JP4042785B2 - 電子部品及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、能動部品及び受動部品が基板に樹脂封止された電子部品及びその製造方法に関し、更に詳しくは、電気的及び構造的に信頼性の高い電子部品及びその製造方法に関するものである。

従来のこの種の電子部品としては、例えば特許文献１に記載の高周波半導体装置や、特許文献２に記載の高周波モジュールおよび高周波モジュールの製造方法が知られている。

特許文献１に記載の高周波半導体装置は、セラミック基板の下面に形成されたエポキシ樹脂と無機充填物からなる複合樹脂材料層が形成され、その複合樹脂材料層の下部は平坦な形状を有し、かつ外部接続端子用電極が形成され、前記複合樹脂材料層の内部にはセラミック基板に接続された半導体素子や受動部品を埋没して構成され、送受信系のオールインワン構造のモジュールパッケージとして、小型化及び高密度実装化を実現している。

また、特許文献２に記載の高周波モジュールは、基板上に搭載された電子部品でもって構成された高周波回路部と、前記高周波回路部を電磁遮蔽するシールド被覆とを備えた高周波モジュールにおいて、前記電子部品を封入する樹脂モールド層を備え、前記シールド被覆を、前記樹脂モールド層の表面に形成された金属膜として構成することにより、専用のシールド部材を不要にしたものである。

而して、上記各特許文献に記載の技術の場合には、半導体素子や集積回路チップ等の能動部品と、コンデンサや抵抗等の受動部品とがセラミック基板の片面に纏めて配置され、これらの能動部品及び受動部品を樹脂層内に封入した構造になっている。

特開２０００−１２４４３５号公報 特開２００２−０３３４１９号公報

しかしながら、従来の電子部品である高周波半導体装置及び高周波モジュールの場合には、いずれも能動部品と受動部品とをセラミック基板の片面に纏めて配置した状態で樹脂層内に封入されているため、能動部品と受動部品との間で電磁気的に相互干渉するという課題があった。また、従来の技術の場合には、セラミック基板に搭載された能動部品や受動部品を、熱硬化樹脂を熱硬化させて樹脂層中に配置するため、熱硬化前後で樹脂層はセラミック基板に対して大きな体積変化を起こすため、セラミック基板と樹脂層との間で層間剥離等を生じ易く、また、層間剥離を生じない場合でも、セラミック基板のクラックや割れ等の構造欠陥の原因になる虞があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、能動部品と受動部品との電磁気的な相互干渉を防止することができると共に層間剥離等の構造欠陥を防止することができる信頼性の高い電子部品及びその製造方法を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に記載の電子部品は、第１の主面に能動部品が搭載され且つ第１の主面と対向する第２の主面に受動部品が搭載された平板状のコア基板と、上記第１の主面に形成されて上記能動部品を封入する第１の樹脂層と、上記第２の主面に形成されて上記受動部品を封入する第２の樹脂層と、を備え、上記第１の樹脂層の上面にシールド用金属膜を設けると共にその内部に上記シールド用金属膜と上記第１の主面に形成された回路パターンとを接続する第１のビアホール導体を設け、且つ、上記第２の樹脂層の下面に外部端子電極を設けると共にその内部に上記外部端子電極と上記第２の主面に形成された回路パターンとを接続する第２のビアホール導体を設けたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載の電子部品は、請求項１に記載の発明において、上記能動部品を複数搭載すると共にこれらの能動部品の間に第１のビアホール導体を介在させたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載の電子部品は、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記シールド用金属膜及び上記外部端子電極をそれぞれ金属箔によって形成したことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載の電子部品は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、上記コア基板は、樹脂多層基板であることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項５に記載の電子部品の製造方法は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電子部品を製造する方法であって、上記電子部品のコア基板の両面側それぞれに第１、第２の樹脂を配置する工程と、上記第１、第２の樹脂を上記コア基板に同時に熱圧着して上記コア基板の両面に第１、第２の樹脂層をそれぞれ形成する工程とを有することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項６に記載の電子部品の製造方法は、請求項５に記載の発明において、上記第１の樹脂の上記コア基板とは反対側の面に金属箔を配置すると共に、上記第２の樹脂の上記コア基板とは反対側の面に金属箔を配置する工程を有することを特徴とするものである。

本発明によれば、能動部品と受動部品との電磁気的な相互干渉を防止することができると共に層間剥離等の構造欠陥を防止することができ、延いては製品としてヒートサイクル試験や耐衝撃性試験等を行っても損傷することがない信頼性の高い電子部品及びその製造方法を提供することができる。

発明の実施の形態

以下、図１に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。尚、図１は本発明の電子部品の一実施形態を示す断面図、図２は本発明の電子部品の製造方法の要部を示す図で、（ａ）はコア基板に能動部品及び受動部品が搭載した状態を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のコア基板に樹脂層を圧着した状態を示す断面図、（ｃ）はビアホール導体を形成した電子部品の完成品を示す断面図である。

本実施形態の電子部品１０は、例えば図１に示すように、複数の樹脂層１１Ａを積層して形成された樹脂多層基板からなるコア基板１１と、コア基板１１の第１の主面（上面）に形成された回路パターン（図示せず）の所定箇所にそれぞれに搭載された半導体素子等の能動素子からなる複数の能動チップ部品１２と、コア基板１１の第２の主面（下面）に形成された回路パターン（図示せず）の所定箇所にそれぞれ搭載されたコンデンサ、インダクタ、抵抗等の受動素子からなる複数の受動チップ部品１３とを備えている。このように、能動チップ部品１２と受動チップ部品１３とをコア基板１１の上下に両面に分けてして配置することにより、能動チップ部品１２と受動チップ部品１３との電磁気的な相互干渉を防止することができる。

上記コア基板１１は各樹脂層１１Ａそれぞれに形成された回路パターン（図示せず）を内蔵し、上下の樹脂層１１Ａの回路パターンは互いにビアホール導体（図示せず）を介して接続されている。各樹脂層１１Ａは、例えば、エポキシ系樹脂等の従来公知の合成樹脂によって形成されている。

上記コア基板１１の上面には第１の樹脂層１４が接合され、この樹脂層１４によってコア基板１１の上面に搭載された複数の能動チップ部品１２を封入している。また、コア基板１１の下面には第２の樹脂層１５が接合され、この樹脂層１５によってコア基板１１の下面に搭載された複数の受動チップ部品１３を封入している。第１、第２の樹脂層１４、１５は、それぞれシリカ等の無機化合物がフィラーとして混入されており、第１、第２の樹脂層１４、１５の熱伝導性を高めてある。これらの樹脂層１４、１５の樹脂自体はそれぞれコア基板１１を構成する樹脂層１１Ａと同一の合成樹脂であっても異なる合成樹脂であっても良い。尚、コア基板１１にもフィラーを混入しても良い。

上記コア基板１１は合成樹脂によって形成され、また、第１、第２の樹脂層１４、１５はそれぞれ無機フィラー入りの合成樹脂によって形成されているため、コア基板１１と第１、第２の樹脂層１４、１５間の熱膨張差が殆どないか、熱膨張差が小さいため、コア基板１１と第１、第２の樹脂層１４、１５との間で層間剥離を生じる虞がなく、また、第１、第２の樹脂層１４、１５の熱硬化による収縮によってコア基板１１を損傷したり、界面でクラックを発生する虞がない。

また、上記第１の樹脂層１４の上面にはシールド用金属膜１６が所定の回路パターンで形成され、このシールド用金属膜１６によって第１の樹脂層１４内を外部から電磁気的に遮蔽している。更に、第１の樹脂層１４には上下に貫通する第１のビアホール導体１７が所定のパターンで形成され、これらのビアホール導体１７は隣り合う能動チップ部品１２、１２間に介在し、シールド用金属膜１６とコア基板１１上面の回路パターン（例えば、グランド電極）とを接続している。このビアホール導体１７は、例えば横方向（水平方向）の断面が円形、楕円形状等の断面形状に形成され、このビアホール導体１７によって隣り合う能動チップ部品１２、１２間で電磁気的な相互干渉を極力生じないようにしている。このように第１のビアホール導体１７が能動チップ部品１２、１２間に介在することによって能動チップ部品１２を高密度実装し、延いては電子部品１０を小型化することができる。

上記第２の樹脂層１５の下面には外部端子電極１８が所定のパターンで複数箇所に入出力端子として形成されている。更に、第２の樹脂層１５には上下に貫通する第２のビアホール導体１９が所定のパターンで形成され、これらのビアホール導体１９は外部端子電極１８とコア基板１１下面の回路パターンとを接続している。このように第２のビアホール導体１９が受動チップ部品１３、１３間に介在することによって受動チップ部品１３を高密度実装し、延いては電子部品１０を小型化することができる。

上記シールド用金属膜１６及び外部端子電極１８は、例えば電解銅箔等の抵抗値の低い金属箔によってそれぞれ形成されている。これらの金属箔の樹脂層との接着面それぞれには予め粗面化処理が施されている。加えてシランカップリング処理、エキシマ光照射処理、コロナ放電処理及び黒化処理等の表面処理を施すことにより、シールド用金属膜１６及び外部端子電極１８それぞれのアンカー効果が向上し、シールド用金属膜１６は第１の樹脂層１４と強固に密着して第１の樹脂層１４から剥離し難く、外部端子電極１８は第１の樹脂層１５と強固に密着して第２の樹脂層１５から剥離し難くなっている。

また、第１、第２のビアホール導体１７、１９は、それぞれのビアホールに対するめっき処理によって析出した銅等の導電性金属によって形成されている。これらのビアホール導体１７、１９は、導電性金属がビアホール内に充填されて形成されたものであっても良く、また、導電性金属がビアホールの表面のみに被覆されたものであっても良い。これらのビアホール導体１７、１９は導電性ペーストによっても形成されるが、電気的信頼性や耐衝撃性を勘案すればめっき処理によるものの方が好ましい。

また、上記コア基板１１は樹脂多層基板ではなく、セラミック多層基板によって形成することもできる。この場合には、コア基板１１と第１、第２の樹脂層１４、１５それぞれとの界面にコア基板１１の面積の１〜１０％を占める電極（図示せず）を形成することができる。これらの電極を形成する場合には、コア基板１１であるセラミック多層基板と一緒に導電性ペーストを焼結することによって形成することが好ましい。導電性ペーストは焼結により金属粒子の粒成長と有機バインダ等の消失によって電極面を粗面化することができ、セラミック多層基板であるコア基板１１と第１、第２の樹脂層１４、１５との間の層間剥離を抑制し、あるいは防止することができる。この電極はコア基板１１の回路パターンに接続して形成されたものであっても、回路パターンとは独立して形成されたものであっても良い。

以上説明したように本実施形態によれば、コア基板１１の上下両面に能動チップ部品１２と受動チップ部品１３を分けてそれぞれ搭載すると共に、コア基板１１上面の能動チップ部品１２を第１の樹脂層１４で封入すると共にコア基板１１下面の受動チップ部品１３を第２の樹脂層１５で封入したため、能動チップ部品１２と受動チップ部品１３との電磁気的な相互干渉を防止することができる。また、第１の樹脂層１４上面のシールド用金属膜１６によって第１の樹脂層１４内の能動チップ部品１２を外部から電磁気的に遮断しているため、能動チップ部品１２を外部ノイズから効率的に保護することができ、しかも、シールド用金属膜１６とコア基板１１の上面に形成された回路パターンとを接続する第１のビアホール導体１７を隣り合う能動チップ部品１２、１２間に介在させたため、第１のビアホール導体１７によって能動チップ部品１２、１２間の電磁気的な相互干渉を防止することができる。また、複数の受動チップ部品１３、１３の間に第２のビアホール導体１９を介在させたため、各受動チップ部品１３同士の相互干渉を抑制してそれぞれの性能を損なう虞がない。

更に、一般に、受動チップ部品同士あるいは能動チップ部品同士はそれぞれのサイズが近いため、受動チップ部品と能動チップ部品が混在している場合よりも能動チップ部品１２と受動チップ部品１３とを分けて第１、第２の樹脂層１４、１５内に封入する方が複数の能動チップ部品１２、複数の受動チップ部品１３それぞれの高さを揃えることができ、これらのチップ部品１２、１３が混在している場合と比較して第１、第２の樹脂層１４、１５をそれぞれ薄層化することができる。

また、コア基板１１を樹脂多層基板によって形成したため、第１、第２の樹脂層１４、１５との相性が良く、第１、第２の樹脂層１４、１５が熱硬化して収縮しても、コア基板１１と第１、第２の樹脂層１４、１５間の層間剥離等を抑制し、あるいは防止することができ、携帯電話等の用途で要求される落下試験時の層間剥離の発生率が低減し、耐衝撃性を高めることができる。また、シールド用金属膜１６及び外部端子電極１８を金属箔によってべた電極として形成したため、低い抵抗値を得ることができ、しかも金属箔を圧着するだけ電極を形成することができるため、シールド用金属膜１６及び外部端子電極１８を安価に形成することができる。また、第１、第２のビアホール導体１７、１９をめっき処理による導電性金属によって形成したため、これらのビアホール導体１７、１９の低抵抗化を図り、コア基板１１上面の回路パターンとの密着力（接続性）を高めて耐衝撃性を高め、衝撃力が加わった時の導通不良等を防止または抑制することができる。

また、コア基板１１をセラミック多層基板によって形成する場合には、セラミック多層基板の上下両面にこれと同時に電極を形成することにより、電極面が粗面化されてセラミック多層基板であるコア基板１１と第１、第２の樹脂層１４、１５との間の層間剥離を抑制することができる。

従って、本実施形態によれば、能動チップ部品１２と受動チップ部品１３との電磁気的な相互干渉を防止することができると共に層間剥離等の構造欠陥を防止することができ、信頼性の高い電子部品１０を得ることができる。

次に、本発明の電子部品の製造方法の一実施形態について図２の（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。電子部品１０を製造するにはまず、コア基板１１及び能動チップ素子１２、受動チップ素子１３を準備する。そして、図２の（ａ）に示すように能動チップ素子１２及び受動チップ素子１３それぞれをコア基板１１の上下両面に形成された回路パターンの所定箇所に合わせて実装する。尚、図２では１個の電子部品１０を形成する工程を図示しているが、実際にはコア基板１１のマザー基板を準備し、このマザー基板に複数の電子部品１０を同時に形成する。

次いで、コア基板１１の上方に所定の厚みの無機フィラー入りの熱硬化性樹脂からなる第１の樹脂を配置すると共に第１の樹脂層の上面側に電解銅箔を粗面側を第１の樹脂側に向けて配置する。また、これと並行してコア基板１１の下方に所定の厚みの無機フィラー入りの熱硬化性樹脂からなる第２の樹脂を配置すると共に第２の樹脂の下面側に電解銅箔を粗面側を第２の樹脂側に向けて配置する。尚、電解銅箔と第１、第２の樹脂とを予め接合したシートをコア基板１１の上下に配置しても良い。

コア基板１１の上下に配置した第１、第２の樹脂を真空下、１８０℃で６０分間加熱し、０．５ＭＰａの圧力で第１、第２の樹脂をそれぞれの電解銅箔と一緒にコア基板１１の上下両面に同時に熱圧着して第１、第２の樹脂層１４、１５を形成し、能動チップ部品１２を第１の樹脂層１４内に埋め込むと共に受動チップ部品１３を第２の樹脂層１５内に埋め込み、第１、第２の樹脂層１４、１５をそれぞれ熱硬化させる。この処理によって図２の（ｂ）に示すように第１の樹脂層１４の上面に金属膜１６Ａが形成され、第２の樹脂層１５の下面に金属膜１８Ａが形成される。

次いで、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、第１、第２の樹脂層１４、１５それぞれの金属膜１６Ａ、１８Ａを所定の回路形状にパターニングして回路パターンを形成する。これらの処理によって第１の樹脂層１４側の金属膜１６Ａからはシールド用金属膜１６が形成され、第２の樹脂層１５側の金属膜１８Ａからは外部端子電極１８が形成される。

更に、ＣＯ_２レーザ光を第１、第２の樹枝層１４、１５の所定箇所に照射してコア基板１１の上下両面の回路パターンに達する有底のビアホールを形成する。そして、各ビアホール内のデスミア処理を行った後、無電解銅めっき、電解銅めっきの順でビアホール内に銅金属を充填して第１、第２のビアホール導体１７、１９を形成し、図２の（ｃ）に示すようにシールド用金属膜１６とコア基板１１上面の回路パターンとを電気的に接続すると共に外部端子電極１８とコア基板１１下面の回路パターンとコア基板上の回路パターンとを電気的に接続する。そして、再度、シールド用金属膜１６及び外部端子電極１８をそれぞれの回路形状にパターニングした後、それぞれに防錆処理を施す。その後、マザー基板をダイシングカットして個々の電子部品１０を得る。

以上説明したように本実施形態によれば、コア基板１１の上下それぞれに第１、第２の樹脂層１４、１５を配置する工程と、コア基板１１の上下両面それぞれに、第１、第２の樹脂層１４、１５を同時に熱圧着する工程とを備えているため、コア基板１１に配置された能動チップ部品１２及び受動チップ部品１３が第１、第２の樹脂層１４、１５内で同時に加熱されるため、能動チップ部品１２側と受動チップ部品１３側との間に温度差がなく、コア基板１１の上面側と下面側との間に熱膨張差や収縮差がなく、能動チップ部品１２及び受動チップ部品１３のコア基板１１からの剥離を確実に抑制し、防止することができる。

また、第１、第２のビアホール導体１７、１９を形成する際に、それぞれのビアホールが有底になっているため、ビアホールのアスペクト比が高い場合でもめっき処理によって第１、第２ビアホール導体１７、１９を確実に形成することができ、しかもコア基板１１の上下両面に形成された回路パターンとの接続性が良く耐衝撃性に優れた低抵抗の導体を得ることができ、電気的信頼性の高い電子部品１０を得ることができる。これらの電子部品１０に関して、信頼性試験としてヒートサイクル試験（−４０℃×３０分→８５℃×３０分、１０００サイクル）、恒温恒湿試験（８５℃、ＲＨ８５％で１０００時間）、高温放置試験（１２５℃で１０００時間）を行い、耐衝撃性試験として落下試験（１．８ｍから落下）を行った結果、第１、第２ビアホール導体１７、１９の抵抗値は各試験前後で殆ど変動がなく、また、落下試験では第１、第２ビアホール導体１７、１９における導通不良が発生しなかった。有底ビアホールのアスペクト比が高い場合には導電性ペーストをビアホール内に充填することが難しく、また、充填できたとしてもめっきによるものと比較して高抵抗である。

本発明は、例えば携帯電話等の移動体通信装置に用いられる電子部品を製造する場合に好適に用いることができる。

本発明の電子部品の一実施形態を示す断面図である。 本発明の電子部品の製造方法の要部を示す図で、（ａ）はコア基板に能動部品及び受動部品が搭載した状態を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のコア基板に樹脂層を圧着した状態を示す断面図、（ｃ）はビアホール導体を形成した電子部品の完成品を示す断面図である。

符号の説明

１０ 電子部品
１１ コア基板
１２ 能動チップ部品（能動部品）
１３ 受動チップ部品（受動部品）
１４ 第１の樹脂層
１５ 第２の樹脂層
１６ シールド用金属膜
１７ 第１のビアホール導体
１８ 外部端子電極
１９ 第２のビアホール導体

Claims (6)

1. 第１の主面に能動部品が搭載され且つ第１の主面と対向する第２の主面に受動部品が搭載された平板状のコア基板と、上記第１の主面に形成されて上記能動部品を封入する第１の樹脂層と、上記第２の主面に形成されて上記受動部品を封入する第２の樹脂層と、を備え、上記第１の樹脂層の上面にシールド用金属膜を設けると共にその内部に上記シールド用金属膜と上記第１の主面に形成された回路パターンとを接続する第１のビアホール導体を設け、且つ、上記第２の樹脂層の下面に外部端子電極を設けると共にその内部に上記外部端子電極と上記第２の主面に形成された回路パターンとを接続する第２のビアホール導体を設けたことを特徴とする電子部品。
2. 上記能動部品を複数搭載すると共にこれらの能動部品の間に第１のビアホール導体を介在させたことを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
3. 上記シールド用金属膜及び上記外部端子電極をそれぞれ金属箔によって形成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子部品。
4. 上記コア基板は、樹脂多層基板であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電子部品。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電子部品を製造する方法であって、上記電子部品のコア基板の両面側それぞれに第１、第２の樹脂を配置する工程と、上記第１、第２の樹脂を上記コア基板に同時に熱圧着して上記コア基板の両面に第１、第２の樹脂層をそれぞれ形成する工程とを有することを特徴とする電子部品の製造方法。
6. 上記第１の樹脂の上記コア基板とは反対側の面に金属箔を配置すると共に、上記第２の樹脂の上記コア基板とは反対側の面に金属箔を配置する工程を有することを特徴とする請求項５に記載の電子部品の製造方法。

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