JP5085076B2 - 部品内蔵プリント配線板および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、電子回路を内蔵した部品内蔵プリント配線板および電子機器に関する。

近年、チップ部品等の電子部品をプリント配線板に内蔵したいわゆる部品内蔵プリント配線板が実用化されつつある。部品内蔵プリント配線板は、内層の導体、例えば電源回路における電流容量の確保、および安定した接地を目的として比較的大きな面積を持った銅箔パターンを面状に形成していることが多い。

特許文献１には、転写用基材に、網目状のグランド層を設け、体回路として、網目状のグランド層と、通常の回路とを併設しているプリント配線板が開示されている。このプリント配線板は、給電用又は接地用の導体回路を形成する場合には、転写用基材に対して導体回路を単に面状に形成しても良いが、より好ましくは導体回路を網目状に形成する。これにより転写用基材と銅等からなる導体回路の熱膨張率が相違していても、熱による負荷を受けた際の熱応力が緩和され、転写用基材から導体回路が不用意に剥離することが防止できる。
特開２００３−２０４１６７号公報（４９頁、図１３）

既述のように部品内蔵プリント配線板が実用化されつつある。このプリント配線板では次のような問題点がある。即ち、チップ部品と、このチップ部品に回路接合した導体パターンの形成面との間の間隙部にボイド（空気溜まり若しくはガス溜まり）が形成される。この間隙部に形成されたボイドが、後の積層工程、部品実装（リフロー）工程等を含む基板製造時に於ける各種の加熱処理加工、若しくは電子機器内への組み込み後に於ける受熱等に於いて加熱されると、ボイドの熱膨張により、導体パターンの剥離、チップ部品の損傷、回路切断、基板の剛性劣化等、種々の不具合を招く虞がある。

即ち、例えば電源回路における電流容量の確保の為の電源層、や安定した接地を目的としたある一定以上の面積を持った銅箔パターングランド層等のいわゆるプレーン層は、内層に形成されると、基板製造時の混入する水分や、基板積層時に発生するアウトガスが銅箔パターン近傍に滞留し、基板製造における積層時や、回路基板として部品を搭載する際のリフロー加熱等により、銅箔と樹脂層の間で剥離しうるという問題があった。

そこで本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、剥離し難い部品内蔵プリント配線板を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る部品内蔵プリント配線板は、第１導電パターンと、部品接合電極を形成するとともに、複数の穴部が設けられ、前記第１導電パターンよりも大きいパターン面を有する第２導電パターンと、この第２導電パターンの表面に形成した酸化導体の被膜とを部品実装面に備えた基材と、前記第２導電パターンよりも小さい実装面積を有し、前記第１および第２導電パターンに其々電気的に接続して実装された電子部品と、前記電子部品、前記第１導電パターンおよび前記酸化導体の被膜を覆うように形成され、前記基材と他の基材との間に挟まれた樹脂層とを具備することを特徴としている。

剥離し難い部品内蔵プリント配線板を提供できる。

以下に図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

本発明の第１実施形態を図１乃至図２を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る部品内蔵プリント配線板の構造を示す図である。図１は部品内蔵プリント配線板の断面図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａ断面を示した図である。

図１に示すように、本発明の第１実施形態に係る部品内蔵プリント配線板１０は、
導体３，５，６，８と、基材４，７と、樹脂層１と、電子部品２とから構成された４層の多層のプリント配線板である。部品内蔵プリント配線板１０は、４層に限らず、多層のプリント配線板であれば何層であっても良い。

ここで、基材４は、例えばガラスエポキシ樹脂等からなる絶縁材である。基材４は、部品接合電極を形成する複数の導体３を部実装面に設けている。
電子部品２は電子部品端子２ａを有し、この電子部品端子２ａは、導体３と半田接合され、電気的に接続して実装されている。電子部品２は、樹脂層１に覆われた内蔵部品（内層側のパターン形成面に実装される電子部品）である。電子部品２は、直方体形状の部品本体に一対の端子を設けおり、例えばコンデンサ、抵抗素子等の受動部品であるチップ部品である。但し、電子部品２はチップ部品に限らず、特定の動作機能を有する２端子若しくは３端子以上の能動素子であってもよい。

樹脂層１は、例えば基材４及び基材７を構成する材料より低粘度の熱硬化性樹脂である。電子部品２と、基材４との間には、例えば１８μｍ程度の隙間が形成される。樹脂層１には、この隙間のすべてに充填材料が毛細管現象および積層後の加圧で浸透し、隙間に空気溜まりができないように隙間のすべてを埋めることのできる低粘度が要求される。この低粘度の樹脂層１は、例えば、市販の超低粘度エポキシ樹脂剤にフィラーを混入し、フィラーの混入量を調整することで、所望する低粘度の充填材樹脂層１を得ることができる。

前記部品接合電極である導体３の一方は、例えば電子部品２よりも大きな面積を有する電極である導体３ｂが設けられ、その導体３ｂには貫通した複数の穴部３１が設けられている。従って、導体３は基材４の内層側に導電パターンとしてパターン形成された配線層である。尚、導体６，８は、配線層であってもよいし、電源層やグランド層のいわゆるプレーン層であってもよい。但し、導体５に関しては後述するように水分やアウトガスを放出する関係上、プレーン層よりは配線層の方が好ましい。

ここで、穴部３１の大きさは、φ０．２５〜５ｍｍ程度が好ましい。また各穴部３１のピッチは０．５〜１０ｍｍ程度が好ましい。径が大きくピッチが細かいほど、水分やアウトガスの抜けが良くなる一方、過剰に大きくすると、回路基板としての電気的特性が満足できない場合もあるからである。従って、対象製品毎に電気的特性を考慮しながら設計することを要する。

尚、穴部３１の形状は円形に限られず、水分やアウトガスの抜けが良好であれば他の形状であっても良い。また、開口径や開口のピッチは必ずしも一定ではなく、例えば銅箔パターンの中で特に水分やアウトガスを逃がしたい部分があれば当該部分の密度を密にするなど適宜調整しても良い。

図１中には示していないが、部品内蔵プリント配線板１０の表面には銅の酸化を防止するためにいわゆるソルダーレジスト層を設けても良い。
次に、部品内蔵プリント配線板１０の部品内蔵プリント配線板の製造方法について説明する。
部品内蔵プリント配線板１０は、例えば以下のような製造方法で得られる。即ち、基材４の両面に銅層が張られたいわゆる銅張積層板を２組用意し、夫々エッチングやドリル加工、レーザ加工等の所定の処理方法でパターンニングを行い、導体３，５及び基材４からなる第１の配線板２０と、導体６，８及び基材７からなる第２の配線板３０を得る。尚、必要により、スルーホールやビアホールを形成して回路配線パターンを形成しておいても良い。

次に、電子部品２を第１の配線板２０の導体３上に実装する。この際、マウンタ等を利用して電子部品端子２ａを導体３の電極に対向するように実装する。導体３上には予めはんだペーストを塗布しておく。これにより、電子部品２を暫定的に位置決めすることができる。

次に、電子部品２が実装された第１の配線板２０と、第２の配線板３０とを樹脂層１を介して接合させる。この接合は、例えば、第１の配線板２０上の電子部品２を鉛直上方向に向け、第１の配線板２０の導体３側に樹脂層１を塗布する。そして鉛直上方向から樹脂層１を塗布し、第２の配線板３０の導体６を第１の配線板２０の導体３に対向させるように搭載する。

次に、第１の配線板２０及び第２の配線板３０、樹脂層１をリフロー炉において加熱し、はんだ接合と樹脂層１による第１の配線板２０と第２の配線板３０との接合を一括して行う。

以上のように、導体３ｂに穴部３１を設けることで基板製造時の混入する水分や、基板積層時に発生するアウトガスが銅箔パターン下部に滞留しない様にすることができる。

従って、剥離の原因である水分やアウトガスの低減が図られる為、第１の配線板２０の基板製造における積層時や、部品内蔵プリント配線板１０の表面上に更に電子部品を搭載してプリント回路基板を製造する際のリフロー加熱等により、銅箔と樹脂層の間で剥離が発生しにくくなる。これにより部品内蔵プリント配線板の信頼性を高めることができる。

本発明の第２実施形態を図３を参照して説明する。図３は、本発明の第２実施形態における部品内蔵プリント配線板において、第１の配線板を示した図である。
図３において、第１の配線板２１は、図１に示した第１の配線板２０に対応する部分である。図３の第２の配線板２１において、図１の第１の配線板２０と同一部分は同一記号で示し、その説明は省略する。

第１の配線板２１が、第１の配線板２０と異なる点は、導体３ｂ表面に酸化銅の被膜である酸化膜３ｂｓ１を形成している点である。
第１の配線板２１は、導体３ｂの表面に薬剤を用いて酸化銅の被膜を形成することにより、導体３と樹脂層１との密着力が向上する。
ここで、酸化銅の被膜の形成方法としては、使用する薬剤によって、酸化銅の種類は異なるものの、銅箔表面に酸化、還元反応させることで、酸化銅の被膜を形成（粗化処理）させる方法で酸化銅の被膜を得る。

使用する薬剤としては、例えばＮａＯＨの他、ＮａＣｌＯ２、Ｎａ２ＰＯ４等も適宜用いてよい。
酸化被膜が厚くなるほど、その厚さの分だけ酸化被膜の表面積は増えるため密着強度が向上する。一方で、酸化被膜が厚くなれば、はんだ付け時に濡れ性が低下する等の問題が生じる。従って、過度に厚くなり過ぎない様に例えば数μｍ〜１００μｍ程度の範囲で適度な被膜形成コントロールを行う。尚、上述した酸化被膜の工程を経ても、薬剤自体は多量ではないため、穴部３１は酸化被膜によって塞がる程度には至らない。

以上の構成にすることで、第１実施形態と同様、導体３と樹脂層１との剥離の要因を低減するばかりでなく、導体３と樹脂層１との密着力を向上させることで、更に剥離を防止することできる。

本発明の第３実施形態を図４を参照して説明する。図４は、本発明の第３実施形態における部品内蔵プリント配線板において、第１の配線板を示した図である。
図４において、第１の配線板２２は、図３に示した第１の配線板２１に対応する部分である。図４の第２の配線板２２において、図３の第１の配線板２１と同一部分は同一記号で示し、その説明は省略する。

第１の配線板２２が、第１の配線板２１と異なる点は、酸化膜が、酸化被膜３ｂｓ１から酸化被膜３ｂｓ２に変わっている点である。
この酸化被膜３ｂｓ２は、以下のような大気雰囲気下で高温にさらす方法で得られる。
即ち、第１実施形態で得られた第１の配線板２０を、表面実装技術等で用いる大気雰囲気を利用したリフロー炉を利用して過熱する。この加熱には少なくとも実用的な時間で酸化膜を形成できる温度（例えば８０℃以上）で加熱する。具体的には、一例として、１００〜１５０℃程度に温度を上げて５分程度加熱し、さらに被膜を厚くする場合は複数回の加熱を実施する。この加熱により銅箔表面に酸化銅を形成することができる。

酸化被膜が厚くなるほど、その厚さの分だけ酸化被膜の表面積は増えるため密着強度が向上する。一方で、酸化被膜が厚くなれば、はんだ付け時に濡れ性が低下する等の問題が生じる。従って、過度に厚くなり過ぎない様に例えば数μｍ〜１００μｍ程度の範囲で適度な被膜形成コントロールを行う。

尚、大気雰囲気下でなく窒素雰囲気下で行ってもよい。窒素雰囲気下では、酸化が抑えられる一方で濡れ性は向上する点メリットがある。酸化被膜の厚さは適宜調整して行う。

以上の構成にすることで、第１実施形態と同様、導体３と樹脂層１との剥離の要因を低減するばかりでなく、導体３と樹脂層１との密着力を向上させることで、更に剥離を防止することできる。また、第２実施形態に比して、薬品を用いず酸化被膜が得られる為、製造コストが有利となる。

（電子機器）
本発明の第４実施形態を図５に示す。図５は、第１実施形態の部品内蔵プリント配線板１０を用いたプリント回路板を実装した電子機器を示した図である。
図５では、電子機器としてポータブルコンピュータ１１を示し、収容しているプリント回路板には第１の配線板２０が使用された部品内蔵プリント配線板１０が使用されている。但し、本実施の形態は第１の配線板２０が使用された部品内蔵プリント配線板に限ることなく、上述した第１の配線板２１、２２が使用されていても良い。

図５に於いて、ポータブルコンピュータ１１の本体１２には、表示部筐体１３がヒンジ機構を介して回動自在に設けられている。本体１２には、ポインティングデバイス１４、キーボード１５等の操作部が設けられている。表示部筐体１３には例えばＬＣＤ等の表示デバイス１６が設けられている。

また本体１２には、上記ポインティングデバイス１４、キーボード１５等の操作部および表示デバイス１６を制御する制御回路を組み込んだプリント回路板（マザーボード）１８が設けられている。

既述のようにこのプリント回路板１８は、第１の配線板２０が使用された部品内蔵プリント配線板１０の他、第１の配線板２１，２２が使用された部品内蔵プリント配線板を用いて実現される。

このプリント回路板１８に用いた部品内蔵プリント配線板は、内蔵部品となる電子部品２をはんだ実装する導体３に穴部３１を設けた構造である。従って、導体３の下面に水分やアウトガスが滞留すること、ひいては銅箔と樹脂層の間の剥離が妨げられている。従って、電子機器内への組み込み後に於いて、この剥離による、チップ部品の損傷、回路切断等を招くという虞が排除され、安定した機器動作が可能になる。

本発明の第１実施形態に係る部品内蔵プリント配線板の構造を示す図。 図１におけるＡ−Ａ断面を示した図。 本発明の第２実施形態における部品内蔵プリント配線板において、第１の配線板を示した図。 本発明の第３実施形態における部品内蔵プリント配線板において、第１の配線板を示した図。 第１実施形態の部品内蔵プリント配線板１０を用いたプリント回路板を実装した電子機器を示した図。

符号の説明

１…樹脂層 ２…電子部品 ２ａ…電子部品端子 ３…導体 ３１…穴部 ４…基材部 １０…部品内蔵プリント配線板 １１…ポータブルコンピュータ １２…本体 １３…表示部筐体 １４…ポインティングデバイス １５…キーボード １６…表示デバイス １８…プリント回路板（マザーボード） ２０…第１の配線板 ３０…第２の配線板

Claims (5)

1. 第１導電パターンと、部品接合電極を形成するとともに、複数の穴部が設けられ、前記第１導電パターンよりも大きいパターン面を有する第２導電パターンと、この第２導電パターンの表面に形成した酸化導体の被膜とを部品実装面に備えた基材と、
   前記第２導電パターンよりも小さい実装面積を有し、前記第１および第２導電パターンに其々電気的に接続して実装された電子部品と、
   前記電子部品、前記第１の導電パターンおよび前記酸化導体の被膜を覆うように形成され、前記基材と他の基材との間に挟まれた樹脂層と、
   を具備することを特徴とする部品内蔵プリント配線板。
2. 前記酸化導体の被膜は粗化処理または熱処理して形成したことを特徴とする請求項１に記載の部品内蔵プリント配線板。
3. 前記酸化導体の被膜はＮａＯＨ、ＮａＣｌＯ２、Ｎａ２ＰＯ４の内、いずれか１を含む薬剤により形成されたことを特徴とする請求項２記載の部品内蔵プリント配線板。
4. 前記酸化導体の被膜は導体の酸化を促進する程度の高温により形成されたことを特徴とする請求項２記載の部品内蔵プリント配線板。
5. 本体と、
   前記本体に収容された部品内蔵プリント配線板と
   を備えた電子機器であって、
   前記部品内蔵プリント配線板は、
   第１導電パターンと、部品接合電極を形成するとともに、複数の穴部が設けられ、前記第１導電パターンよりも大きいパターン面を有する第２導電パターンと、この第２導電パターンの表面に形成した酸化導体の被膜とを部品実装面に備えた基材と、
   前記第２導電パターンよりも小さい実装面積を有し、前記第１および第２導電パターンに其々電気的に接続して実装された電子部品と、
   前記電子部品、前記第１導電パターンおよび前記酸化導体の被膜を覆うように形成され、前記基材と他の基材との間に挟まれた樹脂層と、
   を具備することを特徴とする電子機器。

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