JP2007149719A - 配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタ、ビアアレイキャパシタ内蔵配線基板及びその製造方法 - Google Patents

配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタ、ビアアレイキャパシタ内蔵配線基板及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】自身の強度を向上させることで厚みを薄くしても破損の防止を図ることができる配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタを提供すること。
【解決手段】本発明の配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタ101は、ビルドアップ層に内蔵される。配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタ101は、第1主面102及び第2主面103の上に配置される金属含有層111,112,121,122を有する。なお、第1主面102上に配置された金属含有層111,112の厚さB1と第2主面103上に配置された金属含有層121,122の厚さB2との合計は、ビアアレイキャパシタ101全体の厚さAの50%である。
【選択図】図2

Description

本発明は、配線基板の積層部に内蔵される配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタ、配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタを有するビアアレイキャパシタ内蔵配線基板及びその製造方法に関するものである。
コンピュータのCPUなどに使用される半導体素子(ICチップ)は、近年ますます高速化、高機能化しており、これに付随して端子数が増え、端子間ピッチも狭くなる傾向にある。一般的にICチップの底面には多数の端子が密集してアレイ状に配置されており、このような端子群はマザーボード側の端子群に対してフリップチップの形態で接続される。ただし、ICチップ側の端子群とマザーボード側の端子群とでは端子間ピッチに大きな差があることから、ICチップをマザーボード上に直接的に接続することは困難である。そのため、通常はICチップをICチップ搭載用配線基板上に搭載し、そのICチップ搭載用配線基板をマザーボード上に搭載するという手法が採用される。この種のICチップ搭載用配線基板としては、例えば、高分子材料製のコア基板内にキャパシタを埋め込んでコア部を構成し、そのコア部の表面及び裏面にビルドアップ層を形成したものが従来提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、配線基板の絶縁層にキャパシタを内蔵したものも従来提案されている(例えば、特許文献2参照)。
ところで、キャパシタ−ICチップ間の低インダクタンス化による電源の安定化を図るためには、キャパシタとICチップとの距離をできるだけ短くすることが好ましい。そこで、キャパシタを、コア基板よりもICチップにより近いビルドアップ層に内蔵することが考えられる。
特開2005−39243号公報 特開2004−228190号公報
ところが、上記のキャパシタがいわゆるビアアレイタイプのキャパシタ(ビアアレイキャパシタ)である場合、厚みの厚いコア基板(通常0.8mm程度)と比較してはるかに厚みの薄いビルドアップ層に内蔵するためにビアアレイキャパシタを薄くする必要がある。このビアアレイキャパシタは、チップ型コンデンサよりも大面積でありながら厚みが薄いため、取扱時に割れたり欠けたりしやすくなる。また、ビルドアップ層への内蔵工程においてビアアレイキャパシタにクラックが入る等の問題が生じる可能性もある。さらに、内蔵工程においてクラックが発生しなかったとしても、チップ型コンデンサよりも大面積でありながら厚みが薄いビアアレイキャパシタを内蔵することにより、配線基板の信頼性が低下する可能性もある。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、自身の強度を向上させることで厚みを薄くしても破損の防止を図ることができる配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタを提供することにある。また、本発明の別の目的は、上記の配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタを内蔵することで低背化と信頼性の向上を図ることが可能なビアアレイキャパシタ内蔵配線基板及びその製造方法を提供することにある。
そして上記課題を解決するための手段(手段1)としては、以下のものがある。第1主面(102)及び第2主面(103)を有するとともに、誘電体層(105)と内部電極層(141,142)とが交互に積層配置された構造を有するキャパシタ本体(104)と、前記内部電極層(141,142)同士を導通し、全体としてアレイ状に配置される複数のビア導体(131,132)と、前記第1主面(102)及び前記第2主面(103)の少なくとも一方の上に配置される金属含有層(111,112,121,122)とを備え、前記第1主面(102)上に配置された金属含有層(111,112)の厚さ(B1)と前記第2主面(103)上に配置された金属含有層(121,122)の厚さ(B2)との合計は、ビアアレイキャパシタ(101)全体の厚さ(A)の15%以上80%以下であり、層間絶縁層(33,35,37,39)及び導体層(42)をコア基板(11)上にて交互に積層した積層部(31)に内蔵されることを特徴とする配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタ。
従って、手段1の配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタによると、金属含有層の合計の厚さをビアアレイキャパシタ全体の厚さの15%以上80%以下にすることにより、ビアアレイキャパシタ全体としては金属部分の比率が高くなる。その結果、ビアアレイキャパシタ全体が金属部分により補強され、柔軟性が向上して自身の強度も向上するため、ビアアレイキャパシタ全体の厚みを薄くした場合であっても配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタの破損を防止することができる。
仮に、金属含有層の合計の厚さがビアアレイキャパシタ全体の厚さの15%未満であると、上記の強度(柔軟性)向上の効果が小さくなる。一方、80%を超えると、ビアアレイキャパシタ全体に対してキャパシタ本体が薄くなってキャパシタ本体の製作が困難になるため、配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタがキャパシタとしての機能を発揮できなくなる可能性がある。また、キャパシタ本体が薄くなることにより、キャパシタ本体を構成する誘電体層及び内部電極層の層数が減るため、キャパシタの容量が低下する。なお、金属含有層の合計の厚さは、ビアアレイキャパシタ全体の厚さの25%以上70%以下であることがより好ましく、35%以上60%以下であることがさらに好ましい。ここで、「ビアアレイキャパシタ全体の厚さ」とは、前記第1主面上に配置された金属含有層の厚さと前記第2主面上に配置された金属含有層の厚さとの合計に、キャパシタ本体の厚さを加えた厚さをいう。前記ビアアレイキャパシタ全体の厚さは、10μm以上200μm以下であることが好ましい。仮に、ビアアレイキャパシタ全体の厚さが10μm未満であると、配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタの形成が困難になる。一方、ビアアレイキャパシタ全体の厚さが200μmよりも大きくなると、配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタの積層部への内蔵が困難になる。
上記配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタを構成するキャパシタ本体は、板状をなし、誘電体層と内部電極層とが交互に積層配置された構造を有している。前記誘電体層としては、セラミック誘電体層、樹脂誘電体層、セラミック−樹脂複合材料からなる誘電体層などが挙げられる。前記セラミック誘電体層としては、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ストロンチウムなどの誘電体セラミックが好適に使用される。誘電体セラミックを使用した場合、静電容量の大きなビアアレイキャパシタを実現しやすくなる。その他、ホウケイ酸系ガラスやホウケイ酸鉛系ガラスにアルミナ等の無機セラミックフィラーを添加したガラスセラミックのような低温焼成セラミックが好適に使用されるほか、要求特性に応じてアルミナ、窒化アルミニウム、窒化ほう素、炭化珪素、窒化珪素などといった高温焼成セラミックが使用される。また、前記樹脂誘電体層としては、エポキシ樹脂、接着剤を含んだ四フッ化エチレン樹脂(PTFE)などの樹脂が好適に使用される。また、前記セラミック−樹脂複合材料からなる誘電体層としては、セラミックとして、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ストロンチウムなどが好適に使用され、樹脂材料として、エポキシ樹脂、フェノール、ウレタン、シリコン、ポリイミド、不飽和ポリエステルなどの熱硬化性樹脂、ポリカーボネート、アクリル、ポリアセタール、ポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂、及び、ニトリルブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、フッ素ゴムなどのラテックスが好適に使用される。
前記内部電極層及び前記ビア導体を形成する材料としては特に限定されないが、焼成温度が高いセラミックの焼結体を選択した場合、当該セラミックと同時に焼結しうる金属、例えば、ニッケル、モリブデン、タングステン、チタン等の使用が好適である。なお、1000℃以下で焼成可能な低温焼成セラミックの焼結体を選択した場合、銅や銀などの使用が可能となる。一方、前記誘電体層が前記樹脂誘電体層である場合、または、前記誘電体層が前記セラミック−樹脂複合材料からなる誘電体層である場合は、誘電体層は焼結しない。ゆえに、前記内部電極層は、焼成ではなく、めっきや接着によってキャパシタ本体に形成される。内部電極層は、ニッケル、銅、コバルト、コバール等の金属や合金を用いて形成されたり、ニッケル−ボロン(Ni−B)めっきや、ニッケル−リン(Ni−P)めっき等を用いて形成される。
なお、前記キャパシタ本体は、4つの辺を有する平面視略矩形状をなし、前記4つの辺に、凹部と凸部とが辺の延びる方向に沿って交互にかつ規則的に配置されることが好ましい。このように構成すれば、配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタを未硬化状態の層間絶縁層内に沈み込ませることで積層部に内蔵する場合に、凹部及び凸部が抵抗となることでビアアレイキャパシタの平面方向への位置ずれが防止されるため、位置決め精度が向上する。また、ビアアレイキャパシタの角部は面取りされていることが好ましい。このようにすれば、ビアアレイキャパシタの取扱時(例えば、積層部への内蔵時など)において、ビアアレイキャパシタの角部に掛かる応力が緩和されるため、角部の欠けを防止できる。また、ビアアレイキャパシタ内蔵配線基板に対して熱応力が加わった際に、ビアアレイキャパシタと積層部を構成する層間絶縁層との熱膨張差によるクラックの発生を防止できる。面取り形状はC面取り、R面取りといった周知の加工方法を適用できる。面取りと併せてチャンファーを形成することがより好ましい。工程における製品同士の接触による欠けの発生を防止できる。
キャパシタ本体の第1主面上及び第2主面上の少なくとも一方は、主として金属からなる金属含有層を備えている。なお、上記主面上にビア導体の端面に接続される複数の端子電極がある場合、これは金属含有層に含まれる。前記誘電体層が前記セラミック誘電体層である場合、金属含有層は、セラミックと同時に焼結しうるためメタライズに適した金属材料、例えば、ニッケル、モリブデン、タングステン、チタン、銅、銀等を用いて形成されている。金属含有層は、純金属層を用いることができるが、好ましくはガラス成分を含有した金属層あるいはセラミック誘電体層を構成するセラミックを共材(フィラー)として含んだ複合金属層がよい。同時焼成(co-fire )時の焼成挙動を合わせるように調整したり、熱衝撃を受けたときの熱膨張係数の差異を緩和調整したり、密着力を付与したりできるため、セラミック誘電体層に確実に密着させることができる。一方、前記誘電体層が前記樹脂誘電体層である場合、または、前記誘電体層がセラミック−樹脂複合材料からなる誘電体層である場合は、誘電体層は焼結しない。ゆえに、金属含有層は、焼成ではなく、めっきや接着によってキャパシタ本体に形成される。金属含有層は、ニッケル、銅、コバルト、コバール等の金属や合金を用いて形成されたり、ニッケル−ボロン(Ni−B)めっきや、ニッケル−リン(Ni−P)めっき等を用いて形成される。
前記金属含有層の厚さは前記ビアアレイキャパシタ全体の厚さに応じて設定される。例えば、ビアアレイキャパシタ全体の厚さが10μm以上200μm以下である場合、第1主面上及び第2主面上の少なくとも一方に配置された金属含有層の厚さは、3μm以上50μm以下であることが好ましい。仮に、金属含有層の厚さが3μm未満であると、ビアアレイキャパシタ全体の柔軟性を十分に向上させることができない。一方、金属含有層の厚さが50μmよりも大きくなると、ビアアレイキャパシタ全体が厚くなりすぎてしまう。また、第1主面上に配置された金属含有層及び第2主面上に配置された金属含有層は、互いに同じ厚さに設定されていることが好ましい。このようにすれば、焼成後の配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタの凹凸、反り、うねりを低減することができる。その結果、ビアアレイキャパシタを内蔵した積層部の実装面側の平坦性(いわゆるコプラナリティ)が良くなり、半導体素子を搭載した後の実装信頼性が向上する。なお、前記金属含有層が複数の端子電極を含む場合、隣接する端子電極間には所定量のクリアランスを設けることが望ましい。
前記金属含有層の表面は、前記キャパシタ本体の前記第1主面及び前記第2主面よりも粗くなっていることが好ましい。即ち、本発明の構成を採用した場合、層間絶縁層との接合界面において配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタ側が有する粗面の割合が大きくなることで、いわゆるアンカー効果により層間絶縁層との密着強度を従来に比べて向上できるからである。金属含有層の表面を粗くする方法としては、化学エッチングによる粗化、物理的なエッチングによる粗化、焼成時やアニール時などの熱処理による粗化など周知の粗化手段を用いることができる。本発明のビアアレイキャパシタは従来のコア基板よりも厚みの薄いビルドアップ層等の積層部に内蔵するため、微細な粗化が可能な化学エッチングが好ましい。
また、前記第1主面上に存在する前記金属含有層の占有面積が、前記第1主面の面積の45%以上90%以下であり、前記第2主面上に存在する前記金属含有層の占有面積が、前記第2主面の面積の45%以上90%以下であることが好ましい。このようにすれば、ビアアレイキャパシタ全体としては金属部分の比率が確実に高くなるため、ビアアレイキャパシタ全体が金属部分により補強され、柔軟性が向上して自身の強度も向上する。また、金属含有層の占有面積を第1主面(または第2主面)の面積の45%以上90%以下に設定した結果、積層部を構成する層間絶縁層との接合界面における金属部分の割合が大きくなり、層間絶縁層との密着強度が向上する。仮に、45%未満であると、上記接合界面における金属部分の割合がそれほど大きくならないため、密着強度を十分に向上させることができない。一方、90%よりも大きいと、前記金属含有層がビア導体の端面に接続される複数の端子電極を含む場合に端子電極間のクリアランスが小さくなり過ぎるため、隣接する端子電極間で短絡する可能性が高くなる。また、ビアアレイキャパシタの凹凸、反り、うねりの発生が抑制されるため、ビアアレイキャパシタを内蔵した積層部の実装側表面の平坦性(いわゆるコプラナリティ)がよくなり、前記半導体素子を搭載した後の実装信頼性が向上する。
前記金属含有層は、前記第1主面及び前記第2主面の少なくとも一方の上において前記ビア導体の端面に接続される複数の端子電極と、前記第1主面及び前記第2主面の少なくとも一方の上において前記複数の端子電極が存在しない領域に配置され、前記ビア導体に導通しないダミー電極とを含むことが好ましい。このように構成すれば、複数の端子電極に加えてダミー電極を第1主面及び第2主面の少なくとも一方の上に設けた結果、積層部を構成する層間絶縁層との接合界面における金属含有層の割合が大きくなり、層間絶縁層との密着強度が向上する。また、第1主面及び第2主面の少なくとも一方における凹凸、反り、うねりの発生が抑制できるため、ビアアレイキャパシタを内蔵した積層部の実装側表面の平坦性(いわゆるコプラナリティ)が良くなり、半導体素子を搭載した後の実装信頼性が向上する。
また、前記複数の端子電極は、前記第1主面方向または前記第2主面方向から見たときの外形が、略矩形状、略円形状、略三角形状などのうちのいずれであってもよい。例えば略矩形状である場合、端子電極間のクリアランスが少なくなるため、複数の端子電極の占有面積を第1主面または第2主面の面積に対して大きくしやすくなる。よって、積層部を構成する層間絶縁層との接合界面における金属部分の割合がよりいっそう大きくなり、層間絶縁層との密着強度がよりいっそう向上する。
前記金属含有層の表面には、金属含有層を構成する金属よりも軟かい金属からなる金属層が形成されることが望ましい。その理由は以下のとおりである。例えば、金属含有層が焼結金属層である場合、比較的硬質になることから、エッチャント等を使用してその表面を直接粗化することが極めて困難である。従って、軟質金属層を形成しその層を表面粗化するようにすれば、所望の粗面を比較的簡単にかつ確実に得ることができるからである。なお、軟質の金属層を形成する手法としては、電解めっきや無電解めっき等を用いためっき法が、簡単かつ低コストという理由で工程である。しかし、めっき法以外にも、例えば、スパッタリング、CVD、真空蒸着などといった手法を採用することも可能である。
この場合、金属層は金属含有層の種類に応じて適宜選択されるが、例えば、金属含有層がニッケルからなる場合には、金属層として銅層(特には銅めっき層)を選択することが好適である。このような組み合わせにすると、ニッケルを直接表面粗化するよりも簡単にかつ確実に粗面を形成できるからである。この場合の銅めっき層は、粗化処理による除去分を考慮して安全のために厚さ5μm以上に形成されることが好ましい。
上記コア基板を形成する材料は特に限定されないが、好ましいコア基板は高分子材料を主体として形成される。コア基板を形成するための高分子材料の具体例としては、例えば、EP樹脂(エポキシ樹脂)、PI樹脂(ポリイミド樹脂)、BT樹脂(ビスマレイミド・トリアジン樹脂)、PPE樹脂(ポリフェニレンエーテル樹脂)などがある。そのほか、これらの樹脂とガラス繊維(ガラス織布やガラス不織布)やポリアミド繊維等の有機繊維との複合材料を使用してもよい。また、高分子材料以外に、誘電体セラミックやガラス−セラミック複合材料を使用してもよい。
上記積層部は、高分子材料を主体とする層間絶縁層及び導体層を交互に接続した構造を有しており、例えば、ビルドアップ工法などの周知の工法を用いて形成できる。積層部はコア基板の片面にのみ形成されていてもよく、コア基板の両面に形成されていてもよい。なお、配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタが内蔵された積層部については、その表面において配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタに対応した領域に半導体素子搭載部が設定されることが好ましい。このような半導体素子搭載部に半導体素子を搭載すれば、配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタをコア基板に内蔵する場合に比べて配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタと半導体素子との距離が短くなるため、配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタ−半導体素子間の低インダクタンス化による電源の安定化を図ることができる。
手段1の配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタを有するビアアレイキャパシタ内蔵配線基板を製造するのに好適な方法(手段2)としては、以下のものがある。手段1に記載の配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタ(101)となるべき製品領域(100)を平面方向に沿って縦横に複数列配列した多数個取り用ビアアレイキャパシタ(161)を準備する準備工程と、前記第1主面(102)となるべき部分及び前記第2主面(103)となるべき部分の少なくとも一方に、合計の厚さが前記配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタ(101)全体の厚さ(A)の15%以上80%以下となる金属含有層(111,112,121,122)を形成する金属含有層形成工程と、前記多数個取り用ビアアレイキャパシタ(161)を分割して前記ビアアレイキャパシタ(101)とする分割工程と、層間絶縁層(33,35,37,39)及び導体層(42)をコア基板(11)上にて交互に積層した積層部(31)に前記ビアアレイキャパシタ(101)を内蔵する内蔵工程とを含むことを特徴とするビアアレイキャパシタ内蔵配線基板の製造方法。
従って、この製造方法によると、金属含有層の合計の厚さをビアアレイキャパシタ全体の厚さの15%以上80%以下にすることにより、ビアアレイキャパシタ全体としては金属部分の比率が高くなる。その結果、ビアアレイキャパシタ全体が金属部分により補強され、柔軟性が向上して自身の強度も向上するため、ビアアレイキャパシタ全体の厚みを薄くした場合であっても配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタの破損を防止することができる。ゆえに、このような配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタを内蔵することで、ビアアレイキャパシタ内蔵配線基板の低背化と信頼性の向上を図ることができる。
また、手段1の配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタを有するビアアレイキャパシタ内蔵配線基板を製造するのに好適な他の方法(手段3)としては、以下のものがある。手段1に記載の配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタ(101)となるべき製品領域(100)を平面方向に沿って縦横に複数列配列した多数個取り用ビアアレイキャパシタ(161)となるべきセラミック未焼結体(150)を準備する準備工程と、前記セラミック未焼結体(150)において、前記第1主面(102)となるべき部分及び前記第2主面(103)となるべき部分の少なくとも一方に、焼成後の合計の厚さが焼成後の前記配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタ(101)全体の厚さ(A)の15%以上80%以下となる金属含有層(111,112,121,122)を形成する金属含有層形成工程と、隣接する前記製品領域(100)間の境界線(162)上にミシン目(163)を形成するミシン目形成工程と、前記ミシン目(163)が形成されたセラミック未焼結体(150)を焼成して前記多数個取り用ビアアレイキャパシタ(161)とする焼成工程と、前記多数個取り用ビアアレイキャパシタ(161)を前記ミシン目(163)に沿って分割して前記ビアアレイキャパシタ(101)とする分割工程と、層間絶縁層(33,35,37,39)及び導体層(42)をコア基板(11)上にて交互に積層した積層部(31)に前記ビアアレイキャパシタ(101)を内蔵する内蔵工程とを含むことを特徴とするビアアレイキャパシタ内蔵配線基板の製造方法。
従って、この製造方法によると、金属含有層の合計の厚さをビアアレイキャパシタ全体の厚さの15%以上80%以下にすることにより、ビアアレイキャパシタ全体としては金属部分の比率が高くなる。その結果、ビアアレイキャパシタ全体が金属部分により補強され、柔軟性が向上して自身の強度も向上するため、ビアアレイキャパシタ全体の厚みを薄くした場合であっても配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタの破損を防止することができる。ゆえに、このような配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタを内蔵することで、ビアアレイキャパシタ内蔵配線基板の低背化と信頼性の向上を図ることができる。
また、全体の厚さが薄いビアアレイキャパシタを製造するにあたり、隣接する製品領域間の境界線上にブレーク溝を形成し、分割工程において多数個取り用ビアアレイキャパシタをブレーク溝に沿って分割するという一般的な方法を用いると、ビアアレイキャパシタが割れてしまう可能性がある。そこで、手段3の製造方法では、ミシン目形成工程にて隣接する製品領域間の境界線上にミシン目を形成し、分割工程において多数個取り用ビアアレイキャパシタをミシン目に沿って分割しているため、分割工程を行う際の多数個取り用ビアアレイキャパシタの破損を防止できる。
さらに、分割工程を経ると、ビアアレイキャパシタの外周部分を構成する辺に、凹部と凸部とが辺の延びる方向に沿って交互にかつ規則的に形成される。よって、内蔵工程においてビアアレイキャパシタを未硬化状態の層間絶縁層内に沈み込ませる場合に、凹部及び凸部が抵抗となることでビアアレイキャパシタの平面方向への位置ずれが防止されるため、位置決め精度が向上する。
以下、ビアアレイキャパシタ内蔵配線基板の製造方法について説明する。
準備工程では、配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタとなるべき製品領域を平面方向に沿って縦横に複数列配列した多数個取り用ビアアレイキャパシタとなるべきセラミック未焼結体を、従来周知の手法により作製し、あらかじめ準備しておく。
続く金属含有層形成工程では、セラミック未焼結体において第1主面となるべき部分及び第2主面となるべき部分の少なくとも一方に、焼成後の合計の厚さが焼成後の配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタ全体の厚さの15%以上80%以下となる金属含有層を形成する。金属含有層の形成方法としては、セラミック未焼結体において第1主面となるべき部分及び第2主面となるべき部分の少なくとも一方にペーストを印刷することで、金属含有層を形成する方法や、第1主面となるべき部分及び第2主面となるべき部分の少なくとも一方にめっきを行うことで、金属含有層を形成する方法などが挙げられる。
続くミシン目形成工程では、隣接する製品領域間の境界線上にミシン目を形成する。ミシン目は、セラミック未焼結体を厚さ方向に貫通する複数の貫通孔を境界線上に沿って所定間隔ごとに設けることで形成される。上記複数の貫通孔の形状としては特に限定されず、例えば矩形状や円形状などが挙げられる。なお、複数の貫通孔の形成方法としては、セラミック未焼結体に対してドリル機を用いて孔あけ加工を行う、あるいは、打ち抜き用ピンやそれを複数本備えた打ち抜き用金型を用いて孔あけ加工を行うなどの機械的な方法が挙げられる。しかし、本発明においては、全体の厚さが薄いビアアレイキャパシタを製造するため、厚さが薄いセラミック未焼結体に対して機械的衝撃を与えることは好ましくない。ゆえに、複数の貫通孔の形成には、レーザー加工機から照射されるレーザーを用いて孔あけ加工を行うなどの機械的ではない方法を用いることが好ましい。
続く焼成工程では、ミシン目が形成されたセラミック未焼結体を焼成して多数個取り用ビアアレイキャパシタとする。なお、焼成工程はミシン目形成工程の後に実施される。即ち、焼成後の多数個取り用ビアアレイキャパシタよりも柔らかい状態であるセラミック未焼結体の状態でミシン目が形成されるため、ミシン目の形成が容易になる。また、焼成工程は分割工程の前に実施されるため、分割したセラミック未焼結体を別個に焼成する場合に比べて工数が減り、生産性が向上する。
続く分割工程では、多数個取り用ビアアレイキャパシタをミシン目に沿って分割して配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタとする。多数個取り用ビアアレイキャパシタを分割する方法としては、作業者が把持した多数個取り用ビアアレイキャパシタをミシン目に沿って折り曲げることで分割する方法や、ミシン目に沿って切断刃を挿入して切断することで多数個取り用ビアアレイキャパシタを分割する方法などが挙げられる。
続く内蔵工程では、層間絶縁層及び導体層をコア基板上にて交互に積層した積層部内に配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタを配置する。この場合、ビアアレイキャパシタを、コア基板上に直接配置してもよいし層間絶縁層上に配置してもよい。さらに、ビアアレイキャパシタを層間絶縁層上に配置する場合、ビアアレイキャパシタをコア基板に近い側の層間絶縁層上に配置してよいし、コア基板から離れた側の層間絶縁層上に配置してもよい。ビアアレイキャパシタをコア基板に近づける程、ビアアレイキャパシタをコア基板によって安定的に支持しやすくなる。一方、ビアアレイキャパシタをコア基板から離間させる程、ビアアレイキャパシタが内蔵された積層部の表面に半導体素子搭載部を設定した場合に、ビアアレイキャパシタと半導体素子搭載領域に搭載される半導体素子との距離がより短くなる。これにより、配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタ−半導体素子間のインダクタンスがより確実に低下するため、よりいっそうの電源の安定化を図ることができる。
また、本発明の課題を解決するための別の手段(手段4)としては、以下のものがある。第1主面(102)及び第2主面(103)を有するとともに、誘電体層(105)と内部電極層(141,142)とが交互に積層配置された構造を有するキャパシタ本体(104)と、前記内部電極層(141,142)同士を導通し、全体としてアレイ状に配置される複数のビア導体(131,132)とを備え、前記キャパシタ本体(104)は、前記内部電極層(141,142)よりも厚い1つまたは2つ以上の補強用金属層(171)をその内部に有しており、前記補強用金属層(171)の厚さの合計は、ビアアレイキャパシタ(101)全体の厚さ(A)の15%以上80%以下であり、層間絶縁層(33,35,37,39)及び導体層(42)をコア基板(11)上にて交互に積層した積層部(31)に内蔵されることを特徴とする配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタ。
従って、手段4の配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタによると、補強用金属層の合計の厚さをビアアレイキャパシタ全体の厚さの15%以上80%以下にすることにより、ビアアレイキャパシタ全体としては金属部分の比率が高くなる。その結果、ビアアレイキャパシタ全体が金属部分により補強され、柔軟性が向上して自身の強度も向上するため、ビアアレイキャパシタ全体の厚みを薄くした場合であっても配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタの破損を防止することができる。
仮に、補強用金属層の合計の厚さがビアアレイキャパシタ全体の厚さの15%未満であると、上記の強度(柔軟性)向上の効果が小さくなる。一方、80%を超えると、キャパシタ本体の補強用金属層以外の部分が薄くなることで製作が困難になるため、配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタがキャパシタとしての機能を発揮できなくなる可能性がある。
なお、前記補強用金属層は、前記内部電極層としても機能してもよいし、前記内部電極層として機能しなくてもよい。補強用金属層が内部電極層として機能すれば、キャパシタ本体において補強用金属層が占める割合が大きくなったとしても、配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタをキャパシタとして確実に機能させることができる。
また、補強用金属層は、ニッケル、モリブデン、タングステン、チタン、銅、銀等を用いて形成されることが好ましい。誘電体層がセラミックの場合は、セラミックと同時焼成(co-fire )しうるのに適した金属材料が選択される。特に、補強用金属層は、金属含有層と同じ金属材料を用いて形成されることが好ましい。
なお、補強用金属層は、キャパシタ本体の中央部分にある誘電体層(例えば、キャパシタ本体が5層の誘電体層からなる場合、第1主面から3層めの誘電体層)の内部に設けられていてもよいし、キャパシタ本体の第1主面近傍や第2主面近傍にある誘電体層の内部に設けられていてもよい。補強用金属層がキャパシタ本体の第1主面近傍や第2主面近傍にある誘電体層の内部に設けられる場合、補強用金属層は、第1主面近傍にある誘電体層及び第2主面近傍にある誘電体層の両方にそれぞれ設けられることが好ましい。このようにすれば、焼成後の配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタの凹凸、反り、うねりを低減することができる。
また、本発明の課題を解決するための別の手段(手段5)としては、手段1または4に記載の配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタ(101)を有することを特徴とするビアアレイキャパシタ内蔵配線基板がある。
従って、手段5のビアアレイキャパシタ内蔵配線基板によると、金属含有層または補強用金属層の合計の厚さをビアアレイキャパシタ全体の厚さの15%以上80%以下にすることにより、ビアアレイキャパシタ全体としては金属部分の比率が高くなる。その結果、ビアアレイキャパシタ全体が金属部分により補強され、柔軟性が向上して自身の強度も向上するため、ビアアレイキャパシタ全体の厚みを薄くした場合であっても配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタの破損を防止することができる。ゆえに、このような配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタを内蔵することで、ビアアレイキャパシタ内蔵配線基板の低背化と信頼性の向上を図ることができる。また、破損によるキャパシタンスの低下も防止できる。
以下、本発明のビアアレイキャパシタ内蔵配線基板を具体化した一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
図1に示されるように、本実施形態のビアアレイキャパシタ内蔵配線基板10は、ICチップ搭載用の配線基板であって、ガラスエポキシからなる略矩形板状のコア基板11と、コア基板11の上面12上に形成されるビルドアップ層31(積層部)と、コア基板11の下面13上に形成されるビルドアップ層32とからなる。コア基板11における複数箇所にはビア導体16が形成されている。かかるビア導体16は、コア基板11の上面12側と下面13側とを接続導通している。また、コア基板11の上面12及び下面13には、銅からなる導体層41がパターン形成されており、各導体層41は、ビア導体16に電気的に接続されている。
コア基板11の上面12上に形成されたビルドアップ層31は、エポキシ樹脂からなる4層の樹脂絶縁層33,35,37,39(いわゆる層間絶縁層)と、銅からなる導体層42とを交互に積層した構造を有している。第4層の樹脂絶縁層39の表面上における複数箇所には、端子パッド44がアレイ状に形成されている。また、樹脂絶縁層39の表面は、ソルダーレジスト40によってほぼ全体的に覆われている。ソルダーレジスト40の所定箇所には、端子パッド44を露出させる開口部46が形成されている。端子パッド44の表面上には、複数のはんだバンプ45が配設されている。各はんだバンプ45は、半導体素子であるICチップ21の面接続端子22に電気的に接続されている。なお、各端子パッド44及び各はんだバンプ45は、ビルドアップ層31において配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタ101の真上の領域内に位置しており、この領域が半導体素子搭載部23となる。また、樹脂絶縁層33,35,37,39内には、それぞれビア導体43が設けられている。これらのビア導体43は、導体層41,42と端子パッド44とを相互に電気的に接続している。
図1に示されるように、コア基板11の下面13上に形成されたビルドアップ層32は、上述したビルドアップ層31とほぼ同じ構造を有している。即ち、ビルドアップ層32は、エポキシ樹脂からなる3層の樹脂絶縁層34,36,38と、導体層42とを交互に積層した構造を有している。第3層の樹脂絶縁層38の下面上における複数箇所には、ビア導体43を介して導体層42に電気的に接続されるBGA用パッド48が格子状に形成されている。また、樹脂絶縁層38の下面は、ソルダーレジスト47によってほぼ全体的に覆われている。ソルダーレジスト47の所定箇所には、BGA用パッド48を露出させる開口部50が形成されている。BGA用パッド48の表面上には、図示しないマザーボードとの電気的な接続を図るための複数のはんだバンプ49が配設されている。そして、各はんだバンプ49により、図1に示されるビアアレイキャパシタ内蔵配線基板10は図示しないマザーボード上に実装される。
ビルドアップ層31の中央部には、図2,図3等に示す配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタ101(以下「ビアアレイキャパシタ101」という)が内蔵されている。本実施形態のビアアレイキャパシタ101を構成するキャパシタ本体104は、4つの辺106を有する平面視略矩形状をなしており、縦15.0mm×横15.0mm×厚さ0.04mmの板状物である。各辺106には、凹部107と凸部108とが辺106の延びる方向に沿って交互にかつ規則的に配置されている。即ち、辺106の延びる方向に沿った各凹部107及び各凸部108の長さは互いに等しくなっており、各凹部107の深さ(各凸部108の突出量)は互いに等しくなっている。
図1〜図3に示されるように、キャパシタ本体104は、上面102(第1主面)及び下面103(第2主面)を有しており、上面102上にビルドアップ層31を構成する前記樹脂絶縁層37が位置し、下面103上にビルドアップ層31を構成する前記樹脂絶縁層33が位置している。キャパシタ本体104は、セラミック誘電体層105(誘電体層)を介して第1内部電極層141(内部電極層)と第2内部電極層142(内部電極層)とを交互に積層配置した構造を有している。セラミック誘電体層105は、高誘電率セラミックの一種であるチタン酸バリウムの焼結体からなり、第1内部電極層141及び第2内部電極層142間の誘電体(絶縁体)として機能する。第1内部電極層141及び第2内部電極層142は、いずれもニッケルを主成分として形成された層であって、キャパシタ本体104の内部において一層おきに配置されている。
図2,図3に示されるように、キャパシタ本体104には多数のビアホール130が形成されている。これらのビアホール130は、キャパシタ本体104をその厚さ方向に貫通するとともに、全面にわたって格子状(アレイ状)に配置されている。各ビアホール130内には、キャパシタ本体104の上面102及び下面103間を貫通する複数のビア導体131,132が、ニッケルを主材料として形成されている。即ち、これらのビア導体131,132も、全面にわたって格子状(アレイ状)に配置されている。各第1ビア導体131は、各第1内部電極層141を貫通しており、それら同士を導通している。各第2ビア導体132は、各第2内部電極層142を貫通しており、それら同士を導通している。
そして図1〜図3に示されるように、キャパシタ本体104の上面102上には、金属含有層としての複数の第1外部端子電極111,112(端子電極)が突設されている。これら第1外部端子電極111,112は、上面102全体にわたって格子状(アレイ状)に配置されている。上面102上に存在する複数の第1外部端子電極111,112の占有面積は、上面102の面積の約50%となっている。一方、キャパシタ本体104の下面103上には、金属含有層としての複数の第2外部端子電極121,122(端子電極)が突設されている。これら第2外部端子電極121,122は、下面103全体にわたって格子状(アレイ状)に配置されている。下面103上に存在する複数の第2外部端子電極121,122の占有面積は、下面103の面積の約50%となっている。即ち、第1外部端子電極111,112の占有面積と第2外部端子電極121,122の占有面積とが互いに等しくなっている。また、上面102側にある第1外部端子電極111,112は、前記ビア導体43に対して電気的に接続される。一方、下面103側にある第2外部端子電極121,122は、図示しないマザーボードが有する電極(接触子)に対して、ビア導体16,43、導体層41,42、BGA用パッド48及びはんだバンプ49を介して電気的に接続される。また、第1外部端子電極111,112の底面略中央部は、ビア導体131,132の上面102側の端面に対して直接接続されており、第2外部端子電極121,122の底面略中央部は、ビア導体131,132の下面103側の端面に対して直接接続されている。よって、外部端子電極111,121はビア導体131及び第1内部電極層141に導通しており、外部端子電極112,122はビア導体132及び第2内部電極層142に導通している。
図2に示されるように、本実施形態における第1外部端子電極111,112の厚さB1は20μmであり、第2外部端子電極121,122の厚さB2も同じく20μmである。第1外部端子電極111,112及び第2外部端子電極121,122は、互いに同じ厚さに設定されている。また、本実施形態におけるビアアレイキャパシタ101全体の厚さは、80μmとなる。なお、第1外部端子電極111,112の厚さB1及び第2外部端子電極121,122の厚さB2の合計と、ビアアレイキャパシタ101全体の厚さAとの比率は、(B1+B2)/Aの式から求められる。その結果、第1外部端子電極111,112の厚さB1と第2外部端子電極121,122の厚さB2との合計(40μm)は、前記ビアアレイキャパシタ101全体の厚さAの50%になる。
図2に示されるように、第1外部端子電極111,112は、ニッケルを主材料として形成されており、前記セラミック誘電体層105を構成する材料と同じ材料であるチタン酸バリウムを共材として少量含んでいる。第1外部端子電極111,112の表面は、銅めっき層117(金属層)によって全体的に被覆されている。同様に、第2外部端子電極121,122も、ニッケルを主材料として形成されるとともにチタン酸バリウムを共材として少量含んでおり、表面が銅めっき層117によって被覆されている。即ち、銅めっき層117は、外部端子電極111,112,121,122を構成する金属よりも軟かい金属からなっている。図4に示されるように、銅めっき層117の表面は粗化されているため、第1外部端子電極111,112の表面は、キャパシタ本体104の上面102よりも粗くなっている。同様に、第2外部端子電極121,122の表面も、キャパシタ本体104の下面103よりも粗くなっている。なお、本実施形態における銅めっき層117の表面粗さRaは、約0.5μmに設定されている。また、図3に示されるように、上面102に垂直な方向(第1主面方向)から見たときの外部端子電極111,112,121,122の外形は円形状である。なお本実施形態では、外部端子電極111,112,121,122の直径が約495μmに設定され、ピッチの最小長さが約580μmに設定されている。
マザーボード側から第2外部端子電極121,122を介して通電を行い、第1内部電極層141−第2内部電極層142間に電圧を加えると、第1内部電極層141に例えばプラスの電荷が蓄積し、第2内部電極層142に例えばマイナスの電荷が蓄積する。その結果、ビアアレイキャパシタ101がキャパシタとして機能する。また、このビアアレイキャパシタ101では、第1ビア導体131及び第2ビア導体132がそれぞれ交互に隣接して配置され、かつ、第1ビア導体131及び第2ビア導体132を流れる電流の方向が互いに逆向きになるように設定されている。これにより、インダクタンス成分の低減化が図られている。
次に、本実施形態のビアアレイキャパシタ内蔵配線基板10の製造方法について述べる。
準備工程では、コア基板11とセラミック未焼結体150とを、それぞれ従来周知の手法により作製し、あらかじめ準備しておく。なお、セラミック未焼結体150は、ビアアレイキャパシタ101となるべき製品領域100を平面方向に沿って縦横に複数列配列した多数個取り用ビアアレイキャパシタ161となる板状部材である。
コア基板11は以下のように作製される。まず、縦415mm×横410mm×厚み0.87mmの基材の両面に、厚み35μmの銅箔が貼付された銅張積層板を準備する。次に、銅張積層板に対してドリル機を用いて孔あけ加工を行い、ビア導体16を形成するための貫通孔(図示略)を所定位置にあらかじめ形成しておく。そして、銅張積層板の全面に対して無電解銅めっきを施し、各貫通孔の内部を銅めっきで埋めることでビア導体16を形成する。さらに、銅張積層板の両面の銅箔のエッチングを行って導体層41を例えばサブトラクティブ法によってパターニングする。具体的には、無電解銅めっきの後、この無電解銅めっき層を共通電極として電解銅めっきを施す。さらにドライフィルムをラミネートし、同ドライフィルムに対して露光及び現像を行うことにより、ドライフィルムを所定パターンに形成する。この状態で、不要な電解銅めっき層、無電解銅めっき層及び銅箔をエッチングで除去する。その後、ドライフィルムを剥離することによりコア基板11を得る(図9参照)。
また、セラミック未焼結体150は以下のように作製される。即ち、セラミックのグリーンシート151,152を形成し、これらのグリーンシート151,152に内部電極層用ニッケルペーストをスクリーン印刷して乾燥させる。これにより、後に第1内部電極層141となる第1内部電極部153と、第2内部電極層142となる第2内部電極部154とが形成される。次に、第1内部電極部153が形成されたグリーンシート151と第2内部電極部154が形成されたグリーンシート152とを交互に積層し、シート積層方向に押圧力を付与することにより、各グリーンシート151,152が一体化され、セラミック未焼結体150が得られる(図5参照)。
さらに、レーザー加工機を用いてセラミック未焼結体150にビアホール130を多数個貫通形成し、図示しないペースト圧入充填装置を用いて、ビア導体用ニッケルペーストを各ビアホール130内に充填する。続く外部端子電極形成工程(金属含有層形成工程)では、セラミック未焼結体150において上面102となるべき部分にペーストを印刷し、セラミック未焼結体150の上面側にて各導体部の上端面を覆うように第1外部端子電極111,112を形成する。また、セラミック未焼結体150において下面103となるべき部分にペーストを印刷し、セラミック未焼結体150の下面側にて各導体部の下端面を覆うように第2外部端子電極121,122を形成する(図6参照)。なお、外部端子電極111,112,121,122は、焼成後の合計の厚さ(B1+B2)が焼成後のビアアレイキャパシタ101全体の厚さAの約50%となるように形成される。
続くミシン目形成工程では、隣接する製品領域100間の境界線162上に、レーザー加工機を用いてミシン目163を形成する(図7,図8参照)。なお、ミシン目163は、セラミック未焼結体150を厚さ方向に貫通する矩形状の貫通孔164を境界線162上に沿って所定間隔ごとに設けることで形成される。
続く焼成工程では、ミシン目163が形成されたセラミック未焼結体150の乾燥を行い、表面端子部をある程度固化させる。次に、セラミック未焼結体150を脱脂し、さらに所定温度で所定時間焼成を行う。その結果、チタン酸バリウム及びペースト中のニッケルが同時焼結し、多数個取り用ビアアレイキャパシタ161となる。
次に、各外部端子電極111,112,121,122に対して無電解銅めっき(厚さ10μm程度)を行う。その結果、各外部端子電極111,112,121,122の上に銅めっき層117が形成される。さらに、外部端子電極111,112,121,122の上にある銅めっき層117の表面の粗化(CZ処理)を行う(図4参照)。これにより、樹脂絶縁層33,37との密着性を確保することができる。なお、無電解銅めっきはやや厚めの10μm程度であるため、粗化を経た後でも銅の厚みを確保できる。そして、粗化が終了したら、洗浄工程を実施する。なお、各外部端子電極111,112,121,122の上に銅めっき層117を設ける代わりに、カップリング剤を塗布し、樹脂絶縁層33,37との密着性を確保するようにしてもよい。
洗浄工程の終了後、分割工程を実施する。具体的には、多数個取り用ビアアレイキャパシタ161をミシン目163に沿って分割し、複数個のビアアレイキャパシタ101を得る。これに伴い、各ビアアレイキャパシタ101のキャパシタ本体104の各辺106には、凹部107と凸部108とが辺106の延びる方向に沿って交互にかつ規則的に形成される。
続くビルドアップ層形成工程では、従来周知の手法に基づいてコア基板11の上面102の上にビルドアップ層31を形成するとともに、コア基板11の下面103の上にビルドアップ層32を形成する。詳述すると、まずコア基板11の上面102及び下面103にシート状の熱硬化性エポキシ樹脂をラミネートし、レーザー加工機により、ビア導体43が形成されるべき位置に盲孔を有する第1層の樹脂絶縁層33,34を形成する。なお、シート状の熱硬化性エポキシ樹脂をラミネートする代わりに、液状の熱硬化性エポキシ樹脂を塗布することにより、樹脂絶縁層33,34を形成してもよい。次に、従来公知の手法(例えばセミアディティブ法)に従って電解銅めっきを行い、前記盲孔の内部にビア導体43を形成するとともに、樹脂絶縁層33,34上に導体層42を形成する(図10参照)。なお、形成されたビア導体43の一部(上端面に導体層42が接続されていないビア導体43)は、樹脂絶縁層33の上面から僅かに突出する(図示略)。
そして、第1層の樹脂絶縁層33,34上にシート状の熱硬化性エポキシ樹脂をラミネートし、未硬化状態にある第2層の樹脂絶縁層35,36を形成する。なお、シート状の熱硬化性エポキシ樹脂をラミネートする代わりに、液状の熱硬化性エポキシ樹脂を塗布することにより、未硬化状態にある樹脂絶縁層35,36を形成してもよい。なお、この時点でビルドアップ層形成工程を一旦中止し、内蔵工程を実施する。
内蔵工程では、マウント装置を用いて、樹脂絶縁層33上にビアアレイキャパシタ101を配置する(図11参照)。このとき、ビアアレイキャパシタ101は、下方に押圧されることにより、未硬化状態にある樹脂絶縁層35内に沈み込んで樹脂絶縁層33上に到達する。この際、ビアアレイキャパシタ101は、キャパシタ本体104の各辺106に形成された凹部107及び凸部108が抵抗となることで、平面方向への位置ずれが防止される。なお、ビアアレイキャパシタ101は下方に押圧されているため、ビアアレイキャパシタ101の第2外部端子電極121,122は樹脂絶縁層33内のビア導体43の突出部分に確実に接触する。ここで、複数の第2外部端子電極121,122の占有面積が下面103の面積の約50%に設定されているため、樹脂絶縁層33との接合界面における粗化金属部分の割合が大きくなり、樹脂絶縁層33との密着強度が向上する。なお、内蔵工程において、硬化した状態の樹脂絶縁層35に対してレーザー加工機を用いて孔あけ加工を行い、その結果として形成された収容凹部内にビアアレイキャパシタ101を配置するようにしてもよい。また、あらかじめ収容孔をあけたフィルムを貼付して樹脂絶縁層35を形成し、その結果として形成された収容凹部内にビアアレイキャパシタ101を配置するようにしてもよい。
内蔵工程の終了後、ビルドアップ層形成工程を再開する。具体的には、未硬化状態にある第2層の樹脂絶縁層35,36に対して、レーザー加工機により、ビア導体43が形成されるべき位置に盲孔を形成するとともに、樹脂絶縁層35,36を硬化させる。次に、従来公知の手法に従って電解銅めっきを行い、前記盲孔の内部にビア導体43を形成するとともに、樹脂絶縁層35,36上に導体層42を形成する。
次に、第2層の樹脂絶縁層35,36上にシート状の熱硬化性エポキシ樹脂をラミネートし、レーザー加工機により、ビア導体43が形成されるべき位置に盲孔を有する第3層の樹脂絶縁層37,38を形成する。ここで、第3層の樹脂絶縁層37,38は、第1層の樹脂絶縁層33,34と同じ厚さに形成される。なお、シート状の熱硬化性エポキシ樹脂をラミネートする代わりに、液状の熱硬化性エポキシ樹脂を塗布することにより、樹脂絶縁層37,38を形成してもよい。その結果、ビアアレイキャパシタ101の第1外部端子電極111,112が樹脂絶縁層37に接触する。なお、複数の第1外部端子電極111,112の占有面積が上面102の面積の約50%に設定されているため、樹脂絶縁層37との接合界面における粗化金属部分の割合が大きくなり、樹脂絶縁層37との密着強度が向上する。さらに、従来公知の手法に従って電解銅めっきを行い、前記盲孔の内部にビア導体43を形成するとともに、樹脂絶縁層37上に導体層42を形成し、樹脂絶縁層38上にBGA用パッド48を形成する。なお、ビルドアップ層32はこの段階で完成する。
次に、第3層の樹脂絶縁層37上にシート状の熱硬化性エポキシ樹脂をラミネートし、レーザー加工機により、ビア導体43が形成されるべき位置に盲孔を有する第4層の樹脂絶縁層39を形成する。なお、シート状の熱硬化性エポキシ樹脂をラミネートする代わりに、液状の熱硬化性エポキシ樹脂を塗布することにより、樹脂絶縁層39を形成してもよい。次に、従来公知の手法に従って電解銅めっきを行い、前記盲孔の内部にビア導体43を形成するとともに、樹脂絶縁層39上に端子パッド44を形成する。なお、ビルドアップ層31はこの段階で完成する。その結果、コア基板11及びビルドアップ層31,32からなるとともに、ビルドアップ層31にビアアレイキャパシタ101が内蔵されたビアアレイキャパシタ内蔵配線基板10が完成する(図12参照)。
次に、ビアアレイキャパシタ101の強度についての評価方法及びその結果について述べる。
まず測定用サンプルを次のように準備した。表面に配置された第1外部端子電極の厚さと裏面に配置された第2外部端子電極の厚さとの合計が、ビアアレイキャパシタ全体の厚さの50%になるビアアレイキャパシタを準備し、この測定用サンプルを、実施例とした。即ち、本実施形態のビアアレイキャパシタ101と同様のビアアレイキャパシタを実施例とした。また、第1外部端子電極の厚さと第2外部端子電極の厚さとの合計が、ビアアレイキャパシタ全体の厚さの10%になるビアアレイキャパシタを準備し、この測定用サンプルを、比較例とした。なお、各測定用サンプル(実施例、比較例)において、第1外部端子電極の占有面積を表面の面積の約50%とし、第2外部端子電極の占有面積を裏面の面積の約50%とした。
次に、各測定用サンプルに対して、樹脂絶縁層33〜39をラミネートする際と同じプレス圧で耐荷重試験を行った。具体的には、1Paの真空下で100℃の温度となるように加熱を行いながら測定用サンプルの厚さ方向に押圧力(1MPa)を加えた(真空熱プレス)。そして、耐荷重試験後の測定用サンプルを目視で観察した。
このように観察した結果、比較例では、測定用サンプルにクラックの発生が確認された。一方、実施例では、測定用サンプルにクラックの発生は確認されなかった。従って、第1外部端子電極の厚さと第2外部端子電極の厚さとの合計を、ビアアレイキャパシタ全体の厚さの50%にすれば、ビアアレイキャパシタにクラックが発生しないことが証明された。
また、各測定用サンプルに対して電気特性(キャパシタ容量及び耐電圧)を測定し、耐荷重試験の前後での変化量を評価した。このように測定した結果、比較例では、耐荷重試験後のキャパシタ容量及び耐電圧の両方が、耐荷重試験前に比べて低下した。一方、実施例では、キャパシタ容量及び耐電圧のいずれも、耐荷重試験前後で変化しなかった。従って、第1外部端子電極の厚さと第2外部端子電極の厚さとの合計を、ビアアレイキャパシタ全体の厚さの50%にすれば、電気特性が低下しないことが証明された。
そこで、実施例の測定用サンプルを、ビルドアップ層形成工程においてビルドアップ層31に内蔵してみたが、測定用サンプルにクラックは発生しなかった。ゆえに、信頼性の高いビアアレイキャパシタ内蔵配線基板10を作製することができた。
従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
(1)本実施形態のビアアレイキャパシタ内蔵配線基板10によれば、第1外部端子電極111,112の厚さB1及び第2外部端子電極121,122の厚さB2の合計をビアアレイキャパシタ101全体の厚さAの50%にすることにより、ビアアレイキャパシタ101全体としては金属部分の比率が高くなる。その結果、ビアアレイキャパシタ101全体が金属部分により補強され、柔軟性が向上して自身の強度も向上するため、ビアアレイキャパシタ101全体の厚みを薄くした場合であってもビアアレイキャパシタ101の破損を防止することができる。ゆえに、このようなビアアレイキャパシタ101を内蔵することで、ビアアレイキャパシタ内蔵配線基板10の低背化と信頼性の向上を図ることができ、しかもビアアレイキャパシタ内蔵配線基板10を補強することもできる。
(2)本実施形態のビアアレイキャパシタ101は、ビルドアップ層31に内蔵するために薄くなっており、焼成後に凹凸、反り、うねりが発生しやすい。そこで、本実施形態では、第1外部端子電極111,112の厚さB1と第2外部端子電極121,122の厚さB2とを比較的厚くしているため、焼成後のビアアレイキャパシタ101の凹凸、反り、うねりを低減させることができる。
(3)本実施形態では、上面102における第1外部端子電極111,112の占有面積が比較的大きく、下面103における第2外部端子電極121,122の占有面積が比較的大きくなっている。このため、ビルドアップ層31を構成する樹脂絶縁層33,37とビアアレイキャパシタ101との密着強度が向上する。また、上面102における凹凸もある程度解消されるため、ビルドアップ層31表面の実装面の平坦性(コプラナリティ)がよくなり、ICチップ21を高い信頼性で搭載しやすくなる。以上のことから、熱膨張などに起因したビルドアップ層31,32の浮きやデラミネーションの発生を防止できるため、高い信頼性を付与することができる。
(4)本実施形態では、ビルドアップ層31の半導体素子搭載部23がビアアレイキャパシタ101の真上の領域に位置しているため、半導体素子搭載部23は、薄い割には強度が高く、かつ、凹凸、反り、うねりの抑制されたビアアレイキャパシタ101によって支持される。よって、上記半導体素子搭載部23においては、ビルドアップ層31の表面の実装面が変形しにくくなり平坦性(コプラナリティ)を高めることができるため、半導体素子搭載部23に搭載されるICチップ21をより安定的に支持できる。ゆえに、ICチップ21として、発熱量が大きいために熱応力の影響が大きい10mm角以上の大型のICチップや、Low−k(低誘電率)のICチップを用いることができる。
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、第1外部端子電極111,112の厚さB1と第2外部端子電極121,122の厚さB2との合計が、ビアアレイキャパシタ101全体の厚さAの50%になっていた。しかし、図13に示されるように、キャパシタ本体104の上面102近傍及び下面103近傍にあるセラミック誘電体層105内に、内部電極層141,142よりも厚い補強用金属層171をそれぞれ設け、各補強用金属層171の厚さの合計を、例えばビアアレイキャパシタ101全体の厚さAの50%としてもよい。また、図14に示されるように、キャパシタ本体104の中央部分にあるセラミック誘電体層105(図14では、上面102から3層めのセラミック誘電体層105)の内部に補強用金属層171を設け、補強用金属層171の厚さを、例えばビアアレイキャパシタ101全体の厚さAの50%としてもよい。なお、補強用金属層171は、3層以上の異なるセラミック誘電体層105にそれぞれ設けられていてもよい。
このように構成しても、ビアアレイキャパシタ101全体としては金属部分の比率が高くなり、結果として、ビアアレイキャパシタ101全体が金属部分により補強され、柔軟性が向上して自身の強度も向上するため、ビアアレイキャパシタ101の破損を防止することができる。
また、図13,図14に示す補強用金属層171を、ビア導体131,132に導通させることにより内部電極層として機能させてもよい。このようにすれば、キャパシタ本体104において補強用金属層171が占める割合が大きくなったとしても、配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタ101をキャパシタとして確実に機能させることができる。
・図15,図16に示されるように、上面102及び下面103の上において外部端子電極111,112,121,122が存在しない領域に、ビア導体131,132に導通しないダミー電極118を配置してもよい。このように構成すれば、外部端子電極111,112,121,122に加えてダミー電極118を上面102及び下面103の上に設けた結果、ビルドアップ層31を構成する樹脂絶縁層33,37との接合界面における金属含有層(外部端子電極111,112,121,122及びダミー電極118)の割合が大きくなる。例えば、第1外部端子電極111,112及びダミー電極118の占有面積が、上面102の面積の約68%となり、第2外部端子電極121,122及びダミー電極118の占有面積が、下面103の面積の約68%となる。その結果、ビアアレイキャパシタ101と樹脂絶縁層33,37との密着強度が向上する。また、上面102及び下面103の凹凸もある程度解消されるため、ビルドアップ層31表面の実装面の平坦性(コプラナリティ)がよくなり、ICチップ21を搭載した後の実装信頼性を向上できる。
・図17,図18に示されるように、上面102上に存在する第1外部端子電極111,112の占有面積を大きくするとともに、下面103上に存在する第2外部端子電極121,122の占有面積を大きくしてもよい。例えば、第1外部端子電極111,112の占有面積を上面102の面積の約68%とし、第2外部端子電極121,122の占有面積を下面103の面積の約68%としてもよい。このように構成すれば、ビルドアップ層31を構成する樹脂絶縁層33,37との接合界面における金属含有層(外部端子電極111,112,121,122)の割合が大きくなる。その結果、ビアアレイキャパシタ101と樹脂絶縁層33,37との密着強度が向上する。また、上面102及び下面103の凹凸もある程度解消されるため、ビルドアップ層31の実装面の平坦性(コプラナリティ)がよくなり、ICチップ21を搭載した後の実装信頼性を向上できる。
・上記実施形態では、キャパシタ本体104の上面102の上に第1外部端子電極111,112が配置され、下面103の上に第2外部端子電極121,122が配置されていたが、第1外部端子電極111,112または第2外部端子電極121,122を省略してもよい。
・上記実施形態では、上面102に垂直な方向から見たときの外部端子電極111,112,121,122の外形は円形状であった。しかし、外部端子電極111,112,121,122の外形は、円形状以外の他の形状であってもよい。例えば、図18に示されるように、外部端子電極111,112,121,122の外形は正方形状であってもよい。
次に、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
(1)第1主面及び第2主面を有するとともに、セラミック誘電体層と内部電極層とが交互に積層配置された構造を有するキャパシタ本体と、前記内部電極層同士を導通し、全体としてアレイ状に配置される複数のビア導体と、前記第1主面及び前記第2主面の少なくとも一方の上に配置される金属含有層とを備え、前記第1主面上に配置された金属含有層の厚さと前記第2主面上に配置された金属含有層の厚さとの合計は、ビアアレイキャパシタ全体の厚さの15%以上80%以下であり、層間絶縁層及び導体層をコア基板上にて交互に積層した積層部に内蔵され、前記金属含有層の表面に、前記金属含有層を構成する金属よりも軟かい金属からなる金属層が形成され、前記金属層は厚さ5μm以上の銅めっき層であることを特徴とする配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタ。
(2)第1主面及び第2主面を有するとともに、セラミック誘電体層と内部電極層とが交互に積層配置された構造を有するキャパシタ本体と、前記内部電極層同士を導通し、全体としてアレイ状に配置される複数のビア導体と、前記第1主面の上に配置される第1金属含有層と、前記第2主面の上に配置される第2金属含有層とを備え、前記第1金属含有層の厚さと前記第2金属含有層の厚さとの合計は、ビアアレイキャパシタ全体の厚さの15%以上80%以下であり、層間絶縁層及び導体層をコア基板上にて交互に積層した構造を有し、その表面に半導体素子搭載部が設定された積層部に内蔵されることを特徴とする配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタ。
(3)第1主面及び第2主面を有するとともに、セラミック誘電体層を介して第1内部電極層と第2内部電極層とが交互に積層配置された構造を有するキャパシタ本体と、前記第1内部電極層同士を導通し、全体としてアレイ状に配置される複数の第1ビア導体と、前記第2内部電極層同士を導通し、全体としてアレイ状に配置される複数の第2ビア導体と、前記複数の第1ビア導体における前記第1主面側の端部に位置する第1電源用電極端子と、前記複数の第2ビア導体における前記第1主面側の端部に位置する第1グランド用電極端子と、前記複数の第1ビア導体における前記第2主面側の端部に位置する第2電源用電極端子と、前記複数の第2ビア導体における前記第2主面側の端部に位置する第2グランド用電極端子とを備え、前記第1電源用電極端子及び前記第1グランド用電極端子の厚さと前記第2電源用電極端子及び前記第2グランド用電極端子の厚さとの合計は、ビアアレイキャパシタ全体の厚さの15%以上80%以下であり、層間絶縁層及び導体層をコア基板上にて交互に積層した構造を有し、その表面に半導体素子搭載部が設定された積層部に内蔵されることを特徴とする配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタ。
本実施形態のビアアレイキャパシタ内蔵配線基板を示す概略断面図。 同じく、配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタを示す概略断面図。 同じく、配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタを示す概略上面図。 同じく、配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタの要部断面図。 同じく、ビアアレイキャパシタ内蔵配線基板の製造方法の説明図。 同じく、ビアアレイキャパシタ内蔵配線基板の製造方法の説明図。 同じく、ビアアレイキャパシタ内蔵配線基板の製造方法の説明図。 同じく、ビアアレイキャパシタ内蔵配線基板の製造方法の説明図。 同じく、ビアアレイキャパシタ内蔵配線基板の製造方法の説明図。 同じく、ビアアレイキャパシタ内蔵配線基板の製造方法の説明図。 同じく、ビアアレイキャパシタ内蔵配線基板の製造方法の説明図。 同じく、ビアアレイキャパシタ内蔵配線基板の製造方法の説明図。 他の実施形態の配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタを示す概略断面図。 他の実施形態の配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタを示す概略断面図。 他の実施形態の配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタを示す概略断面図。 他の実施形態の配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタを示す概略上面図。 他の実施形態の配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタを示す概略断面図。 他の実施形態の配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタを示す概略上面図。
符号の説明
10…ビアアレイキャパシタ内蔵配線基板
11…コア基板
31…積層部としてのビルドアップ層
33,35,37,39…層間絶縁層としての樹脂絶縁層
42…導体層
100…製品領域
101…配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタ(ビアアレイキャパシタ)
102…第1主面としての上面
103…第2主面としての下面
104…キャパシタ本体
105…誘電体層としてのセラミック誘電体層
106…辺
107…凹部
108…凸部
111,112…金属含有層及び端子電極としての第1外部端子電極
118…ダミー電極
121,122…金属含有層及び端子電極としての第2外部端子電極
131…ビア導体としての第1ビア導体
132…ビア導体としての第2ビア導体
141…内部電極層としての第1内部電極層
142…内部電極層としての第2内部電極層
150…セラミック未焼結体
161…多数個取り用ビアアレイキャパシタ
162…境界線
163…ミシン目
171…補強用金属層
B1…第1主面上に配置された金属含有層の厚さ
B2…第2主面上に配置された金属含有層の厚さ
A…ビアアレイキャパシタ全体の厚さ

Claims (12)

  1. 第1主面及び第2主面を有するとともに、誘電体層と内部電極層とが交互に積層配置された構造を有するキャパシタ本体と、
    前記内部電極層同士を導通し、全体としてアレイ状に配置される複数のビア導体と、
    前記第1主面及び前記第2主面の少なくとも一方の上に配置される金属含有層と
    を備え、
    前記第1主面上に配置された金属含有層の厚さと前記第2主面上に配置された金属含有層の厚さとの合計は、ビアアレイキャパシタ全体の厚さの15%以上80%以下であり、
    層間絶縁層及び導体層をコア基板上にて交互に積層した積層部に内蔵される
    ことを特徴とする配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタ。
  2. 前記ビアアレイキャパシタ全体の厚さは10μm以上200μm以下であり、第1主面上及び第2主面上の少なくとも一方に配置された金属含有層の厚さは、3μm以上50μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタ。
  3. 第1主面上に配置された金属含有層及び第2主面上に配置された金属含有層は、互いに同じ厚さに設定されていることを特徴とする請求項1または2に記載の配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタ。
  4. 前記金属含有層は、前記第1主面及び前記第2主面の少なくとも一方の上において前記ビア導体の端面に接続される複数の端子電極と、前記第1主面及び前記第2主面の少なくとも一方の上において前記複数の端子電極が存在しない領域に配置され、前記ビア導体に導通しないダミー電極とを含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタ。
  5. 前記金属含有層の表面は、前記キャパシタ本体の前記第1主面及び前記第2主面よりも粗くなっていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタ。
  6. 前記第1主面上に存在する前記金属含有層の占有面積が、前記第1主面の面積の45%以上90%以下であり、前記第2主面上に存在する前記金属含有層の占有面積が、前記第2主面の面積の45%以上90%以下であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタ。
  7. 第1主面及び第2主面を有するとともに、誘電体層と内部電極層とが交互に積層配置された構造を有するキャパシタ本体と、
    前記内部電極層同士を導通し、全体としてアレイ状に配置される複数のビア導体と
    を備え、
    前記キャパシタ本体は、前記内部電極層よりも厚い1つまたは2つ以上の補強用金属層をその内部に有しており、前記補強用金属層の厚さの合計は、ビアアレイキャパシタ全体の厚さの15%以上80%以下であり、
    層間絶縁層及び導体層をコア基板上にて交互に積層した積層部に内蔵される
    ことを特徴とする配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタ。
  8. 前記補強用金属層は前記内部電極層としても機能することを特徴とする請求項7に記載の配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタ。
  9. 前記キャパシタ本体は、4つの辺を有する平面視略矩形状をなし、
    前記4つの辺に、凹部と凸部とが辺の延びる方向に沿って交互にかつ規則的に配置されることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタ。
  10. 請求項1乃至9のいずれか1項に記載の配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタを有することを特徴とするビアアレイキャパシタ内蔵配線基板。
  11. 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタとなるべき製品領域を平面方向に沿って縦横に複数列配列した多数個取り用ビアアレイキャパシタを準備する準備工程と、
    前記第1主面となるべき部分及び前記第2主面となるべき部分の少なくとも一方に、合計の厚さが前記配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタ全体の厚さの15%以上80%以下となる金属含有層を形成する金属含有層形成工程と、
    前記多数個取り用ビアアレイキャパシタを分割して前記ビアアレイキャパシタとする分割工程と、
    層間絶縁層及び導体層をコア基板上にて交互に積層した積層部に前記ビアアレイキャパシタを内蔵する内蔵工程と
    を含むことを特徴とするビアアレイキャパシタ内蔵配線基板の製造方法。
  12. 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタとなるべき製品領域を平面方向に沿って縦横に複数列配列した多数個取り用ビアアレイキャパシタとなるべきセラミック未焼結体を準備する準備工程と、
    前記セラミック未焼結体において、前記第1主面となるべき部分及び前記第2主面となるべき部分の少なくとも一方に、焼成後の合計の厚さが焼成後の前記配線基板内蔵用ビアアレイキャパシタ全体の厚さの15%以上80%以下となる金属含有層を形成する金属含有層形成工程と、
    隣接する前記製品領域間の境界線上にミシン目を形成するミシン目形成工程と、
    前記ミシン目が形成されたセラミック未焼結体を焼成して前記多数個取り用ビアアレイキャパシタとする焼成工程と、
    前記多数個取り用ビアアレイキャパシタを前記ミシン目に沿って分割して前記ビアアレイキャパシタとする分割工程と、
    層間絶縁層及び導体層をコア基板上にて交互に積層した積層部に前記ビアアレイキャパシタを内蔵する内蔵工程と
    を含むことを特徴とするビアアレイキャパシタ内蔵配線基板の製造方法。
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