JP2004134421A

JP2004134421A - コンデンサ内蔵配線基板及びその製造方法

Info

Publication number: JP2004134421A
Application number: JP2002294456A
Authority: JP
Inventors: Hiroo Ito; 伊藤　裕雄; Katsumi Sawada; 澤田　勝実
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2002-10-08
Filing date: 2002-10-08
Publication date: 2004-04-30

Abstract

【課題】樹脂系の誘電体粉末コンポジットタイプのコンデンサ内蔵配線基板の特長である柔軟性を保持したまま、従来品に比べ格段に静電容量を増加できるコンデンサ内蔵配線基板及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】金属層１１、樹脂単独の誘電体層１３、セラミック薄膜の誘電体層１４、樹脂単独の誘電体層１５、金属層１２の順に積層されてなるコンデンサ内蔵配線基板とする。また、金属層１１及び１２は、白金、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、コバルト、チタンのうちの少なくとも１つからなる単体金属または合金からなる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線基板内でコンデンサが形成されたコンデンサ内蔵配線基板及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電気回路用のコンデンサとしては、セラミック、タンタル等のチップコンデンサや樹脂フィルム等によるフィルムコンデンサ等が使用されてきた。
【０００３】
近年、電子機器の高性能化、小型化の要求が加速し、さらに信号の高速化や大容量化に伴うノイズ発生の問題とも重なり、配線基板内にコンデンサを内蔵することによる実装密度の増大、内蔵することでの配線距離の短縮によるノイズの低減が行われてきた。
【０００４】
このことは、特にセラミック基板において、従来より行われており、高温での焼成によってコンデンサが形成される。
【０００５】
一方、樹脂系基板に関しても、最近、コンデンサ内蔵化が行われてきており、誘電体層として誘電体粉末と樹脂を混合した層を誘電体層として使用することが一般化している。例えば、第１の金属層、樹脂中に誘電体粉末を混合した誘電体層、第２の金属層の順に積層して形成されたコンデンサ内蔵配線基板がある。
【０００６】
このようなコンデンサ内蔵配線基板の例は、次の特許文献１に開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平５−７０６３号公報
【０００８】
この構造のコンデンサ内蔵配線基板は、曲げに強く、折れや割れが発生しにくいという特長を有するが、大容量のコンデンサを得ることが難しいという問題点も有する。
【０００９】
また、次の特許文献２には、固体電解コンデンサを内蔵したコンデンサ内蔵型配線基板が開示されている。
【００１０】
【特許文献２】特開２００２−２４６２７２号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、チップコンデンサでは実装時、ハンダ接合等に工数がかかり、しかも多層基板では表面実装しか行えず、高密度実装やノイズ低減に関して問題がある。
【００１２】
また、チップコンデンサやフィルムコンデンサは必要に応じた容量のものを状況に応じて選べるが、その厚さは、通常０．５ｍｍ以上あるため、ＩＣカード等の薄い製品内に組み込むことは難しく、また柔軟性が無いため、曲げに弱く、折れや割れが発生しやすい等の問題がある。
【００１３】
また、固体電解コンデンサを内蔵した配線基板については、コンデンサの構造が複雑となる。
【００１４】
また、セラミック基板に内蔵されるコンデンサは、積層構成で基板内配線技術を使用することにより、高密度実装やノイズ低減には効果的である。しかし、柔軟性に欠けているため、曲げに弱く、折れや割れが発生しやすい等の問題がある。また、焼成工程が入っているため生産性やコスト面での問題がある。
【００１５】
さらに、樹脂系の誘電体粉末コンポジットタイプの基板内蔵コンデンサに関しては、積層構成で基板内配線技術を使用することにより、高密度実装やノイズ低減には効果的である。しかも、樹脂を選択することにより柔軟性があり、折れや割れに強いコンデンサを製造でき、樹脂の硬化温度も樹脂種によって、まちまちながら、セラミックスに比べれば、はるかに低温で処理できるため、生産性やコスト面でも有利である。
【００１６】
しかし、樹脂系の誘電体粉末コンポジットタイプの基板内蔵コンデンサでは、静電容量の選択幅が狭いという問題がある。現状で達成されている実使用に足りるものは、比誘電率で、せいぜい５０程度が最大であり、厚さに関してもピンホールの問題あるいは絶縁抵抗の問題等から１μｍ以下の厚みは望めず、信頼性の確保のためには、５μｍ以上の厚みが必要と考えられる。
【００１７】
本発明は、樹脂系の誘電体粉末コンポジットタイプのコンデンサ内蔵配線基板の優れた特徴を保持したまま、従来品に比べ格段に比誘電率を増加できる、つまり静電容量が格段に増加できるコンデンサ内蔵配線基板を提供することを課題とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明のコンデンサ内蔵配線基板は、第１の金属層、複数の誘電体層、第２の金属層の順に積層されてなるコンデンサ内蔵配線基板において、前記複数の誘電体層は、少なくとも２層の異なる誘電体層を含んで積層されていることを特徴とする。
【００１９】
また、前記誘電体層のうち、少なくとも１層は樹脂層であり、他の少なくとも１層は誘電体セラミック層とすることができる。
【００２０】
このときの樹脂層としては、熱硬化性樹脂またはガラス転移温度（Ｔｇ）が８０℃以上の熟可塑性樹脂を使用することが好ましい。その熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ＢＴ（ビスマレイミドトリアジン）、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、フェノール樹脂等が１種または２種以上組み合わされて使用される。また、熱可塑性樹脂としては飽和ポリエステル樹脂、アクリル樹脂等が１種または２種以上組み合わされて使用される。さらに、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂を組み合わせて使用しても構わない。
【００２１】
このときの誘電体セラミック層としては、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ジルコン酸鉛、ジルコン酸カルシウム、チタン酸ビスマス等が使用できる。
【００２２】
また、前記誘電体層のうち、少なくとも１層が樹脂と誘電体粉末とを混合してなるコンポジット層であり、他の少なくとも１層は誘電体セラミック層とすることができる。
【００２３】
このコンポジット層の樹脂としては、前述の樹脂層と同等のものが使用できる。また、コンポジット層の誘電体粉末としては、前述の誘電体セラミック層に用いたのと同等のセラミックバルクを粉砕した粉末が使用できる。
【００２４】
このとき、バルクでの比誘電率が高い粉末を選択すれば、最終的に本発明のコンデンサ内蔵配線板の比誘電率を高くすることが可能である。なお、樹脂を単独で使用した場合に対して大きな差別化をするためには、バルクでの比誘電率が１００以上、好ましくは１０００以上の粉末を使用するとよい。
【００２５】
このときに用いる誘電体セラミック層については、前述のものと同様である。
【００２６】
また、前記第１または第２の金属層と接する誘電体層は、樹脂層、または樹脂と誘電体粉末とを混合してなるコンポジット層のいずれかからなる層とすることができる。
【００２７】
このように構成することにより、第１または第２の金属層と直接に接する層が樹脂層または樹脂と誘電体粉末とのコンポジット層となるため、セラミック薄膜の誘電体セラミック層が直接、金属層に積層されているものに比べ、曲げに強く剥がれにくい状況が作り出せる。
【００２８】
また、セラミック薄膜の誘電体セラミック層は、樹脂層、または樹脂と誘電体粉末とのコンポジット層で挟まれた構成であるため、これもセラミック薄膜の単独使用に対して、曲げに強く、折れや割れに強い状況を作り出すことができる。
【００２９】
さらには、樹脂層、または樹脂と誘電体粉末とのコンポジット層が１μｍ以下の薄い状態で、若干のピンホール等の不連続部分があったとしても、間に挟まれているセラミック薄膜の誘電体セラミック層は、製造上、ピンホール等の不連続部分が発生しにくいため、信頼性の高いコンデンサが得られる。
【００３０】
また、前記第１及び第２の金属層は、白金、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、コバルト、チタンのうちの少なくとも１つからなる単体金属または合金の層とすることができる。
【００３１】
また、本発明のコンデンサ内蔵配線基板の第１の製造方法は、第１の金属層、誘電体セラミック層を含む複数の誘電体層、第２の金属層の順に積層されてなるコンデンサ内蔵配線基板の製造方法であって、前記誘電体セラミック層をゾルゲル法、電気泳動法、化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）、物理蒸着法（ＰＶＤ法）、レーザーアブレーション法、ジェットプリンティング法、イオンプレーティング法、溶射法、スパッタ法、化学溶液法のうちの少なくとも１つから選択された方法で形成することを特徴とする。
【００３２】
これらの方法は、いずれもセラミック焼成工程による成膜に比べ、はるかに低温工程で成膜が可能なため、樹脂層上に成膜することも可能である。但し、ある程度の高温は避けられない場合もあるため、適宜、樹脂種とセラミック種とセラミック成膜方法を選択する必要がある。
【００３３】
すなわち、樹脂層上または樹脂と誘電体粉末とのコンポジット層上に成膜するセラミック層のセラミック種と樹脂種との組み合わせにより、適宜、有効な方法を選択し、実施するとよい。上記のいずれの方法もセラミック層を低温工程で作製できる方法であり、樹脂層または樹脂と誘電体粉末とのコンポジット層がセラミック層の通常の高温焼成に耐えることは不可能なため低温工程での方法を実施する必要がある。
【００３４】
また、本発明のコンデンサ内蔵配線基板の第２の製造方法は、第１の金属層、誘電体セラミック層を含む複数の誘電体層、第２の金属層の順に積層されてなるコンデンサ内蔵配線基板の製造方法であって、前記第１及び第２の金属層を、白金、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、コバルト、チタンのうちの少なくとも１つからなる単体金属または合金を含む導電性ペーストを用いて形成することを特徴とする。
【００３５】
第１及び第２の金属層は、めっき法や蒸着法で析出させても、あるいは始めから金属箔を使用しても良いが、導電性ぺ一ストを使用することもできる。この場合には、樹脂を含んでいるものでも、含まないものでも問題はない。但し、樹脂を含まないものを使用する場合は、一般に高温焼成用が多いため、誘電体層の樹脂に影響が出ないような低温硬化品を選択する必要がある。
【００３６】
ところで、本発明のコンデンサ内蔵配線基板について、金属層をエッチング等によりパターン化するか、もしくは導電性ぺ一ストをパターン状に印刷等で形成することによりコンデンサ内蔵配線基板として使用できる。当然、金属層の外表面にさらに通常の多層基板製造技術による多層配線層を形成して、多層配線基板として使用することもできる。
【００３７】
このようにして、セラミック系の優位点である、比誘電率が高い（容量が大きい）コンデンサが形成されることと、樹脂系の優位点である、柔軟性があり、取り扱いが容易であるということを同時に達成したコンデンサ内蔵配線基板が得られる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３９】
図１及び図２に、本発明の実施の形態に係るコンデンサ内蔵配線基板の部分断面図を示す。いずれの構成においても、後述の図３に示す構成に比べ、曲げに強く、折れや割れが発生し難い状態となり、また後述の図４に示す構成に比べ、大容量のコンデンサを得ることが可能となる。
【００４０】
（実施の形態１）図１に示す本発明の実施の形態１について詳細に説明する。図１において、１１及び１２は金属層、１３及び１５は樹脂単独の誘電体層（樹脂層）、１４はセラミック薄膜の誘電体層を示す。
【００４１】
まず、使用する原料、資材は次のようである。金属層：片面電解銅箔（１８μｍ）。樹脂：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂と柔軟性のあるビスフェノールＡ型フェノキシ樹脂を重量比で１：１で混合したもの。硬化剤：フェノールノボラック型硬化剤。溶剤：ＭＥＫ（メチルエチルケトン）。セラミック層：チタン酸バリウム（バルクでの誘電率３０００）。
【００４２】
次に、このコンデンサ内蔵配線基板の製造方法について説明する。
【００４３】
▲１▼：エポキシ樹脂と硬化剤及びフェノキシ樹脂を規定量混合し、ＭＥＫにて粘度調整後、スピンコーターにて銅箔の電解側に溶剤除去後１μｍ厚になるように調整し塗布する。
【００４４】
▲２▼：１２０℃で３０分程度加熱乾燥し、ＭＥＫを除去し、樹脂層を半硬化状態にする。
【００４５】
▲３▼：ゾルゲル法により、半硬化状態の樹脂層上にチタン酸バリウムの層を析出させ３μｍ厚の薄膜を形成する。
【００４６】
▲４▼：薄膜チタン酸バリウム層上に▲１▼→▲２▼の工程を繰り返し半硬化状態の樹脂層を１μｍ厚で形成する。
【００４７】
▲５▼：　▲４▼での半硬化状態の樹脂層上に、銅箔の電解側を樹脂層と接するように配置し、真空ラミネートにより積層する。
【００４８】
▲６▼：２００℃で１時間プレス加熱硬化を行い、本発明の実施の形態１のコンデンサ内蔵配線基板を得る。
【００４９】
なお、本実施の形態１においては、チタン酸バリウムの誘電体セラミック層をゾルゲル法により作製したが、他に、電気泳動法、化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）、物理蒸着法（ＰＶＤ法）、レーザーアブレーション法、ジェットプリンティング法、イオンプレーティング法、溶射法、スパッタ法、化学溶液法によっても、樹脂層を劣化させることなく、誘電体セラミック層を成膜することができる。
【００５０】
（実施の形態２）次に、図２に示す本発明の実施の形態２について詳細に説明する。２１及び２２は金属層、２３及び２５は樹脂と誘電体粉末の混合品である誘電体層（コンポジット層）、２４はセラミック薄膜からなる誘電体層（誘電体セラミック層）を示す。
【００５１】
まず、使用する原料、資材は次のとおりである。金属層：片面電解銅箔（１８μｍ）。樹脂：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂と柔軟性のあるビスフェノールＡ型フェノキシ樹脂を重量比で１：１で混合したもの。硬化剤：フェノールノボラック型硬化剤。誘電体粉末：チタン酸バリウム（粒径０．３μｍ、バルクでの誘電率３０００）。溶剤：ＭＥＫ。セラミック層：チタン酸バリウム（バルクでの誘電率３０００）。
【００５２】
このコンデンサ内蔵配線基板の製造方法に関しては、実施の形態１とほぼ同等である。異なる点は、樹脂中に誘電体粉末が分散されている点のみである。樹脂と誘電体粉末（０．３μｍ径チタン酸バリウム）の混合比は体積分率で１：１とした。
【００５３】
また、図３に、比較例１として作製したコンデンサ内蔵配線基板の部分断面図を示す。３１及び３２は金属層、３３はセラミック薄膜からなる誘電体層を示す。
【００５４】
この構成のコンデンサ内蔵配線基板は、大きな容量のコンデンサを得ることができるが、曲げに弱く、折れや割れが発生し易いという問題を内在している。
【００５５】
また、図４に、比較例２として作製したコンデンサ内蔵配線基板の部分断面図を示す。４１及び４２は金属層、４３は樹脂と誘電体粉末の混合品である誘電体層を示す。
【００５６】
この構成のコンデンサ内蔵配線基板は、曲げに強く、折れや割れが発生しにくいが、大きな容量のコンデンサを得ることが難しいという問題を内在している。
【００５７】
このように作製した４種のコンデンサ内蔵配線基板の比誘電率と曲げ特性（柔軟性）に関して評価した結果を次の表１に示す。誘電体層の全厚が５μｍ厚で比較した。
【００５８】
【表１】

【００５９】
実施例１及び２の試料については、曲げ特性（柔軟性）が良好で、比誘電率も２３０〜５８０と、従来の樹脂系のコンデンサ内蔵配線基板の場合よりも格段に高い値が得られた。
【００６０】
【発明の効果】
上記のように、本発明のコンデンサ内蔵配線板を使用することにより、従来の、誘電体層がセラミックスであるものより耐折り曲げ性に優れ、柔軟性が高く、従来の、誘電体層が樹脂と誘電体粉末のコンポジット品であるものに比べ、比誘電率を格段に大きくすることが可能となった。
【００６１】
また、誘電体粉末コンポジットタイプの数１０倍程度まで比誘電率の調整が可能と考えられ、各誘電体層の厚さでも比誘電率を調整できることから、従来に比べ汎用性の高いコンデンサ内蔵配線板の提供が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１のコンデンサ内蔵配線基板を示す部分断面図。
【図２】本発明の実施の形態２のコンデンサ内蔵配線基板を示す部分断面図。
【図３】比較例１のコンデンサ内蔵配線基板を示す部分断面図。
【図４】比較例２のコンデンサ内蔵配線基板を示す部分断面図。
【符号の説明】
１１，１２，２１，２２　　金属層
１３，１４，１５，２３，２４，２５　　誘電体層

Claims

第１の金属層、複数の誘電体層、第２の金属層の順に積層されてなるコンデンサ内蔵配線基板において、前記複数の誘電体層は、少なくとも２層の異なる誘電体層を含んで積層されていることを特徴とするコンデンサ内蔵配線基板。
前記誘電体層のうち、少なくとも１層が樹脂層であり、他の少なくとも１層が誘電体セラミック層であることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ内蔵配線基板。
前記誘電体層のうち、少なくとも１層が樹脂と誘電体粉末とを混合してなるコンポジット層であり、他の少なくとも１層が誘電体セラミック層であることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ内蔵配線基板。
前記第１または第２の金属層と接する誘電体層は、樹脂層、または樹脂と誘電体粉末とを混合してなるコンポジット層のいずれかからなることを特徴とする請求項１、２または３に記載のコンデンサ内蔵配線基板。
前記第１及び第２の金属層は、白金、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、コバルト、チタンのうちの少なくとも１つからなる単体金属または合金からなることを特徴とする請求項１、２、３または４に記載のコンデンサ内蔵配線基板。
第１の金属層、誘電体セラミック層を含む複数の誘電体層、第２の金属層の順に積層されてなるコンデンサ内蔵配線基板の製造方法であって、前記誘電体セラミック層をゾルゲル法、電気泳動法、化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）、物理蒸着法（ＰＶＤ法）、レーザーアブレーション法、ジェットプリンティング法、イオンプレーティング法、溶射法、スパッタ法、化学溶液法のうちの少なくとも１つから選択された方法で形成することを特徴とするコンデンサ内蔵配線基板の製造方法。
第１の金属層、誘電体セラミック層を含む複数の誘電体層、第２の金属層の順に積層されてなるコンデンサ内蔵配線基板の製造方法であって、前記第１及び第２の金属層を、白金、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、コバルト、チタンのうちの少なくとも１つからなる単体金属または合金を含む導電性ペーストを用いて形成することを特徴とするコンデンサ内蔵配線基板の製造方法。