JP4324615B2

JP4324615B2 - プリント回路埋め込みコンデンサ

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Publication number: JP4324615B2
Application number: JP2006544090A
Authority: JP
Inventors: ティ．クロスウェル、ロバート; ジェイ．ダン、グレゴリー; ビー．レンプコウスキー、ロバート; ブイ．タンゲア、アルーン; サビッチ、ジョビカ
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 2003-12-15
Filing date: 2004-12-14
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2024-12-14
Also published as: CN1894758A; US20050128720A1; JP2007517385A; EP1695360A2; EP1695360A4; WO2005059930A2; WO2005059930A3; US7056800B2

Description

本発明は、一般に、リジッドまたはフレキシブルな、単層または多層の回路基板に集積された、あるいは埋め込まれたコンデンサに関する。

本発明は、一般に、リジッドまたはフレキシブルな、単層または多層の回路基板に集積されたあるいは埋め込まれたコンデンサを製作するのに適した多層箔に関する。
電子技術分野では、より小さいことはよりいいことを意味することが多い。より小さい電子機器を提供するために電子業界では前に使われていた部品よりさらに小さい電子部品を探求している。

コンデンサ（２つの伝導体に挟まれた誘電材料）は、この探求でかなり小さくなった１つの電子部品を表す。しかし、現在の通常のやり方では、ほとんどの場合、回路基板の表面にコンデンサを１つ１つ載せてはんだ付けしている。コンデンサの小型化が進んでいるにもかかわらず、面実装コンデンサの１つは、依然として回路基板の表面積のかなり大きな部分を占め、基板上に「ピック・アンド・プレース」するためにかなり大きなコストを必要としている。たとえば、典型的な携帯電話は、４００箇所を超えるはんだ接合部によって回路基板に結合された２００個を超える面実装コンデンサを含む。回路基板の製作中にコンデンサを回路基板に集積すること、あるいは埋め込むことができれば、面実装コンデンサのスペースとコストをかなり節減することができるであろう。残念ながら、回路基板に集積すること、あるいは埋め込むことができるコンデンサを作る努力は、回路基板上の（たとえば１００ｐＦより大きい容量を必要とする）多くのコンデンサに取って代わるには不十分な容量（たとえば、＜１０ｐＦ／ｍｍ^２）のコンデンサしか生産するに至っていないか、構造およびプロセスが量産規模にはなっていないかのいずれかに終わっている。

プリント回路基板は、一般に銅と、ガラス強化エポキシまたはその他のポリマーとの複数の層からなる。銅はパターニングされて回路の導電素子を形成し、ポリマーは誘電体分離および機械的強靭性を提供する。ポリマーは低誘電率材料であり、したがって、ポリマー誘電体回路の基板内に形成された平行板埋め込みコンデンサは、高い容量密度を提供しない。

誘電率が非常に高いセラミック誘電体は、入手可能ではあるが、一般に硬過ぎて有機プリント回路基板には機械的に適合しない。さらに、セラミック誘電体被膜を形成するために使用される方法には、有機プリント回路基板は適合しない。セラミック誘電体被膜は、一般に化学溶液堆積法（ＣＳＤ）、蒸着法、スパッタリング法、物理気相成長法、化学気相成長法など様々な堆積法によって形成される。しかし、必要な誘電体構造を提供するために、そのような技法は、一般に高温堆積または高温結晶化のいずれかを必要とする。そのような温度は、回路基板基材の有機材料を溶解するか、燃焼するか、あるいは別の方法で劣化させるであろう。

さらに、これらの方法は、２つの点で銅に適合しない。第１に、セラミック誘電体を形成するために必要な高温や酸化状態では、銅はセラミック誘電体と銅の界面で酸化銅の薄い層を形成する。これは、装置全体の性能を劣化させる界面層を実際に形成し、その結果、セラミック誘電体を使用することによって得られる利点をすべてなくしてしまう。第２に、銅によって与えられた還元雰囲気は、過大な濃縮不良を引き起こし、誘電体酸化物層での相形成を阻害する。回路基板部品に適合する温度でセラミック被膜を形成しようとす
る努力は、一般に、結果として生じるセラミックの誘電特性を損なってきた。セラミック誘電体では、良好な誘電特性は複合結晶構造（たとえば灰チタン石）と密接に関連おり、そのような構造を低温では発達させるのが難しいことが明らかである。

ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）やランタンジルコン酸チタン酸鉛（ＰＬＺＴ）などの誘電体酸化物は、灰チタン石結晶構造を持つ高誘電率セラミック誘電体としては特に優れた部類に属する。誘電体酸化物は、ＣＳＤ法によって形成された場合、誘電率が非常に高い、非常に薄くフレキシブルで強靭な層に形成される可能性がある。

薄い銅箔に誘電体酸化物の薄い被覆を加えることによって、適合性のある回路基板積層法を使用して回路基板に追加するように意図された薄い構造体を創り出す、いくつかの方法が提案されてきた。そのような材料が製造され、回路基板構造体に集積され、パターニングされる方法のいくつかの態様が記述されてきたが、様々な用途にユニークなやり方でこれらの方法を使用する改良形態が望ましい。

必要なのは、経済的に製造でき、その構造が現在広く使用されている多層回路基板スタッキング技法に適合するようなリジッドまたはフレキシブルな回路基板に、高誘電率材料で形成されたコンデンサを追加する構造とプロセスである。

本発明は、同じ参照符号が同じ要素を示す添付の図面において、限定としてではなく例として示されている。
これらの図の要素は簡単かつ明瞭に説明するために示されていて、必ずしも正しい縮尺で描かれていないことを当業者は理解するであろう。たとえば、これらの図面の要素のいくつかのサイズは、本発明の実施形態の理解を高めるのに役立てるために他の要素に比較して誇張されている場合もある。

本発明による具体的なプリント回路埋め込みコンデンサを詳細に説明する前に、本発明は、主に、回路基板用埋め込みコンデンサに関する方法の諸工程と装置の構成部品との組合せにあることに留意されたい。したがって、添付の図面では、装置の構成部品および方法の諸工程は、適切な場合は従来の記号によって表されていて、本明細書中の説明の恩恵を受ける当業者には既に明らかであろう詳細で本開示を分かりにくくしないように、本発明の理解に関係のあるそれら個々の詳細だけを示してある。

本発明のユニークで大きな値の分離型埋め込みコンデンサは、完成されたとき少なくとも２つの基材層からなる、プリント回路基板の基礎構造に張りつけられる誘電体箔から開始して形成され得る。本発明の埋め込みコンデンサを含む完成されたプリント回路基板（本明細書中ではプリント回路構造とも呼ばれる）の製作は、誘電材料を結晶化しようとする試みがプリント回路基板基礎構造そのものの元の位置で行われた場合通常かなり劣化されるプリント回路基板材料に適合している。本発明の技法は、プリント回路のはんだ付けに一般に使用されるプロセスにだけ持ちこたえればよい、普通に使用されるプリント回路にも適合している。たとえば、本発明の技法は、２８８℃１０秒のはんだディップ試験に合格し分解温度が３００℃のＦＲ−４として知られるプリント回路材料にも完全に適合している。さらに、本発明の技法は、表面粗度が一般にマイクロメートル単位のＦＲ−４などのプリント回路材料にも完全に適合しており、したがって、従来技術の技法、特に、より高い温度適合性およびより滑らかな表面を提供する一方で、ＦＲ−４より高価で、金属で被覆し処理するのがずっと難しいテフロン（登録商標）やポリイミドなどのポリマー上
への薄膜（１マイクロメートル未満）の真空蒸着に関わる技法とは区別される。

この技法には、誘電性酸化物が最高６００℃までの温度で金属箔層に張りつけられて結晶化された後でプリント回路基礎構造に張りつけられる結晶誘電体酸化物材料を含む箔を伴う。そのような箔を製作する方法は、図１〜４に関連してある程度詳しく記載されている。なお、他の方法を使用することもできる。他の方法の１例は、２００３年６月１９日公開の米国公開特許第２００３／０１１３４４３Ａ１号に記載されている。図１〜４に関連して記載された方法によって形成される電極は比較的薄い（約２５マイクロメートル以下）が、他の方法では、最高約７０マイクロメートルの厚さの少なくとも１つの電極層を有する箔が形成される。

図５〜１０は、プリント回路構造における大きな値の埋め込みコンデンサの形成をある程度詳しく示している。
図１を参照すると、本発明の１実施形態による、剥離可能な回路基板箔２００を製作する方法が示されている。図２には剥離可能な回路基板箔２００の断面図が示されている。工程１０５（図１）で、金属支持層２０５（図２）および伝導金属箔２１０（図２）が形成され、これらは無機解放材２１５（図２）を用いて第１表面で接合される。この無機解放材２１５は、（図３および４に関連して以下に説明するように、結晶誘電体層を剥離可能な回路基板箔２００に追加するために使用される）高温への露出後も、２つの金属層２０５，２１０を分離する機能を有する。この無機解放材は本質的に金属と非金属の同時堆積混合物からなり、２００２年２月１２日チェン（Ｃｈｅｎ）らに発行された米国特許６３４６３３５Ｂ１に記載されている技法などのよく知られた技法を使用して形成され得る。本発明のこの実施形態によれば、金属支持層２０５は、１０マイクロメートルから７５マイクロメートルの間の厚さでよく、たいてい３０マイクロメートルから７０マイクロメートルの間の厚さで使用され、伝導金属箔２１０は、５マイクロメートルから２５マイクロメートルの間の厚さでよく、たいてい１０マイクロメートルから２０マイクロメートルの間の厚さで使用され、無機解放材は０．０３０マイクロメートルより薄くてよい。本発明は、誘電体箔を製作するためのもの（および、最終的には、多層プリント回路基板の１つまたは複数の層にコンデンサを形成するためのもの）であるので、本発明の伝導金属箔２１０は、通常、解放層を有する従来の金属箔（たとえば米国特許６３４６３３５参照）に使用されるものより厚い。たいていの用途向けの金属支持層２０５および伝導金属箔２１０のための最適金属は、銅または銅合金であるが、ニッケルまたはニッケル合金など他の金属を使用することもできる。

工程１１０（図１）で、金属箔層２１０の第２表面２１２は、高温酸化防止バリア層２２０（図２）で被覆され、その結果として生じる被覆された第２表面（２２１）の表面粗度は、０．０５マイクロメートル平均二乗根（ＲＭＳ）より小さい。高温酸化防止バリア層２２０は、誘電体酸化物が約６００℃もの高い温度でよく知られた技法で張りつけられ、熱分解され、結晶化されるもっと後の工程中に、伝導金属箔２１０のいかなる重大な酸化を防止するためにも有効なバリア層であり、１００℃より低い温度で十分に機能する従来の剥離可能な回路基板箔用に使用される典型的な変色防止コーティング材に匹敵する性能上の利点を有する。

この高温酸化防止バリア層は、０．０５マイクロメートルＲＭＳより小さい表面粗度を提供し、一般には０．０１マイクロメートルＲＭＳより小さい表面粗度を提供する、よく知られた技法を使用して、パラジウム、白金、イリジウム、ニッケル、あるいはこれらの金属と、他の物質、たとえば少量のアルミニウムまたはその他の物質との組合せを含む合金または組成物から選択することができる材料を、スパッタリング、無電解めっきまたは電解めっきすることによって、伝導金属箔２１０上に堆積され得る。

無電解または電解ニッケルリンは、多くの用途で高温酸化防止材として有用である。ニッケルリンのリン含有量は、一般に約１〜４０ｗｔ％リンの範囲であり、より詳細には約４〜１１ｗｔ％、さらに詳細には約６〜９ｗｔ％の範囲である。通常、伝導金属箔層２１０を被覆するために選択された技法は、結果として、やはり同じ高温酸化防止バリア層２２５（図２）でだいたい同じ厚さに被覆される金属支持層２０５の第２表面２０７（図２）を生じるが、これは、本発明にとっては必ずしも必要な結果ではない。たとえば、許容される代替技法は、高温酸化防止バリア層が伝導金属箔２１０だけに張りつけられて、金属支持層２０５は被覆されないようにしておくために、めっき工程中は金属支持層２０５の第２表面をレジストまたは他のポリマー材でマスクする工程からなるであろう。従来の剥離可能な回路基板箔、たとえば伝導金属箔の露出された表面がデンドライト形成工程によって故意に粗くされることがある、米国コネティカット州ウォーターベリ（Ｗａｔｅｒｂｕｒｙ）のオリン・コーポレーション・メタルズ・グループ（ＯｌｉｎＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎＭｅｔａｌｓＧｒｏｕｐ）によって販売されているＣｏｐｐｅｒＢｏｎｄ（登録商標）薄銅箔などとは対照的に、本発明の伝導金属箔２１０の結果として生じる表面は、０．０５マイクロメートル平均二乗根（ＲＭＳ）より小さい粗度で、さらにより好ましくは０．０１マイクロメートルＲＭＳより小さい粗度で、滑らかに保たれる。そのような滑らかさは、伝導金属箔２１０および高温酸化防止バリア層２２０を形成するために使用されるよく知られた技法によって提供される。図１に関連して説明した方法によって形成される剥離可能な回路基板箔２００は、出荷、取扱い、および処理中に、しわが寄ったり裂けたりしないように保護するために費用のかかる技法を使用しなくてもよく、従来のプリント回路基板に等しいサイズで都合よく製作され、取り扱われ、出荷され得る。

図３を参照すると、本発明の第２実施形態による、剥離可能な回路基板箔２００から誘電体が剥離可能な回路基板箔４００を製作する方法が示されている。誘電体剥離可能回路基板箔４００の断面図が図４に示されている。工程３０５で、結晶誘電体酸化物層４０５（図４）が剥離可能な回路基板箔２００の伝導金属箔２１０に隣接して形成される。本発明による結晶誘電体酸化物の具体的な例には、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）、ランタニドジルコン酸チタン酸鉛（ＰＬＺＴ）、カルシウムジルコン酸チタン酸鉛（ＰＣＺＴ）、ランタニドチタン酸鉛（ＰＬＴ）、チタン酸鉛（ＰＴ）、ジルコン酸鉛（ＰＺ）、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ）、チタン酸バリウム（ＢＴＯ）およびチタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴＯ）などがある。ＰＺＴ系からなる鉛をベースとした誘電性酸化物、特にＰＣＺＴ組成式ＰｂＣａ_ｘ（ＺｒＯ_０．５２Ｔｉ_０．４８）Ｏ_３（ｘは０．０１〜０．１）からなる組成物は、特に魅力的である。Ｎｉ、Ｎｂ、ＣａおよびＳｒなどの元素を、それらの名前が明確にはついていない化合物に少量追加することによって、電気的性能を向上させることもできる。したがって、本発明の誘電性酸化物は、Ｎｉ、Ｎｂ、ＣａおよびＳｒを少量含むこともできる。

結晶誘電体酸化物は、工程３０５で、化学溶液堆積法（ＣＳＤ）蒸着法、スパッタリング法、物理気相成長法、化学気相成長法など様々な堆積法によって形成される。これらの技法は、一般に、高温堆積または高温結晶化を必要とし、結果として、多結晶形状で、曲げられたときにもコンデンサを形成するための優れた誘電特性を保持しつつ非常に曲げ易い結晶被覆を、伝導金属箔２１０上に形成する。結晶誘電体酸化物層を形成するために使用され得る経済的なよく知られた技法は、ＣＳＤを使用する技法である。結晶誘電体酸化物層を形成するための他の経済的な技法は、粉末または粉末懸濁液を使用する粉末被覆法である。これらの技法によって形成された結晶誘電体酸化物材料は、当技術分野ではよく知られているように、多結晶性であることが非常に多い。結晶誘電体酸化物層４０５は、約０．１〜約１マイクロメートルの厚さで形成され得る。結晶誘電体酸化物層４０５は、ＰＣＺＴである場合、多くの使用向けに０．２〜０．６マイクロメートルの厚さで形成され、１平方ミリメートルあたり１０００ピコファラッド（１０００ｐＦ／ｍｍ^２）を超え、一般的には３０００ｐＦ／ｍｍ^２以上の容量密度を提供し、依然として高生産歩留まり
および必要な( たとえば５ボルトより大きい) 絶縁破壊電圧を提供する。本明細書を通して使用される容量値は、別段の記述がない限り、１メガヘルツに定められる。結晶誘電体層は、０．２マイクロメートルより薄い厚さでＣＳＤまたは粉末被覆法の費用効果の高い方法によって形成された場合、伝導金属箔２１０と電極層４１５の間のピンホール短絡の形で欠陥が生じがちである。スパッタリング法など他の技法は、より薄い結晶誘電体酸化物層を可能にするが、はるかに経済的ではなく、層は薄過ぎて取扱いに耐えられない可能性がある。ディップ・コーティング法および他の技法は、結果として、金属支持層２０５に隣接する犠牲結晶誘電体酸化物層４１０を形成する可能性もあるが、この層は本発明には必ずしも必要ではない。被覆技法によっては、金属支持層２０５上に犠牲結晶誘電体酸化物層４１０の形成を可能にしておくことは、その形成を防止しようとする試みよりも費用がかからないと考えられ、結晶誘電体酸化物層４０５だけが形成された場合に生じ得る箔層のカーリングを減らすのに役立つ場合もある。

図３の工程３０５に関連して説明した方法によって形成された剥離可能な回路基板箔４００は、出荷、取扱い、および処理中にしわが寄ったり裂けたりしないように保護するために費用のかかる技法を使用しなくてもよく、従来のプリント回路基盤と等しいサイズで都合よく製作され、取り扱われ、出荷され得る。次いで、この剥離可能な回路基板箔４００を使用して、フレキシブルまたはリジッド・プリント回路基板スタックの範囲内に（または上に）誘電体層４０５および伝導金属箔層２１０を張りつけ、各々異なる誘電領域を有するコンデンサを形成することができる。これは、剥離可能な回路基板箔４００の誘電体層４０５を、適切な伝導接着物質またはその他の知られた技法を使用して、フレキシブルまたはリジッド・プリント回路基板スタックの伝導金属層面に接着し、次いで、図４の点線４５０、４５５で示されているように、金属支持層２０５、犠牲結晶誘電体酸化物層４１０、および高温酸化防止バリア層２２５を剥離し、続いて、個々のコンデンサを形成するよく知られたエッチング工程および金属堆積工程によって行われる。１実施形態では、単一のコンデンサが、電源層の場合と同じように、プリント回路基板の１つの層全体の範囲内で形成される。

再度図３および４を参照すると、工程３１０（図３）で、電極層４１５（図４）が、スパッタリング法あるいは無電解めっきまたは電解めっきなどのよく知られた技法を使用して、伝導金属箔２１０上で結晶誘電体層４０５に隣接して（すなわち伝導金属箔２１０と対向する結晶誘電体層の表面上で）形成され得る。電極層４１５の典型的な厚さは、２〜２０マイクロメートルである。電極層４１５を張りつけるために使用される技法によっては、電極層４１５とおよそ同じ厚さの犠牲電極層４２０が、金属支持層２０５上で結晶誘電体層４１０に隣接して（すなわち金属支持層２０５と対向する結晶誘電体層の表面上で）形成されることもできるが、これは本発明には必ずしも必要ではない。

電極層４１５を有する剥離可能な回路基板箔は、工程３１５（図３）で、たとえば、エポキシ樹脂を流し、次いで硬化するために圧力と温度を使用するよく知られた技法である、プリプレグ層（ガラス強化Ｂステージ・エポキシ樹脂）に押しつけることによって、回路基板基材に張りつけられることができる。工程３２０（図３）で金属支持層２０５が伝導金属箔層２１０から剥離された場合、図４内で点線４５０，４６０によって示されているように、犠牲電極層４２０も、存在する場合は、剥離される。

ここで、剥離可能な回路基板箔２００，４００およびそれらを製作するプロセスは、フレキシブルおよびリジッド回路基板にコンデンサを追加するのを経済的に容易にする箔を提供することを理解されたい。無機解放層は、熱分解および結晶化の高温にさらされた後も、有効なままである。すなわち、剥離可能な金属支持層および結晶誘電体酸化物の二重の層が（１実施形態で）、平らに形成され、しわが寄ったり折り目がついたりしない箔を提供するのを助け、犠牲金属支持層および誘電性酸化物層は、本発明を使用して容量層を
回路基板に追加するプロセス中に、容易に除去され得る。

図５〜１０は、本発明の第３の実施形態による、プリント回路構造の範囲内の埋め込みコンデンサの製作を示す断面図および流れ図である。図５は、誘電体箔５１０が張りつけられたプリント回路基礎構造５００の小部分の最上層５０５の断面図である。用語「基礎構造」は、様々な段階で製作中のプリント回路基板を指す。プリント回路層は、ＦＲ４など普通に使用されるプリント回路基板材料で形成されることもできるが、最も入手し易い多層プリント回路材料にも適合している。誘電体箔５１０は、上記で説明してきた本発明による箔の実施形態の１例であるが、他の箔も、プリント回路基礎構造に張りつけられた後は、同じ物理的構造を有することができることを理解されたい。本発明の箔によれば、誘電体箔５１０は、いくつかの技法のうちの１つによって最上層５０５の表面に張りつけられる。いくつかの技法では、最上層５０５は、よく知られている「プリプレグ」層である。１つの技法では、電極層４１５の表面が上記に説明したデンドライト成長法などによって故意に粗くされ、箔がプリプログ層に張りつけられ、プリント回路基礎構造が処理されて、接着プロセスを完了する。電極層４１５の表面が滑らかである他の技法では、接着促進物質が電極層４１５の表面に張りつけられ、次いで、プリプレグ層に張りつけられ、プリント回路基礎構造が処理されて接着プロセスを完了する。

これまで説明してきたプロセスは、図１０に示されている諸工程を使用して要約される。工程１００５で、第１電極層（たとえば電極層４１５）、第２電極層（たとえば伝導金属箔層２１０）、第１電極層４１５と第２電極層２１０の間に置かれた結晶誘電体酸化物層（たとえば４０５）（あるいは結晶誘電体酸化物コアと呼ばれる）、および結晶誘電体酸化物層４０５と第２電極層２１０の間にあってこれら２つの層に接触している高温酸化防止バリア層（たとえば２２０）からなる誘電体箔５１０（たとえば箔４００）が製作される。結晶誘電体酸化物４０５は、カルシウムジルコン酸チタン酸鉛からなることができ、厚さは１マイクロメートルより薄くでき、容量密度は１０００ｐＦ／ｍｍ^２より大きくできる。工程１０１０で、箔５１０の第１電極層は、プリント回路基礎構造５００に接着される。

本発明で図１〜４に関連して説明したタイプ以外の箔が使用された場合、高温酸化防止層（たとえば２２０）が、第２電極層２１０と結晶伝導金属箔層４０５の間にあってそれらに接触する代わりに、あるいはそれに追加して、第１電極層４１５と結晶伝導金属箔層４０５の間にあってそれらに接触して形成される得ることが理解される。

工程１０１５（図１０）で、第２電極層２１０および高温酸化防止バリア層２１０の複数の部分６５０（図６）は、複数のコンデンサの各々の上面電極６０５，６１０，６１５を形成し、結晶誘電体酸化物層４０５の露出部分６５０を形成するために選択的に除去される。この選択的除去には、一般にプリント回路製造業者によって行われる、よく知られたフォトリソグラフィ技術によるパターニングおよびエッチングの技法が使用される。図６は、工程１０１５が完了した後の、本発明の第３の実施形態による、プリント回路基礎構造５００の断面図である。この実施例では、３つの上面電極６０５，６１０，６１５、ならびに２つの回路ランナ６２０，６２５が、エッチングよって作られている。これらの電極および回路ランナの３次元形は、本明細書中に記載されている工程が完了した後のプリント回路基礎構造５００の部分の斜視図である図１１を見ることによってよりよく理解することができる。プリント回路基礎構造５００は、追加の埋め込みコンデンサを含み得る追加の層が付加されるので、あるいは、層が何も追加されない場合は集積回路などの表面取り付け部品が追加され得るので、この時点では完成していなくてもよい。第２電極層２１０および酸化防止層２２０の部分の除去は、結晶誘電体酸化物層４０５の複数の部分６５０も露出する。

工程１０２０（図１０）で、結晶誘電体酸化物層４０５の複数の部分７０５（図７）は、絶縁された誘電体コア７１５を有する複数のコンデンサのうちの１つまたは複数のコンデンサを形成するために、および第１電極層の露出部分７１０を形成するために、結晶誘電体酸化物層４０５の露出部分６５０の範囲内で選択的に除去される。図７は、工程１０２０が完了した後の、本発明の第３の実施形態による、プリント回路基礎構造５００の部分の断面図である。本発明は、第２電極２１０のパターンニングによって露出部分６５０の範囲内で結晶誘電体酸化物層４０５の部分７０５を選択的に除去するこのユニークな工程によって、１つまたは複数の分離されたコンデンサを提供する。なお、この文脈で使用される「の範囲内で（within）」は、結晶誘電体酸化物層４０５の露出部分６５０の一部または全部が除去されることを意味する。除去された部分７０５は、結晶誘電体層４０５の他の部分から分離された誘電体コア７１５の物理的分離を達成するために、各分離された誘電体コア７１５のまわりを取り囲む部分を含むことができる。第１電極の露出部分７１０は、一般に、分離された誘電体コア７１５の下で下面電極７２０を形成する第１電極の部分への電気的接続を形成するのに十分大きい各分離された誘電体コア７１５に隣接する領域７２５を含む。特定の回路要件は、他のコンデンサから１つのグループとして分離された２以上のコンデンサに結合された信号を有し、それによって、ただ１つのビアがそれらの下面電極の表面端子への接続を提供するために第１電極層４１５の領域を必要とすることもあるが、各分離されたコンデンサの下の下面電極７２０への回路ランナは依然として必要であろう。

結晶誘電体酸化物層４０５にパターニングすることの主な利点は、第１電極層４１５の部分を露出し、下面電極がパターンニングされるようにすることができることである。これは、たとえば、環状クリアランスが将来穴を開けてめっきされるスルーホールの位置のまわりにパターニングされ得るようにするために不可欠である。環状クリアランスがないと、めっきされたスルーホールはいずれも必ずそれを共用しているいずれかのコンデンサの第１電極に短絡することになる。１実施形態では、全ての埋め込みコンデンサは、第２電極層４１５であるアースに接続される減結合コンデンサである。この場合、下面（アース）電極は、コンデンサを互いに分離するようにパターニングされなくてもよい。しかし、本発明によって提供された環状クリアランスがないと、めっきされたスルーホールは全てアースに短絡されてしまうであろう。

結晶誘電体酸化物層４０５の部分の選択的除去を行う手段には、軽石スクラビング、その他の研磨技法、サンド・ブラスト、レーザー・スクライビングなどの技法がある。軽石スクラビング、その他の研磨技法、またはサンド・ブラストの場合、上面電極６０５，６１０，６１５は、（上面電極６０５，６１０，６１５の材料および厚さ、ならびに、使用された技法および手段、たとえばサンド・ブラストの粒子のタイプに応じて）厚さの過大な劣化なしに、除去技法に十分に耐えることができる。あるいは、上面電極６０５，６１０，６１５の上に残されたフォトレジスト物質が（図５〜１１に示されていない）、十分な保護を提供することができる。除去手段が工程１０２５で使用される前に、分離された誘電体コア７１５の上面電極６１５の追加保護のために、フォトレジストまたはその他の保護物質が代替的に追加されてもよい。フォトレジストまたはその他の保護物質は、共用誘電体コアを有するコンデンサが使用される領域７５０全体にも必要とされる可能性がある。本発明は、従来技術による技法よりかなり大きな容量密度の分離されたコンデンサを提供することができるので、共用誘電体コアを使用するコンデンサに対する必要性は実質的に少なくなっているが、場合よってはそのようなコンデンサも保証され得る。この例から分かるように、本発明は両方のタイプに対応している。

工程１０２５（図１０）で、その露出部分７１０の範囲内の第１電極層４１５の部分８０５，８１０（図８）は、分離された誘電体コア７１５を有する１つまたは複数の分離されたコンデンサの各々の下面電極７２０への電気的接続を形成し提供するために選択的に
除去される。図８は、工程１０２５が完了した後の本発明の第３実施形態によるプリント回路基礎構造５００の部分の断面図である。この文脈で使用される「の中の（within）」は、第１電極層４１５の露出部分７１０の一部または全部が除去されることを意味する。除去された部分は、下面電極７２０を（共用または分離された）他のコンデンサから分離する部分８０５，８１０を含む。残りの部分は、分離された誘電体コア７１５の下の下面電極、下面電極７２０を完成されたプリント回路構造の他の部品に接続する領域８２０，および共用コンデンサの下にあってそれらを接続する部分８３０である。

工程１０３０（図１０）で、露出された表面は、プリプレグや樹脂被覆箔などの適合性の誘電体材料９０５でオーバーレイされる。図９は、工程１０３０およびそれに続く諸工程が完了した後の、本発明の第３実施形態による、プリント回路基礎構造５００の部分の断面図である。露出された表面は、少なくとも上面電極６０５，６１０，６１５の表面と、共用コンデンサの上面電極６０６、６１０およびランナ６２０、６２５の下にある結晶誘電体層４０５の露出された共用部分と、分離された誘電体コア７１５の露出された上面電極６１５と、分離された誘電体コア７１５の両面と、第１電極４１５の露出された表面と、プリント回路基礎構造の最上層５０５の露出された領域とを含む。適合性物質９０５は、露出された表面を、表面の形状に合わせて被覆することができ、被覆された伝導部品間で十分な誘電体分離を提供することができ、新しい伝導層をプリント回路基礎構造に追加するために使用することができ、電気ビアを形成するように作用することができるような特性を有するいかなる物質でもよい。

工程１０３５（図１０）で、ブラインド・ビア９２１，９３１，９４１，９５１およびめっきされたスルーホール９１１を使用して、端子９１０，９２０，９３０，９４０，９５０が形成される。図９は、工程１０３５が完了した後の、本発明の第３の実施形態による、プリント回路基礎構造５００の部分の断面図である。ブラインド・ビア９２１、９３１、９５１は、上面電極６０５，６１０，６１５を電気的に接続するために使用される。ブラインド・ビア９４１は、分離されたコンデンサの下面電極７２０に結合するために使用される。あるいは、ブラインド・ビア９４１は、接地板などのエリア機能を提供するように形成され、複数のコンデンサの共用の下面電極７２０の共用位置への接続を提供することができる。めっきされたスルーホール９１１は、プリント回路基礎構造５００の領域全体７５０（共用部分）の下の第２電極層４１５に結合するために使用される。これらのビアおよびスルーホールは、従来の技法によって形成され、端子は従来の技法によって追加される。

上記の説明から、プリント回路基礎構造５００から形成されたプリント回路構造に埋め込まれた複数のコンデンサは、プリント回路構造の第１基材層をオーバーレイしているパターニングされた第１電極、パターニングされた第１電極の上にあるパターニングされた結晶誘電体酸化物コア、パターニングされた結晶誘電体酸化物コアの上にあるパターニングされた第２電極、および、結晶誘電体酸化物層と第２電極の両方の間にあってそれらに接触しているパターニングされた高温酸化防止層からなっている、と説明され得ることが理解されるであろう。パターニングされた第２電極は、パターニングされた結晶誘電体酸化物コアの境界内にあり、パターニングされた結晶誘電体酸化物コアは、パターニングされた第１電極の境界内にある。パターニングされた第１電極は、パターニングされた第１電極に接触しないめっきされたスルーホールのためのクリアランスを提供する、パターニングされた結晶誘電体酸化物コアによって露出されている少なくとも１つの環状クリアランスを含むことができ、１つまたは複数のコンデンサのための下面電極である領域、および、ブラインド・ビアへの接続を提供する、パターニングされた結晶誘電体酸化物コアによって露出される、対応する少なくとも１つの隣接する領域を含むことができる。

集積回路およびその他の電気部品、特に、面実装タイプの電気部品は、現在、集積回路
および他の電気部品の端子間の伝導距離が非常に短いので、本発明を使用することによって、かなり高い値の分離されたコンデンサに経済的に結合され得ることが理解される。たとえば、集積回路の端子は、集積回路の端子の分離箇所が正方形のコンデンサの１面に本質的に等しい場合は、分離されたコンデンサの上面電極の端子の上に直接配置され、同じ集積回路の別の端子は、分離されたコンデンサの下面電極に結合された端子の上に直接配置され得る。このような実施例では、幅が１５ミリメートルの集積回路は、約２２５平方ミリメートルで、集積回路の反対側に１５ミリメートル離れて配置された集積回路の２つの端子に本質的に直接結合された、およそ０．６マイクロ・ファラッドを提供する、本発明のコンデンサを有することができる。集積回路とコンデンサの間の伝導体の全長は１００マイクロメートルより短くてよい。あるいは、０．０１マイクロ・ファラッドより大きい値の１０個のバイパスまたは減結合コンデンサが、同様の非常に短い合計伝導長を使用して１つのＩＣの２つの端子に結合され得る。

次に図１２を参照すると、電気ブロック図が、上記に説明した本発明の諸実施形態による、埋め込みコンデンサを組み込んだ電子装置１２００を示している。この電子装置は、電源１２０５を有する多層プリント回路基板１２０１を使用するいかなる電子装置であってもよい。電源１２０５は、集積回路１（ＩＣ１）１２２０、ＩＣ２１２１５、および少なくとも１つの電力減結合コンデンサ１２６０に結合されるＤＣ供給電圧１２０６を発生させる。図１１の端子９２０および９３０に接続されているものなど、共用のアース端子９１０を有する複数の電力減結合コンデンサ１２６０があり得る。電子装置１２００の場合、電力減結合コンデンサ１２６０は、電源１２０５と同様に、シャーシ・アース１２５０に結合される。ＩＣ１１２２０は、内部抵抗１２７４および外部の埋め込み結合コンデンサ１２７０によってフィルターされ、フィルター済み信号１２７２としてＩＣ１１２２０に戻される内部信号１２７１を発生する。埋め込み結合コンデンサ１２７０は、図１〜１１に関連して上記に説明した本発明の諸実施形態による、分離された誘電体コアを有する高容量密度のコンデンサである。ＩＣ１１２２０は、抵抗１２２４および埋め込み結合コンデンサ１２２５によってフィルターされる別の信号１２２１を発生する。フィルター済み信号１２２７は、ＩＣ２１２１５に結合される。埋め込み結合コンデンサ１２２５も、図１〜１１に関連して上記に説明した本発明の諸実施形態による、分離された誘電体コアを有する高容量密度のコンデンサである。ＩＣ２１２１５は、ＲＦアース１２４０にアースされる無線周波数（ＲＦ）出力増幅器を有する。ＲＦ増幅器１２３０の出力は、同様にＲＦアース１２４０に結合される同軸ケーブル１２３０によってアンテナ１２１０に結合される。２つの埋め込み減結合コンデンサ１２３５，１２３６は、２つの望ましくないＲＦ信号（たとえばスプリアス周波数）に対するＲＦアースへのバイバス・フィルタリングを提供する。この場合、２つの埋め込み減結合コンデンサ１２３５，１２３６は、高容量密度のコンデンサであり、ＲＦアース１２４０に接続された共用の下面電極を有するが、ＲＦアース１２４０は、プリント回路基板１２０１の同一埋め込み層にある他のコンデンサの下面電極からは分離される。この電子装置は、携帯電話、パーソナル・デジタル・マネジャー、おもちゃ、電気器具、試験装置、制御装置、コンピュータ、兵器、表示装置、テレビなどの電子装置１２００の機能を実行するパターニングされた抵抗を使用することができるいかなる電子装置をも表す。このような装置は全て本発明から利益を得ることができる。

上記の説明では、本発明ならびにその利点および効果を、特定の実施形態に関連して述べてきた。しかし、様々な修正および変更が、添付の特許請求の範囲内に述べられている本発明の範囲から逸脱することなく行われ得ることを当業者は理解する。したがって、説明および図面は制限の意味ではなく、例示の意味で考えられるべきであり、そのような修正は全て本発明の範囲内に含まれるものとする。利点、効果、課題の解決策、およびあらゆる利点、長所、または解決策を生じさせるか、またはより顕著にする任意の１つまたは２つ以上の要素は、請求項のいずれかまたはすべての重要な、必要な、または不可欠な特
徴または要素として解釈されるべきでない。

本明細書で使用する場合、用語「からなる（comprises ）」、「からなっている（comprising）」、またはその用語のあらゆる他の変形は、構成要素について明細書に記載されたプロセス、方法、物品、または装置が、それらの構成要素のみを包含しているものではなく、明細書に明示的に挙げられていない、またはこのようなプロセス、方法、物、または装置に本来備わっている、他の構成要素を含むものとする。本明細書で使用する場合、「含んでいる（including ）」および／または「有している（having）」は、非排他的な包括物と定義される。

本発明の１実施形態による剥離可能な回路基板箔を製作する方法を示す流れ図。図１に関連して説明した方法によって製作された剥離可能な回路基板箔の断面図。本発明の第２実施形態による剥離可能な回路基板箔を製作する方法を示す流れ図。図３に関連して説明した方法によって製作された剥離可能な回路基板箔の断面図。本発明の第３実施形態による、様々な製作段階における少なくとも１つの分離された、大きな値の埋め込みコンデンサを含むプリント回路基礎構造の小部分の最上層の断面図。本発明の第３実施形態による、様々な製作段階における少なくとも１つの分離された、大きな値の埋め込みコンデンサを含むプリント回路基礎構造の小部分の最上層の断面図。本発明の第３実施形態による、様々な製作段階における少なくとも１つの分離された、大きな値の埋め込みコンデンサを含むプリント回路基礎構造の小部分の最上層の断面図。本発明の第３実施形態による、様々な製作段階における少なくとも１つの分離された、大きな値の埋め込みコンデンサを含むプリント回路基礎構造の小部分の最上層の断面図。本発明の第３実施形態による、様々な製作段階における少なくとも１つの分離された、大きな値の埋め込みコンデンサを含むプリント回路基礎構造の小部分の最上層の断面図。本発明の第３実施形態による、少なくとも１つの分離された、大きな値の埋め込みコンデンサを含むプリント回路基礎構造を製作するために使用されるいくつかの工程を示す流れ図。本発明の第３の実施形態による、図５〜８に関連して説明したプリント回路基礎構造を含むプリント回路基礎構造を示す斜視図。図１〜１１に関連して説明した本発明の諸実施形態による埋め込みコンデンサを組み込んだ電子装置を示す電気的ブロック図。

Claims

プリント回路構造に埋め込まれた複数のコンデンサを製作する方法であって、
第１電極層と、第２電極層と、前記第１電極層と前記第２電極層の間に配置された、厚さが１マイクロメートルより薄く容量密度が１０００ｐＦ／ｍｍ^２より大きい結晶誘電体酸化物層と、前記結晶誘電体酸化物層と前記第１および第２電極層の少なくとも１つとの間にあってそれらに接触している高温酸化防止バリア層と、からなる箔を製作する工程と、
前記箔の前記第１電極層をプリント回路基礎構造に接着する工程と、
前記第２電極層の複数の部分を選択的に除去して、複数のコンデンサの各々の上面電極を形成し、前記結晶誘電体酸化物層の露出部分を形成する工程と、
前記結晶誘電体酸化物層の複数の部分を前記結晶誘電体酸化物層の露出部分の範囲内で選択的に除去して、前記第１電極層の露出部分を形成する工程と、
前記第１電極層の複数の部分を前記第１電極層の露出部分の範囲内で選択的に除去して、前記複数のコンデンサの各々の下面電極を形成する工程と、からなり、
前記高温酸化防止バリア層が、該高温酸化防止バリア層が接触している第１電極層の複数の部分および第２電極層の複数の部分の一方と同時に除去される、方法。
プリント回路構造に埋め込まれた複数のコンデンサを製作する方法であって、
第１電極層と、第２電極層と、前記第１電極層と前記第２電極層の間に配置された、厚さが１マイクロメートルより薄く容量密度が１０００ｐＦ／ｍｍ ^２より大きい結晶誘電体酸化物層と、前記結晶誘電体酸化物層と前記第１および第２電極層の少なくとも１つとの間にあってそれらに接触している高温酸化防止バリア層と、からなる箔の前記第１電極層をプリント回路構造のプリント回路基礎構造に接着する工程と、
前記第２電極層の複数の部分を選択的に除去して、複数のコンデンサの各々の上面電極を形成し、前記結晶誘電体酸化物層の露出部分を形成する工程と、
前記結晶誘電体酸化物層の複数の部分を前記結晶誘電体酸化物層の露出部分の範囲内で選択的に除去して、前記第１電極層の露出部分を形成する工程と、
前記第１電極層の複数の部分を前記第１電極層の露出部分の範囲内で選択的に除去して、前記複数のコンデンサの各々の下面電極を形成する工程と、からなり、
前記高温酸化防止バリア層が、該高温酸化防止バリア層が接触している第１電極層の複数の部分および第２電極層の複数の部分の一方と同時に除去される、方法。
前記第１電極層の複数の部分を選択的に除去する工程が、めっきされたビアおよびめっきされたスルーホールのうちの１つへの電気的接続を提供するために前記分離された誘電体コアの領域の向こうで下面電極を形成する工程をさらに含む、請求項１または２に記載の方法。
前記結晶誘電体酸化物層の複数の部分が研磨およびレーザー・スクライビングのうちの１つによって選択的に除去される、請求項１または２に記載の方法。
前記結晶誘電体酸化物層の複数の部分を選択的に除去する工程は、除去されない第１電極層と結晶誘電体酸化物層との部分を保護するフォトレジストを前記上面電極の上に提供することをさらに含む、請求項１または２に記載の方法。
前記第１電極層の複数の部分を選択的に除去することおよび前記第２電極層の複数の部分を選択的に除去することは、フォトリソグラフィにより除去することからなる、請求項１または２に記載の方法。
前記結晶誘電体酸化物層の容量密度が３０００ｐＦ／ｍｍ ^２以上である請求項１または２に記載の方法。