JP5454681B2

JP5454681B2 - モジュール基板およびその製造方法

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Publication number: JP5454681B2
Application number: JP2012517265A
Authority: JP
Inventors: 一生山元; 明彦鎌田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2010-05-26
Filing date: 2011-05-24
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2031-05-24
Also published as: US20130077262A1; US9674970B2; JPWO2011148915A1; CN102907188A; WO2011148915A1; CN102907188B

Description

本発明は、電子部品を内蔵するモジュール基板に関するものである。

特許文献１に開示のモジュール基板は次のように構成されている。まずキャビティを有するコア基板を用意する。また一方主面上に回路パターンが形成された樹脂フィルムを用意する。樹脂フィルムの回路パターン上には電子部品が実装されている。次にコア基板と樹脂フィルムを、キャビティに電子部品を収容するように貼り合わせて熱圧着する。熱圧着後、樹脂フィルムを熱硬化してから、樹脂フィルムを貫通するビアホールを形成し、樹脂フィルムの他方主面上に回路パターンを形成する。キャビティに収容された電子部品は、ビアホールによって樹脂フィルムの他方主面上の回路パターンと接続される。

特開２００２−４３７５４号公報

樹脂フィルムは熱圧着時にその樹脂が流動するため、回路パターンおよび電子部品の位置がばらつく。位置がばらつくと所定位置に形成するビアホールとの接続不良が起こるため、電子部品を実装するために形成する樹脂フィルム上の回路パターンは大きくする必要があった。そのため端子数が多く、端子間ピッチの狭い電子部品をキャビティに収容することはできなかった。また樹脂フィルムからはキャビティを充填するような樹脂量を供給することができないため、キャビティを樹脂充填する場合には、別途樹脂を供給する必要があった。

上記問題点を解決するために、本発明のモジュール基板は、一方主面に電子部品が実装された、平面視において矩形形状の第１の基板と、前記電子部品を収容するための孔が形成された第２の基板と、を備え、前記孔に前記電子部品が収容され、かつ前記第１の基板の相対向する２辺と前記第２の基板とが重なり、前記第１の基板の相対向する他の２辺と前記第２の基板との間にすき間ができるように前記第１の基板は前記第２の基板の一方主面に実装され、前記第２の基板の両主面には樹脂層が形成され、かつ前記孔の内部には樹脂が充填される。

このモジュール基板では、端子数が多く、端子間ピッチの狭い電子部品を、基板に実装してキャビティに収容することができる。さらにキャビティに収容された電子部品は樹脂層を形成する樹脂で封止できるため、信頼性を向上することができる。さらに、第１の基板の相対向する２辺と第２の基板とが重なり、第１の基板の相対向する他の２辺と第２の基板との間にすき間ができるため、この部分から樹脂をキャビティの内部に充填することができる。

また本発明では、前記孔に収容された前記電子部品は、前記第２の基板の他方主面より突出することが好ましい。

この場合は、キャビティを有するコア基板の厚みよりも厚い電子部品を、キャビティに収容することが可能となり、モジュール基板の低背化を可能とすることができる。

また本発明では、前記第１の基板は一方主面に凹部を有し、前記電子部品は前記凹部に実装されることが好ましい。

この場合は、より厚みのある電子部品をキャビティに収容することができる。

また本発明では、前記第１の基板の他方主面には別の電子部品が実装されることが好ましい。

この場合は、モジュール基板の実装密度を向上することができる。

また本発明では、前記第1の基板内部には別の電子部品が内蔵されることが好ましい。

この場合は、モジュール基板の実装密度を向上させながら、モジュール基板の低背化を実現することができる。

また本発明では、前記孔は前記第１の基板で覆われることが好ましい。

この場合は、キャビティの面積に応じた電子部品を第１の基板に実装することが可能となる。
また、本発明では、第２の基板の両主面には、それぞれ別の電子部品が実装され、それらの電子部品が樹脂層に覆われていることが好ましい。

また本発明のモジュール基板の製造方法は、電子部品を一方主面に実装した、平面視において矩形形状の第１の基板を準備する工程と、前記電子部品を収容するための孔を有する第２の基板を準備する工程と、前記第１の基板の一方主面の接続ランドと前記第２の基板の一方主面の前記孔周辺の接続ランドとを接続部材で接続し、前記孔に前記電子部品を収容するように、かつ前記第１の基板の相対向する２辺と前記第２の基板とが重なり、前記第１の基板の相対向する他の２辺と前記第２の基板との間にすき間ができるように前記第１の基板を前記第２の基板の一方主面に実装する実装工程と、前記第２の基板の両主面に樹脂層を形成し、かつ前記孔の内部に樹脂を充填する樹脂層形成工程と、を備える。

このモジュール基板の製造方法を用いると、端子数が多く、端子間ピッチの狭い電子部品を、基板に実装してキャビティに収容することができ、さらにキャビティに収容された電子部品が樹脂封止されることで、信頼性を向上することができる。

また本発明のモジュール基板の製造方法は、一方主面に接続ランドを有する、平面視において矩形形状の第１の基板を準備する工程と、電子部品を収容するための貫通孔を有する第２の基板を準備する工程と、前記第１の基板の一方主面の接続ランドと前記第２の基板の一方主面の前記孔周辺の接続ランドとを接続部材で接続し、前記第１の基板の相対向する２辺と前記第２の基板とが重なり、前記第１の基板の相対向する他の２辺と前記第２の基板との間にすき間ができるように前記第１の基板を前記第２の基板の一方主面に実装する第１実装工程と、前記第２の基板の他方主面側から、前記貫通孔に露出する前記第１の基板の一方主面に前記電子部品を実装する第２実装工程と、前記第２の基板の両主面に樹脂層を形成し、かつ前記貫通孔の内部に樹脂を充填する樹脂層形成工程と、を備える。

このモジュール基板の製造方法を用いると、より厚みのある電子部品をキャビティに収容して樹脂封止したモジュール基板を製造できる。

本発明によれば、端子数の多い電子部品であってもキャビティに収容することができ、さらにキャビティ内部を樹脂で充填することができる。この結果、電子部品の信頼性を向上することができる。また、第１の基板と第２の基板との間にすき間ができるため、この部分から樹脂をキャビティの内部に充填することができる。

本発明の第１の実施形態におけるモジュール基板を示す断面図である。本発明の第１の実施形態におけるモジュール基板の製造工程を示す断面図である。本発明の第１の実施形態および変形例のモジュール基板におけるコア基板のキャビティ部分を垂直方向から見た概略図である。本発明の第２の実施形態におけるモジュール基板を示す断面図である。本発明の第２の実施形態におけるモジュール基板の製造工程を示す断面図である。本発明の第３の実施形態におけるモジュール基板を示す断面図である。本発明の第４の実施形態におけるモジュール基板を示す断面図である。本発明のモジュール基板の変形例を示す断面図である。本発明のモジュール基板の変形例を示す断面図である。

以下、本発明に係るモジュール基板およびその製造方法の実施形態を、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態であるモジュール基板１０の断面図である。コア基板１１はセラミックグリーンシートを積層してなるＬＴＣＣ（低温焼成セラミックス：ＬｏｗＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏ−ｆｉｒｅｄＣｅｒａｍｉｃｓ）基板で構成されている。コア基板１１の内部には内部配線１２が形成されている。またコア基板１１の両主面には表面電極１３が形成されており、両主面に貫通する貫通孔であるキャビティ１６が形成されている。表面電極１３上にはハンダ１４を介して電子部品１５が実装されている。

小片基板１７は内部に内部配線１８を有しており、一方主面上に表面電極１９が形成されている。小片基板１７の一方主面上の表面電極１９上には、ハンダ１４を介して電子部品２０が実装されている。キャビティ１６に電子部品２０を収容するように、小片基板１７はコア基板１１の一方主面上に実装されている。ここでは、コア基板１１のキャビティ１６周囲の表面電極１３上に小片基板１７がハンダ１４を介して実装されている。

コア基板１１の両主面には樹脂によって樹脂層２１が形成され、キャビティ１６内部も樹脂充填されている。外部電極２２はコア基板１１の他方主面に形成された樹脂層２１上に形成されており、その表面にはメッキ膜２３が形成されている。外部電極２２は樹脂層２１を貫通するように形成されたビア２４によって表面電極１３と接続されている。

次に本第１の実施形態にかかるモジュール基板の製造方法を、図２を用いて説明する。図２（ａ）に示すように、小片基板１７を用意する。小片基板１７には内部配線１８と表面電極１９が形成されている。次に小片基板１７の表面電極１９上にハンダ１４を介して電子部品２０を実装する。電子部品２０は多端子の電子部品である。ここで小片基板１７は樹脂基板でもよいし、ＬＴＣＣ基板であってもよく、いずれの基板であっても、端子数が多く、端子間ピッチが狭い電子部品２０を実装できる。

次に図２（ｂ）に示すように、コア基板１１を用意する。コア基板１１は貫通孔であるキャビティ１６が形成されたＬＴＣＣ基板である。コア基板１１の両主面上には表面電極１３が形成されている。またコア基板１１には内部配線１２が形成されている。

次に、コア基板１１の一方主面上の表面電極１３上に接続部材となるハンダ１４を印刷し、電子部品１５を実装し、さらに電子部品２０が実装された小片基板１７を実装する。ここで小片基板１７には中央部に電子部品２０が実装されており、端部には、コア基板１１と接続するための表面電極１９が形成されている。またコア基板１１のキャビティ１６の周囲には表面電極１３が形成されている。小片基板１７をコア基板１１にハンダ１４を用いて実装するとき、小片基板１７の端部の表面電極１９と、コア基板１１のキャビティ１６の周囲の表面電極１３が対応するように実装する。このように構成することにより、小片基板１７の中央部に実装された電子部品２０をコア基板１１のキャビティ１６に収容することができる。

接続部材となるハンダ１４の印刷する厚みを調整し、コア基板１１と小片基板１７との間に５０μｍ以上のすき間ができるようにすることで、後述する樹脂層２１の形成時に、樹脂をキャビティ１６の内部に充填することができる。ハンダ１４の厚みの調整は、印刷に使用するメタルマスクの厚みの調整で行い、コア基板１１と小片基板１７との間のすき間を５０〜１００μｍとすることができる。

次に、図２（ｃ）に示すように、コア基板１１の他方主面に電子部品１５を一方主面と同様の方法で実装する。

次に図２（ｄ）に示すように、コア基板１１の両主面に樹脂層２１を形成する。まず電子部品１５および小片基板１７が実装されているコア基板１１の一方主面に樹脂シートを積層する。樹脂シートはＰＥＴフィルム上に複合樹脂を成形し半硬化させたものであり、いわゆるＢステージ状態またはプリフレグ状態である。複合樹脂は熱硬化性樹脂と無機フィラーを混合したものである。熱硬化性樹脂は、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂等である。無機フィラーは、例えばＡｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂等である。

前述のとおりコア基板１１と小片基板１７にはすき間が形成されており、積層された樹脂シートの樹脂が、すき間からキャビティ１６の内部に流入することで、キャビティ１６の内部が樹脂充填される。樹脂シートの積層後、熱硬化処理を施す。これによって一方主面に樹脂層２１が形成される。

次いで、他方主面にも同様にして樹脂シートを積層し、熱硬化によって樹脂層２１を形成することで、コア基板１１の両面に樹脂層２１が形成される。なお、コア基板１１の両主面に樹脂シートを積層し、熱硬化することで、両主面の樹脂層２１を一括して形成してもかまわない。

次に図２（ｅ）に示すように、ビア２４と外部電極２２とメッキ膜２３を形成し、本発明の第１の実施形態であるモジュール基板１０を形成する。

具体的には、ビア２４はレーザーにて樹脂層２１に貫通穴を形成して、次に薬液により貫通穴をデスミア処理した後、貫通穴に導電性ペーストを充填し硬化して形成する。ここで、導電性ペーストは金属粒子と熱硬化性樹脂を混合したものである。金属粒子は、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｂｉ等の粒子である。熱硬化性樹脂は、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂等である。

外部電極２２は、形成されたビア２４の上面に銅箔を貼り付け、エッチングレジストを印刷してエッチングを行って形成する。

さらに外部電極２２の表面には、メッキ膜２３を形成する。メッキ膜２３はＮｉ／Ｓｎメッキ膜又はＮｉ／Ａｕメッキ膜等を湿式メッキ等によって形成する。以上の製造方法によってモジュール基板１０が完成する。

第１の実施形態に係るモジュール基板１０では、多端子で端子間ピッチの狭い電子部品であっても実装できる小片基板１７に電子部品２０を実装して、コア基板１１のキャビティ１６に収容しており、キャビティ１６に多端子で端子間ピッチの狭い電子部品を収容することが可能である。またキャビティ１６の内部に樹脂が充填されることで、キャビティ１６に収容される電子部品２０が樹脂封止されるため、電子部品２０の信頼性を向上することができる。

図３はコア基板１１におけるキャビティ１６の部分を垂直方向から見た概略図であり、キャビティ１６と小片基板１７の位置を示している。図３（ａ）において、小片基板１７はキャビティ１６よりも大きく、小片基板１７の４辺に沿って形成されている表面電極によってコア基板１１と接続されている。小片基板１７とコア基板１１が重なる部分の寸法Ｔは５０〜４００μｍであることが望ましく、キャビティ１６の内部に樹脂が流入し易くなる。

図３（ｂ）は第１の実施形態の変形例である。小片基板１７ｂは寸法Ｔで２辺がコア基板１１と重なり、他の２辺が寸法Ｔｂでコア基板とすき間を有している。すき間があることで、キャビティ１６の内部への樹脂の流入がさらに容易となる。
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態であるモジュール基板１０Ａの断面図である。第１の実施形態と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。第２の実施形態では、電子部品２０が実装されている小片基板２５が、一方主面にキャビティ３０を有する点で第１の実施形態と異なる。

小片基板２５の一方主面には中央部にキャビティ３０があり、この周囲には端部表面電極２７が形成されている。キャビティ３０の底面には底面表面電極２８が形成されており、電子部品２０がハンダ１４を介して底面表面電極２８上に実装されている。小片基板２５の他方主面には表面電極２６が形成されている。

本第２の実施形態にかかるモジュール基板の製造方法を、図５を用いて説明する。図５（ａ）に示すように、キャビティ１６を有するコア基板１１と、キャビティ３０を有する小片基板２５を用意する。小片基板２５はセラミックグリーンシートを積層して形成したＬＴＣＣ基板である。積層のときにパンチでくり抜き穴を形成した積層体と、くり抜き穴を有さない積層体を圧着することで、くり抜き穴の部分をキャビティ３０とすることができる。

コア基板１１の一方主面の表面電極１３上に電子部品１５を実装し、キャビティ１６の周囲の表面電極１３上には小片基板２５を実装する。小片基板２５のキャビティ３０の底面は、コア基板１１の他方主面に露出する。

次に図５（ｂ）に示すように、コア基板１１の他方主面側から小片基板２５の底部表面電極２８上にディスペンサによってハンダ１４を供給して塗布し、電子部品２０を実装する。電子部品２０はキャビティ１６およびキャビティ３０に収容される。さらにコア基板１１の他方主面に電子部品１５を実装する。

次に図５（ｃ）に示すようにコア基板１１の両主面に樹脂層２１を形成する。コア基板１１と小片基板２５にはすき間が形成されているため、樹脂がキャビティ１６およびキャビティ３０の内部に流入し、樹脂充填される。次に図５（ｄ）に示すように、ビア２４と外部電極２２とメッキ膜２３を形成し、モジュール基板１０Ａが完成する。

第２の実施形態に係るモジュール基板１０Ａでは、小片基板２５がキャビティ３０を有することにより、電子部品２０をコア基板のキャビティ１６と小片基板２５のキャビティ３０に収容することができ、モジュール基板を低背化することができる。

また第２の実施形態では、小片基板２５をコア基板１１の一方主面に実装してから、コア基板１１の他方主面側から小片基板２５の一方主面に電子部品２０を実装する製造方法としている。この製造方法は、小片基板２５がキャビティを有していない場合であっても当然行うことができる。
（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態であるモジュール基板１０Ｂの断面図である。第１の実施形態と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。第３の実施形態では、小片基板３１の一方主面上の表面電極３２上にハンダ１４を介して電子部品２０が実装され、他方主面上の表面電極３２上にハンダ１４を介して電子部品１５が実装されている点で第１の実施形態と異なる。

このように、第３の実施形態に係るモジュール基板１０Ｂでは、小片基板３１の両主面に電子部品を実装できるため、モジュール基板に内蔵できる部品数を増加させることができるため、実装密度を向上することができ、モジュール基板の小型化が可能となる。
（第４の実施形態）
図７は、本発明の第４の実施形態であるモジュール基板１０Ｃの断面図である。第１の実施形態と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。第４の実施形態では、小片基板３４の一方主面上に電子部品２０が実装され、内部に電子部品１５が内蔵されている点で第１の実施形態と異なる。小片基板３４は複数の層からなり、内部に内部配線を有している。電子部品１５は内部配線に接続されている。

このように、第４の実施形態に係るモジュール基板１０Ｃでは、小片基板３４の一方主面に電子部品を実装し、かつ、小片基板３４の内部にも電子部品を内蔵できるため、モジュール基板に内蔵できる部品数を増加させることができる。この結果、モジュール基板の実装密度を向上することができるとともに、モジュール基板を低背化することができ、更なるモジュール基板の小型化が可能となる。

本発明の実施形態の変形例を図８および図９で説明する。図８に示すモジュール基板１０Ｄでは、小片基板１７がインクジェット法により形成されたポスト３３によってコア基板１１に実装されている。小片基板１７とコア基板１１のすき間をより大きくすることができるため、キャビティ１６への樹脂の流入性がより向上する。

図９に示すモジュール基板１０Ｅでは、コア基板１１のキャビティ１６は非貫通孔である。この場合でもキャビティ１６に樹脂充填するという本発明の効果は維持される。このように電子部品２０の大きさに応じて、コア基板１１のキャビティ１６は非貫通孔または貫通孔とすることができる。

以上の実施形態においては、コア基板としてＬＴＣＣ基板の例を示したが、リジット基板やフレキシブル基板などの樹脂基板を用いてもよい。

１０モジュール基板
１１コア基板
１２内部配線
１４ハンダ
１５電子部品
１６キャビティ
１７小片基板
２０電子部品
２１樹脂層
２２外部電極
２３メッキ膜
２４ビア
３３ポスト

Claims

一方主面に電子部品が実装された、平面視において矩形形状の第１の基板と、
前記電子部品を収容するための孔が形成された第２の基板と、を備え、
前記孔に前記電子部品が収容され、かつ前記第１の基板の相対向する２辺と前記第２の基板とが重なり、前記第１の基板の相対向する他の２辺と前記第２の基板との間にすき間ができるように前記第１の基板は前記第２の基板の一方主面に実装され、
前記第２の基板の両主面には樹脂層が形成され、かつ前記孔の内部には樹脂が充填される、モジュール基板。
前記孔に収容された前記電子部品は、前記第２の基板の他方主面より突出する、請求項１に記載のモジュール基板。
前記第１の基板は一方主面に凹部を有し、前記電子部品は前記凹部に実装される、請求項１又は請求項２に記載のモジュール基板。
前記第１の基板の他方主面には別の電子部品が実装される、請求項１乃至３の何れか１項に記載のモジュール基板。
前記第１の基板内部には別の電子部品が内蔵される、請求項１乃至４の何れか１項に記載のモジュール基板。
前記孔は前記第１の基板で覆われる、請求項１乃至５の何れか１項に記載のモジュール基板。
前記第２の基板の両主面には、それぞれ別の電子部品が実装され、当該電子部品が前記樹脂層に覆われている、請求項１乃至６の何れか１項に記載のモジュール基板。
電子部品を一方主面に実装した、平面視において矩形形状の第１の基板を準備する工程と、
前記電子部品を収容するための孔を有する第２の基板を準備する工程と、
前記第１の基板の一方主面の接続ランドと前記第２の基板の一方主面の前記孔周辺の接続ランドとを接続部材で接続し、前記孔に前記電子部品を収容するように、かつ前記第１の基板の相対向する２辺と前記第２の基板とが重なり、前記第１の基板の相対向する他の２辺と前記第２の基板との間にすき間ができるように前記第１の基板を前記第２の基板の一方主面に実装する実装工程と、
前記第２の基板の両主面に樹脂層を形成し、かつ前記孔の内部に樹脂を充填する樹脂層形成工程と、を備えるモジュール基板の製造方法。
一方主面に接続ランドを有する、平面視において矩形形状の第１の基板を準備する工程と、
電子部品を収容するための貫通孔を有する第２の基板を準備する工程と、
前記第１の基板の一方主面の接続ランドと前記第２の基板の一方主面の前記孔周辺の接続ランドとを接続部材で接続し、前記第１の基板の相対向する２辺と前記第２の基板とが重なり、前記第１の基板の相対向する他の２辺と前記第２の基板との間にすき間ができるように前記第１の基板を前記第２の基板の一方主面に実装する第１実装工程と、
前記第２の基板の他方主面側から、前記貫通孔に露出する前記第１の基板の一方主面に前記電子部品を実装する第２実装工程と、
前記第２の基板の両主面に樹脂層を形成し、かつ前記貫通孔の内部に樹脂を充填する樹脂層形成工程と、を備えるモジュール基板の製造方法。