JP3472523B2

JP3472523B2 - 電気素子内蔵配線基板

Info

Publication number: JP3472523B2
Application number: JP2000053998A
Authority: JP
Inventors: 祐二飯野; 裕美岩地
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-02-29
Filing date: 2000-02-29
Publication date: 2003-12-02
Anticipated expiration: 2020-02-29
Also published as: JP2001244367A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＬＳＩチップなど
の電子部品を表面に実装可能であり、絶縁基板の内部に
コンデンサなどの電気素子を内蔵した電気素子内蔵配線
基板に関するものである。

【０００２】

【従来技術】近年、通信機器の普及に伴い、高速動作が
求められる電子機器が広く使用されるようになり、さら
にこれに伴って高速動作が可能なパッケージが求められ
ている。このような高速動作を行うためには、電気信号
ノイズを極力低減する必要がある。そのためには、コン
デンサ等の受動電子部品を能動電子素子の近傍に配置
し、電子回路の配線長を極力短くすることにより、配線
部のインダクタンスを低減することが必要とされてい
る。

【０００３】このような問題に対処する方法として、例
えば、特開平２−１２１３９３号には、電源層とグラン
ド層の間の絶縁層内にチップ状のコンデンサを埋め込む
方法が案出されている。また、特開平１１−２２０２６
２号でも、絶縁基板内に半導体素子やコンデンサを内蔵
した配線基板が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この特
開平２−１２１３９３号の構造では電源層のパターンと
グランド層のパターンとの間の絶縁層間に埋め込まれた
セラミックチップコンデンサは周囲の絶縁層に保持され
ているものの、コンデンサの端子電極と基板内部の電源
層やグランド層との接続が圧接によるものであることか
ら、その熱的な衝撃によって熱膨張差などに起因して端
子電極と配線回路層との接続性が変化し、また、特開平
１１−２２０２６２号では、半導体素子の電極などと配
線回路層とを金、銀、銅、ニッケル、半田などの導体に
よって接続することも提案されているが、配線基板の表
面に半導体素子などの電子部品を搭載する場合に半田実
装する際に、配線基板を２２０〜３００℃の温度で半田
リフローした場合に、端子電極と配線回路層との接続性
が変化してしまうという問題があった。特に、内蔵され
る素子が、コンデンサである場合には、そのコンデンサ
によるインダクタンスが大きくなってしまい、コンデン
サによるノイズ除去という機能が変化、または劣化する
という問題があった。

【０００５】従って、本発明は、絶縁基板の内部にコン
デンサなどの電気素子を内蔵してなり、表面に電子部品
を実装する際等の半田リフロー後においても、内蔵され
た電気素子と配線基板の配線回路層との接続性を維持
し、内蔵された電気素子の機能が変化することのない信
頼性に優れた電気素子内蔵配線基板を提供することを目
的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
に対して検討を重ねた結果、少なくとも有機樹脂を含有
する絶縁基板と、該絶縁基板の表面および／または内部
に形成された複数層の配線回路層と、絶縁基板内部に設
けられバイアホール内に金属成分を充填してなるバイア
ホール導体と、前記絶縁基板内に少なくとも一対の端子
電極を有する電気素子を内蔵してなる電気素子内蔵配線
基板であって、前記電気素子の端子電極と前記バイアホ
ール導体と直接的に接続するとともに、その端子電極と
バイアホール導体との接続部にＣｕとＳｎとの金属間化
合物を存在せしめることによって、電気素子とバイアホ
ール導体との接続信頼性を高めることができる。

【０００７】なお、かかる本発明においては、バイアホ
ール導体中の金属成分としてＣｕとＳｎとを含み、Ｓｎ
／（Ｃｕ＋Ｓｎ）重量比が０．５〜０．９５と成る比率
で含有されること、また、電気素子の端子電極の最表面
に少なくともＳｎを含む導体層が形成されていることが
望ましい。

【０００８】さらに、前記電気素子の端子電極の前記バ
イアホール導体との接続面の面積が、前記バイアホール
導体の断面積よりも大きくすることによって接続信頼性
をさらに高めることができる。

【０００９】また、前記電気素子が、積層セラミックコ
ンデンサ、特に端子電極が、２個以上の正電極および２
個以上の負電極を有することがインダクタンスを低減す
る上で望ましい。

【００１０】本発明によれば、絶縁基板の内部に、電気
素子を内蔵し、その端子電極とバイアホール導体とを接
続するにあたり、その接続部にＣｕ−Ｓｎ金属間化合物
を生成させる、具体的には、電気素子の端子電極の最表
面にＳｎ含有導体層を形成し、また、バイアホール導体
中にＣｕとＳｎとを含有せしめ、２１０℃以上の温度で
加熱することによって、バイアホール導体中に含有され
るＣｕとＳｎを主体とする金属成分とコンデンサの端子
電極のＳｎとが反応してバイアホール導体とコンデンサ
の端子電極との接続部に、ＣｕやＳｎの他に、Ｃｕ₃Ｓ
ｎもしくはＣｕ₆Ｓｎ₅等の高電気伝導性および耐熱性に
優れたＣｕ−Ｓｎの金属間化合物が生成され、その結
果、バイアホール導体とコンデンサの端子電極との電気
的接続を向上し、半田リフローなどの外部から急激な加
熱が加わった場合においても、端子電極とバイアホール
導体との接続性が変化しないために、コンデンサ等によ
るインダクタンスの上昇を防止し常に安定した機能を発
揮することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の電気素子内蔵配線基板の
一実施例における概略断面図を示す図１をもとに詳細に
説明する。本発明における配線基板Ａは、絶縁基板１の
内部にキャビティ２が形成されており、そのキャビティ
２内に電気素子としてコンデンサ素子３が内蔵されてい
る。また、配線基板Ａのコンデンサ素子３が内蔵される
直上の配線基板Ａ表面には、半導体素子４などの電子部
品が搭載されている。

【００１２】図１に示す配線基板において、絶縁基板１
内に内蔵されるコンデンサ素子３は、２個以上の正電極
と２個以上の負電極を具備するものである。このような
コンデンサ素子３の一例を図２の概略斜視図に示した。
この図２のコンデンサ素子３は、ＢａＴｉＯ₃を主成分
とするセラミック誘電体層５を積層して形成された直方
状の積層体からなる積層型セラミックコンデンサからな
るものであって、その積層体の外表面には、４つの正電
極６ａと４つの負電極６ｂとが独立して均等に配置形成
されている。図２（ａ）のコンデンサ素子においては、
負電極６ｂは各辺の中央部に、正電極６ａは、各角部に
形成されている。

【００１３】また、積層体の各セラミック誘電体層５間
には、図２（ｂ）に示されるようなパターンの正極用内
部電極７ａと図２（ｃ）に示されるようなパターンの負
極用内部電極７ｂとが交互に形成されており、正極用内
部電極７ａは、正電極６ａと、負極用内部電極７ｂは負
電極６ｂと積層体の端面でそれぞれ電気的に接続されて
いる。

【００１４】一方、内蔵された上記の構造のコンデンサ
素子３の電子部品搭載面表面との間の絶縁基板１内部に
は、第１の導体層８、および第２の導体層９が形成され
ている。そして、図３（ａ）のパターン図に示すよう
に、コンデンサ素子３の４つの正電極６ａと第１の導体
層８とは、この正電極６ａから直上に絶縁層を垂直に貫
通して形成されたバイアホール導体１０によって電気的
に接続されている。

【００１５】また、図３（ｂ）のパターン図に示すよう
に、コンデンサ素子３の４つの負電極６ｂと第２の導体
層９とは、この負電極６ｂから直上に絶縁層を垂直に貫
通して形成されたバイアホール導体１１によって電気的
に接続されている。

【００１６】なお、第１の導体層８には、負電極６ｂと
第２の導体層９とを接続するバイアホール導体１１と接
触しないように、導体が形成された開口１２が形成され
ている。

【００１７】そして、コンデンサ素子３の正電極６ａと
接続された第１の導体層８には、さらに、電子部品搭載
面にかけてバイアホール導体１３が形成されており、基
板表面に設けられた正電極用ランド１４と接続されてお
り、また同様に、コンデンサ素子３の負電極６ｂと接続
された第２の導体層９には、さらに、電子部品搭載面に
かけてバイアホール導体１５が形成されており、基板表
面に設けられた負電極用ランド１６と接続されている。

【００１８】そして、絶縁基板１の表面に搭載された半
導体素子４のバンプと、前記正電極用ランド１４および
負電極用ランド１６と電気的に接続されている。（金属間化合物の生成）本発明によれば、配線基板Ａ内
におけるコンデンサ素子３の正電極６ａと負電極６ｂと
直接的に接続されるバイアホール導体１０、１１との少
なくとも接続部に、ＣｕとＳｎとの金属間化合物を存在
せしめることが大きな特徴である。この金属間化合物
は、耐熱性および電気伝導性が高いことから、外部から
の熱サイクルが印加された場合においても、コンデンサ
素子３の電極６ａ、６ｂとバイアホール導体１０、１１
との接続性を損なうことなく強固に接続することができ
る。ＣｕとＳｎとの金属間化合物としては、銅（Ｃｕ）
と錫（Ｓｎ）とが３：１の比率からなるＣｕ₃Ｓｎや、
６：５の比率からなるＣｕ₆Ｓｎ₅が挙げられる。

【００１９】特にＣｕ含有量の多いＣｕ₃Ｓｎを少なく
とも存在させると、バイアホール導体の耐熱性と高電気
伝導性を付与することができる。よって、望ましくは、
金属間化合物として、Ｃｕ₃Ｓｎ、またはＣｕ₃ＳｎとＣ
ｕ₆Ｓｎ₅がともに存在することが望ましい。より具体的
には、バイアホール導体１０、１１のＸ線回折測定にお
いて、２θ＝５７．５°付近に存在するＣｕ₃Ｓｎのピ
ーク高さをＨ１、２θ＝６０°付近に存在するＣｕ₆Ｓ
ｎ₅のピーク高さをＨ２とした時、Ｈ１／Ｈ２が０．５
以上、特に１．０以上であることが望ましい。

【００２０】このような金属間化合物は、バイアホール
導体１０、１１とコンデンサ素子３の端子電極６ａ、６
ｂとの少なくとも接続部に存在すればよいが、特にこの
接続部を含み、バイアホール導体１０、１１中に上記金
属間化合物が存在することによって、バイアホール導体
１０、１１と端子電極６ａ、６ｂとの接続信頼性を高め
るのみならず、バイアホール導体１０、１１における耐
熱性および電気伝導性とも向上させることができる結
果、コンデンサ素子３の端子電極６ａ、６ｂとバイアホ
ール導体１０、１１を介した他の回路との電気的な接続
性をも安定させることができる。

【００２１】このような金属間化合物を生成させるため
には、まず、バイアホール導体１０、１１の少なくとも
端子電極６ａ、６ｂとの接続部における金属成分とし
て、ＣｕとＳｎとを含有することが望ましく、銅（Ｃ
ｕ）および錫（Ｓｎ）とのＳｎ／（Ｃｕ＋Ｓｎ）で表さ
れる重量比が０．５〜０．９５であることが望ましい。
また、前記理由からバイアホール導体１０、１１全体が
上記の比率のＣｕおよびＳｎを含有することが望まし
い。さらには、Ｃｕ₃Ｓｎの生成を促進させるために
は、Ｓｎ／（Ｃｕ＋Ｓｎ）重量比が０．５〜０．７５、
特に０．５〜０．７０、さらには０．５〜０．６５であ
ることが望ましい。

【００２２】これは、前記重量比率が０．５よりも小さ
いと、金属間化合物の生成量が少なくなる結果、銅含有
粉末間および銅含有粉末とコンデンサの端子電極間との
接続性が低くなるために、バイアホール導体を介した表
層に配置した半導体素子の実装部まで、あるいはマザー
ボードとの実装部までの電気伝導性が低く、しかも、リ
フロー時、例えば２４０〜２６０℃でリフローした場合
に、バイアホール導体における金属粉末間や、バイアホ
ール導体とコンデンサの端子電極層との接触状態が容易
に変化して、その間の電気伝導性が低下してしまうおそ
れがある。

【００２３】また、前記重量比率が０．９５よりも大き
いと、銅の絶対量が少なくなるために、前記金属間化合
物の生成量が少なく、しかもＣｕとの金属間化合物を形
成できなかった未反応の錫がバイアホール導体内に、錫
または低融点の錫合金として残存して、同様にリフロー
（２４０〜２６０℃）時などの耐熱性が劣化しやすく、
リフロー時に未反応の錫あるいは低融点の錫合金が溶融
して、バイアホール導体内における金属粉末間や、バイ
アホール導体とコンデンサの端子電極層との接触状態が
容易に変化して電気伝導性が低下しやすくなるためであ
る。

【００２４】また、バイアホール中にはエポキシ樹脂、
フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性
樹脂やセルロース等の樹脂が含まれる場合もある。（コンデンサ電極）また、上記のＣｕおよびＳｎを金属
成分として充填されたバイアホール導体１０、１１との
接続性を高める上で、コンデンサ素子３などの電気素子
の端子電極６ａ、６ｂの最表面に、少なくともＳｎを含
む導体層を有することが望ましく、特に少なくともＣ
ｕ、Ｎｉのうちの少なくとも１種を含む導体層と、該導
体層の表面に少なくともＳｎを含む導体層とが形成され
ていることがより望ましい。

【００２５】より具体的には、コンデンサ素子３の端子
電極６ａ、６ｂは以下のようにして形成される。まず、
平均粒子径１〜５μｍの電解Ｃｕ粉末とＳｉＯ₂、Ｂｉ₂
Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｎＯ等からなる平均粒子径３〜８μ
ｍのフリットガラス粉末に、エチルセルロースやアクリ
ル系のバインダーを混合することによって導体ペースト
を作製し、コンデンサの端面に露出した内部電極を覆う
ように塗布し、８００〜９００℃の温度範囲で焼付けを
行い、３．０〜１５μｍの電極層を形成する。

【００２６】この後、電気めっき法によって上記の電極
層の表面に、１〜５μｍのＮｉ膜を、さらに０．５〜３
μｍのＳｎ膜を電気めっき法によって成膜する。

【００２７】このように端子電極６ａ、６ｂの表面にＳ
ｎを含有する導体層を形成することによって、少なくと
もＣｕとＳｎとを含有するバイアホール導体との接続部
でのＣｕ−Ｓｎ金属間化合物の生成を促進することがで
きる。

【００２８】本発明によれば、上記のように、バイアホ
ール導体１０、１１と端子電極６ａ、６ｂとの接続部に
Ｃｕ−Ｓｎ金属間化合物を生成させることによって、２
６０℃で２分間保持する耐熱試験後においても、バイア
ホール導体１０、１１を経由したコンデンサ素子との体
積抵抗が１×１０^-4Ω−ｃｍ以下、特に５×１０^-5Ω−
ｃｍ以下の非常に優れた導電性を維持することができ
る。

【００２９】本発明の電気素子内蔵配線基板Ａにおける
絶縁基板１の材質としては、上記のようなコンデンサ素
子内蔵構造が形成可能であれば、特に限定するものでは
ないが、あらかじめ形成された複数の電極を具備するコ
ンデンサ素子３を基板内部に埋設した構造を形成する上
では、焼結工程を必要としない有機樹脂を含有する絶縁
材料からなることが望ましい。

【００３０】そこで、以下に絶縁基板が有機樹脂を含有
する絶縁材料からなる本発明の電気素子内蔵配線基板の
製造方法について説明する。

【００３１】まず、エポキシ系樹脂、ポリフェニレンエ
ーテル樹脂などの熱硬化性樹脂、または前記熱硬化性樹
脂と、シリカ、アルミナなどの無機フィラー粉末との混
合材料からなる未硬化状態の絶縁シート、もしくはガラ
ス繊維やアラミド繊維の織布または不織布にエポキシ樹
脂などの熱硬化性樹脂を含浸した、いわゆるプリプレグ
と呼ばれる絶縁シートを準備する。

【００３２】そして、例えば図４の工程図に示すよう
に、上記プリプレグ２０に対して、コンデンサ素子を内
蔵するキャビティ２１をパンチングなどによって形成す
る（ａ）。一方、絶縁シート２２に対してバイアホール
２３を形成しそのバイアホール２３にＣｕ粉末などの導
電性粉末を含有する導電性ペーストを充填してバイアホ
ール導体２４を形成する（ｂ）。

【００３３】上記の導電性ペーストは、コンデンサ素子
との接続部にＣｕ−Ｓｎ金属間化合物を生成させるため
に、以下のようにして調製する。まず、金属成分とし
て、銅粉末、銀粉末を被覆した銅粉末、銅−銀合金粉末
などの銅含有粉末に対して、錫粉末、あるいはＳｎ−Ａ
ｇ−Ｃｕ−Ｂｉからなる合金粉末を、金属成分中の錫
（Ｓｎ）と銅（Ｃｕ）とのＳｎ／（Ｃｕ＋Ｓｎ）で表さ
れる重量比が０．５〜０．９５となる割合に配合する。
そして、この金属成分１００重量部に対して、樹脂分を
１〜６重量部、溶剤を１〜４重量部の割合で添加する。

【００３４】使用する銅含有粉末は、導電性が優れ、分
散性がよい電解銅粉が最も望ましく、平均粒子径は０．
５〜５μｍが望ましい。これは０．５μｍよりも小さい
と、表面が酸化して粉末間の導電性が低下し、５μｍよ
りも大きいと、バイアホール導体への粉末の充填率が低
下し、抵抗が増大するためである。

【００３５】また、前記錫粉末もしくは錫合金粉末の平
均粒子径は１〜１５μｍがよい。これは、１μｍよりも
小さいと表面が酸化して高抵抗化し、１５μｍよりも大
きいと充填率が低下するとともに、錫が局在化して耐熱
性を損ねるためである。

【００３６】樹脂分としては、銅含有粉末や錫含有粉末
の分散性、接着性、耐熱性、保存性、耐候性などの観点
から、アミン系硬化剤や酸無水物と反応するビスフェノ
ールＡ、あるいはビスフェノールＦ、エポキシ樹脂、ト
リアリルイソシアヌレート樹脂などの熱硬化性樹脂のほ
か、ポリメタクリレートやセルロースなども使用でき
る。

【００３７】また、溶剤としては、樹脂分や溶解可能な
溶剤であればよく、例えば、イソプロピルアルコール、
テルピネオール、２−オクタノール、ブチルカルビトー
ルアセテート等が用いられる。

【００３８】上記のようにして調合された組成物を攪拌
脱泡機や３本ロールなどで混練することによりペースト
を作製できる。この混練において、金属粉末と熱硬化性
樹脂が混ざり、錫を主体とした粉末の硬化時の酸化を防
ぐことが出来る。

【００３９】その後、この絶縁シート２２の表面に、導
体層２５を形成する（ｃ）。この導体層２５は例えば、
Ｃｕ箔、Ａｌ箔などの金属箔に絶縁シートの表面に貼着
した後、レジスト塗布、露光、現像、エッチング、レジ
スト除去の工程によって所定のパターンの導体層を形成
する方法、またはあらかじめ、樹脂フィルムの表面に前
記金属箔を貼着して上記と同様にして所定のパターンの
導体層を形成したものを前記絶縁シートの表面に転写す
る方法がある。このうち、後者の方法は、絶縁シートが
エッチング液などにさらされることがなく、絶縁シート
が劣化することがない点で後者の方が好適である。

【００４０】そして、プリプレグ２０のキャビティ２１
内に、最表面にＳｎを含有する導体層が形成された端子
電極を具備するコンデンサ素子２６を設置するととも
に、このプリプレグ２０の上下に、前記（ｂ）（ｃ）の
製造方法を応用して金属成分としてＣｕおよびＳｎを充
填して形成されたバイアホール導体２７や導体層２８、
半導体素子との接続用パッド２９を形成した絶縁シート
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅを積層する。

【００４１】そして、この積層物を前記絶縁シートおよ
びプリプレグ中の熱硬化性樹脂が硬化するに充分な温度
で加熱することにより、図１に示したようなコンデンサ
素子を内蔵した配線基板を作製することができる。

【００４２】この時の熱硬化温度としては、バイアホー
ル導体中のＣｕあるいはＳｎと、コンデンサ素子３の端
子電極表面のＳｎとの反応によって、Ｃｕ−Ｓｎ金属間
化合物を生成させる上で、２００〜２５０℃の温度で
０．５〜５時間、特に１〜３時間程度加熱することによ
って、Ｃｕ₃ＳｎあるいはＣｕ₆Ｓｎ₅からなる金属間化
合物を生成させることができる。

【００４３】

【実施例】実施例（１）ＢａＴｉＯ₃系の複数のセラミック誘電体シート
の表面に、Ａｇ−Ｐｄの金属ペーストを用いて図２に示
したような正極用内部電極や負極用内部電極のパターン
をスクリーン印刷した。その後、それらのシートを温度
５５℃、圧力１５０ｋｇ／ｃｍ²下で積層密着させ、グ
リーンの状態でカッターを用いて切断した後、大気雰囲
気１２２０℃の温度において焼成してコンデンサ素体を
作製した。

【００４４】そして、このコンデンサ素体の外表面に、
Ｃｕ粉末にＳｉＯ₂等を含むガラスフリットを添加した
導体ペーストを正電極形成部および負電極形成部に塗布
して温度８５０℃で焼き付けて１１μｍのＣｕ導体層を
形成し、その後、０．３φの小鉄球の入った内容積５Ｌ
の電気バレルメッキ装置を用いて、３．０μｍのＮｉめ
っき膜と、２．０μｍの厚みのＳｎめっき膜を形成し、
４つの正極の端子電極および４つの負極の端子電極を具
備する図２で示したような８端子型の積層セラミックコ
ンデンサを作製した。なお、このコンデンサ素子は、そ
の寸法が１．６×１．６×０．３（ｍｍ³）、静電容量
が１１．０ｎＦ、自己インダクタンスが８０（ｐＨ）で
ある。

【００４５】（２）Ａ−ＰＰＥ（熱硬化型ポリフェニレ
ンエーテル）樹脂（硬化温度＝２００）５５体積％、ガ
ラス織布４５体積％のプリプレグを準備した。また、同
じくプリプレグの一部に炭酸ガスレーザーによるトレパ
ン加工により収納するコンデンサの大きさよりもわずか
に大きい縦１．７ｍｍ×横１．７ｍｍのキャビティを形
成した。

【００４６】（３）一方、ＰＰＥ（ポリフェニレンエー
テル）樹脂に対しシリカ粉末５０体積％の割合となるよ
うに、ワニス状態の樹脂と粉末を混合しドクターブレー
ド法により、厚さ１５０μｍの複数の絶縁シートを作製
し、それらの絶縁シートに、導体層と半導体素子のバン
プと接続するためのバイアホール導体、およびコンデン
サ素子と導体層とを接続するためのバイアホール導体と
して、パンチングで直径０．２ｍｍのバイアホールを複
数個形成し、表面に銀をメッキした平均粒径が５μｍの
銅粉末と、Ｓｎ合金（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ）粉末と
を表１の比率で混合した金属成分１００重量部に樹脂成
分としてトリアリルイソシアヌレートおよびそのオリゴ
マーを１２重量部添加混合して導電性ペーストを調製
し、これを上記バイアホール内に充填してバイアホール
導体を形成した。

【００４７】（４）一方、ポリエチレンテレフタレート
（ＰＥＴ）樹脂からなる転写シートの表面に接着剤を塗
布し、厚さ１２μｍ、表面粗さ０．８μｍの銅箔を一面
に接着した。そして、フォトレジスト（ドライフィル
ム）を塗布し露光現像を行った後、これを塩化第二鉄溶
液中に浸漬して非パターン部をエッチング除去して正極
用導体層および負極用導体層を形成した。なお、作製し
た配線回路層は、線幅が２０μｍ、配線と配線との間隔
が２０μｍの微細なパターンである。

【００４８】（５）そして、（２）で作製した絶縁シー
トの表面に、転写シートの導体層側を絶縁シートに３０
ｋｇ／ｃｍ²の圧力で圧着した後、転写シートを剥がし
て、導体層を絶縁シートに転写させた。

【００４９】（６）次に、（２）で作製したキャビティ
が形成されたプリプレグのキャビティ内に（１）で作製
した積層セラミックコンデンサチップを仮設置し、チッ
プの周りの隙間にエポキシ樹脂４０体積％、シリカ６０
体積％を充填して仮固定した。

【００５０】その表面に（３）（４）を経て作製された
導体層およびバイアホール導体を有する２枚の絶縁シー
トを積層し、さらに、更にその上に半導体素子搭載面と
なり、バイアホール導体および配線回路層が形成された
１枚の絶縁シートを仮積層しておき、その半導体素子の
実装面とは逆側の表面に、前記（１）で作製した内蔵用
コンデンサを載置し、コンデンサの表面に形成された電
極とバイアホール導体の端部の露出部が当接するように
位置合わせし、有機系接着剤によって仮固定した。

【００５１】（７）そして、この積層物を２２０℃で１
時間加熱して完全硬化させて多層配線基板を作製した。
なお、加熱による樹脂の流動で絶縁シートの空隙が収縮
して絶縁層とコンデンサチップとが密着しチップと絶縁
層との隙間はほとんどなくなっていた。こうして、１層
あたりの絶縁層厚みが０．１０ｍｍの評価基板を作製し
た。

【００５２】作製したコンデンサ内蔵配線基板は、イン
ピーダンスアナライザを用いて、周波数１．０ＭＨｚ〜
１．８ＭＨｚにおいて、インピーダンスの周波数特性を
測定し、同時に、１ＭＨｚでのコンデンサの容量値を測
定し、そして、ｆ₀＝１／（２π（Ｌ・Ｃ）^1/2）（式
中、ｆ₀：共振周波数（Ｈｚ）、Ｃ：静電容量（Ｆ）、
Ｌ：インダクタンス（Ｈ））に基づいて、共振周波数か
らインダクタンスを計算で求めた。

【００５３】また、上記のインダクタンスを熱衝撃試験
（−５５〜１２５℃）半田耐熱後においても同様に測定
した。より具体的には、炭酸ガスを冷媒とし、電気ヒー
タを加熱源とした圧力１ａｔｍのチャンバー内におい
て、−５５〜１２５℃のサイクルを５分毎のサイクルに
よって１００回行った後、２４時間以内に室温にて電圧
０．５Ｖで静電容量とインピーダンスを測定した。

【００５４】また、配線基板におけるコンデンサ端子電
極とバイアホール導体との接続部におけるＣｕ−Ｓｎ金
属間化合物の生成の確認を電子線マイクロアナライザ
（ＥＰＭＡ）によって行なった。またそのＥＰＭＡによ
る定量によって元素の特性Ｘ線強度を算出して、Ｃｕ₃
Ｓｎの析出割合を算出した。また、接続部におけるＳｎ
／（Ｃｕ＋Ｓｎ）の重量比率をＣｕを用いた基準定量法
によって測定、算出した。

【００５５】比較例１図５（ａ）に示すように、コンデンサ素子３１の端子電
極３２と接続する部分のバイアホール導体３３の端部に
銅箔からなるランド部３４を転写法にて形成し、配線基
板の最終的な硬化時にコンデンサ端子電極３２をこのラ
ンド部３４に圧接して接続し、上記と同様にして評価を
行なった。

【００５６】比較例２図５（ｂ）に示すように、コンデンサ素子３１の端子電
極３２と接続する部分のバイアホール導体３３の端部に
銅箔からなるランド部３４を転写法にて形成した後、こ
のコンデンサ端子電極３２とランド部３４とをＰｂ−Ｓ
ｎ半田３５によって、２３０℃で接続固定し、上記と同
様の評価を行なった。

【００５７】

【表１】

【００５８】表１の結果から明らかなように、本発明に
基づき、配線基板のバイアホール導体にＣｕとＳｎ成分
を所定の割合で混合した導体ペーストを用い、且つ、端
子電極の最外層にＳｎ含有導体層を形成することによっ
て、Ｃｕ−Ｓｎ金属間化合物の生成が確認された。しか
も、この金属間化合物の生成によって、従来の圧接によ
る接続、または単なる半田による接続の場合に比較し
て、耐熱性が向上し、半田リフロー後においてもインダ
クタンスの変化が１０％以下と良好な結果を示した。

【００５９】なお、従来の圧接による比較例１（試料Ｎ
ｏ．８）および半田による接続の比較例２（試料Ｎｏ．
９）、バイアホール導体をＣｕのみによって形成した試
料Ｎｏ．１０、また半田によってコンデンサ素子の端子
電極をランド部に半田接続した試料Ｎｏ．９では、いず
れも金属間化合物の生成は認められず、インダクタンス
の変化率が１０％を超えるものであった。

【００６０】

【発明の効果】上述した通り、本発明によれば、絶縁
基板の内部に、電気素子を内蔵し、その端子電極とバイ
アホール導体とを接続するにあたり、その接続部に高電
気伝導性と耐熱性を有するＣｕ−Ｓｎ金属間化合物を生
成させることによって、配線基板の表面に電子部品を実
装する際等の半田リフロー処理後を行なった場合におい
ても、内蔵された電気素子と配線基板の配線回路層との
接続性を維持し、内蔵された電気素子の機能が変化する
ことのない信頼性に優れた電気素子内蔵配線基板を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電気素子内蔵配線基板の概略断面図で
ある。

【図２】本発明で用いられるコンデンサ素子を説明する
ためのものであって、（ａ）は、概略斜視図、（ｂ）は
正極用内部電極のパターン図、（ｃ）は負極用内部電極
パターン図である。

【図３】本発明の配線基板における（ａ）第１の導体層
のパターン図と、（ｂ）第２の導体層のパターン図であ
る。

【図４】本発明の電気素子内蔵配線基板を製造するため
に工程図である。

【図５】比較例におけるコンデンサ素子の端子電極とバ
イアホール導体との接続状態を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

Ａ配線基板１絶縁基板２キャビティ３コンデンサ素子４半導体素子５セラミック誘電体層６ａ正電極６ｂ負電極７ａ正極用内部電極７ｂ負極用内部電極８第１の導体層９第２の導体層１０、１１、１７バイアホール導体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 23/12,25/00 H05K 3/46

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも有機樹脂を含有する絶縁基板
と、該絶縁基板の表面および／または内部に形成された
複数層の配線回路層と、絶縁基板内部に設けられバイア
ホール内に金属成分を充填してなるバイアホール導体
と、前記絶縁基板内に少なくとも一対の端子電極を有す
る電気素子を内蔵してなる電気素子内蔵配線基板であっ
て、前記電気素子の端子電極と前記バイアホール導体と直接
的に接続してなるとともに、前記端子電極と前記バイア
ホール導体との接続部に、ＣｕとＳｎとの金属間化合物
が存在することを特徴とする電気素子内蔵配線基板。
【請求項２】前記バイアホール導体中の金属成分とし
て、ＣｕおよびＳｎを含み、Ｓｎ／（Ｃｕ＋Ｓｎ）重量
比が０．５〜０．９５であることを特徴とする請求項１
記載の電気素子内蔵配線基板。
【請求項３】前記電気素子が、積層セラミックコンデン
サからなることを特徴とする請求項１記載の電気素子内
蔵配線基板。
【請求項４】前記電気素子が、２個以上の正電極および
２個以上の負電極を有する積層セラミックコンデンサか
らなることを特徴とする請求項１記載の電気素子内蔵配
線基板。
【請求項５】前記電気素子の端子電極の最表面に少なく
ともＳｎを含む導体層が形成されてなることを特徴とす
る請求項１記載の電気素子内蔵配線基板。