JP2007005431A - コンデンサ埋め込み基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 工数の削減が図れ、コストの低減化が可能になると共に、小型化も達成しうるコンデンサ埋め込み基板を提供する。
【解決手段】 本発明に係るコンデンサ埋め込み基板２０では、多層配線基板の基板２４内厚み方向に対向して平行に延びると共に、多層の配線層２５、２６、２７、２８のいずれかとそれぞれ電気的に接続されて形成されたコンデンサ用の電極層３０，３１、３２、３３と、該対向する電極層３０、３１、３２、３３間に形成された誘電体層３５、３６とからなるコンデンサ３８、３９が基板２４の所要箇所に形成されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コンデンサ埋め込み基板およびその製造方法に関する。

電源ノイズの除去等を目的として、多層配線基板内の配線層間にコンデンサを埋め込んだコンデンサ埋め込み基板が開発されている（例えば特開２００３−１５２３４０）。
図１５は、このようなコンデンサ埋め込み基板１０の説明図である。
この基板１０は、４層の配線層１１、１２、１３、１４を含む。配線層１１、１２間の絶縁層中に、コンデンサの下部電極層１５を形成して、この下部電極層１５と配線層１２との間でコンデンサを形成している。下部電極層１５はビア１６により配線層１１側に引き出している。同様に、配線層１３、１４間の絶縁層中に、コンデンサの上部電極層１７を形成して、この上部電極層１７と配線層１３との間でコンデンサを形成している。上部電極層１７はビア１８により配線層１４側に引き出している。
特開２００３−１５２３４０

ところで、上記コンデンサ埋め込み基板１０では、配線層１１、１２、１３、１４とは別個に、絶縁層中に下部電極層１５や、上部電極層１７を形成したり、ビア１６、１８を形成する工程が必要となり、工程が煩雑で、工数も多くなり、コスト高となる課題がある。また、コンデンサを内層に配置するとはいえ、平面的にコンデンサ形成用のエリアも必要となり、基板全体として面積が大きくなり、大型化するという課題もある。
本発明は、上記課題を解消すべくなされたものであり、その目的とするところは、工数の削減が図れ、コストの低減化が可能になると共に、小型化も達成しうるコンデンサ埋め込み基板およびその製造方法を提供するにある。

本発明に係るコンデンサ埋め込み基板では、多層配線基板の基板内厚み方向に対向して平行に延びると共に、多層の配線層のいずれかとそれぞれ電気的に接続されて形成されたコンデンサ用の電極層と、該対向する電極層間に形成された誘電体層とからなるコンデンサが基板の所要箇所に形成されていることを特徴とする。

前記電極層が基板に形成されたスルーホールの内壁に対向して形成され、該対向する電極層間のスルーホール内に誘電体が充填されて誘電体層が形成されていることを特徴とする。
前記電極層がめっき皮膜で形成されていることを特徴とする。
前記誘電体層が樹脂であることを特徴とする。
また、前記対向する電極層が、平行状態を保ったまま曲折していることを特徴とする。
また、前記コンデンサが複数個形成され、所要複数個のコンデンサが基板の配線層を介して並列に接続されていることを特徴とする。

本発明に係るコンデンサ埋め込み基板の製造方法は、多層配線基板の所要箇所に平面形状が長孔形状となるスルーホールを形成し、該スルーホール内壁に多層の配線層の所要配線層を露出させる工程と、形成されたスルーホール内壁にめっき皮膜を形成する工程と、スルーホールの長軸方向の両端側のめっき皮膜を除去して、スルーホール内壁に対向する電極層を形成する工程と、該対向する電極層間のスルーホール内に樹脂を充填して誘電体層を形成する工程を含むことを特徴とする。

また本発明に係るコンデンサ埋め込み基板の製造方法は、多層配線基板の所要箇所に平面形状が長孔形状となるスルーホールを形成し、該スルーホール内壁に多層の配線層の所要配線層を露出させる工程と、形成されたスルーホール内に金属ペーストを充填して金属層を形成する工程と、該金属層に貫通孔を形成して、該金属層により、スルーホールの短軸方向の両内壁に、互いに分離して対向する電極層を形成する工程と、
該対向する電極層間のスルーホール内に樹脂を充填して誘電体層を形成する工程を含むことを特徴とする。

本発明に係るコンデンサ埋め込み基板によれば、電極層が基板の厚み方向に延びる、言わば縦型のコンデンサであるので、平面的に閉める面積を小さくでき、したがってコンデンサ埋め込み基板の小型化が図れる。
また、電極層をめっき皮膜で形成するときは、配線基板のビア形成と同時に行えるので、製造工程の簡略化が図れ、コストの低減化も図れる。

以下本発明における最良の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態におけるコンデンサ埋め込み基板２０の部分断面図である。
基板本体（以下単に基板という）２４は多層配線基板の構造をなす。この多層配線基板は、プリント配線基板、ビルドアップ基板など公知の多層配線基板を用いることができ、その構造は特に限定されない。

図１の基板２４は、絶縁層２１、２２、２３を介して４層の配線層２５、２６、２７、２８が形成されている。各配線層２５、２６、２７、２８は所要パターンに形成されている。

基板２４内の厚み方向に、対向して平行に延びるコンデンサ用の電極層３０、３１および３２、３３が形成されている。これら電極層３０〜３３は、多層の配線層２５〜２８の所要いずれかの配線層とそれぞれ電気的に接続されている。図１の例では、電極層３０は配線層２７の部位と、電極層３１は配線層２６の部位と、電極層３２は配線層２８の部位と、電極層３３は配線層２５の部位と電気的に接続されている。

そして、各対向する電極層３０および３１間、電極層３２および３３間に、誘電体層３５、３６がそれぞれ形成されて、図１の例では、２個のコンデンサ３８、３９が形成されている。なお、作りこむコンデンサの数は特に限定されない。

電極層３０、３１、電極層３２、３３は、後記する製造方法に示されるように、基板２４に形成されたスルーホール４０の内壁にめっき等により対向して形成するようにすることができる。
また、誘電体層３５、３６は、誘電体樹脂をスルーホール４０内に充填することによって形成することができる。

コンデンサ３８、３９の設ける箇所は、配線層２５〜２８の空き領域を有効利用して配置するようにすることができる。この場合に、コンデンサ３８、３９は、電極層３０、３１、電極層３２、３３が基板２４の厚み方向に延びる、言わば縦型のコンデンサであるので、平面的に占める面積を小さくでき、したがってコンデンサ埋め込み基板２０の小型化が図れる。

また、後記する製造方法から明らかなように、電極層３０〜３３の平面的なパターンは自在に形成できるので、図２のＬ型、図３の波型、図４のコ字型等、配線層の空き領域のパターンに応じて曲折した構造に形成でき、これによってもスペース効率を高めることができる。

なお、コンデンサは、主な使用用途として、電源ノイズの除去が挙げられるが、この場合は、図５に示すように、搭載する半導体装置３４のリードピン３７の近傍となるように設計するとよい。その他、コンデンサはグランドバウンス低減のためにも使用されるが、この場合のコンデンサの配置箇所はシミュレータ等を用いて検討するとよい。
また、電源ノイズの軽減等のためには、コンデンサの容量はそれほど大きくなくてもよいが、複数のコンデンサを基板２４の配線層２５〜２８を介して並列に接続して所要量の容量に設計することも可能である。

次に、図６〜図１０によりコンデンサ埋め込み基板２０の製造方法の一例を説明する。
まず、図６に示すように、基板２４の所要箇所にスルーホール４０をドリル加工あるいはレーザ加工によって形成する。

この多層配線の基板２４は、プリント配線基板、ビルドアップ基板など公知の多層配線基板を用いることができ、その構造は特に限定されない。また、公知の製造方法によって基板２４を作製できる。
基板２４には、絶縁層２１、２２、２３を介して４層の配線層２５、２６、２７、２８が形成されている。各配線層２５、２６、２７、２８は所要パターンに形成されている。

スルーホール４０は、図７に示すように、短軸方向の内壁面が平行となる部位を有する長孔状に形成される。このスルーホール４０の内壁面には、多層の配線層２５、２６、２７、２８の所要いずれかの配線層が露出されるように設計される。

次に、図８、図９に示すように、無電解めっき、電解めっきを施して、スルーホール４０の内壁面にスルーホールめっき皮膜４２を形成する。
なお、最表層の配線層２５と２８は、スルーホールめっき皮膜４２を形成する際に、絶縁層２１と２３の表層にスルーホールめっきと同一のめっき工程でめっき層を形成し、その後このめっき層をエッチング加工して所要配線パターンに形成するようにしてもよい。

次いで、図１０に示すように、ルータまたはレーザ光により、スルーホール４０の長軸方向両端側およびその近傍のめっき皮膜を除去し、スルーホール４０の短軸方向の内壁面に、互いに分離した、かつ平行に対向して延びる電極層３０、３１（３２、３３）を形成する。これにより、図示の例では、電極層３０は配線層２７に、電極層３１は配線層２６に、電極層３２は配線層２８に、電極層３３は配線層２５とそれぞれ独立に電気的に接続する。

そして、図１に示すように、この電極層３０、３１が形成されたスルーホール４０内に樹脂を充填して誘電体層３５を形成することによってコンデンサ３８が、また電極層３２、３３が形成されたスルーホール４０内に樹脂を充填して誘電体層３６を形成することによってコンデンサ３９が形成される。

誘電体層を形成する樹脂としては、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、低ε熱効果ＰＰＯ樹脂、高ε熱効果ＰＰＯ樹脂等を用いることができるが、これらに限定されることはない。これら樹脂は、溶媒によりペースト化したものをスルーホール４０内に充填し、加温して溶媒を揮散させることにより誘電体層３５、３６に形成できる。
そして、最表層の配線層２５、２８の適宜部位をソルダーレジスト層（図示せず）で被覆してコンデンサ埋め込み基板２０に完成される。

本実施の形態では、コンデンサ３８、３９は各々独立していて、設置箇所、電極層の間隔、面積、誘電体層の種類等をコンデンサ毎に自由に選択できるので、基板の回路設計に応じて自在に所望のコンデンサを作製することができる。
また、電極層３０、３１、３２、３３の形成は、通常の配線層間の電気的接続のスルーホールめっき皮膜を形成する工程で同時に作製できるので、製造工程も簡略化できる。また、基板の厚み方向に電極層が延びる縦型コンデンサとすることができるので、基板の小型化ができる。

図１１〜図１３は製造方法の他の実施の形態を示す。
本実施の形態でも、図６、図７に示すように、基板２４にドリル加工またはレーザ加工によってスルーホール４０を形成するのは上記実施の形態と同じである。
次に本実施の形態では、図１１、図１２に示すように、スルーホール４０内に金属ペーストを充填し、スルーホール４０内に金属層４４を形成する。
金属ペーストとしては、例えば銅等の金属粉を樹脂バインダーで固めてペースト化したものをスルーホール４０中に充填し、加熱、固化することによって金属層４４に形成するとよい。

次に、図１３、図１４に示すように、この金属層４４にドリル加工もしくはレーザ加工によって貫通孔４６を形成する。
次いで、先の実施例の図１０に示すと同様に、ルータまたはレーザ光により、スルーホール４０の長軸方向両端側およびその近傍の金属層４４を除去し、スルーホール４０の短軸方向の内壁面に、互いに分離した、かつ平行に対向して延びる電極層３０、３１（３２、３３）を形成する。これにより、図示の例では、電極層３０は配線層２７に、電極層３１は配線層２６に、電極層３２は配線層２８に、電極層３３は配線層２５とそれぞれ独立に電気的に接続する。

そして、図１に示すように、この電極層３０、３１が形成されたスルーホール４０内に樹脂を充填して誘電体層３５を形成することによってコンデンサ３８が、また電極層３２、３３が形成されたスルーホール４０内に樹脂を充填して誘電体層３６を形成することによってコンデンサ３９が形成される。

誘電体層を形成する樹脂としては、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、低ε熱効果ＰＰＯ樹脂、高ε熱効果ＰＰＯ樹脂等を用いることができるが、これらに限定されることはない。これら樹脂は、溶媒によりペースト化したものをスルーホール４０内に充填し、加温して溶媒を揮散させることにより誘電体層３５、３６に形成できる。
そして、最表層の配線層２５、２８の適宜部位をソルダーレジスト層（図示せず）で被覆してコンデンサ埋め込み基板２０に完成される。

本実施の形態でも、コンデンサ３８、３９は各々独立していて、設置箇所、電極層の間隔、面積、誘電体層の種類等をコンデンサ毎に自由に選択できるので、基板の回路設計に応じて自在に所望のコンデンサを作製することができる。

コンデンサ埋め込み基板の概略的な断面図である。 コンデンサの電極層をＬ型に形成した状態を示す説明図である。 コンデンサの電極層を波型に形成した状態を示す説明図である。 コンデンサの電極層をコの字型に形成した状態を示す説明図である。 搭載する半導体装置とコンデンサの配置例を示す説明図である。 製造工程において、基板にスルーホールを形成した状態を示す説明断面図である。 基板にスルーホールを形成した状態を示す説明平面図である。 スルーホールめっき皮膜を形成した状態を示す説明断面図である。 スルーホールめっき皮膜を形成した状態を示す説明平面図である。 めっき皮膜による電極層を形成する工程を示す説明図である。 製造工程の他の実施の形態において、スルーホールに金属層を形成した状態を示す説明断面図である。 スルーホールに金属層を形成した状態を示す説明平面図である。 金属層に貫通孔を形成した状態を示す説明断面図である。 金属層に貫通孔を形成した状態を示す説明平面図である。 従来のコンデンサ埋め込み基板の一例を示す説明断面図である。

符号の説明

２０ コンデンサ埋め込み基板
２１、２２、２３ 絶縁層
２４ 基板
２５、２６、２７、２８ 配線層
３０、３１、３２、３３ 電極層
３４ 半導体装置
３５、３６ 誘電体層
３７ リードピン
３８、３９ コンデンサ
４０ スルーホール
４２ スルーホールめっき皮膜
４４ 金属層
４６ 貫通孔

Claims (8)

1. 多層配線基板の基板内厚み方向に対向して平行に延びると共に、多層の配線層のいずれかとそれぞれ電気的に接続されて形成されたコンデンサ用の電極層と、該対向する電極層間に形成された誘電体層とからなるコンデンサが基板の所要箇所に形成されていることを特徴とするコンデンサ埋め込み基板。
2. 前記電極層が基板に形成されたスルーホールの内壁に対向して形成され、該対向する電極層間のスルーホール内に誘電体が充填されて誘電体層が形成されていることを特徴とする請求項１記載のコンデンサ埋め込み基板。
3. 前記電極層がめっき皮膜で形成されていることを特徴とする請求項２記載のコンデンサ埋め込み基板。
4. 前記誘電体層が樹脂であることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載のコンデンサ埋め込み基板。
5. 前記対向する電極層が、平行状態を保ったまま曲折していることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載のコンデンサ埋め込み基板。
6. 前記コンデンサが複数個形成され、所要複数個のコンデンサが基板の配線層を介して並列に接続されていることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載のコンデンサ埋め込み基板。
7. 多層配線基板の所要箇所に平面形状が長孔形状となるスルーホールを形成し、該スルーホール内壁に多層の配線層の所要配線層を露出させる工程と、
   形成されたスルーホール内壁にめっき皮膜を形成する工程と、
   スルーホールの長軸方向の両端側のめっき皮膜を除去して、スルーホール内壁に対向する電極層を形成する工程と、
   該対向する電極層間のスルーホール内に誘電体樹脂を充填する工程を含むことを特徴とするコンデンサ埋め込み基板の製造方法。
8. 多層配線基板の所要箇所に平面形状が長孔形状となるスルーホールを形成し、該スルーホール内壁に多層の配線層の所要配線層を露出させる工程と、
   形成されたスルーホール内に金属ペーストを充填して金属層を形成する工程と、
   該金属層に貫通孔を形成して、該金属層により、スルーホールの短軸方向の両内壁に、分離して対向する電極層を形成する工程と、
   該対向する電極層間のスルーホール内に誘電体樹脂を充填する工程を含むことを特徴とするコンデンサ埋め込み基板の製造方法。

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