JP2006190953A - メッキによるチップ内蔵型プリント回路基板およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】チップを中心層形成段階でメッキによって中心層に固定させるので、以後の工程遂行が容易なチップ内蔵型プリント回路基板の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明のチップ内蔵型プリント回路基板の製造方法は、銅張積層基板にチップ挿入用空洞およびビアホールを加工する段階と、前記空洞にチップを挿入する段階と、前記基板に全面メッキを施す段階と、前記基板の両面に回路パターンを形成して中心層を形成する段階と、前記基板に追加回路層および絶縁層を積層する段階とを含む。
【選択図】図4g

Description

本発明は、チップ内蔵型プリント回路基板およびその製造方法に係り、より具体的には、チップの内蔵される中心層にチップ挿入用空洞を形成し、チップを挿入し、メッキによってチップを中心層に固定した後、他の中心層の製造工程を行い、その後前記回路層に未硬化樹脂層および別の回路パターンの形成された層を追加積層するプリント回路基板の製造方法およびこれにより製造されたプリント回路基板に関するものである。
最近、電子産業の発達に伴う電子製品の小型化および高機能化の要求に対応するために、電子産業の技術は、抵抗、キャパシタ、IC(integrated circuit)などを基板に挿入する方向に発展している。現在まで大部分のプリント回路基板PCBの表面には一般的な個別チップ抵抗(Discrete Chip Resistor)または一般的な個別チップキャパシタ(Discrete Chip Capacitor)を実装しているが、最近、抵抗またはキャパシタなどのチップを内蔵したプリント回路基板が開発されている。
このようなチップ内蔵型プリント回路基板技術とは、新しい材料(物質)と工程を用いて基板の外部あるいは内層に抵抗またはキャパシタなどのチップを挿入して既存のチップ抵抗およびチップキャパシタの役割を代替する技術をいう。言い換えれば、チップ内蔵型プリント回路基板は、基板自体の内層或いは外部のチップ、たとえばキャパシタが埋め込まれている形態であって、基板自体の大きさを問わず、チップがプリント回路基板の一部分に統合してあればこれを「チップ内蔵型」といい、このような基板をチップ内蔵型プリント回路基板(Embedded Chip PCB)という。このようなチップ内蔵型プリント回路基板の最も重要な特徴は、チップがプリント回路基板の一部分として本来備えられているため、基板の表面に実装する必要がないことにある。
一方、現在までのチップ内蔵型プリント回路基板技術は、大きく3種の方法に分類できる。
第一に、重合体キャパシタペーストを塗布し、熱硬化、すなわち乾燥させてキャパシタを実現する重合体厚膜型(Polymer Thick Film Type)キャパシタを実現する方法がある。この方法は、プリント回路基板の内層に重合体キャパシタペーストを塗布し、これを乾燥させた後、電極を形成するように銅ペーストをプリントおよび乾燥させることにより、内蔵型キャパシタを製造する。
第二に、セラミック充填感光性樹脂(Ceramic Filled photo-dielectric resin)をプリント回路基板にコーティングして個別内蔵型キャパシタ(embedded discrete type capacitor)を実現する方法であって、米国Motorola社が関連特許技術を保有している。この方法は、セラミック粉末含有の感光性樹脂を基板にコートした後、銅箔(copper foil)層を積層させてそれぞれの上部電極および下部電極を形成し、その後回路パターンを形成し、感光性樹脂をエッチングして個別キャパシタを実現する。
第三に、プリント回路基板の表面に実装されたデカップリングキャパシタ(Decoupling capacitor)を代替することができるよう、プリント回路基板の内層にキャパシタンス特性を有する別途の誘電層を挿入してキャパシタを実現する方法であって、米国Sanmina社が関連特許技術を保有している。この方法は、プリント回路基板の内層に電源電極および接地電極からなる誘電層を挿入して電源分散型デカップリングキャパシタ(Power distribeted decoupling capacitor)を実現している。
一方、電子製品の様々な機能と優れた性能を満足するために、部品の速度は引き続き増加しており、部品の速度を向上させるために、パッケージのボンディング方式もリードフレーム、ワイヤボンディング、ピン型(Pin Type)のボンディング方式から小さいサイズのボール型ボンディング(Ball Type Bonding)方式、フリップチップボンディング(Flip-Chip Bonding)方式に変化している。
現在、フリップチップボンディング方式を採用する高速製品、例えばCPU或いはグラフィックチップセット(Graphic Chip Set)の場合、クロックが2GHz以上の速度で動作している。このようなCPUまたはチップセットの場合、短い信号立ち上り時間、さらに多くの電流を要求し、高速で動作するために、ICおよびフリップチップパッケージ、メインボードとの信号線間隔が引き続き短くなるように設計されている。
しかし、このように部品の速度が速くなるほど電源供給配線に電圧動揺(Voltage Fluctuation)が発生し、結果としてSSN(Simultaneous Switching Noise)或いはDelta−I(ΔI)という高周波雑音が段々大きく発生する。このようなSSNを減らすためには、素子の動作に必要な電流とスイッチング速度が変えられないときには、電源供給配線のインダクタンスを減らすことが最も効果的な方法であり、電源供給配線の電圧動揺を減らすためには、デカップリングキャパシタ(Decoupling Capacitor)を使用する。
電源供給配線にはデカップリングチップキャパシタ(Decoupling Chip Capacitor)を設置して回路のスイッチングに必要な電流を直接供給することにより、電源供給配線の有するインダクタンスを遮蔽させて電圧降下(Voltage Drop)効果を著しく低めるとともにSSNを減らすことができる。
図1a〜図1fは従来例1に係るチップ内蔵型プリント回路基板の製造方法の流れを示す断面図であって、特許文献1に開示されている。
図1aに示すように、絶縁層1に空洞3を加工し、導通孔2を形成した後、導通孔2の内部に伝導性インクを充填させる。図1bに示すように、保護フィルム6上に、一般的な回路形成段階を経て所定のパターンを含む回路4を形成し、図1cに示すように、所定のパターンを含む回路4上に電気素子5を実装させる。その後、図1dに示すように、伝導性インクの充填された導通孔2の表面と所定のパターンを含む回路4とを一致するように接合し、図1eに示すように、保護フィルム6を除去する。次いで、図1fに示すように、所定のパターンを含む回路9、および伝導性インクの充填されたビアホール11を含む回路層7、8を形成した後、中心絶縁層1の両面に回路層7、8を積層する。
図2a〜図2dは従来例2に係るチップ内蔵型プリント回路基板の製造方法の流れを示す断面図であって、特許文献1に開示されている。
図2aに示すように、所定のパターンで形成された回路22および導通孔21を含む回路層20を形成する。図2bに示すように、所定のパターンで形成された回路22上に電気素子23を実装させる。その後、図2cに示すように、中心層25に空洞を加工した後、所定の回路パターン26および導通孔27を形成して回路層20上に積層し、図2dに示すように、中心層25上に、所定のパターンで形成された回路29および導通孔30を含む回路層28を形成して積層する。
上述した従来例1および従来例2に係る従来の技術では、中心層において電気素子と絶縁層との間に余白が多くて空間を大きく占めるという問題点があった。
また、従来例1および従来例2に係る従来の技術では、チップと銅箔層間の空間が広くて放熱の効果を得ることができないという問題点があった。
次に、図3aは従来例3に係るチップ内蔵型プリント回路基板の積層時の様子を概略的に示す断面図、図3b〜図3fは図3aのコア形成工程の流れを示す断面図であって、特許文献2に開示されている。
図3aに示すように、下部回路層は、所定のパターンで形成された回路3および放熱パターン6を含むフィルム8からなっている。ここで、放熱パターン6上に伝導性インク9を充填する。次に、中心層は、フィルム8に空洞を加工した後、所定のパターンで形成された回路3および導通孔8aを形成して積層する。ここで、フィルム8は電気素子5の厚さに合う層数を準備する。最終的に、上部回路層は、所定のパターンで形成された回路3および導通孔8aを含むフィルム8を形成した後、電気素子5の挿入された中心層に回路層を一括的に積層する。図3bに示すように、各層のコア形成段階は、まずフィルム8上に銅箔層10を積層する。次いで、図3cに示すように、フィルム8上の銅箔層10は一般的な回路形成段階を経て回路3を形成し、フィルム8の下部には保護フィルム11を塗布する。その後、図3dに示すように、上部の回路3に対応する部分のフィルム8および保護フィルム11に導通孔8aを形成し、図3eに示すように、形成された導通孔8aの内部に伝導性インク9を充填させる。最終的に、図3fに示すように、保護フィルム11を除去する。
上述した従来例3に係る従来の技術では、一括的に積層するとき、伝導性インクの充填されたビアホールをチップに接合させるので、各層間の位置合わせを精密に行うことができないという問題点があった。また、放熱パターンを用いて放熱することにより、放熱パターンの放出通路の大きさだけ高密度回路形成の際に制約を受けるという問題点があった。
これと関連し、特許文献3には、チップコンデンサをコア層に内蔵してICチップとチップコンデンサとの距離を短くする方法を開示している。特許文献3の発明は、単純な導電性接着剤によってチップコンデンサをコア層に内蔵する方法であって、その製造工程において従来のチップ内蔵型プリント回路基板の製造方法における問題点を依然として持っている。
特開2004−7006号公報 特開2004−153084号公報 国際特許WO01/19148号パンフレット
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、チップを中心層形成段階でメッキによって中心層に固定させるので、以後の工程遂行が容易なチップ内蔵型プリント回路基板の製造方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、中心層の形成後に追加積層を行う前に、チップの連結状態などに対する電気的検査を行うことにより、誤りの修正が容易なチップ内蔵型プリント回路基板の製造方法を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、チップの電気接続に半田を使用しなくてもよいので、半田によるノイズの発生を防止することが可能なチップ内蔵型プリント回路基板およびその製造方法を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、プリント回路基板に内蔵されるチップの電気接続特性が向上したチップ内蔵型プリント回路基板およびその製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の一実施例に係るチップ内蔵型プリント回路基板の製造方法は、銅張積層基板にチップ挿入用空洞およびビアホールを加工する段階と、前記空洞にチップを挿入する段階と、前記基板に全面メッキを施す段階と、前記基板の両面に回路パターンを形成して中心層を形成する段階と、前記基板に追加回路層および絶縁層を積層する段階とを含むことを特徴とする。
また、本発明の一実施例に係るチップ内蔵型プリント回路基板は、貫通孔および空洞が形成され、前記空洞に挿入されてメッキによって固定されたチップ、および両面に形成された回路パターンからなる中心層と、前記中心層の一面または両面に積層され、前記伝導性インクが充填された貫通孔を含む絶縁層と、前記絶縁層上に積層され、前記貫通孔を介して前記中心層のメッキ層と電気的に接続される回路パターンおよびビアホールが形成され回路層とを含むことを特徴とする。
本発明のチップ内蔵型プリント回路基板の製造方法によれば、チップを中心層形成段階でメッキによって中心層に固定させるので、以後の工程における取り扱いが容易となる。
本発明のチップ内蔵型プリント回路基板の製造方法によれば、中心層の形成後に追加積層を行う前にチップの連結状態などに対する電気的検査を行って誤りを修正することができる。
本発明のチップ内蔵型プリント回路基板の製造方法によれば、チップの電気接続に半田を使用しなくてもよいので、半田によるノイズの発生を防止することができる。
本発明のチップ内蔵型プリント回路基板の製造方法によれば、チップがメッキによって従来の半田による接続方法より広い面積で基板に接続されるので、電気的特性および放熱特性が向上する。
本発明のチップ内蔵型プリント回路基板の製造方法によれば、チップを挿入した後基板にメッキを行う前に、基板全体に対して洗浄工程を行うので、チップを別途に洗浄する工程を省略して洗浄工程を減らすことができる。
本発明のチップ内蔵型プリント回路基板の製造方法は、薄板状に製作可能な全種類のチップをプリント回路基板に挿入することに適用できる。
以下、添付図面を参照して本発明をより詳細に説明する。
図4a〜図4gは本発明の一実施例に係るチップ内蔵型プリント回路基板の製造方法における中心層の製造工程を示す。
図4aに示すように、銅張積層基板(CCL)400を準備する。CCL400は絶縁材401の両面に銅箔層402が積層されたものである。CCL400としてはガラス/エポキシ銅張積層基板が好ましい。ガラス/エポキシ銅張積層基板は、ガラス繊維にエポキシ樹脂(樹脂と硬化剤の配合物)を浸透させた絶縁材と、その上に積層された銅箔層とから構成される。
図4bに示すように、CCL400にチップが挿入される空洞403およびビアホール404を形成する。空洞403およびビアホール404の形成方法としてはCNCドリリングなどの機械的ドリリングが好ましい。プリント回路基板の製造工程でよく使用されるレーザドリリングも可能であるが、レーザは銅箔層402を通過することができないため、レーザドリリングを使用するには、空洞403およびビアホール404が形成されるべき部分の銅箔層を予めエッチングなどの方法で除去しなければならないので、一つの工程が追加的に必要となる。ドリリング工程後には、ドリリングによって発生したスミア(smear)を除去するためのデスミア(desmear)工程を行うことが好ましい。
図4cに示すように、空洞を有するCCL400の一面に、樹脂からなる粘着シート408を付着させ、空洞403にチップ405を挿入する。
本発明におけるチップ405は、ボディ407と電極パッド406からなり、インダクタなどの受動素子またはICチップなどの能動素子である。但し、図4cに示すように、チップ405の電極パッド406は、チップ405のサイドに位置すべきである。また、チップ405はプリント回路基板の1層を構成するので、薄板状のチップが好ましい。
空洞403にチップ405を挿入すると、チップ405は粘着シート408に接着される。すなわち、粘着シート408はチップ405を一時的に固定させる役割を果たす。チップ405は、図4cに示すように、空洞403の内壁と若干の間隔を持つように挿入することが好ましい。
図4dに示すように、基板全体に全面メッキを行う。メッキによって、基板中の絶縁体である粘着シート408が接着されている面を除いて基板全体をメッキする。メッキされる面の中に絶縁材が含まれているので、無電解メッキ後に電解銅メッキを施す。メッキによって、基板の粘着シート408が接着されていなければ、チップ405の挿入された空洞403とチップ405との間、ビアホール404の内壁にメッキ層409が形成される。メッキの前には、チップ405の露出した表面を含んで基板全体に対して不純物または残存物を除去するための洗浄工程を行うことが好ましい。
図4eに示すように、粘着シート408を取り外す。粘着シート408を取り外すと、CCL400に積層されていた銅箔層402の一部およびメッキ層409の一部が外部に露出される。
図4fに示すように、粘着シート408を除去した面にも無電解メッキおよび電解メッキを施してメッキ層409’を形成する。メッキ層409’を形成する理由は、チップ405の電極パッド406を電気的に導通させる接点を設けるためである。実施例によって、電極パッド406に接点が設けられている場合は、このようなメッキ層409’を形成しなくてもよい。
図4gに示すように、基板の両面にメッキされたメッキ層409および銅箔層402を選択的にエッチングして回路パターンを形成し、チップ405の挿入された中心層410を形成する。
エッチング方法は次のとおりである。まず、基板の両面に感光性エッチングレジストを塗布し、回路パターンのデザインされたマスクフィルムを当てて露光させた後、硬化されていない部分のみを露光によって除去してエッチングレジストパターンを形成する。その後、基板をエッチング液に浸漬すると、回路パターンが形成される。
回路パターンの形成の際には、チップ405のボディ407の上下部は露出され、電極パッド406は外部に露出されないようにする。チップ405の電極パッド406は、残っているメッキ層409によって、後で積層される基板の他の層と電気的に接続される。
その後、図4a〜図4gに示した方法によって形成した中心層410の両面に未硬化樹脂層および回路層などを必要な数だけ順次積層し、真空加熱加圧することにより、チップ内蔵型プリント回路基板を形成する。
図5a〜図5eは本発明の実施例で中心層410の両面に未硬化樹脂層および回路層を積層する工程を示す。
図5aに示すように、図4a〜図4gに示された方法によって形成した中心層410の両面に未硬化樹脂層412a、412b、412c、両面に回路パターンが形成された回路層413および銅箔層411a、411bを積層する。
図5aに示したものは本発明の一実施例に過ぎず、中心層410の両面に必要な数だけの未硬化樹脂層と回路パターンの形成された回路層とを積層し、最外郭層に銅箔層を積層すればよい。
図5bに示すように、積層された基板を上下面から真空加熱加圧し、チップ405の内蔵された基板を形成する。真空加熱加圧により、未硬化樹脂層412a、412b、412cは中心層410、回路層413および銅箔層411a、411bをお互い接着させながら硬化する。この際、基板の回路層数は図5aで積層される回路層数によって異なる。
図5cに示すように、CNCドリリングなどの機械的ドリリングによって基板に貫通孔414およびブラインドビアホール415を形成する。ドリリング加工後には、スミア除去のためにデスミア工程を行うことが好ましい。
より精密なドリリングのために、ブラインドビアホール415にはレーザドリリング方法を使用することができるが、レーザは銅箔層411a、411bを穿孔することができないので、ドリリングの前に、ブラインドビアホール415を形成すべき部分の銅箔層をまずエッチングによって除去した後、レーザ加工を行うことができる。
図5dに示すように、基板全体にメッキを施して基板の外層、ブラインドビアホール415および貫通孔414の内壁にメッキ層416を形成する。メッキの前に、不純物または残存物を除去するための洗浄工程を行うことが好ましい。
図5eに示すように、基板の最外郭層411a、411b+416に回路パターンを形成する。回路パターン形成方法は、様々な方法が使用できるが、エッチングによる方法が好ましい。エッチングによる回路パターン形成方法は、図4gを参照して説明した回路パターン形成方法と同様に、エッチングレジストパターンを形成した後エッチングを行えばよい。
以上、本発明を実施例によって説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内から逸脱することなく様々な変形が可能である。本発明の範囲は特許請求の範囲の解釈によっても限定される。
従来例1に係るチップ内蔵型プリント回路基板の製造方法の流れを示す断面図である。 従来例1に係るチップ内蔵型プリント回路基板の製造方法の流れを示す断面図である。 従来例1に係るチップ内蔵型プリント回路基板の製造方法の流れを示す断面図である。 従来例1に係るチップ内蔵型プリント回路基板の製造方法の流れを示す断面図である。 従来例1に係るチップ内蔵型プリント回路基板の製造方法の流れを示す断面図である。 従来例1に係るチップ内蔵型プリント回路基板の製造方法の流れを示す断面図である。 従来例2に係るチップ内蔵型プリント回路基板の製造方法の流れを示す断面図である。 従来例2に係るチップ内蔵型プリント回路基板の製造方法の流れを示す断面図である。 従来例2に係るチップ内蔵型プリント回路基板の製造方法の流れを示す断面図である。 従来例2に係るチップ内蔵型プリント回路基板の製造方法の流れを示す断面図である。 従来例3に係るチップ内蔵型プリント回路基板の積層時の様子を概略的に示す断面図である。 図3aのコア形成工程の流れを示す断面図である。 図3aのコア形成工程の流れを示す断面図である。 図3aのコア形成工程の流れを示す断面図である。 図3aのコア形成工程の流れを示す断面図である。 図3aのコア形成工程の流れを示す断面図である。 本発明の一実施例に係るチップ内蔵型プリント回路基板の製造方法における中心層の製造工程を示す断面図である。 本発明の一実施例に係るチップ内蔵型プリント回路基板の製造方法における中心層の製造工程を示す断面図である。 本発明の一実施例に係るチップ内蔵型プリント回路基板の製造方法における中心層の製造工程を示す断面図である。 本発明の一実施例に係るチップ内蔵型プリント回路基板の製造方法における中心層の製造工程を示す断面図である。 本発明の一実施例に係るチップ内蔵型プリント回路基板の製造方法における中心層の製造工程を示す断面図である。 本発明の一実施例に係るチップ内蔵型プリント回路基板の製造方法における中心層の製造工程を示す断面図である。 本発明の一実施例に係るチップ内蔵型プリント回路基板の製造方法における中心層の製造工程を示す断面図である。 本発明の実施例で中心層の両面に未硬化樹脂層および回路層を積層する工程を示す断面図である。 本発明の実施例で中心層の両面に未硬化樹脂層および回路層を積層する工程を示す断面図である。 本発明の実施例で中心層の両面に未硬化樹脂層および回路層を積層する工程を示す断面図である。 本発明の実施例で中心層の両面に未硬化樹脂層および回路層を積層する工程を示す断面図である。 本発明の実施例で中心層の両面に未硬化樹脂層および回路層を積層する工程を示す断面図である。
符号の説明
400 CCL
401 絶縁層
402 銅箔層
403 空洞
404 ビアホール
405 チップ
406 接続パッド
407 チップ本体
408 粘着シート
409 メッキ層
410 中心層
411a、411b 銅箔層
412a、412b、412c 未硬化樹脂層
413 回路層
414 貫通孔
415 ブラインドビアホー
416 メッキ層





Claims (9)

  1. 銅張積層基板にチップ挿入用空洞およびビアホールを加工する段階と、
    前記空洞にチップを挿入する段階と、
    前記基板に全面メッキを施す段階と、
    前記基板の両面に回路パターンを形成して中心層を形成する段階と、
    前記基板に追加回路層および絶縁層を積層する段階とを含むことを特徴とするチップ内蔵型プリント回路基板の製造方法。
  2. 前記の空洞にチップを挿入する段階は、
    前記基板の一面に粘着シートを接着する段階と、
    前記空洞にチップを挿入する段階とを含むことを特徴とする請求項1記載のチップ内蔵型プリント回路基板の製造方法。
  3. 前記の全面メッキを施す段階は、
    前記粘着シートを除去する段階を含むことを特徴とする請求項2記載のチップ内蔵型プリント回路基板の製造方法。
  4. 前記の粘着シートを除去する段階の後、
    メッキを施す段階をさらに含むことを特徴とする請求項3記載のチップ内蔵型プリント回路基板。
  5. 前記の基板の両面に回路パターンを形成して中心層を形成する段階は、
    前記基板の両面にエッチングを行って回路パターンを形成する段階を含むことを特徴とする請求項1記載のチップ内蔵型プリント回路基板の製造方法。
  6. 前記の追加回路層および絶縁層を積層する段階は、
    前記中心層に未硬化樹脂層、回路層を交互に積層する段階と、
    前記基板の最外層に銅箔層を積層する段階と、
    前記の積層された未硬化樹脂層、回路層および銅箔層を加熱加圧する段階と、
    前記基板の銅箔層に回路パターンを形成する段階とを含むことを特徴とする請求項1記載のチップ内蔵型プリント回路基板の製造方法。
  7. 貫通孔および空洞が形成され、前記空洞に挿入されてメッキによって固定されたチップ、および両面に形成された回路パターンからなる中心層と、
    前記中心層の一面または両面に積層され、導電性インクの充填された貫通孔を含む絶縁層と、
    前記絶縁層上に積層され、前記貫通孔を介して前記中心層のメッキ層と電気的に接続される回路パターンおよびビアホールが形成された回路層とを含むことを特徴とするチップ内蔵型プリント回路基板。
  8. 前記絶縁層は硬化樹脂層および未硬化樹脂層を含むことを特徴とする請求項7記載のチップ内蔵型プリント回路基板。
  9. 前記チップは受動素子または能動素子を含むことを特徴とする請求項7記載のチップ内蔵型プリント回路基板。



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