JP7315546B2 - 部品内蔵基板 - Google Patents
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Description
本願は、2018年6月14日に日本に出願された特願2018-113498号および2019年3月5日に日本に出願された特願2019-039846号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
しかしながら、本願発明者らが鋭意検討したところ、スタックビアを採用した場合、絶縁層と内蔵部品との間の線膨張係数の違いにより、ビア間にストレスが生じやすいことが判った。ビア間のストレスは、配線パターン間の電気的接続の信頼性の低下につながる。
以下、本実施形態の部品内蔵基板について図面に基づいて説明する。
図1に示すように、部品内蔵基板10Aは、一方の面に配線パターン2が形成された複数の絶縁層1と、絶縁層1同士を接着する複数の接着層3と、を備えている。部品内蔵基板10Aには、積層方向において隣り合う配線パターン2同士を電気的に接続させる複数のビア4が設けられている。部品内蔵基板10Aの内部には、複数の接続端子5aを有する内蔵部品5が内蔵されている。また、絶縁層1同士の間には、両面回路基板6が配置されている。なお、部品内蔵基板10Aは両面回路基板6を有していなくてもよい。
本実施形態では、絶縁層1および配線パターン2が積層された方向を積層方向という。また、積層方向から見ることを平面視といい、積層方向に沿った断面で見ることを断面視という。
部品内蔵基板10Aを製造する際には、例えば図2(a)に示すような銅張積層板(CCL)20を複数用意する。銅張積層板20は、基材21と、銅箔22とを有している。基材21は、部品内蔵基板10Aにおける絶縁層1となる部分であり、銅箔22は配線パターン2となる部分である。
次に、各銅張積層板20の銅箔22をエッチング加工することなどによって、所定の配線パターン2を得る(図2(b))。次に、配線パターン2が形成された銅張積層板20に、接着性シートを貼り合わせて接着層3を形成する(図2(c))。
このような現象は、図1に示すように、複数の配線パターン2と内蔵部品5の接続端子5aとをビア4で電気的に接続させた場合、特に生じやすくなる。これは、絶縁層1と内蔵部品5との線膨張係数の違いに起因して、ビア4に温度変化によるストレスが生じやすいためである。
なお、接続ビア41及び隣接ビア42は平面視で円形状である。
図5(a)に示すように、接続ビア41の平均断面積を接続ビア断面積A1といい、隣接ビア42の平均断面積を隣接ビア断面積A2という。本明細書において「平均断面積」とは、積層方向に直交する断面における当該ビア4の断面積の、積層方向における平均値である。例えば、ビア4が正確な円柱形状である場合には、ビア4の平均断面積は当該円柱形状の任意の位置における断面積と等しくなる。
本実施例では、図6に示すような部品内蔵基板を作成した。この部品内蔵基板は、2層の配線パターン2と内蔵部品5とによって構成されるデイジーチェーン回路を有している。配線パターン2の材質を銅とした。ビア4の導電性材料として、銅よりも弾性率が低く、線膨張係数が大きい焼結型導電性ペーストを用いた。この焼結型導電性ペーストをビアホール内に充填することで、ビア4を形成した。
本実施例では、複数のサンプルを用意したが、いずれのサンプルにおいても、接続ビア41および隣接ビア42を、直径が100μmの円柱状とした。つまり、全てのサンプルにおいて、接続ビア断面積A1および隣接ビア断面積A2の値は、7853μm2で一定である。
以上のことから、S1/A1およびS1/A2の値は0.61以下であることが好ましく、0.48以下であることがさらに好ましいことが判る。
具体的には、接続ビア41もしくは隣接ビア42の断面積と重なり面積との割合、すなわちS1/A1およびS1/A2の値を0.61以下とすることで、温度変化によるストレスが加えられた後でも、電気抵抗の増加を抑えた部品内蔵基板10Aを提供することができる。
また、S1/A1およびS1/A2の値を0.48以下とすることで、スタガードビア構造と同等まで電気的接続の信頼性を向上させることができる。
なお、接続ビア41および隣接ビア42は平面視において重なり合っているため、S1/A1およびS1/A2の値は0より大きい。
次に、本発明に係る第2実施形態について説明するが、第1実施形態と基本的な構成は同様である。このため、同様の構成には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
本実施形態では、3つ以上のビア4が積層方向において互いに隣り合い、平面視において一部が重なった場合について説明する。
図10(a)~(c)のビア列Rは、接続ビア41、隣接ビア42、および第2隣接ビア43を含む6つのビア4を有している。図10(a)~(c)における複数のビア4は、積層方向において互いに隣り合い、平面視において少なくとも一部が重なっている。
図10(a)におけるビア列Rでは、接続ビア41と隣接ビア42の平面視での重なり面積が、接続ビア41および隣接ビア42の平均断面積の一定の割合以下になるように配置されているが、隣接ビア42および第2隣接ビア43並びに残り3つのビア4は同軸上に配置されている。この構成では、接続ビア41と隣接ビア42との間でストレスが伝わるのを抑えながら、残りのビア4については、同軸上に配置することで配線パターンの密度を向上することができる。
また、部品内蔵基板10A、10Bは、接着層3を有していなくてもよい。この場合、例えば絶縁層1を熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂などで形成し、一方の面に配線パターン2が形成された絶縁層1を積層して加熱することで、絶縁層1同士を固定することができる。
また、図7では接続ビア41および隣接ビア42の直径が100μmの場合のデータを示したが、ビア41、42の大きさが異なっていたとしても、S1/A1およびS1/A2の値を0.61以下(より好ましくは0.48以下)とすることで、同様の作用効果が得られる。
例えば、上記実施形態ではビアホール内に導電性ペーストを充填してビア4を形成したが、ビアホール内に銅などのメッキを施すことで、ビア4を形成してもよい。
Claims (6)
- 一方の面に配線パターンが形成された複数の絶縁層と接続端子を有する内蔵部品とを含み、前記接続端子の上方に前記絶縁層が複数積層された部品内蔵基板であって、
積層方向において隣り合う複数の前記配線パターンと前記接続端子とを電気的に接続させる複数のビアを有し、
前記複数のビアはそれぞれ、前記絶縁層に形成されたビアホールと、前記ビアホール内に設けられた導電性材料と、により構成され、
前記複数のビアには、前記接続端子に直接接続された接続ビアと、前記接続ビアと積層方向において隣り合う隣接ビアとが含まれ、
前記隣接ビアは、最も上方に位置する前記絶縁層の表面に形成された前記配線パターンに接続されており、
前記接続ビアおよび前記隣接ビアは平面視において重なりあうとともに、
前記接続ビアの平均断面積をA1とし、前記隣接ビアの平均断面積をA2とし、平面視における前記接続ビアと前記隣接ビアとの重なり面積をS1とするとき、S1/A1≦0.61かつS1/A2≦0.61である、部品内蔵基板。 - 一方の面に配線パターンが形成された複数の絶縁層と接続端子を有する内蔵部品とを含み、前記接続端子の上方に前記絶縁層が複数積層された部品内蔵基板であって、
積層方向において隣り合う複数の前記配線パターンと前記接続端子とを電気的に接続させる複数のビアを有し、
積層方向において互いに隣り合う3つ以上のビアからなるビア列を有し、
前記複数のビアはそれぞれ、前記絶縁層に形成されたビアホールと、前記ビアホール内に設けられた導電性材料と、により構成され、
前記ビア列には、前記接続端子に直接接続された接続ビアと、前記接続ビアと積層方向において隣り合う隣接ビアとが含まれ、
前記ビア列は、最も上方に位置する前記絶縁層の表面に形成された前記配線パターンに接続されており、
前記ビア列は、前記ビア列に含まれるすべてのビアが平面視において重なり合う重畳領域を有し、
前記接続ビアおよび前記隣接ビアは平面視において重なりあうとともに、
前記接続ビアの平均断面積をA1とし、前記隣接ビアの平均断面積をA2とし、平面視における前記接続ビアと前記隣接ビアとの重なり面積をS1とするとき、S1/A1≦0.61かつS1/A2≦0.61である、部品内蔵基板。 - 前記ビア列には、前記隣接ビアと積層方向において隣り合う第2隣接ビアが含まれ、
前記隣接ビアの平均断面積をA2とし、前記第2隣接ビアの平均断面積をA3とし、平面視における前記隣接ビアと前記第2隣接ビアとの重なり面積をS2とするとき、0.9≦S2/A2≦1.0かつ0.9≦S2/A3≦1.0である、請求項2に記載の部品内蔵基板。 - 前記ビア列には、前記隣接ビアと積層方向において隣り合う第2隣接ビアが含まれ、
前記隣接ビアの平均断面積をA2とし、前記第2隣接ビアの平均断面積をA3とし、平面視における前記隣接ビアと前記第2隣接ビアとの重なり面積をS2とするとき、S2/A2≦0.61かつS2/A3≦0.61である、請求項2に記載の部品内蔵基板。 - 前記ビア列に含まれており、積層方向において隣接する2つのビアを第1ビアおよび第2ビアとし、
前記第1ビアの平均断面積をAnとし、前記第2ビアの平均断面積をAn+1とし、平面視における前記第1ビアと前記第2ビアとの重なり面積をSnとするとき、
前記ビア列に含まれるすべてのビアについて、Sn/An≦0.61かつSn+1/An+1≦0.61が成立する、請求項2に記載の部品内蔵基板。 - 前記絶縁層はポリイミドにより形成されている、請求項1から5のいずれか1項に記載の部品内蔵基板。
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