JP2008177323A - 部品内蔵基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板内により多くの電子部品を内蔵可能な部品内蔵基板を提供する。
【解決手段】基材へ熱硬化性の樹脂が含浸された板状樹脂２３を用い、この板状樹脂２３に形成された孔３１が電子部品２を囲むように板状樹脂２３を配線基板２２上に積層し、その後で板状樹脂２３に設けられた孔３１内に熱硬化性のペースト状樹脂２５を充填し、その後でこのペースト状樹脂２５を覆うように表層配線部５を積層し、この状態で加熱圧着することによって、電子部品２を実装可能な領域を大きくし、多くの電子部品２を内蔵できる部品内蔵基板２１を実現する。
【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂製の部品内蔵基板の製造方法に関するものである。

以下、従来の部品内蔵基板の製造方法について図面を用いて説明する。図１０は、従来の部品内蔵基板の製造フローチャートである。図１０において、配線基板１の上面には、電子部品２が装着される接続ランドが形成されている。

部品実装工程１１は、配線基板１の上面の接続ランド上に電子部品２を装着する工程であり、配線基板１上に電子部品２が装着される。部品実装工程１１では、最初に配線基板１の上面の所定位置へクリーム半田をスクリーン印刷する。その後で、このクリーム半田の上へ電子部品２が実装されて、加熱されることで半田付けが完了する。

積層工程１２では、樹脂４が配線基板１の上面へ積層される。なお、樹脂４は、未硬化状態の熱硬化性樹脂であり、板状をなしている。この樹脂４は、予め孔加工工程１３によって電子部品２に対応する位置に孔３が加工されている。そして、電子部品２が孔３で囲まれるような状態で積層される。

表層配線部積層工程１４では、樹脂４の上に表層配線部５が積層される。この表層配線部５には予め、少なくとも下面側の配線パターンと、この表層配線部５の上下面間を接続するスルーホールとが形成されている。

図１１は、一体化工程１５における部品内蔵基板の断面図である。図１１に示すように一体化工程１５では、このように積層された状態で加熱して樹脂４を硬化させることによって、配線基板１と樹脂４と表層配線部５とが一体化される。なおこの一体化工程１５では、この加熱と同時に上下方向（図中矢印Ａ方向）から加圧し、部品内蔵基板を所定の厚みとなるまで圧縮する。この加熱によって軟化した樹脂４が、圧力によって孔３方向へと流れる（図中Ｂ矢印）。その結果、孔３内が樹脂４で充満され、電子部品２が樹脂４内に埋設されることとなる。そして部品内蔵基板は、さらに高い温度まで加熱されることで、熱硬化性樹脂である樹脂４が硬化する。

このようにして一体化された部品内蔵基板は、冷却された後に配線工程１６によって、部品内蔵基板６の上下面への配線加工や、上下面間を接続するスルーホールの加工や、上下面の配線パターン上への絶縁膜形成などが行われ、部品内蔵基板６が完成する。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００５−１０１０２１号公報

しかしながらこのような従来の部品内蔵基板６では、電子部品２が実装される実装領域７を囲むように樹脂４が積層される積層領域８が設けられる。このように、電子部品２の周囲を囲むように積層領域８を設ける必要があり、その分電子部品２の実装領域７が狭くなるという課題を有していた。

そこで本発明は、この問題を解決したもので、配線基板１上の電子部品２の実装領域７を大きくし、多くの電子部品２を内蔵可能な部品内蔵基板を提供することを目的としたものである。

この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、基材へ熱硬化性の樹脂が含浸された第１の板状樹脂を配線基板上に積層し、その後で板状樹脂に設けられた孔内に熱硬化性のペースト状樹脂を充填し、その後でこのペースト状樹脂を覆うように表層配線部を積層して一体化させるものである。これにより、所期の目的を達成できる。

以上のように本発明によれば、配線基板の上面側に電子部品を装着する部品実装工程と、未硬化の第１の板状樹脂に前記電子部品と対応する位置に第１の孔を形成する孔加工工程と、前記部品実装工程の後で前記孔が前記電子部品に対応するように、前記配線基板の上面に前記第１の板状樹脂を積層する第１の積層工程と、この積層工程の後で前記孔を覆うとともに、前記第１の板状樹脂の上に表層配線部を積層する表層配線部積層工程と、この表層配線部積層工程の後で前記配線基板上に前記第１の板状樹脂と前記表層配線板とが積層された状態で加熱して前記配線基板と第１の板状樹脂と表層配線板とを一体化する一体化工程とを備え、前記第１の板状樹脂には基材に未硬化の熱硬化性の樹脂が含浸されたプリプレグを用い、前記第１の積層工程と前記表層配線部積層工程の間には、前記第１の孔に熱硬化性のペースト状樹脂を供給し、前記第１の孔と前記基板の上面とによって形成された凹部を前記ペースト状樹脂で満たす樹脂供給工程を設けたものである。

これにより、孔はペースト状の樹脂が充填されているので、板状樹脂によって孔を埋める必要がない。つまり、板状樹脂を積層する領域を小さくしても孔を樹脂で充満させることができることとなる。従って、配線基板上の電子部品の実装領域を大きくでき、多くの電子部品を内蔵可能な部品内蔵基板を提供できるという効果がある。

また、板状樹脂の孔への流れ込みが少なくできるので、基材に予め導電性部材などを埋め込んでおけば、基板内層に信頼性の良好なスルーホールを容易に形成することもできる。

更に、ペースト状樹脂に対し、板状樹脂よりも線膨張係数の小さな樹脂を用いれば、一体化工程におけるそりの小さな部品内蔵基板を実現できる。

（実施の形態１）
以下、本実施の形態について図面を用いて説明する。図１は、本実施の形態における部品内蔵基板２１の製造フローチャートであり、図２から図５は、その中の工程における部品内蔵基板２１の要部断面図である。図１から図５において、図１０や図１１と同じものには同じ番号を用い、その説明は簡略化している。では、図１１に示す工程の順に従って、各工程について詳細に説明する。

図１において本実施の形態において配線基板２２は、４層の多層基板である。この配線基板２２は少なくとも上面側の配線は完了しており、この配線基板２２の内層や上下面はスルーホール（図示せず）によって接続が完了している。この配線基板２２の上面には、電子部品２が装着される接続ランドが複数個形成されている。

部品実装工程１１は、配線基板２２の上面の接続ランド上に電子部品２を装着する工程であり、配線基板２２上に電子部品２が装着される。部品実装工程１１では、最初に配線基板２２の上面の所定位置へクリーム半田をスクリーン印刷する。その後で、このクリーム半田の上へ電子部品２が実装されて、加熱されることで半田付けが完了する。なお、図面の簡素化のために、図２から図５では配線基板２２上に１個の電子部品２のみを搭載した図面としているが、実際にはチップコンデンサやチップインダクタ、チップ抵抗あるいはパッケージＩＣや半導体素子などのような多くの電子部品２が搭載される。

図２は、積層工程１２における部品内蔵基板２１の要部断面図である。図１、図２において積層工程１２は、部品実装工程１１の後で、板状樹脂２３が配線基板２２の上面へ複数層積層される工程である。ここで板状樹脂２３は、ガラス系の基材に熱硬化性樹脂が含浸されたものであり、樹脂は未硬化の状態である。本実施の形態において板状樹脂２３には、ガラス織布にエポキシ系の樹脂が含浸されたプリプレグが用いられる。

なお孔加工工程１３では、予め板状樹脂２３の電子部品２に対応する位置に孔３１が加工されており、積層工程１２ではこの孔３１で電子部品２を囲むように配線基板２２の上面に板状樹脂２３が積層される。なお、図２において孔３１は１個の電子部品２のみを囲んでいるが、これは複数個の電子部品２を囲むようにしてもよい。

ここで板状樹脂２３は、樹脂が含浸された基材層２３ａと、その上下に設けられた樹脂層２３ｂとから構成される。なお図２において、基材層２３ａに対する樹脂層２３ｂの厚みの比率を本来よりも大きくして記載している。これは、図面を判り易くするために便宜上行ったものであり、本実施の形態における樹脂層２３ｂの厚みは基材層２３ａの厚みに比べて非常に薄い厚みである。

図３は、樹脂供給工程２４における部品内蔵基板２１の要部断面図である。図１、図３において樹脂供給工程２４は、積層工程１２の後で、孔３１と配線基板２２とによって形成される凹部内へペースト状樹脂２５を充填する工程である。なお本実施の形態においてペースト状樹脂２５には、熱硬化性の樹脂中にガラスフィラーを含む樹脂を用いている。

ここで本実施の形態の樹脂供給工程２４では、板状樹脂２３の上にメタルマスク４１を搭載し、このメタルマスク４１上に供給されたペースト状樹脂２５をスキージ４２によって掻く（図中矢印の方向へ移動させる）ことでペースト状樹脂２５が孔３１内へ充填される。ここでメタルマスク４１には、孔３１に対応する位置に樹脂充填孔４３が形成されている。なお、本実施の形態において、樹脂充填孔４３は孔３１よりも大きくしてある。これによりしっかりとペースト状樹脂２５を孔３１へ充填することができる。なおこの場合、樹脂充填孔４３と孔３１との間の距離４４は、少なくとも板状樹脂２３が積層される位置のばらつきや、メタルマスク４１が搭載される位置のばらつきなどのばらつき寸法以上の寸法とし、常に樹脂充填孔４３内に孔３１が見通せるようにしておくことが望ましい。なお、本実施の形態における樹脂供給工程２４ではメタルマスク４１を用いたが、これは板状樹脂２３の上面をスキージ４２によって掻くことで、ペースト状樹脂２５を充填してもよい。また、ディスペンサなどを用いる方法でも可能である。

図４は、表層配線部積層工程１４における部品内蔵基板２１の要部断面図である。図１、図４において表層配線部積層工程１４では、板状樹脂２３とペースト状樹脂２５の上に表層配線部５が積層される。これにより、電子部品２が装着された孔３１が表層配線部５によって覆われることとなる。本実施の形態における表層配線部５には、少なくとも下面側の配線パターンと、この表層配線部５の上下面間を接続するスルーホールとが形成されている。

次に一体化工程１５は表層配線部積層工程１４の後で、板状樹脂２３や表層配線部５が配線基板２２上に積層された状態で加熱し、板状樹脂２３やペースト状樹脂２５を硬化させる。これによって、配線基板２２と板状樹脂２３と表層配線部５とが一体化される。なおこの一体化工程１５では、この加熱と同時に上下方向（図中矢印Ａ方向）から加圧し、部品内蔵基板を所定の厚みとなるまで圧縮する。このとき、孔３１は既にペースト状樹脂２５でほぼ充満された状態であるので、加熱によって軟化した板状樹脂２３が孔３１方向へ流れ難くなることとなる。そして部品内蔵基板２１は、さらに加熱されることで、熱硬化性樹脂である板状樹脂２３やペースト状樹脂２５が硬化し、電子部品２が板状樹脂２３と硬化したペースト状樹脂２５内に埋設されることとなる。

ここで、板状樹脂２３とペースト状樹脂２５との線膨張係数はほぼ同じである方が望ましい。これは、一体化工程１５における冷却時に溶けた板状樹脂２３とペースト状樹脂２５との収縮量に差があると線膨張係数の大きな部分でそりを発生するためである。板状樹脂２３にはガラス織布の基材層２３ａを有しているので、その伸縮量は比較的小さい。そこで本実施の形態では、ペースト状樹脂２５にガラスフィラーを含む樹脂を用いることによって、ペースト状樹脂２５と板状樹脂２３との間での線膨張係数の差を小さくしている。

ここで、一般に線膨張係数の小さなペースト状樹脂は、フィラーなどの充填物が多く、流動性が悪くなる。そこで、ペースト状樹脂２５には、少なくとも板状樹脂２３よりも線膨張係数の小さな樹脂を用いれば、一体化工程１５での加熱や冷却による膨張や収縮が小さくなり、そりの小さな部品内蔵基板２１を実現できる。

図５は、本実施の形態における部品内蔵基板２１の要部断面図である。図１、図５において、このようにして一体化された部品内蔵基板２１は、冷却された後に配線工程１６によって、部品内蔵基板２１の上下面の配線加工や、上下面間を接続するスルーホール５１の加工、さらに上下面の配線パターン上への絶縁膜形成などが行われ、部品内蔵基板２１として完成する。

以上のように、基材へ熱硬化性の樹脂が含浸された板状樹脂２３を配線基板２２上に積層し、その後で板状樹脂２３に設けられた孔３１内に熱硬化性のペースト状樹脂２５を充填し、その後でこのペースト状樹脂２５を覆うように表層配線部５を積層して一体化させるので、孔３１はペースト状の樹脂によって充填されることとなる。これにより、板状樹脂２３によって孔３１を埋める必要がないので、板状樹脂２３を積層する積層領域３２を小さくしても孔３１を樹脂で充満させることができることとなる。従って、配線基板２２上の電子部品２の実装可能領域３３を大きくでき、部品内蔵基板２１内に多くの電子部品２を内蔵することができる。

また、板状樹脂２３に予め導電性部材などを埋め込み、基板内層にスルーホールを形成してもよい。この場合、積層領域３２において板状樹脂２３の流れが少なくなるので、導電性部材が流れ難くなり、接続部分での接続信頼性が高く、接続抵抗も小さなスルーホールを形成できる。あるいは、最下層の板状樹脂２３以外の層では、板状樹脂２３に代えて、電子部品２に対応する位置に孔を設けられた配線済みの内層基板を用いても良い。この場合、板状樹脂２３と表層配線部５との間にもペースト状樹脂２５が供給されるので、部品内蔵基板２１を一体化できるとともに、容易に内層部分へ配線パターンやスルーホールを形成できる。

さらに、本実施の形態では３層の板状樹脂２３を積層したが、これは１層でもよい。その場合には積層工程１２での工数を少なくできる。それ以外にも電子部品２の高さや、部品内蔵基板２１の出来上がり厚さに応じて、板状樹脂２３の厚みを適宜変えておくようなことをしても良い。

さらにまた、本実施の形態では表層配線部５として、下面のパターン形成と、上下のスルーホール加工が完了した配線基板を用いたが、これに代えて孔３１を形成しない板状樹脂２３と銅箔とを積層し、一体化工程１５によって一緒に硬化させても良い。このようにすれば、表層配線部５の形成工程の工数を少なくできるので、低価格な部品内蔵基板２１を実現できる。

（実施の形態２）
本実施の形態の部品内蔵基板１２１は、実施の形態１に対し、内層部分に内層パターンや内層スルーホールを設けた内層配線基板１２３が設けられ、この内層配線基板１２３と配線基板２２や、内層配線基板１２３と表層配線部５との間にもスルーホールが形成された点が異なっている。

では以下、本実施の形態について図面を用いて説明する。図６は本実施の形態における部品内蔵基板１２１の製造フローチャートであり、図７は、その工程における部品内蔵基板１２１の要部断面図である。なお、図６から図９において、図１から図５と同じものには同じ番号を用いて、その説明は簡略化している。

図６において、孔加工工程１０１では板状樹脂２３ｃに対し電子部品２と対応する位置に孔３１を形成するとともに、この板状樹脂２３ｃの上下層間でのスルーホールを形成するためのビア孔１２２が加工される。そして導電部材充填工程１０２では、このビア孔１２２内に導電ペースト１２４が充填される。そして積層工程１０３では、部品実装工程１１が完了した配線基板２２の上に、導電ペースト１２４が充填された板状樹脂２３ｃが積層され、その板状樹脂２３ｃ上に内層配線基板１２３が積層される。ここで、内層配線基板１２３は、表裏面に形成された配線パターンと、この表裏面の配線パターン間を接続するスルーホールが形成されている。また、この内層配線基板１２３には予め孔加工工程１０４で孔１２５が形成されている。なお本実施の形態において、孔１２５は孔３１と同じ位置であり、同じ大きさとしている。

なお本実施の形態において、内層配線基板１２３は１枚のみとしているが、複数層積層してもよい。ただしその場合においても、内層配線基板１２３と板状樹脂２３ｃとを交互に積層しておくことが重要である。また、内層配線基板１２３上に導電ペースト１２４が充填された再度板状樹脂２３ｃなどを積層しても良い。

図７は、本実施の形態における樹脂供給工程１０５における部品内蔵基板１２１の要部断面図である。図６、図７において、樹脂供給工程１０５は積層工程１０３の後で、孔３１と孔１２５内へペースト状樹脂２５を充填する工程である。本実施の形態における樹脂供給工程１０５では、板状樹脂２３ｃと内層配線基板１２３との積層体上に、メタルマスク１２６が搭載される。このメタルマスク１２６には、孔１２５と対応する位置に樹脂充填孔１２７が設けられている。なおこの樹脂充填孔１２７は、孔１２５よりも小さくしている。

図８は、同積層工程１０６における部品内蔵基板１２１の要部断面図である。樹脂供給工程１０５でペースト状樹脂２５の充填が完了すると、ペースト状樹脂２５は、メタルマスク１２６の厚み分だけ内層配線基板１２３から突出することとなる。そこで図６、図８に示すように積層工程１０６では、樹脂供給工程１０５の後で、内層配線基板１２３上に板状樹脂２３ｄが積層される。ここで、板状樹脂２３ｄには、予め孔加工工程１０７で孔１２５に対応する位置に孔１３１が形成されている。なお孔１３１はメタルマスク１２６の樹脂充填孔１２７より大きくしておくことが重要である。このようにすることにより、ペースト状樹脂２５が内層配線基板１２３と板状樹脂２３ｄとの間に入り込みにくくなるので、ペースト状樹脂２５が内層配線基板１２３と板状樹脂２３ｄ内に充填された導電ペースト１２４ａとの間での接続が妨げられ難くなる。従って、接続信頼性の良好な内層スルーホールを形成できる。また、導電ペースト１２４ａと内層配線基板１２３間での接続抵抗も大きくなり難くできる。

表層配線部積層工程１４では、この積層工程１０６の後で板状樹脂２３ｄ上に表層配線部５を積層する。そして一体化工程１５によって配線基板２２と板状樹脂２３ｃ、板状樹脂２３ｄ、表層配線部５とが一体化される。

図９は、本実施の形態における部品内蔵基板１２１の要部断面図である。図６、図９に示すように、配線工程１６で部品内蔵基板１２１の表裏に配線が形成されるとともに、表裏間がスルーホール１４１によって接続され、部品内蔵基板１２１が完成する。

なお本実施の形態において、メタルマスク１２６の厚みは板状樹脂２３ｄの厚みより小さくしておく。これは、表層配線部５を積層時にペースト状樹脂２５が表層配線部５と板状樹脂２３ｄとの間に入り込み難くするためである。これにより、板状樹脂２３ｄの導電ペースト１２４ａと表層配線部５における下側面とでの間の接続信頼性が良好となる。

本発明にかかる部品内蔵基板の製造方法は、部品搭載可能領域を大きくできるという効果を有し、特に電子部品を高密度に実装し小型化が必要な携帯機器等に用いる基板に用いると有用である。

本発明の一実施の形態における部品内蔵基板の製造フローチャート 同、積層工程における部品内蔵基板の要部断面図 同、樹脂供給工程における部品内蔵基板の要部断面図 同、表層配線部積層工程における部品内蔵基板の要部断面図 同、部品内蔵基板の要部断面図 本実施の実施の形態２における部品内蔵基板の製造フローチャート 同、樹脂供給工程における部品内蔵基板の要部断面図 同、表層配線部積層工程における部品内蔵基板の要部断面図 同、部品内蔵基板の要部断面図 従来の部品内蔵基板の製造フローチャート 同、一体化工程における部品内蔵基板の断面図

符号の説明

２ 電子部品
５ 表層配線部
１１ 部品実装工程
１２ 積層工程
１３ 孔加工工程
１４ 表層配線部積層工程
１５ 一体化工程
２２ 配線基板
２３ 板状樹脂
２４ 樹脂供給工程
２５ ペースト状樹脂
３１ 孔

Claims (9)

1. 配線基板の上面側に電子部品を装着する部品実装工程と、未硬化の第１の板状樹脂に前記電子部品と対応する位置に第１の孔を形成する孔加工工程と、前記部品実装工程の後で前記孔が前記電子部品に対応するように、前記配線基板の上面に前記第１の板状樹脂を積層する第１の積層工程と、この積層工程の後で前記孔を覆うとともに、前記第１の板状樹脂の上に表層配線部を積層する表層配線部積層工程と、この表層配線部積層工程の後で前記配線基板上に前記第１の板状樹脂と前記表層配線板とが積層された状態で加熱して前記配線基板と第１の板状樹脂と表層配線板とを一体化する一体化工程とを備え、前記第１の板状樹脂には基材に未硬化の熱硬化性の樹脂が含浸されたプリプレグを用い、前記第１の積層工程と前記表層配線部積層工程の間には、前記第１の孔に熱硬化性のペースト状樹脂を供給し、前記第１の孔と前記基板の上面とによって形成された凹部を前記ペースト状樹脂で満たす樹脂供給工程を設けた部品内蔵基板の製造方法。
2. ペースト樹脂の線膨張係数は、第１の板状樹脂の線膨張係数とほぼ同じとした請求項１に記載の部品内蔵基板の製造方法。
3. ペースト樹脂の線膨張係数は、第１の板状樹脂に含浸された熱硬化性樹脂の線膨張係数より小さくした請求項１に記載の部品内蔵基板の製造方法。
4. 第１の板状樹脂は、プリプレグと内層配線基板とが交互に積層され、第１の積層工程では、配線基板と前記第１のプリプレグとの間に樹脂層が形成されるように積層される請求項１に記載の部品内蔵基板の製造方法。
5. 孔加工工程では第１の板状樹脂にビア孔を加工し、この孔加工工程と積層工程との間に前記ビア孔を導電性ペーストで埋める導電性ペースト充填工程を有した請求項１に記載の部品内蔵基板の製造方法。
6. 樹脂供給工程におけるペースト状樹脂の充填は、第１の板状樹脂の孔に対応して形成された樹脂充填孔を設けたメタルマスクを用い、前記樹脂供給工程と第２の積層工程との間には、予め前記第１の孔に対応する位置に前記樹脂充填孔よりも大きな第２の孔が形成された第２の板状樹脂を前記第１の板状樹脂上に積層する第２の積層工程を設けた請求項１に記載の部品内蔵基板の製造方法。
7. 第２の板状樹脂の厚みは、メタルマスクの厚みより厚くした請求項６に記載の部品内蔵基板の製造方法。
8. 第１の孔と第２の孔とは同じ大きさとした請求項６に記載の部品内蔵基板の製造方法。
9. 樹脂充填孔は、第１の孔より大きくした請求項６に記載の部品内蔵基板の製造方法。

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