JP4685979B2

JP4685979B2 - Wiring board

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Publication number: JP4685979B2
Application number: JP2001043625A
Authority: JP
Inventors: 英司小寺; 照久林
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2000-02-21
Filing date: 2001-02-20
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2021-02-20
Also published as: JP2001313467A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線基板本体の内部に電子部品を内蔵した配線基板、およびかかる配線基板の表面上方にＩＣチップ等の半導体素子を搭載した配線基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年における配線基板の小型化および配線基板内における配線の高密度化に対応するため、配線基板の第１主面上にＩＣチップなどの電子部品を搭載するだけでなく、コア基板の内部に電子部品を内蔵する配線基板が提案されている。
例えば、図５（Ａ）に示す配線基板５０は、絶縁基板５１に明けた貫通孔５２にチップコンデンサ５３を挿入し、その両端の電極５４，５４をハンダ５８を介して、絶縁基板５１および隣接する絶縁層５６の間に形成したランド５７と接続している。貫通孔５２内に樹脂５９を充填することで、上記コンデンサ５３を固着して内臓する。かかるコンデンサ５３内には内部電極５５が内設されている。
【０００３】
また、図５(Ｂ)に示す配線基板６０は、絶縁基板６１に明けた貫通孔６２の一方の開口部を、予め図示しない粘着性の仮固定膜により塞ぎ、この仮固定膜に内部電極６５を有するチップコンデンサ６３を貼り付けた状態で、貫通孔６２内に樹脂６９を充填し固化させた後、上記仮固定膜を除去したものである。
上記配線基板６０は、図５(Ｂ)に示すように、上記コンデンサ６３の両端に位置する電極６４，６４を、予め上記絶縁基板６１とこれに隣接する絶縁層６６との間に設けたランド６７，６７にハンダ６８を介して接続している。
【０００４】
【発明が解決すべき課題】
しかしながら、以上の配線基板５０，６０では、絶縁基板５１，６１とその貫通孔５２，６２に充填される樹脂５９，６９との間、および、樹脂５９，６９とこれに埋設されるコンデンサ(電子部品)５３，６３との間、の少なくとも何れかにおいて、製造過程での加熱時に熱膨張率の差により境界付近で絶縁基板５１，６１や樹脂５９，６９に割れが生じることがある。このため、前記ハンダ５８，６８が割れたり剥離するため、電子部品５３，６３と配線基板５０，６０内部の配線層との導通が不安定になったり断線したりする、という問題があった。
本発明は、以上に説明した従来の技術における問題点を解決し、配線基板本体に樹脂を介して電子部品を内蔵する配線基板において、かかる樹脂や配線基板本体が割れたり破損せず、上記電子部品と内部の配線層などとの導通を確実且つ安定して取り得る配線基板を、提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、配線基板本体、樹脂、および埋設される電子部品などの熱膨張率の関係に着目することにより、成されたものである。
即ち、本発明の配線基板(請求項１)は、表・裏面を有する絶縁性の配線基板本体と、この配線基板本体に設けた貫通孔または凹部と、かかる貫通孔または凹部内に内蔵され且つ樹脂を介して固着される電子部品と、上記配線基板本体の表面および裏面の少なくとも一方の上に形成される絶縁層およびハンダよりも高融点の材料からなる配線層と、を含み、上記電子部品は、上記貫通孔または凹部内で上記樹脂に包囲され、上記配線層は、上記樹脂の表面および裏面の少なくとも一方に露出する上記電子部品の電極の端部と接続されると共に、上記配線基板本体、樹脂、電子部品、および、絶縁層の熱膨張率α１，α２，α３，α５が数式３の関係にある、ことを特徴とする配線基板。
【０００６】
【数３】
α３＜α１≦α２≦α５
【０００７】
これによれば、配線基板本体の熱膨張率α１は、電子部品の熱膨張率α３よりも大きく、且つ上記電子部品が埋設される樹脂の熱膨張率α２と等しいかまたはそれより小さいと共に、絶縁層の熱膨張率α５は、上記樹脂の熱膨張率α２と同じかそれ以上の関係にある。
このため、溶けた上記樹脂を固化させる際や別途の位置での加熱に際し、上記電子部品、配線基板本体、および樹脂が膨張しても、絶縁層は更に大きく膨張する。この結果、かかる配線基板本体の貫通孔または凹部、あるいは上記電子部品を包囲する樹脂が大きくなっても、これらを絶縁層の膨張が吸収できる。従って、樹脂や配線基板本体が割れたり破損する事態を防止できるので、電子部品と内部の配線層との間における導通を安定して確実に取ることが可能となる。
【０００８】
尚、本明細書において、熱膨張率とは、対象物の縦・横(Ｘ−Ｙ、配線基板の厚み方向に対する直角方向)方向における熱膨張率を言う。
【０００９】
また、本発明には、前記配線基板本体の表面上方に搭載され且つ前記電子部品と導通される半導体素子を更に含むと共に、上記配線基板本体、樹脂、電子部品、および、半導体素子の熱膨張率α１，α２，α３，α４(即ち、配線基板本体の熱膨張率：α１、樹脂の熱膨張率：α２、電子部品の熱膨張率：α３、半導体素子の熱膨張率：α４とする)が数式４の関係にある、配線基板(請求項２）も含まれる。
【００１０】
【数４】
α４≦α３＜α１≦α２
【００１１】
これによれば、前記数式３の関係に加え、半導体素子の熱膨張率α４は内蔵される電子部品の熱膨張率α３と同じかそれ以下の関係にある。このため、例えば配線基板の第１主面上に半導体素子を搭載する際のハンダ付け時において、半導体素子が熱膨しても電子部品と同じかそれ以下となり、配線基板本体や電子部品を埋設する樹脂に影響しなくなる。従って、第１主面上などに搭載した半導体素子と電子部品とを直にまたは内部の配線層を介して確実且つ安定して導通できると共に、かかる配線基板を効率良く製造することも可能となる。
【００１３】
更に、本発明には、前記樹脂の熱膨張率α２が、４０ｐｐｍ／℃よりも小さい、配線基板（請求項３）も含まれる。
これによれば、前記樹脂や配線基板本体が割れたり破損する事態を防止したり、半導体素子の膨張による配線基板本体などへの影響を一層確実に防ぐことが可能となる。尚、上記熱膨張率α２は、３５ｐｐｍ／℃以下(望ましくは３０ｐｐｍ／℃以下、より望ましくは２５ｐｐｍ／℃以下、更に望ましくは２０ｐｐｍ／℃以下、但し下限値は１０ｐｐｍ／℃以上)が一層望ましい。
【００１４】
尚、上記何れかの配線基板本体には、内部配線を有する絶縁基板や、複数の絶縁板と配線とを積層した基板などの多層基板も含まれる。且つ、これらの配線基板本体は、ガラスクロスやガラスフィラ入りの配線基板本体としても良い。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下において本発明の実施に好適な形態を図面と共に説明する。
図１は、本発明による１形態の配線基板１における主要部の断面を示す。
配線基板１は、配線基板本体(以下コア基板という)２と、その表・裏面３，４上に複数の絶縁層２２，２３，２８，２９，３４，３５と、配線層２０，２１，２６，２７，３２，３３とを有する。コア基板２の表面３の上方の配線層２０，２６，３２および絶縁層２２，２８，３４は、ビルドアップ層ＢＵ１を構成し、裏面４の下方の配線層２１，２７，３３および絶縁層２３，２９，３５は、ビルドアップ層ＢＵ２を構成する。
上記コア基板２は、ガラスクロス−エポキシ樹脂の複合材からなり平面視で矩形を呈する絶縁性の板材で、ほぼ中央に平面視がほぼ正方形で表・裏面３，４間を貫通する貫通孔６を有する。かかる貫通孔６内には、箱形状の電子部品ユニット１０がエポキシ樹脂を主成分とする樹脂１１を介して固着され埋設・内蔵されている。尚、本実施形態では、上記樹脂１１には、熱膨張率α２が３２ｐｐｍ／℃の樹脂を用いられている。
【００１６】
上記電子部品ユニット１０は、図２に示すように、同じ形状の８個のチップコンデンサ(電子部品)１２をエポキシ樹脂からなるモールド樹脂１８により予め一体に固着したものである。尚、かかるモールド樹脂１８には、樹脂１１と同じ熱膨張率α２の３２ｐｐｍ／℃の樹脂を用いる。
各チップコンデンサ１２の上面には、図２で前後方向にＣｕからなる一対ずつの電極１４が形成され、各チップコンデンサ１２の底面にも図示しない電極１６が同じ位置に形成されている。これら電極１４，１６の上端は、上記モールド樹脂１８の表・裏面から約数１０μｍ程度突出している。各コンデンサ１２には、例えばチタン酸バリウムを主成分とする誘電体層とＮｉを主成分とする電極層とを交互に積層したセラミックコンデンサが用いられる。
【００１７】
図１に示すように、コア基板２の貫通孔６の左右には、スルーホール７が穿孔され、それらの内部に円筒状のスルーホール導体８および充填樹脂９が形成されている。コア基板２の表・裏面３，４および樹脂１１の表・裏面上には、公知のビルドアップ工程(サブトラクティブ法、フルアディティブ法、セミアディティブ法等)により、所定パターンを有する銅製の配線層２０，２１がＣｕメッキにより形成されている。配線層２０，２１は、前記電子部品１２の各電極１４,１６の上・下端と接続されている。
また、配線層２０，２１上には、エポキシ樹脂を主成分とし且つシリカなどの無機フィラを含む絶縁層２２，２３とその上の配線層２６，２７が形成され、且つ上下の配線層２０，２６間や、配線層２１，２７間を接続するフィルドビア導体２４，２５が、銅メッキにより絶縁層２２，２３を貫通して形成されている。
尚、上記ビア導体２４などが形成される前のビアホールの形成は、フォトリソグラフィ技術、またはレーザ(ＹＡＧ、ＣＯ_２、エキシマなど)照射により行われる。また、前記各コンデンサ１２の電極１４,１６は、その真上で左右方向に連続する転換層を兼ねる配線層２６,２７を介して互いに接続される。このため、８個のコンデンサ１２は、並列に接続され静電容量の大きな合成コンデンサを形成する。
【００１８】
同様にして、配線層２６，２７上には、絶縁層２８，２９と配線層３２，３３およびフィルドビア導体３０，３１が形成される。更に、絶縁層２８および配線層３２の上に形成したソルダーレジスト層(絶縁層)３４には、配線層３２上に位置し且つ上端が第１主面３４ａよりも高く突出するハンダ製のフリップチップバンプ３６が、複数個貫通する。各バンプ３６には、第１主面３４ａ上に搭載されるＩＣチップ(半導体素子)３８の底面における接続端子３９が個別に接続され、且つこれらの周囲にエポキシ樹脂を主成分するアンダーフィル材３９ａが厚さ約６０μｍにして充填される。
一方、絶縁層２９および配線層３３の下にはソルダーレジスト(絶縁層)層３５が形成され、第２主面３５ａに向けて開口した複数の開口部３５ｂ内には、上記配線層３３内の配線３７が露出し、その表面に薄いＮｉおよびＡｕメッキを被覆され、図示しないマザーボードなどと接続するための接続端子を形成している。かかる接続端子となる配線３７には、ピン(コバール、Ｆｅ−４２wt％Ｎｉ合金、銅など)がハンダ付けされていても良い。
【００１９】
ここで、上記配線基板１の製造方法の主要な工程を図３により説明する。
図３(Ａ)は、平面視が正方形で一辺が３１ｍｍ、厚さ０．８ｍｍのガラスクロス入りのコア基板２の所定位置(中央)に穿孔した一辺が１２ｍｍの正方形を呈する貫通孔６内に、一辺が９ｍｍの正方形で厚さが０．７５ｍｍの電子部品ユニット１０を挿入する状態を示す。
貫通孔６における裏面４側の開口部は、図３(Ａ)に示すように、粘着面５ａを上向きにしたテープ５により、予め閉塞されている。貫通孔６内に挿入された電子部品ユニット１０は、その裏面側に突出する各チップコンデンサ１２の複数の電極１６がテープ５の粘着面５ａに接着することにより、位置決めされる。
【００２０】
上記ユニット１０が位置決めされた状態で、貫通孔６内に表面３側からエポキシ樹脂を主成分とする溶けた樹脂１１を注入した後、キュア処理を施して固化する。この結果、図３(Ｂ)に示すように、電子部品ユニット１０は貫通孔６内で固化した樹脂１１に固着し且つ内蔵される。上記電子部品ユニット１０のモールド樹脂１８は、キュア処理後に樹脂１１と一体化して、電子部品１２，１２を固着し且つ内蔵する樹脂１１となる(即ち、モールド樹脂１８と樹脂１１とは、同一の熱膨張率を有するため、実質的に同一物となる)。
更に、テープ５を剥離するとこれに倣った樹脂１１の平坦な裏面１１ｂには、前記各電極１６の下端面が露出する。
次いで、図３(Ｂ)に示す樹脂１１の盛り上がった表面１１ａを、例えばバフ研磨により平坦に整面する。この結果、図３(Ｃ)に示すように、樹脂１１の新たな表面１１ｃには、前記複数の電極１４の上端面が露出する。
【００２１】
これ以降は、前述した方法によって絶縁層２２，２３などおよび配線層２０，２１，２６，２７などからなるビルドアップ層ＢＵ１，ＢＵ２、ビア導体２４，２５など、および前記バンプ３６や接続端子用の配線３７が形成される。
尚、樹脂１１の裏面１１ｂも上記と同様に整面すると、一層望ましくなる。また、上記製造方法では、複数の電子部品１２を予め一体化した前記ユニット１０を用いたが、各電子部品１２毎にチップマウンタなどを用いて貫通孔６内に個別に内蔵した後、樹脂１１を充填してキュア処理を行うこともできる。
ところで、コア基板２、樹脂１１、電子部品たるチップコンデンサ１２、および、ビルドアップ層ＢＵ１，ＢＵ２を形成する絶縁層２２，２３などの各熱膨張率α１，α２，α３，α５は、数式５の関係になるように予め設定されている。
【００２２】
【数５】
α３＜α１≦α２≦α５
【００２３】
本実施形態では、α１：１５ｐｐｍ／℃、α２：３２ｐｐｍ／℃、α３：１０ｐｐｍ／℃とした。これにより、前記樹脂１１のキュア処理時の加熱や第１主面３４ａ上にＩＣチップ３８を搭載する際の前記バンプ３６の加熱時において、各コンデンサ１２が膨張してもコア基板２や樹脂１１は更に大きく膨張し、コア基板２の貫通孔６および各コンデンサ１２を包囲する樹脂１１自体が大きくなる。
従って、樹脂１１やコア基板２が割れたり破損する事態を防止できるので、各コンデンサ１２と内部の配線層２０，２１などとの間における導通を安定した状態で確実に取ることが可能となる。尚、前記電子部品ユニット１０に用いるモールド樹脂１８の熱膨張率は、樹脂１１の熱膨張率α２とほぼ同じ値である。
また、前記コア基板２、樹脂１１、電子部品であるチップコンデンサ１２の熱膨張率α１〜α３に更にＩＣチップ(半導体素子)３８の熱膨張率α４を加えると、数式６の関係になる。
【００２４】
【数６】
α４≦α３＜α１≦α２
【００２５】
本実施形態では、α４：４ｐｐｍ／℃とした。このため、例えば第１主面３４ａ上にＩＣチップ３８を搭載する際の前記バンプ３６の加熱時にて、ＩＣチップ３８が熱膨してもその熱膨張率α４は各コンデンサ(電子部品)１２と同じかそれ以下であるため、コア基板２やコンデンサ１２を埋設する樹脂１１に影響しなくなる。従って、搭載したＩＣチップ３８と各コンデンサ１２とを、配線層２０などを介して確実且つ安定して導通させることができる。
【００２７】
本実施形態では、α５：６０ｐｐｍ／℃とした。このため、前記数式５のように、絶縁層２２，２３などの熱膨張率α５は、樹脂の熱膨張率α２と同じかそれ以上の関係となる。この結果、樹脂１１を固化させる際や別途の位置での加熱に際し、上記各コンデンサ(電子部品)１２、配線基板本体２、および樹脂１１が膨張しても、絶縁層２２，２３などはこれらよりも更に大きく膨張するので、樹脂１１などの膨張を吸収できる。従って、樹脂１１や配線基板本体２が割れたり破損する事態を防止できるため、各コンデンサ１２と絶縁層２２，２３，２８，２９間などの配線層２６，２７などとの間における導通を安定して確実に取ることが可能となる。
【００２８】
以上のような配線基板１によれば、コア基板(配線基板本体)２の貫通孔６に、樹脂１１を介して内臓される電子部品ユニット１０中の各チップコンデンサ１２における電極１４，１６と配線層２０，２１との接続部分も断線しにくくなり、その導通が安定する。
尚、各コンデンサ１２の電極１４，１６およびこれらに接続する配線層２０，２１には、上記Ｃｕ同士のような同じ材料で且つハンダよりも高融点の材料が適用される。これによりＩＣチップ３８を搭載する際のハンダ製の前記バンプ３６の加熱時にも断線を防止できる。
【００２９】
このため、各コンデンサ１２と第１主面３４ａ上に搭載したＩＣチップ３８との間も比較的短い配線で安定した導通を得ることができる。また、各コンデンサ１２の電極１６と第２主面３５側の配線(接続端子)３７との間も比較的短い配線で安定した導通が得られ、且つ配線基板１自体を搭載するマザーボードなどとの導通も確実となる。従って、小型化し且つ配線が高密度する配線基板１において、そのコア基板２に内蔵する電子部品たるコンデンサ１２を安定して活用することができ、且つそれらの耐久性に優れたものとすることができる。
尚、配線層２０，２１は、各コンデンサ１２とは別にスルーホール導体８を介して互いに導通される。また、ビア導体２４,２５,３０,３１は、前記図１で示したフィルドビアとし且つ厚さ方向に直線状に積み上がるスタックドビアにすることが望ましい。これにより、各コンデンサ１２と第１主面３４ａ上に搭載するＩＣチップ３８との間を最短距離で接続できるため、電気的特性が向上すると共に、各コンデンサ１２とマザーボードとの間も短い距離で接続することができる。
【００３０】
【実施例】
ここで本発明の配線基板の具体的な実施例を比較例と共に説明する。
前記と同じサイズのコア基板２を複数個用意し、それらの貫通孔６内に前記電子部品ユニット１０を、熱膨張率α２が互いに異なる樹脂１１を用い同じ条件にて、前記図３(Ｃ)に示すように固着して内蔵した。これらのうち、樹脂１１の熱膨張率α２が１５ｐｐｍ／℃、３２ｐｐｍ／℃のものを実施例１，２とし、熱膨張率α２が４５ｐｐｍ／℃のものを比較例１とした。
実施例１，２および比較例１の一部を、前記図１のような配線基板１に形成すると共に、その第１主面３４ａ上に熱膨張率が３０ｐｐｍ／℃以下のアンダーフィル材３９ａを介して、熱膨張率α４が４ｐｐｍ／℃のＩＣチップ３８を搭載した。このうち実施例１，２の前記コア基板２などを用いたものを実施例３，４、比較例１のコア基板２などを用いたものを比較例２とした。
尚、実施例１，２および比較例１は、絶縁層の熱膨張率を除いた前記数式５を、実施例３，４および比較例２、は前記数式６をそれぞれ満たしている。
各例について３個ずつ用意したものに対して、＋１２５℃と−５５℃との間を１０００回(サイクル)ずつ加熱・冷却する信頼性(熱衝撃)テストを行った。かかるテストにおいて、各例の樹脂１１に割れが生じたか否かを、１０００回終了後においてそれぞれ観察した。それらの結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】

【００３２】
表１の結果によれば、実施例１〜４では、何れも樹脂１１に割れが生じていなかったのに対し、比較例１，２では、３個全てが樹脂１１に割れが生じていた。
かかる結果から、コア基板２、樹脂１１、チップコンデンサ１２、およびＩＣチップ３８の熱膨張率α１，α２，α３，α４が前記数式５の関係と、数式６を満たすと共に、樹脂１１の熱膨張率α２を４０ｐｐｍ／℃以下、好ましくは３５ｐｐｍ／℃以下にすることが肝要であることが理解される。これにより、本発明の配線基板の効果が裏付けられたことも容易に理解されよう。
【００３３】
図４は異なる形態の配線基板における製造方法の主要な工程に関する。尚、以下において、前記形態と同じ部分や要素には前記と共通する符号を用いる。
図４(Ａ)は、ガラスクロス入りのコア基板(配線基板本体)４０の表面４１側に開口する凹部４４内に前記と同じ電子部品ユニット１０を挿入する状態を示す。
尚、上記凹部４４を有するコア基板４０は、貫通孔を有する図示しない厚肉の絶縁板と薄肉で平板の絶縁板とを、予め接着シートを介して積層し加熱および圧着することにより形成されるが、凹部４４を単一の絶縁板からルータなどを用いて座ぐり加工により形成したものを用いても良い。
図４(Ａ)に示すように、凹部４４の底面４５とコア基板４０の裏面４２との間には、複数のスルーホール４６が貫通し、各ホール４６内には円筒形のスルーホール導体４８および充填樹脂４７が貫通して形成されている。
【００３４】
図４(Ｂ)に示すように、各スルーホール導体４８の上端部と、挿入された電子部品ユニット１０の各コンデンサ１２の底面における電極１６とを、Ｓｎ−Ａｇ系合金からなるロウ材(低融点合金)４９を介して個別に予め接続しておく。かかる状態で、凹部４４内に溶けた樹脂１１を注入した後、キュア処理を施す。その結果、図４(Ｂ)に示すように、凹部４４内において電子部品ユニット１０は、固化した樹脂１１に固着および埋設され且つ凹部４４に内蔵される。
更に、樹脂１１の盛り上がった表面１１ａを研磨して平坦に整面することにより、図４(Ｃ)に示すように、新たに形成される樹脂１１の表面１１ｃには、上記ユニット１０中における各コンデンサ１２の電極１４の上端面が露出する。
【００３５】
以降は、前記図１に示したように、コア基板４０の表・裏面４１，４２上に前記図１で示した絶縁層２２，２３など、配線層２０，２１などからなるビルドアップ層ＢＵ１，ＢＵ２、およびフィルドビア導体２４，２５などが形成される。
この際、各電極１４は前記配線層２０と接続され、上記スルーホール導体４８の下端は前記配線層２１／２７と接続される。また、図１と同様にコア基板４０の表・裏面４１，４２間を貫通するスルーホール導体８(図示せず)が形成されると共に、第１・第２主面３４ａ,３５ａ側に前記バンプ３６や配線(接続端子)３７が形成される。これにより、凹部４４に複数のチップコンデンサ１２を有する電子部品ユニット１０を内蔵したコア基板４０を備える配線基板が得られる。
【００３６】
尚、上記コア基板(配線基板本体)４０、樹脂１１、チップコンデンサ(電子部品)１２の熱膨張率α１，α２，α３は、前記数式５の関係下に設定されている。
また、ＩＣチップ(半導体素子)３８および絶縁層２２などの熱膨張率α４，α５は、前記数式５の関係下に設定されている。本実施形態では、配線基板本体(コア基板)４０の熱膨張率α１：１６ｐｐｍ／℃、樹脂１１の熱膨張率α２：２３ｐｐｍ／℃、チップコンデンサ(電子部品)１２の熱膨張率α３：８ｐｐｍ／℃、ＩＣチップ(半導体素子)３８の熱膨張率α４：４ｐｐｍ／℃、絶縁層２２などの熱膨張率α５：６０ｐｐｍ／℃、とした。
【００３７】
本発明は、以上において説明した各形態や実施例に限定されるものではない。
例えば、前記電子部品には、インダクタ、抵抗、フィルタなどの受動部品や、ローノイズアンプ(ＬＮＡ)、メモリ、半導体素子、ＦＥＴ、またはトランジスタなどの能動部品、あるいは、ＳＡＷフィルタ、ＬＣフィルタ、アンテナスイッチモジュール、ダイプレクサなどや、これらをチップ状にしたもの、更には、これらのうち異種のもの同士を同じ貫通孔や凹部内に内蔵しても良い。
また、電子部品は、一つのみを配線基板本体(コア基板)の貫通孔や凹部内に内蔵しても良い。この場合、電子部品の電極をハンダ付けにより、配線層やこれに接続するランドに接続することも可能である。
【００３８】
更に、配線基板本体(コア基板)には、複数の貫通孔または凹部を形成しても良く、あるいは、かかる貫通孔と凹部とを隣接して併設することも可能である。
また、配線基板本体(コア基板)２，４０の材質は、前記ガラス−エポキシ樹脂複合材料の他、同様の耐熱性、機械強度、可撓性、加工容易性などを有するガラス織布や、ガラス織布などのガラス繊維とエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ＢＴ樹脂などの樹脂との複合材料であるガラス繊維−樹脂材料を用いても良い。あるいは、ポリイミド繊維などの有機繊維と樹脂との複合材料、連続気孔を有するＰＴＦＥなどの３次元網目構造のフッ素系樹脂にエポキシ樹脂などの樹脂を含浸させた樹脂−樹脂複合材料などを用いることも可能である。
【００３９】
更に、絶縁層２２，２３などの材質は、前記エポキシ樹脂を主成分とするものの他、同様の耐熱性、パターン成形性等を有するポリイミド樹脂、ＢＴ樹脂、ＰＰＥ樹脂、あるいは、連続気孔を有するＰＴＦＥなど３次元網目構造のフッ素系樹脂にエポキシ樹脂などの樹脂を含浸させた樹脂−樹脂系の複合材料などを用いることもできる。
また、配線層２０，２１などの材質は、前記銅メッキの他、Ｎｉや、Ｎｉ−Ａｕなどにしても良く、あるいは、金属メッキを用いず、導電性樹脂を塗布するなどの方法によって形成することも可能である。
更に、ＩＣチップ３８との接続端子には、前記フリップチップバンプ３６の他、フリップチップパッド、ワイヤボンディングパッド、あるいはＴＡＢ接続用パッドを形成したものなどを用いても良い。
【００４０】
また、前記電子部品１２のコンデンサでは、ＢａＴｉＯ_３を主成分とする高誘電体セラミックを用いたが、ＰｂＴｉＯ_３，ＰｂＺｒＯ_３，ＴｉＯ_２，ＳｒＴｉＯ_３，ＣａＴｉＯ_３，ＭｇＴｉＯ_３，ＫＮｂＯ_３，ＮａＴｉＯ_３，ＫＴａＯ_３，ＰｂＴａＯ_３，(Ｎａ_１／２Ｂｉ_１／２)ＴｉＯ_３，Ｐｂ(Ｍｇ_１／２Ｗ_１／２)Ｏ_３，(Ｋ_１／２Ｂｉ_１／２)ＴｉＯ_３などを主成分とするものを用いても良い。
更に、前記電子部品１２の電極１４，１６の材質は、Ｃｕを主成分としたが、電子部品１２との適合性を有するＰｔ，Ａｇ，Ａｇ−Ｐｔ，Ａｇ−Ｐｄ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｎｉなどを用いることができる。
加えて、前記電子部品のコンデンサ１２は、高誘電体セラミックを主成分とする誘電体層やＡｇ−Ｐｄなどからなる電極層と、樹脂やＣｕメッキ、Ｎｉメッキなどからなるビア導体や配線層とを複合させたコンデンサとしたものとしても良い。尚、本発明の配線基板には、前記コア基板２，４０の表面３，４１と裏面４，４２上に配線層２０，２１と絶縁層２２，２３のみを有する形態も含まれる。
【００４１】
【発明の効果】
以上において説明した本発明の配線基板(請求項１)によれば、配線基板本体の熱膨張率α１は、電子部品の熱膨張率α３よりも大きく、且つ上記電子部品が埋設される樹脂の熱膨張率α２と等しいかまたはそれより小さいと共に、絶縁層の熱膨張率α５は、上記樹脂の熱膨張率α２と同じかそれ以上の関係にある。
このため、溶けた上記樹脂を固化させる際や別途の位置での加熱に際し、上記電子部品、配線基板本体、および樹脂が膨張しても、絶縁層は更に大きく膨張する。その結果、かかる配線基板本体の貫通孔または凹部、あるいは上記電子部品を包囲し内蔵する樹脂が大きくなっても、これらを絶縁層の膨張が吸収できる。従って、樹脂や配線基板本体が割れたり破損する事態を防止できるので、電子部品と内部の配線層との間における導通を安定して確実に取ることが可能となる。
【００４２】
また、請求項２の配線基板によれば、上記に加えて、半導体素子の熱膨張率が内臓される電子部品の熱膨張率と同じかそれ以下の関係になるため、例えば第１主面上などに半導体素子を搭載する際のハンダ付け時において、半導体素子が熱膨してもその熱膨張率は電子部品と同じかそれ以下となる。このため、配線基板本体や電子部品を埋設する樹脂に影響しなくなる。従って、搭載した半導体素子と電子部品とを直に、または内部の配線層を介して確実且つ安定して導通できると共に、かかる配線基板を効率良く製造することも可能となる。
【００４３】
更に、請求項３の配線基板によれば、前記樹脂や配線基板本体が割れたり破損する事態を防止したり、半導体素子の膨張による配線基板本体などへの影響を一層確実に阻止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による１形態の配線基板における主要部を示す断面図。
【図２】図１の配線基板に内蔵する電子部品ユニットの斜視図。
【図３】 (Ａ)乃至(Ｃ)は図１の配線基板の製造方法における主要な工程を示す概略図。
【図４】 (Ａ)乃至(Ｃ)は、異なる形態の配線基板の製造方法における主要な工程を示す概略図。
【図５】 (Ａ)および(Ｂ)は、従来の配線基板を示す概略図。
【符号の説明】
１………………………………………配線基板
２，４０………………………………配線基板本体(コア基板)
３，４１………………………………表面
４，４２………………………………裏面
６………………………………………貫通孔
１２……………………………………チップコンデンサ(電子部品)
１１……………………………………樹脂
２２,２３,２８，２９,３４,３５…絶縁層
３４ａ…………………………………第１主面(配線基板本体の表面上方)
３８……………………………………ＩＣチップ(半導体素子)
４４……………………………………凹部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a wiring board in which an electronic component is built in a wiring board main body, and a wiring board in which a semiconductor element such as an IC chip is mounted above the surface of the wiring board.
[0002]
[Prior art]
In order to cope with the recent miniaturization of the wiring board and the high density of wiring in the wiring board, not only electronic components such as IC chips are mounted on the first main surface of the wiring board, but also the electronics inside the core board. A wiring board with a built-in component has been proposed.
For example, in the wiring board 50 shown in FIG. 5A, the chip capacitor 53 is inserted into the through hole 52 opened in the insulating substrate 51, and the

electrodes

54, 54 at both ends thereof are connected to the insulating substrate 51 and the adjacent one via the solder 58. The land 57 formed between the insulating layers 56 to be connected is connected. By filling the through hole 52 with the resin 59, the capacitor 53 is fixed and built in. An internal electrode 55 is provided in the capacitor 53.
[0003]
Further, in the wiring board 60 shown in FIG. 5B, one opening portion of the through hole 62 opened in the insulating substrate 61 is closed in advance with an adhesive temporary fixing film (not shown), and the internal electrode 65 is covered with the temporary fixing film. In a state where the chip capacitor 63 having the above is pasted, the through hole 62 is filled with a resin 69 and solidified, and then the temporary fixing film is removed.
As shown in FIG. 5B, the wiring board 60 is a land in which

electrodes

64 and 64 located at both ends of the capacitor 63 are previously provided between the insulating board 61 and an insulating layer 66 adjacent thereto. 67 and 67 are connected via a solder 68.
[0004]
[Problems to be Solved by the Invention]
However, in the

above wiring boards

50 and 60, between the insulating substrates 51 and 61 and the

resins

59 and 69 filled in the through

holes

52 and 62, and between the

resins

59 and 69 and capacitors embedded therein (electronics) In at least one of the components) 53 and 63, the insulating substrates 51 and 61 and the

resins

59 and 69 may be cracked in the vicinity of the boundary due to the difference in thermal expansion coefficient during heating in the manufacturing process. For this reason, since the

solders

58 and 68 are cracked or peeled off, there is a problem that conduction between the

electronic components

53 and 63 and the wiring layers inside the

wiring boards

50 and 60 becomes unstable or is disconnected.
The present invention solves the problems in the prior art described above, and in a wiring board in which an electronic component is built in the wiring board body via resin, the resin and the wiring board body are not cracked or damaged, It is an object of the present invention to provide a wiring board capable of reliably and stably establishing conduction between a component and an internal wiring layer.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above-described problems, the present invention has been made by paying attention to the relationship between the thermal expansion coefficients of the wiring board body, the resin, and the embedded electronic component.
  That is, this departureMysteriousThe wiring board (Claim 1) includes an insulating wiring board main body having front and back surfaces, a through hole or a recess provided in the wiring board main body, and is fixed in the through hole or the recess through a resin. And an insulating layer formed on at least one of the front and back surfaces of the wiring board bodyAnd a wiring layer made of a material having a melting point higher than that of solderAnd includingOnly,The electronic component is surrounded by the resin in the through hole or recess, and the wiring layer is connected to an end portion of the electrode of the electronic component exposed on at least one of the front surface and the back surface of the resin.Along with the wiring board body, resin,Electronic components,and,Insulation layerCoefficient of thermal expansion α1, α2, α3α5Is a formula3A wiring board characterized by the following relationship:
[0006]
[Equation 3]
                  α3 <α1 ≦ α2≦ α5
[0007]
  According to this, the thermal expansion coefficient α1 of the wiring board body is larger than the thermal expansion coefficient α3 of the electronic component, and is equal to or smaller than the thermal expansion coefficient α2 of the resin in which the electronic component is embedded.In addition, the thermal expansion coefficient α5 of the insulating layer is equal to or higher than the thermal expansion coefficient α2 of the resin.There is a relationship.
  Therefore, when the molten resin is solidified or heated at a separate position, the electronic componentEven if the wiring board body and resin expand, the insulating layerExpands further. As a result, the resin surrounding the through hole or recess of the wiring board body or the electronic componentCan be absorbed by the expansion of the insulating layer. Therefore, it is possible to prevent the resin and the wiring board main body from being broken or damaged, and thus it is possible to stably and reliably establish electrical conduction between the electronic component and the internal wiring layer.
[0008]
  In this specification, the coefficient of thermal expansion means the coefficient of thermal expansion in the vertical and horizontal directions (XY, the direction perpendicular to the thickness direction of the wiring board) of the object..
[0009]
  The present invention further includes a semiconductor element mounted above the surface of the wiring board body and electrically connected to the electronic component, and the coefficient of thermal expansion of the wiring board body, resin, electronic component, and semiconductor element. α1, α2, α3, α4 (that is, the thermal expansion coefficient of the wiring board body: α1, the thermal expansion coefficient of the resin: α2, the thermal expansion coefficient of the electronic component: α3, and the thermal expansion coefficient of the semiconductor element: α4) 4 includes a wiring board (Claim 2)..
[0010]
[Expression 4]
                 α4 ≦ α3 <α1 ≦ α2
[0011]
  According to this, in addition to the relationship of Formula 3, the thermal expansion coefficient α4 of the semiconductor element is the same as or less than the thermal expansion coefficient α3 of the built-in electronic component..For this reason, for example, when soldering when mounting a semiconductor element on the first main surface of the wiring board, even if the semiconductor element thermally expands, it becomes the same as or lower than the electronic component, and the wiring board body and the electronic component are embedded. No effect on resin.Therefore, the semiconductor element mounted on the first main surface or the like and the electronic component can be reliably and stably conducted directly or through the internal wiring layer, and the wiring board can be efficiently manufactured..
[0013]
  Furthermore, the present invention includes a wiring board (Claim 3) in which the thermal expansion coefficient α2 of the resin is smaller than 40 ppm / ° C..
  According to this, it is possible to prevent the resin and the wiring board main body from being broken or damaged, or to more reliably prevent the influence of the expansion of the semiconductor element on the wiring board main body and the like..The thermal expansion coefficient α2 is more desirably 35 ppm / ° C. or less (preferably 30 ppm / ° C. or less, more desirably 25 ppm / ° C. or less, more desirably 20 ppm / ° C. or less, but the lower limit is 10 ppm / ° C. or more)..
[0014]
stillAny of the above-described wiring board bodies includes an insulating board having internal wiring and a multilayer board such as a board in which a plurality of insulating plates and wiring are laminated. And these wiring board main bodies are good also as a wiring board main body containing glass cloth or glass filler.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the following, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a cross section of a main part of a wiring board 1 according to one embodiment of the present invention.
The wiring board 1 includes a wiring board main body (hereinafter referred to as a core board) 2, a plurality of

insulating layers

22, 23, 28, 29, 34, 35 on the front and

back surfaces

3, 4, and

wiring layers

20, 21, 26. , 27, 32, 33. The

wiring layers

20, 26, 32 and the

insulating layers

22, 28, 34 above the surface 3 of the core substrate 2 constitute a buildup layer BU 1, and the

wiring layers

21, 27, 33 and the insulating layer 23 below the back surface 4. , 29, and 35 constitute a build-up layer BU2.
The core substrate 2 is an insulating plate made of a glass cloth-epoxy resin composite material and having a rectangular shape in plan view. The through-hole 6 penetrates between the front and

back surfaces

3 and 4 in a substantially square shape in plan view. Have A box-shaped electronic component unit 10 is fixedly embedded and embedded in the through-hole 6 via a resin 11 mainly composed of an epoxy resin. In the present embodiment, a resin having a thermal expansion coefficient α2 of 32 ppm / ° C. is used as the resin 11.
[0016]
As shown in FIG. 2, the electronic component unit 10 is obtained by integrally fixing eight chip capacitors (electronic components) 12 having the same shape with a mold resin 18 made of an epoxy resin. As the mold resin 18, a resin having a thermal expansion coefficient α2 of 32 ppm / ° C. which is the same as that of the resin 11 is used.
A pair of electrodes 14 made of Cu are formed in the front-rear direction in FIG. 2 on the upper surface of each chip capacitor 12, and electrodes 16 (not shown) are formed at the same position on the bottom surface of each chip capacitor 12. The upper ends of the

electrodes

14 and 16 protrude from the front and back surfaces of the mold resin 18 by about several tens of micrometers. As each capacitor 12, for example, a ceramic capacitor in which dielectric layers mainly composed of barium titanate and electrode layers mainly composed of Ni are alternately stacked is used.
[0017]
As shown in FIG. 1, through holes 7 are formed on the left and right sides of the through holes 6 of the core substrate 2, and cylindrical through hole conductors 8 and a filling resin 9 are formed therein. A copper wiring layer having a predetermined pattern is formed on the front and

back surfaces

3, 4 of the core substrate 2 and the front and back surfaces of the resin 11 by a known build-up process (subtractive method, full additive method, semi-additive method, etc.) 20 and 21 are formed by Cu plating. The wiring layers 20 and 21 are connected to the upper and lower ends of the

electrodes

14 and 16 of the electronic component 12.
On the wiring layers 20 and 21, insulating

layers

22 and 23 mainly composed of an epoxy resin and containing an inorganic filler such as silica and

wiring layers

26 and 27 thereon are formed, and the upper and lower wiring layers 20, Filled via

conductors

24 and 25 that connect the wiring layers 26 and the wiring layers 21 and 27 are formed through the insulating

layers

22 and 23 by copper plating.
The formation of the via hole before the formation of the via conductor 24 or the like is performed by photolithography or laser (YAG, CO₂, Excimer, etc.) by irradiation. The

electrodes

14 and 16 of the capacitors 12 are connected to each other via wiring layers 26 and 27 that also serve as conversion layers continuous in the left-right direction immediately above the

capacitors

14 and 16. For this reason, the eight capacitors 12 are connected in parallel to form a composite capacitor having a large capacitance.
[0018]
Similarly, insulating layers 28 and 29, wiring layers 32 and 33, and filled via

conductors

30 and 31 are formed on the wiring layers 26 and 27. Further, a solder resist layer (insulating layer) 34 formed on the insulating layer 28 and the wiring layer 32 is a solder flip chip located on the wiring layer 32 and having an upper end protruding higher than the first main surface 34a. A plurality of bumps 36 penetrates. Connection terminals 39 on the bottom surface of an IC chip (semiconductor element) 38 mounted on the first main surface 34a are individually connected to each bump 36, and an underfill material 39a mainly composed of epoxy resin is provided around these terminals. Is filled to a thickness of about 60 μm.
On the other hand, a solder resist (insulating layer) layer 35 is formed under the insulating layer 29 and the wiring layer 33. Within the plurality of openings 35b opened toward the second main surface 35a, The wiring 37 is exposed and the surface thereof is coated with thin Ni and Au plating to form connection terminals for connection to a mother board (not shown). A pin (Kovar, Fe-42 wt% Ni alloy, copper, or the like) may be soldered to the wiring 37 serving as the connection terminal.
[0019]
Here, the main steps of the method of manufacturing the wiring board 1 will be described with reference to FIG.
FIG. 3A shows a plan view of a through hole 6 having a square shape with a side of 12 mm perforated at a predetermined position (center) of a core substrate 2 containing glass cloth having a square shape, a side of 31 mm, and a thickness of 0.8 mm. The state where the electronic component unit 10 having a square of 9 mm on a side and a thickness of 0.75 mm is inserted is shown.
As shown in FIG. 3A, the opening on the back surface 4 side in the through hole 6 is closed in advance by a tape 5 with the adhesive surface 5a facing upward. The electronic component unit 10 inserted into the through-hole 6 is positioned by bonding a plurality of electrodes 16 of each chip capacitor 12 projecting to the back side thereof to the adhesive surface 5 a of the tape 5.
[0020]
In a state where the unit 10 is positioned, a molten resin 11 mainly composed of an epoxy resin is injected into the through-hole 6 from the surface 3 side, and then cured and solidified. As a result, as shown in FIG. 3B, the electronic component unit 10 is fixed to and built in the resin 11 solidified in the through hole 6. The mold resin 18 of the electronic component unit 10 is integrated with the resin 11 after the curing process to fix the

electronic components

12 and 12 andWarehouse(That is, since the mold resin 18 and the resin 11 have the same coefficient of thermal expansion, they are substantially the same).
  Further, when the tape 5 is peeled off, the lower end surface of each electrode 16 is exposed on the flat back surface 11b of the resin 11 following this.
  Next, the raised surface 11a of the resin 11 shown in FIG. 3B is leveled by, for example, buffing. As a result, as shown in FIG. 3C, the upper end surfaces of the plurality of electrodes 14 are exposed on the new surface 11 c of the resin 11.
[0021]
  Thereafter, the build-up layers BU1 and BU2 including the insulating

layers

22 and 23 and the wiring layers 20, 21, 26 and 27, the via

conductors

24 and 25, and the like for the bump 36 and the connection terminal are formed by the method described above. A wiring 37 is formed.
Note that it is more desirable if the back surface 11b of the resin 11 is also leveled in the same manner as described above. Further, in the above manufacturing method, the unit 10 in which a plurality of electronic components 12 are integrated in advance is used. However, after each electronic component 12 is individually incorporated in the through hole 6 using a chip mounter or the like, the resin 11 It is also possible to carry out a curing process by filling in.
By the way, the core substrate 2 and the resin 11, ElectricChip capacitor 12, And insulating

layers

22 and 23 forming the build-up layers BU1 and BU2, etc.Coefficient of thermal expansion α1, α2, α3, Α5Is the formula5Is set in advance so as to satisfy the following relationship.
[0022]
[Equation 5]
                  α3 <α1 ≦ α2≦ α5
[0023]
  In this embodiment, α1: 15 ppm / ° C., α2: 32 ppm / ° C., and α3: 10 ppm / ° C. Thereby, even when each capacitor 12 expands during heating of the resin 11 during the curing process or heating of the bump 36 when mounting the IC chip 38 on the first main surface 34a, the core substrate 2 or the resin 11 Expands further, and the resin 11 itself surrounding the through hole 6 and each capacitor 12 of the core substrate 2 becomes larger.
  Accordingly, since the resin 11 and the core substrate 2 can be prevented from being broken or damaged, the conduction between each capacitor 12 and the internal wiring layers 20 and 21 can be reliably ensured. The thermal expansion coefficient of the mold resin 18 used for the electronic component unit 10 is substantially the same value as the thermal expansion coefficient α2 of the resin 11.
  Also,Thermal expansion coefficients α1 to α3 of the core substrate 2, the resin 11, and the chip capacitor 12 which is an electronic componentIf the coefficient of thermal expansion α4 of the IC chip (semiconductor element) 38 is further added, the relationship of Equation 6 is obtained.
[0024]
[Formula 6]
                  α4 ≦ α3 <α1 ≦ α2
[0025]
  In the present embodiment, α4 is set to 4 ppm / ° C. For this reason, even when the IC chip 38 is heated when the IC chip 38 is mounted on the first main surface 34a, for example, even if the IC chip 38 is thermally expanded, the coefficient of thermal expansion α4 is the same as that of each capacitor (electronic component) 12. Since it is the same or less, it does not affect the resin 11 in which the core substrate 2 and the capacitor 12 are embedded. Therefore, the mounted IC chip 38 and each capacitor 12 can be reliably and stably conducted via the wiring layer 20 and the like..
[0027]
  In the present embodiment, α5 is set to 60 ppm / ° C. Therefore, the formula 5likeThe thermal expansion coefficient α5 of the insulating

layers

22, 23, etc. is the same as or higher than the thermal expansion coefficient α2 of the resin. As a result, even when each of the capacitors (electronic parts) 12, the wiring board body 2, and the resin 11 expands when the resin 11 is solidified or heated at a separate position, the insulating

layers

22, 23 and the like are Furthermore, the expansion of the resin 11 and the like can be absorbed. Accordingly, since the resin 11 and the wiring board body 2 can be prevented from being broken or damaged, the conduction between each capacitor 12 and the wiring layers 26, 27 such as between the insulating

layers

22, 23, 28, 29 is stabilized. Can be taken reliably.
[0028]
According to the wiring board 1 as described above, the

electrodes

14 and 16 and the wirings in each chip capacitor 12 in the electronic component unit 10 incorporated in the through hole 6 of the core board (wiring board body) 2 via the resin 11 are connected. Connection portions with the

layers

20 and 21 are also difficult to be disconnected, and the conduction is stabilized.
It should be noted that the

electrodes

14 and 16 of each capacitor 12 and the wiring layers 20 and 21 connected thereto.InIs the same material as the above Cu and a material having a higher melting point than solder.Apply. Thereby, disconnection can be prevented even when the solder bumps 36 are heated when the IC chip 38 is mounted.
[0029]
For this reason, stable conduction can be obtained with relatively short wiring between each capacitor 12 and the IC chip 38 mounted on the first main surface 34a. Further, stable conduction can be obtained with relatively short wiring between the electrode 16 of each capacitor 12 and the wiring (connection terminal) 37 on the second main surface 35 side, and the wiring board 1 itself can be connected to a mother board or the like. Continuity is also ensured. Therefore, in the wiring board 1 that is miniaturized and the wiring density is high, the capacitor 12 that is an electronic component built in the core board 2 can be stably used and has excellent durability. it can.
The wiring layers 20 and 21 are electrically connected to each other through the through-hole conductor 8 separately from the capacitors 12. The via

conductors

24, 25, 30, and 31 are preferably filled vias as shown in FIG. 1 and stacked vias stacked linearly in the thickness direction. As a result, each capacitor 12 and the IC chip 38 mounted on the first main surface 34a can be connected with the shortest distance, so that the electrical characteristics are improved and the distance between each capacitor 12 and the motherboard is also short. Can be connected.
[0030]
【Example】
  Here, specific examples of the wiring board of the present invention will be described together with comparative examples.
  A plurality of core substrates 2 of the same size as described above are prepared, and the electronic component unit 10 is placed in the through hole 6 using the resin 11 having different thermal expansion coefficients α2 under the same conditions as in FIG. It was fixed and built in as shown in Among these, the resins 11 having thermal expansion coefficients α2 of 15 ppm / ° C. and 32 ppm / ° C. were designated as Examples 1 and 2, and those having a thermal expansion coefficient α2 of 45 ppm / ° C. were designated as Comparative Example 1.
  A part of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 are formed on the wiring board 1 as shown in FIG. 1, and an underfill material 39a having a thermal expansion coefficient of 30 ppm / ° C. or less is formed on the first main surface 34a. Then, an IC chip 38 having a thermal expansion coefficient α4 of 4 ppm / ° C. was mounted. Of these, the examples using the core substrate 2 of Examples 1 and 2 were Examples 3 and 4, and the one using the core substrate 2 of Comparative Example 1 was Comparative Example 2.
  Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 are, Excluding the coefficient of thermal expansion of the insulating

layer

The formula5Examples

3 and 4 and Comparative Example 2,Is the above formula6Each of them.
Three (3) samples were prepared for each example, and a reliability (thermal shock) test was performed by heating and cooling between + 125 ° C. and −55 ° C. 1000 times (cycles). In such a test, whether or not the resin 11 of each example was cracked was observed after 1000 times. The results are shown in Table 1.
[0031]
[Table 1]

[0032]
  According to the results of Table 1, in Examples 1 to 4, none of the resin 11 was cracked, but in Comparative Examples 1 and 2, all three were cracked in the resin 11.
  From these results, the thermal expansion coefficients α1, α2, α3, α4 of the core substrate 2, the resin 11, the chip capacitor 12, and the IC chip 38 are expressed by the above formula.5 and Equation 6It is understood that it is important that the thermal expansion coefficient α2 of the resin 11 is 40 ppm / ° C. or less, preferably 35 ppm / ° C. or less. It will be easily understood that the effect of the wiring board according to the present invention is supported by this.
[0033]
FIG. 4 relates to the main steps of the manufacturing method for different forms of wiring boards. In the following, the same reference numerals are used for the same parts and elements as those in the above embodiment.
FIG. 4A shows a state in which the same electronic component unit 10 as described above is inserted into the concave portion 44 opened on the surface 41 side of the core substrate (wiring board main body) 40 containing glass cloth.
The core substrate 40 having the recess 44 is formed by previously laminating a thick insulating plate (not shown) having a through hole and a thin and flat insulating plate via an adhesive sheet, and heating and pressing. However, you may use what formed the recessed part 44 by spot facing using the router etc. from the single insulating board.
As shown in FIG. 4A, a plurality of through holes 46 penetrate between the bottom surface 45 of the recess 44 and the back surface 42 of the core substrate 40, and a cylindrical through hole conductor 48 is formed in each hole 46. And the filling resin 47 is formed to penetrate therethrough.
[0034]
  As shown in FIG. 4B, the upper end portion of each through-hole conductor 48 and the electrode 16 on the bottom surface of each capacitor 12 of the inserted electronic component unit 10 are made of a brazing material (low low) made of Sn—Ag alloy. Individually connected in advance through a melting point alloy) 49. In this state, after the molten resin 11 is injected into the recess 44, a curing process is performed. As a result, as shown in FIG. 4B, the electronic component unit 10 is fixed and embedded in the solidified resin 11 in the concave portion 44 and is embedded in the concave portion 44.WarehouseIs done.
  Further, by polishing and flattening the raised surface 11a of the resin 11, the surface 11c of the newly formed resin 11 has each surface in the unit 10 as shown in FIG. 4C. The upper end surface of the electrode 14 of the capacitor 12 is exposed.
[0035]
Thereafter, as shown in FIG. 1, the build-up layer BU1, which is composed of the wiring layers 20, 21, such as the insulating

layers

22, 23 shown in FIG. BU2 and filled via

conductors

24 and 25 are formed.
At this time, each electrode 14 is connected to the wiring layer 20, and the lower end of the through-hole conductor 48 is connected to the wiring layer 21/27. As in FIG. 1, a through-hole conductor 8 (not shown) penetrating between the front and back surfaces 41, 42 of the core substrate 40 is formed, and the bumps are formed on the first and second main surfaces 34a, 35a. 36 and wiring (connection terminal) 37 are formed. Thereby, a wiring board provided with the core substrate 40 incorporating the electronic component unit 10 having the plurality of chip capacitors 12 in the recess 44 is obtained.
[0036]
The thermal expansion coefficients α1, α2, and α3 of the core substrate (wiring substrate body) 40, the resin 11, and the chip capacitor (electronic component) 12 are expressed by the above formula.5It is set under the relationship.
Further, the coefficients of thermal expansion α4 and α5 of the IC chip (semiconductor element) 38 and the insulating layer 22 are expressed by the above formula.5It is set under the relationship. In the present embodiment, the thermal expansion coefficient α1: 16 ppm / ° C. of the wiring board main body (core substrate) 40, the thermal expansion coefficient α2 of the resin 11: 23 ppm / ° C., and the thermal expansion coefficient α3 of the chip capacitor (electronic component) 12: 8 ppm / The thermal expansion coefficient α4 of the IC chip (semiconductor element) 38 is 4 ppm / ° C, and the thermal expansion coefficient α5 of the insulating layer 22 is 60 ppm / ° C.
[0037]
The present invention is not limited to the embodiments and examples described above.
For example, the electronic components include passive components such as inductors, resistors, and filters, active components such as low noise amplifiers (LNA), memories, semiconductor elements, FETs, and transistors, or SAW filters, LC filters, and antenna switch modules. A diplexer or the like, a chip-like one of them, or a different one of them may be built in the same through hole or recess.
Further, only one electronic component may be built in the through hole or the recess of the wiring board main body (core substrate). In this case, it is also possible to connect the electrode of the electronic component to the wiring layer or the land connected thereto by soldering.
[0038]
Further, a plurality of through holes or recesses may be formed in the wiring board main body (core substrate), or the through holes and the recesses may be provided adjacent to each other.
In addition to the glass-epoxy resin composite material, the wiring board main body (core substrate) 2 and 40 are made of glass woven cloth or glass having the same heat resistance, mechanical strength, flexibility, processability, etc. A glass fiber-resin material that is a composite material of a glass fiber such as a woven fabric and a resin such as an epoxy resin, a polyimide resin, or a BT resin may be used. Alternatively, a composite material of an organic fiber such as polyimide fiber and a resin, or a resin-resin composite material in which a fluororesin having a three-dimensional network structure such as PTFE having continuous pores is impregnated with a resin such as an epoxy resin may be used. Is possible.
[0039]
In addition, the insulating

layers

22 and 23 are made of the above-mentioned epoxy resin as a main component, as well as polyimide resin, BT resin, PPE resin, or PTFE having continuous pores having the same heat resistance and pattern formability. It is also possible to use a resin-resin composite material obtained by impregnating a resin such as an epoxy resin with a fluorine resin having a three-dimensional network structure.
In addition to the copper plating, the wiring layers 20 and 21 may be made of Ni, Ni-Au, or the like, or formed by a method such as applying a conductive resin without using metal plating. It is also possible.
Further, as the connection terminal with the IC chip 38, in addition to the flip chip bump 36, a flip chip pad, a wire bonding pad, or a TAB connection pad may be used.
[0040]
In the capacitor of the electronic component 12, BaTiO₃A high-dielectric ceramic mainly composed of PbTiO is used.₃, PbZrO₃, TiO₂, SrTiO₃, CaTiO₃, MgTiO₃, KNbO₃, NaTiO₃, KTaO₃, PbTaO₃, (Na_1/2Bi_1/2) TiO₃, Pb (Mg_1/2W_1/2) O₃, (K_1/2Bi_1/2) TiO₃You may use what has these as a main component.
Further, although the material of the

electrodes

14 and 16 of the electronic component 12 is mainly composed of Cu, Pt, Ag, Ag—Pt, Ag—Pd, Cu, Au, Ni, etc. having compatibility with the electronic component 12 are used. Can be used.
In addition, the capacitor 12 of the electronic component includes a dielectric layer mainly composed of a high dielectric ceramic, an electrode layer made of Ag-Pd, and the like, and a via conductor and a wiring layer made of resin, Cu plating, Ni plating, etc. It is good also as what made the capacitor which compounded. The wiring board of the present invention includes a configuration in which only the wiring layers 20 and 21 and the insulating

layers

22 and 23 are provided on the front surfaces 3 and 41 and the

back surfaces

4 and 42 of the core substrates 2 and 40.
[0041]
【The invention's effect】
  According to the wiring board of the present invention described above (Claim 1), the thermal expansion coefficient α1 of the wiring board body is larger than the thermal expansion coefficient α3 of the electronic component, and the heat of the resin in which the electronic component is embedded. Less than or equal to expansion coefficient α2In addition, the thermal expansion coefficient α5 of the insulating layer is equal to or higher than the thermal expansion coefficient α2 of the resin.There is a relationship.
  Therefore, when the molten resin is solidified or heated at a separate position, the electronic componentEven if the wiring board body and resin expand, the insulating layerExpands even more. as a resultA through hole or recess of the wiring board body, or surrounding the electronic componentWarehouseResinCan be absorbed by the expansion of the insulating layer. Therefore, it is possible to prevent the resin and the wiring board main body from being broken or damaged, and thus it is possible to stably and reliably establish electrical conduction between the electronic component and the internal wiring layer.
[0042]
According to the wiring board of claim 2, in addition to the above, the thermal expansion coefficient of the semiconductor element is the same as or lower than that of the built-in electronic component. Even when the semiconductor element is thermally expanded at the time of soldering when the semiconductor element is mounted on the semiconductor device, the coefficient of thermal expansion is the same as or lower than that of the electronic component. For this reason, it does not affect the resin for embedding the wiring board main body and the electronic component. Accordingly, the mounted semiconductor element and the electronic component can be reliably and stably conducted directly or via the internal wiring layer, and such a wiring board can be efficiently manufactured.
[0043]
  Further, according to the wiring board of claim 3BeforeIt is possible to prevent the resin and the wiring board body from being broken or damaged, and to more reliably prevent the influence of the expansion of the semiconductor element on the wiring board body.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main part of a wiring board according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view of an electronic component unit built in the wiring board of FIG. 1. FIG.
FIGS. 3A to 3C are schematic views showing main steps in the method of manufacturing the wiring board of FIG.
FIGS. 4A to 4C are schematic views showing main steps in a method for manufacturing a wiring board of a different form. FIGS.
FIGS. 5A and 5B are schematic views showing a conventional wiring board. FIGS.
[Explanation of symbols]
1 ………………………………………… Wiring board
2,40 ……………………………… Wiring board body (core board)
3,41 ……………………………… Surface
4,42 ……………………………… Back side
6 ……………………………………… Through hole
12 …………………………………… Chip Capacitors (Electronic Components)
11 …………………………………… Resin
22, 23, 28, 29, 34, 35 ... insulating layer
34a …………………………………… The first main surface (above the surface of the wiring board body)
38 …………………………………… IC chip (semiconductor element)
44 …………………………………… Recess

Claims

Insulating wiring board body having front and back surfaces, through-holes or recesses provided in the wiring board body, electronic components built into the through-holes or recesses and fixed via resin, and the wiring board look including a wiring layer made of a refractory material than the front and back surfaces of at least one insulating layer and the solder formed on the body,
The electronic component is surrounded by the resin in the through hole or recess ,
The wiring layer is connected to an end portion of the electrode of the electronic component exposed on at least one of the front surface and the back surface of the resin ,
A wiring board, wherein the thermal expansion coefficients α1, α2, α3, and α5 of the wiring board main body, the resin, the electronic component , and the insulating layer have a relationship of Formula 1.
[Expression 1]
α3 <α1 ≦ α2 ≦ α5

The semiconductor device further includes a semiconductor element mounted above the surface of the wiring board body and electrically connected to the electronic component ,
The thermal expansion coefficients α1, α2, α3, α4 of the wiring board main body, resin, electronic component, and semiconductor element are in the relationship of Formula 2.
The wiring board according to claim 1 .
[Expression 2]
α4 ≦ α3 <α1 ≦ α2

The thermal expansion coefficient α2 of the resin is smaller than 40 ppm / ° C.
The wiring board according to claim 1 or 2, wherein