JP2006319023A - 部品内蔵配線基板用のコンデンサの形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】部品内蔵配線基板用のコンデンサの形成方法において、コンデンサの電極を誘電体を切断せずにトリミングで除去し、信頼性の低下と収率の悪化を防ぐ方法を提供する。
【解決手段】（１）コンデンサの下電極を、銅配線層をフォトリソグラフィとエッチングによって形成する工程（２）誘電体フィラーと絶縁樹脂が混合されている誘電体を下電極上に形成する工程（３）誘電体表面に導電性高分子膜を形成する工程（４）下電極の取出配線部と導電性高分子膜とにコンデンサ容量測定用の電極を接触し、容量を測定しながら所望の容量になるように導電性高分子膜をレーザー加工によって削り取り除去する工程（５）レーザー加工による導電性高分子膜を除去した部分を避け導電性高分子膜上ならびに誘電体上に導電性ペーストをコートする工程（６）導電性高分子膜上ならびに導電性ペースト上に電解めっきによって金属層を形成する工程によって、形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、部品内蔵配線基板用のコンデンサの形成方法に関する発明である。

部品内蔵配線基板で、基板内部にコンデンサを埋め込む場合、多層配線基板の絶縁樹脂の層間にコンデンサを形成するため、コンデンサの厚みを薄くする必要がある。このため、配線基板の技術で形成した電極上に誘電体をスクリーン印刷などでコーティングし、上部電極を導電性ペーストなどで形成する手法が採られてきた。図１は、従来の部品内蔵配線基板用コンデンサの製造方法の一例を斜視で見た説明図である。図１（ａ）のように配線基板の配線を作る工程と同時にコンデンサの下電極１０を形成し、その電極上に図１（ｂ）のように誘電体ペースト２０をスクリーン印刷などによってコーティングする。通常は、図１（ｃ）に示すように、誘電体２０上に電極配線１５と接続する形で、導電性ペースト３０をスクリーン印刷などで形成していた。そして、コンデンサの静電容量を精度良く形成するために、コンデンサの電極をトリミングで除去する方法が採用されている。

公知の文献を以下に述べる。
特開２００５−１１６６０４号公報

しかし、基板内部に内蔵するコンデンサの形成に誘電体フィラーと樹脂からなる誘電体を使用すると、コンデンサの電極をトリミングで除去する際に誘電体の加工エネルギーが低いため、電極と同時に誘電体も切断してしまい、信頼性の低下と収率の悪化につながっていた。

本発明では、次の形成方法を採ることで問題を解決している。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、基板内部に埋め込むコンデンサを次の方法で形成している。

（１）コンデンサの取出配線部を備えた下電極を、絶縁基板上に形成した銅配線層をフォトリソグラフィとエッチングによって形成する工程
（２）誘電体フィラーと絶縁樹脂が混合されているペースト状あるいはフィルム状の誘電体を下電極上に形成する工程
（３）誘電体表面に導電性高分子膜を形成する工程
（４）下電極の取出配線部と導電性高分子膜とにコンデンサ容量測定用の電極を接触し、コンデンサ容量を測定しながら所望のコンデンサ容量になるように導電性高分子膜をレーザー加工によって削り取り除去する工程
（５）レーザー加工による導電性高分子膜を除去した部分を避け導電性高分子膜上ならびに誘電体上に導電性ペーストをコートする工程
（６）導電性高分子膜上ならびに導電性ペースト上に電解めっきによって金属層を形成する工程
以上の工程によって、形成したことを特徴とする部品内蔵配線基板用のコンデンサの形成方法。

以上の工程によって、トリミングの際に使用する電極に導電性高分子を用いているため、誘電体の加工を最小限に食い止めることができ、切断することが少なく、したがって信頼性の低下と収率の悪化を防げる。

さらに次の方法でも同様な効果がある。

（１）コンデンサの取出配線部を備えた下電極を、絶縁基板上に形成した銅配線層をフォトリソグラフィとエッチングによって形成する工程
（２）誘電体フィラーと絶縁樹脂が混合されているペースト状あるいはフィルム状の誘電体を下電極上に形成する工程
（３）誘電体表面に導電性高分子膜を形成する工程
（４）下電極の取出配線部と導電性高分子膜とにコンデンサ容量測定用の電極を接触し、コンデンサ容量を測定しながら所望のコンデンサ容量になるように導電性高分子膜をレーザー加工によって削り取り除去する工程
（５）導電性高分子膜上に電解めっきによって金属層を形成する工程
（６）レーザー加工による導電性高分子膜を除去した部分を避け導電性高分子膜上ならびに誘電体上に導電性ペーストをコートする工程
以上の工程によって、形成したことを特徴とする部品内蔵配線基板用のコンデンサの形成方法。

さらにまた、次の方法でも良い。

（１）コンデンサの取出配線部を備えた下電極を、絶縁基板上に形成した銅配線層をフォトリソグラフィとエッチングによって形成する工程
（２）誘電体フィラーと絶縁樹脂が混合されているペースト状あるいはフィルム状の誘電体を下電極上に形成する工程
（３）誘電体表面にパラジウム金属を含んだ導電性高分子膜を形成する工程
（４）下電極の取出配線部と導電性高分子膜とにコンデンサ容量測定用の電極を接触し、コンデンサ容量を測定しながら所望のコンデンサ容量になるように導電性高分子膜をレーザー加工によって削り取り除去する工程
（５）金属パラジウムを含んだ導電性高分子膜上に無電解めっきによって金属層を形成する工程
（６）レーザー加工による導電性高分子膜を除去した部分を避け導電性高分子膜上ならびに誘電体上に導電性ペーストをコートする工程
以上の工程によって、形成したことを特徴とする部品内蔵配線基板用のコンデンサの形成方法
この方法を用いると、電解めっきのように電極を引き出す必要がないため、生産性も良い。

また、使用するレーザーは、ＹＡＧレーザー、ＵＶ−ＹＡＧレーザー、炭酸ガスレーザー、エキシマレーザーのいずれかを用いることができる。

また、導電性ペーストは銀ペーストや銅ペーストを利用することができる。ペーストは、スクリーン印刷で部分的に印刷することが可能である。

誘電体フィラーには、チタン酸バリウム、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、ＰＺＴのいずれかを含むことが望ましい。また、誘電率の高い材料であればいずれでも応用が可能である。

本発明のコンデンサの形成方法を用いることで、コンデンサのトリミング性を向上することができた。これによって今まで困難であった内蔵用コンデンサの容量精度を向上することが可能となった。

本発明に係る配線基板構造を図１〜４を使って説明する。

従来の部品内蔵用のコンデンサは、図１のようにコンデンサの下電極１０を形成し、その電極上に誘電体ペースト２０をコーティングする。そして、誘電体２０上に電極配線１５と接続する形で、導電性ペースト３０を形成していた。本発明では、図２（ｂ）のように誘電体を形成した後に、誘電体上に導電性高分子膜２５を形成している。この導電性高分子膜は、液状で粘性がないためにスクリーン印刷で形成することが困難である。このため、レジスト膜２１をパターニングすることで導電性高分子が所定の場所に形成できるようにレジストパターンによる土手を形成している。（図２（ｃ），（ｄ）参照）
導電性高分子膜２５が形成できた後に、レジストパターン２１ａを除去しコンデンサの容量測定用の電極を導電性高分子膜ともう一方の電極１０にコンタクトしながらレーザー加工を用いて導電性高分子膜を加工することでコンデンサ容量を所望の容量になるまで導電性高分子膜を削り取っていく。

コンデンサ容量が所定の容量になったところで、もう一方の配線パターン１５と導電性高分子ならびに誘電体上に導電性ペーストをスクリーン印刷などでコーティングする。このコーティングの際にトリミングによって削り取った導電性高分子膜の部分を避けて、導電性ペーストが掛からないようにコーティングすることが必要である。

導電性ペーストをコーティングした後に配線パターン１５の延長上に電解めっきの電極を採り、導電性ペーストならびに導電性高分子に金属膜４０を形成する。金属膜の厚みは、５μｍ以上あれば十分である。この金属膜は、内蔵したコンデンサの信頼性を向上するために必要である。

以下、実施例について図２〜４を用いて詳細に説明する。図２〜４は、本発明の部品内蔵配線基板用コンデンサの製造方法の一例を平面（左側）及び断面（右側）で見た部分説明図である。

本発明の配線基板内蔵用コンデンサの形成方法は、次の工程のようになる。

絶縁樹脂基板の両面に１２μｍ厚の銅箔が形成されたＢＴレジン基板を使用し、銅箔上に１５μｍのドライフィルムレジスト（日立化成工業製：ＲＹ３３１５）をラミネーターによって１１０℃、３ＭＰａの圧力で貼付けた。配線層とコンデンサ電極を形成するため、ドライフィルム上に配線パターンのマスクを載せてＵＶ露光機で６０ｍＪ／ｃｍ²の露光量でドライフィルムにイメージを焼き付けてた。また、露光後に１％炭酸ソーダ溶液でドライフィルムの現像を行い、塩化第二鉄液を用いたエッチング装置で露出した銅箔をエッチングすることで図２（ａ）のような配線パターン１５とコンデンサの下電極１０を形成することができた。ドライフィルムは、エッチング後に５％の苛性ソーダ溶液で剥離可能である。下電極パターンを形成後に基板を１２０℃のオーブンで１時間乾燥し、基板が室温に戻った段階で誘電体フィラーにチタン酸バリウムを８０％含んだエポキシ系の絶縁樹脂ペースト２０をスクリーン印刷で電極上に印刷した（図２（ｂ））。印刷後、８０℃のオーブンで乾燥し、完全硬化させるためにさらに１６０℃のオーブンで１時間のベーキングを行った。ベーキングが完了して、基板が室温になった時点で、図２（ｃ）のように基板全体に３７μｍのドライフィルムレジスト（日立化成工業製：ＲＹ３３３７）をラミ
ネートした。誘電体の表面が露出するようにドライフィルムレジストをパターニング２１ａした（図２（ｄ））。パターニング条件は、上記の１５μｍのレジストと同様である。レジストをパターニングした後に、導電性高分子に市販のＰＥＤＯＴを用いて、モノマーと重合開始剤をレジスト２１ａの開口部に塗布し、導電性高分子膜２５を形成した（図３（ｅ））。モノマーと重合開始剤は共に液状で、始めにモノマーをディスペンサを用いて少量滴下し、次に、重合開始剤を同じように、ディスペンサで滴下した。完全に重合が完了した後に、余分なモノマーはエタノールで洗浄した。重合は５〜１０で完了した。洗浄後に純水で洗浄し、８０℃のオーブンで３０分乾燥を行った。レジストパターンを除去するために、５％の水酸化ナトリウム溶液に浸漬しレジストを剥離除去した（図３（ｆ）参照）。レジスト剥離後に水洗と乾燥を行い、図３（ｇ）のようにトリミング用のプローブを導電性高分子膜２５とコンデンサ電極１０から伸びる配線部分との２ヶ所にコンタクトし、ＬＣＲメーターやインピーダンスアナライザによってコンデンサ容量を測定しながら、エキシマレーザー２６を用いて導電性高分子膜２５を加工除去していった。コンデンサの場合は、電極面積が小さくなると容量が小さくなるので、トリミングは容量を下げるほうにしか加工できない。そのため、狙いの容量値よりも大きめにコンデンサ電極を設計しておく必要がある。コンデンサの容量が狙いの容量になった時点で電極の加工を終了した（（図４（ｈ）参照））。ここで使用したエキシマレーザーは、加工ガスにＫｒＦを使用したもので加工エネルギーは、発振器の出力で２５ｍＪ／ｃｍ²程度で十分であった。

トリミングが完了した後、図４（ｉ）のように配線電極１５と導電性高分子膜２５ａを接続するように導電性ペースト３０をスクリーン印刷でコーティングした。導電性ペースト３０には、銅ペーストを使用した。印刷後に８０℃，１０分の乾燥を行った後、完全硬化させるために１５０℃，３０分のベーキングをオーブンで行った。

銅ペーストのコーティングは、トリミングによって加工した部分にかからないようにスクリーン版を設計する必要がある。トリミング部分に銅ペーストが載ってしまうと銅ペーストが電極となってしまい、トリミングの意味がない。

銅ペーストの硬化後に配線パターン１５を電極として電解銅めっきを行った。導電性高分子膜２５ａは、比較的抵抗が高いため、あまり大きな電流でめっきしてしまうとめっき膜の成長が部分的にしか行われないため、電流密度を０．１Ａ／ｃｍ²から銅めっきの成長に伴って徐々に電流密度を上げていくことが重要である。図４（ｊ）のように、導電ペーストならびに導電性高分子膜２５ａの表面に５μｍ以上の膜厚で金属膜４０として銅めっき膜を形成し、本発明の内蔵用コンデンサの形成は完了した。

コンデンサ形成後にコンデンサ容量を測定したところ、トリミングによって設定した容量のコンデンサが形成できた。

以下、他の実施例について図５〜７を用いて詳細に説明する。図５〜７は、本発明の部品内蔵配線基板用コンデンサの製造方法の他の例を平面（左側）及び断面（右側）で見た部分説明図である。

実施例１と同様に図６（ｇ）のトリミングの工程まで行った。

トリミングが完了した後（図７（ｈ）参照）、図７（ｉ）のように導電性高分子膜２５ａの部分だけに電解めっきを行った。電解めっきの方法は、電解銅めっき液を使用し、電解めっき用の電極プローブを液中でコンタクトし、導通を行った。この方法によって導電性高分子膜２５ａの表面だけに電解銅めっき膜２５ｂを形成することができた。導電性高分子膜２５ａは、比較的抵抗が高いため、あまり大きな電流でめっきしてしまうとめっき
膜の成長が部分的にしか行われないため、電流密度を０．１Ａ／ｃｍ²から銅めっきの成長に伴って徐々に電流密度を上げていくことが重要である。導電性高分子膜２５ａの表面に５μｍ以上の膜厚で銅めっき膜２５ｂを形成した。

めっき完了後に、図７（ｊ）のように配線電極１５とめっきした導電性高分子膜２５ｂを接続するように導電性ペースト３０をスクリーン印刷でコーティングした。導電性ペースト３０には、銅ペーストを使用している。印刷後に８０℃，１０分の乾燥を行った後、完全硬化させるために１５０℃，３０分のベーキングをオーブンで行った。

銅ペーストのコーティングは、トリミングによって加工した部分にかからないようにスクリーン版を設計する必要がある。トリミング部分に銅ペーストが載ってしまうと銅ペーストが電極となってしまい、トリミングの意味がない。

導電性ペースト３０が完全硬化した時点で本発明の内蔵用コンデンサの形成を完了した。

実施例１と同様に所定のコンデンサ容量が得られた。

以下、その他の実施例について図３を用いて詳細に説明する。図３（ｄ）のレジストパターン形成の工程まで実施例２と同様に行った。図３（ｅ）の導電性高分子膜２５を形成する際にＰＥＤＯＴのモノマーに塩化パラジウムの粉末を分散させておく。分散量は、コートする重量の１０％程度とした。粉末は、分散性を良くするため細かいほうが望ましい。この導電性高分子を用いて、導電性高分子膜２５を形成し、図３（ｈ）までは実施例２と同様の条件で形成した。次に、実施例２では電解めっきによってめっき膜２５ｂを形成していたが、無電解めっきによって金属層を形成した。その方法は、導電性高分子膜２５ａを１０％の塩酸溶液に３０秒間浸漬し、導電性高分子膜２５ａに分散された塩化パラジウムを活性な状態にした。この状態で無電解銅めっき液に浸漬することで、塩化パラジウムを触媒にして導電性高分子膜２５ａ上に無電解銅めっき膜が析出した。無電解銅めっき膜は、電解銅めっきのように成長速度が速くないため、１μｍ程度の膜厚が得られた時点で終了した（図３（ｉ））。水洗後、金属層の膜厚が不十分であれば、実施例２と同様に電解銅めっきによって膜厚を調整する。金属膜２５ｂを形成した後、実施例２と同様に配線電極１５とめっきした導電性高分子膜２５ｂを接続するように導電性ペースト３０をスクリーン印刷でコーティングした（図３（ｊ））。

これらの方法で、実施例１ならびに実施例２と同様に所定のコンデンサ容量が得られていた。

本発明の配線回路基板内蔵用抵抗素子の形成方法は、配線回路基板上に実装されている実装部品を基板内部に内蔵しようというものである。実装部品を基板内部に取り込むことで、実装エリアにスペースが生まれより高機能な部品を実装することが可能となる。また、従来の基板サイズも小さくすることが可能となり、電子機器の軽薄短小化を促進する原動力ともなる。

従来の部品内蔵配線基板用コンデンサの製造方法の一例を平面及び断面で見た説明図である。 本発明の部品内蔵配線基板用コンデンサの製造方法の一例を平面及び断面で見た部分説明図である。 本発明の部品内蔵配線基板用コンデンサの製造方法の一例を平面及び断面で見た部分説明図である。 本発明の部品内蔵配線基板用コンデンサの製造方法の一例を平面及び断面で見た部分説明図である。 本発明の部品内蔵配線基板用コンデンサの製造方法の他の例を平面及び断面で見た説明図である。 本発明の部品内蔵配線基板用コンデンサの製造方法の他の例を平面及び断面で見た説明図である。 本発明の部品内蔵配線基板用コンデンサの製造方法の他の例を平面及び断面で見た説明図である。

符号の説明

１０・・・・・・・・・ コンデンサ下電極
１５・・・・・・・・・ 電極配線
２０・・・・・・・・・ 誘電体
２１・・・・・・・・・ レジスト膜
２１ａ・・・・・・・・ レジストパターン
２５・・・・・・・・・ 導電性高分子膜
２５ａ・・・・・・・・ トリミングされた導電性高分子膜
２５ｂ・・・・・・・・ 金属膜を形成された導電性高分子膜
２６・・・・・・・・・ レーザービーム
３０・・・・・・・・・ 導電性ペースト（コンデンサ電極）
４０・・・・・・・・・ 金属層

Claims (6)

1. 部品内蔵配線基板用のコンデンサの形成方法において、
   （１）コンデンサの取出配線部を備えた下電極を、絶縁基板上に形成した銅配線層をフォトリソグラフィとエッチングによって形成する工程
   （２）誘電体フィラーと絶縁樹脂が混合されているペースト状あるいはフィルム状の誘電体を下電極上に形成する工程
   （３）誘電体表面に導電性高分子膜を形成する工程
   （４）下電極の取出配線部と導電性高分子膜とにコンデンサ容量測定用の電極を接触し、コンデンサ容量を測定しながら所望のコンデンサ容量になるように導電性高分子膜をレーザー加工によって削り取り除去する工程
   （５）レーザー加工による導電性高分子膜を除去した部分を避け導電性高分子膜上ならびに誘電体上に導電性ペーストをコートする工程
   （６）導電性高分子膜上ならびに導電性ペースト上に電解めっきによって金属層を形成する工程
   以上の工程によって、形成することを特徴とする部品内蔵配線基板用のコンデンサの形成方法
2. 部品内蔵配線基板用のコンデンサの形成方法において、
   （１）コンデンサの取出配線部を備えた下電極を、絶縁基板上に形成した銅配線層をフォトリソグラフィとエッチングによって形成する工程
   （２）誘電体フィラーと絶縁樹脂が混合されているペースト状あるいはフィルム状の誘電体を下電極上に形成する工程
   （３）誘電体表面に導電性高分子膜を形成する工程
   （４）下電極の取出配線部と導電性高分子膜とにコンデンサ容量測定用の電極を接触し、コンデンサ容量を測定しながら所望のコンデンサ容量になるように導電性高分子膜をレーザー加工によって削り取り除去する工程
   （５）導電性高分子膜上に電解めっきによって金属層を形成する工程
   （６）レーザー加工による導電性高分子膜を除去した部分を避け導電性高分子膜上ならびに誘電体上に導電性ペーストをコートする工程
   以上の工程によって、形成したことを特徴とする部品内蔵配線基板用のコンデンサの形成方法
3. 部品内蔵配線基板用のコンデンサの形成方法において、
   （１）コンデンサの取出配線部を備えた下電極を、絶縁基板上に形成した銅配線層をフォトリソグラフィとエッチングによって形成する工程
   （２）誘電体フィラーと絶縁樹脂が混合されているペースト状あるいはフィルム状の誘電体を下電極上に形成する工程
   （３）誘電体表面にパラジウム金属を含んだ導電性高分子膜を形成する工程
   （４）下電極の取出配線部と導電性高分子膜とにコンデンサ容量測定用の電極を接触し、コンデンサ容量を測定しながら所望のコンデンサ容量になるように導電性高分子膜をレーザー加工によって削り取り除去する工程
   （５）金属パラジウムを含んだ導電性高分子膜上に無電解めっきによって金属層を形成する工程
   （６）レーザー加工による導電性高分子膜を除去した部分を避け導電性高分子膜上ならびに誘電体上に導電性ペーストをコートする工程
   以上の工程によって、形成したことを特徴とする部品内蔵配線基板用のコンデンサの形成方法
4. レーザー加工に、ＹＡＧレーザー、ＵＶ−ＹＡＧレーザー、炭酸ガスレーザー、エキシ
   マレーザーのいずれかを用いたことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の部品内蔵配線基板用コンデンサの形成方法
5. 導電性ペーストに銀ペーストあるいは銅ペーストを用いて、スクリーン印刷によってコートすることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の部品内蔵配線基板用のコンデンサの形成方法
6. 誘電体フィラーにチタン酸バリウム、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、ＰＺＴのいずれかを含むことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の部品内蔵配線基板用のコンデンサの形成方法

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