とすることができる。従って、この段差部分への接着層9の流れ込みの影響を少なくすることができ、第2及び第4樹脂基材21,41の開口部39の周囲における凹みをより抑えることが期待できる。このように、配線パターン32は、種々の形状で枠状に配置形成することが可能である。
次に、第1の実施形態に係る部品内蔵基板1の実施例について説明する。
本実施例では、まず、接着層9を構成する接着材の材質、電子部品80の厚さH、端面39a,32a間の距離D、及び配線パターン32間の間隔Sを変えた部品内蔵基板1を種々のサンプル基板として試作した。そして、それぞれのサンプル基板に発生した種々の不良モードを観察し、上述した部品内蔵基板1の各設計要素の最適値を求めた。
不良モードは、図14に示すように、0が不良なし、1が部品/パターン間絶縁不良、2が接着材充填不良、3が基板表面平坦性不良として表した。接着層9を構成する接着材は、接着材Aがフロー量が100μmと少なく、接着材Bがフロー量が200μmと多いものとした。内蔵される電子部品80は、部品の厚さHが、それぞれの接着材A,Bについて(1)0.05mm、(2)0.1mm、(3)0.15mmの3つを用意した。
また、配線パターン32は、端面39a,32a間の距離Dが、0mmから0.2mmまでの範囲内で10種類の異なる値となるように設定して枠状に集中配置した。このとき、隣接する配線パターン32間の間隔Sは、50μmに設定した。以上の条件において、試作したサンプル基板に発生した不良モードと端面39a,32a間の距離D(以下、「距離D」と呼ぶ。)との関係をまとめると、図15に示すようになる。
まず、接着材Aにより構成される接着層9を用いた場合、距離Dが0mmのときは上記(1)〜(3)のいずれの部品厚においても、電子部品80と配線パターン32とが接触して部品/パターン間絶縁不良が発生した。また、距離Dが0.001mmのときは(3)の部品厚のときのみ部品/パターン間絶縁不良が発生した。
そして、距離Dが0.002mm、0.005mm、0.01mm、0.02mm、0.05mmのいずれのときにも、(1)〜(3)のいずれの部品厚においても不良は発生しないことが確認された。なお、距離Dが0.1mmのときには(3)の部品厚のときのみ接着材充填不良が発生した。
更に、距離Dが0.15mm及び0.2mmのときは、それぞれ(1)の部品厚においては不良が発生しなかったものの、(2)の部品厚のときに接着材充填不良が発生し、(3)の部品厚のときには接着材充填不良と共に基板表面平坦性不良が併発した。以上のことから、接着材Aを接着層9として用いた場合の距離Dは、0.002mm〜0.05mmの範囲内で設定されることが好適であると判明した。
次に、接着材Bにより構成される接着層9を用いた場合、距離Dが0mmのときは(1)〜(3)のいずれの部品厚においても、部品/パターン間絶縁不良が発生した。そして、距離Dが0.001mm、0.002mm、0.005mm、0.01mm、0.02mm、0.05mm、0.1mmのいずれのときにも、(1)〜(3)のいずれの部品厚においても不良が発生しないことが確認された。なお、距離Dが0.15mmのときには(3)の部品厚のときのみ基板表面平坦性不良が発生した。
更に、距離Dが0.2mmのときは(1)の部品厚においては不良が発生しなかったものの、(2)及び(3)のいずれの部品厚においても基板表面平坦性不良が発生した。以上のことから、接着材Bを接着層9として用いた場合の距離Dは、0.001mm〜0.1mmの範囲内で設定されることが好適であると判明した。
そして、発生した不良モードのうち、試作されたサンプル基板10個中の接着材充填不良又は基板表面平坦性不良の不良発生個数と距離Dとの関係をグラフ化してまとめると、図16に示すようになる。このグラフによると、距離Dが0.2mmのときに接着材Aを接着層9として用いた場合は、(1)の部品厚のときは不良は発生しないが、(2)の部品厚のときには2個、(3)の部品厚のときには8個それぞれ発生したことが分かる。また、距離Dが同条件のときに接着材Bを接着層9として用いた場合は、(1)の部品厚のときは不良は発生しないが、(2)の部品厚のときには1個、(3)の部品厚のときには4個それぞれ発生したことが分かる。
同様に、距離Dが0.15mmのときに接着材Aを用いた場合は、(1)の部品厚のときは不良は発生しないが、(2)の部品厚のときには1個、(3)の部品厚のときには3個それぞれ発生したことが分かる。また、距離Dが同条件のときに接着材Bを用いた場合は、(1)及び(2)の部材厚のときは不良は発生しないが、(3)の部品厚のときには2個発生したことが分かる。
また、距離Dが0.12mmのときに接着材Aを用いた場合は、(3)の部品厚のときのみ不良が2個発生したことが分かり、距離Dが同条件のときに接着材Bを用いた場合は、(3)の部材厚のときのみ不良が1個発生したことが分かる。また、距離Dが0.11mmのときに接着材Aを用いた場合及び接着材Bを用いた場合のいずれにおいても、(3)の部品厚のときのみ不良がそれぞれ1個発生したことが分かる。
更に、距離Dが0.10mmのときに接着材Aを用いた場合における(3)の部品厚のときのみ、不良が1個発生したことが分かる。そして、距離Dが0.08mm及び0.05mmのときには、接着材A及び接着材Bのいずれを用いた場合であっても、不良は発生しないことが分かる。
このことから、電子部品80の厚さHが厚いほど、或いは接着層9を構成する接着材のフロー量が小さいほど、サンプル基板における不良の発生率が高いことが分かる。例えば、距離Dが0.10mm以下ならば、電子部品80の厚さHを0.1mm以下のものにするか、又は接着材Bを用いて接着層9を構成するかの対策を取ることで、不良の発生を解消することができる。
ここで、図16に示した結果から距離Dを0.08mm以下にすることによって、接着材A及び接着材Bのいずれをも接着層9として採用し得ることが分かる。このような場合は、部品の厚さHが0.15mmと標準的なものよりも厚いものを用いても基板に不良は発生しない。このように、適切な距離Dを設定することで、内蔵される電子部品80の許容高さ制限が緩和されるので、いわゆる汎用部品の内蔵が可能になり部品内蔵基板1の応用分野を拡大させる効果が期待できる。
なお、距離Dの0.08mmという数値は、第1の実施形態において上述した式X>D+t+d/2及びD<X−t−d/2から、例えば次のように求めることができる。すなわち、配線パターン32の厚さt及び第3樹脂基材31の厚さdをそれぞれ0.012mmとし、接着層9のフロー量Xを0.1mmとすれば、0.1>D+0.012+0.006となり、D<0.1−0.018=0.082となるので、D<0.08mmと規定することができる。
次に、試作した部品内蔵基板1に発生した不良モードと配線パターン32間の間隔S(以下、「間隔S」と呼ぶ。)との関係をまとめると、図17に示すようになる。なお、図16においては、接着材Aにより接着層9を構成し、(2)及び(3)の部品厚を用いた場合についてのみ表されている。
まず、間隔Sが0.05mm、0.1mm、0.2mmのいずれのときにも、(2)及び(3)のいずれの部品厚においても不良は発生しないことが確認された。なお、間隔Sが0.3mm及び0.5mmのいずれのときにも、それぞれ(2)の部品厚においては不良が発生しなかったものの、(3)の部品厚のときのみ基板表面平坦性不良が発生した。また、間隔Sが0.05mm未満であると、フォトリソグラフィの限界から配線パターン32間での絶縁不良が発生する可能性が増大する。以上のことから、接着材Aを接着層として用いた場合に間隔Sは、0.05mm〜0.2mmの範囲内で設定されることが好適であると判明した。
従って、配線パターン32を、間隔Sが50μm以上200μm以下の範囲内で定まり、且つ距離Dが2μm以上100μ以下の範囲、好ましくは2μm以上80μm以下の範囲内で定まるように、開口部39を取り囲む枠状に集中配置された状態で複数形成すれば、開口部39周辺の基板の平坦性を確保しつつ基板全体の小型化を図ると共に表面実装における実装不良の発生を抑止することが可能な部品内蔵基板1を実現することができる。
[第2の実施形態]
次に、第2の実施形態に係る部品内蔵基板1について説明する。
図18に示すように、第2の実施形態に係る部品内蔵基板1は、第3プリント配線基材30の開口部39の周囲に設けられる各配線パターン32の少なくとも一部が、例えば第4プリント配線基材40のビア44を介して接続される第1部分32bと、この第1部分から開口部39の開口端に向けて延びる第2部分32cとをそれぞれ有し、第2部分32cが開口部39を取り囲むように枠状に集中配置されるパターンに形成されている点が、第1の実施形態に係る部品内蔵基板1の第3プリント配線基材30の配線パターン32と相違している。
なお、第2の実施形態に係る部品内蔵基板1の配線パターン32は、更に第1部分32bを介して第2部分32cと重ならないようにパターン形成された第3部分32dを有している。このように構成された配線パターン32は、上述した第3プリント配線基材30の製造工程におけるステップS126において、複数の配線パターン32をエッチング等によりパターン形成する際に、少なくとも一部が例えばビア44を介して接続される第1部分32bから後に開口部39となる箇所に向けて延びる第2部分32cをそれぞれ備え、この第2部分32cが開口部39の周りを取り囲むように枠状に集中配置したパターンに形成することで作製される。
このように第1〜第3部分32b〜32dを有する配線パターン32を備えて構成された第2の実施形態に係る部品内蔵基板1では、第1の実施形態に係る部品内蔵基板1及びその製造方法と同様の作用効果を奏することができると共に、配線パターン32の第1部分32bがビアと接続されるので、導通或いは放熱などの設計自由度を更に向上させることができる。
[第3の実施形態]
次に、第3の実施形態に係る部品内蔵基板1について説明する。
なお、図19においては、配線パターン32にハッチングを施して表してある。
図19に示すように、第3の実施形態に係る部品内蔵基板1は、開口部39が形成された第3プリント配線基材30の第3樹脂基材31上に配線パターン32が形成されている。配線パターン32は、ベタパターン32eとランドパターン32fを含む。部品内蔵基板1は、このように形成された配線パターン32の少なくとも一部(ベタパターン32e)が、開口部39の周囲にこの開口部39を取り囲む枠状に配置されている点が、第1及び第2の実施形態に係る部品内蔵基板1とは相違している。
すなわち、配線パターン32は、開口部39の周囲に枠状に設けられるベタパターン32eが、第3樹脂基材上に形成された配線パターン32の少なくとも一部により構成され、ランドパターン32fがベタパターン32e内に、ベタパターン32eとの電気的導通を避けるように絶縁された状態で形成されることにより構成されている。なお、ベタパターン32eは、ビア44等により他層の回路等と電気的導通が図られているため、単なる枠状のパターンとは異なるものである。
このように形成された配線パターン32を備えて構成された第3の実施形態に係る部品内蔵基板1では、第1及び第2の実施形態に係る部品内蔵基板1及びその製造方法と同様の作用効果を奏することができると共に、開口部39周りの機械的強度をより高めることが可能となる。
以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
例えば、上記の実施の形態では、接着層9を構成する接着材として、フロー量の大小2種類を例に挙げて説明したが、更に異なるフロー量に設定された接着材を採用して、距離Dや間隔Sの値を設定するようにしてもよい。また、配線パターン32の形状は、開口部39の周囲を取り囲む枠状に集中配置された部分があれば、上記形状や配置態様に限定されるものではない。
1 部品内蔵基板
2、3 ビアホール
7 マスク材
8 導体層
9 接着層
9a 接着材
10 第1プリント配線基材
11 第1樹脂基材
12,22,32,42 配線パターン
14,24,34,44 ビア
20 第2プリント配線基材
21 第2樹脂基材
30 第3プリント配線基材
31 第3樹脂基材
32a,39a 端面
39 開口部
40 第4プリント配線基材
41 第4樹脂基材
80 電子部品

Claims (12)

  1. 樹脂基材の少なくとも一方の面に配線パターンが形成されると共に前記配線パターンと接続されるビアが形成された複数のプリント配線基材を、接着層を介して一括積層すると共に、前記複数のプリント配線基材のうち両面から他のプリント配線基材によって挟まれた少なくとも一つのプリント配線基材に開口部が形成され、この開口部内に電子部品を内蔵してなる多層構造の部品内蔵基板であって、
    前記開口部が形成されたプリント配線基材の前記配線パターンの少なくとも一部が前記開口部の周囲に該開口部を取り囲む枠状に配置されている
    ことを特徴とする部品内蔵基板。
  2. 前記開口部が形成されたプリント配線基材には、複数の前記配線パターンが形成され、
    前記複数の配線パターンの少なくとも一部が、前記枠状に集中配置されている
    ことを特徴とする請求項1記載の部品内蔵基板。
  3. 隣接する前記複数の配線パターンの前記枠状に集中配置された部分の間の間隔は、50μm以上200μm以下である
    ことを特徴とする請求項2記載の部品内蔵基板。
  4. 前記配線パターンは、前記開口部の開口端よりも水平方向に引っ込んだ位置に配置されている
    ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の部品内蔵基板。
  5. 前記開口部の開口端から前記配線パターンの前記開口部側の端部までの距離は、2μm以上100μm以下である
    ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載の部品内蔵基板。
  6. 樹脂基材の少なくとも一方の面に配線パターンが形成されると共に前記配線パターンと接続されるビアが形成された複数のプリント配線基材を、接着層を介して一括積層すると共に、前記複数のプリント配線基材のうち両面から他のプリント配線基材によって挟まれた少なくとも一つのプリント配線基材に開口部が形成され、この開口部内に電子部品を内蔵してなる多層構造の部品内蔵基板であって、
    前記開口部が形成されたプリント配線基材の前記配線パターンの少なくとも一部は、前記ビアを介して接続される第1部分と、この第1部分から前記開口部の開口端に向けて延びる第2部分とを有し、前記第2部分が前記開口部を取り囲むように枠状に配置されるパターンに形成されている
    ことを特徴とする多層構造の部品内蔵基板。
  7. 前記開口部が形成されたプリント配線基材には、複数の前記配線パターンが形成され、
    前記複数の配線パターンの少なくとも一部は、それぞれ前記第1及び第2部分を有し、
    前記第2部分が前記枠状に集中配置されるパターンに形成されている
    ことを特徴とする請求項6記載の部品内蔵基板。
  8. 隣接する前記第2部分間の間隔は、50μm以上200μm以下である
    ことを特徴とする請求項7記載の部品内蔵基板。
  9. 前記配線パターンは、前記第2部分が前記開口部の開口端よりも水平方向に引っ込んだ位置に配置されるパターンに形成されている
    ことを特徴とする請求項6〜8のいずれか1項記載の部品内蔵基板。
  10. 前記開口部の開口端から前記第2部分の前記開口部側の端部までの距離は、2μm以上100μm以下である
    ことを特徴とする請求項6〜9のいずれか1項記載の部品内蔵基板。
  11. 樹脂基材の少なくとも一方の面に配線パターンが形成されると共に前記配線パターンと接続されるビアが形成された複数のプリント配線基材を、接着層を介して一括積層すると共に、前記複数のプリント配線基材のうち両面から他のプリント配線基材によって挟まれた少なくとも一つのプリント配線基材に開口部が形成され、この開口部内に電子部品を内蔵してなる多層構造の部品内蔵基板の製造方法であって、
    複数の樹脂基材に前記配線パターン及び前記ビアを形成すると共に、前記複数の樹脂基材のうちの少なくとも一つに前記電子部品を内蔵する開口部、及びこの開口部の周囲において少なくとも一部が該開口部を取り囲む枠状に配置された配線パターンを形成して、複数のプリント配線基材を作製する工程と、
    前記複数のプリント配線基材を、前記電子部品が前記開口部に収容されるように位置決めして熱圧着により一括積層する工程とを備えた
    ことを特徴とする部品内蔵基板の製造方法。
  12. 樹脂基材の少なくとも一方の面に配線パターンが形成されると共に前記配線パターンと接続されるビアが形成された複数のプリント配線基材を、接着層を介して一括積層すると共に、前記複数のプリント配線基材のうち両面から他のプリント配線基材によって挟まれた少なくとも一つのプリント配線基材に開口部が形成され、この開口部内に電子部品を内蔵してなる多層構造の部品内蔵基板の製造方法であって、
    複数の樹脂基材に前記配線パターン及び前記ビアを形成すると共に、前記複数の樹脂基材のうちの少なくとも一つに前記電子部品を内蔵する開口部、及びこの開口部の周囲において少なくとも一部が前記ビアを介して接続される第1部分と、この第1部分から前記開口部の開口端に向けて延びる第2部分とを有し、前記第2部分が前記開口部を取り囲むように枠状に配置されるパターンに形成された配線パターンを形成して、複数のプリント配線基材を作製する工程と、
    前記複数のプリント配線基材を、前記電子部品が前記開口部に収容されるように位置決めして熱圧着により一括積層する工程とを備えた
    ことを特徴とする部品内蔵基板の製造方法。
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