JP2015050452A - 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印刷回路基板 - 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印刷回路基板 Download PDF

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Abstract

【課題】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印刷回路基板を提供する。
【解決手段】厚さが100μm以下のセラミック本体と、誘電体層を介して対向して配置され、上記第1の側面S5又は第2の側面S6に交互に露出する第1の内部電極及び第2の内部電極と、セラミック本体の第1及び第2の側面S5、S6に形成され、上記第1の内部電極と電気的に連結される第1の外部電極及び上記第2の内部電極と電気的に連結される第2の外部電極と、を含み、それぞれの外部電極は電極層及び上記電極層上に形成された金属層を含む。第1の外部電極及び第2の外部電極は上記セラミック本体の第1の主面に伸びて形成され、第1の主面に形成された上記第1の外部電極と第2の外部電極の最大幅をBWmax、最小幅をBWminとしたときに0≦BWmax−BWmin≦100μm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印刷回路基板に関する。
電子回路の高密度化及び高集積化につれ、印刷回路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、基板内に内蔵される部品、即ち、エンベデッド素子(embedded device)を具現しようとする研究が行われている。特に、容量性部品として用いられる積層セラミック電子部品を基板の内部に内蔵する多様な方案が提示されている。
基板内に積層セラミック電子部品を内蔵する方法として、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用い、銅配線等を積層セラミック電子部品用電極として用いる方法がある。また、基板内蔵用積層セラミック電子部品を具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内に内蔵する方法等がある。
通常、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、この複数の誘電体層の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させることにより、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具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印刷回路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、基板の配線と積層セラミック電子部品の外部電極を連結するためにレーザーを用いて上部積層板及び下部積層板にビアホール(via hole)を開けなければならない。しかしながら、上記レーザー加工は、印刷回路基板の製造費用を大幅に増加させる要因となる。
基板内蔵用積層セラミック電子部品を基板に埋め込む過程でエポキシ樹脂を硬化させ金属電極を結晶化するための熱処理工程を経るが、この際、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等の熱膨張係数(CTE)の差又は基板の熱膨張による基板と積層セラミック電子部品との接着面の欠陥が発生する可能性がある。このような欠陥は信頼性テスト過程で接着面剥離(Delamination)の不良をもたらすという問題がある。
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ー(Application Processor)やPCのCPUのような高性能IC電源端のデカップリングキャパシタとして用いられる場合、等価直列インダクタンス(Equivalent Series Inductance、以下、「ESL」という。)が大きくなると、ICの性能が低下し、スマートフォンのアプリケーションプロセッサー(Application Processor)やPCのCPUが次第に高性能化するほど、積層セラミックキャパシタのESLの増加がICの性能の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減少させて電流の流れの経路を減少させることによりキャパシタのインダクタンスを減らすためのものである。
基板内蔵用積層セラミック電子部品の場合にも、上記のようにインダクタンスを減らすための、いわゆる、「LICC(Low Inductance Chip Capacitor)」が適用される必要がある。
しかしながら、上記「LICC(Low Inductance Chip Capacitor)」は、通常の基板内蔵用積層セラミック電子部品と同じ水準の外部電極のバンド幅(Bandwidth)を具現するのが困難であるという問題を有する。
よって、上記「LICC(Low Inductance Chip Capacitor)」を基板内蔵用積層セラミック電子部品に適用する場合、パッケージ基板回路との電気的連結のためのビア(Via)加工面積が減少して基板に内蔵するのが困難となるという問題がある。
また、基板内蔵用積層セラミック電子部品の外部電極は、通常、外部電極用導電性ペーストをセラミック本体の両端部に塗布して形成される。
この場合、セラミック本体の上下面に塗布された外部電極用導電性ペーストの広がりによって外部電極のバンド幅(Bandwidth)に偏差が生じてしまい、ビア加工時に不良が頻繁に発生する可能性がある。
また、上記のように外部電極のバンド幅(Bandwidth)に偏差が生じる場合、多数のビアの連結が不可能であり、等価直列インダクタンス(ESL)を減少させるための電流経路の短縮が困難であるという問題がある。
韓国公開特許第2009−0083568号公報
本発明の目的は、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印刷回路基板を提供することである。
本発明の一実施形態によれば、誘電体層を含み、対向する第1及び第2の主面S1、S2、対向する第1及び第2の側面S5、S6、及び対向する第1及び第2の端面S3、S4を有し、厚さが100μm以下のセラミック本体と、上記誘電体層を介して対向して配置され、上記第1の側面S5又は第2の側面S6に交互に露出する第1の内部電極及び第2の内部電極と、上記セラミック本体の第1及び第2の側面S5、S6に形成され、上記第1の内部電極と電気的に連結される第1の外部電極及び上記第2の内部電極と電気的に連結される第2の外部電極と、を含み、上記第1の外部電極は第1の電極層及び上記第1の電極層上に形成された第1の金属層を含み、上記第2の外部電極は第2の電極層及び上記第2の電極層上に形成された第2の金属層を含み、上記第1の外部電極及び第2の外部電極は上記セラミック本体の第1の主面に伸びて形成され、上記第1の主面に形成された上記第1の外部電極と第2の外部電極のうち少なくとも一つ以上の最大幅をBWmax、最小幅をBWminとしたときに0≦BWmax−BWmin≦100μmを満たす基板内蔵用積層セラミック電子部品が提供される。
上記第1の外部電極と第2の外部電極の上記第1の主面に形成された幅は、第2の主面に形成された幅より大きくても良い。
上記セラミック本体の厚さが上記第1の主面S1と第2の主面S2との間の距離、上記セラミック本体の幅が上記第1の外部電極の形成された上記第1の側面S5と上記第2の外部電極の形成された上記第2の側面S6との間の距離、上記セラミック本体の長さが上記第1の端面S3と上記第2の端面S4との間の距離の場合、上記セラミック本体の幅は、上記セラミック本体の長さより短いか同じであっても良い。
上記セラミック本体の長さをL、幅をWとしたとき、0.5L≦W≦Lを満たすことができる。
上記第1及び第2の金属層の厚さをtpとしたとき、tp≧5μmを満たすことができる。
上記第1及び第2の金属層の表面粗度をRa、上記第1及び第2の金属層の厚さをtpとしたとき、200nm≦Ra≦tpを満たすことができる。
上記第1及び第2の金属層は、銅(Cu)を含むことができる。
本発明の他の実施形態によれば、絶縁基板と;上記絶縁基板に内蔵された、誘電体層を含み、対向する第1及び第2の主面S1、S2、対向する第1及び第2の側面S5、S6、及び対向する第1及び第2の端面S3、S4を有し、厚さが100μm以下のセラミック本体と、上記誘電体層を介して対向して配置され、上記第1の側面S5又は第2の側面S6に交互に露出する第1の内部電極及び第2の内部電極と、上記セラミック本体の第1及び第2の側面S5、S6に形成され、上記第1の内部電極と電気的に連結される第1の外部電極及び上記第2の内部電極と電気的に連結される第2の外部電極と、を含み、上記第1の外部電極は第1の電極層及び上記第1の電極層上に形成された第1の金属層を含み、上記第2の外部電極は第2の電極層及び上記第2の電極層上に形成された第2の金属層を含み、上記第1の外部電極及び第2の外部電極は上記セラミック本体の第1の主面に伸びて形成され、上記第1の主面に形成された上記第1の外部電極と第2の外部電極のうち少なくとも一つ以上の最大幅をBWmax、最小幅をBWminとしたときに0≦BWmax−BWmin≦100μm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印刷回路基板が提供される。
上記第1の外部電極と第2の外部電極の上記第1の主面に形成された幅は、第2の主面に形成された幅より大きくても良い。
上記絶縁基板は、複数の導電性パターンと、導電性ビアホールと、を含むことができる。
上記第1の外部電極及び第2の外部電極はそれぞれ3つ以上の導電性ビアホールと連結されることができる。
上記セラミック本体の厚さが上記第1の主面S1と第2の主面S2との間の距離、上記セラミック本体の幅が上記第1の外部電極の形成された上記第1の側面S5と上記第2の外部電極の形成された上記第2の側面S6との間の距離、上記セラミック本体の長さが上記第1の端面S3と上記第2の端面S4との間の距離の場合、上記セラミック本体の幅は、上記セラミック本体の長さより短いか同じであっても良い。
上記セラミック本体の長さをL、幅をWとしたとき、0.5L≦W≦Lを満たすことができる。
上記第1及び第2の金属層の厚さをtpとしたとき、tp≧5μmを満たすことができる。
上記第1及び第2の金属層の表面粗度をRa、上記第1及び第2の金属層の厚さをtpとしたとき、200nm≦Ra≦tpを満たすことができる。
上記第1及び第2の金属層は、銅(Cu)を含むことができる。
本発明による積層セラミック電子部品は、低インダクタンスを具現することができるため、電気的性能が向上することができる。
また、本発明によれば、外部電極の幅において偏差を減らすことにより、パッケージ基板回路との電気的連結のためのビア(Via)加工時の不良問題を改善することができ、多数のビアの連結が可能となることから、電流経路を短縮して等価直列インダクタンス(ESL)を減少させることができる。
また、本発明によれば、金属層の表面粗度を調節することにより、積層セラミック電子部品と基板との間の剥離現象を改善する接着特性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の上部平面図である。 図1のX‐X'線に沿う断面図である。 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印刷回路基板を示す断面図である。
以下では、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な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。したがって、図面における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されることがある。
なお、図面において本発明を明確に説明するために当該説明と関連のない部分は省略し、様々な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、明細書全体において類似した部分には類似した図面符号を付ける。
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り、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り、図3は図2の分解斜視図であり、図4は図1の上部平面図であり、図5は図1のX‐X'線に沿う断面図である。
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100は、誘電体層11を含み、対向する第1及び第2の主面S1、S2、対向する第1及び第2の側面S5、S6、及び対向する第1及び第2の端面S3、S4を有し、厚さが100μm以下のセラミック本体10と、上記誘電体層11を介して対向して配置され、上記第1の側面S5又は第2の側面S6に交互に露出する第1の内部電極及び第2の内部電極21、22と、上記セラミック本体10の第1及び第2の側面S5、S6に形成され、上記第1の内部電極21と電気的に連結される第1の外部電極31及び上記第2の内部電極22と電気的に連結される第2の外部電極32と、を含み、上記第1の外部電極31は第1の電極層31a及び上記第1の電極層31a上に形成された第1の金属層32aを含み、上記第2の外部電極32は第2の電極層32a及び上記第2の電極層32a上に形成された第2の金属層32bを含み、上記第1の外部電極31及び第2の外部電極32は上記セラミック本体10の第1の主面S1に伸びて形成され、上記第1の主面S1に形成された上記第1の外部電極31と第2の外部電極32のうち少なくとも一つ以上の最大幅をBWmax、最小幅をBWminとしたときに0≦BWmax−BWmin≦100μmを満たすことができる。
以下では、本発明の一実施形態による積層セラミック電子部品を説明する上で、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、これに制限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、「長さ方向」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、誘電体層を積み上げる方向、即ち、「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、対向する第1の主面S1及び第2の主面S2と、上記第1の主面及び第2の主面を連結する第1の側面S5及び第2の側面S6と、第1の端面S3及び第2の端面S4と、を有することができる。上記セラミック本体10は、その形状に特別な制限はなく、図示のように六面体形であることができる。
本発明の一実施形態によれば、上記誘電体層11を形成する原料は、十分な静電容量が得られるものであれば特に制限されず、例えば、チタン酸バリウム(BaTiO)粉末であることができる。
上記誘電体層11を形成する材料は、チタン酸バリウム(BaTiO)等のパウダーに、本発明の目的に応じて多様なセラミック添加剤、有機溶剤、可塑剤、結合剤、分散剤等が添加されたものであることができる。
上記誘電体層11の形成に用いられるセラミック粉末の平均粒径は、例えば、400nm以下であることができるが、特に制限されず、本発明の目的達成のために多様に調節されることができる。
上記第1及び第2の内部電極21、22は、その材料に特別な制限はなく、例えば、パラジウム(Pd)、パラジウム‐銀(Pd‐Ag)合金等の貴金属材料及びニッケル(Ni)、銅(Cu)のうち一つ以上の物質からなる導電性ペーストを用いて形成されることができる。
上記第1の内部電極及び第2の内部電極21、22は、上記誘電体層11を介して対向して配置され、上記第1の側面S5又は第2の側面S6に交互に露出することができる。
上記第1の内部電極及び第2の内部電極21、22が上記第1の側面S5又は第2の側面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)を具現することができる。
上記セラミック本体10の厚さtsは100μm以下であることができる。
上記のようにセラミック本体10の厚さtsを100μm以下にすることにより、基板内蔵用に適した積層セラミックキャパシタを製作することができる。
また、上記セラミック本体10の厚さtsは、上記第1の主面S1と第2の主面S2との間の距離であることができる。
本発明の一実施形態によれば、上記セラミック本体10の外側には、第1及び第2の電極層31a、32a及び上記第1及び第2の電極層上に形成された第1及び第2の金属層31b、32bを含む第1及び第2の外部電極31、32が形成されることができる。
静電容量の形成のために、第1及び第2の電極層31a、32aは、上記セラミック本体10の外側に形成され、上記第1及び第2の内部電極21、22と電気的に連結されることができる。
上記第1及び第2の電極層31a、32aは、上記第1及び第2の内部電極21、22と同じ材質の導電性物質で形成されることができるが、これに制限されず、例えば、銅(Cu)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)等で形成されることができる。
上記第1及び第2の電極層31a、32aは、上記金属粉末にガラスフリットを添加して製造された導電性ペーストを塗布した後に焼成することにより形成されることができる。
通常の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さ方向に対向する端面に外部電極が配置されている。
この場合、外部電極への交流電圧の印加時、電流の経路が長いため、電流ループが大きく形成され、誘導磁場のサイズが大きくなってインダクタンスが増加する可能性がある。
本発明の一実施形態による積層セラミックキャパシタでは、電流の経路を減少させるために、第1及び第2の外部電極31、32がセラミック本体10の第1及び第2の側面S5、S6に形成されることができる。
上記セラミック本体10の幅Wは、上記第1の外部電極31の形成された上記第1の側面S5と上記第2の外部電極32の形成された上記第2の側面S6との間の距離であり、上記セラミック本体10の長さLは、上記第1の端面S3と上記第2の端面S4との間の距離である。
本発明の一実施形態によれば、上記第1及び第2の外部電極31、32がそれぞれ形成された第1の側面S5と第2の側面S6との間の幅Wは、第1の端面S3と上記第2の端面S4との間の長さLより短いか同じであっても良い。
このように第1の外部電極31と第2の外部電極32との間の距離が短いため、電流経路が短くなり、これにより、電流ループが減少するため、インダクタンスを減少させることができる。
このように、第1及び第2の外部電極31、32がセラミック本体10の第1及び第2の側面S5、S6に形成されて上記セラミック本体10の幅W(即ち、上記第1の外部電極31と第2の外部電極32との間の距離)が上記セラミック本体10の長さLより短いか同じ積層セラミック電子部品をRGC(Reverse Geometry Capacitor)又はLICC(Low Inductance Chip Capacitor)という。
また、上記セラミック本体10の長さをL、幅をWとしたとき、0.5L≦W≦Lを満たすことができるが、本発明はこれに制限されるものではない。
上記のように0.5L≦W≦Lを満たすように上記セラミック本体の長さ及び幅を調節することにより、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。
したがって、本発明の一実施形態による積層セラミック電子部品は、低インダクタンスを具現することができるため、電気的性能が向上することができる。
本発明の一実施形態によれば、上記第1の電極層31a及び第2の電極層32a上にはそれぞれ銅(Cu)を含む第1及び第2の金属層31b、32bを形成することができる。
通常の積層セラミックキャパシタは印刷回路基板上に実装されるため、外部電極上にニッケル/スズメッキ層を形成することが一般的であった。
しかしながら、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、印刷回路基板内蔵用であるため基板上に実装されず、当該積層セラミックキャパシタの上記第1の外部電極31及び第2の外部電極32と基板の回路とが銅(Cu)材質のビア(via)を介して電気的に連結される。
したがって、本発明の一実施形態によれば、上記第1及び第2の金属層31b、32bは、上記基板内のビアの材質である銅(Cu)と電気的連結性の良い銅(Cu)を含むことができる。
上記銅(Cu)を含む第1及び第2の金属層31b、32bは、その形成方法に特別な制限はなく、例えば、メッキによって形成されることができる。この場合、上記第1及び第2の金属層31b、32bは、銅(Cu)を含むメッキ層で形成されることができる。
図4及び図5を参照すると、上記第1の外部電極31及び第2の外部電極32は上記セラミック本体10の第1の主面S1に伸びて形成され、上記第1の主面S1に形成された上記第1の外部電極31と第2の外部電極32のうち少なくとも一つ以上の最大幅をBWmax、最小幅をBWminとしたときに0≦BWmax−BWmin≦100μmを満たすことができる。
通常の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ー(Application Processor)やPCのCPUのような高性能IC電源端のデカップリングキャパシタとして用いられる場合、等価直列インダクタンス(Equivalent Series Inductance、以下、「ESL」という。)が大きくなるため、ICの性能が低下する可能性がある。
特に、スマートフォンのアプリケーションプロセッサー(Application Processor)やPCのCPUが次第に高性能化するほど、積層セラミックキャパシタのESLの増加がICの性能の低下に及ぼす影響は相対的に大きくなる。
上記の問題を解決するために、基板内蔵用積層セラミック電子部品の場合にも、上記のようにインダクタンスを減らすためのLICC(Low Inductance Chip Capacitor)が適用される必要がある。
しかしながら、上記LICC(Low Inductance Chip Capacitor)は、通常の基板内蔵用積層セラミック電子部品と同じ水準の外部電極のバンド幅(Bandwidth)を具現するのが困難であるという問題があった。
したがって、上記LICC(Low Inductance Chip Capacitor)を基板内蔵用積層セラミック電子部品に適用する場合、パッケージ基板回路との電気的連結のためのビア(Via)加工面積が減少するため、基板に内蔵するのが困難となるという問題があった。
また、基板内蔵用積層セラミック電子部品の外部電極は、通常、外部電極用導電性ペーストをセラミック本体の両端部に塗布して形成される。
この場合、セラミック本体の上下面に塗布された外部電極用導電性ペーストの広がりによって外部電極のバンド幅(Bandwidth)に偏差が生じてしまい、ビア加工時に不良が頻繁に発生する可能性がある。
また、上記のように外部電極のバンド幅(Bandwidth)に偏差が生じる場合、多数のビアの連結が不可能であり、等価直列インダクタンス(ESL)を減少させるための電流経路の短縮が困難であるという問題がある。
本発明の一実施形態によれば、上記第1の外部電極31及び第2の外部電極32を上記セラミック本体10の第1の主面S1に伸ばして形成し、上記第1の主面S1に形成された上記第1の外部電極31と第2の外部電極32のうち少なくとも一つ以上の最大幅をBWmax、最小幅をBWminとしたときに0≦BWmax−BWmin≦100μmを満たすように形成することにより、上記の問題を解決することができる。
特に、上記第1の主面S1に形成された上記第1の外部電極31と第2の外部電極32の両方ともの最大幅(BWmax)と最小幅(BWmin)が0≦BWmax−BWmin≦100μmを満たすように形成することにより、上記の問題をより効果的に解決することができる。
即ち、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適用する場合、パッケージ基板回路との電気的連結のためのビア(Via)加工時の不良を防止することができる。
また、上記第1の主面S1に形成された上記第1の外部電極31と第2の外部電極32のうち少なくとも一つ以上の最大幅(BWmax)と最小幅(BWmin)が0≦BWmax−BWmin≦100μmを満たすように形成することにより、外部電極のバンド幅(Bandwidth)における偏差が減少して多数のビアの連結が可能となるため、等価直列インダクタンス(ESL)を減少させるための電流経路の短縮が可能となる。
上記第1の主面S1に形成された上記第1の外部電極31と第2の外部電極32のうち少なくとも一つ以上の最大幅(BWmax)と最小幅(BWmin)との差(BWmax−BWmin)が100μmを超える場合は、パッケージ基板回路との電気的連結のためのビア(Via)加工時に不良が発生する可能性がある。
上述したように、通常の基板内蔵用積層セラミック電子部品の外部電極は、外部電極用導電性ペーストをセラミック本体の両端部に塗布して形成されるため、外部電極のそれぞれの最大幅と最小幅との差が100μmを超えることが多い。
しかしながら、本発明の一実施形態によれば、上記第1の主面S1に形成された上記第1の外部電極31と第2の外部電極32のうち少なくとも一つ以上の最大幅(BWmax)と最小幅(BWmin)との差(BWmax−BWmin)が100μm以下となるように特殊な方法で外部電極を形成することができる。
即ち、上記第1の主面S1に形成された上記第1の外部電極31と第2の外部電極32は、下記の方法で形成される。まず、1次段階で、印刷法により上記第1の主面S1上に外部電極用導電性ペーストを塗布する。
上記のように、印刷法により上記第1の主面S1上に外部電極用導電性ペーストを塗布する場合、ペーストの広がりによるバンド幅(Bandwidth)の偏差を減少させることができる。
より具体的には、セラミック本体の厚さが100μm以下のLICC(Low Inductance Chip Capacitor)をジグにローディングした後、上部面にプレート(plate)を当てて印刷を行う。
上記工程の後、2次段階で、セラミック本体の端面に形成される外部電極の必要な厚さを得るように上記セラミック本体の両端面を外部電極用導電性ペーストにディッピング(Dipping)して外部電極を形成する。
上記のように、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外部電極は、セラミック本体の第1の主面にバンド幅を形成するために1次で印刷法による塗布を行い、セラミック本体の両端面に2次でディッピング法による塗布を行うことにより形成されることができる。
この場合、上記第1の外部電極31と第2の外部電極32の上記第1の主面S1に形成された幅は、第2の主面S2に形成された幅より大きくても良い。
上記のように第1及び第2の外部電極31、32を形成することにより、第1の主面に形成された外部電極の最大幅と最小幅との偏差を最大限に減らすことができるため、パッケージ基板回路との電気的連結のためのビア(Via)加工時の不良を防止することができる。
また、上記第1及び第2の外部電極31、32それぞれのバンド幅(Bandwidth)における偏差が減少して多数のビアの連結が可能となるため、等価直列インダクタンス(ESL)を減少させるための電流経路の短縮が可能となる。
一方、本発明の一実施形態によれば、上記セラミック本体10は、上記第1の内部電極及び第2の内部電極21、22を含む活性層と、上記活性層の上面又は下面に形成されたカバー層と、を含むことができる。
上記セラミック本体10は、上記第1の内部電極及び第2の内部電極21、22を含む活性層を含み、上記活性層は、静電容量の形成に寄与する層を意味する。
また、上記セラミック本体10は、上記活性層の上面又は下面に形成されたカバー層を含むことができる。
また、上記第1及び第2の金属層31b、32bの厚さをtpとしたとき、tp≧5μmを満たすことができる。
上記第1及び第2の金属層31b、32bの厚さtpは、tp≧5μmを満たし且つ15μm以下である。
上記のように第1及び第2の金属層31b、32bの厚さtpがtp≧5μmを満たし且つ15μm以下となるように調節することにより、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具現することができる。
第1及び第2の金属層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印刷回路基板100に内蔵する上で、導電性ビアホール140の加工時にセラミック本体10まで導電性ビアホール140が連結される不良が発生するという問題がある。
第1及び第2の金属層31b、32bの厚さtpが15μmを超える場合は、第1及び第2の金属層31b、32bの応力によってセラミック本体10にクラックが発生する可能性がある。
一方、上記第1及び第2の金属層31b、32bの表面粗度をRa、上記第1及び第2の金属層31b、32bの厚さをtpとしたとき、200nm≦Ra≦tpを満たすことができる。
上記第1及び第2の金属層31b、32bの表面粗度(Ra)が200nm≦Ra≦tpを満たすように調節することにより、積層セラミック電子部品と基板との間の剥離現象を改善し、クラックを防止することができる。
表面粗度とは、金属表面を加工する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、加工に用いられる工具、加工法の適否、表面に生じたひっかき傷、錆等によって生じる。粗さの程度を示すにあたり、表面を直角に切断したときの断面に示される曲線の最低点から最高点までの距離を中心線平均粗さとし、Raで表す。
本発明では、上記第1及び第2の金属層31b、32bの中心線平均粗さをRaとする。
図5を参照すると、本発明の一実施形態による積層セラミック電子部品は、上記第1及び第2の金属層31b、32bの表面粗度をRa、上記第1及び第2の金属層31b、32bの厚さをtpとしたとき、200nm≦Ra≦tpを満たすことができる。
より具体的には、上記第1及び第2の金属層31b、32bの中心線平均粗さ(Ra)を算出する方法は、下記の通りである。まず、上記第1及び第2の金属層31b、32bの一表面に形成されている粗度に対して仮想の中心線をひく。
次に、上記粗度の仮想の中心線を基準にそれぞれの距離(例えば、r、r、r…r13)を測定した後、下記式で各距離の平均値を求めて算出された値から第1及び第2の金属層31b、32bの中心線平均粗さ(Ra)を算出する。
Figure 2015050452
上記第1及び第2の金属層31b、32bの中心線平均粗さ(Ra)を200nm≦Ra≦tpの範囲に調節することにより、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、信頼性に優れた積層セラミック電子部品を具現することができる。
上記第1及び第2の金属層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との間の剥離現象が問題となる可能性がある。
一方、上記第1及び第2の金属層31b、32bの表面粗度が第1及び第2の金属層31b、32bの厚さtpを超える場合は、クラックが発生する可能性がある。
上記第1及び第2の金属層31b、32bの厚さは当該第1及び第2の金属層31b、32bの平均厚さを意味することができる。
上記第1及び第2の金属層31b、32bの平均厚さは、図5のようにセラミック本体10の幅方向の断面を走査電子顕微鏡(SEM、Scanning Electron Microscope)でイメージスキャンすることにより測定されることができる。
例えば、図5のように、セラミック本体10の長さ(L)方向の中央部に沿う幅及び厚さ(W−T)方向の断面を走査電子顕微鏡(SEM、Scanning Electron Microscope)でスキャンしたイメージから上記第1及び第2の金属層31b、32bの厚さを測定することにより得られる。
以下では、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の製造方法について説明するが、本発明はこれに制限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、下記の通りである。まず、チタン酸バリウム(BaTiO)等のパウダーを含んで形成されたスラリーをキャリアフィルム(carrier film)上に塗布し乾燥して複数のセラミックグリーンシートを製造し、これにより、誘電体層を形成する。
上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製造し、上記スラリーをドクターブレード法で数μmの厚さを有するシート(sheet)状にして製作される。
次に、粒子の平均サイズが0.1〜0.2μmのニッケル粉末を40〜50重量部含む内部電極用導電性ペーストを製造する。
上記グリーンシート上に上記内部電極用導電性ペーストをスクリーン印刷工法で塗布して内部電極を形成した後、400〜500層積層して活性層を形成し、上記活性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、対向する第1及び第2の主面、対向する第1及び第2の側面、及び対向する第1及び第2の端面を有するセラミック本体10を製造する。
次に、上記セラミック本体の第1及び第2の側面に第1の電極層及び第2の電極層を形成し、上記第1の電極層及び第2の電極層上に銅(Cu)を含む第1及び第2の金属層を形成する。
上記銅(Cu)を含む第1及び第2の金属層を形成する段階は、特に制限されず、例えば、メッキによって行われることができる。
上述したように、本発明の一実施形態によれば、上記第1の主面S1に形成された上記第1の外部電極31と第2の外部電極32のうち少なくとも一つ以上の最大幅(BWmax)と最小幅(BWmin)との差(BWmax−BWmin)が100μm以下となるように特殊な方法で外部電極を形成することができる。
即ち、上記第1の主面S1に形成された上記第1の外部電極31と第2の外部電極32は、下記の方法で形成される。まず、1次段階で、印刷法により上記第1の主面S1上に外部電極用導電性ペーストを塗布する。
上記のように、印刷法により上記第1の主面S1上に外部電極用導電性ペーストを塗布する場合、ペーストの広がりによるバンド幅(Bandwidth)の偏差を減少させることができる。
より具体的には、セラミック本体の厚さが100μm以下のLICC(Low Inductance Chip Capacitor)をジグにローディングした後、上部面にプレート(plate)を当てて印刷を行う。
上記工程の後、2次段階で、セラミック本体の端面に形成される外部電極の必要な厚さを得るように上記セラミック本体の両端面を外部電極用導電性ペーストにディッピング(Dipping)して外部電極を形成する。
上記のように、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外部電極は、セラミック本体の第1の主面にバンド幅を形成するために1次で印刷法による塗布を行い、セラミック本体の両端面に2次でディッピング法による塗布を行うことにより形成されることができる。
その他、上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ものに関する説明は省略する。
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印刷回路基板200を示す断面図である。
なお、図6に示された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と実質的に同じであるため、同一又は類似の構成要素には同じ参照番号を用い、重複する説明は省略する。
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印刷回路基板200は、絶縁基板110と;上記絶縁基板110内に内蔵された、誘電体層11を含み、対向する第1及び第2の主面S1、S2、対向する第1及び第2の側面S5、S6、及び対向する第1及び第2の端面S3、S4を有し、厚さが100μm以下のセラミック本体10と、上記誘電体層11を介して対向して配置され、上記第1の側面S5又は第2の側面S6に交互に露出する第1の内部電極及び第2の内部電極21、22と、上記セラミック本体10の第1及び第2の側面S5、S6に形成され、上記第1の内部電極21と電気的に連結される第1の外部電極31及び上記第2の内部電極22と電気的に連結される第2の外部電極32と、を含み、上記第1の外部電極31は第1の電極層31a及び上記第1の電極層31a上に形成された第1の金属層32aを含み、上記第2の外部電極32は第2の電極層32a及び上記第2の電極層32a上に形成された第2の金属層32bを含み、上記第1の外部電極31及び第2の外部電極32は上記セラミック本体10の第1の主面S1に伸びて形成され、上記第1の主面S1に形成された上記第1の外部電極31と第2の外部電極32のうち少なくとも一つ以上の最大幅をBWmax、最小幅をBWminとしたときに0≦BWmax−BWmin≦100μmを満たす基板内蔵用積層セラミック電子部品100と;を含むことができる。
上記第1の外部電極と第2の外部電極の上記第1の主面に形成された幅は、第2の主面に形成された幅より大きくても良い。
本発明の一実施形態による積層セラミック電子部品内蔵型印刷回路基板200に含まれる積層セラミックキャパシタ100では、電流の経路を減少させるために、第1及び第2の外部電極31、32がセラミック本体10の第1及び第2の側面S5、S6に形成されることができる。
上記セラミック本体10の幅Wは、上記第1の外部電極31の形成された上記第1の側面S5と上記第2の外部電極32の形成された上記第2の側面S6との間の距離であり、上記セラミック本体10の長さLは、上記第1の端面S3と上記第2の端面S4との間の距離であることができる。
本発明の一実施形態によれば、上記第1及び第2の外部電極31、32がそれぞれ形成された第1の側面S5と第2の側面S6との間の幅Wは、第1の端面S3と上記第2の端面S4との間の長さLより短いか同じであっても良い。
このように第1の外部電極31と第2の外部電極32との間の距離が短いため、電流経路が短くなり、これにより、電流ループが減少するため、インダクタンスを減少させることができる。
このように、第1及び第2の外部電極31、32がセラミック本体10の第1及び第2の側面S5、S6に形成されて上記セラミック本体10の幅W(即ち、上記第1の外部電極31と第2の外部電極32との間の距離)が上記セラミック本体10の長さLより短いか同じ積層セラミック電子部品をRGC(Reverse Geometry Capacitor)又はLICC(Low Inductance Chip Capacitor)という。
上記絶縁基板110は、絶縁層が含まれた構造からなり、必要に応じて、図6に例示されたように多様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を含むことができる。上記絶縁基板110は、内部に積層セラミック電子部品100を含む印刷回路基板200でもある。
また、本発明の他の実施形態によれば、上記第1の主面S1に形成された上記第1の外部電極31と第2の外部電極32のうち少なくとも一つ以上の最大幅(BWmax)と最小幅(BWmin)が0≦BWmax−BWmin≦100μmを満たすように形成することにより、上記第1の外部電極及び第2の外部電極がそれぞれ3つ以上の導電性ビアホールと連結されることができる。
これにより、従来とは異なり、多数のビアを連結することができるため、電流経路を短縮して等価直列インダクタンス(ESL)を減少させることができる。
上記積層セラミック電子部品100は、印刷回路基板200に挿入された後、印刷回路基板200の熱処理等のような後工程進行中の様々な過酷環境を同様に経験してしまう。
特に、熱処理工程で印刷回路基板200の収縮及び膨張は、印刷回路基板200の内部に挿入された積層セラミック電子部品に直接伝達され、積層セラミック電子部品と印刷回路基板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と印刷回路基板200との接着面に加えられたストレスが接着強度より高い場合は、接着面が剥がれる剥離不良が発生する。
積層セラミック電子部品と印刷回路基板200との接着強度は積層セラミック電子部品と印刷回路基板200との電気化学的結合力と接着面の有効表面積に比例し、積層セラミック電子部品と印刷回路基板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と印刷回路基板200との間の剥離現象を改善することができる。また、印刷回路基板200に内蔵される基板内蔵用積層セラミック電子部品100の表面粗度による印刷回路基板200との接着面剥離発生頻度が確認できる。
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれに制限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セラミック本体の第1の主面に形成された第1の外部電極と第2の外部電極のうち少なくとも一つ以上の最大幅(BWmax)と最小幅(BWmin)との差(BWmax−BWmin)によるビア加工不良の有無、第1及び第2の金属層31b、32bの厚さによるビア加工不良の有無、及び第1及び第2の金属層31b、32bの表面粗度による接着面剥離発生頻度を確認するために、第1及び第2の外部電極それぞれの幅、第1及び第2の金属層31b、32bの厚さ及び表面粗度を変化させながら、携帯電話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%に積層セラミック電子部品の内蔵された基板を30分間放置した後、それぞれの実験を行った。
下記表1は、セラミック本体の第1の主面に形成された第1の外部電極と第2の外部電極のうち少なくとも一つ以上の最大幅(BWmax)と最小幅(BWmin)との差(BWmax−BWmin)による積層セラミックキャパシタと基板の内部のビアとの接触不良の有無を示したものである。
Figure 2015050452
*:比較例
上記表1を参照すると、セラミック本体の第1の主面に形成された第1の外部電極と第2の外部電極のうち少なくとも一つ以上の最大幅(BWmax)と最小幅(BWmin)との差(BWmax−BWmin)が100μm以下の場合はビア加工不良問題がないことが分かる。
これに対し、セラミック本体の第1の主面に形成された第1の外部電極と第2の外部電極のうち少なくとも一つ以上の最大幅(BWmax)と最小幅(BWmin)との差(BWmax−BWmin)が100μmを超える場合はビア加工不良問題があることが分かる。
下記表2は、セラミック本体の第1の主面に形成された第1の外部電極と第2の外部電極のうち少なくとも一つ以上に加工されたビアの数による実施例及び比較例のビア加工不良率を示したものである。
Figure 2015050452
上記表2を参照すると、セラミック本体の第1の主面に形成された第1の外部電極と第2の外部電極のうち少なくとも一つ以上に加工されたビアの数が3つ以上の場合、比較例はビア加工不良率が1.0%以上と問題があるのに対し、実施例はビア加工不良率が1.0%未満と問題がないことが分かる。
下記表3は、第1及び第2の金属層31b、32bの厚さによるビア加工不良発生の有無を示したものである。
Figure 2015050452
×: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3を参照すると、上記第1及び第2の金属層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具現することができることが分かる。
これに対し、上記第1及び第2の金属層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する可能性があることが分かる。
下記表4は、第1及び第2の金属層31b、32bの表面粗度による接着面剥離発生頻度を示したものである。
Figure 2015050452
×: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、上記第1及び第2の金属層31b、32bの表面粗度が200nm以上の場合は接着面剥離発生頻度が少ないため信頼性に優れた積層セラミックキャパシタを具現することができることが分かる。
これに対し、上記第1及び第2の金属層31b、32bの表面粗度が200nm未満の場合は接着面剥離発生頻度が増加するため信頼性に問題があることが分かる。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許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多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有する者には明らかである。
10 セラミック本体
11 誘電体層
21、22 第1及び第2の内部電極
31、32 第1及び第2の外部電極
31a、32a 第1及び第2の電極層
31b、32b 第1及び第2の金属層
100 基板内蔵用積層セラミックキャパシタ
200 印刷回路基板
110 絶縁基板
120 導電性パターン
140 導電性ビアホール

Claims (16)

  1. 誘電体層を含み、対向する第1及び第2の主面S1、S2、対向する第1及び第2の側面S5、S6、及び対向する第1及び第2の端面S3、S4を有し、厚さが100μm以下のセラミック本体と、
    前記誘電体層を介して対向して配置され、前記第1の側面S5又は第2の側面S6に交互に露出する第1の内部電極及び第2の内部電極と、
    前記セラミック本体の第1及び第2の側面S5、S6に形成され、前記第1の内部電極と電気的に連結される第1の外部電極及び前記第2の内部電極と電気的に連結される第2の外部電極と、
    を含み、
    前記第1の外部電極は、第1の電極層及び前記第1の電極層上に形成された第1の金属層を含み、前記第2の外部電極は、第2の電極層及び前記第2の電極層上に形成された第2の金属層を含み、前記第1の外部電極及び第2の外部電極は、前記セラミック本体の第1の主面に伸びて形成され、前記第1の主面に形成された前記第1の外部電極と第2の外部電極のうち少なくとも一つ以上の最大幅をBWmax、最小幅をBWminとしたときに0≦BWmax−BWmin≦100μmを満たす、基板内蔵用積層セラミック電子部品。
  2. 前記第1の外部電極と第2の外部電極の前記第1の主面に形成された幅は、第2の主面に形成された幅より大きい、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厚さが前記第1の主面S1と第2の主面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の外部電極の形成された前記第1の側面S5と前記第2の外部電極の形成された前記第2の側面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の端面S3と前記第2の端面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同じである、請求項1または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長さをL、幅をWとしたとき、0.5L≦W≦Lを満たす、請求項3に記載の基板内蔵用積層セラミック電子部品。
  5. 前記第1及び第2の金属層の厚さをtpとしたとき、tp≧5μmを満たす、請求項1から4のいずれか1項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の金属層の表面粗度をRa、前記第1及び第2の金属層の厚さをtpとしたとき、200nm≦Ra≦tpを満たす、請求項1から5のいずれか1項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の金属層は、銅(Cu)を含む、請求項1から6のいずれか1項に記載の基板内蔵用積層セラミック電子部品。
  8. 絶縁基板と、
    前記絶縁基板に内蔵された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印刷回路基板であって、
    前記基板内蔵用積層セラミック電子部品は、
    誘電体層を含み、対向する第1及び第2の主面S1、S2、対向する第1及び第2の側面S5、S6、及び対向する第1及び第2の端面S3、S4を有し、厚さが100μm以下のセラミック本体と、
    前記誘電体層を介して対向して配置され、前記第1の側面S5又は第2の側面S6に交互に露出する第1の内部電極及び第2の内部電極と、
    前記セラミック本体の第1及び第2の側面S5、S6に形成され、前記第1の内部電極と電気的に連結される第1の外部電極及び前記第2の内部電極と電気的に連結される第2の外部電極と、を含み、
    前記第1の外部電極は第1の電極層及び前記第1の電極層上に形成された第1の金属層を含み、前記第2の外部電極は第2の電極層及び前記第2の電極層上に形成された第2の金属層を含み、前記第1の外部電極及び第2の外部電極は前記セラミック本体の第1の主面に伸びて形成され、前記第1の主面に形成された前記第1の外部電極と第2の外部電極のうち少なくとも一つ以上の最大幅をBWmax、最小幅をBWminとしたときに0≦BWmax−BWmin≦100μmを満たす
    積層セラミック電子部品内蔵型印刷回路基板。
  9. 前記第1の外部電極と第2の外部電極の前記第1の主面に形成された幅は、第2の主面に形成された幅より大きい、請求項8に記載の積層セラミック電子部品内蔵型印刷回路基板。
  10. 前記絶縁基板は、複数の導電性パターンと、導電性ビアホールと、を含む、請求項8または9に記載の積層セラミック電子部品内蔵型印刷回路基板。
  11. 前記第1の外部電極及び第2の外部電極はそれぞれ3つ以上の前記導電性ビアホールと連結される、請求項10に記載の積層セラミック電子部品内蔵型印刷回路基板。
  12. 前記セラミック本体の厚さが前記第1の主面S1と第2の主面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の外部電極の形成された前記第1の側面S5と前記第2の外部電極の形成された前記第2の側面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の端面S3と前記第2の端面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同じである、請求項8から11のいずれか1項に記載の積層セラミック電子部品内蔵型印刷回路基板。
  13. 前記セラミック本体の長さをL、幅をWとしたとき、0.5L≦W≦Lを満たす、請求項12に記載の積層セラミック電子部品内蔵型印刷回路基板。
  14. 前記第1及び第2の金属層の厚さをtpとしたとき、tp≧5μmを満たす、請求項8から13のいずれか1項に記載の積層セラミック電子部品内蔵型印刷回路基板。
  15. 前記第1及び第2の金属層の表面粗度をRa、前記第1及び第2の金属層の厚さをtpとしたとき、200nm≦Ra≦tpを満たす、請求項8から14のいずれか1項に記載の積層セラミック電子部品内蔵型印刷回路基板。
  16. 前記第1及び第2の金属層は、銅(Cu)を含む、請求項8から15のいずれか1項に記載の積層セラミック電子部品内蔵型印刷回路基板。
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