JP2003086738A

JP2003086738A - 電子部品搭載型配線基板

Info

Publication number: JP2003086738A
Application number: JP2001276095A
Authority: JP
Inventors: Koju Ogawa; 幸樹小川
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2001-09-12
Filing date: 2001-09-12
Publication date: 2003-03-20

Abstract

(57)【要約】【課題】高周波信号においても、電子部品の動作応答
を確実にするとともに、動作電源の安定供給を可能と
し、ひいてはノイズ除去も可能となり得る電子部品搭載
型配線基板を提供する。【解決手段】電子部品搭載型配線基板１０は、配線基
板１上に充填層３を介して、配線基板１と電子部品２と
を繋ぐ配線となる電極接続部７にて通電する形態で電子
部品２を搭載した構成とされる。充填層３は、有機絶縁
体材料６と、充填層３の見かけの誘電率を高めるための
強誘電体材料５および金属フィラー４とからなる充填材
より形成される。また、強誘電体材料５および金属フィ
ラー４は充填層３に分散形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、配線基板上に充填
材を介して電子部品が搭載された電子部品搭載型配線基
板に関し、より詳細には高周波用に適した電子部品搭載
型配線基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、ＬＳＩやＩＣあるいはデ
ィスクリート部品などの電子部品が搭載された配線基
板、あるいは、その配線基板内部に種々の厚膜印刷素子
が作りこまれた電子部品搭載型配線基板として、比較的
高密度の配線が可能な多層配線基板が多用されている。
本明細書において、該多層配線基板も含め配線基板と総
称する。また、最近、携帯電話をはじめとする無線通信
には、電波資源拡大と伝送容量の高密度化を測るため
に、マイクロ波帯からミリ波帯の高周波帯が積極的に採
用されるようになり、これに使用される無線通信機器用
の部品として、高周波信号を取り扱うための配線基板に
対する需要が爆発的に増大しつつある。

【０００３】上述した高周波信号を取り扱う場合、低周
波信号では問題にならなった、電子部品の動作電源と電
子部品とを繋ぐ配線がインダクタンスとして寄与するた
め、その配線長が無視できなくなる。配線のインダクタ
ンス成分の増加に伴い、動作電源電圧の安定供給が困難
となり、さらには、配線等にノイズが重畳されることに
よる誤動作の発生、電子部品の動作応答の遅延、また
は、高周波信号の伝送損失等の不具合が生じることがあ
る。そこで、電子部品と動作電源との配線長を短縮する
観点から、配線基板内にコンデンサを内蔵させたり、も
しくは、配線基板を形成する配線層とセラミック誘電体
層との界面の表面粗さを調整することにより、高周波信
号の損失低減を図る提案など種々なされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように高周波信号に対応した配線基板自体への工夫だけ
では、配線基板そのものの設計構造に制限があるため、
十分な効果をあげることが困難である。また、配線基板
を形成する配線の高密度化に伴い、配線のインダクタン
ス成分の増加がさらに顕著となるばかりでなく、伝送容
量の高密度化のために高周波信号そのものが、さらに高
周波化へと進む現状において、配線基板自体への工夫だ
けでは、高周波信号を取り扱う場合に発生する上記問題
の解決をさらに困難とする。

【０００５】本発明は、かかる問題を考慮してなされた
ものである。すなわち、本発明は、高周波信号において
も、電子部品の動作応答を確実にするとともに、動作電
源電圧の安定供給を可能とし、ひいてはノイズ除去も可
能となり得る電子部品搭載型配線基板を提供することを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段および作用・効果】上記課
題を解決するための本発明の電子部品搭載型配線基板
は、配線基板上に充填材よりなる充填層を介して電子部
品が搭載された電子部品搭載型配線基板において、前記
充填材は、有機絶縁体材料と、前記充填材の見かけの誘
電率（以下、単に誘電率と称する）を高めるための強誘
電体材料および／または金属フィラーとからなり、か
つ、該強誘電体材料および／または金属フィラーは、前
記充填層に分散形成されてなることを特徴とする。

【０００７】従来、充填材は、有機絶縁体材料のみで構
成されていたが、本発明の配線基板上に充填材よりなる
充填層を介して電子部品が搭載される電子部品搭載型配
線基板においては、充填材が、その誘電率を高めるため
に強誘電体材料および／または金属フィラーを構成成分
として有することより、該充填材よりなる充填層が、キ
ャパシタンス成分の増加に寄与する分散形成された強誘
電体材料および／または金属フィラーからなる高誘電体
結晶相を介したコンデンサとして機能することになる。
その結果、該コンデンサとして機能する充填層が、配線
基板と電子部品とを繋ぐ配線のインダクタンス成分の増
加を打ち消す効果をもち、かつ、電子部品への動作電源
としての機能を果たすことになる。さらに、従来のもの
より、動作電源と電子部品との配線長を十分に短くする
ことが可能となるので、高周波信号をとり扱う場合に発
生する配線のインダクタンス成分の増加に伴う上記不具
合を抑制し、電子部品の動作応答を確実にするととも
に、動作電源電圧の安定供給を可能とすることができ
る。

【０００８】上記強誘電体材料としては、強誘電体とし
て周知の、ＢａＴｉＯ_３に代表されるペロブスカイト型
結晶構造、Ｎｂを含むタングステンブロンズ型結晶構造
もしくは、ＬｉＴａＯ_３もしくはＬｉＮｂＯ_３等のイル
メナイト結晶構造に類似の結晶構造などからなる強誘電
体酸化物結晶などが挙げられる。上記金属フィラーとし
ては、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇなどの貴金属元素、Ｃ
ｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｗなどの遷移金属元素、
Ｓｎなどの金属元素もしくは、ＩＴＯ（Indium Tin Oxi
de：酸化インジウム錫）などの高導電率のセラミック材
料等を挙げることができる。また、本発明における金属
フィラーは、充填層中において、分散形態で微粒子化し
たものが局所分極することで、その誘電率を高める働き
を担うので、微粒子化に適した元素が好適であり、イオ
ン半径の小さい３ｄ遷移金属元素Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆ
ｅのうちから選択することで、金属フィラーとしての誘
電率向上の機能をさらに上げることが可能となる。ま
た、有機絶縁体材料としては、エポキシ樹脂、フッ素樹
脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂などを挙げること
ができる。

【０００９】次に、本発明の電子部品搭載型配線基板に
おける、前記強誘電体材料は、ペロブスカイト型結晶構
造よりなる強誘電体酸化物結晶であることを特徴とす
る。本発明において、充填層に分散形成される高誘電体
結晶相を、例えば、タングステンブロンズ型結晶構造の
ように、その組成比が不安定比となる強誘電体材料より
も、安定した結晶を形成させやすく、かつ室温付近にお
いて大きな誘電率を示すペロブスカイト型結晶構造の強
誘電体酸化物結晶より形成させることで、高誘電体結晶
相の誘電率向上の機能をさらに高めることが可能とな
る。また、製造される各々電子部品搭載型配線基板の充
填層における誘電率の差異を低減することも可能となる
ので、その結果、製品の歩留まりを向上させることがで
きる。

【００１０】上記ペロブスカイト型結晶構造の強誘電体
酸化物結晶の具体例としては、ＡＴｉＯ_３（Ａ：アルカ
リ土類金属元素）の化学式で表され、Ａのサイトを、ア
ルカリ土類金属元素であるＢａまたは、Ｂａと、Ｍｇ、
Ｃａ、Ｓｒのうち１種もしくは２種以上とより構成した
もの、さらには、上記ＡＴｉＯ_３のＴｉサイトの一部を
ＺｒもしくはＨｆで置換したもの、または、ＰｂＴｉＯ
_３もしくは、ＰｂＴｉＯ_３とＰｂＺｒＯ_３との固溶体で
あるＰＺＴ、もしくは、ＫＮｂＯ_３などを挙げることが
できる。本発明における強誘電体酸化物結晶としては、
構成元素が少ないほど組成比が安定した状態で充填層に
分散形成され、結果として安定した結晶形成、ひいては
上記した誘電率向上の機能がさらに高められると考えら
れる。さらに、室温付近における誘電率および環境性を
考慮すれば、本発明の強誘電体結晶としては、上記具体
例においてＢａＴｉＯ_３が好適である。

【００１１】次に、本発明の電子部品搭載型配線基板の
充填層における、強誘電体材料の体積比率は、２０％以
上８５％以下であることを特徴とする。上述したよう
に、本発明における充填層は、有機絶縁体材料と、強誘
電体材料および／または金属フィラーとからなる充填材
より形成されるが、充填層に対する強誘電材料の体積比
率が８５％より大きくなると、上記有機絶縁体材料の流
動性が抑制され、その結果、充填層の形成が困難にな
る。他方、充填層に対する強誘電材料の体積比率が２０
％未満となると、上記した充填材の誘電率を高める効果
が抑制されることになる。これら内容を考慮して、充填
層における、強誘電体材料の体積比率は、２０％以上８
５％以下であることが望ましい。

【００１２】さらに、本発明の電子部品搭載型配線基板
の充填層における、金属フィラーの体積比率が、５％以
上４０％以下であることを特徴とする。充填層に対する
金属フィラーの体積比率が、４０％より大きくなると、
充填層において、金属フィラーが微粒子化せず、電子部
品と配線基板とを繋ぐ配線間をまたがる形にて結晶化す
る領域が発生する。その結果、該領域において、電気的
に短絡が発生する不具合が生じる。他方、金属フィラー
の体積比率が５％未満となると、上記した充填材の誘電
率を高める効果が抑制されることになる。これら内容を
考慮して、充填層における、金属フィラーの体積比率
は、５％以上４０％以下であることが望ましい。

【００１３】また、充填層を形成する強誘電体材料およ
び／または金属フィラーの体積比率を上記数値範囲に調
整することで、充填層を形成する充填材の誘電率を少な
くとも１０以上とすることができ、その結果、充填層
は、上記した高周波信号に対応した動作電源としてのコ
ンデンサ機能を果たすことができる。さらに、充填層に
対する強誘電体材料および金属フィラーの体積比率を上
記数値範囲にて、強誘電体材料と金属フィラーとから充
填層を形成した場合、さらに充填材の誘電率を高めるこ
とができる。

【００１４】次に、本発明の電子部品搭載型配線基板に
おける充填層は、電子部品の搭載領域に対応した中央領
域と該中央領域の外側に位置する外周領域とからなり、
該外周領域の誘電率が前記中領域よりも低くなるように
充填材が調整されてなることを特徴とする。このよう
に、充填層を、電子部品の搭載領域に対応した高誘電率
の中央領域と、低誘電率の外周領域とから形成すること
で、中央領域は、動作周波数の高速化に伴う電源の負荷
変動による誤動作を抑制する動作電源としてのコンデン
サの役割を担い、他方、低誘電率の外周領域は、該外周
領域に充填層の外側から伝播される高周波帯の電磁波を
遮蔽する機能を担い、その結果、電子部品へのノイズ成
分としての高周波信号を低減することが可能となり、高
周波帯からなるスイッチ信号等に対する動作応答をより
確実にすることができる。

【００１５】本発明の電子部品搭載型配線基板における
配線基板および電子部品には、充填材を挟んで互いに絶
縁形態にて対向配置される、キャパシタンス形成用電極
部が形成されてなることを特徴とする。上述してきたよ
うに、本発明においては、充填材の誘電率を高めるため
に、誘電率充填材を、有機絶縁体材料と、強誘電体材料
および／または金属フィラーとから形成する。このよう
な充填材より形成される充填層を介して電子部品は、配
線基板上に搭載されてなるが、該配線基板および電子部
品に、充填材を挟んで絶縁性を保つようにキャパシタン
ス形成用の電極部を対向配置の形にて形成することで、
充填層中にさらに上記した高周波信号に対応した動作電
源としてのコンデンサの役割を担う領域を増やすことが
可能となる。その結果、さらに、高周波信号に対応した
電子部品の動作応答を確実にするとともに、動作電源電
圧の安定供給を向上させることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる実施の形態
を図面を用いて説明を行なう。図１は、本発明の電子部
品搭載型配線基板の一実施形態の断面概略図である。図
１に示すように、電子部品搭載型配線基板１０は、配線
基板１上に充填層３を介し、配線基板１と電子部品２と
を繋ぐ配線となる電極接続部７にて通電する形態で電子
部品２を搭載した構成とされる。充填層３は、有機絶縁
体材料６と、充填層３の誘電率を高めるための強誘電体
材料５および金属フィラー４とからなる充填材より形成
される。また、強誘電体材料５および金属フィラー４
は、充填層３に分散形成される。このような充填層３は
高誘電体となる強誘電体材料５および金属フィラー４を
介したコンデンサとして機能するため、高周波信号を取
り扱う場合に発生する配線となる電極接続部７のインダ
クタンス成分の増加を打ち消す効果をもつとともに、電
子部品２への動作電源の機能をもつことになる。その結
果、電子部品の高周波信号に対する動作応答を確実にす
るとともに、動作電源電圧の安定供給を可能とすること
ができる。また、充填層３が、電子部品２への動作電源
の機能を果たすことで、電子部品２と配線基板１との配
線長を十分に短くすることができるので、例えば、従来
の動作電源を電子部品２へ近づけるためにコンデンサを
配線基板に内蔵したものより、高周波信号に適した電子
部品搭載型配線基板とすることができる。

【００１７】図１に示す充填層３は、充填層３の誘電率
をより高めるために強誘電体材料５と金属フィラー４と
からなるが、どちらか一方より形成してもよい。また、
図１（ｂ）に示すように、電子部品２および配線基板１
に、キャパシタンスとして機能するキャパシタンス形成
用電極部９（以下、単に電極部９とも記す）を対向配置
にて形成することで、上記した充填層３の動作電源とし
てのコンデンサ機能をより高めることも可能である。な
お、対向配置される電極部９の形成数は、充填層３の全
体における必要とするキャパシタスにより適宜調整さ
れ、対向配置された電極部９の電極間距離を調整するこ
とで、該電極部９におけるキャパシタンスは調整され
る。

【００１８】充填層３における誘電率は、充填層３に対
する強誘電体材料５および金属フィラー４の体積比率の
増加に伴い大きくなるが、充填層３に対する強誘電体材
料５の体積比率が８５％より大きくなると、有機絶縁体
材料の流動性が抑制され、充填層３の形成を困難にす
る。他方、充填層３に対する金属フィラー４の体積比率
が４０％より大きくなると、配線となる電極接合部９間
を繋ぐ形にて、金属フィラーが形成される領域が発生す
る。また、充填層３に対する強誘電体材料御５の体積比
率が２４％未満、金属フィラーの体積比率が５％未満と
なると、充填層３の誘電率を１０以上とすることができ
なくなり、充填層３の上記動作電源としてのコンデンサ
機能を有効に果たすことができなくなる。これら内容を
考慮して、充填層３における強誘電体材料５および／ま
たは金属フィラーの体積比率は調整されてなる。

【００１９】図１に示す充填層３は、強誘電体材料５お
よび金属フィラー４が略均一に分散形成されてなるが、
図２に示す充填層３における電子部品２の搭載領域に対
応した中央領域２０と外周領域２１とにおいて、外周領
域２１における強誘電体材料５および／または金属フィ
ラー４の体積比率を中央領域２１に比べ小さくすること
で、外周領域２１の誘電率を中央領域２０に比べ低くな
るように調整した場合、外周領域２１には、電子部品２
への動作信号となる信号線が配置されているので、動作
信号の誘電損失を低減することが可能となる。その結
果、高周波信号の損失低減を図ることができる。例え
ば、電子部品２への高周波信号の周波数が３ＧＨｚとし
た場合、外周領域２１の誘電率を３となるように外周領
域２１における強誘電体材料５と金属フィラー４とを合
わせた体積比率を６０％とし、中央領域２０の誘電率を
４０となるように中央領域２０における強誘電体材料５
と金属フィラー４とを合わせた体積比率を７０％とする
ことで、上記した高周波帯の動作信号の損失低減を有効
に機能させることができる。なお、本明細書における高
周波信号とは、５００ＭＨｚ以上の周波数帯のものを指
す。

【００２０】また、上記外周領域２１における、高周波
帯の動作信号の損失低減を機能させるために、中央領域
２０を構成する強誘電体材料より低誘電率材料であるＳ
ｉＯ _２等の材料より外周領域２１を形成してもよい。他
の方法として、図２（ｂ）に示すように、外周領域２１
に合わせ、電極部９を形成する方法や、空気などにより
空洞領域を形成することで中央領域２０に比べ誘電率を
低くすることも可能である。

【００２１】電子部品２としては、ＬＳＩやＩＣ、ある
いはディスクリート部品等の半導体素子、またはアンテ
ナモジュール等の高周波用素子などの公知のものに適用
可能である。他方、配線基板１としては、金属配線とセ
ラミック誘電体層とが交互に積層された多層配線基板、
セラミック誘電体層のみからなる単層配線基板、もしく
は、コンデンサ、インダクタ、抵抗器などの種々の厚膜
回路素子が作りこまれた多層配線基板などの公知のもの
に適用可能である。また、図１および図２には図示され
ていないが、配線基板１において、電子部品２が搭載さ
れる側とは反対側の面がマザーボードなどの上に配置さ
れるための端子を有する配線基板にたいしても、適用可
能である。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の効果を確認するために行なっ
た実験結果について説明する。

【００２３】（実施例１）上記充填層を形成する強誘電
体材料、もしくは、強誘電体材料および金属フィラーの
体積比率と充填層の誘電率との相関に対する以下の測定
を行なった。充填材を、有機絶縁体材料としてのエポキ
シ樹脂と、強誘電体材料としてのＢａＴｉＯ_３とから種
々の比率にて構成し、配線基板上に充填層の形成を行な
った。種々の比率の充填材よりなる各々充填層に対して
誘電率測定を行なった。また、充填層の表面を、走査型
電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）
により表面観察を行い、充填層に対するＢａＴｉＯ_３の
体積比率を決定した。これら測定より得られた、誘電率
とＢａＴｉＯ_３の体積比率との関係を示したのが図３で
ある。図より明らかなように、ＢａＴｉＯ_３の体積比率
が増加するとともに、誘電率が増加していくことが分か
る。また、ＢａＴｉＯ_３の体積比率が２４％以上で誘電
率は１０以上となる。しかしながら、ＢａＴｉＯ_３の体
積比率が８５％より大きくなると、エポキシ樹脂の流動
性悪化に伴い、目的する配線基板上の充填層形成領域全
体に充填層の形成ができなった。

【００２４】上記実施例１における充填材に、さらに金
属フィラーとしてのＣｕを、充填層に対するＢａＴｉＯ
_３の体積比率を３２％、Ｃｕの体積比率を２０％となる
ように添加した場合、図３に示すように、誘電率が著し
く増加することが分かった。この体積比率よりなる充填
層のＳＥＭによる表面観察結果を示すのが図４（ｂ）で
あり、図４（ａ）は、実施例１におけるＢａＴｉＯ_３の
体積比率が４０％のものである。図より、強誘電体材料
よりなる粒子相Ａおよび／または金属フィラーよりなる
粒子相Ｂが高誘電体相としての粒子相として分散形成さ
れていることが分かる。また、図４（ｂ）より、金属フ
ィラーとしてのＣｕが形成する粒子相Ｂは、強誘電体材
料よりなる粒子相Ａより、その粒径が概ね１０〜２０倍
程度大きいことが分かる。（実施例２）充填材を、有機絶縁体材料としてのエポキ
シ樹脂と、強誘電体材料としてのＢａＴｉＯ_３の体積比
率を２０％として形成した以外は、実施例１と同条件に
て充填層を形成するとともに同測定を行い、誘電率と金
属フィラーとしてのＣｕの体積比率との関係を決定し
た。その結果、Ｃｕの体積比率が増加するに従い、誘電
率は増加した。また、Ｃｕの体積比率が５％以上で誘電
率は１０以上となった。しかしながら、ＳＥＭによる充
填層の表面観察より、Ｃｕの体積比率が４０％より大き
くなると、電子部品と配線基板とを繋ぐ配線となる図１
の各々電極接合部９の最隣接距離８０μｍの粒径をもつ
領域が発生することが観察された。

【００２５】以上の測定結果より、充填材を、その誘電
率を高めるために強誘電体材料および／または金属フィ
ラーより構成させることで、該充填材よりなる充填層
は、キャパシタンス成分の増加に寄与する分散形成され
た強誘電体材料および／または金属フィラーからなる高
誘電体結晶相を介したコンデンサとして機能することに
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子部品搭載型配線基板に係わる一実
施形態の概略断面図。

【図２】図１に続く一実施形態の概略断面図。

【図３】本発明の一実施例に対する誘電率と体積比率の
測定結果。

【図４】本発明の一実施例に対するＳＥＭによる表面観
察結果。

【符号の説明】

１配線基板２電子部品３充填層４金属フィラー５強誘電体材料６有機絶縁体材料９キャパシタンス形成用電極部１０電子部品搭載型配線基板２０中央領域２１外周領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】配線基板上に充填材よりなる充填層を介
して電子部品が搭載された電子部品搭載型配線基板にお
いて、前記充填材は、有機絶縁体材料と、前記充填材の
見かけの誘電率（以下、単に誘電率と称する）を高める
ための強誘電体材料および／または金属フィラーとから
なり、かつ、該強誘電体材料および／または金属フィラ
ーは、前記充填層に分散形成されてなることを特徴とす
る電子部品搭載型配線基板。
【請求項２】前記強誘電体材料は、ペロブスカイト型
結晶構造よりなる強誘電体酸化物結晶であることを特徴
とする請求項１記載の電子部品搭載型配線基板。
【請求項３】前記充填層における、前記強誘電体材料
の体積比率が、２０％以上８５％以下であることを特徴
とする請求項２記載の電子部品搭載型配線基板。
【請求項４】前記充填層における、金属フィラーの体
積比率が、５％以上４０％以下であることを特徴とする
請求項１又は３記載の電子部品搭載型配線基板。
【請求項５】前記充填材の誘電率が、１０以上である
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の電子部品搭載
型配線基板。
【請求項６】前記充填層は、前記電子部品の搭載領域
に対応した中央領域と該中央領域の外側に位置する外周
領域とからなり、該外周領域の誘電率が前記中領域より
も低くなるように前記充填材が調整されてなることを特
徴とする請求項１記載の電子部品搭載型配線基板。
【請求項７】前記配線基板および前記電子部品には、
前記充填材を挟んで互いに絶縁形態にて対向配置され
る、キャパシタンス形成用電極部が形成されてなること
を特徴とする請求項１記載の電子部品搭載型配線基板。