JP2007207972A - コンデンサ内蔵基板 - Google Patents

Abstract

【課題】高速ＩＣの電化供給、ノイズ低減を容易にするコンデンサ内蔵基板を提供する。
【解決手段】第１の基板６は、弁金属シート体１と、陽極３と、陰極５と、陽陰極分離部２と、固体電解質層４からなる固体電解コンデンサを内部に有し、前記固体電解コンデンサは、表面に誘電体被膜が形成された多孔質部を有する弁金属シート体１の一部に絶縁材料からなる陽陰極分離部２を有し、この陽陰極分離部２によって陽極３と陰極５が電気的に絶縁され、前記陰極５は多孔質部上に形成された固体電解質層４に接続されるとともに、前記陽極３は弁金属シート体１の金属部分と電気的に接続され、第２の基板７は、少なくとも表面に配線層を有することを特徴とするコンデンサ内蔵基板である。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体電解コンデンサを内蔵する基板に関するものである。

従来の固体電解コンデンサ及びその製造方法の代表的なものの１つとしては、シート状の弁金属にます目状に樹脂パターンを形成し、複数箇所において固体電解質層を形成した後、個片に分割することにより固体電解コンデンサを形成し、その後リードフレームに素子を接合して取り出し電極としていた。

このようなコンデンサをＩＣ周辺に配置することにより、電流量を補償し、かつノイズを低減し、ＩＣの動作の正確性を保つ取り込みがなされている。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１，２が知られている。
特開２００４−１３４４６２号公報 特開２００４−８８７６９号公報

コンデンサをＩＣ周辺に配置して動作を確保する際、コンデンサ自身と、コンデンサとＩＣ間の配線のインピーダンス（特にＥＳＬ：等価直列リアクタンス）が問題となり、インピーダンスが大きいと電流供給を瞬時に行うことができず、またＩＣ内部にノイズが発生して正確な信号伝達が阻害されることとなる。こうした課題に対し、コンデンサの低ＥＳＬ化を進めるとともに、ＩＣとコンデンサ間の短配線化のための、基板内部へのコンデンサの内蔵化も進められているが、コンデンサ内蔵基板は比較的表面の凹凸が大きいため、ＩＣとの接続において全接続端子において信頼性のある接続がとりにくく、かつＩＣ側の配線パターンとコンデンサ内蔵基板側の配線パターンとの不整合がしばしば問題となり、特にＩＣの配線パターンの微細化が進む今後において、特に顕著な問題となる。

この課題を解決するために本発明は、第１の基板および第２の基板とが重畳されてなるコンデンサ内蔵基板において、前記第１の基板は、弁金属シート体と、陽極と、陰極と、陽陰極分離部と、固体電解質層からなる固体電解コンデンサを内部に有し、前記固体電解コンデンサは、表面に誘電体被膜が形成された多孔質部を有する弁金属シート体の一部に絶縁材料からなる陽陰極分離部を有し、この陽陰極分離部によって陽極と陰極が電気的に絶縁され、前記陰極は多孔質部上に形成された固体電解質層に接続されるとともに、前記陽極は弁金属シート体の金属部分と電気的に接続され、前記第２の基板は、少なくとも表面に配線層を有することを特徴とするコンデンサ内蔵基板である。

これにより、容量の大きなコンデンサ内蔵基板をＩＣ周辺に容易に実装できるのみならず、第２の基板の介在によって基板表面の凹凸を解消し、ほとんど配線長さを増加させることなくＩＣとコンデンサ内蔵基板との配線パターン間の整合をとることができる。

以上のように、本発明のコンデンサ内蔵基板によれば、大容量の固体電解コンデンサをＩＣの近傍に短配線で接続でき、全体のインピーダンス（特にＥＳＬ）を極小化することができる。また固体電解コンデンサを内蔵することによって薄型、大容量を確保できるとともに、実装体積の低減を図ることができる。加えて第１の基板と第２の基板とを重畳させることにより、ＩＣの基板上への実装が容易となるとともに、用いることができるコンデンサの特性とＩＣの配線パターンとの組み合わせを広げることが可能となる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１におけるコンデンサ内蔵基板について、図面を参照しながら説明する。

図１，２は本発明の実施の形態１におけるコンデンサ内蔵基板を示す断面図である。

図１において６は第１の基板、７は第２の基板である。第１の基板６は内部に、弁金属シート体１、絶縁材料からなる陽陰極分離部２、固体電解質層４、陰極である集電体層５、陽極３からなる固体電解コンデンサを有する。弁金属シート体１はＡｌ、Ｔａ、Ｎｂ等からなる弁金属の表面を多孔質化し、多孔質化した表面にごく薄い金属酸化物からなる誘電体層を形成している。さらに弁金属シート体１の表面には液状の絶縁樹脂を塗布、硬化する等により絶縁層１６ａ，１６ｂが形成され、絶縁層１６ａは所定の位置に開口部が形成されている。この開口部にピロール、チオフェン等の導電性高分子材料からなる固体電解質層４、カーボンと導電性ペーストの積層体からなる集電体層５が順次形成されている。固体電解質層４は絶縁層１６ａおよび第１の基板６の構成部材により形成される陽陰極分離部２によって位置が規定される。

固体電解質層４に隣接する部位においては、第１の基板６及び弁金属シート体１を貫通する陽極３が形成され、弁金属シート体１と電気的に接続されている。この陽極３と、集電体層５とを電極として、コンデンサとして機能する。

第１の基板６の材質は無機フィラーと熱硬化性樹脂の混合物からなり、両材料の組成は、内蔵される部品形状、要求される熱膨張係数等の諸条件を加味して決定される。この材料は硬化前においては可塑性が高くシート形状を有しており、応力によって変形するので、部品の内蔵が容易で、硬化とともに他の部材と強固な接合を得ることが可能である。

図２は本発明の実施の形態における陽陰極分離部近傍の拡大図である。多孔質部１５内部の所定の部位に、陽陰極分離部２ａが形成され、その上に第１の基板６の構成部材の一部により陽陰極分離部２ｂが形成されている。そして陽陰極分離部２ａ，２ｂにより、固体電解質層４の位置が規定される。なお多孔質部１５の表面には誘電体層が形成されるが、ここでは図示しない。

図１における集電体層５は導電性ペーストを硬化させてなるインナービア電極１２ａと接続され、第１の基板６の表層に形成された電極部９ａと接続される。また陽極３は表層の電極部９ｂと接続され、両電極部を通じて固体電解コンデンサの電極と外部との接続を確保する。加えて第１の基板６にはグランド電極１１が設けられ、このグランド電極１１は弁金属シート体１と接触しないように形成され、表層の電極部９ａと接続されるとともに、両主面の電極部とを導通させる役割を果たす。

第２の基板７は、第１の基板６よりも薄い材料で構成され、両主面側と導通する複数のインナービア電極１２ｃを有する。この材料としては、アラミドが混在した熱硬化性樹脂、ガラス繊維が混在した熱硬化性樹脂、ポリイミドシートの積層体などが挙げられる。この第２の基板７は基板表面の平坦度を向上させ、ＩＣ８との接合性を良好にするために用いられる。電極層１０ａ，１０ｂとＩＣ８の接続部１３とが電気的に接続される。またインナービア電極１２ｃを通じて電極層１０ａ，１０ｂは両面で接続されるが、場合によっては基板を多層化し、両面における電極部のピッチなどを変えることもできる。ＩＣ８と第２の基板７とは、封止樹脂１４によって接合される。

本発明において、第１の基板６と第２の基板７は、接合用シート２３を介して接合される。接合用シート２３は第１の基板６とほぼ同様の材料によって構成され、第１の基板６と第２の基板７との貼り合わせとともに、導電性ペーストからなるインナービア電極１２ｂによって両基板の電極部を接続する役目を有する。

以下図３〜図１５の断面工程図を用いて、本発明のコンデンサ内蔵基板の製造方法の一例を説明する。

まず、図３に示すような、両面の全面に多孔質部と誘電体層とがあらかじめ形成された弁金属シート体１の各面に液状樹脂を印刷塗布し、かつ片面側は所定の部位に開口部を残して印刷し、熱硬化により絶縁層１６ａ，１６ｂを形成して図４となる。

次にパンチングやレーザ加工によって分割部１７を形成し、弁金属シート体１を所定の形状に分割して図５となる。

続いて図６において、無機フィラーと熱硬化性樹脂の混合物からなる、半硬化状態の樹脂シート１８を絶縁層１６ａ側に重ね合わせる。この時絶縁層１６ａの開口部に合わせ、樹脂シート１８には孔が設けてある。

引き続き平板治具等を用いて全面を加圧しつつ加熱し、樹脂シート１８を変形させて分割部１７を埋めるとともに、樹脂を硬化させて図７となる。

次に、弁金属シート体１の樹脂シート１８を形成していない部分に、固体電解質層４を形成して図８となる。固体電解質層４の形成には重合法を用い、薬液塗布と乾燥によってチオフェンの薄膜を多孔質部に形成した後、チオフェンを含有する溶液中で電解を加えることによってチオフェン層を厚くすることによって得られる。

次に固体電解質層４上にカーボン、銀などを含有する導電性ペーストを順次塗布、硬化させることにより集電体層５を形成して図９となる。

続いて図１０において、弁金属シート体１の両面に、それぞれ樹脂シート１９，２０を重ね合わせた状態とする。樹脂シート１９，２０はそれぞれ樹脂シート１８と同様の材料からなり、流動性の調整など、必要に応じて成分を調整する。またそれぞれの樹脂シートの外側には銅などによる電極箔２１，２２が重ねられ、かつ樹脂シート１９の集電体層と接する部位の一部にインナービア電極１２ａが複数形成され、この時点ではインナービア電極１２ａは未硬化の導電性ペーストが充填されている。

そして両面側から加圧しつつ加熱することにより、電極層、樹脂シートを弁金属シート体１と接着するとともに、インナービア電極１２ａ内部の導電性ペーストと硬化させ、電極箔２１と集電体層５とを電気的に接続して図１１となる。

次に図１２にあるように、弁金属シート体を含む所定の部位、及び分割部を含む部位にスルーホールを設け、スルーホール内部にめっきによって電極を形成し、陽極３、グランド電極１１を形成する。これらはそれぞれ表面の電極箔２１，２２と電気的に導通し、かつ陽極３は弁金属シート体１とも電気的に導通する。

次に電極箔を所定のパターンとなるようエッチング処理を行い、電極部９ａ，９ｂを形成して図１３となる。ここまでで第１の基板６が完成となる。

そして接合用シート２３を介して第１の基板６と、完成済みの第２の基板７とを重畳し、加圧と加熱によって両者の接着及び電極部どうしの導通を行い、図１４となる。ここまでで本発明におけるコンデンサ内蔵基板が完成となる。

この状態でＩＣ８の接続部１３と電極層１０ａ，１０ｂとを接触させ、封止樹脂１４によって固着させて図１５となる。

以上のように、本実施の形態のコンデンサ内蔵基板は、ＥＳＬを低下してＩＣの安定動作に寄与できるとともに、大容量のコンデンサを内蔵する基板とＩＣとの実装性を向上することができる。すなわちコンデンサ内蔵によって凹凸が生じた基板においても、より高い平坦性を有する第２の基板を用いることで、ＩＣの接続部全体に対して良好な接続状態を得ることができる。またＩＣの接続部の配置と第１の基板の配線部分の配置とが不一致である場合においても、第２の基板の電極配置を調整することにより、良好な接続状態を得ることができる。

また、本実施の形態におけるコンデンサ内蔵基板は、第１の基板と第２の基板とが異なる材質によって形成されてなるので、耐熱性や配線の微細化等、必要とされる特性に応じて最適な材料を選択することができる。

また、本実施の形態におけるコンデンサ内蔵基板は、第１の基板の材質は無機フィラーと熱硬化性樹脂の混合物からなり、第２の基板はアラミドが混在した熱硬化性樹脂からなるので、第１の基板は適当な可塑性を有するためコンデンサの内蔵が容易であるとともに、適当な剛性と平坦性を有する第２の基板を実現でき、ＩＣ実装の向上に寄与できる。

また、本実施の形態におけるコンデンサ内蔵基板は、第１の基板の材質は無機フィラーと熱硬化性樹脂の混合物からなり、第２の基板はガラス繊維が混在した熱硬化性樹脂からなるので、適当な剛性と平坦性を有する第２の基板を実現でき、ＩＣ実装の向上に寄与できるとともに、優れた耐熱性を得ることができる。

また、本実施の形態におけるコンデンサ内蔵基板は、第１の基板の材質は無機フィラーと熱硬化性樹脂の混合物からなり、第２の基板はポリイミドシートの積層体からなるので、優れた耐熱性を有するとともに、シートの平坦性により基板全体の平坦性が向上でき、ＩＣ実装の向上に寄与できる。

また、本実施の形態におけるコンデンサ内蔵基板は、陽極は弁金属シート体に形成されたスルーホール電極であり、かつ第１の基板表面の電極部と接続してなるので、陽極電極を短配線で外部に取り出すことができ、ＥＳＬの低減に寄与でき、ＩＣ動作を安定化させることができる。

また、本実施の形態におけるコンデンサ内蔵基板は、陰極は固体電解質層上に形成された導電性ペースト層を含み、第１の基板の一部に形成されたインナービアの内部に充填された導電性部材からなるインナービア電極と接続され、前記インナービア電極は第１の基板表面の電極部と接続してなるので、陰極電極を短配線で外部に取り出すことができ、ＥＳＬの低減に寄与でき、ＩＣ動作を安定化させることができる。

また、本実施の形態におけるコンデンサ内蔵基板は、弁金属シート体はアルミ、タンタル、ニオブのいずれかよりなるので、高い容量を有するコンデンサを容易に実現できる。

また、本実施の形態におけるコンデンサ内蔵基板は、第１の基板の電極部と第２の基板の配線層とは、導電性ペーストによって接続されてなり、前記導電性ペーストは無機フィラーと熱硬化性樹脂の混合物からなる接合用シートに設けられたスルーホール中に充填され、前記接合用シートを介して第１の基板と第２の基板とが重畳されてなるので、基板同士の平坦性の差異を吸収し、短配線で両基板を接続できる。

また、本実施の形態におけるコンデンサ内蔵基板は、固体電解コンデンサは、第１の基板内部のほぼ全層に形成され、かつ所定のパターンに分割された弁金属シート体上に複数形成されてなるので、基板の任意の位置に複数のコンデンサを形成することが可能で、設計の自由度が増すとともに、コンデンサの容量を大きくすることができる。

以上のように本発明のコンデンサ内蔵基板は、大容量を有する固体電解コンデンサをＩＣ素子直下に短配線でかつ小スペースで実装、接続でき、インピーダンス特性が向上し、映像機器やサーバ用パソコンなど、高速ＩＣを用いた機器の高性能化、小型化に寄与する。

本発明の実施の形態１におけるコンデンサ内蔵基板の断面図 同実施の形態におけるコンデンサ内蔵基板の陽陰極分離部近傍の拡大断面図 同実施の形態のコンデンサ内蔵基板の製造方法を示す断面工程図 同実施の形態のコンデンサ内蔵基板の製造方法を示す断面工程図 同実施の形態のコンデンサ内蔵基板の製造方法を示す断面工程図 同実施の形態のコンデンサ内蔵基板の製造方法を示す断面工程図 同実施の形態のコンデンサ内蔵基板の製造方法を示す断面工程図 同実施の形態のコンデンサ内蔵基板の製造方法を示す断面工程図 同実施の形態のコンデンサ内蔵基板の製造方法を示す断面工程図 同実施の形態のコンデンサ内蔵基板の製造方法を示す断面工程図 同実施の形態のコンデンサ内蔵基板の製造方法を示す断面工程図 同実施の形態のコンデンサ内蔵基板の製造方法を示す断面工程図 同実施の形態のコンデンサ内蔵基板の製造方法を示す断面工程図 同実施の形態のコンデンサ内蔵基板の製造方法を示す断面工程図 同実施の形態のコンデンサ内蔵基板の製造方法を示す断面工程図

符号の説明

１ 弁金属シート体
２ 陽陰極分離部
３ 陽極
４ 固体電解質層
５ 陰極（集電体層）
６ 第１の基板
７ 第２の基板
８ ＩＣ
９ 電極部
１０ 電極層
１１ グランド電極
１２ インナービア電極
１３ 接続部
２３ 接合用シート

Claims (11)

1. 第１の基板と第２の基板とが重畳されてなるコンデンサ内蔵基板において、前記第１の基板は、弁金属シート体と、陽極と、陰極と、陽陰極分離部と、固体電解質層からなる固体電解コンデンサを内部に有し、前記固体電解コンデンサは、表面に誘電体被膜が形成された多孔質部を有する弁金属シート体の一部に絶縁材料からなる陽陰極分離部を有し、この陽陰極分離部によって陽極と陰極が電気的に絶縁され、前記陰極は多孔質部上に形成された固体電解質層に接続されるとともに、前記陽極は弁金属シート体の金属部分と電気的に接続され、前記第２の基板は、少なくとも表面に配線層を有することを特徴とするコンデンサ内蔵基板。
2. 第１の基板と第２の基板とが異なる材質によって形成されてなる、請求項１に記載のコンデンサ内蔵基板。
3. 第１の基板の材質は無機フィラーと熱硬化性樹脂の混合物からなり、第２の基板の材質はアラミドが混在した熱硬化性樹脂からなる請求項１に記載のコンデンサ内蔵基板。
4. 第１の基板の材質は無機フィラーと熱硬化性樹脂の混合物からなり、第２の基板の材質はガラス繊維が混在した熱硬化性樹脂からなる請求項１に記載のコンデンサ内蔵基板。
5. 第１の基板の材質は無機フィラーと熱硬化性樹脂の混合物からなり、第２の基板の材質はポリイミドシートの積層体からなる請求項１に記載のコンデンサ内蔵基板。
6. 陽極は弁金属シート体に形成されたスルーホール電極であり、かつ第１の基板の表面の電極部と接続してなる、請求項１に記載のコンデンサ内蔵基板。
7. 陰極は固体電解質層上に形成された導電性ペースト層を含み、第１の基板の一部に形成されたインナービアの内部に充填された導電性部材からなるインナービア電極と接続され、前記インナービア電極は第１の基板表面の電極部と接続されてなる、請求項１に記載のコンデンサ内蔵基板。
8. 弁金属シート体はアルミ、タンタル、ニオブのいずれかよりなる、請求項１に記載のコンデンサ内蔵基板。
9. 第１の基板の電極部と第２の基板の配線層とは、無機フィラーと熱硬化性樹脂との混合物からなる接合用シートに設けられたスルーホール中に充填された導電性ペーストによって接続され、前記接合用シートを介して第１の基板と第２の基板とが重畳されてなる、請求項１に記載のコンデンサ内蔵基板。
10. 接合用シートは、第１の基板と同じ材料からなる、請求項９に記載のコンデンサ内蔵基板。
11. 固体電解コンデンサは、第１の基板内部のほぼ全層に形成されかつ所定のパターンに分割された弁金属シート体上に複数形成されてなる、請求項１に記載のコンデンサ内蔵基板。

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