JP2010010164A

JP2010010164A - 容量内蔵基板

Info

Publication number: JP2010010164A
Application number: JP2008164068A
Authority: JP
Inventors: Takuya Miki; 拓也三木
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2008-06-24
Filing date: 2008-06-24
Publication date: 2010-01-14
Anticipated expiration: 2028-06-24
Also published as: JP5178343B2

Abstract

【課題】絶縁基板を構成する複数の絶縁層の層間に、対向する一対の容量電極が形成された容量内蔵基板において、容量電極間のばらつきが効果的に抑制された容量内蔵基板を提供する。
【解決手段】複数の絶縁層11が積層されてなる絶縁基板１に、絶縁層11の一部を間に配して上下に対向し合う容量電極２ａ，２ｂが形成された容量内蔵基板９であって、容量電極２ａ，２ｂが２層以上の絶縁層11を間に配して対向しており、対向し合う容量電極２ａ，２ｂの間に位置する絶縁層11の層間に、平面視で容量電極２ａ，２ｂの外縁部分と重なる接地導体層３が形成されている容量内蔵基板９である。容量電極２ａ，２ｂの絶縁層11を間に配して対向し合う面積が、接地導体層３と重なる部分の内側の面積に応じて定まるので、絶縁層11の積層ずれに起因する容量電極２ａ，２ｂ間の静電容量の変化を抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の絶縁層が積層されてなる絶縁基板に、絶縁層の一部を間に配して対向し合う容量電極が形成された容量内蔵基板に関するものであり、特に、２層以上の絶縁層を間に配して対向し合う容量電極が形成された容量内蔵基板に関するものである。

従来、半導体素子や圧電素子等の電子部品を搭載するために用いられる基板は、酸化アルミニウム質焼結体等の絶縁材料からなる複数の絶縁層を上下に積層してなる直方体状等の絶縁基板の上面や下面に、電子部品の搭載部を設けた構造である。

絶縁基板の内部や表面には電子部品と電気的に接続される配線導体が形成されており、配線導体を介して、電子部品同士の電気的な接続や、電子部品と外部電気回路との間の電気的な接続が行われる。

このような電子部品が搭載される基板においては、近年、絶縁層の層間に、絶縁層の一部を間に配して上下に対向し合う容量電極を形成し、この対向し合う容量電極とその間の絶縁層とにより容量素子を構成して容量を内蔵させるようにした、容量内蔵基板が多用されるようになってきている。なお、容量電極は、絶縁層の層間に限らず、絶縁基板の上面や下面に形成されている場合もある。

容量内蔵基板は、例えば、セラミックグリーンシート（酸化アルミニウム等の原料粉末を有機溶剤，バインダとともにシート状に成形したもの）の表面に容量電極となる金属ペースト（タングステン等の金属粉末に有機溶剤，バインダを添加し混練したもの）を印刷し、その後、複数のセラミックグリーンシートを積層するとともに焼成することにより製作される。
特開2004−180035号公報特開2004−356264号公報特開2004−363425号公報

しかしながら、このような従来の容量内蔵基板においては、上下の容量電極の間で位置ずれを生じ、容量電極の間に生じる静電容量がばらつく可能性がある。例えば、セラミックグリーンシートを積層するときに、セラミックグリーンシートの積層位置ずれ等の不具合が発生する可能性があり、このような場合には、容量電極のうち一方の容量電極の外縁部分が他方の容量電極の外縁部分と絶縁層を間に配して対向し合わないようになり、容量電極の対向し合う面積が変化する可能性がある。そして、この容量電極の対向し合う面積の変化にともない、容量電極の間に生じる静電容量が所定の値に対してばらついてしまうという問題点があった。

本発明はこのような従来の問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、絶縁基板を構成する複数の絶縁層の層間や絶縁基板の上下面に、絶縁層の一部を間に配して対向し合う容量電極が形成された容量内蔵基板において、容量電極間に生じる静電容量のばらつきが効果的に抑制された容量内蔵基板を提供することにある。

本発明の容量内蔵基板は、複数の絶縁層が積層されてなる絶縁基板に、前記絶縁層の一部を間に配して上下に対向し合う容量電極が形成された容量内蔵基板であって、前記容量電極が２層以上の前記絶縁層を間に配して対向しており、対向し合う前記容量電極の間に位置する前記絶縁層の層間に、平面視で前記容量電極の外縁部分と重なる接地導体層が形成されていることを特徴とするものである。

本発明の容量内蔵基板によれば、２層以上の絶縁層を間に配して対向し合う容量電極を有し、その対向し合う容量電極の間に位置する絶縁層の層間に、平面視で容量電極の外縁部分と重なる接地導体層が形成されていることから、容量電極のうち外縁部分においては接地導体層に遮られて静電容量を生じない。そのため、対向し合う容量電極の間に生じる静電容量は、平面視で接地導体層と重なっている部分よりも内側で対向し合う部分の面積に応じた静電容量となる。また、絶縁層間に位置ずれが生じて容量電極の外縁部分において対向し合う面積が変化したとしても、この容量電極のうち実際に絶縁層を間に配して対向し合い静電容量を生じる部分の面積が変化することは抑制される。

また、この接地導体層は、例えば四角形状の容量電極の外縁部分と重なる四角枠状等の枠状のものであり、同じ絶縁層の層間、つまり同じセラミックグリーンシートの表面に同じ印刷用の製版を用いて形成することができる。そのため、接地導体層自体が絶縁層の積層ずれ等の影響を受けることはなく、例えば、枠状の内側の開口部分の面積を所定の値に制御することが容易である。

したがって、絶縁層となるセラミックグリーンシートの積層時に位置ずれが生じたとしても、一対の容量電極の間の対向する面積は、容量電極の外縁部分と平面視で重なる接地導体層（例えば枠状の接地導体層の内側の開口部分の面積）により所定の値に定めることができる。そして、絶縁層の積層ずれ等の影響が抑制され、容量電極の間に生じる静電容量が所定の値からばらつくことが効果的に抑制された容量内蔵基板を提供することができる。

本発明の容量内蔵基板について、添付の図面を参照しつつ説明する。

図１は本発明の容量内蔵基板の実施の形態の一例を示す断面図であり、図２は図１に示す容量内蔵基板の要部を示す分解斜視図である。図１および図２において、１は、複数の絶縁層11が積層されてなる絶縁基板、２ａおよび２ｂは容量電極、３は接地導体層である。これらの絶縁基板１，容量電極２ａ，２ｂおよび接地導体層３により容量内蔵基板９が基本的に構成されている。

絶縁層11は、例えば酸化アルミニウム質焼結体やガラスセラミック焼結体，窒化アルミニウム質焼結体等のセラミック材料等の絶縁材料により形成されている。この絶縁層11が複数積層されて絶縁基板１が構成されている。絶縁層11の積層数は、この実施の形態の例では５層としているが、これに限らず、容量内蔵基板９の用途や要求される機能等に応じて適宜設定することができる。

絶縁基板１は、例えば半導体素子や圧電素子等の電子部品４を搭載するための基板として機能する。また、絶縁基板１は、容量電極２ａ，２ｂ間に静電容量を生じさせるための誘電体としても機能する。この実施の形態の例においては、絶縁基板１の上面に電子部品４を搭載するための搭載部（符号なし）が設けられており、この搭載部に電子部品４が搭載される。

このような絶縁層11および絶縁基板１は、例えば、複数の絶縁層11が酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、アルミナ等の原料粉末を有機溶剤，バインダとともにシート状に成形して複数のグリーンシートを作製し、これらのグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施して所定の四角形状等の形状に成形し、その後、成形したグリーンシートを積層して約1300〜1600℃で焼成することにより製作される。

搭載部に搭載する電子部品４は、例えば絶縁基板１の表面や内部に形成された配線導体（図示せず）を介して、他の電子部品（図示せず）と電気的に接続させたり、外部電気回路と電気的に接続させたりすることができる。電子部品４としては、半導体集積回路素子等の半導体素子や、水晶振動子等や弾性表面波素子等の圧電素子，センサ素子等が挙げられる。

例えば、配線導体を絶縁基板１の上面の搭載部から下面にかけて形成し、この配線導体のうち搭載部に形成された部分に電子部品４の電極（図示せず）を電気的に接続するとともに、絶縁基板１の下面に形成された部分を外部電気回路に電気的に接続することにより、配線導体を介して電子部品４の電極と外部電気回路とが電気的に接続される。なお、この場合の配線導体は、絶縁層11を厚み方向に貫通する貫通導体として形成された部分を含む。

配線導体と電子部品４の電極や外部電気回路との電気的な接続は、例えばボンディングワイヤやはんだ、導電性接着剤等の導電性接続材（図示せず）を介して行なわれる。

また、絶縁基板１には、容量電極２ａ，２ｂが、２層以上の絶縁層11を間に配して対向し合うように形成されている。この実施の形態の例においては、容量電極２ａ，２ｂは絶縁層11の層間（符号なし）に形成されているが、いずれか一方または両方の容量電極２ａ，２ｂが絶縁基板１の上面や下面に形成されていてもよい。

容量電極２ａ，２ｂは、誘電体として機能する絶縁層11の一部を間に配して対向し合う面積と、その対向し合う部分の間に配された絶縁層11の厚さおよび誘電率に応じて静電容量を生じる。この場合、容量電極２ａ，２ｂの間に配された絶縁層11は、いわゆる平行平板コンデンサにおける誘電体として機能する。

容量電極２ａ，２ｂは、より大きな静電容量を得る上では、できるだけ対向し合う面積が広いことが望ましい。そのため、例えば図１に示す例のように、絶縁層11の層間の中央部に広い面積で四角形状に形成されている。

この容量電極２ａ，２ｂ間に生じた静電容量により、例えば搭載部に電子部品４として搭載される半導体素子に対して供給される電位の安定化や、圧電素子等の電子部品４に対する電源の供給等が行われる。

容量電極２ａ，２ｂと電子部品４との電気的な接続は、例えば配線導体を介して行なわれる。この場合、例えば、一端が容量電極２ａ（または容量電極２ｂ）と接続するとともに他端が搭載部に露出するように配線導体を形成し、この配線導体の他端に電子部品４の電極をボンディングワイヤやはんだ等を介して電気的に接続することにより、容量電極２ａ（または容量電極２ｂ）と電子部品４とが電気的に接続される。

なお、容量電極２ａ，２ｂは、例えばともに同じ形状および寸法の四角形状であり、その面積や、間に配する絶縁層11の層数等は、その容量電極２ａ，２ｂ間に生じさせようとする静電容量の大きさや、絶縁層11の比誘電率等に応じて適宜設定される。

例えば、電子部品４として半導体素子（ＩＣ）を搭載する容量内蔵基板９において、絶縁層11が酸化アルミニウム質焼結体（比誘電率が約10）からなる場合であれば、容量電極２ａ，２ｂは、１辺の長さが0.5ｍｍ〜1.0ｍｍ程度の四角形状に形成される。なお、この場合に容量電極２ａ，２ｂ間に生じる静電容量は、約１〜４ｐＦ程度である。

また、絶縁層11が、より比誘電率の低いガラスセラミック焼結体（約５〜６程度等）からなる場合であれば、同じ静電容量を得るためには、容量電極２ａ，２ｂの絶縁層11を間に配して対向し合う面積を増やしたり、容量電極２ａ，２ｂ間に介在する絶縁層11の厚さを薄くしたりする。

また、容量電極２ａ，２ｂは、図１および図２に示したような、長方形状（四角形状）に限らず、正方形状や細長い長方形状，円形状，楕円形状またはこれらを組み合わせたような形状でもよい。また、容量電極２ａ，２ｂは、例えば四角形状であって、その辺の一部に凹凸があったり、前述した配線導体との間の電気絶縁性を確保するために非形成とされた部分を有したりするものであってもよい。

なお、容量電極２ａ，２ｂは、両者の間に、それぞれの外縁部分と平面視で重なる接地導体層３を形成する必要があり、この接地導体層３が絶縁層11の層間に形成されるものであるため、２層以上の絶縁層11を間に配して対向している。

また、この容量内蔵基板９においては、対向し合う容量電極２ａ，２ｂの間に位置する絶縁層11の層間に、例えば図３に示すように、平面視で容量電極２ａ，２ｂの外縁部分と重なる接地導体層３が形成されている。接地導体層３は、対向し合う一対の容量電極２ａ，２ｂの外縁部分と平面視で重なることにより、この外縁部分において容量電極２ａ，２ｂ間に静電容量が生じることを抑制するためのものである。なお、図３は、図１および図２に示す容量内蔵基板９の要部を示す平面図である。図３において図１および図２と同様の部位には同様の符号を付している。

これは、容量電極２ａ，２ｂが形成されている２つの絶縁層11の間で積層位置ずれが生じた場合には、容量電極２ａ，２ｂの互いの外縁部分で対向し合わない部分が生じ、これに応じて容量電極２ａ，２ｂ全体の対向し合う面積が変化し、静電容量が所定の値に対してばらつくことに対応するためである。

すなわち、この容量内蔵基板９によれば、このような接地導体層３を備えることから、容量電極２ａ，２ｂのうち外縁部分においては接地導体層３に遮られて静電容量を生じない。そのため、対向し合う容量電極２ａ，２ｂの間に生じる静電容量は、平面視で接地導体層３と重なっている部分よりも内側で対向し合う部分の面積に応じた静電容量となる。また、絶縁層11間に位置ずれが生じて容量電極２ａ，２ｂの外縁部分において対向し合う面積が変化したとしても、この容量電極２ａ，２ｂのうち実際に絶縁層11を間に配して対向し合い静電容量を生じる部分の面積が変化することは抑制される。

また、この接地導体層３は、例えば四角形状の容量電極２ａ，２ｂの外縁部分と重なる四角枠状等の枠状のものであり、同じ絶縁層11の層間、つまり同じセラミックグリーンシートの表面に同じ印刷用の製版を用いて形成することができる。そのため、接地導体層３自体が絶縁層11の積層ずれ等の影響を受けることは効果的に抑制され、例えば、枠状の内側の開口部分の面積を所定の値に制御することが容易である。

そのため、絶縁層11となるセラミックグリーンシートの積層時に位置ずれが生じたとしても、一対の容量電極２ａ，２ｂ間の対向し合う面積は、容量電極２ａ，２ｂの外縁部分と平面視で重なる接地導体層３（例えば枠状の接地導体層３の内側の開口部分の面積）により制御することができる。したがって、絶縁層11の積層ずれ等の影響が抑制され、容量電極２ａ，２ｂの間に生じる静電容量が所定の値からばらつくことが効果的に抑制された容量内蔵基板９を提供することができる。

この接地導体層３の、平面視で容量電極２ａ，２ｂの外縁部分と重なる幅Ｗは、絶縁層11の外形寸法や厚み（積層するセラミックグリーンシートの厚み）等の条件等に応じて適宜設定すればよい。これらの条件は、セラミックグリーンシートの積層時の位置ずれの大きさに影響を与える可能性がある。

また、この幅Ｗは、大きくなり過ぎると、容量電極２ａ，２ｂのうち実際に静電容量を生じる部分の割合が小さくなるため、容量内蔵基板９としての平面面積の小型化の妨げになる可能性がある。例えば、容量電極２ａ，２ｂの外形寸法が約0.5ｍｍ程度の四角形状のときに、接地導体層３の重なる幅Ｗを各辺で0.01ｍｍ増やすと、静電容量を確保するために容量電極２ａ，２ｂの各辺の長さを0.02ｍｍ（約４％）長くする必要が生じ、その分、絶縁基板１の寸法を大きくする必要が生じる可能性がある。

例えば、絶縁層11が、酸化アルミニウム質焼結体からなり、厚さが約0.2〜1.0ｍｍで外形寸法が約2.0〜25ｍｍ程度のものであり、積層数が約５〜20層程度であれば、接地導体層３の、平面視で容量電極２ａ，２ｂの平面視で重なる幅Ｗは、約0.01〜0.04ｍｍ程度に設定すればよい。

接地導体層３は、容量電極２ａ，２ｂの外縁部分と平面視で重なる形状および寸法とする必要があり、例えば、前述したように容量電極２ａ，２ｂが四角形状の場合であれば、その外縁部分と重なる四角枠状のパターンに形成される。

また、容量電極２ａ，２ｂが、例えば図４に示すような、２つの長方形状のパターンを組み合わせたパターン（いわゆる「Ｌ」字状等）であれば、接地導体層３は、開口部分が「Ｌ」字状等の枠状に形成される。なお、図４は、本発明の容量内蔵基板９の実施の形態の他の例の要部を絶縁層11毎に分解して示す分解斜視図である。図４において図１および図２と同様の部位には同様の符号を付している。

このような「Ｌ」字状等の容量電極２ａ，２ｂは、例えばその容量電極２ａ，２ｂが形成されている絶縁層11の層間において配線導体等の他の導体を形成するスペースを確保する必要があるような場合に用いられる。

また、例えば図５に示すように、容量電極２ａ，２ｂが長方形状であるような場合に、上下の絶縁層11が互いに回転し合うようにずれる、いわゆるθずれを生じる場合に対応させるように接地導体層３の幅を変えてもよい。つまり、θずれによる位置ずれ量が大きい、長方形状の容量電極２ａ，２ｂの角部に近い部分において、他の部分（辺部分）よりも広い幅で、接地導体層３が容量電極２ａ，２ｂと重なるようにしておいてもよい。なお、図５は、本発明の容量内蔵基板９の実施の形態の他の例の要部を示す平面図である。図５において図１および図２と同様の部位には同様の符号を付している。

また、図５に示す例においては、四角枠状の接地導体層３の幅が、接地導体層３の角部に近い部分ほど広くなるようにしている。このようにしておくと、四角形状の容量電極２ａ，２ｂの角部に近いほど位置ずれ量が大きくなりやすいθずれに対応して、接地導体層３を、平面視で容量電極２ａ，２ｂの外縁部分に重ならせる上で効果的である。また、容量電極２ａ，２ｂの全周にわたって外縁部分と接地導体層３との重なり幅を広く設定する必要がないので、絶縁基板１（容量内蔵基板９）としての小型化を図る上ことも容易である。

なお、この実施の形態の例において、接地導体層３は、平面視で容量電極２ａ，２ｂの外縁部分と重なる部分よりも外側に延びて（幅Ｗよりも広い幅で）形成された例を示している。このような場合には、接地導体層３自体の幅が、平面視で接地導体層３と重ならせる必要がある容量電極２ａ，２ｂの外縁部分の幅Ｗよりも広いので、より確実に、接地導体層３を平面視で容量電極２ａ，２ｂの外縁部分と重ならせることができる。

以上の配線導体，容量電極２ａ，２ｂおよび接地導体層３は、タングステンやモリブデン，マンガン，銅，銀，パラジウム，金等の金属材料からなる。これらの金属材料は、例えば絶縁基板１との同時焼成により形成されたメタライズ層として絶縁基板１に形成される。

配線導体，容量電極２ａ，２ｂおよび接地導体層３は、例えばタングステンのメタライズ層からなる場合であれば、タングステンの粉末を有機溶剤およびバインダとともに混練して作製した金属ペーストを、絶縁基板１の絶縁層11となるセラミックグリーンシート（図示せず）にスクリーン印刷法で所定パターンに印刷しておき、絶縁基板１（セラミックグリーンシートの積層体）と同時焼成することにより形成することができる。

また、配線導体の一部としての貫通導体は、セラミックグリーンシートに金属ピンを用いた機械的な加工やレーザ加工等の加工を施して、セラミックグリーンシートを厚み方向に貫通する貫通孔を形成しておいて、その貫通孔内に金属ペーストを充填することにより形成することができる。セラミックグリーンシートに貫通孔を形成する工程は、セラミックグリーンシートを積層する前後のどちらでもよい。

なお、容量電極２ａ，２ｂの間に形成される接地導体層３は、容量電極２ａ，２ｂの外縁部分（平面視で接地導体層３と重なる部分）に静電容量が生じることを効果的に抑制するために、接地されている。すなわち、容量電極２ａ，２ｂの間の層間に、単に（接地されていない）導体層（図示せず）を、平面視で容量電極２ａ，２ｂの外縁部分と重なるように配置した場合には、この導体層そのものが容量電極の一方となって、例えば容量電極２ａ，２ｂや配線導体等との間で不要な静電容量が生じる可能性がある。そのため、容量電極２ａ，２ｂの間に、平面視で容量電極２ａ，２ｂの外縁部分と重なるように配置する導体層は、接地されたもの（接地導体層３）とする必要がある。

接地導体層３の接地は、例えば絶縁基板１の下面や側面等の外表面から接地導体層３にかけて配線導体を形成し、この配線導体のうち絶縁基板１の外表面に形成された部分を外部電気回路の接地端子（図示せず）に電気的に接続することにより行なうことができる。

このような容量内蔵基板９は、例えば絶縁基板１の上面に電子部品４して半導体素子が搭載されるとともに半導体素子の電極が配線導体と電気的に接続されることにより、携帯電話やコンピュータ，デジタルカメラ等の各種の電子機器で部品として使用される半導体装置となる。そして、配線導体を介して半導体素子と電気的に接続された容量電極２ａ，２ｂから半導体素子に静電容量に応じた電源が安定して供給され、各種の電子情報の処理が行なわれる。

なお、本発明は上記の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更が可能である。例えば、それぞれ複数の容量電極２ａ，２ｂが絶縁基板１（絶縁層11の層間等）に形成され、複数個の容量素子が絶縁基板１に内蔵されていてもよい。

また、容量電極２ａ，２ｂの少なくとも一方が絶縁基板１の上面や下面に形成されたものや、絶縁基板１の上面や下面に形成された容量電極２ａ，２ｂの露出表面がニッケルめっき層等のめっき層で被覆されているようなものでもよい。

また、接地導体層３について、容量電極２ａ，２ｂを対向させて静電容量を生じさせる範囲を除いて、絶縁層11の層間のほぼ全面にわたるような広い面積のものとしてもよい。この場合には、接地導体層３の面積が広く抵抗を低く抑えることがより容易であるため、接地電位を安定化させる上で有効である。

本発明の容量内蔵基板の実施の形態の一例を示す断面図である。図１に示す容量内蔵基板の要部を示す分解斜視図である。図１に示す容量内蔵基板の要部を示す平面図である。本発明の容量内蔵基板の実施の形態の他の例の要部を示す分解斜視図である。本発明の容量内蔵基板の実施の形態の他の例の要部を示す平面図である。

符号の説明

１・・・・・・絶縁基板
11・・・・・・絶縁層
２ａ，２ｂ・・容量電極
３・・・・・・接地導体層
４・・・・・・電子部品
９・・・・・・容量内蔵基板

Claims

複数の絶縁層が積層されてなる絶縁基板に、前記絶縁層の一部を間に配して上下に対向し合う容量電極が形成された容量内蔵基板であって、前記容量電極が２層以上の前記絶縁層を間に配して対向しており、対向し合う前記容量電極の間に位置する前記絶縁層の層間に、平面視で前記容量電極の外縁部分と重なる接地導体層が形成されていることを特徴とする容量内蔵基板。