JP2014130987A - 基板内蔵用積層セラミック電子部品及び積層セラミック電子部品内蔵型プリント基板 - Google Patents

基板内蔵用積層セラミック電子部品及び積層セラミック電子部品内蔵型プリント基板 Download PDF

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Abstract

【課題】積層セラミック電子部品と基板間のデラミネーション現象を改善させると共に、低インダクタンスを実現できる、基板内蔵用積層セラミック電子部品及び積層セラミック電子部品内蔵型プリント基板を提供する。
【解決手段】基板内蔵用積層セラミック電子部品は、厚さtsが250μm以下のセラミック本体10と、誘電体層を介して互いに対向するように配置され、側面に交互に露出する第1内部電極21及び第2内部電極22と、セラミック本体の側面に形成されて、第1内部電極と電気的に接続される第1外部電極31a及び第2内部電極と電気的に接続される第2外部電極32aと、第1外部電極及び第2外部電極上に形成された銅(Cu)を含む金属層31b,32bとを含み、金属層の厚さをtpとするとき、tp≧5μmを満たす。
【選択図】図4

Description

本発明は、基板内蔵用積層セラミック電子部品及び積層セラミック電子部品内蔵型プリント基板に関する。
電子回路が高密度化、高集積化するにつれて、プリント基板に実装される受動素子の実装空間が足りなくなり、これを解決するために、基板に内蔵される部品、すなわちエンベデッドデバイスを実現する努力がなされている。特に、容量性部品として使用される積層セラミック電子部品を基板に内蔵する方法が多様に提示されている。
積層セラミック電子部品を基板に内蔵する方法としては、基板材料自体を積層セラミック電子部品用誘電体材料として使用し、銅配線などを積層セラミック電子部品用電極として使用する方法がある。また、基板内蔵用積層セラミック電子部品を実現するための他の方法として、高誘電率の高分子シートや薄膜の誘電体を基板の内部に形成して基板内蔵用積層セラミック電子部品を形成する方法、及び積層セラミック電子部品を基板に内蔵する方法などがある。
一般に、積層セラミック電子部品は、セラミック材質からなる複数の誘電体層と、その複数の誘電体層間に挿入された内部電極とを備える。このような積層セラミック電子部品を基板の内部に配置することにより、高い静電容量を有する基板内蔵用積層セラミック電子部品を実現することができる。
基板内蔵用積層セラミック電子部品を備えるプリント基板を製造するためには、積層セラミック電子部品をコア基板の内部に挿入した後、コア基板の配線と積層セラミック電子部品の外部電極とを接続するために、レーザを用いて上部積層板及び下部積層板にビアホールを形成しなければならない。このようなレーザ加工は、プリント基板の製造コストを非常に増加させる要因となる。
また、基板内蔵用積層セラミック電子部品を基板にエンベッドする過程でエポキシ樹脂の硬化及び金属電極の結晶化のための熱処理工程を経るが、このとき、エポキシ樹脂、金属電極、積層セラミック電子部品のセラミックなどの熱膨張係数(CTE)の差又は基板の熱膨張により、基板と積層セラミック電子部品との接着面に欠陥が発生し得る。このような欠陥は接着面のデラミネーション不良を発生させるという問題があった。
一方、積層セラミックキャパシタがスマートフォンのアプリケーションプロセッサやPCのCPUなどの高性能IC電源端のデカップリングキャパシタとして使用された場合、等価直列インダクタンス(ESL,Equivalent Series Inductance)が大きくなるとICの性能が低下することがあり、スマートフォンのアプリケーションプロセッサやPCのCPUが高性能化するほど、積層セラミックキャパシタの等価直列インダクタンスの増加がICの性能低下に及ぼす影響は相対的に大きくなる。
いわゆる「LICC(Low Inductance Chip Capacitor)」は、外部端子間の距離を短くして電流の経路を短縮し、これによりキャパシタのインダクタンスを低減するためのものである。
基板内蔵用積層セラミック電子部品においても、前記のようにインダクタンスを低減するための「LICC」を適用する必要がある。
韓国公開特許第2009−0083568号
本発明は、積層セラミック電子部品と基板間のデラミネーション現象を改善できるように接着特性を向上させると共に、低インダクタンスを実現して電気的性能を向上させることのできる、基板内蔵用積層セラミック電子部品及び積層セラミック電子部品内蔵型プリント基板を提供することを目的とする。
本発明の一形態は、誘電体層を含み、互いに対向する第1、第2主面(S1、S2)、互いに対向する第1、第2側面(S5、S6)、及び互いに対向する第1、第2端面(S3、S4)を有し、厚さが250μm以下のセラミック本体と、前記誘電体層を介して互いに対向するように配置され、前記第1側面(S5)又は第2側面(S6)に交互に露出する第1内部電極及び第2内部電極と、前記セラミック本体の第1側面(S5)に形成されて前記第1内部電極と電気的に接続される第1外部電極及び前記セラミック本体の第2側面(S6)に形成されて前記第2内部電極と電気的に接続される第2外部電極と、前記第1外部電極及び第2外部電極上に形成された銅(Cu)を含む金属層とを含み、前記セラミック本体は、前記第1内部電極及び第2内部電極を含むアクティブ層と、前記アクティブ層の上面又は下面に形成されたカバー層とを含み、前記金属層の厚さをtpとするとき、tp≧5μmを満たす、基板内蔵用積層セラミック電子部品を提供する。
前記セラミック本体の厚さが、前記第1主面(S1)と前記第2主面(S2)との間の距離であり、前記セラミック本体の幅が、前記第1外部電極が形成された前記第1側面(S5)と前記第2外部電極が形成された前記第2側面(S6)との間の距離であり、前記セラミック本体の長さが、前記第1端面(S3)と前記第2端面(S4)との間の距離である場合、前記セラミック本体の幅は、前記セラミック本体の長さより短いか等しくしてもよい。
前記セラミック本体の長さをL、前記セラミック本体の幅をWとするとき、0.5L≦W≦Lを満たすようにしてもよい。
前記セラミック本体の表面粗度をRa1、前記カバー層の厚さをtcとするとき、120nm≦Ra1≦tcを満たすようにしてもよい。
前記金属層の表面粗度をRa2、前記金属層の厚さをtpとするとき、200nm≦Ra2≦tpを満たすようにしてもよい。
前記第1及び第2外部電極は、前記セラミック本体の第1及び第2主面に延びて形成され、前記第1及び第2主面に形成された第1及び第2外部電極の幅は、それぞれ200μm以上であってもよい。
前記第1及び第2主面に形成された第1及び第2外部電極間の距離は、100μm以上であってもよい。
前記カバー層の厚さ(tc)は、1μm以上、30μm以下であってもよい。
前記金属層は、めっきにより形成されてもよい。
本発明の他の形態は、絶縁基板と、誘電体層を含み、互いに対向する第1、第2主面(S1、S2)、互いに対向する第1、第2側面(S5、S6)、及び互いに対向する第1、第2端面(S3、S4)を有し、厚さが250μm以下のセラミック本体、前記誘電体層を介して互いに対向するように配置され、前記第1側面(S5)又は第2側面(S6)に交互に露出する第1内部電極及び第2内部電極、前記セラミック本体の第1側面(S5)に形成されて前記第1内部電極と電気的に接続される第1外部電極及び前記セラミック本体の第2側面(S6)に形成されて前記第2内部電極と電気的に接続される第2外部電極、並びに前記第1外部電極及び第2外部電極上に形成された銅(Cu)を含む金属層を含み、前記セラミック本体は、前記第1内部電極及び第2内部電極を含むアクティブ層と、前記アクティブ層の上面又は下面に形成されたカバー層とを含み、前記金属層の厚さをtpとするとき、tp≧5μmを満たす、基板内蔵用積層セラミック電子部品とを含む、積層セラミック電子部品内蔵型プリント基板を提供する。
前記セラミック本体の厚さが、前記第1主面(S1)と前記第2主面(S2)との間の距離であり、前記セラミック本体の幅が、前記第1外部電極が形成された前記第1側面(S5)と前記第2外部電極が形成された前記第2側面(S6)との間の距離であり、前記セラミック本体の長さが、前記第1端面(S3)と前記第2端面(S4)との間の距離である場合、前記セラミック本体の幅は、前記セラミック本体の長さより短いか等しくしてもよい。
前記セラミック本体の長さをL、前記セラミック本体の幅をWとするとき、0.5L≦W≦Lを満たすようにしてもよい。
前記セラミック本体の表面粗度をRa1、前記カバー層の厚さをtcとするとき、120nm≦Ra1≦tcを満たすようにしてもよい。
前記金属層の表面粗度をRa2、前記金属層の厚さをtpとするとき、200nm≦Ra2≦tpを満たすようにしてもよい。
前記第1及び第2外部電極は、前記セラミック本体の第1及び第2主面に延びて形成され、前記第1及び第2主面に形成された第1及び第2外部電極の幅は、それぞれ200μm以上であってもよい。
前記第1及び第2主面に形成された第1及び第2外部電極間の距離は、100μm以上であってもよい。
前記カバー層の厚さ(tc)は、1μm以上、30μm以下であってもよい。
前記金属層は、めっきにより形成されてもよい。
本発明によれば、セラミック本体の表面粗度は、セラミック本体の圧着時に表面にサンドペーパーを挿入してサンドペーパーの粗度をセラミック本体に転写して調整し、金属層の表面粗度は、金属層が形成されたチップをサンドブラスト処理して調整することにより、積層セラミック電子部品と基板間のデラミネーション現象を改善できるように、接着特性を向上させることができる。
また、本発明による積層セラミック電子部品においては、低インダクタンスを実現し、電気的性能を向上させることができる。
本発明の一実施形態による基板内蔵用積層セラミック電子部品を示す斜視図である。 本発明の一実施形態によるセラミック本体を示す模式図である。 図2の分解斜視図である。 図1のX−X’線断面図である。 図4のA領域の拡大図である。 本発明の他の実施形態による積層セラミック電子部品内蔵型プリント基板を示す断面図である。
本発明の実施形態は様々な他の形態に変形することができ、本発明の範囲が後述する実施形態に限定されるものではない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野における通常の知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。よって、図面において、構成要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張することもあり、同一の構成要素には同一の符号を付す。
明細書全体にわたって、ある部分がある構成要素を「含む」とは、特に断らない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに含むことがあることを意味する。
なお、図面において、本発明を明確に説明するために説明と関係ない部分は省略し、複数の層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示し、明細書全体にわたって、類似の部分には類似の符号を付す。
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。
図1は本発明の一実施形態による基板内蔵用積層セラミック電子部品を示す斜視図である。
図2は本発明の一実施形態によるセラミック本体を示す模式図である。
図3は図2の分解斜視図である。
図4は図1のX−X’線断面図である。
図5は図4のA領域の拡大図である。
図1〜図5を参照すると、本発明の一実施形態による基板内蔵用積層セラミック電子部品は、誘電体層11を含み、互いに対向する第1、第2主面S1、S2、互いに対向する第1、第2側面S5、S6、及び互いに対向する第1、第2端面S3、S4を有し、厚さが250μm以下のセラミック本体10と、誘電体層11を介して互いに対向するように配置され、第1側面S5又は第2側面S6に交互に露出する第1内部電極21及び第2内部電極22と、セラミック本体10の第1側面S5に形成されて第1内部電極21と電気的に接続される第1外部電極31a及びセラミック本体10の第2側面S6に形成されて第2内部電極22と電気的に接続される第2外部電極32aと、第1外部電極31a及び第2外部電極32a上に形成された金属層31b、32bとを含んでもよい。
以下、本発明の一実施形態による基板内蔵用積層セラミック電子部品を説明するにあたって、特に積層セラミックキャパシタを例に挙げて説明するが、これに限定されるものではない。
本発明の一実施形態による積層セラミックキャパシタにおいて、「長手方向」は図1の「L」方向、「幅方向」は「W」方向、「厚さ方向」は「T」方向と定義する。ここで、「厚さ方向」は、誘電体層を積み重ねる方向、すなわち「積層方向」と同じ概念で用いられる。
本発明の一実施形態において、セラミック本体10は、互いに対向する第1主面S1及び第2主面S2と、第1主面S1と第2主面S2とを連結する第1側面S5、第2側面S6、第1端面S3、及び第2端面S4とを有するようにしてもよい。セラミック本体10の形状に特に制限はないが、同図に示すように六面体形状からなるようにしてもよい。
本発明の一実施形態において、誘電体層11の原料は、十分な静電容量が得られる限り特に制限されず、例えばチタン酸バリウム(BaTiO)粉末であってもよい。
誘電体層11の材料は、チタン酸バリウム(BaTiO)粉末などに、本発明の目的に応じて様々なセラミック添加剤、有機溶剤、可塑剤、結合剤、分散剤などを添加して形成してもよい。
誘電体層11の形成に使用されるセラミック粉末の平均粒径は、特に限定されるものではなく、本発明の目的達成のために調整可能であるが、例えば、400nm以下にしてもよい。
第1及び第2内部電極21、22の材料は、特に限定されるものではないが、例えば、パラジウム(Pd)、パラジウムと銀の合金(Pd−Ag)などの貴金属材料、ニッケル(Ni)、銅(Cu)の少なくとも1つの物質からなる導電性ペーストを使用して形成してもよい。
第1内部電極21及び第2内部電極22は、誘電体層11を介して互いに対向するように配置され、第1側面S5又は第2側面S6に交互に露出する。
このように第1内部電極21及び第2内部電極22が第1側面S5又は第2側面S6に交互に露出することにより、後述するように、RGC(Reverse Geometry Capacitor)又はLICC(Low Inductance Chip Capacitor)を実現することができる。
セラミック本体10の厚さtsは、250μm以下であってもよい。
このようにセラミック本体10の厚さtsが250μm以下になることにより、基板内蔵用積層セラミック電子部品として適することになる。
また、セラミック本体10の厚さtsは、第1主面S1と第2主面S2との間の距離であってもよい。
本発明の一実施形態において、セラミック本体10の外側には、第1及び第2外部電極31a、32aと、第1及び第2外部電極31a、32a上に形成された銅(Cu)を含む金属層31b、32bとを含む、外部電極31、32が形成されてもよい。
静電容量形成のために、第1及び第2外部電極31a、32aは、セラミック本体10の外側に形成され、第1及び第2内部電極21、22と電気的に接続されるようにしてもよい。
第1及び第2外部電極31a、32aは、第1及び第2内部電極21、22と同じ材質の導電性物質で形成してもよいが、これに限定されるものではなく、例えば、銅(Cu)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)などで形成してもよい。
第1及び第2外部電極31a、32aは、前記金属粉末にガラスフリットを添加して形成した導電性ペーストを塗布して焼成することにより形成してもよい。
一般的な積層セラミックキャパシタは、長さが幅より長く、セラミック本体の長手方向に互いに対向する端面に外部電極が配置される。
この場合、外部電極への交流印加時、電流の経路が長いため、電流ループが大きくなり、誘導磁場が大きくなり、インダクタンスが増加する。
本発明の一実施形態による積層セラミックキャパシタにおいては、電流の経路を短縮するために、第1及び第2外部電極31a、32aをセラミック本体10の第1、第2側面S5、S6に形成する。
セラミック本体10の幅Wは、第1外部電極31aが形成された第1側面S5と第2外部電極32aが形成された第2側面S6との間の距離であり、セラミック本体10の長さLは、第1端面S3と第2端面S4との間の距離であってもよい。
本発明の一実施形態によれば、第1外部電極31aが形成された第1側面S5と第2外部電極32aが形成された第2側面S6との間の距離(セラミック本体10の幅W)は、第1端面S3と第2端面S4との間の距離(セラミック本体10の長さL)より短いか等しくしてもよい。
これにより、第1及び第2外部電極31a、32a間の距離が短くなるため、電流の経路が短縮され、従って、電流ループが小さくなり、インダクタンスが減少する。
このように、第1及び第2外部電極31a、32aをセラミック本体10の第1及び第2側面S5、S6に形成し、セラミック本体10の幅W(すなわち、第1及び第2外部電極31a、32a間の距離)がセラミック本体10の長さLより短いか等しくなるようにした積層セラミック電子部品を、RGC又はLICCともいう。
また、セラミック本体10の長さをL、セラミック本体10の幅をWとするとき、0.5L≦W≦Lを満たすようにしてもよいが、これに限定されるものではない。
このように0.5L≦W≦Lを満たすようにセラミック本体10の長さ及び幅を調整することにより、積層セラミックキャパシタのインダクタンスを減少させることができる。
従って、本発明の一実施形態による基板内蔵用積層セラミック電子部品においては、低インダクタンスを実現することができ、電気的性能を向上させることができる。
本発明の一実施形態によれば、第1及び第2外部電極31a、32a上に銅(Cu)を含む金属層31b、32bが形成される。
一般に、積層セラミックキャパシタはプリント基板上に実装されるため、通常、外部電極上にはニッケル/錫めっき層を形成する。
しかし、本発明の一実施形態による積層セラミックキャパシタは、プリント基板内蔵用であって、基板上に実装されるのではなく、積層セラミックキャパシタの第1外部電極31a及び第2外部電極32aと基板の回路とが銅(Cu)材質のビアを介して電気的に接続される。
従って、本発明の一実施形態によれば、銅(Cu)を含む金属層31b、32bは、前記基板内のビアとの電気的接続性を良好にするために、前記基板内のビアの材質である銅(Cu)を含むようにする。
銅(Cu)を含む金属層31b、32bの形成方法は特に限定されるものではないが、例えば、銅(Cu)を含む金属層31b、32bはめっきにより形成してもよい。この場合、金属層31b、32bは、銅(Cu)を含むめっき層であってもよい。
図4及び図5を参照すると、本発明の一実施形態による基板内蔵用積層セラミック電子部品のセラミック本体10は、第1内部電極21及び第2内部電極22を含むアクティブ層と、前記アクティブ層の上面又は下面に形成されたカバー層とを含み、金属層31b、32bの厚さをtpとするとき、tp≧5μmを満たすようにしてもよい。
セラミック本体10は、第1内部電極21及び第2内部電極22を含むアクティブ層を含み、前記アクティブ層とは、静電容量形成に寄与する層を意味する。
さらに、セラミック本体10は、前記アクティブ層の上面又は下面に形成されたカバー層を含んでもよい。
金属層31b、32bの厚さtpは、tp≧5μmを満たすようにしてもよいが、これに限定されるものではなく、また、金属層31b、32bの厚さtpは、15μm以下であってもよい。
このように金属層31b、32bの厚さtpがtp≧5μmを満たし、かつ15μm以下になるように調整することにより、基板内のビア加工に優れ、信頼性に優れた積層セラミックキャパシタを実現することができる。
金属層31b、32bの厚さtpが5μm未満の場合は、積層セラミック電子部品をプリント基板に内蔵する際に、導電性ビアホール(図6の符号140を参照)の加工時に導電性ビアホールがセラミック本体10まで連結される不良が発生し得る。
金属層31b、32bの厚さtpが15μmを超える場合は、金属層31b、32bの応力によりセラミック本体10にクラックが発生し得る。
一方、金属層31b、32bの表面粗度をRa2、金属層31b、32bの厚さをtpとするとき、200nm≦Ra2≦tpを満たすようにしてもよい。
金属層31b、32bの表面粗度Ra2が200nm≦Ra2≦tpを満たすように調整することにより、積層セラミック電子部品と基板間のデラミネーション現象を改善し、クラックを防止することができる。
また、セラミック本体10の表面粗度をRa1、前記カバー層の厚さをtcとするとき、120nm≦Ra1≦tcを満たすようにしてもよい。
セラミック本体10の表面粗度Ra1が120nm≦Ra1≦tcを満たすように調整することにより、積層セラミック電子部品と基板間のデラミネーション現象を改善し、クラックを防止することができる。
表面粗度とは、金属の表面を加工したときに表面に生じる微細な凹凸の程度をいい、表面粗さともいう。
表面粗度は、加工に使用される工具、加工法の適否、表面の傷や錆などにより生じるものであり、表面をそれと直角な平面で切断したときの断面曲線における最も低い部分から最も高い部分までの高さを中心線平均粗さといい、Raで示す。
本発明においては、セラミック本体10の中心線平均粗さをRa1と規定し、金属層31b、32bの中心線平均粗さをRa2と規定する。
図5は図4においてセラミック本体10の中心線平均粗さRa1及び金属層31b、32bの中心線平均粗さRa2を示すA領域の拡大図である。
図5を参照すると、本発明の一実施形態による基板内蔵用積層セラミック電子部品は、セラミック本体10の表面粗度をRa1、前記カバー層の厚さをtcとするとき、120nm≦Ra1≦tcを満たすと共に、金属層31b、32bの表面粗度をRa2、金属層31b、32bの厚さをtpとするとき、200nm≦Ra2≦tpを満たすようにしてもよい。
セラミック本体10の中心線平均粗さRa1及び金属層31b、32bの中心線平均粗さRa2は、表面に粗さが形成されたセラミック本体10及び金属層31b、32bの粗度を算出した値であって、前記粗さの仮想の中心線を基準として平均値を求めて算出したセラミック本体10及び金属層31b、32bの粗度を意味する。
図5を参照してセラミック本体10の中心線平均粗さRa1及び金属層31b、32bの中心線平均粗さRa2を算出する方法を具体的に説明すると次の通りである。
まず、セラミック本体10及び金属層31b、32bの一表面に形成された粗さに対して仮想の中心線を引く。次に、前記粗さの仮想の中心線を基準としてそれぞれの距離(例えば、r1,r2,r3,…,r13)を測定し、下記式により各距離の平均値を求めることにより、セラミック本体10の中心線平均粗さRa1及び金属層31b、32bの中心線平均粗さRa2を算出することができる。
Figure 2014130987
セラミック本体10の中心線平均粗さRa1及び金属層31b、32bの中心線平均粗さRa2を120nm≦Ra1≦tc、200nm≦Ra2≦tpの範囲で調整することにより、耐電圧特性に優れ、積層セラミック電子部品と基板との接着力が向上した、信頼性に優れた積層セラミック電子部品を実現することができる。
セラミック本体10の表面粗度が120nm未満、金属層31b、32bの表面粗度が200nm未満の場合は、積層セラミック電子部品と基板間のデラミネーション現象が問題となる。
また、セラミック本体10の表面粗度がセラミック本体10のカバー層の厚さtcを超え、金属層31b、32bの表面粗度が金属層31b、32bの厚さtpを超える場合は、クラックが発生し得る。
一方、前記カバー層の厚さtcは、1μm以上、30μm以下であってもよいが、これに限定されるものではない。
前記カバー層の厚さtcが1μm未満の場合は、前記カバー層の厚さが薄すぎるため、内部容量形成部であるアクティブ層に外部衝撃が伝達されて不良が発生することがあり、前記カバー層の厚さtcが30μmを超える場合は、前記カバー層の厚さが厚すぎるため、容量形成部が相対的に小さくなって容量の実現が難しくなる。
金属層31b、32b及びカバー層の厚さとは、平均厚さを意味する。
金属層31b、32b及びカバー層の平均厚さは、図4のようなセラミック本体10の幅方向断面を走査型電子顕微鏡(SEM,Scanning Electron Microscope)でスキャンして測定することができる。
例えば、図4のように、セラミック本体10の長手(L)方向の中央部で切断した幅及び厚さ(W−T)方向断面を走査型電子顕微鏡(SEM)でスキャンした画像から、金属層31b、32b及びカバー層の厚さを測定して得ることができる。
一方、本発明の一実施形態によれば、第1及び第2外部電極31a、32aは、セラミック本体10の第1及び第2主面S1、S2に延びて形成され、第1及び第2主面S1、S2に形成された第1及び第2外部電極31a、32aの幅(BW)は、それぞれ200μm以上であってもよいが、これに限定されるものではない。
このように第1及び第2外部電極31a、32aの幅(BW)をそれぞれ200μm以上にすることにより、インダクタンスを低減すると共に、積層セラミックキャパシタを基板に内蔵する際の回路及びビアとの接触不良の問題を解決することができる。
第1及び第2外部電極31a、32aの幅(BW)がそれぞれ200μm未満の場合は、積層セラミックキャパシタを基板に内蔵する際に回路及びビアとの接触不良の問題が発生し得る。
一方、第1及び第2主面S1、S2に形成された第1及び第2外部電極31a、32a間の距離Teは、100μm以上であってもよい。
第1及び第2主面S1、S2に形成された第1及び第2外部電極31a、32a間の距離Teを100μm以上にすることにより、信頼性に優れた積層セラミックキャパシタを実現することができる。
第1及び第2外部電極31a、32a間の距離Teが100μm未満の場合は、異なる極性の電極間の距離が短くなり、ショート不良が発生し得る。
以下、本発明の一実施形態による基板内蔵用積層セラミック電子部品の製造方法を説明するが、これに限定されるものではない。
本発明の一実施形態による基板内蔵用積層セラミック電子部品の製造方法は、誘電体層を含むセラミックグリーンシートを用意する段階と、導電性金属粉末及びセラミック粉末を含む内部電極用導電性ペーストを用いて、前記セラミックグリーンシート上に内部電極パターンを形成する段階と、前記内部電極パターンが形成されたセラミックグリーンシートを積層して、内部に互いに対向するように配置される第1内部電極及び第2内部電極を含むアクティブ層を形成し、前記アクティブ層の上面又は下面にセラミックグリーンシートを積層してカバー層を形成することにより、互いに対向する第1、第2主面、互いに対向する第1、第2側面、及び互いに対向する第1、第2端面を有するセラミック本体を用意する段階と、前記セラミック本体の上面及び下面にサンドペーパーを挿入して積層、圧着する段階と、前記セラミック本体から前記サンドペーパーを除去した後に焼成する段階と、前記セラミック本体の第1側面及び第2側面に第1外部電極及び第2外部電極を形成する段階と、前記第1外部電極及び第2外部電極上に銅(Cu)を含む金属層を形成する段階と、前記セラミック本体及び金属層にサンドブラスト工法を適用して表面粗度を調整する段階とを含み、前記金属層の厚さをtpとするとき、tp≧5μmを満たすようにしてもよい。
本発明の一実施形態による基板内蔵用積層セラミック電子部品の製造方法においては、まず、チタン酸バリウム(BaTiO)粉末などを含むスラリーをキャリアフィルム上に塗布及び乾燥して複数のセラミックグリーンシートを用意する。これにより、誘電体層を形成することができる。
前記セラミックグリーンシートは、セラミック粉末、バインダー、溶剤を混合してスラリーを形成し、前記スラリーをドクターブレード法により数μmの厚さのシート状にすることにより製造してもよい。
次に、ニッケル粒子の平均粒径が0.1〜0.2μmであるニッケル粉末を40〜50重量部含む内部電極用導電性ペーストを用意する。
前記セラミックグリーンシート上に前記内部電極用導電性ペーストをスクリーン印刷法で塗布して内部電極を形成した後に400〜500層積層してアクティブ層を形成し、前記アクティブ層の上面又は下面にセラミックグリーンシートを積層してカバー層を形成することにより、互いに対向する第1、第2主面、互いに対向する第1、第2側面、及び互いに対向する第1、第2端面を有するセラミック本体10を製造する。
セラミック本体10の上面及び下面にサンドペーパーを挿入して積層、圧着、及び焼成する段階は、セラミック本体10の表面粗さを形成するためのものであって、P100〜P3000のサンドペーパーを適用することで人為的に粗さを形成することができ、セラミック本体10の表面の一部の粗度のみを高めることができ、積層セラミック電子部品の信頼性に影響を与えることなく、セラミック本体10の表面粗さを形成することができる。
セラミック本体10の圧着工程時に表面にサンドペーパーを挿入してサンドペーパーの表面粗度をセラミック本体10の表面に転写してもよいが、これはセラミック本体10の表面に粗さを形成するためのものであり、前記サンドペーパーとしてはP100〜P3000のものを使用してもよい。
前記サンドペーパーの「P」は、FEPA[the European FEPA(Federation of European Producers of Abrasives) 「P」grade]の粒径標準を示す記号である。
次に、セラミック本体10の第1側面及び第2側面に第1外部電極31a及び第2外部電極32aを形成し、その後、第1外部電極31a及び第2外部電極32a上に銅(Cu)を含む金属層31b、32bを形成してもよい。
前記銅(Cu)を含む金属層31b、32bを形成する段階は、特に限定されるものではないが、例えばめっきにより行ってもよい。
第1外部電極31a及び第2外部電極32a上に銅(Cu)を含む金属層31b、32bを形成する段階においては、セラミック本体10の焼成が完了した後に人為的に銅(Cu)を含む金属層31b、32bの表面粗さを形成、調整するために、サンドブラスト工法を適用してもよい。
前記サンドブラスト工法も、銅(Cu)を含む金属層31b、32bの表面粗度のみを高めることができるため、積層セラミック電子部品の信頼性に影響を与えない。
その他、前述した本発明の一実施形態による基板内蔵用積層セラミック電子部品の特徴と同じ部分についてはここでは省略する。
図6は本発明の他の実施形態による積層セラミック電子部品内蔵型プリント基板を示す断面図である。
図6に示す基板内蔵用積層セラミック電子部品は、図1〜図5を参照して説明した積層セラミック電子部品100と実質的に同一であるため、同一又は類似の構成要素には同一の符号を付し、繰り返し説明は省略する。
図6を参照すると、本発明の他の実施形態による積層セラミック電子部品内蔵型プリント基板200は、絶縁基板110と、誘電体層11を含み、互いに対向する第1、第2主面S1、S2、互いに対向する第1、第2側面S5、S6、及び互いに対向する第1、第2端面S3、S4を有し、厚さが250μm以下のセラミック本体10、誘電体層11を介して互いに対向するように配置され、第1側面S5又は第2側面S6に交互に露出する第1内部電極21及び第2内部電極22、セラミック本体10の第1側面S5に形成されて第1内部電極21と電気的に接続される第1外部電極31a及びセラミック本体10の第2側面S6に形成されて第2内部電極22と電気的に接続される第2外部電極32a、並びに第1外部電極31a及び第2外部電極32a上に形成された銅(Cu)を含む金属層31b、32bを含み、セラミック本体10は、第1内部電極21及び第2内部電極22を含むアクティブ層と、前記アクティブ層の上面又は下面に形成されたカバー層とを含み、金属層31b、32bの厚さをtpとするとき、tp≧5μmを満たす、基板内蔵用積層セラミック電子部品100とを含んでもよい。
セラミック本体10の厚さtsは、第1主面S1と第2主面S2との間の距離であってもよい。
本発明の他の実施形態による積層セラミック電子部品内蔵型プリント基板200に含まれる積層セラミック電子部品100においては、電流の経路を短縮するために、第1及び第2外部電極31a、32aをセラミック本体10の第1、第2側面S5、S6に形成してもよい。
セラミック本体10の幅Wは、第1外部電極31aが形成された第1側面S5と第2外部電極32aが形成された第2側面S6との間の距離であり、セラミック本体10の長さLは、第1端面S3と第2端面S4との間の距離であってもよい。
本発明の一実施形態によれば、第1外部電極31aが形成された第1側面S5と第2外部電極32aが形成された第2側面S6との間の距離(セラミック本体10の幅W)は、第1端面S3と第2端面S4との間の距離(セラミック本体10の長さL)より短いか等しくしてもよい。
これにより、第1及び第2外部電極31a、32a間の距離が短くなるため、電流の経路が短縮され、従って、電流ループが小さくなり、インダクタンスが減少する。
このように、第1及び第2外部電極31a、32aをセラミック本体10の第1及び第2側面S5、S6に形成し、セラミック本体10の幅W(すなわち、第1及び第2外部電極31a、32a間の距離)がセラミック本体10の長さLより短いか等しくなるようにした積層セラミック電子部品を、RGC又はLICCともいう。
絶縁基板110は、図6に示すように、絶縁層110a、110b、110cを含む構造からなり、必要に応じて、様々な形態の層間回路を構成する導電性パターン120及び導電性ビアホール140を含んでもよい。このような絶縁基板110は、内部に積層セラミック電子部品100を含むプリント基板200であってもよい。
積層セラミック電子部品100は、プリント基板200に挿入された後、プリント基板200の熱処理工程などの後工程中に様々な苛酷な環境にさらされる。
特に、熱処理工程でのプリント基板200の収縮及び膨張は、プリント基板200の内部に挿入された積層セラミック電子部品100に直接伝達され、積層セラミック電子部品100とプリント基板200との接着面にストレスを加える。
積層セラミック電子部品100とプリント基板200との接着面に加わったストレスが接着強度よりも高い場合、接着面が剥離するデラミネーション不良を発生させる。
積層セラミック電子部品100とプリント基板200との接着強度は、積層セラミック電子部品100とプリント基板200との電気化学的結合力及び接着面の有効表面積に比例するが、積層セラミック電子部品100とプリント基板200との接着面の有効表面積を向上させるために、積層セラミック電子部品100の表面粗度を制御することにより、積層セラミック電子部品100とプリント基板200間のデラミネーション現象を改善することができる。また、プリント基板内蔵用積層セラミック電子部品100の表面粗度によるプリント基板200との接着面のデラミネーション発生頻度を確認することができる。
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明がこれに限定されるものではない。
本発明の実施形態による基板内蔵用積層セラミック電子部品の第1及び第2主面に形成された第1及び第2外部電極のそれぞれの幅による積層セラミックキャパシタと基板内のビアとの接触不良有無、金属層31b、32bの厚さによるビア加工不良有無、金属層31b、32bの表面粗度及びセラミック本体10の表面粗度による接着面のデラミネーション発生頻度を確認するために、第1及び第2外部電極のそれぞれの幅、金属層31b、32bの厚さ及び表面粗度、セラミック本体10の表面粗度を変化させて、モバイルフォンのマザーボード用チップ部品の通常の条件である85℃、相対湿度85%で積層セラミック電子部品が内蔵された基板を30分間放置した後、それぞれの実験を行った。
下記表1は、第1及び第2主面に形成された第1及び第2外部電極のそれぞれの幅による積層セラミックキャパシタと基板内のビアとの接触不良有無を示すものである。
Figure 2014130987
×:不良率20%以上
△:不良率5%〜20% ○:不良率0.01%〜5% ◎:不良率0.01%未満
上記表1を参照すると、前記第1及び第2外部電極のそれぞれの幅が200μm以上の場合は、積層セラミックキャパシタと基板内のビアとの接触不良の問題がないことが分かる。
それに対して、前記第1及び第2外部電極のそれぞれの幅が200μm未満の場合は、積層セラミックキャパシタと基板内のビアとの接触不良の問題があることが分かる。
下記表2は、金属層31b、32bの厚さによるビア加工不良有無を示すものである。
Figure 2014130987
×:不良率10%以上
△:不良率1%〜10% ○:不良率0.01%〜1% ◎:不良率0.01%未満
上記表2を参照すると、金属層31b、32bの厚さが5μm以上の場合は、基板内のビア加工に優れ、信頼性に優れた積層セラミックキャパシタを実現できることが分かる。
それに対して、金属層31b、32bの厚さが5μm未満の場合は、基板内のビア加工時に不良が発生し得ることが分かる。
下記表3は、金属層31b、32bの表面粗度による接着面のデラミネーション発生頻度を示すものである。
Figure 2014130987
×:不良率5%以上
△:不良率1%〜5% ○:不良率0.01%〜1% ◎:不良率0.01%未満
上記表3を参照すると、金属層31b、32bの表面粗度が200nm以上の場合は、接着面のデラミネーション発生頻度が低く、信頼性に優れた積層セラミックキャパシタを実現できることが分かる。
それに対して、金属層31b、32bの表面粗度が200nm未満の場合は、接着面のデラミネーション発生頻度が高く、信頼性に問題があることが分かる。
下記表4は、セラミック本体10の表面粗度による接着面のデラミネーション発生頻度を示すものである。
Figure 2014130987
×:不良率5%以上
△:不良率1%〜5% ○:不良率0.01%〜1% ◎:不良率0.01%未満
上記表4を参照すると、セラミック本体10の表面粗度が120nm以上の場合は、接着面のデラミネーション発生頻度が低く、信頼性に優れた積層セラミックキャパシタを実現できることが分かる。
それに対して、セラミック本体10の表面粗度が120nm未満の場合は、接着面のデラミネーション発生頻度が高く、信頼性に問題があることが分かる。
本発明は、前述した実施形態及び添付された図面により限定されるものではなく、添付された請求の範囲により限定される。よって、請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で当該技術分野における通常の知識を有する者により様々な形態の置換、変形、及び変更が可能であり、これも本発明の範囲に属するといえるであろう。
10 セラミック本体
11 誘電体層
21 第1内部電極
22 第2内部電極
31、32 外部電極
31a 第1外部電極
32a 第2外部電極
31b、32b 金属層
100 基板内蔵用積層セラミック電子部品
200 プリント基板
110 絶縁基板
110a、110b、110c 絶縁層
120 導電性パターン
140 導電性ビアホール
本発明は、金属層の厚さを調整することにより基板内のビア加工に優れた基板内蔵用積層セラミック電子部品及び積層セラミック電子部品内蔵型プリント基板を提供すること、また、積層セラミック電子部品と基板間のデラミネーション現象を改善できるように接着特性を向上させると共に、低インダクタンスを実現して電気的性能を向上させることのできる、基板内蔵用積層セラミック電子部品及び積層セラミック電子部品内蔵型プリント基板を提供することを目的とする。

Claims (18)

  1. 誘電体層を含み、互いに対向する第1、第2主面(S1、S2)、互いに対向する第1、第2側面(S5、S6)、及び互いに対向する第1、第2端面(S3、S4)を有し、厚さが250μm以下のセラミック本体と、
    前記誘電体層を介して互いに対向するように配置され、前記第1側面(S5)又は第2側面(S6)に交互に露出する第1内部電極及び第2内部電極と、
    前記セラミック本体の第1側面(S5)に形成されて前記第1内部電極と電気的に接続される第1外部電極及び前記セラミック本体の第2側面(S6)に形成されて前記第2内部電極と電気的に接続される第2外部電極と、
    前記第1外部電極及び第2外部電極上に形成された銅(Cu)を含む金属層とを含み、
    前記セラミック本体は、前記第1内部電極及び第2内部電極を含むアクティブ層と、前記アクティブ層の上面又は下面に形成されたカバー層とを含み、
    前記金属層の厚さをtpとするとき、tp≧5μmを満たす、基板内蔵用積層セラミック電子部品。
  2. 前記セラミック本体の厚さが、前記第1主面(S1)と前記第2主面(S2)との間の距離であり、前記セラミック本体の幅が、前記第1外部電極が形成された前記第1側面(S5)と前記第2外部電極が形成された前記第2側面(S6)との間の距離であり、前記セラミック本体の長さが、前記第1端面(S3)と前記第2端面(S4)との間の距離である場合、前記セラミック本体の幅は、前記セラミック本体の長さより短いか等しい、請求項1に記載の基板内蔵用積層セラミック電子部品。
  3. 前記セラミック本体の長さをL、前記セラミック本体の幅をWとするとき、0.5L≦W≦Lを満たす、請求項2に記載の基板内蔵用積層セラミック電子部品。
  4. 前記セラミック本体の表面粗度をRa1、前記カバー層の厚さをtcとするとき、120nm≦Ra1≦tcを満たす、請求項1に記載の基板内蔵用積層セラミック電子部品。
  5. 前記金属層の表面粗度をRa2、前記金属層の厚さをtpとするとき、200nm≦Ra2≦tpを満たす、請求項1に記載の基板内蔵用積層セラミック電子部品。
  6. 前記第1及び第2外部電極は、前記セラミック本体の第1及び第2主面に延びて形成され、前記第1及び第2主面に形成された第1及び第2外部電極の幅は、それぞれ200μm以上である、請求項1に記載の基板内蔵用積層セラミック電子部品。
  7. 前記第1及び第2主面に形成された第1及び第2外部電極間の距離は、100μm以上である、請求項6に記載の基板内蔵用積層セラミック電子部品。
  8. 前記カバー層の厚さ(tc)は、1μm以上、30μm以下である、請求項1に記載の基板内蔵用積層セラミック電子部品。
  9. 前記金属層がめっきにより形成された、請求項1に記載の基板内蔵用積層セラミック電子部品。
  10. 絶縁基板と、
    誘電体層を含み、互いに対向する第1、第2主面(S1、S2)、互いに対向する第1、第2側面(S5、S6)、及び互いに対向する第1、第2端面(S3、S4)を有し、厚さが250μm以下のセラミック本体、前記誘電体層を介して互いに対向するように配置され、前記第1側面(S5)又は第2側面(S6)に交互に露出する第1内部電極及び第2内部電極、前記セラミック本体の第1側面(S5)に形成されて前記第1内部電極と電気的に接続される第1外部電極及び前記セラミック本体の第2側面(S6)に形成されて前記第2内部電極と電気的に接続される第2外部電極、並びに前記第1外部電極及び第2外部電極上に形成された銅(Cu)を含む金属層を含み、前記セラミック本体は、前記第1内部電極及び第2内部電極を含むアクティブ層と、前記アクティブ層の上面又は下面に形成されたカバー層とを含み、前記金属層の厚さをtpとするとき、tp≧5μmを満たす、基板内蔵用積層セラミック電子部品と
    を含む、積層セラミック電子部品内蔵型プリント基板。
  11. 前記セラミック本体の厚さが、前記第1主面(S1)と前記第2主面(S2)との間の距離であり、前記セラミック本体の幅が、前記第1外部電極が形成された前記第1側面(S5)と前記第2外部電極が形成された前記第2側面(S6)との間の距離であり、前記セラミック本体の長さが、前記第1端面(S3)と前記第2端面(S4)との間の距離である場合、前記セラミック本体の幅は、前記セラミック本体の長さより短いか等しい、請求項10に記載の積層セラミック電子部品内蔵型プリント基板。
  12. 前記セラミック本体の長さをL、前記セラミック本体の幅をWとするとき、0.5L≦W≦Lを満たす、請求項11に記載の積層セラミック電子部品内蔵型プリント基板。
  13. 前記セラミック本体の表面粗度をRa1、前記カバー層の厚さをtcとするとき、120nm≦Ra1≦tcを満たす、請求項10に記載の積層セラミック電子部品内蔵型プリント基板。
  14. 前記金属層の表面粗度をRa2、前記金属層の厚さをtpとするとき、200nm≦Ra2≦tpを満たす、請求項10に記載の積層セラミック電子部品内蔵型プリント基板。
  15. 前記第1及び第2外部電極は、前記セラミック本体の第1及び第2主面に延びて形成され、前記第1及び第2主面に形成された第1及び第2外部電極の幅は、それぞれ200μm以上である、請求項10に記載の積層セラミック電子部品内蔵型プリント基板。
  16. 前記第1及び第2主面に形成された第1及び第2外部電極間の距離は、100μm以上である、請求項15に記載の積層セラミック電子部品内蔵型プリント基板。
  17. 前記カバー層の厚さ(tc)は、1μm以上、30μm以下である、請求項10に記載の積層セラミック電子部品内蔵型プリント基板。
  18. 前記金属層がめっきにより形成された、請求項10に記載の積層セラミック電子部品内蔵型プリント基板。
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