JP3797245B2

JP3797245B2 - コンデンサ素子を有するプリント基板の製造方法及びプリント基板

Info

Publication number: JP3797245B2
Application number: JP2002042251A
Authority: JP
Inventors: 茂樹河田; 孝一神山
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2002-02-19
Filing date: 2002-02-19
Publication date: 2006-07-12
Anticipated expiration: 2022-02-19
Also published as: JP2003243796A

Description

【０００１】
【発明の実施の形態】
本発明は、コンデンサ素子内蔵型のプリント基板の製造方法及びプリント基板に係り、特に、電気的特性、高密度化に優れたプリント基板の製造方法及びプリント基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電子機器の高密度化、高速化に伴い、プリント基板の高密度化対応、高周波数対応への要求が益々高まっている。高密度化を図る上で実装部品の小型化が進んでいるが、実装歩留りを考えると、現在以上の小型化は限界に近い。また、ＩＣ端子近傍に実装すべきバイパスコンデンサ等の配置条件により、プリント基板の実装設計が非常に困難になってきている。
従来、コンデンサや抵抗といった受動電子部品は、はんだ付実装によってプリント基板と接続されていたが、最近にあっては、高誘電率材料をプリント基板の層間絶縁層に用いた層間コンデンサや局所的に高誘電率材料を充填し、層間コンデンサとして用いる方法が提案され始めてきた。
【０００３】
【発明が解消すべき課題】
しかしながら、前者は層間に用いている高誘電率材料の誘電率が一定なため、異なった容量値が必要な場合には、面積で調整する必要があり、このため設計の自由度や高密度化には不利な製法であることから、一般的には大面積で精度をあまり要しないノイズ低減用のコンデンサを製造する際に用いられている。
後者のプロセスとしては、特開２００１−１５９２８号公報や特開平９−１１６２４７号公報に開示されているように、低誘電率の層にＣＯ₂ やレーザ光やフォトで必要容量面積の開口部を形成し、その開口部に高誘電率材料を充填し、局所的なコンデンサを形成する製法も知られている。しかしながら、この製法の場合には、高誘電率材料の硬化時の硬化収縮や熱膨張率の違いから低誘電率の層と高誘電率材料との界面に間隙が生じ、この間隙に導電体が潜り込んで下部電極と上部電極とが短絡し、コンデンサとして機能しなくなってしまう問題や信頼性に乏しい、といった問題があった。
【０００４】
また更に、上記高誘電率材料にあっては、この高誘電率化を図るために含有されているフィラーの量を増やす傾向にあるため、上部電極（導電層）と高誘電率材料であるペーストとの間の密着強度（ピール強度）が低くなって、はんだ付けリフロー実装時に両者間の熱膨張率の違いにより、上部電極と高誘電率材料との間の界面で剥離が発生するといった致命的な問題があった。また、高誘電率材料のペースト、或いはこの周囲の絶縁層の熱膨張率が大きいため、温度変化によって厚みが変動し、温度特性が悪くなるといった問題もあった。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、コンデンサ素子の上部電極と極間絶縁物との密着強度を向上させて、安価で信頼性及び精度に優れたコンデンサ素子を有するプリント基板の製造方法及びプリント基板を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に規定する発明は、コンデンサ素子を有するプリント基板の製造方法において、基板本体の表面に、コンデンサ素子の下部電極とこの下部電極の周囲に位置された補強ランドとを含む内側配線パターンを形成する工程と、前記下部電極に対応させて高誘電率層を形成する工程と、前記高誘電率層と前記内側配線パターンとを含んで前記基板本体の表面全体に層間絶縁層を形成する工程と、前記層間絶縁層の表面を研磨して前記高誘電率層を露出させる工程と、前記層間絶縁層の所定の箇所に接続用ホールを形成して少なくとも前記補強ランドの表面の一部を含む前記内側配線パターンの表面を露出させる工程と、前記接続用ホールの内面を含んで、前記高誘電率層と前記層間絶縁層との表面全体に導電層を形成する工程と、前記導電層をパターンエッチングすることにより前記補強ランドに接合されている上部電極を含む外側配線パターンを形成する工程と、を有することを特徴とするコンデンサ素子を有するプリント基板の製造方法である。
【０００６】
このように、コンデンサ素子の上部電極は、下部電極の周囲に設けた補強ランドに接合されてこの上部電極が補強ランドに固定された状態となっているので、この上部電極と極間絶縁層である高誘電率層との間の密着強度を向上させることができるのみならず、この高誘電率層及び周囲の層間絶縁層の熱膨張から生じる温度変化による厚み方向の変位も抑制することが可能となって温度特性も向上できる。従って、このプリント基板の信頼性及び精度も向上させることが可能となる。
請求項２に規定する発明は、上記方法発明により製造されたプリント基板を規定したものであり、すなわち、コンデンサ素子を有するプリント基板において、基板本体の表面に設けた下部電極と、前記下部電極の周囲に設けた補強ランドと、前記下部電極上に高誘電率層を介して設けられると共に、その周縁部が前記補強ランドに接続された上部電極と、を備えて前記下部電極と、前記高誘電率層と、前記上部電極とにより前記コンデンサ素子を形成し、前記補強ランドは、前記下部電極の外周を囲むようにして環状に設けられており、前記高誘電率層の流出を防ぐダム機能を持たせるように構成したことを特徴とするプリント基板である。
【０００７】
また、下部電極上に、例えば高誘電率ペーストを塗布して高誘電率層を形成する際に、周囲に環状に設けた補強ランドがダム機能を発揮して上記ペーストが外側へ流れ出ることを防止することが可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係るコンデンサ素子を有するプリント基板の製造方法及びプリント基板の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１及び図２は本発明のコンデンサ素子を有するプリント基板の製造方法を示す工程図、図３は下部電極と補強ランドとの位置関係を示す平面図、図４はコンデンサ素子を示す拡大断面図、図５はコンデンサ素子の上部電極を示す拡大平面図である。
【０００９】
まず、図１（Ａ）に示すように基板本体２の両表面には、例えば銅膜等の導電層よりなる内側配線パターン４が形成されており、この内側配線パターン４の一部に、これより形成されるべきコンデンサ素子の下部電極６及びこの下部電極６の周囲に配置した本発明の特徴とする補強ランド８が含まれている。図示例では、上側の内側配線パターン４の一部に下部電極６と補強ランド８が含まれている。ここで、上記下部電極６と補強ランド８との位置関係は、図３にも示されている。すなわち形成すべきコンデンサ素子の設計容量値にもよるが、この下部電極６は例えば直径Ｄ１が１０００μｍ程度の円形になされており、この下部電極６の周囲に、この外周より所定の間隔Ｄ２、例えば５０〜１００μｍ程度離間させて上記下部電極６を囲むようにして円形リング状の環状になされた補強ランド８を設けている。尚、下部電極６の形状は円形に限定されず、楕円形、三角形、四角形、或いはそれ以外の形状でもよく、更に、補強ランド８は、上記下部電極６の周囲をこれより所定の間隔Ｄ２だけ離間させて囲むようにして設けられる。
【００１０】
上記基板本体２は、例えばガラスエポキシ樹脂よりなるコア材や、このコア材の表面に層間絶縁層と配線パターンとを交互に、単層或いは多層に形成した積層板が対応する。尚、このような積層板をビルトアップ基板とも称す。
そして、上記下部電極６及び補強ランド８の表面を含む内側配線パターン４の全表面には、この内側配線パターン４の形成後、これに積層される樹脂との密着強度の向上を図るためにマイクロエッチング処理がなされている。この場合、エッチング液としては例えばメック社製のＣＺ−８１００等を用いることができる。
【００１１】
次に、図１（Ｂ）に示すように、上記下部電極６上にこれに対応させて、コンデンサ素子の極間絶縁層となる高誘電率層１０を形成する。この高誘電律層１０は、例えばエポキシ樹脂やフェノール樹脂等よりなるバインダー１２中に、例えばチタン酸バリウム等の誘電率の高い粒状、或いは粉状のフィラー１４を混入してなるペースト状の高誘電体物により形成されている。ここでは、このペースト状の高誘電体物（今回用いたものは誘電率：４５程度）をメタルマスク（または＃１８０メッシュスクリーン）を用いて３０μｍ程度の厚みに印刷し、完全に硬化させている。
【００１２】
次に、図１（Ｃ）に示すように、上記高誘電率層１０と前記内側配線パターン４とを含んで上記基板本体２の表面全体に所定の厚さで層間絶縁層１６を形成する。ここでは、上記層間絶縁層１６として、例えばエポキシ樹脂やポリオレフィン樹脂等よりなるペースト状の低誘電率材料（例えば誘電率：３程度）を用いており、これを例えば４０μｍ程度の厚みで塗布して上記高誘電率層１０を埋め込んでいる。この場合、例えば２段階プレス等を用いてその表面をできるだけ平坦化する。
次に、図１（Ｄ）に示すように、上記層間絶縁層１６の表面を研磨して上記高誘電率層１６を露出させて表面を平坦化させる。この場合、例えば不織布バフ（例えばジャブロ社のサーフェイス８００Ｍ）製のローラ１８を用いて上記層間絶縁層１６及び上記高誘電率層１０を同時に表面研磨し、上記高誘電率層１０の厚みがコンデンサ素子の設計容量値になるまで研磨を行う。
【００１３】
次に、図１（Ｅ）に示すように、上記層間絶縁層１６の所定の箇所に例えばＣＯ₂ のレーザ光Ｌを用いて接続用ホール２０を形成して、少なくとも上記補強ランド８の表面の一部を含む上記内側配線パターン４の表面を露出させる。図示例では接続用ホール２０として、上記補強ランド８の一部の表面を露出させる補強用ブラインドビアホール２０Ａ、上記補強ランド８や下部電極６以外の内側配線パターン４の一部の表面を露出させる層間用ブラインドビアホール２０Ｂが形成されている。その他に、図示されていないが、接続用ホール２０として上記基板本体２を反対側へ貫通して貫通スルーホールを形成する場合もある。ここでは、上記接続用ホール２０の内径は、例えば１５０μｍ程度に設定されている。また、接続用ホール２０の形成に際しては、レーザ光Ｌに替えてドリルを用いてもよい。
また、ここでは上記補強用ブラインドビアホール２０Ａとして、図５に示すように上記リング状の補強ランド８に対して略等間隔で４箇所形成しているが、これは少なくとも１箇所設ければよい。
【００１４】
次に、図２（Ａ）に示すように、上記層間絶縁層１６や上記高誘電率層１０の表面に、ＡｒガスやＯ₂ ガス等を用いたＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）によりマイクロエッチング処理（ドライエッチング処理）を施すことにより、この表面を活性化（粗化）させる。この場合、上記層間絶縁層１６や高誘電率層１０を形成する樹脂によっては、過マンガン酸カリウム溶液等を用いてウエットエッチング処理により表面活性化（粗化）させるようにしてもよい。
次に、図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）に示すように、上記接続用ホール２０の内面を含んで、上記高誘電率層１０と上記層間絶縁層１６との表面全体に導電層２２を形成する。具体的には、この導電層２２は、図２（Ｂ）に示すように、先に無電解めっき、またはスパッタ法等によりニッケルまたはニッケル合金等で第１導電膜２２Ａを成膜し、次に、図２（Ｃ）に示すように上記第１導電膜２２Ａ上に電気めっきにより厚い銅膜等よりなる第２導電膜２２Ｂを成膜することにより形成される。
【００１５】
次に、図２（Ｄ）に示すように、上記導電層２２をパターンエッチングすることにより、上記補強ランド８に接合されている上部電極２４を含む外側配線パターン２６を形成する。これにより、上記下部電極６と、上部電極２４と、これらの両電極６、２４間に挟まれた高誘電率層１０とよりなるコンデンサ素子２８が形成されることになる。
このパターンエッチングに際しては、例えばドライフィルムレジストやＥＤレジストを用いて塩化第３銅溶液でパターン形成すればよく、これにより、Ｎｉよりなる第１導電膜２２ＡとＣｕよりなる第２導電膜２２Ｂとをエッチングすることができる。
【００１６】
このように形成された、コンデンサ素子２８の拡大断面図は図４に示されており、また、上部電極２４の拡大平面図は図５に示されている。図４及び図５に示すように、上記上部電極２４の周縁部には、略等間隔で補助リード２４Ａが設けられており、この補助リード２４Ａが上記補強ランド８に接続されている。
以後、層間絶縁層を表面全体に形成した後に、必要に応じて図１及び図２に示す全工程を繰り返し行うことにより、多層のプリント基板を形成することができる。
そして、最後に、必要に応じてはんだ付けランド用のソルダーレジストやシルク印刷、表面処理（金メッキや耐熱フラックス等）を行う。
尚、上記実施例では、上部導電層２２としてＮｉ膜とＣｕ膜とを用いたが、他にＣｒ膜、或いはこれらの金属の合金を用いることができる。
【００１７】
このように、コンデンサ素子２８の上部電極２４の周縁部を、下部電極６の周囲に設けた補強ランド８に接合させて固定させるようにしているので、この上部電極２４と極間絶縁層である高誘電率層１０との間の密着強度を大幅に向上させることが可能となる。
また、上記補強ランド８を上記下部電極６の外周を囲むように環状に設けるようにしたので、上記下部電極６上にペースト状の高誘電率層１０を塗布して形成する際に、上記補強ランド８がダム機能を発揮し、ペースト状高誘電率層１０が外側へ流れ出ることを防止することが可能となり、従って、コンデンサ素子の容量値を設計値の通りに精度良く設定することが可能となる。
【００１８】
上記実施例では、コンデンサ素子２８を有するプリント基板を例にとって説明したが、他の受動素子として、例えば抵抗素子も含んだプリント基板を形成してもよい。
図６はこのようなプリント基板の変形例を示す断面図である。図６に示すように、ここでは基板本体２の下面側に、抵抗素子３０を形成した場合を示している。この抵抗素子３０を形成するには、図１の全工程及び図２（Ａ）〜図２（Ｃ）までは同じ工程であり、最後に、Ｎｉ膜よりなる第１導電膜２２ＡとＣｕ膜よりなる第２導電膜２２Ｂとよりなる導電層２２をパターンエッチングする際に、抵抗素子３０を形成すべき部分に、部分レジストを用いた部分エッチング処理を施すことにより上層の第２導電膜２２Ｂのみを除去すればよい。このように上層のＣｕ膜よりなる第２導電膜２２Ｂの部分を取り除いて下層のＮｉ膜よりなる第１導電膜２２Ａのみを残すことにより、Ｎｉ膜よりなる第１導電膜２２Ａの抵抗素子３０を形成することができる。尚、この抵抗素子３０の両端には、信号の取り出し電極が設けられるのは勿論である。また、ここで”上層”、”下層”の用語は、基板本体２に近い側を便宜上”下層”と表現し、遠い側を”上層”と表現したものである。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のコンデンサ素子を有するプリント基板の製造方法及びプリント基板によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
本発明によれば、コンデンサ素子の上部電極は、下部電極の周囲に設けた補強ランドに接合されてこの上部電極が補強ランドに固定された状態となっているので、この上部電極と極間絶縁層である高誘電率層との間の密着強度を向上させることができるのみならず、この高誘電率層及び周囲の層間絶縁層の熱膨張から生じる温度変化による厚み方向の変位も抑制することが可能となって温度特性も向上できる。従って、このプリント基板の信頼性及び精度も向上させることができる。
特に請求項２に係る発明によれば、下部電極上に、例えば高誘電率ペーストを塗布して高誘電率層を形成する際に、周囲に環状に設けた補強ランドがダム機能を発揮して上記ペーストが外側へ流れ出ることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコンデンサ素子を有するプリント基板の製造方法を示す工程図である。
【図２】本発明のコンデンサ素子を有するプリント基板の製造方法を示す工程図である。
【図３】下部電極と補強ランドとの位置関係を示す平面図である。
【図４】コンデンサ素子を示す拡大断面図である。
【図５】コンデンサ素子の上部電極を示す拡大平面図である。
【図６】プリント基板の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
２…基板本体、４…内側配線パターン、６…下部電極、８…補強ランド、１０…高誘電率層、１６…層間絶縁層、２０…接続用ホール、２２…導電層、２２Ａ…第１導電膜、２２Ｂ…第２導電膜、２４…上部電極、２６…外側配線パターン、２８…コンデンサ素子。

Claims

コンデンサ素子を有するプリント基板の製造方法において、
基板本体の表面に、コンデンサ素子の下部電極とこの下部電極の周囲に位置された補強ランドとを含む内側配線パターンを形成する工程と、
前記下部電極に対応させて高誘電率層を形成する工程と、
前記高誘電率層と前記内側配線パターンとを含んで前記基板本体の表面全体に層間絶縁層を形成する工程と、
前記層間絶縁層の表面を研磨して前記高誘電率層を露出させる工程と、
前記層間絶縁層の所定の箇所に接続用ホールを形成して少なくとも前記補強ランドの表面の一部を含む前記内側配線パターンの表面を露出させる工程と、
前記接続用ホールの内面を含んで、前記高誘電率層と前記層間絶縁層との表面全体に導電層を形成する工程と、
前記導電層をパターンエッチングすることにより前記補強ランドに接合されている上部電極を含む外側配線パターンを形成する工程と、
を有することを特徴とするコンデンサ素子を有するプリント基板の製造方法。
コンデンサ素子を有するプリント基板において、
基板本体の表面に設けた下部電極と、
前記下部電極の周囲に設けた補強ランドと、
前記下部電極上に高誘電率層を介して設けられると共に、その周縁部が前記補強ランドに接続された上部電極と、
を備えて前記下部電極と、前記高誘電率層と、前記上部電極とにより前記コンデンサ素子を形成し、前記補強ランドは、前記下部電極の外周を囲むようにして環状に設けられており、前記高誘電率層の流出を防ぐダム機能を持たせるように構成したことを特徴とするプリント基板。