JP2009246100A

JP2009246100A - 電子部品及び電子部品モジュール

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Publication number: JP2009246100A
Application number: JP2008090076A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Kakehi; 真一朗筧; Kenji Horino; 賢治堀野; Hitoshi Saida; 仁齋田; Yasunobu Oikawa; 泰伸及川
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2009-10-22
Anticipated expiration: 2028-03-31
Also published as: JP4525786B2; US8294036B2; US20090242257A1

Abstract

【課題】基板との密着性を改善し、２枚の樹脂基板の間に埋め込んだ際に強度及び信頼性を高めることが可能な電子部品及び電子部品モジュールを提供する。
【解決手段】誘電体素子１ａにおいて、側面２Ｅの表面粗さＲａが１５ｎｍ以上と粗面化されている。これにより、ガラスエポキシ樹脂基板１０と絶縁性機材３０との接触面積が大きくなり、樹脂基板との密着性を改善し、２枚の樹脂基板の間に埋め込んだ際に強度及び信頼性を高めることが可能となる。誘電体素子１ａにおいて、側面２Ｅの表面粗さＲａが５０００ｎｍ以下であるため、誘電体素子１ａ，１ｂをガラスエポキシ樹脂基板１０と絶縁性機材３０との間に埋め込む際に、誘電体素子１ａ，１ｂの表面と樹脂との間に気泡が生じることを防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は電子部品及び電子部品モジュールに関し、特に、２枚の樹脂基板の間に挟み込むようにして埋め込まれる電子部品、及び当該電子部品が２枚の樹脂基板の間に挟み込むようにして埋め込まれている電子部品モジュールに関する。

近年における配線基板（パッケージ基板）の小型化、薄型化、高密度実装化に対応するため、ＩＣ部品だけではなく、コンデンサ、抵抗等のチップ部品を基板内に内蔵することが提案されている。チップ部品等の電子部品を基板に埋め込むことで、考えられるメリットとして、基板実装面積が増えることと、それにより同じ厚み・大きさにて高付加価値な電子部品モジュール等の電子回路基板の作製が可能になることが挙げられる。また、コンデンサ等を埋め込むことで、他の能動素子との配線長を短くすることが可能になり、それにより不要な電磁波の発生の抑制、並びに信号及びパワー伝送速度の低下の抑制が可能となり、それにより高パフォーマンスな電子回路基板が作製可能になることが主に挙げられる。

例えば、特許文献１には、基板絶縁材上に形成された回路を有する回路基板が多層積層された積層体の内部に、半導体ＩＣなどの能動部品の少なくとも１種の部品が内蔵された部品内蔵多層基板であって、部品が接続される回路が形成された基板絶縁材を、１００℃から３５０℃における線膨張係数の平均値（ＣＴＥ）が−５（ｐｐｍ／℃）〜＋２０（ｐｐｍ／℃）の範囲にあるポリイミドフィルムとすることにより、異種材料の積層による歪みや部品の回路との剥がれを防止した部品内蔵多層基板が記載されている。
特開２００７−２４２８５１号公報

しかしながら、上記のような基板に埋め込まれる電子部品は、基板に埋め込まれるため、低背なもの、もしくは非常に薄い箔上のものである。そのためコンデンサ等の電子部品の側面の密着部分の面積は小さく、電子部品の側面と基板との密着性には問題がある。また、電子部品を樹脂等に埋め込む場合、電子部品の側面と樹脂との間に隙間が開いてしまうことがある。このような隙間は、例えば、ハンダリフロー等にて基板上にＩＣを実装する場合、基板には熱履歴が加わり、基板は膨張・伸縮をしてしまうので、このような空隙に異状な応力が集中することがあり、強度及び信頼性にも問題がある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板との密着性を改善し、２枚の樹脂基板の間に埋め込んだ際に強度及び信頼性を高めることが可能な電子部品及び電子部品モジュールを提供することにある。

本発明は、第１の樹脂基板と第２の樹脂基板との間に挟み込むようにして埋め込まれる電子部品であって、第１の樹脂基板に面する実装面と、実装面に対向し、第２の樹脂基板に面する対向面と、実装面と対向面とに交差する少なくとも１対の側面とを備え、側面の少なくとも一部の表面粗さＲａが、１５ｎｍ≦Ｒａ≦５０００ｎｍであることを特徴とする。

この構成によれば、側面の少なくとも一部の表面粗さＲａが１５ｎｍ以上と粗面化されているため、樹脂基板との接触面積が大きくなり、樹脂基板との密着性を改善し、２枚の樹脂基板の間に埋め込んだ際に強度及び信頼性を高めることが可能となる。また、側面の表面粗さＲａが５０００ｎｍ以下であるため、電子部品を樹脂基板間に埋め込む際に、電子部品の表面と樹脂との間に気泡が生じることを防止することができる。

この場合、側面の少なくとも一部の表面粗さＲａが、２０ｎｍ≦Ｒａ≦３０００ｎｍであることが好適である。

この構成によれば、側面の少なくとも一部の表面粗さＲａが２０ｎｍ以上とより粗面化されているため、樹脂基板との接触面積がより大きくなり、樹脂基板との密着性をさらに改善することができる。また、側面の表面粗さＲａが３０００ｎｍとされているため、電子部品を樹脂基板間に埋め込む際に、電子部品の表面と樹脂との間に気泡が生じることをより防止することができる。

また、電子部品は支持基板を有し、支持基板がＣｕ、Ｎｉ、Ａｌの金属箔もしくは、それらの金属を少なくとも１種以上含む金属箔であるもの、またはＳｉあるいはセラミック基板の上にＣｕ、Ｎｉ、Ａｌもしくは貴金属、およびそれらの金属を少なくとも１種以上含む金属電極層を有する構造から構成されているものとできる。

本発明は、電子部品の側面と樹脂基板との密着性を高めることが可能となるため、電子部品が樹脂との熱膨張率の差が大きいＣｕ、Ｎｉ、Ａｌの金属箔もしくは、それらの金属を少なくとも１種以上含む金属箔であるもの、またはＳｉあるいはセラミック基板の上にＣｕ、Ｎｉ、Ａｌもしくは貴金属、およびそれらの金属を少なくとも１種以上含む金属電極層を有する構造から構成されている場合に特に効力を発揮するものである。

さらに、実装面と対向面との間の厚みが１μｍ〜１０００μｍであることが好適である。

この構成によれば、電子部品の厚みが１μｍ〜１０００μｍと薄いため、本発明の電子部品を埋め込んだ電子部品モジュールの低背化及び高集積化を図ることが可能となる。

また、本発明は、本発明の電子部品が、第１の樹脂基板と第２の樹脂基板との間に挟み込むようにして埋め込まれている電子部品モジュールである。

本発明の電子部品及び電子部品モジュールによれば、基板との密着性を改善し、２枚の樹脂基板の間に埋め込んだ際に強度及び信頼性を高めることが可能となる。

以下、本発明の電子部品を誘電体素子として構成した例について説明する。図１は、本実施形態に係る誘電体素子１ａの構造を示す概略断面図である。図１に示す誘電体素子１ａは、後述するガラスエポキシ樹脂基板（第１の樹脂基板）と絶縁性機材（第２の樹脂基板）との間に挟み込むようにして埋め込まれる薄膜コンデンサとして構成され、全体として４辺形の薄膜形状をなしている。

図１に示すように、誘電体素子１ａは、下部金属層としての金属箔２と、金属箔２の表面２Ｆ’に設けられた誘電体膜３と、誘電体膜３の上面に設けられた上部電極４を有している。上部電極４の上面には、絶縁膜５が設けられている。上部電極４を絶縁膜５から引き出すように、上部電極４の上面の一部には、絶縁膜５を貫通して端子電極６が設けられている。また、もう一つの端子電極６が、絶縁膜５を貫通したスルーホールにて下部電極を兼ねた金属箔２と接続している。

金属箔２は、他の安価で低抵抗な卑金属金属箔であっても良く、例えば、Ｃｕ、Ａｌの金属箔もしくは、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌの金属を少なくとも１種以上含む金属箔であってもよい。また、Ｓｉあるいはセラミック基板の上にＣｕ、Ｎｉ、Ａｌもしくは貴金属、およびそれらの金属を少なくとも１種以上含む金属電極層を有する構造から構成することができる。また、誘電体膜３は、Ｂｉ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ及びＮｂの一種以上を含んでいる物質から構成されているものとでき、例えば、ＢａＴｉＯ_３からなるものとできる。

図１に示すように、誘電体素子１ａは全体として、ガラスエポキシ樹脂基板に面する裏面（実装面）２Ｂと、絶縁性機材に面する表面（対向面）２Ｆとを有している。裏面と表面との間の厚みは、１μｍ〜１０００μｍであり、より好ましくは、１μｍ〜５００μｍである。誘電体素子１ａは、裏面２Ｂと表面２Ｆとに交差する２対の側面２Ｅを備えている。本実施形態では、側面２Ｅの表面粗さＲａは１５ｎｍ≦Ｒａ≦５０００ｎｍと粗面化されており、より好ましくは２０ｎｍ≦Ｒａ≦３０００ｎｍである。

図２に実施形態に係る誘電体素子の別の構造を示す。図２に示すように、本発明の誘電体素子１ｂは、誘電体膜３の周りが絶縁膜５で覆われていなくとも良く、さらに上部電極４が設けられていなくとも良い。

以下、誘電体素子１ａの製造方法を説明する。図３（ａ）〜（ｊ）は、実施形態に係る誘電体素子の製造方法を示す工程図である。

図３（ａ）に示すように、例えばＣｕ箔等の金属箔２を用意する。図３（ｂ）に示すように、スパッタリング等により、ＢａＴｉＯ_３等からなる誘電体膜３を成膜する。その後、Ｃｕが酸化しない雰囲気にて熱処理を行い（アニール）、誘電体膜３を結晶化させる。図３（ｃ）に示すように、誘電体膜３上にレジストを塗布し、露光、現像にてパターンを形成し、３%塩酸水溶液等のエッチャントにて誘電体膜３をエッチングすることにより、誘電体膜３のパターンニングを行なう。

図３（ｄ）及び（ｅ）に示すように、レジストを剥離後、上部電極４としてのＣｕ膜をスパッタリングにより成膜し、上記誘電体膜３と同様にフォトリソグラフィーによりパターニングを行なう。図３（ｆ）及び（ｇ）に示すように、絶縁膜５としてポリイミド等を塗布した後、上記誘電体膜３と同様にフォトリソグラフィーによりパターニングを行ない、上部電極４及び下部電極としての金属箔２を引き出すためのスルーホールを形成する。図３（ｈ）及び（ｉ）に示すように、Ｃｕ膜をめっきにて成膜したのち、上記誘電体膜３と同様にフォトリソグラフィーによりパターニングを行なうことにより、端子電極６を形成する。

図３（ｊ）に示すように、ダイシングにより個片化する。この場合、ダイシングブレードの種類を選択することにより、側面２Ｅの面粗さＲａを、１５ｎｍ≦Ｒａ≦５０００ｎｍ、より好ましくは２０ｎｍ≦Ｒａ≦３０００ｎｍと粗面化することができる。この場合、粗面化は、ダイシング後の側面２Ｅにエッチング処理を施すことによっても行なうことができる。

図４（ａ）〜（ｅ）は、実施形態に係る誘電体素子を基板に埋め込む工程を示す工程図である。図４（ａ）に示すように、ガラスエポキシ樹脂基板（第１の樹脂基板）１０を用意し、図４（ｂ）に示すように、Ｂステージ（室内では未硬化固体状態で加熱により熱硬化する状態）のエポキシ樹脂等の未硬化状態樹脂２０を形成する。図４（ｃ）に示すように、未硬化状態樹脂２０上に裏面２Ｂが面するように誘電体素子１ｂを搭載する。図４（ｄ）に示すように、表面２Ｓに絶縁性機材３０が面するように、誘電体素子１ｂをガラスエポキシ樹脂基板１０と絶縁性機材３０との間に挟み込む。図４（ｅ）に示すように、未硬化状態樹脂２０を加熱硬化させ、ガラスエポキシ樹脂基板１０と絶縁性機材３０とを熱プレスにより圧着させ、誘電体素子１ｂを埋め込む。

本実施形態によれば、側面２Ｅの表面粗さＲａが１５ｎｍ以上と粗面化されているため、ガラスエポキシ樹脂基板１０と絶縁性機材３０との接触面積が大きくなり、樹脂基板との密着性を改善し、２枚の樹脂基板の間に埋め込んだ際に強度及び信頼性を高めることが可能となる。また、側面２Ｅの表面粗さＲａが５０００ｎｍ以下であるため、誘電体素子１ａ，１ｂをガラスエポキシ樹脂基板１０と絶縁性機材３０との間に埋め込む際に、誘電体素子１ａ，１ｂの表面と樹脂との間に気泡が生じることを防止することができる。

特に本実施形態によれば、側面２Ｅの表面粗さＲａが２０ｎｍ以上とより粗面化されているため、ガラスエポキシ樹脂基板１０と絶縁性機材３０との接触面積がより大きくなり、樹脂基板との密着性をさらに改善することができる。また、側面２Ｅの表面粗さＲａが３０００ｎｍとされているため、誘電体素子１ａ，１ｂをガラスエポキシ樹脂基板１０と絶縁性機材３０との間に埋め込む際に、誘電体素子１ａ，１ｂの表面と樹脂との間に気泡が生じることをより防止することができる。

一方、本実施形態では、電子部品の側面と樹脂基板との密着性を高めることが可能となるため、誘電体素子１ａ，１ｂの金属箔の部分が樹脂との熱膨張率の差が大きいＣｕ、Ｎｉ、Ａｌの金属箔もしくは、それらの金属を少なくとも１種以上含む金属箔であるもの、またはＳｉあるいはセラミック基板の上にＣｕ、Ｎｉ、Ａｌもしくは貴金属、およびそれらの金属を少なくとも１種以上含む金属電極層を有する構造から構成されている場合に特に効力を発揮するものである。

加えて、本実施形態では、誘電体素子１ａ，１ｂの厚みを１μｍ〜１０００μｍと薄くすることにより、誘電体素子１ａ，１ｂを埋め込んだ電子部品モジュールの低背化及び高集積化を図ることが可能となる。

以下、本実施形態に係る誘電体素子１ａの実験例について説明する。図１に示す誘電体素子１ａを上記図３に示す方法で製造した。条件は以下の通りである。
・試料金属箔：厚み２００μｍＣｕ箔
・誘電体膜：スパッタリングによるＢａＴｉＯ_３膜形成
・アニール：酸素分圧ｐＯ２＝−１２ａｔｍ雰囲気中、８５０℃×２０ｍｉｎ熱処理
・上部電極：スパッタリングによるＣｕ膜形成後、フォトリソグラフィーによるパターンニング
・絶縁膜：ポリイミド塗布後、フォトリソグラフィーによるパターンニング
・端子電極：スパッタリングによるＣｕ膜形成後、フォトリソグラフィーによるパターンニング
・個片コンデンササイズ：１ｍｍ×０．５ｍｍ

個片化の際に、ダイシングブレードの種類を選択することにより、側面２Ｅの面粗さＲａを調整した。また、粗面化は、ダイシング後の側面２Ｅにエッチング処理を施すことによっても行なった。図５に、実験例に係る誘電体素子のダイシングにおける切断条件と側面の表面粗さとの関係を示す。表面粗さの測定は、Ｓｌｏａｎ社製のＤＥＫＴＡＫ（商品名）により、触針圧＝１０ｍｇ、スキャン長＝０．５ｍｍにより行なった。

上記のようにして作製した誘電体素子のサンプルを、図４に示すようにガラスエポキシ樹脂基板１０と絶縁性機材３０との間に挟みこむようにして埋め込んだ。

上記のようにして作製した評価サンプルを熱サイクル試験にて評価した。試験条件は−６５℃と１２５℃の間を１０００サイクル加熱、冷却を行い、信頼性評価を行った。試験後のガラスエポキシ樹脂基板１０と絶縁性機材３０とを内蔵した誘電体素子が通るように切断し、その断面を顕微鏡で観察し、素子の歪みや剥がれを観察した。結果を図６に示す。

図６に示すように、側面２Ｅの表面粗さＲａが、１５ｎｍ≦Ｒａ≦５０００ｎｍのものは剥離がほとんど発見されなかった。特に、側面２Ｅの表面粗さＲａが、２０ｎｍ≦Ｒａ≦３０００ｎｍのものは、剥離が全く発見されなかった。一方、側面２Ｅの表面粗さＲａが、１５ｎｍ未満のものや、５０００ｎｍを超えているものには剥離が発見された。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。

実施形態に係る誘電体素子の構造を示す概略断面図である。実施形態に係る誘電体素子の別の構造を示す概略断面図である。（ａ）〜（ｊ）は、実施形態に係る誘電体素子の製造方法を示す工程図である。（ａ）〜（ｅ）は、実施形態に係る誘電体素子を基板に埋め込む工程を示す工程図である。実験例に係る誘電体素子のダイシングにおける切断条件と側面の表面粗さとの関係を示す表である。実験例に係る誘電体素子のダイシングにおける切断条件と側面の表面粗さと信頼性評価との関係を示す表である。

符号の説明

１ａ，１ｂ…誘電体素子、２…金属箔、２Ｆ…表面、２Ｂ…裏面、２Ｅ…側面、３…誘電体膜、４…上部電極、５…絶縁膜、６…端子電極、１０…ガラスエポキシ樹脂基板、２０…未硬化状態樹脂（Ｂステージ）、３０…絶縁性機材。

Claims

第１の樹脂基板と第２の樹脂基板との間に挟み込むようにして埋め込まれる電子部品であって、
前記第１の樹脂基板に面する実装面と、
前記実装面に対向し、前記第２の樹脂基板に面する対向面と、
前記実装面と前記対向面とに交差する少なくとも１対の側面と
を備え、
前記側面の少なくとも一部の表面粗さＲａが、１５ｎｍ≦Ｒａ≦５０００ｎｍである、電子部品。
前記側面の少なくとも一部の表面粗さＲａが、２０ｎｍ≦Ｒａ≦３０００ｎｍである、請求項１に記載の電子部品。
前記電子部品は支持基板を有し、支持基板がＣｕ、Ｎｉ、Ａｌの金属箔もしくは、それらの金属を少なくとも１種以上含む金属箔であるもの、またはＳｉあるいはセラミック基板の上にＣｕ、Ｎｉ、Ａｌもしくは貴金属、およびそれらの金属を少なくとも1種以上含む金属電極層を有する構造から構成されている、請求項１又は２に記載の電子部品。
前記実装面と前記対向面との間の厚みが１μｍ〜１０００μｍである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子部品。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子部品が、前記第１の樹脂基板と前記第２の樹脂基板との間に挟み込むようにして埋め込まれている電子部品モジュール。