JP2020150094A

JP2020150094A - プリント配線板およびその製造方法

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Publication number: JP2020150094A
Application number: JP2019045470A
Authority: JP
Inventors: 清水　敬介; Keisuke Shimizu; 敬介清水
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2019-03-13
Filing date: 2019-03-13
Publication date: 2020-09-17
Anticipated expiration: 2039-03-13
Also published as: JP7184679B2

Abstract

【課題】樹脂製コア基板の開口内に内蔵する電子部品のスルーホール導体の接続信頼性を向上させる。【解決手段】樹脂製コア基板の開口内に電子部品を内蔵するプリント配線板であって、電子部品は、該電子部品を貫通するスルーホール内に、該電子部品の両面上の導体回路を電気的に接続するスルーホール導体と、そのスルーホール導体の中心部を貫通する貫通孔とを有しており、樹脂製コア基板の開口内の電子部品の周囲と貫通孔内とに、コア基板を構成する樹脂よりも溶融状態での流動性が高い樹脂が充填されている。【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂製コア基板の開口内にＩＣチップや回路基板等の電子部品を内蔵するプリント配線板およびその製造方法に関する。

近年のプリント配線板の高密度化および低背化の要求に対して、樹脂でガラス基板を被覆するプリント基板のデザインが提案されている（例えば特許文献１参照）。

このようなプリント配線板においては、樹脂製コア基板の開口内に電子部品を内蔵する場合があり、そのような電子部品は、該電子部品を貫通するスルーホール内に、該電子部品の両面上の導体回路を電気的に接続するスルーホール導体と、そのスルーホール導体の中心部を貫通する貫通孔とを有する場合がある。

そしてこのように樹脂製コア基板の開口内に電子部品を内蔵する際には、その樹脂製コア基板の材料となる層間絶縁材を構成する樹脂をプレスにより加熱および加圧して溶融させ、その樹脂製コア基板の開口内の電子部品の周囲に流し込むことで、その樹脂製コア基板の開口内の電子部品の周囲を樹脂で充填して、電子部品をその開口内に固定するのが通常である。

特許第６１４８７６４号公報

ところで近年のプリント配線板の小型化に伴い、従来はあらかじめスルーホール導体の貫通孔内に樹脂を充填した電子部品を樹脂製コア基板の開口内に内蔵するが、その貫通孔内に樹脂を充填する工程をプリント配線板の製造過程で行うにあたり、その開口内に内蔵する電子部品も小型化し、その電子部品のスルーホール導体の貫通孔も微細化しているため、樹脂製コア基板の材料となる層間絶縁材の樹脂をプレスにより加熱および加圧して樹脂製コア基板の開口内の電子部品の周囲に流し込む方法では、電子部品用開口と電子部品に設けられた貫通孔を同時に埋めるのは充填体積の比率からして困難となる。このため、スルーホール導体の貫通孔内まで樹脂を充填することはできず、その貫通孔内に空洞が残り、その空洞内の空気がスルーホール導体の腐食の原因となって、電子部品の両面上の導体回路の電気的接続の信頼性を低下させる可能性がある。

この発明のプリント配線板は、樹脂製コア基板の開口内に電子部品を内蔵するプリント配線板であって、前記電子部品は、該電子部品を貫通するスルーホール内に、該電子部品の両面上の導体回路を電気的に接続するスルーホール導体と、そのスルーホール導体の中心部を貫通する貫通孔とを有しており、前記開口内の前記電子部品の周囲と前記貫通孔内とに、前記コア基板を構成する樹脂よりも溶融状態での流動性が高い樹脂が充填されている。

この発明のプリント配線板の製造方法は、樹脂製コア基板の開口内に電子部品を内蔵するプリント配線板を製造するに際し、前記電子部品は、該電子部品を貫通するスルーホール内に、該電子部品の両面上の導体回路を電気的に接続するスルーホール導体と、そのスルーホール導体の中心部を貫通する貫通孔とを有しており、前記開口内の前記電子部品の周囲と前記貫通孔内とに、前記コア基板を構成する樹脂よりも流動性が高い溶融樹脂を充填する。

本発明の実施形態によれば、樹脂製コア基板の開口内の前記電子部品の周囲と前記貫通孔内とに、例えば低粘度や小径フィラーの含有等によって前記コア基板を構成する樹脂よりも溶融状態での流動性を高くされて小径や狭いキャビティに対応した樹脂が充填されているため、その貫通孔内に空洞が全く残らないので、電子部品の両面上の導体回路のスルーホール導体による電気的接続の信頼性を向上させることができる。

本発明の一実施形態のプリント配線板を示す断面図である。（ａ）〜（ｇ）は、図１に示される実施形態のプリント配線板の製造方法の各工程を説明する断面図である。

以下、図面を参照して本発明に係るプリント配線板の実施形態について説明する。図面の説明において、同様の要素には同一符号を付し、重複説明は省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係るプリント配線板を示す断面図であり、図２（ａ）〜図２（ｇ）は、図１に示される実施形態のプリント配線板の製造方法の各工程を示す断面図である。この実施形態のプリント配線板１０は、コア基板１２と、ビルドアップ層１４とを具える。

コア基板１２は、例えばシリカやアルミナ等の無機フィラーを含有するエポキシ樹脂やＢＴ（ビスマレイミドトリアジン）樹脂等の絶縁性樹脂組成物で構成されており、ガラスクロス等の補強材を含んでいる。コア基板１２の表側の面であるＦ面１２Ｆと、コア基板１２の裏側の面であるＢ面１２Ｂとにはそれぞれ、導体回路層２２が形成されている。導体回路層２２は、導電性金属、例えば銅で形成される。コア基板１２には複数のスルーホール導体２４が形成されている。スルーホール導体２４は各々、導電性金属、例えば銅で形成され、コア基板１２の表側の面であるＦ面１２Ｆおよび裏側の面であるＢ面１２Ｂ上の導体回路層２２同士を電気的に接続している。

コア基板１２は、中央部に矩形の開口を画成する部品収容部２６を有し、部品収容部２６は、コア基板１２をその厚み方向に貫通する貫通孔からなる。部品収容部２６には、例えばＩＣチップや回路基板を構成するガラス基板等の電子部品２８が収容されている。電子部品２８の表側の面であるＦ面２８Ｆと、電子部品２８の裏側の面であるＢ面２８Ｂとにはそれぞれ、導体回路層３０が形成されている。導体回路層３０は、導電性金属、例えば銅で形成される。電子部品２８は、その電子部品２８をその厚み方向に貫通する例えば複数のスルーホールを有し、各スルーホールの内周面上には円筒状のスルーホール導体３２が形成されている。スルーホール導体３２は各々、導電性金属、例えば銅で形成され、電子部品２８のＦ面２８ＦおよびＢ面２８Ｂ上の導体回路層３０同士を電気的に接続している。各スルーホール導体３２の中心部には微細な貫通孔３４が形成されている。

ビルドアップ層１４は、コア基板１２のＦ面１２Ｆ上およびＢ面１２Ｂ上にそれぞれ形成されている。ビルドアップ層１４は、層間絶縁層３６と導体回路層３８とを交互に積層してなる。層間絶縁層３６は、例えばシリカやアルミナ等の無機フィラーを含有するエポキシ樹脂やＢＴ（ビスマレイミドトリアジン）樹脂等の樹脂組成物からなる。層間絶縁層３６は、好ましくは、ガラスクロス等の補強材を含んでいる。導体回路層３８は、導電性金属、例えば銅で形成される。

部品収容部２６内の電子部品２８の周囲の隙間およびスルーホール導体３２の貫通孔３４内には、コア基板１２を構成する絶縁性樹脂組成物とは別組成の、層間絶縁層３６を構成する絶縁性樹脂組成物と同じ組成の絶縁性樹脂４０が充填されて固化しており、この絶縁性樹脂４０が、電子部品２８を部品収容部２６内の所定位置に固定するとともに、スルーホール導体３２と空気との接触を遮ってスルーホール導体３２の腐食を防止している。この絶縁性樹脂４０は、好ましくは例えばシリカやアルミナ等の無機フィラーを含有する。

コア基板１２のＦ面１２Ｆ上およびＢ面１２Ｂ上のビルドアップ層１４の導体回路層３８は、コア基板１２のＦ面１２ＦおよびＢ面１２Ｂ上の導体回路層２２に、それらのビルドアップ層１４の層間絶縁層３６を貫通するバイアホール導体４２を介してそれぞれ電気的に接続されている。Ｆ面１２Ｆ上のビルドアップ層１４の導体回路層３８はまた、コア基板１２の部品収容部２６内の電子部品２８のＦ面２８Ｆ上の導体回路層３０に、そのビルドアップ層１４のバイアホール導体４２を介して電気的に接続されている。バイアホール導体４２は、導体回路層２２、導体回路層３０および導体回路層３８と同じ導電性金属、例えば銅で形成することができる。

この実施形態のプリント配線板１０によれば、部品収容部２６内に内蔵された電子部品２８を例えばインターポーザとして、この実施形態のプリント配線板１０上にフリップチップ実装される複数のＩＣチップのピッチの異なる電極同士や、それらのＩＣチップの電極とビルドアップ層１４の導体回路層３８の電極パッドとの間の電気的接続に使用することができる。また、部品収容部２６内に内蔵された電子部品２８の周囲とその電子部品２８のスルーホール導体３２の貫通孔３４内とに充填された、コア基板１２を構成する絶縁性樹脂組成物とは別組成の、層間絶縁層３６を構成する絶縁性樹脂組成物と同じ絶縁性樹脂４０が固化しているので、部品収容部２６内で電子部品２８を精度良く位置決め固定できるとともに、電子部品２８の両面上の導体回路層３０のスルーホール導体３２による電気的接続の信頼性を向上させることができる。

次に、本発明のプリント配線板の製造方法の一実施形態が、図２（ａ）〜図２（ｇ）を参照して説明される。図１で説明された要素と同様の要素には、同じ符号が付され、適宜説明が省略される。

（１）先ず、図２（ａ）に示されるようなコア基板１２の材料として、エポキシ樹脂又はＢＴ（ビスマレイミドトリアジン）樹脂とガラスクロスなどの補強材とからなる絶縁性基材の表裏両面が銅箔でラミネートされたものが用意される。

（２）次いで、その絶縁性基材の表面側から例えば炭酸ガスレーザの照射、もしくはメカニカルドリルでの孔加工が適用されて、スルーホール導体用貫通孔を形成するための孔が穿孔される。また、絶縁性基材の裏面側のうち前述した表面の孔の真裏となる位置に例えば炭酸ガスレーザの照射、もしくはメカニカルドリルでの孔加工が適用されて孔が穿孔され、それら表面および裏面の孔同士が繋がることで、スルーホール導体２４用の貫通孔を有するコア基板１２が形成される。また、そのコア基板１２の中央部には、例えば炭酸ガスレーザの照射、もしくはメカニカルドリルでの孔加工により、矩形の開口を持つ貫通孔としての部品収容部２６が形成される。

（３）次いで、無電解めっき処理が行われ、コア基板１２の表側の面であるＦ面１２Ｆおよび裏側の面であるＢ面１２Ｂの銅箔上と貫通孔の内周面とに無電解めっき膜が形成される。そして銅箔上の無電解めっき膜上に、所定パターンのめっきレジストが形成され、そのめっきレジストは、部品収容部２６を覆っているが、スルーホール導体用貫通孔は露出させている。

（４）次いで、電解めっき処理が行われ、電解めっきがスルーホール導体用貫通孔内に充填されてスルーホール導体２４が形成されて後に、銅箔上の無電解めっき膜のうちめっきレジストから露出している部分に電解めっき膜が形成される。その後、めっきレジストが剥離されるとともにめっきレジストの下方の無電解めっき膜及び銅箔が除去され、残された電解めっき膜と無電解めっき膜と銅箔とにより、コア基板１２のＦ面１２ＦおよびＢ面１２Ｂ上に導体回路層２２がそれぞれ形成される。コア基板１２のＦ面１２ＦおよびＢ面１２Ｂ上の導体回路層２２は、スルーホール導体２４によって互いに電気的に接続されている。

（５）しかる後、図２（ａ）に示されるように、例えば粘着性を有するフィルムからなるテープ４４が、図では下向きとされている上記のコア基板１２のＢ面１２Ｂ側の導体回路層２２上に、部品収容部２６を塞ぐように張り付けられる。次いで、プリント配線板１０の部品収容部２６内に内蔵されるべき電子部品２８が準備され、その電子部品２８がマウンタ（図示せず）によって部品収容部２６の所定位置に配置される。

（６）電子部品２８も、例えばコア基板１２と同様にして、表側の面であるＦ面２８Ｆおよび裏側の面であるＢ面２８Ｂ上に導体回路層３０とされる導体層がそれぞれ形成される。電子部品２８のＦ面２８ＦおよびＢ面２８Ｂ上の導体層は、スルーホール導体３２によって互いに電気的に接続されている。また、各スルーホール導体３２の中心部には電子部品２８のＦ面２８Ｆ側からＢ面２８Ｂ側まで貫通する微細な貫通孔３４が形成されている。

（７）次いで、このテープ４４上のコア基板１２とその部品収容部２６内に配置された電子部品２８とが、その部品収容部２６のみを露出させる図示しない印刷用版を被せられてコア基板１２のＦ面１２Ｆを全体的に覆われ、その状態で次に、コア基板１２を構成する絶縁性樹脂組成物とは別組成の、層間絶縁層３６を構成する絶縁性樹脂組成物と同じ組成の溶融状態の絶縁性樹脂材料が例えば印刷塗布により選択的に部品収容部２６内に供給されて、減圧により部品収容部２６内の電子部品２８の周囲およびスルーホール導体３２の中心部の貫通孔３４内に密に充填される。充填の際の減圧レベルを−５Ｐａ〜−１０，０００Ｐａとするとともに、溶融樹脂の粘度を、コア基板１２の絶縁性樹脂組成物の溶融状態よりも流動性が高い、１００Ｐａ・ｓ〜１，０００Ｐａ・ｓとすると、貫通孔３４内への溶融樹脂の充填が確実に行われる。さらに、溶融樹脂が含有するフィラーは、コア基板１２の絶縁性樹脂組成物が含有するフィラーより小径の、中心粒径が０．１μｍ〜１５μｍのものであると、貫通孔３４内への溶融樹脂の充填がより確実に行われる。

（８）その後、部品収容部２６内の電子部品２８の周囲およびスルーホール導体３２の中心部の貫通孔３４内に充填された溶融樹脂が硬化し、図２（ｂ）に示されるように、その硬化した絶縁性樹脂が、電子部品２８を部品収容部２６内の所定位置に精度良く位置決め固定するとともに、スルーホール導体３２の中心部の貫通孔３４の内周面と空気との接触を遮断する。

（９）次いで、図２（ｃ）に示されるように、コア基板１２とその部品収容部２６内に配置された電子部品２８とからテープ４４が剥離される。

（１０）次いで、図２（ｄ）に示されるように、コア基板１２のＦ面１２Ｆ上およびＢ面１２Ｂ上の導体回路層２２と、電子部品２８のＦ面２８Ｆ上およびＢ面２８Ｂ上の導体層とが例えばエッチングにより除去される。また、コア基板１２のＦ面１２ＦおよびＢ面１２Ｂから突出する樹脂および電子部品２８のＦ面２８ＦおよびＢ面２８Ｂから突出する樹脂が例えば切削や研削等により除去され、コア基板１２のＦ面１２Ｆおよび電子部品２８のＦ面２８Ｆは平坦かつ面一にされ、コア基板１２のＢ面１２Ｂおよび電子部品２８のＢ面２８Ｂも平坦かつ面一にされる。

（１１）次いで、図２（ｅ）に示されるように、コア基板１２のＦ面１２Ｆ上およびＢ面１２Ｂ上と、電子部品２８のＦ面２８Ｆ上およびＢ面２８Ｂ上とに、電解めっきによる導体回路層の形成のためのシード層となる無電解めっき膜４６が形成される。

（１２）次いで、図２（ｆ）に示されるように、セミアディティブ法により、コア基板１２のＦ面１２Ｆ上およびＢ面１２Ｂ上と、電子部品２８のＦ面２８Ｆ上およびＢ面２８Ｂ上との無電解めっき膜４６上にそれぞれ所定パターンのめっきレジストが形成され、次に、電解めっき処理が行われ、無電解めっき膜４６のうちめっきレジストから露出している部分に電解めっき膜が形成される。その後、めっきレジストが剥離されるとともにめっきレジストの下方の無電解めっき膜が除去され、残された電解めっき膜と無電解めっき膜とにより、コア基板１２のＦ面１２ＦおよびＢ面１２Ｂ上に導体回路層２２がそれぞれ形成されるとともに、電子部品２８のＦ面２８Ｆ上およびＢ面２８Ｂ上にも導体回路層３０がそれぞれ形成される。

（１３）次いで、図２（ｇ）に示されるように、図では上向きとされているコア基板１２のＦ面１２Ｆ側の導体回路層２２上および電子部品２８のＦ面２８Ｆ側の導体回路層３０上に、層間絶縁層３６を形成するための、ガラスクロス等の補強材にエポキシ樹脂やＢＴ樹脂等の絶縁性樹脂が含浸したＢステージのプリプレグ４８が積層され、そのプリプレグ４８上に銅箔（図示せず）が積層され、その後、プリプレグ４８とその上の銅箔とが加熱プレスされる。

（１４）次いで、上記と同様にして、図では下向きとされているコア基板１２のＢ面１２Ｂ側の導体回路層２２上および電子部品２８のＢ面２８Ｂ側の導体回路層３０上にも、層間絶縁層３６を形成するための、ガラスクロス等の補強材にエポキシ樹脂やＢＴ樹脂等の絶縁性樹脂が含浸したＢステージのプリプレグ４８が積層され、そのプリプレグ４８上に銅箔（図示せず）が積層され、その後、プリプレグ４８とその上の銅箔とが加熱プレスされる。なお、コア基板１２のＦ面１２Ｆ側およびＢ面１２Ｂ側の少なくとも一方のプリプレグ４８に替えて、ガラスクロス等の補強材無しの絶縁性樹脂材料を適用することも可能である。

（１５）このようにしてプリプレグ４８の樹脂成分が加熱プレスにより固化されて、コア基板１２のＦ面１２Ｆおよび電子部品２８のＦ面２８Ｆ上に層間絶縁層３６が形成されるとともにコア基板１２のＢ面１２Ｂ上および電子部品２８のＢ面２８Ｂ上にも層間絶縁層３６が形成された後、それらの層間絶縁層３６上の銅箔の上から所定の位置に例えば炭酸ガスレーザが照射され、銅箔および層間絶縁層３６を貫くバイアホールが形成される。バイアホールは、導体回路層２２および導体回路層３０を部分的に露出させる。

（１６）次いで、それらの層間絶縁層３６上の銅箔の上に、例えばフォトリソグラフィ法によって、上記バイアホールの位置に加えて導体回路層２２および導体回路層３０が形成される位置に開口を有するめっきレジストが形成される。

（１７）次いで、上記めっきレジストの開口およびバイアホールの内面上に、例えば無電解めっき処理により金属膜（図示せず）が形成される。金属膜は、スパッタリングや真空蒸着により形成されてもよい。この金属膜をシード層とした電解めっき処理により、バイアホール導体４２および銅箔上のめっき膜が形成される。電解めっき処理は、好ましくは、電解銅めっき処理である。その後、めっきレジストは剥離により除去される。

（１８）次いで、表面にめっき膜が形成されていない銅箔の部分がエッチングにより除去される。これによりコア基板１２のＦ面１２ＦおよびＢ面１２Ｂ上並びに電子部品２８のＦ面２８ＦおよびＢ面２８Ｂ上の層間絶縁層３６上に、銅箔およびめっき膜からなる導体回路層３８が形成される。図１に示されるように、層間絶縁層３６上の導体回路層３８はバイアホール導体４２によって、コア基板１２のＦ面１２ＦおよびＢ面１２Ｂ上の導体回路層２２に電気的に接続されるとともに、部品収容部２６内の電子部品２８のＦ面２８Ｆ上の導体回路層３０にも電気的に接続されている。

本発明は、上記実施形態に限定されず、請求の範囲の記載から逸脱しない範囲で種々の変更、修正が可能である。例えば、図１に示される実施形態のプリント配線板および図２（ａ）〜（ｇ）に示される実施形態のプリント配線板の製造方法では、コア基板の表面および裏面上に、層間絶縁層を有する１層のビルドアップ層を具えているが、本発明のプリント配線板および本発明のプリント配線板の製造方法はこれに限られず、コア基板の表面および裏面の少なくとも一方の上に、各々層間絶縁層を有する２層以上のビルドアップ層を具えるものでも良い。

１０プリント配線板
１２コア基板
１２Ｆ表側の面（Ｆ面）
１２Ｂ裏側の面（Ｂ面）
１４ビルドアップ層
２２導体回路層
２４スルーホール導体
２６部品収容部
２８電子部品
２８Ｆ表側の面（Ｆ面）
２８Ｂ裏側の面（Ｂ面）
３０導体回路層
３２スルーホール導体
３４貫通孔
３６層間絶縁層
３８導体回路層
４０絶縁性樹脂
４２バイアホール導体
４４テープ
４６無電解めっき膜
４８プリプレグ

Claims

樹脂製コア基板の開口内に電子部品を内蔵するプリント配線板であって、
前記電子部品は、該電子部品を貫通するスルーホール内に、該電子部品の両面上の導体回路を電気的に接続するスルーホール導体と、そのスルーホール導体の中心部を貫通する貫通孔とを有しており、
前記開口内の前記電子部品の周囲と前記貫通孔内とに、前記コア基板を構成する樹脂よりも溶融状態での流動性が高い樹脂が充填されている。
樹脂製コア基板の開口内にガラス基板を内蔵するプリント配線板の製造方法において、
前記ガラス基板は、該ガラス基板を貫通するスルーホール内に、該ガラス基板の両面上の導体回路を電気的に接続するスルーホール導体と、そのスルーホール導体の中心部を貫通する貫通孔とを有しており、
前記開口内の前記ガラス基板の周囲と前記貫通孔内とに、前記コア基板を構成する樹脂の溶融状態よりも流動性が高い溶融樹脂を充填する。
請求項２記載のプリント配線板の製造方法であって、
前記溶融樹脂は、前記コア基板を構成する樹脂と別組成で、前記コア基板上に積層される層間絶縁層を構成する樹脂と同一組成のものである。
請求項２または３記載のプリント配線板の製造方法であって、
前記溶融樹脂の粘度は、１００Ｐａ・ｓ〜１，０００Ｐａ・ｓである。
請求項２から４までの何れか１項記載のプリント配線板の製造方法であって、
前記溶融樹脂は、印刷法もしくはフィルムラミネートによって前記開口内に充填される。
請求項２から５までの何れか１項記載のプリント配線板の製造方法であって、
前記溶融樹脂は、中心粒径が０．１μｍ〜１５μｍのフィラーを含んでいる。