JP7733554B2 - 電子部品内蔵基板 - Google Patents

Description

本発明は電子部品内蔵基板に関し、特に、複数の絶縁層に電子部品が埋め込まれた構造を有する電子部品内蔵基板に関する。

特許文献１及び２には、複数の絶縁層に半導体ＩＣなどの電子部品が埋め込まれた構造を有する電子部品内蔵基板が開示されている。

特開２０１７－１９１８３１号公報 特開２０１６－２０８３６７号公報

半導体ＩＣなどの電子部品は、絶縁層を構成する樹脂などの絶縁材料に対して熱膨張係数が大きく異なっていることから、複数の絶縁層に埋め込まれた電子部品のボリュームが異なると、表裏における熱膨張係数の差に起因して電子部品内蔵基板に反りが生じるという問題があった。

したがって、本発明は、複数の絶縁層に電子部品が埋め込まれた構造を有する電子部品内蔵基板において、反りの発生を抑えることを目的とする。

本発明による電子部品内蔵基板は、複数の導体層と複数の絶縁層が交互に積層された構造を有する電子部品内蔵基板であって、複数の絶縁層は、１又は２以上の第１の電子部品が埋め込まれた第１の絶縁層と、１又は２以上の第２の電子部品が埋め込まれた第２の絶縁層とを含み、第１の電子部品の合計体積は第２の電子部品の合計体積よりも小さく、第１の絶縁層には、第１の絶縁層を構成する絶縁材料とは熱膨張係数の異なる熱膨張係数調整部材がさらに埋め込まれていることを特徴とする。

本発明によれば、第１の絶縁層に埋め込まれた熱膨張係数調整部材によって、第１の電子部品の合計体積と第２の電子部品の合計体積の差に起因する反りを抑えることが可能となる。

本発明において、第１の電子部品は第１の絶縁層を構成する絶縁材料よりも熱膨張係数が小さく、第２の電子部品は第２の絶縁層を構成する絶縁材料よりも熱膨張係数が小さく、熱膨張係数調整部材は第１の絶縁層を構成する絶縁材料よりも熱膨張係数が小さくても構わない。これによれば、第１の電子部品及び熱膨張係数調整部材を含む第１の絶縁層全体の熱膨張係数が低下することから、第２の電子部品を含む第２の絶縁層全体の熱膨張係数に近づけることが可能となる。

本発明において、第１の電子部品と第２の電子部品が積層方向に重なりを有していても構わない。これによれば、電子部品内蔵基板の平面サイズを小型化することが可能となる。

本発明において、熱膨張係数調整部材はガラスクロスを含む芯材であっても構わない。これによれば、電子部品内蔵基板の反りを抑えつつ、機械的強度を高めることが可能となる。この場合、電子部品内蔵基板は、第１の絶縁層及び芯材を貫通するビア導体をさらに備えていても構わないし、第１の絶縁層を貫通するビア導体をさらに備え、芯材はビア導体が設けられた位置を避けて配置されていても構わない。前者によればビア導体の接続信頼性を高めることができ、後者によればビア導体を埋め込むためのビアの形成が容易となる。

本発明において、熱膨張係数調整部材の厚さは、第１の電子部品の厚さよりも薄くても構わない。これによれば、熱膨張係数調整部材によって全体の厚さが増加することがない。

本発明において、第１の絶縁層の熱膨張係数と第２の絶縁層の熱膨張係数が互いに異なっていても構わない。これによれば、第１及び第２の絶縁層の熱膨張係数の差によって、第１の電子部品の合計体積と第２の電子部品の合計体積の差に起因する反りを抑えることが可能となる。

本発明において、複数の絶縁層は、第１の絶縁層を第２の絶縁層とは反対側から覆う第３の絶縁層と、第２の絶縁層を第１の絶縁層とは反対側から覆う第４の絶縁層とをさらに含み、第３の絶縁層の熱膨張係数と第４の絶縁層の熱膨張係数が互いに異なっていても構わない。これによれば、第３及び第４の絶縁層の熱膨張係数の差によって、第１の電子部品の合計体積と第２の電子部品の合計体積の差に起因する反りを抑えることが可能となる。

このように、本発明によれば、複数の絶縁層に電子部品が埋め込まれた構造を有する電子部品内蔵基板において、反りの発生を抑えることが可能となる。

図１は、本発明の第１の実施形態による電子部品内蔵基板１の構造を説明するための模式的な断面図である。 図２は、本発明の第２の実施形態による電子部品内蔵基板２の構造を説明するための模式的な断面図である。 図３は、本発明の第３の実施形態による電子部品内蔵基板３の構造を説明するための模式的な断面図である。 図４は、本発明の第４の実施形態による電子部品内蔵基板４の構造を説明するための模式的な断面図である。 図５は、本発明の第５の実施形態による電子部品内蔵基板５の構造を説明するための模式的な断面図である。 図６は、本発明の第６の実施形態による電子部品内蔵基板６の構造を説明するための模式的な断面図である。 図７は、本発明の第７の実施形態による電子部品内蔵基板７の構造を説明するための模式的な断面図である。 図８は、本発明の第８の実施形態による電子部品内蔵基板８の構造を説明するための模式的な断面図である。 図９は、本発明の第９の実施形態による電子部品内蔵基板９の構造を説明するための模式的な断面図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態による電子部品内蔵基板１の構造を説明するための模式的な断面図である。

図１に示すように、第１の実施形態による電子部品内蔵基板１は、５層の導体層Ｌ１～Ｌ５と、４層の絶縁層１１～１４が積層方向に交互に積層された構造を有している。ここで、絶縁層１１は導体層Ｌ１，Ｌ２間に位置し、絶縁層１２は導体層Ｌ２，Ｌ３間に位置し、絶縁層１３は導体層Ｌ３，Ｌ４間に位置し、絶縁層１４は導体層Ｌ４，Ｌ５間に位置する。絶縁層１１～１４はいずれも表裏に導体層が存在する層間膜であり、その意味においてソルダーレジスト２１，２２は絶縁層に該当しない。

導体層Ｌ１は最上層に位置し、その一部はソルダーレジスト２１で覆われている。ソルダーレジスト２１で覆われていない導体層Ｌ１の露出部分は、電子部品内蔵基板１の一方の表面１ａ側に位置する端子電極Ｅ１を構成する。導体層Ｌ５は最下層に位置し、その一部はソルダーレジスト２２で覆われている。ソルダーレジスト２２で覆われていない導体層Ｌ５の露出部分は、電子部品内蔵基板１の他方の表面１ｂ側に位置する端子電極Ｅ２を構成する。電子部品内蔵基板１の表面１ａには、図示しない半導体ＩＣや受動部品などの電子部品を搭載しても構わないし、図示しない別の回路基板に対する実装面として用いても構わない。電子部品内蔵基板１の表面１ｂは、図示しない別の回路基板に対する実装面として用いても構わないし、図示しない半導体ＩＣや受動部品などの電子部品を搭載しても構わない。

図１に示すように、積層方向に隣接する２つの導体層は、ビア導体によって相互に接続される。例えば、導体層Ｌ１に位置する導体パターン３１と導体層Ｌ２に位置する導体パターン３２は、絶縁層１１を貫通して設けられたビア導体４１を介して接続される。導体層Ｌ２に位置する導体パターン３２と導体層Ｌ３に位置する導体パターン３３は、絶縁層１２を貫通して設けられたビア導体４２を介して接続される。導体層Ｌ３に位置する導体パターン３３と導体層Ｌ４に位置する導体パターン３４は、絶縁層１３を貫通して設けられたビア導体４３を介して接続される。導体層Ｌ４に位置する導体パターン３４と導体層Ｌ５に位置する導体パターン３５は、絶縁層１４を貫通して設けられたビア導体４４を介して接続される。

絶縁層１２は２層の絶縁層１２ａ，１２ｂからなり、両者に挟まれるよう電子部品５１が埋め込まれている。同様に、絶縁層１３は２層の絶縁層１３ａ，１３ｂからなり、両者に挟まれるよう電子部品５２が埋め込まれている。電子部品５１に設けられた端子電極は、ビア導体４５を介して導体層Ｌ２に位置する導体パターン３２に接続される。電子部品５２に設けられた端子電極は、ビア導体４６を介して導体層Ｌ３に位置する導体パターン３３に接続される。絶縁層１２ａ，１３ａは、電子部品内蔵基板１の製造プロセスにおいて、電子部品５１，５２をフェイスアップ方式で載置する際の接着層として機能する。一方、絶縁層１２ｂ，１３ｂは、電子部品内蔵基板１の製造プロセスにおいて、電子部品５１，５２を埋め込む埋込層として機能する。本実施形態においては電子部品５１，５２が積層方向に重なりを有しており、これにより電子部品内蔵基板１の平面サイズが小型化されている。

電子部品５１，５２の種類については特に限定されず、半導体ＩＣであっても構わないし、キャパシタ、インダクタ、フィルタなどの受動部品であっても構わない。電子部品５１，５２が半導体ＩＣである場合、チップの厚みは２００μｍ以下、例えば５０～１００μｍ程度に薄型化されていても構わない。電子部品５１，５２は、主にシリコンなどの無機材料からなるため、樹脂材料を主成分とする絶縁層１１～１４よりも熱膨張係数が小さい。

本実施形態においては、絶縁層１２に埋め込まれた電子部品５１の体積よりも、絶縁層１３に埋め込まれた電子部品５２の体積の方が小さい。その結果、電子部品内蔵基板１の表面１ａ側における熱膨張係数と表面１ｂにおける熱膨張係数に差が生じ、これに起因して電子部品内蔵基板１に反りが生じるおそれがある。これを抑制すべく、本実施形態による電子部品内蔵基板１においては、絶縁層１３にガラスクロスを含む芯材６０を埋め込んでいる。芯材６０は絶縁層１３を構成する絶縁材料よりも熱膨張係数が小さいため、電子部品５２及び芯材６０を含む絶縁層１３全体の熱膨張係数を低下させる熱膨張係数調整部材として機能する。これに対し、絶縁層１２には熱膨張係数の低い芯材が埋め込まれていない。これにより、電子部品５１を含む絶縁層１２全体の熱膨張係数と、電子部品５２及び芯材６０を含む絶縁層１３全体の熱膨張係数の差が緩和されることから、電子部品内蔵基板１に生じる反りを抑制することができる。また、電子部品５２と重なる位置及びその周囲には芯材６０が存在しないことから、電子部品５２と芯材６０が干渉することもない。さらに、芯材６０の厚さを電子部品５２の厚さよりも薄くすれば、芯材６０によって全体の厚さが増加することもない。

このように、本実施形態による電子部品内蔵基板１は、電子部品５１，５２の体積に差が存在するものの、絶縁層１３に熱膨張係数の小さい芯材６０が埋め込まれていることから、熱膨張係数の差に起因する電子部品内蔵基板１の反りを抑制することが可能となる。しかも、絶縁層１３のほぼ全面に芯材６０が設けられていることから、電子部品内蔵基板１の機械的強度も高められる。また、ビア導体４３は、芯材６０を貫通して設けられているため、ガラスクロスによってビアの内壁が粗面化される。その結果、ビア導体４３と絶縁層１３の密着性が向上することから、ビア導体４３の接続信頼性も高められる。

また、芯材６０のみでは熱膨張係数の差に起因する電子部品内蔵基板１の反りを解消できない場合には、絶縁層１２を構成する絶縁材料として、絶縁層１３を構成する絶縁材料よりも熱膨張係数の大きい材料を用いればよい。一例として、絶縁層１２，１３に熱膨張係数の小さい無機フィラーが添加されている場合、絶縁層１３における無機フィラーの含有率よりも絶縁層１２における無機フィラーの含有率を少なくすれば良い。同様に、絶縁層１１を構成する絶縁材料として、絶縁層１４を構成する絶縁材料よりも熱膨張係数の大きい材料を用いても構わない。この場合であっても、表面１ａ側における熱膨張係数が増加することから、表面１ａ側における熱膨張係数と表面１ｂ側における熱膨張係数のバランスを確保することが可能となる。

＜第２の実施形態＞
図２は、本発明の第２の実施形態による電子部品内蔵基板２の構造を説明するための模式的な断面図である。

図２に示すように、第２の実施形態による電子部品内蔵基板２は、絶縁層１３に埋め込まれた電子部品５２の体積よりも、絶縁層１２に埋め込まれた電子部品５１の体積の方が小さく、絶縁層１２にガラスクロスを含む芯材６０が埋め込まれている点において、第１の実施形態による電子部品内蔵基板１と相違する。その他の基本的な構成については、第１の実施形態による電子部品内蔵基板１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

第２の実施形態による電子部品内蔵基板２が例示するように、電子部品５２の体積よりも電子部品５１の体積の方が小さい場合には、絶縁層１３に芯材６０を埋め込むことなく、絶縁層１２に芯材６０を埋め込めば、熱膨張係数の差に起因する電子部品内蔵基板２の反りを抑制することが可能となる。

＜第３の実施形態＞
図３は、本発明の第３の実施形態による電子部品内蔵基板３の構造を説明するための模式的な断面図である。

図３に示すように、第３の実施形態による電子部品内蔵基板３は、絶縁層１２に複数の電子部品５１が埋め込まれている点において、第１の実施形態による電子部品内蔵基板１と相違する。その他の基本的な構成については、第１の実施形態による電子部品内蔵基板１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態において、個々の電子部品５１の体積と電子部品５２の体積については大きな差はない。しかしながら、絶縁層１３には１個の電子部品５２が埋め込まれているのに対し、絶縁層１２には２個の電子部品５１が埋め込まれていることから、電子部品５２の合計体積は電子部品５１の合計体積よりも小さくなっている。このような場合であっても、絶縁層１２に芯材６０を埋め込むことなく、絶縁層１３に芯材６０を埋め込めば、熱膨張係数の差に起因する電子部品内蔵基板３の反りを抑制することが可能となる。本実施形態が例示するように、絶縁層１２や絶縁層１３に複数の電子部品が埋め込まれている場合、埋め込まれた電子部品の合計体積が小さい方の絶縁層に熱膨張係数調整部材である芯材６０を設ければよい。

＜第４の実施形態＞
図４は、本発明の第４の実施形態による電子部品内蔵基板４の構造を説明するための模式的な断面図である。

図４に示すように、第４の実施形態による電子部品内蔵基板４は、絶縁層１３にダミーの電子部品５３が埋め込まれている点において、第３の実施形態による電子部品内蔵基板３と相違する。その他の基本的な構成については、第３の実施形態による電子部品内蔵基板３と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

電子部品５３は、回路として機能しないダミーの電子部品であり、もっぱら絶縁層１３の熱膨張係数を低下させる役割を果たす。したがって、電子部品５３は、どの導体パターンにも電気的に接続されていなくても構わないし、電子部品５３への放熱を目的として導体パターンを接続していても構わない。図４に示す例では、絶縁層１２に２個の電子部品５１が埋め込まれ、絶縁層１３に１個の電子部品５２と１個のダミーの電子部品５３が埋め込まれていることから、電子部品５１～５３の個々の体積がほぼ同じであれば、熱膨張係数の差に起因する電子部品内蔵基板４の反りを抑制することが可能となる。本実施形態が例示するように、熱膨張係数調整部材がガラスクロスなどからなる芯材６０であることは必須でない。また、ダミーの電子部品５３として廃棄されるべき不良品を用いれば、製造コストを削減することも可能となる。

＜第５の実施形態＞
図５は、本発明の第５の実施形態による電子部品内蔵基板５の構造を説明するための模式的な断面図である。

図５に示すように、第５の実施形態による電子部品内蔵基板５は、ビア導体４３が設けられた位置を避けて芯材６０が配置されている点において、第１の実施形態による電子部品内蔵基板１と相違する。その他の基本的な構成については、第１の実施形態による電子部品内蔵基板１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態が例示するように、ビア導体４３が設けられた位置を避けて芯材６０を配置すれば、ビア導体４３を埋め込むためのビアをレーザー加工などによって形成する場合、加工が容易となる。

＜第６の実施形態＞
図６は、本発明の第６の実施形態による電子部品内蔵基板６の構造を説明するための模式的な断面図である。

図６に示すように、第６の実施形態による電子部品内蔵基板６は、電子部品５２の周囲にだけ芯材６０が配置されている点において、第１の実施形態による電子部品内蔵基板１と相違する。その他の基本的な構成については、第１の実施形態による電子部品内蔵基板１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態が例示するように、芯材６０をほぼ全面に配置する必要はなく、全体の反りが抑制される限り、電子部品５２の周囲にのみ芯材６０を配置しても構わない。この場合、芯材６０は電子部品５１と重なるように配置することが好ましい。これによれば、絶縁層１３において熱膨張係数が低減される平面位置を電子部品５１とほぼ一致させることが可能となる。また、芯材６０の代わりに、シリコンなどの無機材料からなる熱膨張係数調整部材を用いても構わない。

＜第７の実施形態＞
図７は、本発明の第７の実施形態による電子部品内蔵基板７の構造を説明するための模式的な断面図である。

図７に示すように、第７の実施形態による電子部品内蔵基板７は、絶縁層１３に複数のダミーチップ６１が配置されている点において、第１の実施形態による電子部品内蔵基板１と相違する。その他の基本的な構成については、第１の実施形態による電子部品内蔵基板１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

ダミーチップ６１は、シリコンなどの無機材料からなる熱膨張係数調整部材であり、絶縁層１３の熱膨張係数が目的とする値となるよう、その個数が定められる。本実施形態が例示するように、絶縁層１３に複数のダミーチップ６１を埋め込むことによって絶縁層１３の熱膨張係数を低減させることも可能である。これによれば、ダミーチップ６１の個数によって、絶縁層１３の熱膨張係数を細かく調整することが可能となる。

＜第８の実施形態＞
図８は、本発明の第８の実施形態による電子部品内蔵基板８の構造を説明するための模式的な断面図である。

図８に示すように、第８の実施形態による電子部品内蔵基板８は、絶縁層１２にもガラスクロスを含む芯材６２が埋め込まれている点において、第１の実施形態による電子部品内蔵基板１と相違する。その他の基本的な構成については、第１の実施形態による電子部品内蔵基板１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

絶縁層１２に埋め込まれた芯材６２の面積は、絶縁層１３に埋め込まれた芯材６０の面積よりも小さい。このため、芯材６２によって絶縁層１２の熱膨張係数を低下させる度合いは、芯材６０によって絶縁層１３の熱膨張係数を低下させる度合いよりも小さい。本実施形態が例示するように、絶縁層１２，１３の両方に芯材を埋め込んでも構わない。図８に示す例では、絶縁層１２に芯材６２を局所的に埋め込んでいるが、芯材６０よりも厚みの薄い芯材６２をほぼ全面に埋め込んでも構わない。

＜第９の実施形態＞
図９は、本発明の第９の実施形態による電子部品内蔵基板９の構造を説明するための模式的な断面図である。

図９に示すように、第９の実施形態による電子部品内蔵基板９は、芯材６０に局所的に厚みの薄い凹部６０ａが設けられており、凹部６０ａに電子部品５２が載置されている点において、第１の実施形態による電子部品内蔵基板１と相違する。その他の基本的な構成については、第１の実施形態による電子部品内蔵基板１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態が例示するように、芯材６０と電子部品５２は重なりを有していても構わない。この場合、電子部品５２と重なる部分に凹部６０ａを設ければ、全体の厚みの増大を抑制することが可能となる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

例えば、上記各実施形態においては、電子部品５１，５２の熱膨張係数が絶縁層１２，１３を構成する絶縁材料の熱膨張係数よりも小さいケースを説明したが、電子部品５１，５２の熱膨張係数が絶縁層１２，１３を構成する絶縁材料の熱膨張係数よりも大きくても構わない。この場合には、熱膨張係数調整部材として、絶縁層１２を構成する絶縁材料よりも熱膨張係数の大きな材料を用いればよい。

１～９ 電子部品内蔵基板
１ａ 一方の表面
１ｂ 他方の表面
１１～１４，１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ 絶縁層
２１，２２ ソルダーレジスト
３１～３５ 導体パターン
４１～４６ ビア導体
５１～５３ 電子部品
６０，６２ 芯材
６０ａ 凹部
６１ ダミーチップ
Ｅ１，Ｅ２ 端子電極
Ｌ１～Ｌ５ 導体層

Claims (11)

1. 複数の導体層と複数の絶縁層が交互に積層された構造を有する電子部品内蔵基板であって、
   前記複数の絶縁層は、１又は２以上の第１の電子部品が埋め込まれた第１の絶縁層と、１又は２以上の第２の電子部品が埋め込まれた第２の絶縁層とを含み、
   前記第１の電子部品の合計体積は、前記第２の電子部品の合計体積よりも小さく、
   前記第１の絶縁層には、前記第１の絶縁層を構成する絶縁材料とは熱膨張係数の異なる熱膨張係数調整部材がさらに埋め込まれており、
   前記第１の電子部品と重なる位置及びその周囲には前記熱膨張係数調整部材が存在しないことを特徴とする電子部品内蔵基板。
2. 前記第１の電子部品は、前記第１の絶縁層を構成する絶縁材料よりも熱膨張係数が小さく、
   前記第２の電子部品は、前記第２の絶縁層を構成する絶縁材料よりも熱膨張係数が小さく、
   前記熱膨張係数調整部材は、前記第１の絶縁層を構成する絶縁材料よりも熱膨張係数が小さいことを特徴とする請求項１に記載の電子部品内蔵基板。
3. 前記第１の電子部品と前記第２の電子部品が積層方向に重なりを有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品内蔵基板。
4. 前記熱膨張係数調整部材は、ガラスクロスを含む芯材であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電子部品内蔵基板。
5. 前記第１の絶縁層及び前記芯材を貫通するビア導体をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の電子部品内蔵基板。
6. 前記第１の絶縁層を貫通するビア導体をさらに備え、
   前記芯材は、前記ビア導体が設けられた位置を避けて配置されていることを特徴とする請求項４に記載の電子部品内蔵基板。
7. 前記熱膨張係数調整部材は、ダミーの電子部品又はダミーチップであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電子部品内蔵基板。
8. 前記第２の絶縁層には、前記熱膨張係数調整部材が埋め込まれていないことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電子部品内蔵基板。
9. 前記熱膨張係数調整部材の厚さは、前記第１の電子部品の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の電子部品内蔵基板。
10. 前記第１の絶縁層の熱膨張係数と前記第２の絶縁層の熱膨張係数が互いに異なることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の電子部品内蔵基板。
11. 前記複数の絶縁層は、前記第１の絶縁層を前記第２の絶縁層とは反対側から覆う第３の絶縁層と、前記第２の絶縁層を前記第１の絶縁層とは反対側から覆う第４の絶縁層とをさらに含み、
    前記第３の絶縁層の熱膨張係数と前記第４の絶縁層の熱膨張係数が互いに異なることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の電子部品内蔵基板。