JP5112005B2 - 板状部品内蔵配線基板及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、コア基板の内部に板状部品が収容される板状部品内蔵配線基板及びその製造方法に関するものである。

コンピュータのマイクロプロセッサ等として使用される半導体集積回路素子（ＩＣチップ）は、近年ますます高速化、高機能化しており、これに付随して端子数が増え、端子間ピッチも狭くなる傾向にある。一般的にＩＣチップの底面には多数の端子が密集してアレイ状に配置されており、このような端子群はマザーボード側の端子群に対してフリップチップの形態で接続される。ただし、ＩＣチップ側の端子群とマザーボード側の端子群とでは端子間ピッチに大きな差があることから、ＩＣチップをマザーボード上に直接的に接続することは困難である。そのため、通常はＩＣチップをＩＣチップ搭載用配線基板上に搭載し、そのＩＣチップ搭載用配線基板をマザーボード上に搭載するという手法が採用される。この種のＩＣチップ搭載用配線基板においては、ＩＣチップのスイッチングノイズの低減や電源電圧の安定化を図るために、コンデンサ（「キャパシタ」とも言う）を設けることが提案されている。その一例として、高分子材料製のコア基板内にセラミックコンデンサを埋め込み、そのコア基板の表面及び裏面にビルドアップ層を形成した配線基板が従来提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

図１２は、従来のＩＣチップ搭載用配線基板２００を示している。ＩＣチップ搭載用配線基板２００は、ガラスエポキシからなる平板状のコア基板２０１と、コア基板２０１の上面の上に形成されるビルドアップ層２０２と、コア基板２０１の下面の上に形成されるビルドアップ層２０３とからなる。コア基板２０１は、上面及び下面にて開口する収容穴部２０５を有し、その収容穴部２０５にセラミックチップ２０６が収容されている。このＩＣチップ搭載用配線基板２００では、収容穴部２０５の内面とセラミックチップ２０６の側面との隙間を樹脂充填剤２０７で埋めることでセラミックチップ２０６が固定されている。この配線基板２００において、ＩＣチップ２０８を実装する際には、はんだ接合後の温度変化によってセラミックチップ２０６と収容穴部２０５との間に応力が発生するが、セラミックチップ２０６と収容穴部２０５との間に樹脂充填剤２０７を介在させることにより、その応力が吸収される。

ところで、収容穴部２０５は、配線基板２００の厚さ方向に貫通する貫通穴であり、セラミックチップ２０６と収容穴部２０５との間隔が上面側及び下面側で同じ幅を有するように設けられている。
特開２００６−２５３６６８号公報 特開２０００−２６１１２４号公報

ところが、上記配線基板２００において、収容穴部２０５を大きくしてセラミックチップ２０６との隙間を拡げると、配線パターンを設けるためのスペースが減少してしまう。このため、収容穴部２０５とセラミックチップ２０６との隙間は極力狭くしたいが、隙間を狭くすると樹脂充填剤２０７の充填が困難となり、その隙間の下方まで樹脂充填剤２０７を確実に充填することができなくなる。この場合、セラミックチップ２０６と収容穴部２０５との間に働く応力の吸収が不十分となり、配線基板２００の信頼性が低下してしまう。また、上記隙間を拡げた場合には、樹脂充填剤２０７の充填量不足によって樹脂充填剤２０７にボイドが発生しやすくなるが、このことも信頼性低下の原因となる。

因みに、特許文献２の配線基板では、コンデンサを収納する収容穴部に段差が設けられ、樹脂充填剤を充填する側の開口面積が大きくなっている。しかし、この段差は、コンデンサに当接してそのコンデンサの上下方向の位置決めをするために形成されたコンデンサ受け部として機能するものであり、樹脂充填剤の充填を容易にするための構成ではない。つまり、この収容穴部における段差の部分では、充填剤が介在することなくコンデンサが直接接触しているため、この部分で発生する応力を十分に吸収することができない。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、収容穴部と板状部品との隙間に樹脂充填剤を適切に介在させることにより、信頼性に優れた板状部品内蔵配線基板を提供することにある。また、別の目的は、板状部品内蔵配線基板において収容穴部と板状部品との隙間に樹脂充填剤を確実に充填することができる板状部品内蔵配線基板の製造方法を提供することにある。

そして上記課題を解決するための手段（手段１）としては、コア主面及びコア裏面を有し、前記コア主面及び前記コア裏面にて開口する収容穴部を有するコア基板と、部品第１主面及び部品第２主面を有し、前記部品第１主面を前記コア主面側に向けかつ前記部品第２主面を前記コア裏面側に向けた状態で前記収容穴部内に収容された板状部品と、コア主面側層間絶縁層とコア主面側導体層とを積層配置した構造を有し、前記コア主面及び前記部品第１主面の上に配置され、その表層に半導体集積回路素子がフリップチップ接続されうる複数の第１端子部が形成された第１ビルドアップ層と、コア裏面側層間絶縁層とコア裏面側導体層とを積層配置した構造を有し、前記コア裏面及び前記部品第２主面の上に配置され、その表層に他基板に接続されうる複数の第２端子部が形成された第２ビルドアップ層と、前記収容穴部の内面と前記板状部品の側面との隙間を埋めることで前記板状部品を前記コア基板に固定させている樹脂充填剤とを備え、前記コア基板をその厚さ方向に沿って切断したときに現れる前記収容穴部の断面形状が、前記コア主面側から前記コア裏面側に行くに従って徐々に広くなっているとともに、前記収容穴部の内面と前記板状部品の側面との隙間を埋める前記樹脂充填剤が、前記コア裏面側に行くほど厚くなっており、前記樹脂充填剤が、前記コア主面側にて、前記第１ビルドアップ層を構成する前記コア主面側層間絶縁層に接続していることを特徴とする板状部品内蔵配線基板がある。

従って、手段１の板状部品内蔵配線基板によると、収容穴部の断面形状がコア主面側からコア裏面側に行くに従って徐々に広くなっているので、断面形状が広いコア裏面側から収容穴部と板状部品との隙間に樹脂充填剤を供給することにより、収容穴部の内面と板状部品の側面との隙間にボイドが生じることなく樹脂充填剤を確実に充填することができる。その結果、コア基板における収容穴部と板状部品との間に働く応力を樹脂充填剤で確実に吸収することができ、クラック等の発生を防止することができる。また、コア基板においてコア主面側の表面積が広くなるため、そのコア主面側にて配線パターンを設けるためのスペースを十分に確保することができる。さらに、配線基板に半導体集積回路素子をフリップチップ接続する場合、はんだ接合後の冷却時には、コア裏面側に位置する第２ビルドアップ層は収縮するが、コア主面側に位置する第１ビルドアップ層は半導体集積回路素子があるため殆ど収縮しない。従って、コア基板はコア裏面側に反りやすく、その反りに対して板状部品が追従できないと、コア裏面側ほど応力が集中してしまう。その点に関して、本発明では、収容穴部と板状部品との間に介在される樹脂充填剤はコア裏面側ほど厚くなっているので、その応力集中を確実に吸収することができ、配線基板の信頼性を高めることができる。

前記隙間の大きさは、前記コア主面側にて０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であり、前記コア裏面側にて０．８ｍｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。この場合、コア裏面側の隙間は、従来の製品における間隔とほぼ等しいため、そのコア裏面側から樹脂充填剤を容易に充填することができる。また、コア主面側の隙間としては、０．３ｍｍ以上の適度な隙間が確保されているため、樹脂充填剤が詰って入り込まなくなることが回避される。さらに、コア主面側の隙間は０．５ｍｍ以下であり従来の製品よりも狭くなるため、コア基板におけるコア主面側の表面積を拡げることができ、配線スペースを確保することができる。

前記コア基板をその厚さ方向に沿って切断したときに現れる前記収容穴部の内面は、凹状に湾曲していることが好ましい。このように収容穴部を形成すれば、樹脂充填剤をよりスムーズに充填することができる。

前記部品第１主面と前記コア主面との段差は、前記部品第２主面と前記コア裏面との段差よりも小さいことが好ましい。この場合、第１ビルドアップ層を段差なく正確に形成することができ、第１ビルドアップ層の第１端子部に半導体集積回路素子を確実にフリップチップ接続することができる。

前記コア裏面側層間絶縁層が前記樹脂充填剤を兼ねていることが好ましい。この場合、樹脂充填剤の形成に際して、コア裏面側層間絶縁層とは別の材料を準備しなくても済むため、配線基板の製造コストを抑えることができる。

前記コア基板を形成する材料は特に限定されないが、好ましいコア基板は有機材料を主体として形成される。コア基板を形成する有機材料の具体例としては、例えば、ＥＰ樹脂（エポキシ樹脂）、ＰＩ樹脂（ポリイミド樹脂）、ＢＴ樹脂（ビスマレイミド・トリアジン樹脂）、ＰＰＥ樹脂（ポリフェニレンエーテル樹脂）などがある。そのほか、これらの樹脂とガラス繊維（ガラス織布やガラス不織布）やポリアミド繊維等の有機繊維との複合材料を使用してもよい。

前記板状部品としては、セラミック製板状部品、金属製板状部品、ガラス製板状部品などの無機材料製板状部品を挙げることができる。セラミック製板状部品を構成するセラミック材料としては、例えばアルミナ、ガラスセラミック、結晶化ガラス等の低温焼成材料、窒化アルミニウム、炭化珪素、窒化珪素などがある。また、金属製板状部品を構成する金属材料としては、鉄、金、銀、銅、銅合金、鉄ニッケル合金、珪素、ガリウム砒素などがある。なお、金属製板状部品としては、半導体集積回路チップ（ＩＣチップ）や、半導体製造プロセスで製造されたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子などを挙げることができる。ここで、「半導体集積回路チップ」とは、主としてコンピュータのマイクロプロセッサ等として使用される素子をいう。

一方、好適なセラミック製板状部品の例としては、チップコンデンサや、複数のコンデンサ内ビア導体を有するビアアレイタイプのセラミックコンデンサなどを挙げることができる。なお、セラミックコンデンサは、複数のコンデンサ内ビア導体が全体としてアレイ状に配置されていることが好ましい。このような構造であれば、セラミックコンデンサのインダクタンスの低減化が図られ、ノイズ吸収や電源変動平滑化のための高速電源供給が可能となる。また、セラミックコンデンサ全体の小型化が図りやすくなり、ひいては配線基板全体の小型化も図りやすくなる。しかも、小さい割りに高静電容量が達成しやすく、より安定した電源供給が可能となる。

セラミックコンデンサを構成するセラミック誘電体層としては、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ほう素、炭化珪素、窒化珪素などといった高温焼成セラミックの焼結体が好適に使用されるほか、ホウケイ酸系ガラスやホウケイ酸鉛系ガラスにアルミナ等の無機セラミックフィラーを添加したガラスセラミックのような低温焼成セラミックの焼結体が好適に使用される。この場合、用途に応じて、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ストロンチウムなどの誘電体セラミックの焼結体を使用することも好ましい。誘電体セラミックの焼結体を使用した場合、静電容量の大きなセラミックコンデンサを実現しやすくなる。

前記樹脂充填剤は、板状部品を固定するためのものであり、応力緩和特性、絶縁性、耐熱性などを考慮して適宜選択することができる。樹脂充填剤を形成するための樹脂材料の好適例としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂や、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリプロピレン樹脂などの熱可塑性樹脂などが挙げられる。また、この樹脂充填剤の形成材料としては、前記熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂にガラスフィラーを添加した材料等を使用してもよい。

前記第１ビルドアップ層を構成するコア主面側層間絶縁層、及び、前記第２ビルドアップ層を構成するコア裏面側層間絶縁層は、絶縁性、耐熱性、耐湿性等を考慮して適宜選択することができる。コア主面側層間絶縁層及びコア裏面側層間絶縁層を形成するための高分子材料の好適例としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリプロピレン樹脂などの熱可塑性樹脂等が挙げられる。そのほか、これらの樹脂とガラス繊維（ガラス織布やガラス不織布）やポリアミド繊維等の有機繊維との複合材料、あるいは、連続多孔質ＰＴＦＥ等の三次元網目状フッ素系樹脂基材にエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸させた樹脂−樹脂複合材料等を使用してもよい。

また、本発明の課題を解決するための別の手段（手段２）としては、コア主面及びコア裏面を有し、前記コア主面及び前記コア裏面にて開口する収容穴部を有するコア基板と、部品第１主面及び部品第２主面を有し、前記収容穴部内に収容固定された板状部品とを備えた配線基板の製造方法であって、前記コア基板をその厚さ方向に沿って切断したときに現れる前記収容穴部の断面形状が、前記コア主面側から前記コア裏面側に行くに従って徐々に広くなるような収容穴部を前記コア基板に加工形成する穴加工工程と、前記収容穴部における前記コア主面側の開口を封止し、かつ、部品第１主面を前記コア主面側に向けかつ部品第２主面を前記コア裏面側に向けた状態で、前記収容穴部内に前記板状部品を収容配置する部品収容工程と、前記収容穴部における前記コア裏面側の開口から樹脂充填剤を供給することにより前記コア裏面側に行くほど厚くなっている樹脂充填剤で、前記収容穴部の内面と前記板状部品の側面との隙間を埋めて前記板状部品を前記コア基板に固定する部品固定工程と、前記コア主面上及び前記樹脂充填剤上に第１ビルドアップ層を形成するとともに、その際に前記樹脂充填剤を前記コア主面側にて前記第１ビルドアップ層を構成する前記コア主面側層間絶縁層に接続させる第１ビルドアップ層形成工程とを含むことを特徴とする板状部品内蔵配線基板の製造方法がある。

従って、手段２の板状部品内蔵配線基板の製造方法によると、穴加工工程を行うことによって、断面形状がコア主面側からコア裏面側に行くに従って徐々に広くなるような収容穴部がコア基板に加工形成される。そして、部品固定工程において、断面形状が広いコア裏面側の開口から樹脂充填剤を供給することにより、収容穴部の内面と板状部品の側面との隙間にボイドが生じることなく樹脂充填剤を確実に充填することができる。その結果、コア基板における収容穴部と板状部品との間に働く応力を樹脂充填剤で確実に吸収することができ、クラック等の発生を防止することができる。また、コア基板においてコア主面側の表面積が広くなるため、そのコア主面側にて配線パターンを設けるためのスペースを十分に確保することができる。

以下、手段２のコンデンサ内蔵配線基板の製造方法について説明する。

前記穴加工工程では、ルータ加工によって前記収容穴部が加工形成される。このルータ加工によれば、コア主面側からコア裏面側に行くに従って断面形状が徐々に広くなるような収容穴部を正確に形成することができる。

また、前記部品収容工程では、前記収容穴部における前記コア主面側の開口を粘着テープで封止した後、収容穴部内に前記板状部品を収容配置する。このようにすると、前記部品第１主面と前記コア主面との位置を合わせることができるため、その部品第１主面とコア主面との段差を前記部品第２主面と前記コア裏面との段差よりも小さくすることができる。

そして、前記部品収容工程後に第１ビルドアップ層形成工程を実施し、コア主面側層間絶縁層とコア主面側導体層とを積層配置した構造を有し、前記コア主面及び前記部品第１主面の上に配置され、その表層に半導体集積回路素子がフリップチップ接続されうる複数の第１端子部が形成される第１ビルドアップ層を形成する。この場合、第１ビルドアップ層を段差なく正確に形成することができるため、第１ビルドアップ層の第１端子部に半導体集積回路素子を確実にフリップチップ接続することができる。

また、前記部品収容工程後に第２ビルドアップ層形成工程を実施して、コア裏面側層間絶縁層とコア裏面側導体層とを積層配置した構造を有し、前記コア裏面及び前記部品第２主面の上に配置され、その表層に他基板に接続されうる複数の第２端子部が形成される第２ビルドアップ層を形成する。この第２ビルドアップ層形成工程では、最下層に位置する前記コア主面側層間絶縁層の一部を前記隙間内に落とし込んで前記隙間を埋めることにより、前記板状部品を前記コア基板に固定することが好ましい。このようにすれば、樹脂充填剤の形成に際して、コア裏面側層間絶縁層とは別の材料を準備しなくても済むため、配線基板の製造コストを抑えることができる。

［第１の実施の形態］

以下、本発明を具体化した第１の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。

図１に示されるように、本実施の形態のセラミックコンデンサ内蔵配線基板１０（板状部品内蔵配線基板）は、ＩＣチップ搭載用の配線基板であって、ガラスエポキシからなる略矩形板状のコア基板１１と、コア基板１１のコア主面１２（図１では上面）の上に形成される第１ビルドアップ層３１と、コア基板１１のコア裏面１３（図１では下面）の上に形成される第２ビルドアップ層３２とからなる。コア基板１１における複数箇所には厚さ方向に貫通するスルーホール用孔１５が形成されており、そのスルーホール用孔１５の内面に、銅めっきを施すことによって外径が３００μｍ、厚さが２０μｍのスルーホール導体１６が形成されている。かかるスルーホール導体１６は、コア基板１１のコア主面１２側とコア裏面１３側とを接続導通している。なお、スルーホール導体１６の内部は、絶縁材料（例えば、シリカフィラーを含むエポキシ樹脂など）からなる閉塞体１７で埋められている。また、コア基板１１のコア主面１２及びコア裏面１３には、銅からなる導体層４１がパターン形成されており、各導体層４１は、スルーホール導体１６に電気的に接続されている。

コア基板１１のコア主面１２上に形成された第１ビルドアップ層３１は、エポキシ樹脂からなる２層の樹脂絶縁層３３，３５（コア主面側層間絶縁層）と、銅からなる導体層４２（コア主面側導体層）とを交互に積層した構造を有している。樹脂絶縁層３５の表面上における複数箇所には、端子パッド４４（第１端子部）がアレイ状に形成されている。また、樹脂絶縁層３５の表面は、ソルダーレジスト３７によってほぼ全体的に覆われている。ソルダーレジスト３７の所定箇所には、端子パッド４４を露出させる開口部４６が形成されている。端子パッド４４は、複数のはんだバンプ４５を介してＩＣチップ２１の面接続端子２２にフリップチップ接続される。なお、ＩＣチップ２１は、例えば、ＭＰＵとしての機能を有する半導体集積回路素子であり、縦１４．０ｍｍ×横１４．０ｍｍ×厚さ０．７ｍｍの矩形平板状に形成されている。

各端子パッド４４及び各はんだバンプ４５が位置する領域は、ＩＣチップ２１を搭載可能な部品搭載領域２３である。部品搭載領域２３は、ビルドアップ層３１の表面３９に設定されており、縦１４．０ｍｍ×横１４．０ｍｍの平面視正方形状の領域である。即ち、部品搭載領域２３は、ＩＣチップ２１の下面の直下に配置された領域であって、厚さ方向から見た場合、ＩＣチップ２１の下面と同じ外形及び面積を有している。また、樹脂絶縁層３３，３５内には、それぞれビア導体４３，４７が設けられている。これらのビア導体４３，４７は、導体層４２及び端子パッド４４を相互に電気的に接続している。

コア基板１１のコア裏面１３上に形成されたビルドアップ層３２は、上述したビルドアップ層３１とほぼ同じ構造を有している。即ち、ビルドアップ層３２は、エポキシ樹脂からなる２層の樹脂絶縁層３４，３６（コア裏面側層間絶縁層）と、導体層５０（コア裏面側導体層）とを交互に積層した構造を有している。樹脂絶縁層３６の下面上における複数箇所には、ビア導体４７を介して導体層５０に電気的に接続されるＢＧＡ用パッド４８（第２端子部）が格子状に形成されている。また、樹脂絶縁層３６の下面は、ソルダーレジスト３８によってほぼ全体的に覆われている。ソルダーレジスト３８の所定箇所には、ＢＧＡ用パッド４８を露出させる開口部４０が形成されている。ＢＧＡ用パッド４８の表面上には、マザーボード６０（他基板）との電気的な接続を図るための複数のはんだバンプ４９が配設されている。そして、各はんだバンプ４９により、配線基板１０はマザーボード６０上に実装される。

前記コア基板１１は、コア主面１２の中央部及びコア裏面１３の中央部にて開口する平面視で略矩形状の収容穴部９１を１つ有している。即ち、収容穴部９１は貫通穴部である。本実施の形態の収容穴部９１は、下側ほど開口面積が広くなるよう側面が傾斜したテーパ面となっている。つまり、コア基板１１をその厚さ方向に沿って切断したときに現れる収容穴部９１の断面形状が、コア主面１２側からコア裏面１３側に行くに従って徐々に広くなっている。具体的には、収容穴部９１の外形寸法は、コア主面１２側で縦１０．６ｍｍ×横１０．６ｍｍであり、コア裏面１３側で縦１２．０ｍｍ×横１２．０ｍｍである。

収容穴部９１内には、図２，図３に示すセラミックコンデンサ１０１が、埋め込んだ状態で収容されている。なお、セラミックコンデンサ１０１は、部品第１主面１０２（図１，２では上面）をコア基板１１のコア主面１２と同じ側に向け、かつ部品第２主面１０３（図１，２では下面）をコア基板１１のコア裏面１３と同じ側に向けた状態で収容されている。本実施形態のセラミックコンデンサ１０１は、縦１０．０ｍｍ×横１０．０ｍｍ×厚さ０．８０ｍｍの矩形平板状である。

また、収容穴部９１の内面とセラミックコンデンサ１０１の側面との隙間は、高分子材料（本実施形態では熱硬化性樹脂）からなる樹脂充填剤９２によって埋められている。樹脂充填剤９２は、セラミックコンデンサ１０１をコア基板１１に固定するとともに、セラミックコンデンサ１０１及びコア基板１１の面方向や厚さ方向への変形を自身の弾性変形により吸収する機能を有している。この隙間に充填される樹脂充填剤９２の厚さは、コア基板１１のコア主面１２側で０．３ｍｍ程度であり、コア基板１１のコア裏面１３側で１．０ｍｍ程度である。

図１〜図３に示されるように、本実施形態のセラミックコンデンサ１０１は、いわゆるビアアレイタイプのセラミックコンデンサである。セラミックコンデンサ１０１を構成するセラミック焼結体１０４は、部品第１主面１０２（上面）及び部品第２主面１０３（下面）を有する板状部品である。セラミック焼結体１０４は、セラミック誘電体層１０５を介して第１内部電極層１４１と第２内部電極層１４２とを交互に積層配置した構造を有している。セラミック誘電体層１０５は、高誘電率セラミックの一種であるチタン酸バリウムの焼結体からなり、第１内部電極層１４１及び第２内部電極層１４２間の誘電体として機能する。第１内部電極層１４１及び第２内部電極層１４２は、いずれもニッケルを主成分として形成された層であって、セラミック焼結体１０４の内部において一層おきに配置されている。

セラミック焼結体１０４には多数のビアホール１３０が形成されている。これらのビアホール１３０は、セラミック焼結体１０４をその厚さ方向に貫通するとともに、全面にわたって格子状（アレイ状）に配置されている。各ビアホール１３０内には、セラミック焼結体１０４の上面１０２及び下面１０３間を貫通する複数のビア導体１３１，１３２（コンデンサ内ビア導体）が、ニッケルを主材料として形成されている。各第１ビア導体１３１は、各第１内部電極層１４１を貫通しており、それら同士を互いに電気的に接続している。各第２ビア導体１３２は、各第２内部電極層１４２を貫通しており、それら同士を互いに電気的に接続している。

セラミック焼結体１０４の上面１０２上には、複数の第１外部端子電極１１１，１１２が突設されている。また、セラミック焼結体１０４の下面１０３上には、複数の第２外部端子電極１２１，１２２が突設されている。上面１０２側にある第１外部端子電極１１１，１１２は、前記ＩＣチップ２１が有する面接続端子２２に対して、ビア導体４３、導体層４２、ビア導体４７、端子パッド４４及びはんだバンプ４５を介して電気的に接続される。一方、下面１０３側にある第２外部端子電極１２１，１２２は、マザーボード６０が有する電極（接触子）に対して、ビア導体４３、導体層５０、ビア導体４７、ＢＧＡ用パッド４８及びはんだバンプ４９を介して電気的に接続される。また、第１外部端子電極１１１，１１２の底面略中央部は、ビア導体１３１，１３２の上面１０２側の端面に対して直接接続されており、第２外部端子電極１２１，１２２の底面略中央部は、ビア導体１３１，１３２の下面１０３側の端面に対して直接接続されている。よって、外部端子電極１１１，１２１はビア導体１３１及び第１内部電極層１４１に導通しており、外部端子電極１１２，１２２はビア導体１３２及び第２内部電極層１４２に導通している。

外部端子電極１１１，１１２，１２１，１２２は、ニッケルを主材料とするメタライズ層上に銅めっき層を形成した層構造を有している。銅めっき層は、メタライズ層を構成する金属よりも軟かい金属からなり、その表面は粗化されている。このため、第１外部端子電極１１１，１１２の表面は、セラミック焼結体１０４の上面１０２よりも粗くなっている。同様に、第２外部端子電極１２１，１２２の表面も、セラミック焼結体１０４の下面１０３よりも粗くなっている。また、上面１０２に垂直な方向（部品厚さ方向）から見たときの外部端子電極１１１，１１２，１２１，１２２は略円形状をなしている（図３参照）。

上記構成のセラミックコンデンサ内蔵配線基板１０において、マザーボード６０側から第２外部端子電極１２１，１２２を介して通電を行い、第１内部電極層１４１−第２内部電極層１４２間に電圧を加えると、第１内部電極層１４１に例えばプラスの電荷が蓄積し、第２内部電極層１４２に例えばマイナスの電荷が蓄積する。その結果、セラミックコンデンサ１０１がキャパシタとして機能する。また、このセラミックコンデンサ１０１では、第１ビア導体１３１及び第２ビア導体１３２がそれぞれ交互に隣接して配置され、かつ、第１ビア導体１３１及び第２ビア導体１３２を流れる電流の方向が互いに逆向きになるように設定されている。これにより、インダクタンス成分の低減化が図られている。また、各ビア導体１３１，１３２を介してＩＣチップ２１に電流が供給されるとともに、スルーホール導体１６を介してＩＣチップ２１に電流が供給されることで、ＩＣチップ２１が動作する。

次に、本実施の形態のセラミックコンデンサ内蔵配線基板１０の製造方法について述べる。

基板準備工程ではコア基板１１を従来周知の手法により作製し、セラミックチップ準備工程では、セラミックコンデンサ１０１を従来周知の手法により作製し、コア基板１１とセラミックコンデンサ１０１とをあらかじめ準備しておく。

基板準備工程において、コア基板１１は以下のように作製される。まず、縦４００ｍｍ×横４００ｍｍ×厚み０．８０ｍｍの基材の両面に、厚み３５μｍの銅箔が貼付された銅張積層板を準備する。次に、銅張積層板に対してドリル機を用いて孔あけ加工を行い、スルーホール導体１６を形成するための貫通孔を所定位置にあらかじめ形成しておく。そして、従来公知の手法に従って無電解銅めっき及び電解銅めっきを行うことでスルーホール導体１６を形成する。次に、スルーホール導体１６の空洞部にエポキシ樹脂を主成分とするペーストを印刷した後、硬化することにより閉塞体１７を形成する。さらに、銅張積層板の両面の銅箔のエッチングを行って導体層４１を例えばサブトラクティブ法によってパターニングする（図４参照）。具体的には、無電解銅めっきの後、この無電解銅めっき層を共通電極として電解銅めっきを施す。さらにドライフィルムをラミネートし、同ドライフィルムに対して露光及び現像を行うことにより、ドライフィルムを所定パターンに形成する。この状態で、不要な電解銅めっき層、無電解銅めっき層及び銅箔をエッチングで除去した後、ドライフィルムを剥離する。

次いで、コア基板１１に対してルータを用いて穴加工工程を行い、収容穴部９１を所定位置に形成する（図５参照）。この穴加工工程では、断面形状がコア主面１２側（図５では下面側）からコア裏面１３側（図５では上面側）に行くに従って徐々に広くなるような収容穴部９１を形成する。

セラミックチップ準備工程において、セラミックコンデンサ１０１は以下のように作製される。即ち、セラミックのグリーンシートを形成し、このグリーンシートに内部電極層用ニッケルペーストをスクリーン印刷して乾燥させる。これにより、後に第１内部電極層１４１となる第１内部電極部と、第２内部電極層１４２となる第２内部電極部とが形成される。次に、第１内部電極部が形成されたグリーンシートと第２内部電極部が形成されたグリーンシートとを交互に積層し、シート積層方向に押圧力を付与することにより、各グリーンシートを一体化してグリーンシート積層体を形成する。

さらに、レーザー加工機を用いてグリーンシート積層体にビアホール１３０を多数個貫通形成し、図示しないペースト圧入充填装置を用いて、ビア導体用ニッケルペーストを各ビアホール１３０内に充填する。次に、グリーンシート積層体の上面上にペーストを印刷し、グリーンシート積層体の上面側にて各導体部の上端面を覆うように第１外部端子電極１１１，１１２のメタライズ層を形成する。また、グリーンシート積層体の下面上にペーストを印刷し、グリーンシート積層体の下面側にて各導体部の下端面を覆うように第２外部端子電極１２１，１２２のメタライズ層を形成する。

この後、グリーンシート積層体の乾燥を行い、表面端子部をある程度固化させる。次に、グリーンシート積層体を脱脂し、さらに所定温度で所定時間焼成を行う。その結果、チタン酸バリウム及びペースト中のニッケルが同時焼結し、セラミック焼結体１０４となる。そして、得られたセラミック焼結体１０４が有する各外部端子電極１１１，１１２，１２１，１２２に対して電解銅めっき（厚さ１０μｍ程度）を行う。その結果、各外部端子電極１１１，１１２，１２１，１２２の上に銅めっき層が形成され、セラミックコンデンサ１０１が完成する。

その後、部品収納工程において、収容穴部９１のコア主面１２側の開口９６に、マスキング材としての剥離可能な粘着テープ１５２を密着するよう配置して、その開口９６を封止する（図６参照）。なお、この粘着テープ１５２は、図示しない支持台によって支持されている。次に、マウント装置（ヤマハ発動機株式会社製）を用いて、収容穴部９１内にセラミックコンデンサ１０１を収容配置する（図７参照）。このとき、粘着テープ１５２には、セラミックコンデンサ１０１が貼り付けられて仮固定される。なおここでは、チップ搭載時（図１に示す状態）において上面となる部品第１主面１０２を下方に向けた状態（上面と下面とを反転させた状態）で粘着テープ１５２に密着させている。同様に、コア基板１１もチップ搭載時に上面となるコア主面１２を下方に向けた状態となっている。

そして、部品固定工程において、収容穴部９１の内面とセラミックコンデンサ１０１の側面との隙間に、ディスペンサ装置（Ａｓｙｍｔｅｋ社製）を用いて、コア裏面１３側の開口９７から熱硬化性樹脂製の樹脂充填剤９２（株式会社ナミックス製）を充填する（図８参照）。その後、加熱処理を行うと、樹脂充填剤９２が硬化してセラミックコンデンサ１０１が収容穴部９１内に固定される。このとき、粘着テープ１５２と接する側となるコア主面１２、部品第１主面１０２、及び樹脂充填剤９２の表面の位置が揃いフラット（面一）に形成される。従って、部品第１主面１０２とコア主面１２との段差は殆どなく、部品第２主面１０３とコア裏面１３との段差よりも小さくなる。

そして、セラミックコンデンサ１０１の固定後において、粘着テープ１５２を剥離する。その後、コア基板１１のコア主面１２及びセラミックコンデンサ１０１の部品第１主面１０２を酸性脱脂で溶剤洗浄をしてから研磨することで、コア主面１２及び部品第１主面１０２に張り付いて残っている粘着材を除去する。

さらに、外部端子電極１１１，１１２，１２１，１２２の上にある銅めっき層の表面の粗化（ＣＺ処理）を行う。同時に、コア主面１２及びコア裏面１３に形成された導体層４１の表面の粗化も行う。その後、洗浄工程を実施し、必要に応じて、シランカップリング剤（信越化学工業株式会社製）を用いて、コア主面１２及びコア裏面１３に対してカップリング処理を行ってもよい。

次に、第１ビルドアップ層形成工程において、従来周知の手法に基づいてコア主面１２の上に第１ビルドアップ層３１を形成する（図９参照）。またこのとき、第２ビルドアップ層形成工程を同様に行い、コア裏面１３の上に第２ビルドアップ層３２を形成する（図９参照）。さらに、端子パッド４４上のはんだバンプ４５やＢＧＡ用パッド４８上のはんだバンプ４９等を形成することで、セラミックコンデンサ内蔵配線基板１０が完成する。なお、図９においては、図８のコア基板１１及びセラミックコンデンサ１０１の上下面を反転させた状態（チップ搭載時の状態）で示している。ここで、部品第１主面１０２とコア主面１２との段差は殆どなく、部品第２主面１０３とコア裏面１３との段差よりも小さくなっているので、第１ビルドアップ層３１の表面は、凹凸がなく平坦に形成される。その結果、第１ビルドアップ層３１に形成された複数の端子パッド４４に対し、ＩＣチップ２１を確実にフリップチップ接続することが可能となる。

また、セラミックコンデンサ内蔵配線基板１０にＩＣチップ２１を搭載する際には、端子パッド４４上のはんだバンプ４５をリフローすることで、端子パッド４４とＩＣチップ２１の面接続端子２２とを電気的に接続する。このはんだ接合後の冷却時には、コア裏面１３側に位置する第２ビルドアップ層３２は収縮するが、コア主面１２側に位置する第１ビルドアップ層３１はＩＣチップ２１があるため殆ど収縮しない。この結果、コア基板１１はコア裏面１３側に反る。セラミックコンデンサ１０１はコア基板１１やビルドアップ層３１，３２よりも可塑性が小さいため、その反りに対してセラミックコンデンサ１０１は追従できない。そのため、コア裏面１３側ほど応力が集中してしまうが、収容穴部９１とセラミックコンデンサ１０１と間に介在される樹脂充填剤９２は、コア裏面１３側ほど厚く形成されているので、その応力集中が確実に吸収される。

従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。

（１）本実施の形態のセラミックコンデンサ内蔵配線基板１０では、収容穴部９１の断面形状がコア主面１２側からコア裏面１３側に行くに従って徐々に広くなっている。従って、断面形状が広いコア裏面１３側から収容穴部９１とセラミックコンデンサ１０１との隙間に樹脂充填剤９２を供給することにより、その隙間にボイドが生じることなく樹脂充填剤９２を充填することができ、セラミックコンデンサ１０１を確実に固定することができる。その結果、コア基板１１における収容穴部９１とセラミックコンデンサ１０１との間に働く応力を樹脂充填剤９２で確実に吸収することができ、クラックの発生を防止することができる。また、コア基板１１においてコア主面１２側の表面積が広くなるため、そのコア主面１２側にて配線パターンを設けるためのスペースを十分に確保することができる。

（２）本実施の形態のセラミックコンデンサ内蔵配線基板１０において、セラミックコンデンサ１０１はセラミック製の板状部品であり、コア基板１１は樹脂材料製の基板であるため、ＩＣチップ２１をフリップチップ接続する場合、はんだ接合後の冷却時に、セラミックコンデンサ１０１とコア基板１１との間には熱膨張の差が存在して応力が発生する。具体的には、コア基板１１はコア裏面１３側に反り、セラミックコンデンサ１０１はその反りに追従できないため、コア裏面１３側ほど応力が集中する。本実施の形態のセラミックコンデンサ内蔵配線基板１０では、収容穴部９１とセラミックコンデンサ１０１と間に介在される樹脂充填剤９２はコア裏面１３側ほど平面方向の厚さが厚くなっているので、その応力集中を確実に吸収することができ、配線基板１０の信頼性を高めることができる。

（３）本実施の形態のセラミックコンデンサ内蔵配線基板１０の場合、収容穴部９１の内面とセラミックコンデンサ１０１の側面との隙間は、コア裏面１３側で１ｍｍ程度であり、従来の配線基板２００（図１２参照）における間隔と等しいため、そのコア裏面１３側から樹脂充填剤９２を確実に充填することができる。また、コア主面１２側の隙間は０．３ｍｍ程度であり、適度な隙間が確保されているため、樹脂充填剤９２が詰って入り込まなくなることが回避され、ボイドの発生を防止することができる。

（４）本実施の形態のセラミックコンデンサ内蔵配線基板１０の場合、部品第１主面１０２とコア主面１２との段差は、部品第２主面１０３とコア裏面１３との段差よりも小さいので、第１ビルドアップ層３１を段差なく正確に形成することができる。このようにすれば、第１ビルドアップ層３１の各端子パッド４４にＩＣチップ２１を確実にフリップチップ接続することができる。

（５）本実施の形態のセラミックコンデンサ内蔵配線基板１０の場合、板状部品としてビアアレイタイプのセラミックコンデンサ１０１が収容穴部９１に収納されている。このセラミックコンデンサ１０１では、複数のビア導体１３１，１３２が全体としてアレイ状に配置されているので、セラミックコンデンサ１０１のインダクタンスの低減化が図られ、ノイズ吸収や電源変動平滑化のための高速電源供給が可能となる。また、セラミックコンデンサ１０１全体の小型化が図りやすくなり、ひいては配線基板全体の小型化も図りやすくなる。しかも、小さい割りに高静電容量が達成しやすく、ＩＣチップ２１に対してより安定した電源供給が可能となる。

（６）本実施の形態では、ルータ加工を行うことにより、コア主面１２側からコア裏面１３側に行くに従って断面形状が徐々に広くなるような収容穴部９１を正確に形成することができる。
［第２の実施の形態］

以下、本発明を具体化した第２の実施の形態を図面に基づき説明する。図１０には、本実施の形態のセラミックコンデンサ内蔵配線基板１０Ａを示している。

本実施の形態では、収容穴部９１の内面とセラミックコンデンサ１０１の側面との隙間に充填される樹脂充填剤９２の形成方法が上記第１の実施の形態と異なる。すなわち、上記第１の実施の形態では、収容穴部９１の内面とセラミックコンデンサ１０１の側面との隙間にディスペンサ装置を用いて樹脂充填剤９２を充填していたが、本実施の形態では、第２ビルドアップ層３２の最下層に位置する樹脂絶縁層３４の一部を前記隙間に落とし込んでその隙間を埋めることによりセラミックコンデンサ１０１をコア基板１１に固定している。つまり、本実施の形態では樹脂絶縁層３４が樹脂充填剤９２を兼ねている。

なお、本実施の形態のセラミックコンデンサ内蔵配線基板１０Ａでは、樹脂充填剤９２以外の構成は上記第１の実施の形態と同じであり同一符号を付している。

本実施の形態のセラミックコンデンサ内蔵配線基板１０Ａを製造する場合、基板準備工程、セラミックチップ準備工程、穴加工工程、部品収納工程の各工程を上記第１の実施の形態と同様に実施する。そして、部品収納工程の後、ビルドアップ層形成工程を実施する。

詳しくは、第２ビルドアップ層形成工程において、コア裏面１３及び部品第２主面１０３にエポキシ樹脂を主成分とするフィルム状絶縁樹脂材料を重ね合わせるようにして配置する。そして、真空圧着熱プレス機（図示しない）を用いて真空下にて加圧加熱することにより、フィルム状絶縁樹脂材料を硬化させて、樹脂絶縁層３４を形成する。このとき、収容穴部９１の内面とセラミックコンデンサ１０１の側面との隙間に樹脂絶縁層３４の一部を落とし込んでその隙間を埋める。その結果、セラミックコンデンサ１０１がコア基板１１に固定される。その後、周知の手法によって、樹脂絶縁層３４上に導体層５０と樹脂絶縁層３６とを積層して第２ビルドアップ層３２を形成する。また同様に、第１ビルドアップ層形成工程を行い、コア主面１２及び部品第１主面１０２上に樹脂絶縁層３３，３５と導体層４２とを積層配置した第１ビルドアップ層３１を形成する。これにより、セラミックコンデンサ内蔵配線基板１０Ａが完成する。

このように、本実施の形態のセラミックコンデンサ内蔵配線基板１０Ａでは、樹脂絶縁層３４が樹脂充填剤９２を兼ねているので、樹脂充填剤９２の形成に際して、樹脂絶縁層３４とは別の材料を準備しなくても済むため、製造コストを抑えることができる。

なお、本発明の各実施の形態は以下のように変更してもよい。

・上記各実施の形態において、コア基板１１をその厚さ方向に沿って切断したときに現れる収容穴部９１の内面は、直線的に傾斜するよう形成していたがこれに限定されるものではない。例えば、図１１に示す収容穴部９１Ａのように、その内面が凹状に湾曲するよう形成してもよい。このように収容穴部９１Ａを形成すれば、収容穴部９１Ａの内面とセラミックコンデンサ１０１の側面との隙間に樹脂充填剤９２を容易に充填することができる。

・上記各実施の形態のセラミックコンデンサ内蔵配線基板１０では、コア基板１１の収容穴部９１に１つのセラミックコンデンサ１０１を収納していたが、収容穴部９１に複数の板状部品（例えば、チップコンデンサ）を埋め込むように構成してもよい。

・上記各実施の形態では、セラミックコンデンサ内蔵配線基板１０のパッケージ形態はＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）であるが、ＢＧＡのみに限定されず、例えばＰＧＡ（ピングリッドアレイ）やＬＧＡ（ランドグリッドアレイ）等であってもよい。

本発明を具体化した第１の実施の形態のセラミックコンデンサ内蔵配線基板を示す概略断面図。 同じく、セラミックコンデンサを示す概略断面図。 同じく、セラミックコンデンサを示す平面図。 同じく、配線基板の製造方法を示す説明図。 同じく、配線基板の製造方法を示す説明図。 同じく、配線基板の製造方法を示す説明図。 同じく、配線基板の製造方法を示す説明図。 同じく、配線基板の製造方法を示す説明図。 同じく、配線基板の製造方法を示す説明図。 本発明を具体化した第２の実施の形態のセラミックコンデンサ内蔵配線基板を示す概略断面図。 他の実施の形態のコア基板における収容穴部を示す説明図。 従来技術の配線基板を示す概略断面図。

符号の説明

１０，１０Ａ…板状部品内蔵配線基板としてのセラミックコンデンサ内蔵配線基板
１１…コア基板
１２…コア主面
１３…コア裏面
２１…半導体集積回路素子としてのＩＣチップ
３１…第１ビルドアップ層
３２…第２ビルドアップ層
３３，３５…コア主面側層間絶縁層としての樹脂絶縁層
３４，３６…コア裏面側層間絶縁層としての樹脂絶縁層
４２…コア主面側導体層としての導体層
４４…第１端子部としての端子パッド
４８…第２端子部としてのＢＧＡ用パッド
５０…コア裏面側導体層としての導体層
６０…他基板としてのマザーボード
９１，９１Ａ…収容穴部
９２…樹脂充填剤
９６…コア主面側の開口
９７…コア裏面側の開口
１０１…板状部品としてのセラミックコンデンサ
１０２…部品第１主面
１０３…部品第２主面
１３１，１３２…コンデンサ内ビア導体としてのビア導体

Claims (10)

1. コア主面及びコア裏面を有し、前記コア主面及び前記コア裏面にて開口する収容穴部を有するコア基板と、
   部品第１主面及び部品第２主面を有し、前記部品第１主面を前記コア主面側に向けかつ前記部品第２主面を前記コア裏面側に向けた状態で前記収容穴部内に収容された板状部品と、
   コア主面側層間絶縁層とコア主面側導体層とを積層配置した構造を有し、前記コア主面及び前記部品第１主面の上に配置され、その表層に半導体集積回路素子がフリップチップ接続されうる複数の第１端子部が形成された第１ビルドアップ層と、
   コア裏面側層間絶縁層とコア裏面側導体層とを積層配置した構造を有し、前記コア裏面及び前記部品第２主面の上に配置され、その表層に他基板に接続されうる複数の第２端子部が形成された第２ビルドアップ層と、
   前記収容穴部の内面と前記板状部品の側面との隙間を埋めることで前記板状部品を前記コア基板に固定させている樹脂充填剤と
   を備え、
   前記コア基板をその厚さ方向に沿って切断したときに現れる前記収容穴部の断面形状が、前記コア主面側から前記コア裏面側に行くに従って徐々に広くなっているとともに、
   前記収容穴部の内面と前記板状部品の側面との隙間を埋める前記樹脂充填剤が、前記コア裏面側に行くほど厚くなっており、
   前記樹脂充填剤が、前記コア主面側にて、前記第１ビルドアップ層を構成する前記コア主面側層間絶縁層に接続している
   ことを特徴とする板状部品内蔵配線基板。
2. 前記隙間の大きさは、前記コア主面側にて０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であり、前記コア裏面側にて０．８ｍｍ以上１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の板状部品内蔵配線基板。
3. 前記コア基板をその厚さ方向に沿って切断したときに現れる前記収容穴部の内面は、凹状に湾曲していることを特徴とする請求項１または２に記載の板状部品内蔵配線基板。
4. 前記部品第１主面と前記コア主面との段差は、前記部品第２主面と前記コア裏面との段差よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の板状部品内蔵配線基板。
5. 前記コア裏面側層間絶縁層が前記樹脂充填剤を兼ねていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の板状部品内蔵配線基板。
6. 前記板状部品が、複数のコンデンサ内ビア導体を有するビアアレイタイプのセラミックコンデンサであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の板状部品内蔵配線基板。
7. コア主面及びコア裏面を有し、前記コア主面及び前記コア裏面にて開口する収容穴部を有するコア基板と、部品第１主面及び部品第２主面を有し、前記収容穴部内に収容固定された板状部品とを備えた配線基板の製造方法であって、
   前記コア基板をその厚さ方向に沿って切断したときに現れる前記収容穴部の断面形状が、前記コア主面側から前記コア裏面側に行くに従って徐々に広くなるような収容穴部を前記コア基板に加工形成する穴加工工程と、
   前記収容穴部における前記コア主面側の開口を封止し、かつ、部品第１主面を前記コア主面側に向けかつ部品第２主面を前記コア裏面側に向けた状態で、前記収容穴部内に前記板状部品を収容配置する部品収容工程と、
   前記収容穴部における前記コア裏面側の開口から樹脂充填剤を供給することにより前記コア裏面側に行くほど厚くなっている樹脂充填剤で、前記収容穴部の内面と前記板状部品の側面との隙間を埋めて前記板状部品を前記コア基板に固定する部品固定工程と、
   前記コア主面上及び前記樹脂充填剤上に第１ビルドアップ層を形成するとともに、その際に前記樹脂充填剤を前記コア主面側にて前記第１ビルドアップ層を構成する前記コア主面側層間絶縁層に接続させる第１ビルドアップ層形成工程と
   を含むことを特徴とする板状部品内蔵配線基板の製造方法。
8. 前記穴加工工程では、ルータ加工によって前記収容穴部を加工形成することを特徴とする請求項７に記載の板状部品内蔵配線基板の製造方法。
9. コア主面側層間絶縁層とコア主面側導体層とを積層配置した構造を有し、前記コア主面及び前記部品第１主面の上に配置され、その表層に半導体集積回路素子がフリップチップ接続されうる複数の第１端子部が形成される第１ビルドアップ層を形成する第１ビルドアップ層形成工程を、前記部品収容工程後に実施する
   ことを特徴とする請求項７または８に記載の板状部品内蔵配線基板の製造方法。
10. コア裏面側層間絶縁層とコア裏面側導体層とを積層配置した構造を有し、前記コア裏面及び前記部品第２主面の上に配置され、その表層に他基板に接続されうる複数の第２端子部が形成される第２ビルドアップ層を形成する第２ビルドアップ層形成工程を、前記部品収容工程後に実施するとともに、最下層に位置する前記コア主面側層間絶縁層の一部を前記隙間内に落とし込んで前記隙間を埋めることにより、前記板状部品を前記コア基板に固定することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の板状部品内蔵配線基板の製造方法。

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