JP5078451B2 - 電子部品内蔵モジュール - Google Patents

Description

本発明は、電気絶縁性基板の内部に電子部品が配置された電子部品内蔵モジュールに関するものである。

近年のエレクトロニクス機器の小型化・薄型化、高機能化に伴って、プリント基板に実装される電子部品の高密度実装化、および電子部品が実装された回路基板の高機能化への要求が益々強くなっている。このような状況の中、電子部品を基板中に埋め込んだ部品内蔵基板が開発されている（例えば、特許文献１などを参照）。

部品内蔵基板では、通常ではプリント基板の表面に実装している能動部品（例えば、半導体素子）や受動部品（例えば、コンデンサ）を基板の中に埋め込んでいるので、基板の面積を削減することができる。また、表面実装の場合と比較して、電子部品を配置する自由度が高めるため、電子部品間の配線の最適化によって高周波特性の改善なども見込むことができる。

図５は特許文献１に開示された電子部品内蔵モジュールを示す。
この電子部品内蔵モジュール３００は、電気絶縁性基板１と、電気絶縁性基板１の一主面上及び他主面上に形成された配線パターン２ａ，２ｂと、電気絶縁性基板１の内部に配置されるとともに配線パターン２ａに接続された電子部品３ａ，３ｂと、配線パターン２ａと配線パターン２ｂの間を電気的に接続するインナービア４とを有している。

電気絶縁性基板１は、無機フィラーと熱硬化性樹脂とを含む混合物からなる。配線パターン２ａ，２ｂは、電気伝導性を有する物質からなり、例えば、銅箔や導電性樹脂組成物からなる。インナービア４は、例えば、熱硬化性の導電物質からなる。熱硬化性の導電性物質としては、例えば金属粒子と熱硬化性樹脂とを混合した導電性樹脂組成物を用いることができる。

この特許文献１の製造方法は、電気絶縁性基板１を形成する無機フィラー７０重量％〜９５重量％（混合物に対して）と未硬化状態の熱硬化性樹脂とを含む混合物に、貫通孔を形成して第１のシートに加工する工程と、インナービア４を形成する貫通孔に熱硬化性の導電物質を充填して第２のシートに加工する工程と、配線パターン２ａを形成する第１の銅箔の一主面上に電子部品３ａ，３ｂを実装する工程と、第１の銅箔の一主面上に、第２のシートを位置合わせして重ね、さらにその上に配線パターン２ｂを形成する第２の銅箔を重ねて加圧することにより、電子部品３ａ，３ｂを埋設する工程と、これを加熱して熱硬化性樹脂および導電性物質を硬化させる工程とからなる。

また、特許文献２には、上記の工程を繰り返して基板３０１，３０２を積層することによって図６に示すように多段化を実現し、配線パターンとして多層回路基板を用いた構成が開示されている。
特許第３３７５５５５号 特許第３５４７４２３号

しかしながら、製造工程中における電気絶縁性基板を構成する熱硬化性樹脂の流動性能や埋設される電子部品の表面に対する濡れ性に主に起因して、完成後に微小な隙間空間が発生する場合がある。

例えば、樹脂モールド成型された通常の半導体パッケージ部品を埋設した構造では、パッケージに使用される樹脂は離型化処理されているため、電気絶縁性基板中の熱硬化性樹脂が密着しにくく、微小な隙間空間を発生させるケースが多い。

このような隙間空間には気体や液体が存在する。例えば、リフロー工程での熱処理のような急激な加熱処理を行えば、隙間空間に存在する気体の熱膨張や、液体が気化した際の体積膨張により、電子部品内蔵モジュールに亀裂が発生する。この亀裂は、接続部などを破断するなどして品質を著しく劣化させることとなる。

本発明は、前記隙間空間の体積膨張を防ぐことができる電子部品内蔵モジュールを提供することを目的とする。

本発明の電子部品内蔵モジュールは、第１回路基板と、第２回路基板と、前記第１回路基板と前記第２回路基板とに挟まれた絶縁層とからなる電子部品内蔵モジュールであって、前記絶縁層は、電気絶縁性を有する無機粉末と熱硬化性樹脂からなり、前記無機粉末と前記熱硬化性樹脂とでその表面が覆われた電子部品を含み、前記第１回路基板と前記絶縁層とに渡って形成され、一端が前記電子部品の表面で開口し、他端が外部に連通した貫通穴があり、前記貫通穴は、無機粉末と熱硬化性樹脂からなる多孔質材料で一部分が埋められていることを特徴とする。
また、前記絶縁層の前記貫通穴の部分は、前記絶縁層の部分が無機粉末と熱硬化性樹脂からなる多孔質材料で埋められ、前記第１回路基板の前記貫通穴の部分は、空洞であることを特徴とする。

この構成によると、外部に通じる多孔質構造を有する孔を任意の位置に任意の形状で、従来の工法と同様にして形成できることから、極めて信頼性が高く、生産性に優れ、コスト面に優れる電子部品内蔵モジュールを実現できる。

以下、本発明を各実施の形態に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１と図２は本発明の実施の形態１を示す。

図１は、本発明の実施形態における電子部品内蔵モジュールを模式的に示した断面図である。なお、本実施形態においては、埋設するモールド成型タイプの電子部品として半導体パッケージ部品を、配線層として多層回路基板を用いた例について説明する。

図１において、１００は本発明の電子部品内蔵モジュールであり、下記の要件で構成されている。
１１は少なくとも電気絶縁性を有する無機粉末と熱硬化性樹脂からなる絶縁層、１２ａ，１２ｂは配線層として多層回路基板、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄは多層回路基板１２ａ，１２ｂの各表層に形成された回路導体層である。１５は多層回路基板１２ｂの任意の位置に任意の断面形状で形成した貫通孔である。１４は一端が貫通孔１５を通じて電子部品内蔵モジュール１００外部に面した、多孔質構造を有する孔で、孔１４の内部には無機粉末と熱硬化性樹脂が充填されている。また、１６ａ，１６ｂは上下の多層回路基板１２ａ，１２ｂを接続する熱硬化性の導電物質（導電性金属粉末と熱硬化性樹脂）からなるインナービアである。

更に、１７ａは絶縁層１１に埋設される電子部品としてのチップ型受動部品で、はんだ材料１８により回路導体１３ｂに接続して実装されている。１７ｂは絶縁層１１に埋設される電子部品としての半導体パッケージ部品で、はんだ材料１８により回路導体１３ｂに接続して実装されている。半導体パッケージ部品１７ｂは樹脂モールド工法によりパッケージ化されている。

なお、この実施の形態では、半導体パッケージ部品１７ｂの上面と絶縁層１１との界面に隙間空間が形成されやすいと予想して、孔１４の一端を半導体パッケージ部品１７ｂの近傍位置で開口するように構成されている。

このような構造の電子部品内蔵モジュール１００は、図２に示す工程で製造できる。
ステップＳ１では、電気絶縁性を有する無機粉末と未硬化状態の熱硬化性樹脂からなるシート１１Ａに、後に孔１４となる凹部１４Ａを形成し、この凹部１４Ａに離型皮膜を形成した無機粉末と未硬化状態の熱硬化性樹脂からなるペースト材料Ｂを充填する。充填されたペースト材料Ｂの凹部１４Ａにおける固体分体積比率は、凹部１４Ａの体積に対して９０％以下である。

また、シート１１Ａに、熱硬化性の導電物質からなるペースト材料Ａ（導電性金属粉末と未硬化状態の熱硬化性樹脂）を充填したインナービア１６ａ，１６ｂを形成する。
ここで、後に図１の絶縁層１１となるシート１１Ａを構成する材料としては、無機粉末としてＡｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＢＮ、ＡｌＮ、ＳｉＯ_２などから選ばれ、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂から選ばれる。

ペースト材料Ａは金、銀、銅およびニッケルから選ばれる少なくとも一つの導電性金属粉末と、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂から選ばれる未硬化状態の熱硬化性樹脂からなる。

ペースト材料Ｂは、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＢＮ、ＡｌＮ、ＳｉＯ_２などから選ばれ無機粉末にフッ素系やシリコーン系樹脂などから選ばれる離型皮膜を形成した無機粉末と、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂から選ばれる未硬化状態の熱硬化性樹脂からなる。

ステップＳ２では、ポリミド基板、ガラエポ基板やセラミック基板などからなる多層回路基板１２ａの主面上の回路導体１３ｂに、チップ型受動部品１７ａおよび半導体パッケージ部品１７ｂをはんだ材料１８を用いて実装する。

ステップＳ３では、別の多層回路基板１２ｂを形成する。
ステップＳ４では、電子部品を実装した多層回路基板１２ａの主面上に、図２ａで作製したシートを載置し、その上に多層回路基板１２ｂを載置する。

ステップＳ５では、熱プレス工法により必要な加圧および加熱処理を行い、層１１を形成するシートおよびインナービア１６ａ，１６ｂと凹部１４Ａに充填したペースト材料Ａ，Ｂを構成する熱硬化性樹脂を硬化して一体化を行うと同時に、インナービア１６ａ，１６ｂと多層回路基板１２ａ，１２ｂ間の電気的接続を行い、電子部品内蔵モジュール１００が完成する。このとき、孔１４は一端が半導体パッケージ部品１７ｂの近傍で開口し、孔１４の他端は、多層回路基板１２ｂの貫通孔１５を介して外部に連通している。詳しくは、多孔質な構造を有する孔１４の前記一端は、半導体パッケージ部品１７ｂの上面に面している。

この方法によれば、ペースト材料Ｂには無機粉末が離型処理されているため熱硬化性樹脂は濡れ難く、ステップＳ５での加圧、加熱処理時により、ペースト材料Ｂ中で蒸発した溶剤成分の抜けた後は微小な空隙となるので、前記隙間空間が形成されるおそれのある位置に多孔質な構造を有する孔１４を、ペースト充填するだけの簡便な工法で形成できる。

したがって、この構成の電子部品内蔵モジュールによると、絶縁層１１となるシート１１Ａを構成する熱硬化性樹脂の流動性能や埋設される電子部品の表面に対する濡れ性に主に起因して、完成後に微小な隙間空間が発生しても、その隙間空間に存在した気体や液体は、多孔質構造の孔１４を介して外部に漏れ出る構造となるので、急激な加熱処理を施しても亀裂の発生や切断部の破断の発生を防止できる、極めて優れた信頼性を有する電子部品内蔵モジュールを実現できる。

上記の各実施の形態では、配線層として多層回路基板１２ａ，１２ｂを使用したが、少なくとも一層を多層回路基板で構成すればよい。
（実施の形態２）
上記の各実施の形態では、多層回路基板１２ａに実装されている半導体パッケージ部品１７ｂの上面付近に発生すると予想される隙間空間による影響を低減するために、半導体パッケージ部品１７ｂの上面に対応して孔１４を形成したが、図３に示すように、多層回路基板１２ｂにも樹脂モールド工法によりパッケージ化されている半導体パッケージ部品１７ｃが実装されていて、これらを内蔵した電子部品内蔵モジュール１００の場合には、半導体パッケージ部品１７ｃの上面に対応して同様に、一端が半導体パッケージ部品１７ｃの近傍で開口し、他端が多層回路基板１２ａの貫通孔１５ｂを介して外部に連通する多孔質な構造を有する孔１４ａを形成する。

（実施の形態３）
上記の各実施の形態のステップＳ５の電子部品内蔵モジュール１００の上に更に重ねて、絶縁層と多層回路基板を図４に示すように繰り返した積層することで、従来の電子部品内蔵モジュールのように多段化することも、もちろん可能である。ここでは、絶縁層と多層回路基板からなる部分１００Ａを電子部品内蔵モジュール１００の上に積層したような形状に仕上げられており、電子部品内蔵モジュール１００の孔１４は、上側に積層されている部分１００Ａに形成されている孔１４ｂと貫通孔１５ｂを介して外部に連通されている。孔１４ｂは孔１４ａと同じ多孔質である。

上記の各実施の形態のペースト材料Ｂは、少なくとも体積比率２０％の溶剤成分と無機粉末、熱硬化性樹脂を含有した材料を用いる方法であっても良い。溶剤成分としては、ＢＣＡ、ＢＣ、ＥＣＡ、ＥＣなどの高沸点溶剤から選ばれる。

上記の各実施の形態のペースト材料Ｂは、昇華する特性を有する固体と熱硬化性樹脂であっても、同様な効果が得られる。昇華する特性を有する固体としては、樟脳などから選ばれる。

本発明は、電子部品内蔵モジュールが実装された各種の電子装置の信頼性の向上に寄与できる。

本発明の実施形態における電子部品内蔵配線板の断面図 本発明の実施形態に係わる電子部品内蔵配線板の製造方法を模式的に示した工程図 別の実施例の断面図 別の実施例の断面図 従来の電子部品内蔵配線板の断面図 従来の多段構成の電子部品配線板の断面図

符号の説明

１００ 電子部品内蔵モジュール
１１ 絶縁層
１１Ａ シート
１２ａ，１２ｂ 多層回路基板（配線層）
１３ａ〜１３ｄ 回路導体層
１４ 多孔質な構造を有する孔
１４Ａ 凹部
１５ 回路基板に形成した貫通孔
１６ａ，１６ｂ インナービア
１７ａ チップ型受動部品（電子部品）
１７ｂ 半導体パッケージ部品（電子部品）

Claims (2)

1. 第１回路基板と、第２回路基板と、前記第１回路基板と前記第２回路基板とに挟まれた絶縁層とからなる電子部品内蔵モジュールであって、
   前記絶縁層は、電気絶縁性を有する無機粉末と熱硬化性樹脂からなり、前記無機粉末と前記熱硬化性樹脂とでその表面が覆われた電子部品を含み、
   前記第１回路基板と前記絶縁層とに渡って形成され、一端が前記電子部品の表面で開口し、他端が外部に連通した貫通穴があり、
   前記貫通穴は、無機粉末と熱硬化性樹脂からなる多孔質材料で一部分が埋められていることを特徴とする
   電子部品内蔵モジュール。
2. 前記絶縁層の前記貫通穴の部分は、前記絶縁層の部分が無機粉末と熱硬化性樹脂からなる多孔質材料で埋められ、前記第１回路基板の前記貫通穴の部分は、空洞であることを特徴とする
   請求項１記載の電子部品内蔵モジュール。

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