JP2007234955A - コンデンサ内蔵基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】耐湿性に優れ湿度等による特性変動が抑制されると供に容量の小さなコンデンサが内蔵されたコンデンサ内蔵基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】層間絶縁層１上には配線層２が形成されており、配線層２の一部として形成された下部電極３上には誘電体層４及び上部電極５が順次成膜されコンデンサ７が形成されている。コンデンサ７の上部電極５を、ワイヤボンディング９を介して配線層２に接続し、コンデンサ７及びワイヤボンディング９を保護樹脂６により覆う。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンデンサを基板に内蔵したコンデンサ内蔵基板及びその製造方法に関する。

近時の技術の発展に伴い、電子機器等に要求される機能は益々高まっており、それに伴い基板に搭載される受動部品の数は増加する傾向にある。このため、電子機器の小型化、薄型化を実現する手法として、受動部品を基板に内蔵した所謂受動部品内蔵基板への要求が高まっている。

このような要求に対し、例えば特許文献１では、コンデンサ機能を有する誘電体層を基板に内蔵したコンデンサ内蔵基板の構造及びその製造方法が開示されている。特許文献１では、ビルドアップ配線層内に形成された隣接する導体層の間に、中間導体層を設け、この中間導体層及び隣接する導体層のいずれか一方を電極とし、電極間に高誘電性材料を含む誘電層を配設してコンデンサを形成している。また、特許文献２では、チップコンデンサを基板の貫通孔に内蔵した基板が開示されている。

また、特許文献３では、絶縁層上に配置されたチップコンデンサの端子部にワイヤを立設し、チップコンデンサ及びワイヤを樹脂層に埋め込んだ後に、樹脂層を成形してその表面にワイヤの上端部が位置するようにしており、接続の信頼性を確保することを目的とした部品内蔵基板の製造方法が開示されている。

特開２００１−１５９２８号公報 特公昭６０−４１４８０号公報 特開２００２−２９０００６号公報

しかしながら、上述の従来技術には以下に示すような問題点がある。

特許文献１に開示されたコンデンサ機能を有する基板は、コンデンサの周囲を基板の層間絶縁樹脂で覆ってはいるものの、湿度等の外部環境の影響を受けやすく、吸湿することでコンデンサの容量が大きく変化するという問題があるため、高い精度が要求される回路には使用できない。また、コンデンサの上部電極と配線層はビアにより接続しているが、ビアを受けるランドの小型化には限界があるため、上部電極の小型化、つまりは容量の小さなコンデンサを作製することが困難である。

また、特許文献２に開示された受動素子内蔵基板はチップ部品単体での信頼性が保障された部品を内蔵しているため、湿度等の影響を受けにくく、特性が安定しているというメリットはあるが、小型の０６０３部品を用いたとしても０．３ｍｍの厚さが伴うため、基板の薄型化を実現することは困難である。

また、特許文献３に開示された部品内蔵基板の製造方法においては、小型のチップ部品を絶縁層上に配置し、このチップ部品の接続信頼性を確保するものであって、本発明のように多層配線基板内部に小型で耐湿性に優れたコンデンサの形成方法を提供するものではない。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、耐湿性に優れ湿度等による特性変動が抑制されると供に容量の小さなコンデンサが内蔵されたコンデンサ内蔵基板及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係るコンデンサ内蔵基板は、第１の絶縁層と、この第１の絶縁層上に形成された配線層及び下部電極と、この下部電極上に順次形成された誘電体層及び上部電極と、前記配線層と前記上部電極とを接続するボンディングワイヤと、前記下部電極、誘電体層及び上部電極により構成されるコンデンサと前記ボンディングワイヤとを覆う保護膜と、この保護膜上を含めて前記第１の絶縁層上に積層され前記保護膜とは異なる材料の第２の絶縁層と、を有することを特徴とする。

本発明においては、コンデンサを内蔵する基板において、コンデンサの上部電極と配線層とがボンディングワイヤにより接続されており、また、層間絶縁樹脂とは別の保護樹脂によりコンデンサを覆っている。コンデンサの上部電極と配線層とをワイヤボンディングにより接続しているため、従来のビア接続と比較して上部電極の小型化が可能である。このため、容量の小さいコンデンサを作製することが可能である。また、コンデンサを覆う樹脂は耐湿性に優れた樹脂であるため、従来のコンデンサ内蔵基板の課題であった吸湿による特性変動を防ぐことができる。また、コンデンサを覆う保護樹脂は基板製造時のプレス工程及び外部からの機械的な負荷に対してコンデンサ及びボンディングワイヤを保護するという役割を持つ。

前記保護膜は、耐湿性を有するエポキシ樹脂からなると好適である。また、前記下部電極、前記誘電体層、及び前記上部電極の厚さの合計を５０μｍ以下とすることができる。また、前記ボンディングワイヤの直径は、１０乃至５０μｍとすることができる。

前記第１及び／又は第２の絶縁層には、ビアが形成されており、前記配線層と前記第１の絶縁層の裏面及び／又は前記第２の絶縁層の表面に形成された他の配線層とが前記ビアにより接続されていてもよい。

本発明に係るコンデンサ内蔵基板の製造方法は、絶縁層上に形成された第１の導電層上に誘電体膜を形成する工程と、前記誘電体膜上に第２の導電層を積層する工程と、前記第２の導電層をパターニングしてコンデンサの上部電極を形成する工程と、前記誘電体膜をパターニングして前記上部電極と前記第１の導電層との間にコンデンサの誘電体層を残す工程と、前記第１の導電層をパターニングして前記誘電体層と接触し前記誘電体層より広いコンデンサの下部電極と配線層とを形成する工程と、前記上部電極と前記配線層とをボンディングワイヤにより接続する工程と、前記上部電極、前記誘電体層、前記下部電極、及び前記ボンディングワイヤを覆うようにして保護膜を形成する工程と、前記保護膜上を含めて前記第１の絶縁層上に前記保護膜とは異なる材料の第２の絶縁層を積層させる工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、コンデンサを高耐湿性の保護膜で覆うことにより、コンデンサへの水分の侵入を防ぎ、湿度等の外部環境の影響を抑制することができる。これにより、コンデンサの容量等の特性の変動を抑制することが可能となり、高い設計精度の要求を満足させることができる回路基板を提供することができる。また、コンデンサの上部電極と配線層とをワイヤボンディングするため、従来のビア接続と比較して、上部電極の小型化が可能となる。これにより、容量の小さなコンデンサを提供することが可能となる。更にまた、コンデンサ及びボンディングワイヤを保護膜で覆うことにより、これらの部品を外部からの機械的な負荷から保護することができる。

本発明の実施形態について添付の図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係るコンデンサ内蔵基板の構造を示す断面図である。また、図２（ａ）乃至（ｄ）は、本発明の実施形態に係るコンデンサ内蔵基板の製造方法を工程順に示す断面図であり、図３（ｅ）乃至（ｈ）は、図２（ａ）乃至（ｄ）に引き続く製造工程を示す。

図１に示すように、本発明の実施形態に係るコンデンサ内蔵基板は、順次積層された層間絶縁層３１、１、２１を有する。層間絶縁層１の両面、層間絶縁層３１の下面、及び層間絶縁層２１の上面には、夫々パターニングされた銅箔からなる配線層２が形成されている。

層間絶縁層３１及び２１には、夫々の層を貫通するスルーホールに銅めっきを厚付けして形成されるビア８が設けられている。層間絶縁層３１に設けられたビア８は、層間絶縁層３１の両面に夫々形成された配線層２に電気的に接続されている。同様に、層間絶縁層２１に設けられたビア８は、層間絶縁層２１の両面に夫々形成された配線層２に電気的に接続されている。

層間絶縁層１には、この層を貫通するスルーホール１０が形成されており、その壁面には銅めっきが施され、この銅めっき部は層間絶縁層１の両面に夫々形成された層間配線２に接続されている。また、銅めっきの形成されたスルーホール１０の内部には樹脂又は導電ペーストが充填される。

層間絶縁層１の上面にはコンデンサ７が形成されており、層間絶縁層２１の内部に埋め込まれた形となっている。即ち、コンデンサ７は、層間絶縁層１の上に順次成膜された下部電極３、誘電体層４、及び上部電極５から構成される。また、下部電極６は、層間絶縁層１上に形成された配線層２の一部として形成されているため、配線層２が形成された面と同一面上に形成されている。

コンデンサを構成する下部電極の厚さは３乃至２５μｍ、誘電体層の厚さは１乃至１０μｍ、また、上部電極の厚さは３乃至１５μｍが好ましい。従って、コンデンサは全体の厚さが５０μｍ以下であるため、基板の薄型化が可能である。

誘電体層４の材料としては、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、ジルコン酸バリウム、及びジルコン酸鉛等の高誘電率材料と、エポキシ及びポリイミド等の樹脂材料とを混合させた材料が好ましい。

上部電極５は、ボンディングワイヤ９を介して、層間配線層１上に形成された配線層２に電気的に接続されている。更に、コンデンサ７、ボンディングワイヤ９は、耐湿性に優れた保護樹脂６により覆われている。保護樹脂６の材料は、層間絶縁層２１の材料とは異なる。保護樹脂６の材料としては半導体封止用に使われるエポキシ系樹脂（例えば、サンユレック株式会社製ＮＰＲ−１００シリーズ（登録商標）等）が好ましい。ボンディングワイヤ９は直径１０乃至５０μｍ程度の極細ワイヤを、超音波振動によってボンディングパッドに接続する技術であり、例えば直径２０μｍのワイヤを使用した場合、パッドサイズは４０×４０μｍ程度まで小さくすることが可能である。一方、ビア接続の場合は炭酸ガスレーザにより直径７０μｍ程度の穴をあけることも可能であるが、マスクフィルムの合わせ精度を考慮すると、ビアを受けるランドの寸法は２００×２００μｍ程度が限界となる。

次に、本実施形態の動作について説明する。本実施形態においては、多層配線基板に内蔵されたコンデンサは耐湿性の保護樹脂で覆われているため、湿度による特性変動を抑制することが可能である。例えば、保護樹脂がないコンデンサ内蔵基板では８５℃、８５ＲＨ（Relative Humidity：相対湿度）％の環境試験により静電容量が１０％程度上昇するという問題があったが、本発明のようにコンデンサ上に保護樹脂を塗布するという構造により、特性変動を抑制することが可能になった。また、保護樹脂は基板製造時のプレス工程及び外部からの機械的な負荷等に対してコンデンサ及びボンディングワイヤを保護するという役割を持つ。また、コンデンサの上部電極と配線層とをワイヤボンディングするため、従来のビア接続と比較して、上部電極の小型化が可能となり、容量の小さなコンデンサを製作することができる。

次に、図２（ａ）乃至（ｄ）及び図３（ｅ）乃至（ｈ）を順次参照して、本実施形態の製造方法について説明する。図２（ａ）に示すように、まず、層間絶縁層１の面両に銅箔１１が積層された銅張り積層基板を用意する。そして、スルーホールを形成するために、ドリル等により積層基板に穴あけ加工を行ない、穴あけ加工後、基板全表面に触媒を吸着させ、無電解めっき又は電気めっきにより、銅めっき１６層を厚付けする。このようにして壁面に銅めっき１６が施されたスルーホール１０が形成され、このスルーホール１０に樹脂又は導電性ペーストを充填する。

次に、図２（ｂ）に示すように、層間絶縁層１の上面に形成された銅箔１１上に誘電体材料１４をスクリーン印刷により塗布し、３０乃至６０分程度乾燥させる。更に、この誘電体材料１４の上に銅箔１２を積層する。

次に、この銅箔１２上に感光性のドライフィルム（図示せず）を貼り付けた後、露光・現像及びエッチングによりコンデンサの上部電極５を形成し、更に誘電体材料１４を露光・現像して、上部電極５と銅箔１１との間に誘電体層４を配設する（図１２（ｃ））。続いて、図２（ｄ）に示すように、積層基板上面に設けられた銅箔１１をエッチングして配線層２及び下部電極３を形成し、同様に、積層基板下面に設けられた銅箔１１をエッチングして配線層２を形成する。このようにして、上部電極５、誘電体層４、及び下部電極３からなるコンデンサを形成する。

次に、図３（ｅ）に示すように、ワイヤボンディング技術を用いて、上部電極５と配線層２とをボンディングワイヤ９により接続する。更に、図３（ｆ）に示すように、コンデンサ、ボンディングワイヤ９、及びボンディングワイヤ９の接続箇所を含む配線層２の一部を覆うように保護樹脂６を塗布し、硬化させる。

次に、図３（ｇ）に示すように、コンデンサの形成された層間絶縁層１の上面及び下面に絶縁層を積層して夫々層間絶縁層２１及び３１を形成し、更に、層間絶縁層２１の上面及び層間絶縁層３１の下面を夫々銅箔１３で覆う。

次に、レーザ加工等により、層間絶縁層２１及び３１に電気接続用のスルーホールを形成する。このスルーホールは、層間絶縁層１の両面に形成された配線層２の一部を露出するように形成し、穴あけ加工後、銅めっきを厚付けすることでビア８を形成する。更に、基板両面の全面に感光性のドライフィルム（図示せず）を貼り付けた後、露光・現像及びエッチングにより、配線層１５を形成し、所望の配線パターンを得ることができる（図３（ｈ））。

更に、必要に応じて層間絶縁層及び配線層を交互に積層し、層間接続用のビア及び配線パターンを形成することで本発明のコンデンサ内蔵の多層配線基板が完成する。

本発明のコンデンサ内蔵基板の製造方法によれば、耐湿性に優れ、外部からの機械的な負荷等の影響が低減されると供に容量の小さなコンデンサを内蔵した基板を製造することができる。

本実施形態においては、多層配線基板内に形成されたコンデンサについて説明したが、これに限らず、本発明はコンデンサを内蔵する基板に対して適用することができる。また、本発明の実施形態を図面により説明したが、具体的な構成は本実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。

本発明は、携帯電話等の携帯情報端末に使用される部品を内蔵する基板、及び基板にコンデンサを内蔵した多層配線基板等に好適に使用することができる。

本発明の実施形態に係るコンデンサ内蔵基板の構造を示す断面図である。 （ａ）乃至（ｄ）は、本実施形態に係るコンデンサ内蔵基板の製造方法を工程順に示す断面図である。 （ｅ）乃至（ｈ）は、図２に続く工程を示す。

符号の説明

１、２１、３１；層間絶縁層
２、１５；配線層
３；下部電極
４；誘電体層
５；上部電極
６；保護樹脂
７；コンデンサ
８；ビア
９；ボンディングワイヤ
１０；スルーホール
１１、１２、１３；銅箔
１４；誘電体材料
１６；銅めっき

Claims (6)

1. 第１の絶縁層と、この第１の絶縁層上に形成された配線層及び下部電極と、この下部電極上に順次形成された誘電体層及び上部電極と、前記配線層と前記上部電極とを接続するボンディングワイヤと、前記下部電極、誘電体層及び上部電極により構成されるコンデンサと前記ボンディングワイヤとを覆う保護膜と、この保護膜上を含めて前記第１の絶縁層上に積層され前記保護膜とは異なる材料の第２の絶縁層と、を有することを特徴とするコンデンサ内蔵基板。
2. 前記保護膜は、エポキシ樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ内蔵基板。
3. 前記下部電極、前記誘電体層、及び前記上部電極の厚さの合計が５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のコンデンサ内蔵基板。
4. 前記ボンディングワイヤの直径は、１０乃至５０μｍであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のコンデンサ内蔵基板。
5. 前記第１及び／又は第２の絶縁層には、ビアが形成されており、前記配線層と前記第１の絶縁層の裏面及び／又は前記第２の絶縁層の表面に形成された他の配線層とが前記ビアにより接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のコンデンサ内蔵基板。
6. 絶縁層上に形成された第１の導電層上に誘電体膜を形成する工程と、前記誘電体膜上に第２の導電層を積層する工程と、前記第２の導電層をパターニングしてコンデンサの上部電極を形成する工程と、前記誘電体膜をパターニングして前記上部電極と前記第１の導電層との間にコンデンサの誘電体層を残す工程と、前記第１の導電層をパターニングして前記誘電体層と接触し前記誘電体層より広いコンデンサの下部電極と配線層とを形成する工程と、前記上部電極と前記配線層とをボンディングワイヤにより接続する工程と、前記上部電極、前記誘電体層、前記下部電極、及び前記ボンディングワイヤを覆うようにして保護膜を形成する工程と、前記保護膜上を含めて前記第１の絶縁層上に前記保護膜とは異なる材料の第２の絶縁層を積層させる工程と、を有することを特徴とするコンデンサ内蔵基板の製造方法。
   
   

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