CN101232780A - 内置电容器的印刷布线板的制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够利用相同的方法高精度地形成高频用小型电容器、去耦电容器以及EMI用滤波电容器的内置有电容器的印刷布线板的制造方法。其特征在于：准备在各面上分别具有第1以及第2金属箔(2)、(3)的绝缘基底材料(1)；在上述第1金属箔上设置成为金属掩模(7)的开口；使用上述金属掩模，以成为从上述金属掩模的周缘部朝向中央部连续的斜面的方式，除去在上述金属掩模的开口部露出的上述绝缘基底材料；对于形成有斜面的上述绝缘基底材料，以比上述金属掩模小的直径，对上述绝缘基底材料进行除去，直到上述第2金属箔露出；利用印刷法以如下方式形成电介质层(10)，即，以比上述金属掩模小且比由上述绝缘基底材料露出的上述第2金属箔大的面积覆盖由上述绝缘基底材料露出的上述第2金属箔；在上述电介质层之上形成导体层，将上述导体层作为第1电极，将上述第2金属箔的与上述电介质层接触的面作为第2电极。

Description

内置电容器的印刷布线板的制造方法
技术领域
本发明涉及一种印刷布线板的结构及制造方法，特别涉及一种内置电容器结构的印刷布线板的制造方法。
背景技术
近年来，印刷布线板要求轻型化，并且，为了搭载小型、多插针化的BGA(球栅阵列)或PGA(针栅阵列)、CSP(芯片尺寸封装)等，要求布线的微细化及高密度化。
但是，随着布线的高密度化的发展，由于各布线图形彼此接近，引起在布线间产生串扰噪声、或者电源线或地线等的电位变动等的问题。
特别是，在搭载要求高速的开关动作的半导体元件或电子部件等的情况下，与频率的上升相伴，容易产生串扰噪声，此外，开关元件高速地进行导通/截止而产生开关噪声，由此，电源线等的电位容易变动。这涉及到所搭载的半导体元件等的动作可靠性的下降，不优选。
因此，以使电源电压稳定、并且使开关噪声等降低为目的，以往，在搭载有半导体元件的半导体封装(package)中设置片式电容器等电容元件，对电源线等进行“去耦(decoupling)”。
作为典型的方法，存在如下方法：在与半导体封装的搭载半导体元件等的一侧相同的面或其相反侧的面，利用焊接等对片式电容器进行表面安装。除此以外，受到信号传输的高速化的影响，多使用作为噪声对策的EMI用滤波电容器。
此外，要求高功能化、高速化的便携电话等移动设备的安装中所允许的设备内的空间或布线板上的面积日益变小。例如，作为面向小型化不断发展的便携电话的电子部件之一，可列举电容器。在面向便携电话的代表性的小型电容器中，有0402(尺寸：长度0.4mm×宽度0.2mm×高度0.2mm)、0603(尺寸：长度0.6mm×宽度0.3mm×高度0.3mm)等。
作为现有技术的问题，可举出如下问题：由于针对上述以下的大小的小型化的部件制造以及安装是困难的，此外，每1台便携电话中搭载250个左右的电容器，所以，需要部件成本以及安装成本。
因此，作为新的安装方式，开发出如下的部件内置布线版：将部件内置在布线板中，由此，确保新的安装区域或空间，可进行三维的安装。截止到目前为止，作为部件内置印刷布线板，正在进行在玻璃环氧树脂或陶瓷等基材或者布线板中内置电阻、电容器、电感等无源元件的技术开发，一部分已被实用化。
此外，对于专利文献1(第4页、第0031段)或专利文献2(第5页、第0031段)中记载的电容器内置布线板来说，电介质使用电淀积的聚酰亚胺等的树脂。由于聚酰亚胺的相对介电常数约为3.3，所以，能够高密度地制作入高频用小型电容器的静电电容为0.1-1pF左右。
但是，步骤繁琐，而且，为了得到去耦电容器所需的0.005-0.1μF左右的电容，需要大面积，所以，不适于高密度化。并且，在多层布线板中，由于需要电淀积引线，所以，存在能够形成电介质的场所被限定这样的设计上的制约。
此外，对于专利文献3(第2页、第0008段)中记载的电容器内置布线板来说，由于将电介质填充在孔内，所以，电极间距离变大，为了使电容增大，就需要大面积，所以，不适于高密度化。
因此，为了解决这些课题，由本申请的申请人申请了制造同时地高密度地内置0.1-1pF左右的高频用小型电容器、0.005-0.1μF左右的去耦电容器以及EMI用滤波电容器的布线板的方法(特愿2006-133346号(以下，称为在先申请。))。但是，EMI用滤波电容器需要制作入高精度的电容，上述在先申请的内容不一定充分。
图2是表示上述在先申请的电容器内置布线板的制造方法的剖面步骤，首先，如图2(1)所示，准备在聚酰亚胺等可挠性绝缘基底材料21的两面具有铜箔等的第1导体层22、第2导体层23的所谓两面覆铜叠层板24，使用利用通常的照相化学腐蚀方法的刻蚀方法，在第1导体层22的所需位置，形成用于形成金属掩模的抗蚀剂层25，该金属掩模在形成孔或槽的部位具有开口。在该步骤中，优选利用层压装置等粘贴干膜抗蚀剂等。此外，基底材料使用25μm厚的聚酰亚胺。
接着，如图2(2)所示，使用抗蚀剂层25，使用利用通常的照相化学腐蚀方法的刻蚀方法，形成金属掩模27，该金属掩模27在形成孔或槽的部位具有开口26。
接着，如图2(3)所示，对由该开口26露出的可挠性绝缘基底材料21，通过单独或组合激光加工方法、等离子体刻蚀方法、树脂刻蚀方法等刻蚀除去用于形成电容器的孔28、和用于形成通孔的孔29，形成孔28和孔29，该孔28用于形成到达另一面的导体层23的有底的电容器，该孔29用于形成通孔。
在此，同时形成各种形状的孔，而且为了在孔的壁面上带有45°以下的锥形，以利用药液处理的树脂刻蚀方法来形成。此情况下，树脂刻蚀速度根据聚酰亚胺薄膜的种类而不同，所以，作为可挠性绝缘基底材料21的种类，优选是通过均苯四甲酸二酐和芳香族二胺的缩聚而得到的聚酰亚胺薄膜(例如，美国杜邦公司制的聚酰亚胺薄膜(Kapton)、钟渊化学株式会社的APICAL)或类似于此的结构的热可塑性聚酰亚胺等。
此外，作为将孔的壁面加工成45°以下的锥形形状的理由是因为，在下一步骤的涂敷电介质时，使膏到达锥状的壁面，由此，可靠地防止电容器结构部中的短路。基底材料使用25μm厚的聚酰亚胺，所以，使孔的壁面成为45°以下的锥形形状，由此，涂敷电介质时的位置偏移允许量为±10μm，所以，利用喷墨方法就能够充分对应。在此，将上孔径和下孔径之差设计为40μm。
接着，如图2(4)所示，使用喷墨方法在由孔28露出的第2导体层上涂敷电介质30，并使其热硬化。在此，为了防止电容器结构部中的短路，需要在第2导体层3上无间隙地描绘电介质。因此，如图2(4)所示，以达到形成在可挠性基底材料21上的孔的壁面方式描绘电介质。
此外，去耦电容器在本发明的方式中需要100mm2左右的面积，所以，底面使用丝网印刷、壁面部使用喷墨方法也是有效的。
在电介质使用电淀积聚酰亚胺的情况下，必须用掩模带等保护没有析出聚酰亚胺的部分。但是，如果使用高电介质膏，则能够利用喷墨方法或丝网印刷只在任意的场所进行涂敷，所以，能够谋求步骤的简化，并且，还能够通过改变电介质的相对介电常数或膜厚以及涂敷面积来获得任意的静电电容。
此外，喷墨用的油墨与丝网印刷用膏相比，溶剂部分较多，所以，热硬化后的膜减少也较多。由此，即使使用相同的介电常数的油墨，与利用丝网印刷所形成的电介质相比，由喷墨所形成的电介质变薄，能够形成高电容的电容器。
在利用喷墨方法描绘电介质时，能够以1次描绘在表面上形成1.5μm左右的凹凸，但是，以3次描绘的、膜厚3.5μm左右的表面的凹凸变小到0.2μm左右。在此，为了可靠地防止通孔引起的短路，以5次描绘形成5μm的膜厚。
此后，如图2(5)所示，对第1导体层22以及在由孔28露出的第2导体层23上所涂敷的电介质30、以及孔28的壁面以及由孔29露出的第2导体层23之上和孔29的壁面进行导电化处理，形成电镀覆盖膜31。
然后，如图2(6)所示，对第1导体层22、第2导体层23以及电镀覆盖膜31使用利用照相化学腐蚀方法的刻蚀方法，形成电路图形32、33，由此，得到内置有电容器结构的两面可挠性布线板34。
专利文献1  特开2004-235490号公报
专利文献2  特开2004-39908号公报
专利文献3  特开2003-304060号公报
如上所述，期望一种用于制造同时地高密度地内置0.1-1pF左右的高频用小型电容器、0.005-0.1μF左右的去耦电容器以及EMI用滤波电容器的布线板的方法。
为了使静电电容增大，使两电极间的间隔变窄，即，使电介质变薄是重要的。此外，电介质的相对介电常数较大的，用较少的面积就能够增大静电电容。而且，在现有的技术中，不能够用相同的方法高精度地制作小电容电容器以及大电容电容器。
发明内容
本发明是考虑到上述问题而进行，其目的在于提供一种能够利用相同的方法形成高频用小型电容器、去耦电容器以及EMI用滤波电容器的内置有电容器的印刷布线板的制造方法。
为了达成上述目的，本申请发明提供一种内置有电容器的印刷布线板的制造方法，具有如下步骤：第1步骤，准备在各面上分别具有第1以及第2金属箔的绝缘基底材料；第2步骤，在上述第1金属箔上设置成为金属掩模的开口；第3步骤，使用上述金属掩模，以成为从上述金属掩模的周缘部朝向中央部连续的斜面的方式，除去在上述金属掩模的开口部露出的上述绝缘基底材料；第4步骤，对于形成有斜面的上述绝缘基底材料，以比上述金属掩模小的直径，对上述绝缘基底材料进行除去，直到上述第2金属箔露出；第5步骤，利用印刷法，以如下方式形成电介质层，即，以比上述金属掩模小且比由上述绝缘基底材料露出的上述第2金属箔大的面积覆盖由上述绝缘基底材料露出的上述第2金属箔；第6步骤，在上述电介质层之上形成导体层，将上述导体层作为第1电极，将上述第2金属箔的与上述电介质层接触的面作为第2电极。
根据这些特征，本发明起到如下效果。
根据本发明，对绝缘基底材料进行除去，并利用激光除去孔底的残膜，由此，在壁面上形成台阶差，使所涂敷的电介质层到达孔的壁面的台阶差，由此，能高精度地规定电容器的电极面积，并且，能够更加可靠地防止电容器结构部中的短路。此外，使用喷墨方法或丝网印刷等印刷法在孔底形成电介质层，所以，能够在任意的场所以小面积形成各种电容的电容器。
其结果是，能够用相同的方法廉价稳定地制造高精度地内置0.1-1pF左右的高频用小型电容器、0.005-0.1μF左右的去耦电容器以及EMI用滤波电容器的印刷布线板。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施例的制造步骤图。
图2是表示现有方法的制造步骤图。
具体实施方式
下面，参照图示的实施例，进一步说明本发明。
图1是表示内置本发明的一个实施例的电容器结构的印刷布线板的制造方法的剖面步骤图。在此方法中，首先，如图1(1)所示，准备在聚酰亚胺等可挠性绝缘基底材料1的两面具有铜箔等第1金属箔2、第2金属箔3的所谓的两面覆铜叠层板4，使用利用通常的照相化学腐蚀制造方法的刻蚀方法，在第1金属箔2的所需位置，形成抗蚀剂层5，该抗蚀剂层5用于形成在形成孔的部位具有开口的金属掩模。
在该步骤中，优选使用层压装置等粘贴干膜抗蚀剂等。并且，基底材料使用25μm厚的聚酰亚胺。
接着，如图1(2)所示，使用抗蚀剂层5，使用利用通常的照相化学腐蚀制造方法的刻蚀方法，形成金属掩模7，该金属掩模7在形成孔的部位具有开口6。
接着，如图1(3)所示，对在由开口6露出的可挠性绝缘基底材料1上形成电容器用的孔8和用于形成通孔的孔9，单独或组合实施激光加工方法、等离子体刻蚀方法、树脂刻蚀方法等，由此，进行薄膜化。在此，使用利用药液处理的树脂刻蚀方法。
此情况下，树脂刻蚀速度因聚酰亚胺薄膜的种类而不同，所以，作为可挠性绝缘基底材料1的种类，优选是通过均苯四甲酸二酐和芳香族二胺的缩聚而得到的聚酰亚胺薄膜(例如，美国杜邦公司制的聚酰亚胺薄膜(Kapton)、钟渊化学株式会社的APICAL)或类似于这些的结构的热可塑性聚酰亚胺等。
对于绝缘基底材料的除去量来说，优选是在最薄部残留5μm左右的厚度的状态。使绝缘基底材料变薄的理由是因为，以在下面步骤中的激光加工等除去绝缘基底材料时，以较少的发射数提高除去面积的精度，和以在孔的壁面上形成台阶差为目的，从金属掩模的周缘部向孔的中央部形成斜面。
电容器的电容由电极面积、电极间距离以及电极间的相对介电常数决定，但是，在此高精度地规定电极面积大大有助于电容精度的提高。因此，对于要求EMI用的滤波电容器这样的1～5％左右的电容公差的用途，利用激光加工等来规定电极面积，对于要求高频用小型电容器或去耦电容器等10～20％左右的电容公差的用途，也可以仅以利用药液处理的树脂刻蚀方法等，除去层间绝缘薄膜。
接着，如图1(4)所示，利用激光加工等除去薄膜化后的绝缘基底材料，形成到达另一面的金属箔3的有底的用于形成电容器的孔8和用于形成通孔的孔9。在此，以比金属掩模直径小的80μm的直径，利用UV-YAG激光器除去薄膜化后的绝缘基底材料，在孔的壁面上形成台阶差。
作为以比金属掩模直径小的直径除去薄膜化后的绝缘基底材料的理由是因为，在下一步骤的涂敷电介质时，使电介质到达绝缘材料的壁面的台阶差，由此，可靠地防止电容器结构部中的短路或泄漏。
以比金属掩模直径小的80μm的直径除去绝缘基底材料时，确保单侧40μm的清除，即使考虑到激光加工等的对位精度、以及喷墨方法的对位精度也能够充分对应。
然后，如图1(5)所示，在由孔8露出的第2金属箔上，使用喷墨方法涂敷电介质层10，并使其硬化。在此，为了防止电容器结构部中的短路，需要在第2金属箔3上无间隙地形成电介质层10。
因此，如图1(5)所示，以到达形成在可挠性绝缘基底材料1上的孔的壁面的台阶差的方式，形成电介质层10。此外，在本发明的方式中，去耦电容器需要100mm2左右的面积，所以，底面使用丝网印刷、壁面部使用喷墨方法也是有效的。
使用电淀积聚酰亚胺作为电介质的情况下，需要用掩模带等保护没有析出聚酰亚胺的部分，但是，如果使用高电介质膏，则能够利用喷墨方法或丝网印刷只在任意的场所进行涂敷。因此，能够谋求步骤的简化，并且，能够通过改变电介质的相对介电常数或膜厚以及涂敷面积来获得任意的静电电容。
此外，喷墨用的油墨与丝网印刷用膏相比，溶剂部分较多，所以，热硬化后的膜减少也较多。由此，即使使用相同的介电常数的油墨，与利用丝网印刷所形成的电介质相比，利用喷墨所形成的电介质变薄，所以，能够形成更高电容的电容器。
在利用喷墨方法描绘电介质时，以1次描绘在表面上形成1.5μm左右的凹凸，但是，以3次描绘的、膜厚3.5μm左右的表面的凹凸变小到0.2μm左右。在此，为了可靠地防止通孔的短路，以5次描绘形成5μm的膜厚。
接着，如图1(6)所示，对第1金属箔2以及在由孔8露出的第2金属箔3的上表面所涂敷的电介质10、以及孔8的壁面以及由孔9露出的第2金属箔3的上表面和孔9的壁面进行导电化处理，形成电镀覆盖膜11。
接着，如图1(7)所示，对第1金属箔2、第2金属箔3以及电镀覆盖膜11，使用利用照相化学腐蚀方法的刻蚀方法，形成布线图形12、13，由此，得到内置有电容器结构的两面可挠性印刷布线板14。
作为上述实施例的电容器的设计例，利用下式(1)，在第2导电层上残留厚度为5μm、100mm2的电介质膜时的静电电容大约为0.005μF。
C＝ε0×εr×s/d                                       (1)
此处，C：静电电容(F)，ε0：真空介电常数8.85×1012F/m)，εr：相对介电常数(使用アサヒ化研生产的电介质膏“CX-16”时约为60)，s：面积(m2)，d：厚度(m)。
如果是该尺寸，则能够内置在搭载在布线板上的QFP(四边引线扁平封装：从IC封装的4个边引出引线脚的表面安装部件)等的芯片部件之下，所以，不妨碍高密度化。
此外，通过改变电介质的厚度、面积，从而能够任意地控制布线板上的静电电容的值。例如，由于便携电话中使用的高频用小型电容器的静电电容为0.1-1pF左右，所以，能够制造成0402(尺寸：长度0.4mm×宽度0.2mm×高度0.2mm)以下的尺寸。实际上，以电介质膏的厚度为5μm、50μm的尺寸，能够得到0.2pF的静电电容。因此，能够大大削减安装面积。
此外，还能够制作以内置本发明的电容器结构的两面印刷布线板为芯布线板的多层布线板。当然，也可以在加强层中形成，所以，芯布线板以及加强层都能够使用内置本发明的电容器结构的两面印刷布线板。

Claims (4)

1.一种内置有电容器的印刷布线板的制造方法，具有如下步骤：
第1步骤，准备在各面上分别具有第1以及第2金属箔的绝缘基底材料；
第2步骤，在上述第1金属箔上设置成为金属掩模的开口；
第3步骤，使用上述金属掩模，以成为从上述金属掩模的周缘部朝向中央部连续的斜面的方式，除去在上述金属掩模的开口部露出的上述绝缘基底材料；
第4步骤，对于形成有斜面的上述绝缘基底材料，以比上述金属掩模小的直径，对上述绝缘基底材料进行除去，直到上述第2金属箔露出；
第5步骤，利用印刷法，以用比上述金属掩模小且比由上述绝缘基底材料露出的上述第2金属箔大的面积覆盖由上述绝缘基底材料露出的上述第2金属箔的方式，形成电介质层；
第6步骤，在上述电介质层之上形成导体层，将上述导体层作为第1电极，将上述第2金属箔的与上述电介质层接触的面作为第2电极。
2.根据权利要求1的印刷布线板的制造方法，其特征在于，
上述第3步骤的绝缘基底材料的除去，使用激光加工、等离子体刻蚀、使用了药液的树脂刻蚀中的至少一种。
3.根据权利要求1的印刷布线板的制造方法，其特征在于，
上述第4步骤中的绝缘基底材料的除去利用激光加工来进行。
4.根据权利要求1的印刷布线板的制造方法，其特征在于，
上述第4步骤中的绝缘基底材料的除去利用药液处理来进行。
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