JP2001339164A

JP2001339164A - コンデンサ素子内蔵配線基板

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Publication number: JP2001339164A
Application number: JP2000160749A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Iwachi; 裕美岩地; Yuji Iino; 祐二飯野; Katsura Hayashi; 桂林
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-05-30
Filing date: 2000-05-30
Publication date: 2001-12-07
Anticipated expiration: 2020-05-30
Also published as: JP3673448B2

Abstract

(57)【要約】【課題】コンデンサ素子を内蔵し、且つ過酷な熱サイク
ルが付加された場合においても、配線基板の回路との接
続信頼性が高いコンデンサ内蔵配線基板を提供する。【解決手段】ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）樹脂な
どの熱硬化性樹脂を含有する複数の絶縁シート１、６、
７を積層してなる絶縁基板と、絶縁基板の表面および内
部に形成された配線回路層３と、ビアホール導体２とを
具備する配線基板の空隙部１１内にコンデンサ素子４を
内蔵し、コンデンサ素子４の電極６とビアホール導体２
とを接続してなり、コンデンサ素子４の電極６以外の表
面にガラス転移点が１００℃以下のポリエステル系樹
脂、ポリアミド系樹脂又はポリウレタン系樹脂の群から
選ばれる少なくとも１種の熱可塑性樹脂５を被覆する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、多層配線
基板及びＬＳＩ搭載パッケージなどに適し、特に絶縁基
板内部にコンデンサ素子が内蔵されてなるコンデンサ素
子内蔵配線基板に関するものである。

【０００２】

【従来技術】近年、通信機器の普及に伴い、高速動作が
求められる電子機器が広く使用されるようになり、さら
にこれに伴って高速動作が可能なパッケージが求められ
ている。このような高速動作を行うためには、電気信号
ノイズを極力低減する必要がある。そのためには、コン
デンサ素子を能動電子素子の近傍に配置し、電子回路の
配線長を極力短くすることにより、配線部のインダクタ
ンスを低減することが必要とされている。

【０００３】このような問題に対処する方法として、例
えば、特開平２−１２１３９３号には、電源層とグラン
ド層の間の絶縁層内にチップ状のコンデンサ素子を埋め
込む方法が案出されている。また、特開平１０−５１１
５０号、特開平１１−２２０２６２号でも、絶縁基板内
に半導体素子やコンデンサ素子を内蔵した配線基板が提
案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
コンデンサ素子を内蔵した配線基板においては、熱サイ
クルや応力が付加された場合に、コンデンサ素子と配線
基板における配線回路層との接続信頼性が低いという問
題があった。コンデンサ素子の配線基板への固定方法と
して、コンデンサ素子と絶縁層との隙間に熱硬化性樹脂
を充填して熱硬化性樹脂を含む絶縁層とともに硬化して
強固に固着することも提案されている。

【０００５】しかしながら、そもそもコンデンサ素子の
熱膨張は絶縁層よりも低いために、熱サイクルなどが印
加されると応力がコンデンサ素子に直接付加され、その
応力によって、コンデンサ素子が破損したり、配線回路
層との接続信頼性が失われるという問題があった。

【０００６】従って、本発明は、コンデンサ素子を内蔵
し、且つ過酷な熱サイクルが付加された場合において
も、配線基板の回路との接続信頼性が高いコンデンサ内
蔵配線基板を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、コンデン
サ素子を多層配線基板内に内蔵する際、基板材料である
熱硬化性樹脂との接着性、および応力が付加された場合
の応力の低減および配線層との接続信頼性を得るための
構成について種々検討した結果、コンデンサ素子の表面
にガラス転移点の低い熱可塑性樹脂を被覆しておくこと
によって、温度変化に対しても塑性を有するためにコン
デンサ素子への応力集中を緩和することができるために
優れた信頼性が得られることを見いだし、本発明に至っ
た。

【０００８】即ち、本発明のコンデンサ素子内蔵配線基
板は、少なくとも熱硬化性樹脂を含む複数の絶縁層を積
層してなる絶縁基板と、該絶縁基板の表面および内部に
形成された配線回路層と、金属粉末が充填されてなるビ
アホール導体とを具備する配線基板の内部に、少なくと
も１対の電極を具備するコンデンサ素子を内蔵したコン
デンサ素子内蔵配線基板において、前記コンデンサ素子
の電極が前記ビアホール導体と半田によって直接的に電
気的に接続されているとともに、前記コンデンサ素子の
前記電極以外の表面をガラス転移点が１００℃以下の熱
可塑性樹脂で被覆してなることを特徴とするものであ
る。

【０００９】なお、前記熱可塑性樹脂による被覆層の厚
みは１〜５００μｍが適当であり、また、前記絶縁層が
ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）樹脂を含有すること
が、さらには熱可塑性樹脂がポリエステル系樹脂、ポリ
アミド系樹脂又はポリウレタン系樹脂の群から選ばれる
少なくとも１種からなることが望ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面をもとに説明
する。図１は、本発明のコンデンサ素子内蔵配線基板を
製造するための製造工程を説明するための図である。

【００１１】図１によれば、まず、図１（ａ）に示すよ
うに、熱硬化性樹脂を含む軟質（Ｂステージ状態）の絶
縁シート１を作製し、この絶縁シート１には、厚み方向
に貫通するビアホールを形成し、そのビアホールのう
ち、コンデンサ素子の電極と接続されるビアホール内
に、導体ペーストをスクリーン印刷や吸引処理しながら
充填して、コンデンサ素子接続用のビアホール導体２を
形成する。

【００１２】ここで用いられる絶縁シート１は、熱硬化
性樹脂、または熱硬化性樹脂とフィラーなどの組成物を
混練機や３本ロールなどの手段によって十分に混合し、
これを圧延法、押し出し法、射出法、ドクターブレード
法などによってシート状に成形するか、または所望によ
り硬化温度よりもやや低い温度で熱処理して半硬化させ
ることにより作製される。

【００１３】そして、絶縁シートへのビアホールおよび
空隙部の形成は、ドリル、パンチング、サンドブラス
ト、あるいは炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ、及びエキ
シマレーザ等の照射による加工など公知の方法が採用さ
れる。

【００１４】なお、絶縁シートを形成する熱硬化性樹脂
としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリ
エステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹
脂、熱硬化型ポリフェニレンエーテル樹脂等が挙げられ
るが、絶縁材料としての電気的特性、耐熱性、および機
械的強度を有する熱硬化型ポリフェニレンエーテル樹脂
が最も好適である。

【００１５】また、上記の絶縁シート１中には、絶縁基
板あるいは配線基板全体の強度を高めるために、有機樹
脂に対してフィラーを複合化させることもできる。有機
樹脂と複合化されるフィラーとしては、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂
Ｏ₃、ＺｒＯ₂、ＴｉＯ₂、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＢａＴｉ
Ｏ₃、ＳｒＴｉＯ₃、ゼオライト、ＣａＴｉＯ₃、ほう酸
アルミニウム等の無機質フィラーが好適に用いられる。
また、ガラスやアラミド樹脂からなる不織布、織布など
に上記樹脂を含浸させて用いてもよい。なお、有機樹脂
とフィラーとは、体積比率で１５：８５〜５０：５０の
比率で複合化されるのが適当である。

【００１６】これらの中でもパンチング又はレーザー等
により加工の容易性の点で、一般にガラス織布またはガ
ラス不織布に樹脂が含浸されたプリプレグが最も好適に
用いられる。

【００１７】導体ペーストを調製する場合、Ｃｕ、Ａｇ
などの低融点金属を含有するが、この金属粉末は、平均
粒径が０．５〜５０μｍであることが望ましく、金属粉
末の平均粒径が０．５μｍよりも小さいと金属粉末同士
の接触抵抗が増加してビアホール導体の抵抗が高くなる
傾向にあり、５０μｍを越えるとビアホール導体の低抵
抗化が難しくなる傾向にある。

【００１８】また、導体ペースト中には、金属粉末に結
合用有機樹脂や溶剤を添加混合して調製される。ペース
ト中に添加される溶剤としては、用いる結合用有機樹脂
が溶解可能な溶剤であればよく、例えば、イソプロピル
アルコール、テルピネオール、２−オクタノール、ブチ
ルカルビトールアセテート等が用いられる。

【００１９】導体ペースト中の結合用有機樹脂として
は、前述した種々の絶縁層を構成する有機樹脂の他、セ
ルロースなども使用される。この有機樹脂は、前記金属
粉末同士を互いに接触させた状態で結合するとともに、
金属粉末を絶縁シートに接着させる作用をなしている。

【００２０】この有機樹脂は、金属ペースト中におい
て、０．１乃至４０体積％、特に０．３乃至３０体積％
の割合で含有されることが望ましい。これは、樹脂量が
０．１体積％よりも少ないと、金属粉末同士を強固に結
合することが難しく、低抵抗金属を絶縁層に強固に接着
させることが困難となり、逆に４０体積％を越えると、
金属粉末間に樹脂が介在することになり粉末同士を十分
に接触させることが難しくなり、ビアホール導体の抵抗
が大きくなるためである。

【００２１】また、この導体ペースト中には、コンデン
サ素子の電極との接着性を高める上で、Ｐｂ−Ｓｎなど
の半田を５〜６０重量％の割合で含有させることが望ま
しい。

【００２２】次に、図１（ｂ）に示すように、絶縁シー
ト１の表面あるいは裏面に適宜、配線回路層３を形成す
る。配線回路層３の形成は、１）絶縁シート１の表面に
金属箔を貼り付けた後、エッチング処理して回路パター
ンを形成する方法、２）絶縁シート１表面にレジストを
形成して、メッキにより形成する方法、３）転写フィル
ム表面に金属箔を貼り付け、金属箔をエッチング処理し
て回路パターンを形成した後、この金属箔からなる回路
パターンを絶縁シート１表面に転写させる方法等が挙げ
られる。この時、コンデンサ素子の電極と接続されるビ
アホール導体２に対しては、配線回路層を形成しない
か、または前記低融点金属を含む接続用パッドを設けて
もよい。

【００２３】配線回路層３としては、銅、アルミニウ
ム、金、銀の群から選ばれる少なくとも１種、または２
種以上の合金からなることが望ましく、特に、銅、また
は銅を含む合金が最も望ましい。また、場合によって
は、導体組成物として回路の抵抗調整のためにＮｉ−Ｃ
ｒ合金などの高抵抗の金属を混合、または合金化しても
よい。さらには、配線回路層の低抵抗化のために、前記
低抵抗金属よりも低融点の金属、例えば、半田、錫など
の低融点金属を導体組成物中の金属成分中に２〜２０重
量％の割合で含んでもよい。

【００２４】一方、配線基板内に内蔵させるコンデンサ
素子は、その表面に少なくとも１対の電極を有するもの
であり、例えば、端部に１対の電極が形成された一般的
な積層セラミックコンデンサや、複数の正電極と、複数
の負電極を具備する積層コンデンサなどが挙げられる。

【００２５】本発明によれば、図１（ｃ）に示すよう
に、コンデンサ素子４の電極以外の表面に熱可塑性樹脂
５を被覆する。熱可塑性樹脂５を被覆する方法として
は、例えば、コンデンサ素子４の表面に熱可塑性樹脂５
を溶媒に溶かした溶液中にコンデンサ素子を浸漬後、引
き上げるか、または溶液をコンデンサ素子の電極以外の
表面に塗布した後、加熱、乾燥させて溶媒を除去するこ
とによって、コンデンサ素子表面に樹脂の被覆層を形成
することができる。

【００２６】この時に用いる熱可塑性樹脂５としては、
ガラス転移点が１００℃以下、特に７０℃以下であるこ
とが重要である。これは、ガラス転移点が１００℃より
も高いと、樹脂の剛性が高くなり、応力を緩和する効果
が低くなってしまう。しかも樹脂自体が熱劣化しやす
く、衝撃に弱くなるために接着力も低下するためであ
る。

【００２７】用いられる熱可塑性樹脂としては、ポリエ
ステル系樹脂、ポリアミド系樹脂およびポリウレタン系
樹脂のうちの１種または２種以上を組み合わせて使用す
る。これらは、絶縁層として、熱硬化性ポリフェニレン
エーテル樹脂を用いた場合、密着性を高める上で望まし
い。なお、この樹脂による被覆層は、コンデンサ素子の
電極以外の表面に形成することが必要である。上記のよ
うに樹脂をコンデンサ素子の全表面に形成した場合、電
極表面に形成された被覆層は、炭酸ガスレーザ、ＹＡＧ
レーザ、及びエキシマレーザ等の照射により取り除くこ
とができる。

【００２８】また、コンデンサ素子の表面の樹脂による
被覆層の厚みは、応力を吸収させる作用を発揮させるた
めには５〜１５０μｍ、特に３０〜８０μｍであること
が望ましい。

【００２９】なお、かかる実施態様におけるコンデンサ
素子４は、図３に示すように、誘電体層と内部電極（図
示せず）とが交互に積層された積層型コンデンサからな
るコンデンサ本体４ａに対して、その角部および辺部
に、４つの正電極６ａと４つの負電極６ｂとが形成され
たものである。

【００３０】そして、図１（ｄ）に示すように、複数の
絶縁シートのうち、絶縁シート７にコンデンサ素子４を
内蔵するための空隙部１０を形成した後、その空隙部１
０にコンデンサ素子４を収納した後、他の絶縁シート
１、８、９とともに積層する。そして、コンデンサ素子
４の電極６と、絶縁シート１、９におけるビアホール導
体２の端面とが当接するように位置合わせする。

【００３１】その後、上記のようにして作製された積層
物を絶縁シート１中の熱硬化性樹脂５の硬化温度以上に
加熱することにより、絶縁シート１、７、８、９を完全
硬化させる。

【００３２】その結果、図１（ｅ）に示すように、コン
デンサ素子４を多層配線基板Ａ内部の密閉された空隙１
１中に収納搭載され、空隙１１内においてビアホール導
体２と電気的に接続されたコンデンサ素子を搭載した多
層配線基板を作製することができる。

【００３３】本発明によれば、かかる方法によって形成
されるコンデンサ素子内蔵配線基板によれば、コンデン
サ素子４の表面には、ガラス転移点が１００℃以下の熱
可塑性樹脂からなる被覆層が形成されていると、例え
ば、室温から１２５℃の温度での熱サイクルが印加され
た場合において、コンデンサ素子４の熱膨張係数と絶縁
層１との熱膨張差によって応力が発生した場合において
も、熱可塑性樹脂５が塑性変形するためにその応力を吸
収緩和する結果、発生した応力によってコンデンサ素子
４が破損したり、ビアホール導体２との接続性が損なわ
れることがない。

【００３４】しかも、熱可塑性樹脂５はコンデンサ素子
４の上下および左右の絶縁層との間に存在し、両者を強
固に接着しているために、コンデンサ素子４を配線基板
の内部に安定して内蔵することができる。

【００３５】なお、本発明によれば、上記の方法を発展
させて、あらゆる形態のコンデンサ素子を内蔵した配線
基板を作製することができ、例えば、多層配線基板内の
同一層内、あるいは異なる層に、複数の空隙部を形成し
てそれぞれ樹脂を被覆した複数のコンデンサ素子を収納
搭載させることができる。

【００３６】このように、本発明によれば、配線基板の
内部に、単一のみならず、複数のコンデンサ素子を容易
に内蔵することができるために、配線基板の小型化と、
コンデンサ素子の実装密度を高めることのできるコンデ
ンサ素子内蔵配線基板を提供できる。しかも、本発明の
製造方法によれば、コンデンサ素子の配線基板への接続
と、多層配線基板との製造を同時に行うことができる結
果、製造工程の簡略化が可能であり、製造の歩留りを高
め、コストの低減を図ることができる。

【００３７】

【実施例】（１）Ａ−ＰＰＥ（熱硬化型ポリフェニレン
エーテル）樹脂（硬化温度＝２００℃）５５体積％、ガ
ラス織布４５体積％のプリプレグを準備した。このプリ
プレグに炭酸ガスレーザで直径１００μｍのビアホール
を形成し、ビアホール内に表面に銀をメッキした平均粒
径が５μｍの銅粉末を含む導電性ペーストを充填した。
また、同じくプリプレグの一部に炭酸ガスレーザーによ
るトレパン加工により収納するセラミックコンデンサ素
子の大きさ（１．６ｍｍ×１．６ｍｍ）よりもわずかに
大きい縦１．６５ｍｍ×横１．６５ｍｍの空隙部を作製
した。（２）一方、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹
脂からなる転写シートの表面に接着剤を塗布し、厚さ１
２μｍ、表面粗さ０．８μｍの銅箔を一面に接着した。
そして、フォトレジスト（ドライフィルム）を塗布し露
光現像を行った後、これを塩化第二鉄溶液中に浸漬して
非パターン部をエッチング除去して配線回路層を形成し
た。なお、作製した配線回路層は、線幅が２０μｍ、配
線と配線との間隔が２０μｍの微細なパターンである。（３）そして、（１）で作製した絶縁シートａの表面
に、転写シートの配線回路層側を絶縁シートａに５０ｋ
ｇ／ｃｍ²の圧力で圧着した後、転写シートを剥がし
て、配線回路層を絶縁シートａに転写させた。（４）次に、コンデンサ素子表面に樹脂からなる被覆層
を形成させた。表１に示す種々の熱可塑性樹脂をグリコ
ールエーテルからなる溶媒で１０体積％に希釈した溶液
を作製し、この溶液中にコンデンサ素子を浸漬、引き上
げ後、１５０℃で１０分の熱処理を行い、溶媒を除去し
た。これを所望により数回繰り返して被覆層の厚みを調
整した。また、コンデンサ素子のビアホール導体と接続
する電極表面の樹脂をエキシマレーザを照射することに
より除去した。（５）次に、上記樹脂を被覆したコンデンサ素子の電極
がビアホール導体が電極に接するように位置合わせし、
キャビティに設置し、さらに絶縁シートを積層した。（６）そして、この積層物を２００℃で１時間加熱して
完全硬化させて多層配線基板を作製した。なお、加熱に
よるＡ−ＰＰＥとポリエステル系樹脂の流動で絶縁シー
トの空隙部が収縮して絶縁層とコンデンサ素子とが密着
し、コンデンサ素子と絶縁層との隙間はほとんどなくな
っていた。

【００３８】また、得られた多層配線基板に対して、−
５５℃〜１２５℃の熱サイクル１０００回の試験を施
し、試験後の多層配線基板に対して、コンデンサ素子と
配線基板における配線層との接続抵抗を測定し、抵抗変
化率が初期抵抗の１０％以下のものを合格品としてその
合格率を表１に示した。

【００３９】また、半田リフロー試験では、２６０℃で
３０秒間保持した後、試験後の多層配線基板に対して、
接続抵抗を測定し、抵抗変化率が初期抵抗の１０％以下
のものを合格品としてその合格率を表１に示した。

【００４０】

【表１】

【００４１】表１のように、また、樹脂層を形成しなか
った試料Ｎｏ．１では、熱サイクル試験や半田リフロー
試験で合格品が得られなかった。また、熱可塑性樹脂か
らなる被覆層を形成した場合、その樹脂のガラス転移点
が１００℃よりも高い試料Ｎｏ．２、また、被覆する樹
脂がエポキシ樹脂（熱硬化性樹脂）の試料Ｎｏ．１０場
合では、熱サイクル試験および半田リフロー試験で１０
％以上の不合格品が発生した。

【００４２】なお、所定の熱可塑性樹脂の被覆層を形成
した本発明のコンデンサ素子内蔵配線基板は、断面にお
ける配線回路層やビアホール導体の形成付近を観察した
結果、コンデンサ素子とビアホール導体とはビアホール
導体中の低融点金属の溶融によって良好な接続状態であ
り、各配線間の導通テストを行った結果、配線の断線も
認められなかった。また、コンデンサ素子の容量変化は
なく何ら問題はなかった。熱サイクル試験や半田リフロ
ー試験後においてもコンデンサ素子の容量変化もなく、
何ら問題はなかった。

【００４３】

【発明の効果】以上詳述したとおり、本発明によれば、
配線基板の内部に、単一あるいは複数のコンデンサ素子
を容易に内蔵することができるために、配線基板の小型
化と、コンデンサ素子の実装密度を高めることのできる
コンデンサ素子内蔵配線基板を提供できる。しかも、本
発明によれば、低ガラス転移点の熱可塑性樹脂に覆われ
たコンデンサ素子を用いることにより、熱サイクルや半
田リフロー等によって配線基板に熱サイクルが付加され
た場合においても、コンデンサ素子の配線層との接続信
頼性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のコンデンサ素子内蔵配線基板の製造方
法を説明するための工程図である。

【図２】本発明のコンデンサ素子内蔵配線基板の概略断
面図を示す図である。

【図３】図１、図２において使用されるコンデンサ素子
の概略斜視図である。

【符号の説明】

１，７，８，９絶縁シート２ビアホール導体３配線回路層４コンデンサ素子５熱可塑性樹脂被膜６電極１０，１１空隙Ａ多層配線基板

フロントページの続きＦターム(参考） 5E346 AA02 AA04 AA12 AA15 AA29 AA32 AA43 BB20 CC02 CC04 CC08 CC12 CC32 CC34 CC38 CC39 CC40 CC53 DD03 DD12 DD32 EE09 EE12 EE13 FF01 FF18 FF19 FF23 FF27 GG06 GG15 GG28 HH07 HH18 HH22

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも熱硬化性樹脂を含む複数の絶縁
層を積層してなる絶縁基板と、該絶縁基板の表面および
内部に形成された配線回路層と、金属粉末が充填されて
なるビアホール導体とを具備する配線基板の内部に、少
なくとも１対の電極を具備するコンデンサ素子を内蔵し
たコンデンサ素子内蔵配線基板において、前記コンデンサ素子の電極が前記ビアホール導体と半田
によって直接的に電気的に接続されているとともに、前
記コンデンサ素子の前記電極以外の表面をガラス転移点
が１００℃以下の熱可塑性樹脂で被覆してなることを特
徴とするコンデンサ素子内蔵配線基板。
【請求項２】前記熱可塑性樹脂による被覆層の厚みが５
〜１５０μｍであることを特徴とする請求項１記載のコ
ンデンサ素子内蔵配線基板。
【請求項３】前記絶縁層がＰＰＥ（ポリフェニレンエー
テル）樹脂を含有することを特徴とする請求項１記載の
コンデンサ素子内蔵配線基板。
【請求項４】前記熱可塑性樹脂がポリエステル系樹脂、
ポリアミド系樹脂又はポリウレタン系樹脂の群から選ば
れる少なくとも１種からなることを特徴とする請求項１
記載のコンデンサ素子内蔵配線基板。