部品内蔵配線基板
【課題】コア基板の空洞部に内蔵される複数の部品相互間の電気的干渉を抑制し得る部品内蔵配線基板を提供する。
【解決手段】本発明は、コア基板及び配線積層部を備えた部品内蔵配線基板であり、コア基板に形成された空洞部５０は平面視で５個以上の角部を有する形状であり、空洞部５０内には複数の部品Ｃが配置され、空洞部５０が形成されたコア基板の内壁面と複数の部品Ｃとの間隙部に樹脂充填材２０が充填されている。平面視で互いに略直交するＸ方向／Ｙ方向に関し、Ｙ方向に沿った電気的経路を有する部品Ｃ（１）と、Ｘ方向に沿った電気的経路を有する部品Ｃ（２）がそれぞれ配置され、両者の間の電気的干渉を抑制可能な構造になっている。
【解決手段】本発明は、コア基板及び配線積層部を備えた部品内蔵配線基板であり、コア基板に形成された空洞部５０は平面視で５個以上の角部を有する形状であり、空洞部５０内には複数の部品Ｃが配置され、空洞部５０が形成されたコア基板の内壁面と複数の部品Ｃとの間隙部に樹脂充填材２０が充填されている。平面視で互いに略直交するＸ方向／Ｙ方向に関し、Ｙ方向に沿った電気的経路を有する部品Ｃ（１）と、Ｘ方向に沿った電気的経路を有する部品Ｃ（２）がそれぞれ配置され、両者の間の電気的干渉を抑制可能な構造になっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コア基板に形成された空洞部内に複数の部品を配置した部品内蔵配線基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、コア基板の両側に導体層及び絶縁層を交互に積層して配線基板を構成し、配線基板上にＩＣチップ等を搭載したパッケージが知られている。近年、ＩＣチップの高速化及び端子数の増加により、外部基板から配線基板を経由してＩＣチップに電源を供給する場合、電源電圧の不安定化やノイズの影響によるＩＣチップの誤動作が問題となる。そのため、配線基板において、電源供給のための電気的経路に沿ってノイズを除去可能なデカップリングコンデンサを配置する対策が有効である。配線基板内に配置されるデカップリングコンデンサとしては、ＩＣチップまでの配線距離の短縮化の観点から、コア基板内に設けた空洞部内にチップコンデンサを配置する構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような構造の配線基板において、例えば、電源配線とグランド電位との間にチップコンデンサを接続することにより、電源配線に伝播するノイズを抑制することができる。
【０００３】
また、上記従来の配線基板においては、ＩＣチップに対して複数の電源電圧を供給する構成が一般的に採用される。この場合、配線基板には、ＩＣチップに接続される複数の電源配線のそれぞれに対して個別にデカップリングコンデンサを設ける必要がある。例えば、上記特許文献１の図１には、配線基板に設けた空洞部である凹部内に、２つのチップコンデンサを所定方向に並べて配置した構造が開示されている。かかる構造は、チップコンデンサ以外の複数の部品を空洞部内に配置した配線基板に対しても適用することができる。このような構造を有する配線基板においては、所定のサイズを有する空洞部内に複数の部品を効率的に配置することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３５２２５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、配線基板を経由してＩＣチップに複数の電源電圧を供給する場合、それぞれの電源配線の相互間の電気的干渉によってノイズが伝播することに起因して、ＩＣチップの動作に不具合を生じる恐れがある。しかし、上記従来の配線基板の構造を採用すると、空洞部内に配置された複数の部品の間を伝播するノイズの影響が大きくなることは避けられない。すなわち、配線基板の空洞部内において複数の部品が互いに近接配置されるとともに、それぞれの電気的経路が並列した状態であるため電気的干渉が生じやすく、特に高い周波数成分のノイズは複数の部品の電気的経路を介して伝播しやすいという問題がある。また、複数の部品間の距離を広げると、互いの電気的干渉を軽減することは可能であるが、この場合は配線基板に大きな空洞部を設ける必要が生じ、配線基板の小型化に支障を来す。
【０００６】
そこで、本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、コア基板の空洞部に複数の部品を内蔵した場合であっても部品相互間の電気的干渉を抑制し、小型で信頼性の高い部品内蔵配線基板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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の部品内蔵配線基板は、空洞部が形成されたコア基板と、前記空洞部内に配置された複数の部品と、前記コア基板の一方又は両方の主面側に絶縁層及び導体層を交互に積層形成した配線積層部と、前記空洞部を画定するコア基板の内壁面と前記複数の部品との間隙部に充填された樹脂充填材と、を備えた部品内蔵配線基板において、前記空洞部は、平面視で５個以上の角部を有する形状に形成され、前記複数の部品は、平面視で互いに略直交する第１の方向及び第２の方向に関し、前記第１の方向に沿った電気的経路を有する第１の部品と、前記第２の方向に沿った電気的経路を有する第２の部品とを含むことを特徴としている。
【０００８】
また、上記課題を解決するため、本発明の部品内蔵配線基板は、前記コア基板、前記複数の部品、前記配線積層部、前記樹脂充填層を備えた部品内蔵配線基板において、前記空洞部は、平面視で互いに略直交する第１の方向及び第２の方向の少なくとも一方に対して非対称な形状に形成され、前記複数の部品は、前記第１の方向に沿った電気的経路を有する第１の部品と、前記第２の方向に沿った電気的経路を有する第２の部品とを含むことを特徴としている。
【０００９】
本発明の部品内蔵配線基板によれば、部品内蔵配線基板のコア基板に空洞部を形成し、その中の複数の部品のうち第１及び第２の部品をそれぞれの電気的経路が略直交するように配置し、空洞部を画定するコア基板の内壁面と各部品との間隙部に樹脂充填材を充填した構造となっている。よって、例えば、近接配置される２つの部品が互いに異なる電源配線に接続される場合であっても、両者の電気的経路を直交させることで、電気的経路が並列する場合に比べると相互の電気的干渉を十分に小さくすることができ、複数の部品相互間のノイズの伝播を防止して電気的信頼性を高めることができる。この場合、空洞部を、平面視で単純な矩形ではなく５個以上の角部を有する複雑な平面形状、あるいは第１の方向又は第２の方向に対して非対称な形状にすることで、電気的経路が直交する第１及び第２の部品の長手方向が異なったとしても、その形状に空洞部の平面形状を適合させることで効率的な配置が可能となる。
【００１０】
前記第１及び第２の部品は、前記コア基板及び前記樹脂充填材よりも剛性が高い材料を用いて形成することが望ましい。この場合、同じ形状の複数の部品を並列に配置すると、特定方向に沿って剛性が低下するが、本発明の構造によれば、空洞部の平面形状も多様な方向性を有し、かつ複数の部品は互いに方向性が異なるので、特定方向に沿って剛性の低下を招くことなく部品内蔵配線基板全体の強度を高めることができる。
【００１１】
前記空洞部を平面視した外形は、特に制約されないが、例えば、前記第１の方向の直線群と前記第２の方向の直線群により構成することができる。これにより、通常は平面視で長方形等の形状を有する部品の配置に適合させやすく、コア基板に空洞部を形成する際の加工を簡素化することができる。
【００１２】
前記第１及び第２の部品としては、両端に形成された１対の端子電極を有する部品を用いることができる。この場合、１対の端子電極が対向する方向が電気的経路の方向に一致する。このとき、前記第１及び第２の部品の電気的接続は、特に制約されないが、例えば、それぞれの一方の端子電極を互いに異なる電源電圧の配線に接続するとともに、それぞれの他方の端子電極を近接配置させて共通の電位に接続することができる。このような接続形態においては、共通の電位に接続された端子電極同士は電気的ショートによる不具合が生じないため、互いに近接する配置にさせてもよい。
【００１３】
また、前記第１及び第２の部品としては、例えば、平面視で長方形に形成されたチップ部品を用いることができる。なお、このときの１対の端子電極は長方形の２つの短辺側に形成されるので、電気的経路は長方形の２つの長辺が沿う長手方向に一致する。前記第１及び第２の部品は、例えば、コンデンサを挙げることができ、特に電源電圧に接続されるデカップリング用のチップコンデンサが典型的な例である。
【００１４】
なお、前記空洞部のうち前記樹脂充填材が充填される間隙部の幅は、平面視で前記第１及び第２の部品のそれぞれの短辺の長さより短く設定することが望ましい。間隙部の幅が広すぎると、空洞部内の剛性が低い領域が拡大して配線基板の強度を低下させるし、逆に間隙部の幅が狭すぎると、部品及びコア基板との熱膨張率の差に起因する変形を吸収するのに支障を来す。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、部品内蔵配線基板のコア基板に形成した空洞部に複数の部品を内蔵する場合、各部品の電気的経路が略直交するように配置し、その配置に適合するように空洞部の平面形状を形成したので、空洞部内で近接する部品同士の間の電気的干渉を抑制することが可能となる。これにより、各部品の電気的経路を介するノイズの伝播や電位の不安定化を有効に防止し、配線基板の電気的信頼性を高めることができる。また、空洞部の平面形状は５個以上の角部を有する形状か、あるいは略直交する２方向のいずれかに対して非対称な形状であるため、空洞部を画定するコア基板の内壁面と各部品との間を樹脂充填材で埋めたときに高い剛性を保ちやすく、配線基板全体の強度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態の部品内蔵配線基板の概略の断面構造図である。
【図２】図１の配線基板のコア基板に形成された空洞部の内部を平面視で見た模式的な平面図の例を示す図である。
【図３】図１の半導体チップと２個のチップコンデンサとの電気的接続の部分を含む等価回路の一例を示す図である。
【図４】本実施形態との対比のため、空洞部内に２個のチップコンデンサを並列に配置したときの平面構造を比較例として示す図である。
【図５】空洞部内に２個のチップコンデンサを図２と同様に配置したときの平面構造を示す図である。
【図６】本実施形態とは接続形態が異なる変形例を示す図である。
【図７】本実施形態とは空洞部の平面形状が異なる変形例を示す図である。
【図８】空洞部内に３個のチップコンデンサを配置した変形例を示す図である。
【図９】空洞部内に２個のチップインダクタを配置する場合の図３に対応する等価回路の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、以下に述べる実施形態は本発明の技術思想を適用した形態の一例であって、本発明が本実施形態の内容により限定されることはない。
【００１８】
まず、本発明を具体化した部品内蔵配線基板の構造について説明する。図１は、本実施形態の部品内蔵配線基板１０（以下、単に配線基板１０と呼ぶ）の概略の断面構造図を示している。図１に示すように、本実施形態の配線基板１０は、例えばガラス繊維を含んだエポキシ樹脂からなるコア基板１１と、コア基板１１の上面側のビルドアップ層１２（配線積層部）と、コア基板１１の下面側のビルドアップ層１３（配線積層部）とを含む構造を有している。コア基板１１には、中央領域を貫通する空洞部（キャビティ）５０が形成され、この空洞部５０の内部に２個のチップコンデンサＣが埋め込まれた状態で配置されている。また、コア基板１１には、外周領域を積層方向に貫通する複数のスルーホール導体２１が形成され、スルーホール導体２１の内部が例えばガラスエポキシ等からなる閉塞体２２で埋められている。配線基板１０の上部には、半導体素子である半導体チップ１００が載置されている。
【００１９】
ここで、図２には、図１の配線基板１０のコア基板１１に形成された空洞部５０の内部を平面視で見た模式的な平面図の例を示している。図２の下部には、便宜上、互いに直交するＸ方向（第１の方向）及びＹ方向（第２の方向）の座標軸を示している。Ｘ方向は図１の紙面横方向に対応し、Ｙ方向は図１の紙面垂直方向に対応する。空洞部５０の内部に、第１の部品であるチップコンデンサＣ（１）と第２の部品であるチップコンデンサＣ（２）とが配置されている。図２の例においては、２個のチップコンデンサＣはいずれも同形状であって、平面視で長さＬ及び幅Ｗ（Ｌ＞Ｗ）の長方形に形成される。また、２個のチップコンデンサＣは、長手方向（長さＬ）の両端に１対の端子電極Ｔを有している。それぞれの端子電極Ｔは、チップコンデンサＣの一端側の側面から表面及び裏面の各一部にかけて形成されている。一方のチップコンデンサＣ（１）は長手方向がＹ方向に沿って配置され、他方のチップコンデンサＣ（２）は長手方向がＸ方向に沿って配置されている。以下の説明では、それぞれのチップコンデンサＣの電気的経路を、１対の端子電極Ｔが対向する長手方向と定義する。従って、図２の例では、一方のチップコンデンサＣ（１）がＹ方向の電気的経路を有し、他方のチップコンデンサＣ（２）がＸ方向の電気的経路を有し、両者の電気的経路が互いに直交する位置関係にある。なお、かかるチップコンデンサＣの配置は電気的特性に関連するものであるが、詳細については後述する。
【００２０】
一方、図２の例においては、空洞部５０が平面視で６本の直線で囲まれて６個の角部を含む平面形状を有している。具体的には、Ｘ方向にそれぞれ長さＸ１、Ｘ２、Ｘ３を有する３本の直線と、Ｙ方向にそれぞれ長さＹ１、Ｙ２、Ｙ３を有する３本の直線と、Ｘ方向及びＹ方向の各直線が９０度で交わる６個の角部が存在する。ここで、Ｘ１＝Ｘ２＋Ｘ３、Ｙ１＝Ｙ２＋Ｙ３の関係にあることがわかる。図２からわかるように、空洞部５０の平面形状は、Ｘ方向とＹ方向のそれぞれに対して非対称である。なお、空洞部５０の平面形状は、コア基板１１の内壁面１１ａ（図１）の平面形状に合致する。また、図１に示すように、配線基板１０の積層方向において、空洞部５０の高さは２個のチップコンデンサＣの高さと概ね等しい。空洞部５０の内部において、上述の内壁面１１ａと２個のチップコンデンサＣとの幅Ｇの間隙部、及び２個のチップコンデンサＣに挟まれた幅Ｇの間隙部が樹脂充填材２０で埋められている。
【００２１】
なお、図２の例における寸法は特に制約されないが、具体例としては、例えば、Ｘ１＝２．１ｍｍ、Ｘ２＝０．９ｍｍ、Ｘ３＝１．２ｍｍ、Ｙ１＝１．４ｍｍ、Ｙ２＝０．５ｍｍ、Ｙ３＝０．９ｍｍ、Ｌ＝１．０ｍｍ、Ｗ＝０．５ｍｍ、Ｇ＝０.２ｍｍに設定することができる。
【００２２】
樹脂充填材２０は、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂からなる高分子材料からなり、各チップコンデンサＣをコア基板１１に形成された空洞部５０内に固定する役割がある。具体的には、樹脂充填材２０の弾性変形により、コア基板１１及び各チップコンデンサＣとの熱膨張率の差に起因する変形を吸収する作用がある。なお、各チップコンデンサＣは樹脂充填材２０及びコア基板１１よりも剛性が高く、樹脂充填材２０はコア基板１１よりも剛性が低い。ここで、チップコンデンサＣ、樹脂充填材２０、コア基板１１のそれぞれの剛性はヤング率を評価することにより比較することができる。ヤング率の測定方法としては、例えば、ナノインデンテーション法を用いることができる。測定装置としては、例えば、ナノインスツルメント社製の「ナノインデンターＩＩ」を用いることができる。図２の例では、空洞部５０において樹脂充填材２０で埋められた間隙部が共通の幅Ｇを有している。すなわち、一方のチップコンデンサＣ（１）の四辺と他方のチップコンデンサＣ（２）の四辺は全て幅Ｇの間隙部で囲まれている。本実施形態は、空洞部５０内の間隙部を均一な幅Ｇにすることには制約されないが、樹脂充填材２０による上述の変形を吸収する作用を考慮すると、間隙部の幅Ｇが大き過ぎても小さ過ぎても好ましくない。その場合、空洞部５０の平面形状が矩形であると仮定したときは、２個のチップコンデンサＣの長手方向を直交させて配置したときに間隙部の幅Ｇが不均一にならざるを得ないが、図２の平面形状を採用すれば間隙部の幅Ｇを容易に均一化することができる。
【００２３】
図１に戻って、一方のビルドアップ層１２は、コア基板１１の上部の樹脂絶縁層１４と、樹脂絶縁層１４の上部の樹脂絶縁層１５と、樹脂絶縁層１５の上部のソルダーレジスト層１６とが積層形成されてなる。樹脂絶縁層１４の上面には導体層３１が形成され、樹脂絶縁層１５の上面には複数の端子パッド３３が形成されている。樹脂絶縁層１４の所定箇所には、スルーホール導体２１の上端電極及びチップコンデンサＣの端子電極Ｔの表面部を導体層３１と積層方向に接続導通する複数のビア導体３０が設けられている。また、樹脂絶縁層１５の所定箇所には、導体層３１と複数の端子パッド３３を積層方向に接続導通する複数のビア導体３２が設けられている。ソルダーレジスト層１６は、複数箇所が開口されて複数の端子パッド３３が露出し、そこに複数の半田バンプ３４が形成されている。各々の半田バンプ３４は、配線基板１０に載置される半導体チップ１００の各パッド１０１に接続される。
【００２４】
また、他方のビルドアップ層１３は、コア基板１１の下部の樹脂絶縁層１７と、樹脂絶縁層１７の下部の樹脂絶縁層１８と、樹脂絶縁層１８の下部のソルダーレジスト層１９とが積層形成されてなる。樹脂絶縁層１７の下面には導体層４１が形成され、樹脂絶縁層１８の下面には複数のＢＧＡ用パッド４３が形成されている。樹脂絶縁層１７の所定箇所には、スルーホール導体２１の下端電極及びチップコンデンサＣの端子電極Ｔの裏面部を導体層４１と積層方向に接続導通する複数のビア導体４０が設けられている。また、樹脂絶縁層１８の所定箇所には、導体層４１と複数のＢＧＡ用パッド４３を積層方向に接続導通する複数のビア導体４２が設けられている。ソルダーレジスト層１９は、複数箇所が開口されて複数のＢＧＡ用パッド４３が露出し、そこに複数の半田ボール４４が接続される。複数の半田ボール４４は、外部基材（不図示）と電気的に接続可能な構造を有する。
【００２５】
図３は、図１の半導体チップ１００と２個のチップコンデンサＣとの電気的接続の部分を含む等価回路の一例を示している。図３に示すように、半導体チップ１００に対しては、外部基材から配線基板１０を介して、電源電圧Ｖ１、電源電圧Ｖ２、グランド電位ＧＮがそれぞれ供給されている。このうち、２系統の電源電圧Ｖ１、Ｖ２は、互いに異なる電圧値であってもよいが、互いに等しい電圧値であってもよい。そして、一方のチップコンデンサＣ（１）は電源電圧Ｖ１のデカップリングコンデンサとして用いられ、他方のチップコンデンサＣ（２）は電源電圧Ｖ２のデカップリングコンデンサとして用いられる。
【００２６】
具体的には、チップコンデンサＣ（１）の１対の端子電極Ｔが電源電圧Ｖ１及びグランド電位ＧＮに接続され、チップコンデンサＣ（２）の１対の端子電極Ｔが電源電圧Ｖ２及びグランド電位ＧＮに接続される。また、電源電圧Ｖ１、Ｖ２、グランド電位ＧＮの各々は、半導体チップ１００のパッド１０１及び半田ボール４４と電気的に接続される。この場合の電気的接続は、図１において、パッド１０１、半田バンプ３４、端子パッド３３、ビア導体３２、導体層３１、ビア導体３０、チップコンデンサＣの端子電極Ｔ、ビア導体４０、導体層４１、ビア導体４２、ＢＧＡ用パッド４３、半田ボール４４の順に経由してなされる。ここで、上記２系統の電源電圧Ｖ１、Ｖ２は、半導体チップ１００内の異なる回路部分に供給されるので、互いの電気的干渉に起因してノイズの伝播や信号のリークが生じると、回路動作の不具合を招く恐れがある。かかる問題に対し、本実施形態では、以下に述べるように、空洞部５０内におけるチップコンデンサＣの配置に基づく効果により上記電気的干渉の影響を抑制している。
【００２７】
以下、図４及び図５を参照して、本実施形態のチップコンデンサＣの配置に基づく具体的な効果について説明する。図４は、本実施形態との対比のため、空洞部５０内に２個のチップコンデンサＣを並列に配置したときの平面構造を比較例として示し、図５は、空洞部５０内に２個のチップコンデンサＣを図２と同様に配置したときの平面構造を示している。図４及び図５には、図２と同様、Ｘ方向及びＹ方向の座標軸を示している。ここでは、空洞部５０がＸ方向に沿う複数の直線とＹ方向に沿う複数の直線とからなる平面形状を有することを想定する。
【００２８】
まず、図４においては、空洞部５０の平面形状がＸ方向の２辺とＹ方向の２辺からなる矩形であり、従来から採用されている典型的な平面形状となっている。空洞部５０内に配置される２個のチップコンデンサＣ（３）、Ｃ（４）は、いずれも長手方向がＸ方向に沿って配置される。そして、一方のチップコンデンサＣ（３）の１対の端子電極Ｔが電源電圧Ｖ１とグランド電位ＧＮにそれぞれ接続され、他方のチップコンデンサＣ（４）の１対の端子電極Ｔが電源電圧Ｖ２とグランド電位ＧＮにそれぞれ接続されている。すなわち、一方のチップコンデンサＣ（３）の１対の端子電極Ｔを結ぶ電気的経路Ｐ（３）と、他方のチップコンデンサＣ（４）の１対の端子電極Ｔを結ぶ電気的経路Ｐ（４）は、いずれもＸ方向に沿っている。なお、それぞれの電気的経路Ｐ（３）、Ｐ（４）の矢印の向きは電流の流れる方向を示すものとする。
【００２９】
図４の平面構造によれば、それぞれの電気的経路Ｐ（３）、Ｐ（４）が近接した状態で同じ方向に並んだ配置であるため、チップコンデンサＣ（３）、Ｃ（４）の間の電気的干渉が大きくなる。換言すれば、同方向に並ぶ２本の電気的経路Ｐ（３）、Ｐ（４）の間で相互インダクタンスが強め合うことになり、その影響は周波数が高くなるほど顕著になっていく。そのため、チップコンデンサＣ（３）、Ｃ（４）をそれぞれ異なる電源電圧Ｖ１、Ｖ２のデカップリングコンデンサとして用いるとき、空洞部内５０における電気的干渉（相互インダクタンス）に起因して、電源Ｖ１、Ｖ２の各配線同士のノイズの伝播や電源電圧の不安定化などを招く恐れがある。
【００３０】
これに対し、図５においては、空洞部５０の平面形状がＸ方向の３辺とＹ方向の３辺からなり、図２に示した平面形状となっている。空洞部５０内に配置される２個のチップコンデンサＣ（１）、Ｃ（２）は、図２と同様、互いの長手方向が直交して配置される。そして、一方のチップコンデンサＣ（１）の１対の端子電極Ｔが電源電圧Ｖ１とグランド電位ＧＮの間に接続され、他方のチップコンデンサＣ（２）の１対の端子電極Ｔが電源電圧Ｖ２とグランド電位ＧＮの間に接続されている。すなわち、一方のチップコンデンサＣ（１）の１対の端子電極Ｔを結ぶ電気的経路Ｐ（１）がＹ方向に沿い、他方のチップコンデンサＣ（２）の１対の端子電極Ｔを結ぶ電気的経路Ｐ（２）がＸ方向に沿っている。
【００３１】
従って、図５の平面構造によれば、それぞれの電気的経路Ｐ（１）、Ｐ（２）が近接しているが、互いに直交した配置であるため、図４と比べるとチップコンデンサＣ（１）、Ｃ（２）の間の電気的干渉が相対的に小さくなる。換言すれば、互いに直交する関係にある電気的経路Ｐ（１）、Ｐ（２）の間の相互インダクタンスは、周波数が高い場合であっても十分に小さくなる。従って、チップコンデンサＣ（１）、Ｃ（２）をそれぞれ異なる電源電圧Ｖ１、Ｖ２のデカップリングコンデンサとして用いるとき、図４とは異なり、空洞部内５０における電気的干渉（相互インダクタンス）が抑制されるため、電源電圧Ｖ１、Ｖ２の各配線同士のノイズの伝播や電源電圧の不安定化などを有効に防止することができる。
【００３２】
また、図５の平面構造によれば、図４の平面構造に比べて、空洞部５０内の間隙部に充填された樹脂充填材２０の部分による剛性の低下を抑制することができる。すなわち、図４及び図５において、空洞部５０と２個のチップコンデンサＣとの間隙部に埋められた樹脂充填材２０の部分で剛性が低くなるが、図４の空洞部５０が矩形であるのに対し、図５の空洞部５０が相対的に多くの直線及び角部を有する複雑な平面形状であることから、特に積層方向に応力が加わったときに高い剛性を保つのに有利な構造を実現することができる。これにより、配線基板１０の空洞部５０の近辺におけるクラックや割れを防止する効果が得られる。図４及び図５における空洞部５０の平面形状の相違は、上述したように、２個のチップコンデンサＣの長手方向を同方向でなく直交させて配置させることに由来するものである。
【００３３】
以上、本発明を適用した配線基板１０の特徴的な構造を説明したが、本実施形態において示した平面構造は一例であって、以下に挙げる多様な変形例に対して本発明を適用することができる。図６は、本実施形態とは接続形態が異なる変形例を示している。図６において、空洞部５０及び２個のチップコンデンサＣの平面形状は図５と共通であるが、各チップコンデンサＣに対する電気的接続が変更されている。具体的には、一方のチップコンデンサＣの端子電極Ｔａと他方のチップコンデンサＣの端子電極Ｔｂのそれぞれをグランド電位ＧＮに接続している。つまり、２個のチップコンデンサＣのうち共通のグランド電位ＧＮに接続される側を互いに近接する端子電極Ｔａ、Ｔｂとしたものである。図５の場合とは電気的経路Ｐ（１）、Ｐ（２）が逆方向になる。端子電極Ｔａ、Ｔｂにそれぞれ接続される配線は、配線基板１０内の所定の位置で電気的に接続される。図６の平面構造により、共通電位に接続される側の端子電極Ｔａ、Ｔｂがショートしたとしても動作上の問題がないため、２個のチップコンデンサＣの部品間隔を短縮することができる。
【００３４】
また、図７は、本実施形態とは空洞部５０の平面形状が異なる変形例を示している。すなわち、図５の空洞部５０が６本の直線及び６個の角部を有する平面形状であるのに対し、図７の空洞部５０は８本の直線及び８個の角部を有する平面形状となっている。この場合、一方のチップコンデンサＣ（１）を基準に、他方のチップコンデンサＣ（２）の長手方向がチップコンデンサＣ（１）の略中心部に沿うように配置されている。図７の変形例によれば、空洞部５０の平面形状の直線及び角部が増えた分だけ高い剛性を保つのに有利な構造を実現できる。
【００３５】
なお、本実施形態の空洞部５０は、矩形等の単純な平面形状で形成することなく、５個以上の角部を有するか、あるいはＸ方向及びＹ方向のいずれかに対し非対称な平面形状で形成することが条件である。よって、図５や図７に示した平面形状に限られることなく、多様な平面形状で形成することができる。かかる条件を満たす限り、空洞部５０を構成する平面形状が、Ｘ方向／Ｙ方向以外の方向の直線を含んでいてもよいし、部分的に曲線を含んでいてもよい。また、空洞部５０を構成する平面形状の各角部に対し、面取り（Ｒ面取り、Ｃ面取り）を施してもよい。
【００３６】
また、図８は、空洞部５０内に３個のチップコンデンサＣを配置した変形例を示している。すなわち、図５の２個のチップコンデンサＣ（１）、Ｃ（２）に加えて、チップコンデンサＣ（３）を加えたものである。図８の変形例では、チップコンデンサＣ（１）を挟んで両側にチップコンデンサＣ（２）、Ｃ（３）が対称的に配置され、それぞれの電気的経路Ｐ（２）、Ｐ（３）は同一方向に沿っている。ただし、両側のチップコンデンサＣ（２）、Ｃ（３）は隣接せずに距離が離れているので、互いの電気的干渉は小さくなる。この場合、隣接する２個のチップコンデンサＣ（１）、Ｃ（２）同士、あるいは、隣接する２個のチップコンデンサＣ（１）、Ｃ（３）同士は、本実施形態で述べたように電気的経路Ｐが互いに直交した関係にあるので、電気的干渉を抑える効果を享受することができる。なお、図８の変形例に限らず、さらにチップコンデンサＣを増やした場合であっても、隣接するチップコンデンサＣの電気的経路Ｐを直交させる限り、本発明の適用が可能である。
【００３７】
さらに、空洞部５０内に配置される部品は、チップコンデンサＣに限られず、例えば、チップインダクタを用いてもよい。図９は、空洞部５０内に２個のチップインダクタＬを配置する場合の図３に対応する等価回路の一例を示している。図９においては、２系統の電源電圧Ｖ１、Ｖ２に対し、２個のチップインダクタＬをチョークコイルとして用いる場合を示している。すなわち、一方のチップインダクタＬ（１）は電源電圧Ｖ１の配線に直列に挿入され、他方のチップインダクタＬ（２）は電源電圧Ｖ２の配線に直列に挿入されている。この場合の空洞部５０の平面図は、図２の２個のチップコンデンサＣを２個のチップインダクタＬで置き換えればよい。図９の等価回路に対し本発明を適用する場合であっても、空洞部内５０のチップインダクタＬ同士の電気的干渉を抑制する効果については同様である。
【００３８】
なお、空洞部５０内において、チップコンデンサＣとチップインダクタＬを混在させる場合であっても、同様の配置に従って本発明を適用することができる。また、空洞部５０内に配置される部品は、チップコンデンサＣやチップインダクタＬに限られることなく、多様な部品を用いることができる。
【００３９】
以上の構造を有する本実施形態の配線基板１０は、空洞部５０の構造を除いて周知の手法を用いて作製することができる。なお、空洞部５０の形成に関しては、平面形状が矩形である場合と同様、例えば、ルータを用いて加工することができる。この場合、空洞部５０の平面形状に適合するようにルータのＸ方向及びＹ方向の移動を制御することにより、複雑な平面形状を有する空洞部５０を形成することができる。
【００４０】
以上、本実施形態に基づき本発明の内容を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で多様な変更を施すことができる。例えば、本実施形態では、半導体チップ１００を載置した配線基板１０に対して本発明を適用する場合を説明したが、空洞部５０に複数の部品が内蔵されていれば、半導体チップ１００以外の部品を載置した配線基板１０に対して本発明を適用することができる。また、本実施形態では、コア基板にガラス繊維を含んだエポキシ樹脂を用いた場合を説明したが、コア基板に金属板や感光性ガラスを用いる場合には、スルーホール導体２１が形成される貫通孔と、複数の部品が内蔵される空洞部５０とをエッチングによって同時に形成することもできる。その他の点についても上記実施形態により本発明の内容が限定されるものではなく、本発明の作用効果を得られる限り、上記実施形態に開示した内容には限定されることなく適宜に変更可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１０…部品内蔵配線基板
１１…コア基板
１２、１３…ビルドアップ層
１４、１５、１７、１８…樹脂絶縁層
１６、１９…ソルダーレジスト層
２０…樹脂充填材
２１…スルーホール導体
２２…閉塞体
３０、３２、４０、４２…ビア導体
３１、４１…導体層
３３…端子パッド
３４…半田バンプ
４３…ＢＧＡ用パッド
４４…半田ボール
５０…空洞部
１００…半導体チップ
Ｃ…チップコンデンサ
Ｌ…チップインダクタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コア基板に形成された空洞部内に複数の部品を配置した部品内蔵配線基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、コア基板の両側に導体層及び絶縁層を交互に積層して配線基板を構成し、配線基板上にＩＣチップ等を搭載したパッケージが知られている。近年、ＩＣチップの高速化及び端子数の増加により、外部基板から配線基板を経由してＩＣチップに電源を供給する場合、電源電圧の不安定化やノイズの影響によるＩＣチップの誤動作が問題となる。そのため、配線基板において、電源供給のための電気的経路に沿ってノイズを除去可能なデカップリングコンデンサを配置する対策が有効である。配線基板内に配置されるデカップリングコンデンサとしては、ＩＣチップまでの配線距離の短縮化の観点から、コア基板内に設けた空洞部内にチップコンデンサを配置する構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような構造の配線基板において、例えば、電源配線とグランド電位との間にチップコンデンサを接続することにより、電源配線に伝播するノイズを抑制することができる。
【０００３】
また、上記従来の配線基板においては、ＩＣチップに対して複数の電源電圧を供給する構成が一般的に採用される。この場合、配線基板には、ＩＣチップに接続される複数の電源配線のそれぞれに対して個別にデカップリングコンデンサを設ける必要がある。例えば、上記特許文献１の図１には、配線基板に設けた空洞部である凹部内に、２つのチップコンデンサを所定方向に並べて配置した構造が開示されている。かかる構造は、チップコンデンサ以外の複数の部品を空洞部内に配置した配線基板に対しても適用することができる。このような構造を有する配線基板においては、所定のサイズを有する空洞部内に複数の部品を効率的に配置することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３５２２５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、配線基板を経由してＩＣチップに複数の電源電圧を供給する場合、それぞれの電源配線の相互間の電気的干渉によってノイズが伝播することに起因して、ＩＣチップの動作に不具合を生じる恐れがある。しかし、上記従来の配線基板の構造を採用すると、空洞部内に配置された複数の部品の間を伝播するノイズの影響が大きくなることは避けられない。すなわち、配線基板の空洞部内において複数の部品が互いに近接配置されるとともに、それぞれの電気的経路が並列した状態であるため電気的干渉が生じやすく、特に高い周波数成分のノイズは複数の部品の電気的経路を介して伝播しやすいという問題がある。また、複数の部品間の距離を広げると、互いの電気的干渉を軽減することは可能であるが、この場合は配線基板に大きな空洞部を設ける必要が生じ、配線基板の小型化に支障を来す。
【０００６】
そこで、本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、コア基板の空洞部に複数の部品を内蔵した場合であっても部品相互間の電気的干渉を抑制し、小型で信頼性の高い部品内蔵配線基板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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の部品内蔵配線基板は、空洞部が形成されたコア基板と、前記空洞部内に配置された複数の部品と、前記コア基板の一方又は両方の主面側に絶縁層及び導体層を交互に積層形成した配線積層部と、前記空洞部を画定するコア基板の内壁面と前記複数の部品との間隙部に充填された樹脂充填材と、を備えた部品内蔵配線基板において、前記空洞部は、平面視で５個以上の角部を有する形状に形成され、前記複数の部品は、平面視で互いに略直交する第１の方向及び第２の方向に関し、前記第１の方向に沿った電気的経路を有する第１の部品と、前記第２の方向に沿った電気的経路を有する第２の部品とを含むことを特徴としている。
【０００８】
また、上記課題を解決するため、本発明の部品内蔵配線基板は、前記コア基板、前記複数の部品、前記配線積層部、前記樹脂充填層を備えた部品内蔵配線基板において、前記空洞部は、平面視で互いに略直交する第１の方向及び第２の方向の少なくとも一方に対して非対称な形状に形成され、前記複数の部品は、前記第１の方向に沿った電気的経路を有する第１の部品と、前記第２の方向に沿った電気的経路を有する第２の部品とを含むことを特徴としている。
【０００９】
本発明の部品内蔵配線基板によれば、部品内蔵配線基板のコア基板に空洞部を形成し、その中の複数の部品のうち第１及び第２の部品をそれぞれの電気的経路が略直交するように配置し、空洞部を画定するコア基板の内壁面と各部品との間隙部に樹脂充填材を充填した構造となっている。よって、例えば、近接配置される２つの部品が互いに異なる電源配線に接続される場合であっても、両者の電気的経路を直交させることで、電気的経路が並列する場合に比べると相互の電気的干渉を十分に小さくすることができ、複数の部品相互間のノイズの伝播を防止して電気的信頼性を高めることができる。この場合、空洞部を、平面視で単純な矩形ではなく５個以上の角部を有する複雑な平面形状、あるいは第１の方向又は第２の方向に対して非対称な形状にすることで、電気的経路が直交する第１及び第２の部品の長手方向が異なったとしても、その形状に空洞部の平面形状を適合させることで効率的な配置が可能となる。
【００１０】
前記第１及び第２の部品は、前記コア基板及び前記樹脂充填材よりも剛性が高い材料を用いて形成することが望ましい。この場合、同じ形状の複数の部品を並列に配置すると、特定方向に沿って剛性が低下するが、本発明の構造によれば、空洞部の平面形状も多様な方向性を有し、かつ複数の部品は互いに方向性が異なるので、特定方向に沿って剛性の低下を招くことなく部品内蔵配線基板全体の強度を高めることができる。
【００１１】
前記空洞部を平面視した外形は、特に制約されないが、例えば、前記第１の方向の直線群と前記第２の方向の直線群により構成することができる。これにより、通常は平面視で長方形等の形状を有する部品の配置に適合させやすく、コア基板に空洞部を形成する際の加工を簡素化することができる。
【００１２】
前記第１及び第２の部品としては、両端に形成された１対の端子電極を有する部品を用いることができる。この場合、１対の端子電極が対向する方向が電気的経路の方向に一致する。このとき、前記第１及び第２の部品の電気的接続は、特に制約されないが、例えば、それぞれの一方の端子電極を互いに異なる電源電圧の配線に接続するとともに、それぞれの他方の端子電極を近接配置させて共通の電位に接続することができる。このような接続形態においては、共通の電位に接続された端子電極同士は電気的ショートによる不具合が生じないため、互いに近接する配置にさせてもよい。
【００１３】
また、前記第１及び第２の部品としては、例えば、平面視で長方形に形成されたチップ部品を用いることができる。なお、このときの１対の端子電極は長方形の２つの短辺側に形成されるので、電気的経路は長方形の２つの長辺が沿う長手方向に一致する。前記第１及び第２の部品は、例えば、コンデンサを挙げることができ、特に電源電圧に接続されるデカップリング用のチップコンデンサが典型的な例である。
【００１４】
なお、前記空洞部のうち前記樹脂充填材が充填される間隙部の幅は、平面視で前記第１及び第２の部品のそれぞれの短辺の長さより短く設定することが望ましい。間隙部の幅が広すぎると、空洞部内の剛性が低い領域が拡大して配線基板の強度を低下させるし、逆に間隙部の幅が狭すぎると、部品及びコア基板との熱膨張率の差に起因する変形を吸収するのに支障を来す。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、部品内蔵配線基板のコア基板に形成した空洞部に複数の部品を内蔵する場合、各部品の電気的経路が略直交するように配置し、その配置に適合するように空洞部の平面形状を形成したので、空洞部内で近接する部品同士の間の電気的干渉を抑制することが可能となる。これにより、各部品の電気的経路を介するノイズの伝播や電位の不安定化を有効に防止し、配線基板の電気的信頼性を高めることができる。また、空洞部の平面形状は５個以上の角部を有する形状か、あるいは略直交する２方向のいずれかに対して非対称な形状であるため、空洞部を画定するコア基板の内壁面と各部品との間を樹脂充填材で埋めたときに高い剛性を保ちやすく、配線基板全体の強度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態の部品内蔵配線基板の概略の断面構造図である。
【図２】図１の配線基板のコア基板に形成された空洞部の内部を平面視で見た模式的な平面図の例を示す図である。
【図３】図１の半導体チップと２個のチップコンデンサとの電気的接続の部分を含む等価回路の一例を示す図である。
【図４】本実施形態との対比のため、空洞部内に２個のチップコンデンサを並列に配置したときの平面構造を比較例として示す図である。
【図５】空洞部内に２個のチップコンデンサを図２と同様に配置したときの平面構造を示す図である。
【図６】本実施形態とは接続形態が異なる変形例を示す図である。
【図７】本実施形態とは空洞部の平面形状が異なる変形例を示す図である。
【図８】空洞部内に３個のチップコンデンサを配置した変形例を示す図である。
【図９】空洞部内に２個のチップインダクタを配置する場合の図３に対応する等価回路の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、以下に述べる実施形態は本発明の技術思想を適用した形態の一例であって、本発明が本実施形態の内容により限定されることはない。
【００１８】
まず、本発明を具体化した部品内蔵配線基板の構造について説明する。図１は、本実施形態の部品内蔵配線基板１０（以下、単に配線基板１０と呼ぶ）の概略の断面構造図を示している。図１に示すように、本実施形態の配線基板１０は、例えばガラス繊維を含んだエポキシ樹脂からなるコア基板１１と、コア基板１１の上面側のビルドアップ層１２（配線積層部）と、コア基板１１の下面側のビルドアップ層１３（配線積層部）とを含む構造を有している。コア基板１１には、中央領域を貫通する空洞部（キャビティ）５０が形成され、この空洞部５０の内部に２個のチップコンデンサＣが埋め込まれた状態で配置されている。また、コア基板１１には、外周領域を積層方向に貫通する複数のスルーホール導体２１が形成され、スルーホール導体２１の内部が例えばガラスエポキシ等からなる閉塞体２２で埋められている。配線基板１０の上部には、半導体素子である半導体チップ１００が載置されている。
【００１９】
ここで、図２には、図１の配線基板１０のコア基板１１に形成された空洞部５０の内部を平面視で見た模式的な平面図の例を示している。図２の下部には、便宜上、互いに直交するＸ方向（第１の方向）及びＹ方向（第２の方向）の座標軸を示している。Ｘ方向は図１の紙面横方向に対応し、Ｙ方向は図１の紙面垂直方向に対応する。空洞部５０の内部に、第１の部品であるチップコンデンサＣ（１）と第２の部品であるチップコンデンサＣ（２）とが配置されている。図２の例においては、２個のチップコンデンサＣはいずれも同形状であって、平面視で長さＬ及び幅Ｗ（Ｌ＞Ｗ）の長方形に形成される。また、２個のチップコンデンサＣは、長手方向（長さＬ）の両端に１対の端子電極Ｔを有している。それぞれの端子電極Ｔは、チップコンデンサＣの一端側の側面から表面及び裏面の各一部にかけて形成されている。一方のチップコンデンサＣ（１）は長手方向がＹ方向に沿って配置され、他方のチップコンデンサＣ（２）は長手方向がＸ方向に沿って配置されている。以下の説明では、それぞれのチップコンデンサＣの電気的経路を、１対の端子電極Ｔが対向する長手方向と定義する。従って、図２の例では、一方のチップコンデンサＣ（１）がＹ方向の電気的経路を有し、他方のチップコンデンサＣ（２）がＸ方向の電気的経路を有し、両者の電気的経路が互いに直交する位置関係にある。なお、かかるチップコンデンサＣの配置は電気的特性に関連するものであるが、詳細については後述する。
【００２０】
一方、図２の例においては、空洞部５０が平面視で６本の直線で囲まれて６個の角部を含む平面形状を有している。具体的には、Ｘ方向にそれぞれ長さＸ１、Ｘ２、Ｘ３を有する３本の直線と、Ｙ方向にそれぞれ長さＹ１、Ｙ２、Ｙ３を有する３本の直線と、Ｘ方向及びＹ方向の各直線が９０度で交わる６個の角部が存在する。ここで、Ｘ１＝Ｘ２＋Ｘ３、Ｙ１＝Ｙ２＋Ｙ３の関係にあることがわかる。図２からわかるように、空洞部５０の平面形状は、Ｘ方向とＹ方向のそれぞれに対して非対称である。なお、空洞部５０の平面形状は、コア基板１１の内壁面１１ａ（図１）の平面形状に合致する。また、図１に示すように、配線基板１０の積層方向において、空洞部５０の高さは２個のチップコンデンサＣの高さと概ね等しい。空洞部５０の内部において、上述の内壁面１１ａと２個のチップコンデンサＣとの幅Ｇの間隙部、及び２個のチップコンデンサＣに挟まれた幅Ｇの間隙部が樹脂充填材２０で埋められている。
【００２１】
なお、図２の例における寸法は特に制約されないが、具体例としては、例えば、Ｘ１＝２．１ｍｍ、Ｘ２＝０．９ｍｍ、Ｘ３＝１．２ｍｍ、Ｙ１＝１．４ｍｍ、Ｙ２＝０．５ｍｍ、Ｙ３＝０．９ｍｍ、Ｌ＝１．０ｍｍ、Ｗ＝０．５ｍｍ、Ｇ＝０.２ｍｍに設定することができる。
【００２２】
樹脂充填材２０は、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂からなる高分子材料からなり、各チップコンデンサＣをコア基板１１に形成された空洞部５０内に固定する役割がある。具体的には、樹脂充填材２０の弾性変形により、コア基板１１及び各チップコンデンサＣとの熱膨張率の差に起因する変形を吸収する作用がある。なお、各チップコンデンサＣは樹脂充填材２０及びコア基板１１よりも剛性が高く、樹脂充填材２０はコア基板１１よりも剛性が低い。ここで、チップコンデンサＣ、樹脂充填材２０、コア基板１１のそれぞれの剛性はヤング率を評価することにより比較することができる。ヤング率の測定方法としては、例えば、ナノインデンテーション法を用いることができる。測定装置としては、例えば、ナノインスツルメント社製の「ナノインデンターＩＩ」を用いることができる。図２の例では、空洞部５０において樹脂充填材２０で埋められた間隙部が共通の幅Ｇを有している。すなわち、一方のチップコンデンサＣ（１）の四辺と他方のチップコンデンサＣ（２）の四辺は全て幅Ｇの間隙部で囲まれている。本実施形態は、空洞部５０内の間隙部を均一な幅Ｇにすることには制約されないが、樹脂充填材２０による上述の変形を吸収する作用を考慮すると、間隙部の幅Ｇが大き過ぎても小さ過ぎても好ましくない。その場合、空洞部５０の平面形状が矩形であると仮定したときは、２個のチップコンデンサＣの長手方向を直交させて配置したときに間隙部の幅Ｇが不均一にならざるを得ないが、図２の平面形状を採用すれば間隙部の幅Ｇを容易に均一化することができる。
【００２３】
図１に戻って、一方のビルドアップ層１２は、コア基板１１の上部の樹脂絶縁層１４と、樹脂絶縁層１４の上部の樹脂絶縁層１５と、樹脂絶縁層１５の上部のソルダーレジスト層１６とが積層形成されてなる。樹脂絶縁層１４の上面には導体層３１が形成され、樹脂絶縁層１５の上面には複数の端子パッド３３が形成されている。樹脂絶縁層１４の所定箇所には、スルーホール導体２１の上端電極及びチップコンデンサＣの端子電極Ｔの表面部を導体層３１と積層方向に接続導通する複数のビア導体３０が設けられている。また、樹脂絶縁層１５の所定箇所には、導体層３１と複数の端子パッド３３を積層方向に接続導通する複数のビア導体３２が設けられている。ソルダーレジスト層１６は、複数箇所が開口されて複数の端子パッド３３が露出し、そこに複数の半田バンプ３４が形成されている。各々の半田バンプ３４は、配線基板１０に載置される半導体チップ１００の各パッド１０１に接続される。
【００２４】
また、他方のビルドアップ層１３は、コア基板１１の下部の樹脂絶縁層１７と、樹脂絶縁層１７の下部の樹脂絶縁層１８と、樹脂絶縁層１８の下部のソルダーレジスト層１９とが積層形成されてなる。樹脂絶縁層１７の下面には導体層４１が形成され、樹脂絶縁層１８の下面には複数のＢＧＡ用パッド４３が形成されている。樹脂絶縁層１７の所定箇所には、スルーホール導体２１の下端電極及びチップコンデンサＣの端子電極Ｔの裏面部を導体層４１と積層方向に接続導通する複数のビア導体４０が設けられている。また、樹脂絶縁層１８の所定箇所には、導体層４１と複数のＢＧＡ用パッド４３を積層方向に接続導通する複数のビア導体４２が設けられている。ソルダーレジスト層１９は、複数箇所が開口されて複数のＢＧＡ用パッド４３が露出し、そこに複数の半田ボール４４が接続される。複数の半田ボール４４は、外部基材（不図示）と電気的に接続可能な構造を有する。
【００２５】
図３は、図１の半導体チップ１００と２個のチップコンデンサＣとの電気的接続の部分を含む等価回路の一例を示している。図３に示すように、半導体チップ１００に対しては、外部基材から配線基板１０を介して、電源電圧Ｖ１、電源電圧Ｖ２、グランド電位ＧＮがそれぞれ供給されている。このうち、２系統の電源電圧Ｖ１、Ｖ２は、互いに異なる電圧値であってもよいが、互いに等しい電圧値であってもよい。そして、一方のチップコンデンサＣ（１）は電源電圧Ｖ１のデカップリングコンデンサとして用いられ、他方のチップコンデンサＣ（２）は電源電圧Ｖ２のデカップリングコンデンサとして用いられる。
【００２６】
具体的には、チップコンデンサＣ（１）の１対の端子電極Ｔが電源電圧Ｖ１及びグランド電位ＧＮに接続され、チップコンデンサＣ（２）の１対の端子電極Ｔが電源電圧Ｖ２及びグランド電位ＧＮに接続される。また、電源電圧Ｖ１、Ｖ２、グランド電位ＧＮの各々は、半導体チップ１００のパッド１０１及び半田ボール４４と電気的に接続される。この場合の電気的接続は、図１において、パッド１０１、半田バンプ３４、端子パッド３３、ビア導体３２、導体層３１、ビア導体３０、チップコンデンサＣの端子電極Ｔ、ビア導体４０、導体層４１、ビア導体４２、ＢＧＡ用パッド４３、半田ボール４４の順に経由してなされる。ここで、上記２系統の電源電圧Ｖ１、Ｖ２は、半導体チップ１００内の異なる回路部分に供給されるので、互いの電気的干渉に起因してノイズの伝播や信号のリークが生じると、回路動作の不具合を招く恐れがある。かかる問題に対し、本実施形態では、以下に述べるように、空洞部５０内におけるチップコンデンサＣの配置に基づく効果により上記電気的干渉の影響を抑制している。
【００２７】
以下、図４及び図５を参照して、本実施形態のチップコンデンサＣの配置に基づく具体的な効果について説明する。図４は、本実施形態との対比のため、空洞部５０内に２個のチップコンデンサＣを並列に配置したときの平面構造を比較例として示し、図５は、空洞部５０内に２個のチップコンデンサＣを図２と同様に配置したときの平面構造を示している。図４及び図５には、図２と同様、Ｘ方向及びＹ方向の座標軸を示している。ここでは、空洞部５０がＸ方向に沿う複数の直線とＹ方向に沿う複数の直線とからなる平面形状を有することを想定する。
【００２８】
まず、図４においては、空洞部５０の平面形状がＸ方向の２辺とＹ方向の２辺からなる矩形であり、従来から採用されている典型的な平面形状となっている。空洞部５０内に配置される２個のチップコンデンサＣ（３）、Ｃ（４）は、いずれも長手方向がＸ方向に沿って配置される。そして、一方のチップコンデンサＣ（３）の１対の端子電極Ｔが電源電圧Ｖ１とグランド電位ＧＮにそれぞれ接続され、他方のチップコンデンサＣ（４）の１対の端子電極Ｔが電源電圧Ｖ２とグランド電位ＧＮにそれぞれ接続されている。すなわち、一方のチップコンデンサＣ（３）の１対の端子電極Ｔを結ぶ電気的経路Ｐ（３）と、他方のチップコンデンサＣ（４）の１対の端子電極Ｔを結ぶ電気的経路Ｐ（４）は、いずれもＸ方向に沿っている。なお、それぞれの電気的経路Ｐ（３）、Ｐ（４）の矢印の向きは電流の流れる方向を示すものとする。
【００２９】
図４の平面構造によれば、それぞれの電気的経路Ｐ（３）、Ｐ（４）が近接した状態で同じ方向に並んだ配置であるため、チップコンデンサＣ（３）、Ｃ（４）の間の電気的干渉が大きくなる。換言すれば、同方向に並ぶ２本の電気的経路Ｐ（３）、Ｐ（４）の間で相互インダクタンスが強め合うことになり、その影響は周波数が高くなるほど顕著になっていく。そのため、チップコンデンサＣ（３）、Ｃ（４）をそれぞれ異なる電源電圧Ｖ１、Ｖ２のデカップリングコンデンサとして用いるとき、空洞部内５０における電気的干渉（相互インダクタンス）に起因して、電源Ｖ１、Ｖ２の各配線同士のノイズの伝播や電源電圧の不安定化などを招く恐れがある。
【００３０】
これに対し、図５においては、空洞部５０の平面形状がＸ方向の３辺とＹ方向の３辺からなり、図２に示した平面形状となっている。空洞部５０内に配置される２個のチップコンデンサＣ（１）、Ｃ（２）は、図２と同様、互いの長手方向が直交して配置される。そして、一方のチップコンデンサＣ（１）の１対の端子電極Ｔが電源電圧Ｖ１とグランド電位ＧＮの間に接続され、他方のチップコンデンサＣ（２）の１対の端子電極Ｔが電源電圧Ｖ２とグランド電位ＧＮの間に接続されている。すなわち、一方のチップコンデンサＣ（１）の１対の端子電極Ｔを結ぶ電気的経路Ｐ（１）がＹ方向に沿い、他方のチップコンデンサＣ（２）の１対の端子電極Ｔを結ぶ電気的経路Ｐ（２）がＸ方向に沿っている。
【００３１】
従って、図５の平面構造によれば、それぞれの電気的経路Ｐ（１）、Ｐ（２）が近接しているが、互いに直交した配置であるため、図４と比べるとチップコンデンサＣ（１）、Ｃ（２）の間の電気的干渉が相対的に小さくなる。換言すれば、互いに直交する関係にある電気的経路Ｐ（１）、Ｐ（２）の間の相互インダクタンスは、周波数が高い場合であっても十分に小さくなる。従って、チップコンデンサＣ（１）、Ｃ（２）をそれぞれ異なる電源電圧Ｖ１、Ｖ２のデカップリングコンデンサとして用いるとき、図４とは異なり、空洞部内５０における電気的干渉（相互インダクタンス）が抑制されるため、電源電圧Ｖ１、Ｖ２の各配線同士のノイズの伝播や電源電圧の不安定化などを有効に防止することができる。
【００３２】
また、図５の平面構造によれば、図４の平面構造に比べて、空洞部５０内の間隙部に充填された樹脂充填材２０の部分による剛性の低下を抑制することができる。すなわち、図４及び図５において、空洞部５０と２個のチップコンデンサＣとの間隙部に埋められた樹脂充填材２０の部分で剛性が低くなるが、図４の空洞部５０が矩形であるのに対し、図５の空洞部５０が相対的に多くの直線及び角部を有する複雑な平面形状であることから、特に積層方向に応力が加わったときに高い剛性を保つのに有利な構造を実現することができる。これにより、配線基板１０の空洞部５０の近辺におけるクラックや割れを防止する効果が得られる。図４及び図５における空洞部５０の平面形状の相違は、上述したように、２個のチップコンデンサＣの長手方向を同方向でなく直交させて配置させることに由来するものである。
【００３３】
以上、本発明を適用した配線基板１０の特徴的な構造を説明したが、本実施形態において示した平面構造は一例であって、以下に挙げる多様な変形例に対して本発明を適用することができる。図６は、本実施形態とは接続形態が異なる変形例を示している。図６において、空洞部５０及び２個のチップコンデンサＣの平面形状は図５と共通であるが、各チップコンデンサＣに対する電気的接続が変更されている。具体的には、一方のチップコンデンサＣの端子電極Ｔａと他方のチップコンデンサＣの端子電極Ｔｂのそれぞれをグランド電位ＧＮに接続している。つまり、２個のチップコンデンサＣのうち共通のグランド電位ＧＮに接続される側を互いに近接する端子電極Ｔａ、Ｔｂとしたものである。図５の場合とは電気的経路Ｐ（１）、Ｐ（２）が逆方向になる。端子電極Ｔａ、Ｔｂにそれぞれ接続される配線は、配線基板１０内の所定の位置で電気的に接続される。図６の平面構造により、共通電位に接続される側の端子電極Ｔａ、Ｔｂがショートしたとしても動作上の問題がないため、２個のチップコンデンサＣの部品間隔を短縮することができる。
【００３４】
また、図７は、本実施形態とは空洞部５０の平面形状が異なる変形例を示している。すなわち、図５の空洞部５０が６本の直線及び６個の角部を有する平面形状であるのに対し、図７の空洞部５０は８本の直線及び８個の角部を有する平面形状となっている。この場合、一方のチップコンデンサＣ（１）を基準に、他方のチップコンデンサＣ（２）の長手方向がチップコンデンサＣ（１）の略中心部に沿うように配置されている。図７の変形例によれば、空洞部５０の平面形状の直線及び角部が増えた分だけ高い剛性を保つのに有利な構造を実現できる。
【００３５】
なお、本実施形態の空洞部５０は、矩形等の単純な平面形状で形成することなく、５個以上の角部を有するか、あるいはＸ方向及びＹ方向のいずれかに対し非対称な平面形状で形成することが条件である。よって、図５や図７に示した平面形状に限られることなく、多様な平面形状で形成することができる。かかる条件を満たす限り、空洞部５０を構成する平面形状が、Ｘ方向／Ｙ方向以外の方向の直線を含んでいてもよいし、部分的に曲線を含んでいてもよい。また、空洞部５０を構成する平面形状の各角部に対し、面取り（Ｒ面取り、Ｃ面取り）を施してもよい。
【００３６】
また、図８は、空洞部５０内に３個のチップコンデンサＣを配置した変形例を示している。すなわち、図５の２個のチップコンデンサＣ（１）、Ｃ（２）に加えて、チップコンデンサＣ（３）を加えたものである。図８の変形例では、チップコンデンサＣ（１）を挟んで両側にチップコンデンサＣ（２）、Ｃ（３）が対称的に配置され、それぞれの電気的経路Ｐ（２）、Ｐ（３）は同一方向に沿っている。ただし、両側のチップコンデンサＣ（２）、Ｃ（３）は隣接せずに距離が離れているので、互いの電気的干渉は小さくなる。この場合、隣接する２個のチップコンデンサＣ（１）、Ｃ（２）同士、あるいは、隣接する２個のチップコンデンサＣ（１）、Ｃ（３）同士は、本実施形態で述べたように電気的経路Ｐが互いに直交した関係にあるので、電気的干渉を抑える効果を享受することができる。なお、図８の変形例に限らず、さらにチップコンデンサＣを増やした場合であっても、隣接するチップコンデンサＣの電気的経路Ｐを直交させる限り、本発明の適用が可能である。
【００３７】
さらに、空洞部５０内に配置される部品は、チップコンデンサＣに限られず、例えば、チップインダクタを用いてもよい。図９は、空洞部５０内に２個のチップインダクタＬを配置する場合の図３に対応する等価回路の一例を示している。図９においては、２系統の電源電圧Ｖ１、Ｖ２に対し、２個のチップインダクタＬをチョークコイルとして用いる場合を示している。すなわち、一方のチップインダクタＬ（１）は電源電圧Ｖ１の配線に直列に挿入され、他方のチップインダクタＬ（２）は電源電圧Ｖ２の配線に直列に挿入されている。この場合の空洞部５０の平面図は、図２の２個のチップコンデンサＣを２個のチップインダクタＬで置き換えればよい。図９の等価回路に対し本発明を適用する場合であっても、空洞部内５０のチップインダクタＬ同士の電気的干渉を抑制する効果については同様である。
【００３８】
なお、空洞部５０内において、チップコンデンサＣとチップインダクタＬを混在させる場合であっても、同様の配置に従って本発明を適用することができる。また、空洞部５０内に配置される部品は、チップコンデンサＣやチップインダクタＬに限られることなく、多様な部品を用いることができる。
【００３９】
以上の構造を有する本実施形態の配線基板１０は、空洞部５０の構造を除いて周知の手法を用いて作製することができる。なお、空洞部５０の形成に関しては、平面形状が矩形である場合と同様、例えば、ルータを用いて加工することができる。この場合、空洞部５０の平面形状に適合するようにルータのＸ方向及びＹ方向の移動を制御することにより、複雑な平面形状を有する空洞部５０を形成することができる。
【００４０】
以上、本実施形態に基づき本発明の内容を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で多様な変更を施すことができる。例えば、本実施形態では、半導体チップ１００を載置した配線基板１０に対して本発明を適用する場合を説明したが、空洞部５０に複数の部品が内蔵されていれば、半導体チップ１００以外の部品を載置した配線基板１０に対して本発明を適用することができる。また、本実施形態では、コア基板にガラス繊維を含んだエポキシ樹脂を用いた場合を説明したが、コア基板に金属板や感光性ガラスを用いる場合には、スルーホール導体２１が形成される貫通孔と、複数の部品が内蔵される空洞部５０とをエッチングによって同時に形成することもできる。その他の点についても上記実施形態により本発明の内容が限定されるものではなく、本発明の作用効果を得られる限り、上記実施形態に開示した内容には限定されることなく適宜に変更可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１０…部品内蔵配線基板
１１…コア基板
１２、１３…ビルドアップ層
１４、１５、１７、１８…樹脂絶縁層
１６、１９…ソルダーレジスト層
２０…樹脂充填材
２１…スルーホール導体
２２…閉塞体
３０、３２、４０、４２…ビア導体
３１、４１…導体層
３３…端子パッド
３４…半田バンプ
４３…ＢＧＡ用パッド
４４…半田ボール
５０…空洞部
１００…半導体チップ
Ｃ…チップコンデンサ
Ｌ…チップインダクタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空洞部が形成されたコア基板と、
前記空洞部内に配置された複数の部品と、
前記コア基板の一方又は両方の主面側に絶縁層及び導体層を交互に積層形成した配線積層部と、
前記空洞部を画定する前記コア基板の内壁面と前記複数の部品との間隙部に充填された樹脂充填材と、
を備えた部品内蔵配線基板において、
前記空洞部は、平面視で５個以上の角部を有する形状に形成され、
前記複数の部品は、平面視で互いに略直交する第１の方向及び第２の方向に関し、前記第１の方向に沿った電気的経路を有する第１の部品と、前記第２の方向に沿った電気的経路を有する第２の部品とを含む、
ことを特徴とする部品内蔵配線基板。
【請求項２】
空洞部が形成されたコア基板と、
前記空洞部内に配置された複数の部品と、
前記コア基板の一方又は両方の主面側に絶縁層及び導体層を交互に積層形成した配線積層部と、
前記空洞部を画定する前記コア基板の内壁面と前記複数の部品との間隙部に充填された樹脂充填材と、
を備えた部品内蔵配線基板において、
前記空洞部は、平面視で互いに略直交する第１の方向及び第２の方向の少なくとも一方に対して非対称な形状に形成され、
前記複数の部品は、前記第１の方向に沿った電気的経路を有する第１の部品と、前記第２の方向に沿った電気的経路を有する第２の部品とを含む、
ことを特徴とする部品内蔵配線基板。
【請求項３】
前記第１及び第２の部品は、前記コア基板及び前記樹脂充填材よりも剛性が高い材料を用いて形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の部品内蔵配線基板。
【請求項４】
前記空洞部は、平面視した外形が前記第１の方向の直線群と前記第２の方向の直線群とにより構成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の部品内蔵配線基板。
【請求項５】
前記第１の部品は、前記第１の方向の両端に形成された１対の端子電極を有し、
前記第２の部品は、前記第２の方向の両端に形成された１対の端子電極を有する、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の部品内蔵配線基板。
【請求項６】
前記第１の部品の前記１対の端子電極のうちの一方の電極と、前記第２の部品の前記１対の端子電極のうち前記第１の部品と近接する一方の電極とは、共通の電位に接続されることを特徴とする請求項５に記載の部品内蔵配線基板。
【請求項７】
前記第１の部品は、平面視した外形が前記第１の方向の２つの長辺と前記第２の方向の２つの短辺とを有する長方形に形成され、
前記第２の部品は、平面視した外形が前記第１の方向の２つの短辺と前記第２の方向の２つの長辺とを有する長方形に形成される、
ことを特徴とする請求項６に記載の部品内蔵配線基板。
【請求項８】
前記空洞部において、平面視で前記間隙部の幅が前記第１及び第２の部品のそれぞれの短辺の長さより小さいことを特徴とする請求項７に記載の部品内蔵配線基板。
【請求項９】
前記第１及び第２の部品は、コンデンサであることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の部品内蔵配線基板。
【請求項１】
空洞部が形成されたコア基板と、
前記空洞部内に配置された複数の部品と、
前記コア基板の一方又は両方の主面側に絶縁層及び導体層を交互に積層形成した配線積層部と、
前記空洞部を画定する前記コア基板の内壁面と前記複数の部品との間隙部に充填された樹脂充填材と、
を備えた部品内蔵配線基板において、
前記空洞部は、平面視で５個以上の角部を有する形状に形成され、
前記複数の部品は、平面視で互いに略直交する第１の方向及び第２の方向に関し、前記第１の方向に沿った電気的経路を有する第１の部品と、前記第２の方向に沿った電気的経路を有する第２の部品とを含む、
ことを特徴とする部品内蔵配線基板。
【請求項２】
空洞部が形成されたコア基板と、
前記空洞部内に配置された複数の部品と、
前記コア基板の一方又は両方の主面側に絶縁層及び導体層を交互に積層形成した配線積層部と、
前記空洞部を画定する前記コア基板の内壁面と前記複数の部品との間隙部に充填された樹脂充填材と、
を備えた部品内蔵配線基板において、
前記空洞部は、平面視で互いに略直交する第１の方向及び第２の方向の少なくとも一方に対して非対称な形状に形成され、
前記複数の部品は、前記第１の方向に沿った電気的経路を有する第１の部品と、前記第２の方向に沿った電気的経路を有する第２の部品とを含む、
ことを特徴とする部品内蔵配線基板。
【請求項３】
前記第１及び第２の部品は、前記コア基板及び前記樹脂充填材よりも剛性が高い材料を用いて形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の部品内蔵配線基板。
【請求項４】
前記空洞部は、平面視した外形が前記第１の方向の直線群と前記第２の方向の直線群とにより構成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の部品内蔵配線基板。
【請求項５】
前記第１の部品は、前記第１の方向の両端に形成された１対の端子電極を有し、
前記第２の部品は、前記第２の方向の両端に形成された１対の端子電極を有する、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の部品内蔵配線基板。
【請求項６】
前記第１の部品の前記１対の端子電極のうちの一方の電極と、前記第２の部品の前記１対の端子電極のうち前記第１の部品と近接する一方の電極とは、共通の電位に接続されることを特徴とする請求項５に記載の部品内蔵配線基板。
【請求項７】
前記第１の部品は、平面視した外形が前記第１の方向の２つの長辺と前記第２の方向の２つの短辺とを有する長方形に形成され、
前記第２の部品は、平面視した外形が前記第１の方向の２つの短辺と前記第２の方向の２つの長辺とを有する長方形に形成される、
ことを特徴とする請求項６に記載の部品内蔵配線基板。
【請求項８】
前記空洞部において、平面視で前記間隙部の幅が前記第１及び第２の部品のそれぞれの短辺の長さより小さいことを特徴とする請求項７に記載の部品内蔵配線基板。
【請求項９】
前記第１及び第２の部品は、コンデンサであることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の部品内蔵配線基板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−２１２６９（Ｐ２０１３−２１２６９Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５５７７８（Ｐ２０１１−１５５７７８）
【出願日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
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