(57)【要約】【課題】  部品内蔵モジュールなどのアスペクトの高いインナービアホール接続であっても、より安定した接続信頼性が得られる部品内蔵モジュール及びその製造方法を提供する。【解決手段】  ビアホール導体１０５ａ、１０５ｃと１０５ｂの断面形状が電気絶縁層１０１ｃ〜１０１ａの厚み方向に対してビアホール導体の径が異なる電気絶縁層１０１ｃ〜１０１ａの積層体からなり、前記電気絶縁層の外面側に存在する複数の回路基板１０８、１０９の回路基板１０９の配線パターン上に実装されて前記電気絶縁層内部に配置された回路部品１１０を有し、前記回路基板１０８、１０９の配線パターン内のビアランド１０８ａ、１０９ａと接合する側のビアホール導体１０５ａ、１０５ｃに対し、該ビアホール導体より大きい径のビアホール導体１０５ｂを内側に配置した構成とした部品内蔵モジュール。【選択図】  図１
2006186058.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも３枚以上の電気絶縁層と、前記電気絶縁層の表面および／または内部に存在する複数の回路基板と、少なくとも１つの前記回路基板の少なくとも１方側の配線パターン上に実装されて前記電気絶縁層内部に配置された少なくとも１つの回路部品と、前記電気絶縁層内部に配置され前記配線パターン内のビアランドと電気接続された前記電気絶縁層に形成したビアホール内に導電性ペーストを充填したビアホール導体とを備えた部品内蔵モジュールであって、前記少なくとも３枚以上の電気絶縁層は、そのビアホールの断面の径が前記配線パターン内のビアランドと接合する側の前記電気絶縁層のビアホールＡに対し、該ビアホールＡより大きい径のビアホールＢを有する前記電気絶縁層を内側に配置して積層されていることを特徴とする部品内蔵モジュール。
【請求項２】
ビアホールＢの径がビアホールＡの径の１．５〜３倍である請求項１に記載の部品内蔵モジュール。
【請求項３】
前記配線パターン内のビアランドが、前記ビアホールＡより大きい径を有するビアランドである請求項１又は２に記載の部品内蔵モジュール。
【請求項４】
前記回路部品が、半導体ベアチップよりなり、前記配線パターンにフリップ実装されている請求項１〜３のいずれかに記載の部品内蔵モジュール。
【請求項５】
前記回路部品が、チップ状の抵抗、コンデンサ、インダクタから選ばれた少なくとも１種である請求項１〜３のいずれかに記載の部品内蔵モジュール。
【請求項６】
前記電気絶縁層が、少なくとも無機質フィラー７０〜９５重量％と熱硬化樹脂組成物５〜３０重量％を含む混合物からなる請求項１〜５のいずれかに記載の部品内蔵モジュール。
【請求項７】
前記無機質フィラーが、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＢＮ、ＡｌＮ、ＳｉＯ2から選ばれた少なくとも１種である請求項６記載の部品内蔵モジュール。
【請求項８】
前記熱硬化樹脂組成物が、エポキシ樹脂、フェノール樹脂およびシアネート樹脂から選ばれた少なくとも１種である請求項６又は７に記載の部品内臓モジュール。
【請求項９】
前記導電性ペーストが、金、銀、銅、ニッケル、錫、鉛から選ばれた少なくとも１種を含有する導電性ペーストである請求項１〜８のいずれかに記載の部品内蔵モジュール。
【請求項１０】
所定の位置にビアホールＡを形成した未硬化状態の電気絶縁層Ａと、前記ビアホールＡに対応する位置に前記ビアホールＡより大きい径のビアホールＢを形成し、且つ内蔵される回路部品が収納可能な空隙を形成した未硬化状態の電気絶縁層Ｂを準備する工程と、前記ビアホールＡ及び前記ビアホールＢに未硬化状態の導電性ペーストを充填してビアホール導体を形成する工程と、少なくとも１枚以上の前記電気絶縁層Ｂと、前記電気絶縁層Ｂの両面に少なくとも１枚以上の前記電気絶縁層Ａを配置し、さらに電気絶縁層Ａの外側に回路基板を配置してこれらを積層する工程であって、前記回路基板のうちの少なくとも一つの回路基板は少なくとも一つの回路部品が実装された回路基板である前記工程と、前記積層体を加圧および加熱することにより、前記未硬化状態の電気絶縁層Ａと前記電気絶縁層Ｂおよび導電性ペーストを硬化させて、前記回路基板と前記電気絶縁層Ａと前記電気絶縁層Ｂとを一体化すると同時に前記回路部品を前記電気絶縁層内に埋設する工程とを備えたことを特徴とする部品内蔵モジュールの製造方法。
【請求項１１】
ビアホールＢの径がビアホールＡの径の１．５〜３倍である請求項１０に記載の部品内蔵モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はビアホール導体を有し、且つ電気絶縁層内部に回路部品が埋設されている部品内蔵モジュールとその製造方法に関するものであり、特に接続不良の防止や接続抵抗ばらつきの少ない安定した高信頼性のインナービアホール接続を確保した部品内蔵モジュール及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の高性能化、小型化の要求に伴い、半導体の高密度、高機能化が一層叫ばれている。これによりそれらを実装するため回路基板もまた小型高密度なものが望まれている。これらの要求に対し、高密度実装を実現する手段として、ＬＳＩ間や部品間の電気配線を最短距離で接続できる基板の層間の電気接続方式であるビアホールに導電性ペーストを充填させたインナービアホール接続を用いた全層ＩＶＨ構造樹脂多層基板と呼ばれるものがある（例えば下記特許文献１参照。）。この全層ＩＶＨ（インナービアホールの略）構造樹脂多層基板は、最も回路の高密度配線化が図れることから各方面で採用されている。このような基板によると、多層配線基板のビアホール内に導電性ペーストを充填して必要な各層間のみを電気的に接続し、また部品ランド直下にインナービアホールを設けることができるために基板サイズの小型化や高密度実装を実現することができる。またインナービアホール接続における電気的接続に導電性ペーストを用いているので、ビアホールに印加される応力を緩和することができ、熱衝撃等に対する寸法変化に対しても安定な電気的接続を実現することができている。
【０００３】
しかし、これらの方法によっても２次元的に部品を高密度に実装することは限界に近づきつつある。また、高速化、高密度化に伴いノイズの影響も避けて通れなくなりつつある。従って、回路基板は高密度、高機能、対ノイズに加え、回路部品を内蔵した３次元実装形態のモジュールの出現が期待されている。
【０００４】
このような要求に対し、低温で半導体などの能動部品やコンデンサ、抵抗などの受動部品を内蔵させたモジュールの提案（例えば、下記特許文献２参照。）がなされている。この特許文献２には、インナービアホール構成で半導体やコンデンサなどを内蔵させたモジュールとその製造方法が記載されている。この部品内蔵モジュールは、無機質フィラーと熱硬化性樹脂を含む混合物からなる絶縁性基材にインナービアホールと能動部品及び／又は受動部品を埋設したコア層とを備え、少なくともコア層の片面には複数の配線パターンとインナービアホールを有する絶縁性基材あるいはセラミック基板が配されている。
【０００５】
そして、製造方法としては、無機質フィラーと未硬化状態の熱硬化性樹脂を含む混合物からなる絶縁性基材にインナービアを設け、さらに離型キャリアに形成した配線パターン上に実装された能動部品及び／又は受動部品を重ね合わせ加圧加熱することで埋没一体化させる。その後、離型キャリアを剥離し複数の配線パターンとインナービアホールを有する電気絶縁層あるいはセラミック基板とを一体化させることにより作成される。
あるいは、離型キャリアの代わりに銅箔上に能動部品および／又は受動部品を実装した物を絶縁性基材に重ね合わせ、加熱加圧により埋没一体化後に銅箔をパターニングし複数の配線パターンとインナービアを有する電気絶縁層あるいはセラミック基板とを一体化させることより成る部品内蔵モジュールの製造方法が示されている。
【０００６】
以下に、具体的な従来例の部品内蔵モジュールの構造および製造方法の一例について説明する。図５は、従来の部品内蔵モジュールの構造を示した断面図である。
図５に示すように部品内蔵モジュール５００は、無機フィラーと未硬化状態の熱硬化性樹脂組成物を含む混合物からなる複数の電気絶縁層５０１と、電気絶縁層５０１で接着接合され一体化された回路基板５０８と回路基板５０９を備えている。この回路基板５０９には、回路部品５１０が実装されており、電気絶縁層５０１の内部に埋設されている。また電気絶縁層５０１にはビアホール５０４が形成されており、回路基板５０８と回路基板５０９との間の電気的な接続は、ビアホール５０４内に導電性ペーストを充填したビアホール導体５０５を介して、回路基板５０８の配線パターン内のビアランド５０８ａおよび回路基板５０９の配線パターン内のビアランド５０９ａを接着接合する構造をしている。
【０００７】
また図６（ａ）〜（ｈ）は図５で説明した部品内蔵モジュールの製造方法を示した工程概略図である。
【０００８】
まず図６（ａ）〜（ｆ）の左側の図の工程順に説明すると、図６（a）に示すように、無機質フィラーと未硬化状態の熱硬化性樹脂を含む混合物からなる厚み１００μｍ程度の電気絶縁層６０１の両面に保護フィルム（または支持フィルム）６０２aを貼り付ける。
【０００９】
次に、図６（ｂ）に示すように、レーザ加工やパンチング加工によって内蔵する部品形状に即した空隙６０３を形成する。
【００１０】
次に、図６（ｃ）に示すように、片面の保護フィルムを剥離後、新たに保護フィルム６０２ｂを貼り替え空隙の開口部を塞ぐ。
【００１１】
次に、図６（ｄ）に示すように、図６（ｃ）で得られた保護フィルム付き電気絶縁層の保護フィルムも含めて厚み方向に貫通するビアホール６０４を形成する。ビアホール６０４の形成方法としてドリル加工、レーザ加工、パンチング加工等がある。このビアホール形成においてレーザ加工では、ビームのエネルギー密度が影響して、すり鉢状のテーパ穴になりストレート形状のビアホール形状が得られにくい。またドリル加工では、電気絶縁層が未硬化状態で柔らかいため切削性が悪くなることから、一般にパンチング加工によりビアホール形成が行われている。
【００１２】
次に、図６（ｅ）に示すように、ビアホール内に導電性ペーストを充填し、ビアホール導体６０５を形成する。充填する方法としては、スクリーン印刷法により保護フィルムの上からスキージ（図示せず）を用いて導電性ペーストをビアホール６０４に充填し、充填後の状態は、ビアホール導体６０５の表面と保護フィルムの表面とは、ほぼ同じ高さになっている。また、保護フィルムは空隙６０３への導電性ペーストの浸入の防止などの印刷マスクの役割と電気絶縁層の汚染防止の役割を果たす。
次に、図６（ｆ）に示すように、保護フィルムを剥離除去してビアホール導体６０５を有する電気絶縁層６０６ａを作成する。このとき、ビアホール導体６０５は、保護フィルムの厚み分だけ電気絶縁層の表面から突出している。
【００１３】
また、図６（ａ）および図６（ｄ）〜（ｆ）の右側の図に示すように、同様のプロセスにて空隙６０３を形成していない保護フィルム付きの電気絶縁層のビアホールに導電性ペーストを充填し、その後前記保護フィルムを剥離除去してビアホール導体を有する電気絶縁層６０６ｂを作成する。
【００１４】
次に、図６（ｇ）に示すように、下側から順に、内蔵用回路部品６１０が実装された回路基板６０９、空隙層を形成した電気絶縁層６０６ａ（この場合２層）、電気絶縁層６０６ｂ、回路基板６０８の順の構成となるようにアライメント積層する。
【００１５】
次に、図６（ｈ）に示すように熱プレスより加圧、加熱を行うことで電気絶縁層内に回路部品６１０を埋設すると同時に電気絶縁層および導電性ペーストを完全硬化させて一体化することで部品内蔵モジュール６００を製造することができる。
【特許文献１】特許第２６０１１２８号公報（例えば、４頁−７頁。第1図、第２図、第３図、第７図）
【特許文献２】特開平１１−２２０２６２号公報（例えば、第８−１１頁。第１図、第２図、第３図、第４図、第５図、第６図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、上記図５、図６を用いて説明した従来例の回路部品を内蔵モジュール及びその製造方法には、回路部品を内蔵し、かつ、インナービアホール接続するためには接続信頼性の面で問題があった。ビアホールに導電ペーストが充填されたビアホール導体によって配線パターン間を電気接続する部品内蔵モジュールにおいては、内蔵する回路部品の厚みを吸収して電気絶縁層内に埋設するために電気絶縁層の厚みが厚く設計されている。一方、高密度配線を実現するためにビアホール径は、小さく設計されている。このため回路部品を内蔵させると回路部品以上の厚さの電気絶縁層が必要となり、必然的にインナービアホール高さ（電気絶縁層厚み方向のビアホールの長さ）も高くなる。そのため、安定した接続信頼性を確保するためにはビアホールの積層位置ずれ制御と良好な形状のビアホール導体による接続確保が部品内蔵モジュールの接続信頼性に大きく影響を与える。
【００１７】
これらの問題について図３、図４を用いて課題を説明する。
【００１８】
図３（ａ）に示すように回路基板３０８と回路部品３１０を実装した回路基板３０９とインナービアホールが形成された電気絶縁層３０１複数枚を積層して加圧、加熱により一体化させた場合、各層間のビアホール導体３０５ａ〜３０５ｅは、製造プロセス中でのビアホール位置の寸法挙動や加圧、加熱したときに電気絶縁層に含まれる熱硬化性の樹脂が軟化して樹脂流動によりビアホール間に層間合致ずれが発生しやすくなり、図３（ｂ）に示すようにビアホール導体がずれた状態で重なって接合される。尚、図３（ｂ）は、図３（ａ）の右側の各層間のビアホール導体３０５ａ〜３０５ｅの重なり具合を示すために、図３（ａ）の右側の各層間のビアホール導体３０５ａ〜３０５ｅを上から見たと仮定した場合の位置を模式的に示した図である。ビアホール導体の重なっている面積が少なくなる部位があると接続抵抗値が高くなってしまう。更にビアホール導体間に極端な位置ずれが発生すると重なる部分がなくなり、接続不良となる。尚、図３において、３０８ａは回路基板３０８の配線パターン内のビアランド、３０９ａは回路基板３０９の配線パターン内のビアランドを示している。
また、図４に示すように層間のビアホール導体ずれを防止しようとして電気絶縁層枚数を多く重ねた複数層の電気絶縁層４０１（層間の境界の図示は省略）を熱硬化樹脂組成物が硬化しない温度域で加圧、加熱接合した状態で一括パンチング加工によりビアホール４０４形成した後、このビアホール４０４内に導電ペーストを充填するとビアホール導体の各層間の位置ずれは無くなるが、この場合、未硬化状態の電気絶縁層を圧縮変形させながらパンチングによるビアホール加工がされるためパンチング加工後のビアホールの断面形状はビアホールの長さ方向の中央部近傍が両端部近傍に比べて次第にその径が細くなり鼓状になってしまう。特にアスペクト比（高さ／穴径の比）の大きいビアホール内への導電ペーストの充填では、ビアホール断面中央付近の径の細りが大きく影響して充填性が悪くなり、導電ペーストをビアホール底面まで完全に充填させるのは、極めて困難となる。充填不足によるビアホール内に空洞４１１が発生した場合、ビアホール導体４０５によるビアランド４０８ａとビアランド４０９ａとの電気的接続がとれないために接続不良の問題が発生する。
【００１９】
尚、図４において、４１０は部品内蔵モジュール、３０８、３０９は回路基板を示している。
【００２０】
本発明は、前記従来の課題を解決するため、部品内蔵モジュールなどのアスペクト比の高いインナービアホール接続であっても、安定した接続信頼性を得ることができる部品内蔵モジュールおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の部品内蔵モジュールは、少なくとも３枚以上の電気絶縁層と、前記電気絶縁層の表面および／または内部に存在する複数の回路基板と、少なくとも１つの前記回路基板の少なくとも１方側の配線パターン上に実装されて前記電気絶縁層内部に配置された少なくとも１つの回路部品と、前記電気絶縁層内部に配置され前記配線パターン内のビアランドと電気接続された前記電気絶縁層に形成したビアホール内に導電性ペーストを充填したビアホール導体とを備えた部品内蔵モジュールであって、前記少なくとも３枚以上の電気絶縁層は、そのビアホールの断面の径が前記配線パターン内のビアランドと接合する側の前記電気絶縁層のビアホールＡに対し、該ビアホールＡより大きい径のビアホールＢを有する前記電気絶縁層を内側に配置して積層されていることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の部品内蔵モジュールの製造方法は、所定の位置にビアホールＡを形成した未硬化状態の電気絶縁層Ａと、前記ビアホールＡに対応する位置に前記ビアホールＡより大きい径のビアホールＢを形成し、且つ内蔵される回路部品が収納可能な空隙を形成した未硬化状態の電気絶縁層Ｂを準備する工程と、前記ビアホールＡ及び前記ビアホールＢに未硬化状態の導電性ペーストを充填してビアホール導体を形成する工程と、少なくとも１枚以上の前記電気絶縁層Ｂと、前記電気絶縁層Ｂの両面に少なくとも１枚以上の前記電気絶縁層Ａを配置し、さらに電気絶縁層Ａの外側に回路基板を配置してこれらを積層する工程であって、前記回路基板のうちの少なくとも一つの回路基板は少なくとも一つの回路部品が実装された回路基板である前記工程と、前記積層体を加圧および加熱することにより、前記未硬化状態の電気絶縁層Ａと前記電気絶縁層Ｂおよび導電性ペーストを硬化させて、前記回路基板と前記電気絶縁層Ａと前記電気絶縁層Ｂとを一体化すると同時に前記回路部品を前記電気絶縁層内に埋設する工程とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の部品内蔵モジュールによれば、ビアホールの縦断面形状において配線パターン内のビアランドと接合するビアホール導体の径に対し、内側に配置するビアホール導体の径を大きくすることによりビアホール間の層間ずれがあってもビアホール導体の重なり面積の減少が抑制でき、接続不良の防止や接続抵抗ばらつきの少ない安定した高信頼性のインナービアホール接続の部品内蔵モジュールが実現することできる。また、本発明の部品内蔵モジュールの製造方法は、上記効果を奏する部品内蔵モジュールの製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の部品内蔵モジュールによれば配線パターン内のビアランドと接続する側のビアホール導体の径に対して内側のビアホール導体の径を大きくすることで、製造プロセス中でのビアホールの挙動や加圧、加熱したときに電気絶縁層に含まれる熱硬化性の樹脂樹脂が軟化して樹脂流動によりビアホール導体間に合致ずれがあってもビアホール導体の重なり面積の減少が抑制でき、ビアホール導体の電気的接続が安定する。
また、上記部品内蔵モジュールにおいては、ビアホールＢの径がビアホールＡの径の１．５〜３倍であることが好ましい。これにより、ビアホールＢの径をあまりに大きくしなくてもビアホール導体の重なり面積の減少が抑制でき、ビアホール導体の電気的接続が安定する効果を十分達成でき、しかも高密度にビアホールを形成できる。
また、上記部品内蔵モジュールにおいて、配線パターン内のビアランドが、少なくとも前記ビアホールＡより大きい径を有するビアランドであることが好ましい。これにより積層時のビアホール導体と配線パターン内のビアランドの合致精度が低くてもビアランド内にビアホール導体が納まるので、簡易な方法で積層ができ、生産性を高めることができる。
尚、前記ビアホールと前記ビアランドの断面積の比は、特に限定するものではないが、前記ビアランドの断面積が前記ビアホールの断面積の１．５〜１６倍、より好ましくは２〜８倍程度である。
また、上記部品内蔵モジュールにおいて、前記回路部品が半導体ベアチップよりなり、前記配線パターン上にフリップチップ実装されていることが好ましい。これによりパッケージの無い半導体ベアチップを引き出し端子などなしでフリップチップ実装することによって、高密度に半導体素子を実装することができる。
また、上記部品内蔵モジュールにおいて、回路部品が、チップ状の抵抗、コンデンサ、インダクタから選ばれた少なくとも１種であることが好ましい。チップ状の部品を用いることによって、電気絶縁層内に容易に埋設できる。
【００２５】
また、上記部品内蔵モジュールにおいて、電気絶縁層が、少なくとも無機質フィラー７０〜９５重量％と熱硬化樹脂組成物５〜３０重量％を含む混合物からなることが好ましい。無機質フィラーが、７０重量％以下になると前記電気絶縁層を加熱硬化させる際に粘度が急速に低下しやすく、流動性が増加する傾向になる。流動性が良過ぎると電気絶縁層内に形成されたビアホール導体が樹脂流動とともに流れたり変形が生じやすくなる傾向になる。また、９５重量％以上では高粘度過ぎるため必要とされる性状および形状の電気絶縁層の成型がしにくくなる傾向になる。そのため、無機質フィラーは、７０〜９５重量％であることが好ましい。
【００２６】
また、上記部品内蔵モジュールにおいて、無機質フィラーは、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＢＮ、ＡｌＮ、ＳｉＯ2から選ばれた少なくとも１種以上であることが好ましい。これらの無機フィラーを用いることで、放熱性に優れた電気絶縁性となる。また、無機フィラーとして、ＳｉO2を用いた場合、基板の誘電率を小さくすることができる。
【００２７】
また、上記部品内蔵モジュールにおいて、前記熱硬化樹脂組成物は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂およびシアネート樹脂から選ばれた少なくとも１種以上であることが好ましい。これらの樹脂を使用することで耐熱性や電気絶縁性に優れた部品内蔵モジュールが実現できる。
【００２８】
上記部品内蔵モジュールにおいて、導電性ペーストが金、銀、銅、ニッケル、錫、鉛から選ばれた少なくとも１種以上含有することが好ましい。導電率の点からは、銀が優れており、ビアホール導体の低抵抗化に有利である。また、金属自体が柔らかい場合、導電性ペーストが充填されたビアホール導体に圧縮が加えられた際の導電性粉末同士の接触面積が拡大し、低抵抗化しやすいので、金または銀が適している。また、コストの点からは、銅が優れている。また、銅粉を核にして銀を被覆したものが、銀および銅の長所をあわせもち、更に好適である。
また、上記部品内蔵モジュールの製造方法は、所定の位置にビアホールＡを形成した未硬化状態の電気絶縁層Ａと、前記ビアホールＡに対応する位置に前記ビアホールＡより大きい径のビアホールＢを形成し、且つ内蔵される回路部品が収納可能な空隙を形成した未硬化状態の電気絶縁層Ｂを準備する工程と、前記ビアホールＡ及び前記ビアホールＢに未硬化状態の導電性ペーストを充填してビアホール導体を形成する工程と、少なくとも１枚以上の前記電気絶縁層Ｂと、前記電気絶縁層Ｂの両面に少なくとも１枚以上の前記電気絶縁層Ａを配置し、さらに電気絶縁層Ａの外側に回路基板を配置してこれらを積層する工程であって、前記回路基板のうちの少なくとも一つの回路基板は少なくとも一つの回路部品が実装された回路基板である前記工程と、前記積層体を加圧および加熱することにより、前記未硬化状態の電気絶縁層Ａと前記電気絶縁層Ｂおよび導電性ペーストを硬化させて、前記回路基板と前記電気絶縁層Ａと前記電気絶縁層Ｂとを一体化すると同時に前記回路部品を前記電気絶縁層内に埋設する工程とを備えたことを特徴とする。従って本発明の部品内蔵モジュールの製造方法によれば、ビアホールの縦断面形状において配線パターン内のビアランドと接合する側の電気絶縁層のビアホールの径に対し、内側にビアホールの径を大きくした電気絶縁層を配置することによりビアホール間の層間ずれがあってもビアホール内のビアホール導体の重なり面積の減少が抑制でき、接続不良の防止や接続抵抗ばらつきの少ない安定した高信頼性のインナービアホール接続が可能な部品内蔵モジュールの製造を実現することできる。
上記、部品内蔵モジュールの製造方法においては、ビアホールＢの径がビアホールＡの径の１．５〜３倍であることが、好ましい。これにより、ビアホールＢの径をあまりに大きくしなくてもビアホール導体の重なり面積の減少が抑制でき、ビアホール導体の電気的接続が安定する効果を十分達成でき、しかも高密度にビアホールを形成できる。
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００３０】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１の部品内蔵モジュールについて図１を用いて説明する。
【００３１】
図１は本発明の実施の形態１に於ける部品内蔵モジュール１００の構造を示す断面図である。少なくとも３枚以上の電気絶縁層１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃと、前記電気絶縁層の表面および／または内部に存在する複数の回路基板１０８、１０９と、前記電気絶縁層内部に配置され少なくとも１つの前記回路基板の１方側の配線パターン上に実装されて前記電気絶縁層内部に配置された少なくとも１つの回路部品１１０と、前記電気絶縁層内部に配置され前記配線パターン内のビアランド１０８ａ、１０９ａと電気接続された前記電気絶縁層に形成したビアホール１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ内に導電性ペーストを充填したビアホール導体１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃとを備え、前記ビアホール１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ（前記ビアホール導体１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ）の断面形状が前記電気絶縁層の厚み方向に対してビアホールの径（ビアホール導体の径）が異なる積層体からなり、前記配線パターン内のビアランド１０８ａ、１０９ａと接合する側の前記ビアホール１０４ａ、１０４ｃ（ビアホール導体１０５ａ、１０５ｃ）に対し、該ビアホール１０４ａ、１０４ｃ（ビアホール導体１０５ａ、１０５ｃ）より大きい径のビアホール１０４ｂ（ビアホール導体１０５ｂ）を内側に配置した構造を有している。
【００３２】
ビアランド１０８ａ、１０９ａと接合するビアホール導体１０５ａと１０５ｃの径の大きさは、ビアランド１０８ａ、１０９ａの径に対応して大きさを決めればよく、該ビアランドの径が概ね同一であれば製造コストの観点から、ビアホール導体１０５ａと１０５ｃの径同士は同一の径であることが好ましい。ビアホール導体１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの径の大きさは特に限定されないが、ビアランドと接合する側のビアホール導体１０５ａ、１０５ｃに対して内側に配置するビアホール導体１０５ｂを大きくすることが必要であり、ビアホール導体１０５ａ、１０５ｃに対して内側に配置するビアホール導体１０５ｂの径はビアホール導体１０５ａ、１０５ｃの径の１．５〜３倍が好ましい。導電性ペーストのビアホールへの充填性、ビアホールを開ける場合のパンチの機械的強度（あまり細いとパンチの剛性が弱くなり折れやすくなるなど）、絶縁信頼性（ビアホール導体の径をあまり大きくすると、隣接するビアホール導体との間隔が狭くなることによるイオンマイグレーションと言う絶縁劣化が生じやすくなる傾向になる）等を考慮すると、径の大きい方のビアホール導体１０５ｂの径は０．０７５〜０．６ｍｍの範囲から選定し、径の小さい方のビアホール導体１０５ａ、１０５ｃの径は０．０５〜０．２ｍｍの範囲から選定することが好ましい。尚、本発明でビアホールの径（ビアホール導体の径）とは、ビアホールの穴の方向と垂直な方向のビアホールの断面の径であり、ビアホール導体の径は、ビアホールの穴の方向と垂直な方向の断面のビアホール導体の径である。ビアランドの径も前記と同方向の径である。ビアランド１０８ａや１０９ａの大きさ（径）は、狭いピッチ配線にする場合などを考慮するとφ０．１〜０．６ｍｍの範囲から適宜条件に応じて選定することが好ましく、より好ましくはφ０．２〜０．４ｍｍの範囲から適宜条件に応じて選定することが好ましい。
【００３３】
また、ビアホール導体１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの高さは、特に限定されないが、ビアランドと接合する側のビアホール導体１０５ａ、１０５ｃに対して内側に配置するビアホール導体１０５ｂを高くすることが生産の観点から好ましい。言い換えれば、電気絶縁層１０１ｂの厚さを電気絶縁層１０１ａや１０１ｃの厚さに比べて厚くすることが好ましい。
【００３４】
なお、ビアホール導体の高さとは、ビアホール導体が設けられている電気絶縁層の厚さ方向のビアホール導体の長さである。また、ビアホールの高さとは、ビアホールが設けられている電気絶縁層の厚み方向のビアホールの長さである。そして、内側に配置する径の大きいビアホール（ビアホール導体）は、大きな径のパンチ、すなわちより機械的に強度の大きいパンチでビアホールを形成できるので、ビアホールの高さが高くてもパンチが機械的に耐えられ、従って電気絶縁層の厚さ（ビアホールの高さ）を大きくして生産でき、よって、生産の観点から内側に配置するビアホール導体１０５ｂを高くすることが好ましい。
【００３５】
電機絶縁層１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃは、無機質フィラーと熱硬化性組成物を含む混合物からなる。無機質フィラーは、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＢＮ、ＡｌＮ、ＳｉＯ2などを用いることができる。これらの無機質フィラーを用いることによって、放熱性に優れた電気絶縁層が得られる。また、無機質フィラーとしてＳｉＯ2（シリカ）を用いた場合は、電気絶縁層の誘電率を小さくすることができる。無機質フィラーは混合物に対して７０〜９５重量％が好ましい。無機質フィラーが、７０重量％以下になると電気絶縁層を加熱硬化させる際に粘度が低下し、流動性が増加する傾向になる。流動性が良過ぎると電気絶縁層内に形成されたビアホール導体が樹脂流動とともに流れたり変形が生じやすくなる傾向になる。また、９５重量％以上では高粘度過ぎるため必要とされる性状および形状の電気絶縁層の成型がしにくくなる傾向になる。従って、無機質フィラーの使用量は上記の範囲が好ましい。熱硬化性樹脂組成物としては、耐熱性や電気絶縁性に優れているエポキシ樹脂、フェノール樹脂およびシアネート樹脂が用いられる。
【００３６】
ビアホール導体１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃは導電性金属紛体と熱硬化性樹脂からなる。導電性金属粉体として、低抵抗の金、銀、銅、ニッケル、錫、鉛が用いられ、これらの中から選ばれる少なくとも１種以上含有することが好ましい。
【００３７】
回路部品１１０を実装する回路基板１０８、１０９の配線パターン内のビアランド１０８ａ、１０９ａが、導電性金属材料からなり銅、ニッケル、金のうちから選ばれる少なくとも１種の金属であることが好ましい。
【００３８】
配線パターン内のビアランド１０８ａ、１０９ａの大きさが、少なくともビアホール１０４ｃ、１０４ａ（ビアホール導体１０５ｃ、１０５ａ）より大きい径の形状であることが好ましい。これにより積層時のビアホール導体と配線パターン内のビアランドの合致精度が低くてもビアランド内にビアホール導体が納まるので、簡易な方法で積層ができ、生産性を高めることができる。
【００３９】
回路部品１１０が、半導体やチップ状の抵抗、コンデンサ、インダクタから選ばれたものが好ましい。半導体はベアチップをフリップチップ実装されていることが好ましい。尚、図１中、１１１や１１２は、回路基板１０８、１０９の配線回路（但しランドの場合も含む）を示し、１１９ｂは、回路部品１１０を電気的に接続している回路基板１０９の配線回路を示している。
【００４０】
（実施の形態２）
実施の形態２では、図１で示した部品内蔵モジュールの製造方法の一実施形態について述べる。この実施の形態で用いる材料は、実施の形態１で説明したものである。
【００４１】
図２（ａ）〜（ｈ）は本発明の部品内蔵モジュールの製造方法を示す工程概略断面図である。
図２（a）に示すように、２０２ａは、保護フィルムであり、保護フィルムとしては、真空ラミネートでラミネートが可能であり、ラミネート時の加熱温度８０℃近傍で変形ないし軟化しないこと、パンチ加工において穴開き性がよいこと、機械的に比較的容易に剥離できるようなフィルムを用いることが好ましく、例えば、ＰＥＴフィルム（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＰフィルム（ポリプロピレン）、ＰＰＳフィルム（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＮフィルム（ポリエチレンナフタレート）などで構成される。必要に応じて、コロナ放電処理や離型性処理など適宜表面処理をしてもよい。これらから選ばれる少なくとも１種以上の材料を保護フィルムが含むことにより、耐熱性や加工性の点で有利である。また、保護フィルム２０２ａはフィルム状に限らなくとも良く、電気絶縁層２０１を保護できさえすれば良い。保護フィルムの厚みは１０〜３０μｍの範囲が好ましい。電気絶縁層２０１は内蔵する部品の厚みに合わせて、電気絶縁層を１枚から複数枚重ねて用いてもよく、両面に保護フィルム２０２ａを配置して真空ラミネートを行い一体化させる。本実施の形態２では、電気絶縁層２０１として平均粒径７μｍのＳｉＯ2フィラー８０重量％、未硬化状態のエポキシ主成分の熱硬化性樹脂１９．５重量％、残溶剤成分０．５重量％の組成からなる０．１ｍｍのシートを使用した。電気絶縁層２０１の両面に厚み１６μｍのＰＰＳ保護フィルム２０２ａを配置して真空ラミネートにより８０℃０．８ＭＰａの条件で約２分間真空ラミネートしたものを３枚用意した。
【００４２】
次に図２（ｂ）に示すように内蔵する回路部品を埋め込むための空隙２０３の形成を行う。この空隙形成は、金型やパンチングにより加工することができる。本実施の形態２においては、パンチング加工により空隙２０３形成したものを２枚用意した。空隙は内蔵する回路部品サイズに対して０．５ｍｍ大きくした。すなわち、前記空隙の大きさの意味は、回路部品下部を除いた回路部品周囲と空隙とが０．５ｍｍの間隔が開く大きさの空隙を意味している。但し、空隙の大きさはこれに限定されるものではない。空隙２０３を形成することにより、内蔵部品の埋設による未硬化状態の電気絶縁性層に含まれる熱硬化性樹脂組成物の余分な流動が抑制される。また、内蔵する部品に応力を与えることなく埋設することができる。
次に、図２（ｃ）に示すように、片面の保護フィルムを剥離後、新たに保護フィルム２０２ｂを貼り替え空隙の開口部を塞ぐ。後工程の導電性ペーストをスクリーン印刷法により充填する際に開口部である空隙２０３に導電性ペーストが入りこむのを避けるためである。本実施の形態２においては、保護フィルム２０２ｂとして厚み１６μｍのＰＰＳ保護フィルムを使用し、５０℃・０．２ＭＰａの条件で２分間真空ラミネートにより貼り替えをしたものを２枚用意した。
次に、図２（ｄ）に示すように、ビアホール２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ形成をパンチング加工で行った。本実施の形態２においては、図２（ａ）で作成したもの１枚（図２（ａ）の右側に記載のもの）と図２（ｃ）で作成したもの各１枚についてパンチング加工によりΦ１５０μｍ径の貫通したビアホール２０４ｃ、２０４ａを形成した。同様にして図２（ｃ）で作成した残りの１枚についてΦ２５０μｍ径の貫通したビアホール２０４ｂを形成した。パンチング加工において、電気絶縁層は軟らかいためパンチング加工後、収縮するのでパンチは上記した径より１０μｍ程度、径の大きいものを使用した。
【００４３】
次に、図２（ｅ）に示すように、ビアホール内に導電性ペーストを充填し、ビアホール導体２０５ａ、２０５ｂ、２０５ｃを形成する。充填する方法としては、スクリーン印刷法により保護フィルムの上からスキージ（図示せず）を用いて導電性ペーストをビアホールに充填する。導電ペーストは平均粒径２μｍの球形状の銅粒子８５質量％と、樹脂組成としてビスフェノールＡ型エポキシ樹脂３質量％とグルシジルエステル系エポキシ樹脂９質量％と、硬化剤としてアミンアダクト硬化剤３質量％とを三本ロールにて混練したもの（未硬化状態）を用いた。
【００４４】
次に、図２（ｆ）に示すように、保護フィルムを剥離除去して電気絶縁層２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃを作成する。このとき、ビアホール導体２０５ａ、２０５ｂ、２０５ｃは、保護フィルムの厚み分だけ表面から突出している。
次に、図２（ｇ）に示すように、内蔵用の回路部品２１０が実装された回路基板２０９、電気絶縁層２０６ａ、電気絶縁層２０６ｂ、２０６ｃ、回路基板２０８の順に配置してアライメント積層した。回路基板２０９の２０９ｂは、回路部品２１０を電気的に接続している回路基板２０９の配線回路を示している。なお回路基板２０８のビアランド２０８ａおよび回路基板２０９のビアンランド２０９ａの大きさは径が３００μｍにパターン形成したものを使用した。
次に、図２（ｈ）に示すように熱プレスより加圧、加熱を行うことで電気絶縁層内に回路部品を埋設すると同時に電気絶縁層および導電性ペーストを完全硬化させて一体化することで部品内蔵モジュール２００を製造することができた。これによりビアホール導体２０５ａ、２０５ｂ、２０５ｃの接合と回路基板のビアランド２０８ａ、２０９ａの良好な電気的接続がビアホール導体を介して行われる。加熱温度としては、１５０℃〜２６０℃の温度が好ましく、電気絶縁層に含まれている樹脂が硬化する温度以上で行う。加圧は、加熱の際に１MＰａ〜１０ＭＰａ圧力で行うのが好ましい。本実施の形態２では、真空熱プレス装置により２００℃、３ＭＰａの条件で２時間加圧、加熱を行った。その後、この製造した部品内蔵モジュールをＸ線検査装置によるビアホール導体間の重なりの具合評価及び抵抗測定器による接続抵抗評価をしたところビアホール導体の重なり部分のはみ出しも無く、接続抵抗も良好であった。
【００４５】
このような製造方法により、従来よりも安定した層間接続を有し、接続信頼性に優れた部品内蔵モジュールの製造が可能となった。
【００４６】
表１に接続評価結果を示す。
【００４７】
接続評価として、１０００箇所のビアホール導体（２０５ａ、２０５ｂ、２０５ｃで接続された部分）の電気抵抗を４端子測定器により測定した。接続評価の判定として１０ｍΩ以上を不良とした。（正常な場合は抵抗値のばらつきを含めた中心値は約６ｍΩである。）
尚、表１中、条件１が上記実施の形態２で作成した本発明の部品内蔵モジュールであり、条件２がビアホール２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃの径をすべて１５０μｍとした以外は条件１と同様に作成した比較例の部品内蔵モジュールである。
【００４８】
【表１】
2006186058.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明にかかる部品内蔵モジュールおよび製造方法は、安定した層間接続に優れた効果を有し、インナービアホール接続により高アスペクトのビアホール導体を電気的に接続するのに有効であり、例えば、高密度、高機能、耐ノイズに加え、部品を内蔵した実装形態のモジュールおよびその製造方法等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態１における部品内蔵モジュール構造を示す断面図
【図２】本発明の実施の形態２における部品内蔵モジュールの製造方法を示す工程概略断面図
【図３】従来例における部品内蔵モジュールの課題を説明するための説明図
【図４】従来例における部品内蔵モジュールの課題を説明するための断面図
【図５】従来例における部品内蔵モジュール構造を示す断面図
【図６】従来例における部品内蔵モジュールの製造方法を示す工程概略断面図
【符号の説明】
【００５１】
１００、２００、５００、６００  部品内蔵モジュール
１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１  電気    絶縁層
２０２a，２０２ｂ，６０２ａ、６０２ｂ  保護フィルム
１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、２０４ａ、２０４ｂ、５０４、６０４  ビアホール
１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、２０５ａ、２０５ｂ、２０５ｃ、３０５ａ、３０５ｂ、３０５ｃ、３０５ｅ、４０５、５０５、６０５  ビアホール導体
１０８、１０９、２０８、２０９、３０８、３０９、４０８、４０９、５０８、５０９    、６０８、６０９  回路基板
１０８ａ、１０９ａ、２０８ａ、２０９ａ、３０８ａ、３０９ａ、４０８ａ、４０９ａ、５０８ａ、５０９ａ、６０８ａ、６０９ａ  ビアランド
１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０  回路部品
１１１，１１２、２１１、２１２  回路基板の配線回路
１０９ｂ、２０９ｂ  回路部品を電気的に接続している回路基板の配線回路
２０３  空隙
４１１  ビアホール内の空洞
【図１】
2006186058.tif 000004
【図２】
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【図３】
2006186058.tif 000006
【図４】
2006186058.tif 000007
【図５】
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【図６】
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