JP2008159805A - プリント配線板、プリント配線板の製造方法および電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】内蔵部品を有するプリント配線板に於いて、より回路の簡素化が図れるとともに、配線パターンの引き回しによる電圧降下、信号漏れ等に配慮した自由度の高い高密度回路配線を可能にした。
【解決手段】プリント配線板10は、部品実装面を有する第1の基材11と、この第1の基材11の部品実装面に実装された、貫通電極21a,21bを有する内蔵部品20と、上記第1の基材11に、上記内蔵部品20を覆う絶縁層13を介して積層された第2の基材12と、この第2の基材12に設けられ、上記内蔵部品20の貫通電極21aに連通する穴部に形成されて上記内蔵部品20の貫通電極21aに接合されたビアホール16と、上記第2の基材12に実装されて上記ビアホール16を介し上記内蔵部品20の貫通電極21aに直接回路接続された外装部品(表面実装部品)30とを有して構成される。
【選択図】図1

Description

本発明は、電子部品を内蔵したプリント配線板、プリント配線板の製造方法および電子機器に関する。
ポータブルコンピュータ、携帯端末等の小型電子機器に於いては、回路設計の自由度が高い高密度配線を可能にした基板並びに信頼性を考慮した基板への部品実装技術が必要とされる。
高密度配線を実現するプリント配線板として、回路部品の一部を埋め込んだ積層構造のプリント配線板が存在する。
従来、この種プリント配線板の回路設計においては、内装部品と外装部品との端子相互の回路接続を、各端子毎に固有の配線パターン、スルーホール等を介して行っていた。
特開2006−59852号公報
上記したように従来では、部品を内蔵した高密度配線板において、内装部品と外装部品との端子相互の回路接続に、各端子毎に固有の配線パターン、スルーホール等を必要とすることから、これらの配線が高密度回路設計の妨げになるとともに、配線の自由度を狭くする一要因となり、配線密度の制約をより厳しいものにしてしまうという問題があった。
本発明は上記実情に鑑みなされたもので、内蔵部品を有するプリント配線板に於いて、より回路の簡素化が図れるとともに、配線パターンの引き回しによる電圧降下、信号漏れ等に配慮した自由度の高い高密度回路配線を可能にした、プリント配線板、プリント配線板の製造方法および電子機器を提供することを目的とする。
本発明は、部品実装面を有する第1の基材と、前記部品実装面に実装された、貫通電極を有する内蔵部品と、前記第1の基材に前記内蔵部品を覆う絶縁層を介して積層された第2の基材と、前記第2の基材に設けられ、前記内蔵部品の貫通電極に連通する穴部と、前記第2の基材に実装されて前記穴部を介し前記貫通電極に直接回路接続された外装部品とを具備したプリント配線板を特徴とする。
また、本発明は、電子部品を内蔵するプリント配線板の製造方法であって、前記第1の基材に、貫通電極を有する内蔵部品を実装する第1の工程と、前記第1の基材に、前記内蔵部品および前記内蔵部品を覆う絶縁材を介して第2の基材を積層する第2の工程と、前記第2の基材に、前記内蔵部品の貫通電極に連通する穴部を穿設する第3の工程と、前記穴部を介し前記貫通電極に外装部品の電極を接合する第4の工程とを具備したプリント配線板の製造方法を特徴とする。
また、本発明は、電子機器本体と、この電子機器本体に設けられた回路板とを具備した電子機器であって、前記回路板は、内蔵部品の部品実装面を有する第1の基材と、前記部品実装面に実装された、貫通電極を有する半導体チップと、前記第1の基材に前記半導体チップおよび前記半導体チップを覆う絶縁層を介して積層された第2の基材と、前記第2の基材に設けられ、前記貫通電極に連通する穴部と、前記第2の基材に実装されて前記穴部を介し前記貫通電極に直接回路接続された電子部品とを具備したプリント配線板により構成されている電子機器を特徴とする。
本発明によれば、内蔵部品を有するプリント配線板に於いて、より回路の高密度化が図れるとともに、配線パターンの引き回しによる電圧降下、信号漏れ等に配慮した自由度の高い回路配線を可能にしたプリント配線板が提供できる。
以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、以下に示す各実施形態のプリント配線板は各種層数の多層プリント配線板に適用可能であるが、ここでは説明を容易にするため両面に導電層を形成した2枚の基材を絶縁層を介し積層して4層配線を可能にしたプリント配線板を例に示している。
本発明の第1実施形態に係るプリント配線板の要部の構成を図4に示す。
図4に示すように、本発明の第1実施形態に係るプリント配線板10は、部品実装面を有する第1の基材11と、この第1の基材11の部品実装面に実装された、貫通電極21a,21bを有する内蔵部品20と、上記第1の基材11に、上記内蔵部品20を覆う絶縁層13を介して積層された第2の基材12と、この第2の基材12に設けられ、上記内蔵部品20の貫通電極21aに連通する穴部に形成されて上記内蔵部品20の貫通電極21aに接合されたビアホール16と、上記第2の基材12に実装されて上記ビアホール16を介し上記内蔵部品20の貫通電極21aに直接回路接続された外装部品(表面実装部品)30とを有して構成される。
内蔵部品20は、一端が一方面に露出し、他端が他方面に露出した複数の貫通電極21a,21bを有する。この貫通電極21a,21bの各一端が第1の基材11の内層側に設けられたパッド11b1,11b2に接合され、貫通電極21aの他端が第2の基材12に設けられたビアホール16に接合されている。
プリント配線板10の第1の基材11および第2の基材12には、それぞれ表層および内層に、パターン設計に従うパッド、ランド等を含む配線パターンが形成されている。
ここでは、第1の基材11の内層側に、上記内蔵部品20の一方面に露出した貫通電極21a,21bに接合するパッド11b1,11b2が形成されている。
このパッド11b1,11b2に、内蔵部品20の一方面に露出した貫通電極21a,21bがそれぞれはんだ(s)により接合されて、内蔵部品20が第1の基材11のパッド11b1,11b2上に固定実装されている。このパッド11b1,11b2のうち、貫通電極21aに接合するパッド11b1は、他の配線パターンに回路接続されない、所謂オープンパッドである。なお、ここでは、第1の基材11に上記パッド11b1をオープンパッドとして設けているが、実際の構成では、上記内蔵部品20が第1の基材11に設けられた複数のパッドに、はんだ接合して第1の基材11の内層側に固定実装される構成であり、上記貫通電極21aに接合するパッド11b1を必ずしも必要としない。
さらにプリント配線板10には、第1の基材11および第2の基材12を貫通するスルーホール15が設けられている。第1の基材11の表層側には、パターン設計に従う配線パターン11a、および内層側のパッド11b2に接合するビアホール17が設けられている。第2の基材12の表層側および内層側にはそれぞれパターン設計に従う配線パターン12a,12b1が設けられ、表層側には内層側の配線パターン12b1に接合するビアホール18が設けられている。
このような内蔵部品20の貫通電極21a,21bによる、内蔵部品20の電極接合構造により、内蔵部品20となるIC(例えばメモリチップ)と、外装部品(表面実装部品)となるIC(例えばCPUチップ)との相互接続において、電極相互の接続をスルーホールを含む配線パターンの引き回しを必要とせず、CPUチップ−メモリチップのダイレクト回路接続を可能にしている。
この本発明の第1実施形態に係るプリント配線板10の製造工程を図1乃至図4を参照して説明する。
図1に示す工程(工程1)では、第1の基材11と第2の基材12との間に内蔵部品20を内装したプリント配線板10を製造する。この工程1では、例えばリフロー処理により、第1の基材11の部品実装面に設けられたパッド11b1,11b2に、内蔵部品20の貫通電極21a,21bをはんだ(s)により接合して、内蔵部品20を第1の基材11の内装側に固定実装し、さらに、この第1の基材11に、内蔵部品20を覆う絶縁層13を介して第2の基材12を積層することによって、第1の基材11と第2の基材12との間に内蔵部品20を内装したプリント配線板10を製造する。なお、第1の基材11の部品実装面に設けられたパッド11b1は、上述したようにオープンパッドである。また、内蔵部品20の第1の基材11への接合手段は、はんだボール等によるはんだ接合手段に限らず、例えばAgバンプ、Auバンプ、ACP(anisotropic conductive paste)/ACF(anisotropic conductive film)、NCP(non-conductive paste)/NCF(non-conductive film)等によるいずれの接合手段であってもよい。
図2に示す工程(工程2)では、第2の基材12に、内蔵部品20の貫通電極21aに連通する穴部h2を穿設する。この工程2では、例えばレーザ加工(若しくはドリル加工)により、第2の基材12の表層側から、内蔵する内蔵部品20の貫通電極21aに向けて、内蔵部品20の一方面に露出した貫通電極21aに連通する穴部h2を穿設する。この穴部h2の穿設は、他のスルーホール、ビアホール等の各穴部h1,h3,h4の穿設工程において同時に穿設される。
図3に示す工程(工程3)では、上記各穴部h1〜h4に導体めっき(銅めっき)を施し、プリント配線板10に、上記各穴部にスルーホール15、およびビアホール16,17,18を形成する。この工程3では、第2の基材12に穿設した穴部h2に、内蔵部品20の一方面に露出した貫通電極21aに接合するビアホール16が設けられる。さらに、第1の基材11および第2の基材12を貫通するスルーホール15が設けられるとともに、第1の基材11の表層側に、同基材11の内層側に設けたパッド11b2に接合するビアホール17が設けられ、第2の基材12の表層側に、同基材12の内層側に設けた配線パターン12b1に接合するビアホール18が設けられる。上記ビアホール17は、内蔵部品20の貫通電極21bをはんだ接合したパッド11b2に接合されている。さらに、この工程3では、各配線パターンに対して必要箇所にソルダーレジスタ加工が施される。
図4に示す工程(工程4)では、例えばリフロー処理により、上記ビアホール16に外装部品30の電極31をはんだ接合して、外装部品30を第2の基材12上に実装する。これにより、外装部品30の電極31と内蔵部品20の貫通電極21aとが直接、回路接続される。なお、上記外装部品(表面実装部品)30は、例えばBGA(ball grid array)、LGA(Land grid array)、QFP(quad flat package)等、いずれのチップ構成であってもよい。
次に、図5および図6を参照して本発明の第2実施形態を説明する。この第2実施形態は、上記第1実施形態による内蔵部品20の電極接合構造を用いて、内蔵部品20に設けられた複数の貫通電極を、二分し(例えば配列順に交互に二分し)、二分した一方の貫通電極を第1の基材11の内層側に設けたパッドに接合し、二分した他方の貫通電極を第2の基材12に設けたビアホールに接合することによって、上記各パッドの配置を狭ピッチ配置から解放し、かつその電極接合面を拡げて、例えば多端子構造の内蔵半導体部品の実装を容易にしている。なお、図5および図6において、それぞれ(a)は、内蔵部品20に設けられた貫通電極21,21,…と、第1の基材11の内層側に設けられたパッドPa,Pb,…との配置関係を示す平面図、(b)は同貫通電極21,21,…と、同パッドPa,Pb,…との一配列分の配置関係を示す側断面図である。
図5(a),(b)は、内蔵部品20に設けられた貫通電極21,21,…に対応して、第1の基材11の内層側に、上記各貫通電極21,21,…に接合するパッドPa,Pb,…を設けた場合の上記各パッドPa,Pb,…と貫通電極21,21,…との配置関係を示している。この配置構成では、内蔵部品20の一方面に露出した各貫通電極21,21,…がそれぞれ第1の基材11の内層側に設けたパッドPa,Pb,…に、例えばはんだ(s)により接合されることから、上記パッドPa,Pb,…のピッチは貫通電極21,21,…のピッチにより規制される。
これに対して、図6(a),(b)に示すように、内蔵部品20に設けられた貫通電極21,21,…を、例えば配列順に交互に二分し、二分した一方の貫通電極を第1の基材11の内層側に設けたパッドに接合し、二分した他方の貫通電極を第2の基材12にビアホールを介して設けたパッドに接合している。この図6に示す例では、上記図5(a)および(b)に示すパッドPa,Pb,…,Peのうち、パッドPa,Pcb,Peを、それぞれ接合面積を拡げて、第1の基材11の内層側に設け、残るパッドPb,Pdを、それぞれ接合面積を拡げて、第2の基材12にビアホールを介して設けている。この際、パッドPa,Pcb,Peは、内蔵部品20の一方面に露出した貫通電極21,21,…に接合され、パッドPb,Pdは内蔵部品20の他方面に露出した貫通電極21,21に接合される。
このように、貫通電極21,21の両露出端(両接合面)を有効に活用し、貫通電極21,21に接合する接合面を選択的に振り分けて電極接合用パッドを分散配置することで、パッドの配置を、内蔵部品20の貫通電極の配列ピッチにより規制された狭ピッチ配置から解放し、パッドのピッチ、および各パッドの接合面積をともに拡げることができる。これにより、特に多端子構造のICを内蔵部品20とした場合に、当該内蔵部品の実装を容易化し、かつ接合面積が拡がることから内蔵部品の接合強度を高めることができる。
次に、図7乃至図12を参照して本発明の第3実施形態を説明する。この第3実施形態は、図12に示すように、内蔵部品20に放熱機構を設けた例を示している。ここでは、貫通電極を内層のアルミコア材等により構成される放熱材に接合することによって、放熱効果の高い内蔵部品20の冷却手段を実現している。
この第3実施形態によるプリント配線板の製造工程を図7乃至図12に示している。
図7に示す工程(工程1)では、例えばリフロー処理により、第1の基材11の部品実装面に設けたパッド11b1,11b2に、内蔵部品50の貫通電極51a,51bをはんだ(s)により接合して、内蔵部品50を第1の基材11の内装側に固定実装する。この実施形態では、実装対象となる内蔵部品50の対向する両側面に貫通電極の露出面52a,52bが形成されている。この貫通電極の露出面52a,52bは、例えばダイシング加工において形成可能である。内蔵部品(IC)50の製造時において、ダイシングラインを貫通電極上にあわせ、ダイシング加工することにより、内蔵部品50の対向する両側面に、貫通電極を露出させた、貫通電極の露出面52a,52bを形成することができる。
図8に示す工程(工程2)では、内蔵部品50の対向する両側面に設けられた貫通電極の露出面52a,52bに、例えばアルミコア材を用いた放熱材41,42を接合し、放熱材41,42を第1の基材11の内層面にマウントする。
図9に示す工程(工程3)では、第1の基材11に、内蔵部品50を覆う絶縁層13を介して第2の基材12を積層する。
図10に示す工程(工程4)では、第2の基材12に、内蔵部品50の貫通電極51aに連通する穴部h2を穿設する。この工程4では、例えばレーザ加工(若しくはドリル加工)により、第2の基材12の表層側から、内蔵する内蔵部品50の貫通電極51aに向けて、内蔵部品50の一方面に露出した貫通電極51aに連通する穴部h2を穿設する。この穴部h2の穿設は、他のスルーホール、ビアホール等の各穴部h1,h3,h4の穿設工程において同時に穿設される。
図11示す工程(工程5)では、上記各穴部h1〜h4に導体めっき(銅めっき)を施し、プリント配線板10に、上記各穴部にスルーホール15、およびビアホール16,17,18を形成する。この工程5では、第2の基材12に穿設した穴部h2に、内蔵部品50の一方面に露出した貫通電極51aに接合するビアホール16が設けられる。さらに、第1の基材11および第2の基材12を貫通するスルーホール15が設けられるとともに、第1の基材11の表層側に、同基材11の内層側に設けたパッド11b2に接合するビアホール17が設けられ、第2の基材12の表層側に、同基材12の内層側に設けた配線パターン12b1に接合するビアホール18が設けられる。上記ビアホール17は、内蔵部品50の貫通電極51bをはんだ接合したパッド11b2に接合されている。さらに、この工程3では、各配線パターンに対して必要箇所にソルダーレジスタ加工が施される。
図12に示す工程(工程6)では、例えばリフロー処理により、上記ビアホール16に外装部品30の電極31をはんだ接合して、外装部品30を第2の基材12上に実装する。これにより、外装部品30の電極31と内蔵部品50の貫通電極51aとが直接、回路接続される。
このようにして、上記図1乃至図4に示した第1実施形態に係るプリント配線板10において、内蔵部品20に、放熱機構を設けることができる。
次に、図13を参照して、本発明の第4実施形態を説明する。この第4実施形態は、貫通電極を有する複数の内蔵部品を、この内蔵部品の貫通電極を用い、スタックして、プリント配線板に内蔵した構成例を示している。この第4実施形態では、第1の内蔵部品20Aの一方面に露出する貫通電極25を第1の基材11の内層側に設けたパッドにはんだ接合して、第1の内蔵部品20Aを第1の基材11に固定実装し、第1の内蔵部品20Aの他方面に露出する貫通電極25に、第2の内蔵部品20Bの一方面に露出する貫通電極26をはんだ接合して、第1の内蔵部品20Aに第2の内蔵部品20Bをスタックし、第2の内蔵部品20Bの他方面に露出する貫通電極26を第2の基材12に設けたビアホール16に接合している。なお、第1の内蔵部品20Aと第2の内蔵部品20Bは、予めスタック加工しておいてもよい。
このように、プリント配線板の内層に、貫通電極を用いてスタックした複数の内蔵部品を設けることで、プリント配線板の機能回路をより高密度化することができる。
次に図14を参照して本発明の第5実施形態を説明する。この第5実施形態は、上記第1実施形態により製造されたプリント配線板を用いて電子機器を構成している。図14は上記第1実施形態に係るプリント配線板をポータブルコンピュータ等の小型電子機器に適用した例を示している。
図14に於いて、ポータブルコンピュータ1の本体2には、表示部筐体3がヒンジ機構を介して回動自在に設けられている。本体2には、ポインティングデバイス4、キーボード5等の操作部が設けられている。表示部筐体3には例えばLCD等の表示デバイス6が設けられている。
また本体2には、上記ポインティングデバイス4、キーボード5等の操作部および表示デバイス6を制御する制御回路を組み込んだ回路板(マザーボード)8が設けられている。この回路板8は、上記図1に示した第1実施形態のプリント配線板を用いて実現される。
この回路板8に用いたプリント配線板は、内蔵部品の部品実装面を有する第1の基材11と、上記部品実装面に実装された、貫通電極21a,21bを有する半導体チップ20と、上記第1の基材11に上記半導体チップ20および上記半導体チップ20を覆う絶縁層13を介して積層された第2の基材12と、上記第2の基材12に設けられ、上記貫通電極21aに連通する穴部に設けられたビアホール16と、上記第2の基材12に実装されて上記ビアホール16を介し上記貫通電極21aに直接回路接続された電子部品30とを具備して構成される。
このプリント配線板を用いて回路板8を構成することにより、内蔵部品20を構成するメモリチップと、外装部品(表面実装部品)30を構成するCPUチップとの相互接続を、スルーホールを含む配線パターンの引き回しを必要とせず、ダイレクト回路接続した、高密度回路を実装することができる。
本発明の第1実施形態に係るプリント配線板の製造工程を示す断面図。 上記第1実施形態に係るプリント配線板の製造工程を示す断面図。 上記第1実施形態に係るプリント配線板の製造工程を示す断面図。 上記第1実施形態に係るプリント配線板の最終製造工程を示す断面図。 本発明の第2実施形態に係るプリント配線板の電極接合例を説明するための電極配置を示す図。 本発明の第2実施形態に係るプリント配線板の電極接合例を説明するための電極配置を示す図。 本発明の第3実施形態に係るプリント配線板の製造工程を示す断面図。 上記第3実施形態に係るプリント配線板の製造工程を示す断面図。 上記第3実施形態に係るプリント配線板の製造工程を示す断面図。 上記第3実施形態に係るプリント配線板の製造工程を示す断面図。 上記第3実施形態に係るプリント配線板の製造工程を示す断面図。 上記第3実施形態に係るプリント配線板の製造工程を示す断面図。 本発明の第4実施形態に係るプリント配線板の要部の構成を示す断面図。 本発明の実施形態に係る電子機器の構成を示す斜視図。
符号の説明
1…ポータブルコンピュータ、2…本体、3…表示部筐体、4…ポインティングデバイス、5…キーボード、6…表示デバイス、8…回路板(マザーボード)、プリント配線板10…、11…第1の基材、11b1,11b2…パッド、12…第2の基材、13…絶縁層(樹脂材料)、15…スルーホール、16,17,18…ビアホール、20,20A,20B,50…内蔵部品、21,21a,21b,25,26,51a,51b…貫通電極、30…外装部品(表面実装部品)、31…電極、41,42…放熱材、s…はんだ(はんだバンプ)。

Claims (10)

  1. 部品実装面を有する第1の基材と、
    前記部品実装面に実装された、貫通電極を有する内蔵部品と、
    前記第1の基材に前記内蔵部品を覆う絶縁層を介して積層された第2の基材と、
    前記第2の基材に設けられ、前記内蔵部品の貫通電極に連通する穴部と、
    前記第2の基材に実装されて前記穴部を介し前記貫通電極に直接回路接続された外装部品と
    を具備したことを特徴とするプリント配線板。
  2. 前記内蔵部品は、複数の貫通電極を設けた半導体チップ部品であり、前記穴部が前記半導体チップ部品に設けられた特定の貫通電極に対して穿設されていることを特徴とする請求項1に記載のプリント配線板。
  3. 前記穴部に、前記貫通電極に接合したビアを設けたことを特徴とする請求項2に記載のプリント配線板。
  4. 前記ビアが前記貫通電極を介して前記第1の基材に設けられたパッドに直接回路接続されることを特徴とする請求項3に記載のプリント配線板。
  5. 前記パッドは、前記第1の基材に設けられた配線パターンに回路接続されないオープンパッドである請求項4に記載のプリント配線板。
  6. 前記貫通電極を複数の第1の貫通電極と複数の第2の貫通電極とに分け、前記第1の基材に、前記第1の貫通電極に接合した複数のパッドを有し、前記第2の基材に、前記第2の貫通電極に接合した複数のビアを有することを特徴とする請求項2に記載のプリント配線板。
  7. 前記貫通電極は所定の間隔を存して配列され、配列順に交互に第1の貫通電極と複数の第2の貫通電極とに分けられていることを特徴とする請求項6に記載のプリント配線板。
  8. 前記内蔵部品は、貫通電極相互を接合してスタックされた複数の半導体チップにより構成される請求項1記載のプリント配線板。
  9. 電子部品を内蔵するプリント配線板の製造方法であって、
    前記第1の基材に、貫通電極を有する内蔵部品を実装する第1の工程と、
    前記第1の基材に、前記内蔵部品および前記内蔵部品を覆う絶縁材を介して第2の基材を積層する第2の工程と、
    前記第2の基材に、前記内蔵部品の貫通電極に連通する穴部を穿設する第3の工程と、
    前記穴部を介し前記貫通電極に外装部品の電極を接合する第4の工程と
    を具備したことを特徴とするプリント配線板の製造方法。
  10. 電子機器本体と、この電子機器本体に設けられた回路板とを具備し、
    前記回路板は、
    内蔵部品の部品実装面を有する第1の基材と、
    前記部品実装面に実装された、貫通電極を有する半導体チップと、
    前記第1の基材に前記半導体チップおよび前記半導体チップを覆う絶縁層を介して積層された第2の基材と、
    前記第2の基材に設けられ、前記貫通電極に連通する穴部と、
    前記第2の基材に実装されて前記穴部を介し前記貫通電極に直接回路接続された電子部品と
    を具備したプリント配線板により構成されていることを特徴とする電子機器。
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