JP4683770B2

JP4683770B2 - 電気素子内蔵配線基板およびその製法

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Publication number: JP4683770B2
Application number: JP2001164635A
Authority: JP
Inventors: 昭哉藤崎
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-05-31
Filing date: 2001-05-31
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2021-05-31
Also published as: JP2002359319A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、多層配線基板および半導体素子収納用パッケージなどに適し、特に、絶縁基板内部に電気素子が内蔵されている電気素子内蔵配線基板およびその製法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、電子機器の高性能化および小型化の要求に伴い、回路部品の高密度、高機能化に対応した配線基板が要求されている。このような配線基板としては、少なくとも有機樹脂を含有する絶縁層を複数積層して形成された絶縁基板の表面および／または内部に、複数の配線回路層と、これらの配線回路層を絶縁層の厚み方向に接続するビアホール導体が形成されたものが知られており、さらに、この配線基板の内部に積層コンデンサや半導体素子等の電気素子が半田や導電性接着剤等の接合剤により接続されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような電気素子内蔵配線基板では、配線基板に内蔵される積層コンデンサや半導体素子等の電気素子が導電性接着剤により接続され加熱加圧されることから、内蔵される電気素子の端子電極の間隔を狭くした場合に、この端子電極に塗布された導電性接着剤が変形して広がり、近接する端子電極間に架橋して配線回路層が短絡するという問題があった。
【０００４】
また、配線基板の小型高密度化による配線回路層の細線化とビアホールの小径化および積層コンデンサ等の電気素子の小型化に伴う端子電極の小型化と端子電極の狭ピッチ化のために、端子電極と、配線基板に形成されたビアホール導体や配線回路層とは、接続部の小面積化や接続位置のずれにより接続が困難となり、配線基板の電気抵抗の増加やインピーダンス整合ができなくなるという問題があった。
【０００５】
また、配線基板に形成されるビアホールの小径化やビアホール数の増加に伴う加工時間の増大や、ビアホール加工時に発生する加工屑の除去工程の増加のために、製造コスト高になるという問題があった。
【０００６】
従って、本発明は、電気素子の端子電極と配線基板の配線回路層やビアホール導体と、ビアホールを加工することなく電気的接続を改善できる電気素子内蔵配線基板およびその製法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題に対して検討を重ねた結果、電気素子内蔵配線基板を形成するにあたり、配線基板の内部に、電気素子が接続される側の絶縁層として、導電性粒子と熱硬化性樹脂からなる導電性粒子分散絶縁シートを用いて加熱加圧を行い、電気素子の突起状端子電極をこの導電性粒子分散シートに埋設し、端子電極の領域に導電性粒子による凝縮部を形成することにより、配線基板内部の配線回路層やビアホール導体と電気的に安定に接続できる電気素子内蔵配線基板を提供できることを知見し、本発明に至った。
【０００８】
即ち、本発明の電気素子内蔵配線基板は、少なくとも有機樹脂を含有する第１及び第２絶縁層を有する絶縁基板と、前記第１及び第２絶縁層の間に形成された配線回路層と、を具備する配線基板と、前記第１絶縁層に内蔵された、端子電極を有する電気素子と、を備えた電気素子内蔵配線基板において、前記第１絶縁層は、導電性粒子を含有しつつ、前記電気素子と前記配線回路層との間および前記電気素子の少なくとも１つの側方に配されており、前記導電性粒子は、前記電気素子の端子電極と前記配線回路層とを電気的に接続する凝縮部を構成する複数の第１導電性粒子と、前記電気素子の少なくとも１つの側方に配された複数の第２導電性粒子と、を含むことを特徴とするものである。
【０００９】
このような構成によれば、配線基板の配線回路層やビアホール導体と、電気素子の端子電極とを、半田や導電性接着剤等の接合剤を用いることなしに接続することから、加熱加圧時に接合剤の変形や広がりが抑制され、電気素子と、配線基板内部の配線回路層やビアホール導体との接続性を高めることができる。
【００１０】
また、端子電極の位置に導電性粒子を含む凝縮部を確実に形成できることから、配線基板内部の配線回路層やビアホール導体と、電気素子の端子電極との位置のずれを無くして接続でき、配線基板の電気抵抗の増加を抑制し、インピーダンス整合を高めることができる。
【００１１】
上記電気素子内蔵配線基板では、前記絶縁基板は、前記第１絶縁層のみが前記導電性粒子を含有するように構成されていることが望ましい。
【００１２】
上記電気素子内蔵配線基板では、前記第１絶縁層を貫通し、前記配線回路層に電気的に接続された凝縮ビアを更に備え、前記凝縮ビアは、複数の第３導電性粒子により構成されていることが望ましい。
【００１３】
上記電気素子内蔵配線基板では、導電性粒子が略球状粒子であることが望ましい。このように凝縮部を構成する導電性粒子の形状を略球状とすることにより、導電性粒子同士の接触点において絶縁層に含まれる熱硬化性樹脂を排除し、電気的接続性を高めることができる。
【００１４】
上記電気素子内蔵配線基板では、導電性粒子の平均粒径が１０μｍ以下であることが望ましい。このように平均粒径の小さい導電性粒子を用いることにより、絶縁層内部における導電性粒子の均一分散性を高め、凝縮部とそれ以外の部分の電気抵抗差を大きくでき、凝縮部における電気的接続性を高めることができる。
【００１５】
上記電気素子内蔵配線基板では、電気素子が該電気素子の少なくとも主面側に突起状の端子電極を具備することが望ましい。このように端子電極が電気素子の主面側に凸状に形成されているため、この突起状の端子電極が絶縁層に形成される導電性粒子を強制的に押し込むことにより、凝縮部の密度を高め、電気素子に形成された端子電極と配線回路層やビアホール導体との電気的接続性を高めることができる。
【００１８】
上記電気素子内蔵配線基板では、電気素子において、最近接する端子電極間距離が４００μｍ以下であることが望ましい。電気素子の接続部として、導電性粒子による凝縮部を形成することにより、半田や導電性接着剤等の接合剤を用いる場合のような、接合剤の変形や広がりが抑制できることから、配線基板の配線回路層や電気素子の端子電極の間隔を狭くできる。
【００１９】
上記電気素子内蔵配線基板では、電気素子が内部電極層と誘電体層とを交互に積層して形成された積層コンデンサであることが望ましい。
【００２０】
配線基板に内蔵される電気素子が積層コンデンサであれば、より小型化された電気素子を用いて配線基板の静電容量およびインダクタンスを効果的に制御でき、電気素子内蔵配線基板としてその有用性を高めることができる。
【００２１】
本発明の電気素子内蔵配線基板の製法は、（ａ）電気素子の少なくとも一方主面に突起状の端子電極を形成する工程と、
（ｂ）未硬化または半硬化の熱硬化性樹脂および無機フィラーを含有する絶縁シートを形成する工程と、
（ｃ）未硬化または半硬化の熱硬化性樹脂および導電性粒子を含有する導電性粒子分散絶縁シートを形成する工程と、
（ｄ）前記無機フィラーを含有する絶縁シートの所定箇所にビアホール導体を形成する工程と、
（ｅ）可とう性フィルムの表面に金属箔からなる配線回路パターンが形成された転写シートを形成する工程と、
（ｆ）（ｄ）工程によって得られた絶縁シートの表面に転写シートを熱圧着して、配線回路パターンが形成された配線回路シートを形成する工程と、
（ｇ）（ｃ）工程のよって得られた導電性粒子分散絶縁シートの表面に転写シートを熱圧着して、配線回路パターンが形成された導電部形成配線回路シートを形成する工程と、
（ｈ）（ｆ）工程によって得られた前記複数の配線回路シートの層間に、（ｇ）工程によって得られた前記導電部形成配線回路シートを少なくとも１層積層するとともに、前記配線回路シートと前記導電部形成配線回路シートとの層間の所定位置に電気素子を載置した仮積層体を作製する工程と、
（ｉ）前記仮積層体を加熱加圧して、前記絶縁シートおよび導電性粒子分散絶縁シート中に含まれる前記熱硬化性樹脂を硬化するとともに、前記電気素子に形成された突起状の端子電極の延長方向に導電性粒子を含む凝縮部を形成する工程と、
を具備する製法である。
【００２２】
この製法によれば、予め形成した配線回路パターンを未硬化の絶縁シートに転写することにより、配線回路パターンをその表面に埋設して形成し、一括硬化により容易に配線基板を形成できる。
【００２３】
また、この電気素子の端子電極と、配線基板に形成された配線回路パターンやビアホール導体とを一括硬化時に接合し、電気素子を配線基板の内部に一括して内蔵できる。
【００２４】
さらに、電気素子が当接する絶縁層として、導電性粒子と熱硬化性樹脂とを混合して形成した導電性粒子分散絶縁シートを用いることにより、半田や導電性接着剤等の接合剤を付与することなしに、電気素子を配線基板の配線回路層やビアホール導体に容易に接続できる。
【００２５】
そして、本発明の製法によれば、電気素子や配線回路層と接続されるビアホール導体を加工する必要がないことから製造コストを低減できる。
【００２６】
上記電気素子内蔵配線基板の製法では、（ｃ）工程において、絶縁層中の導電性粒子の割合が５〜３０体積％であることが望ましく、この工程では、絶縁層中の導電性粒子の含有量をこの範囲に設定することにより、加圧加熱工程において電気素子の端子電極と配線回路層やビアホール導体との間に形成される導電性粒子の凝縮部を容易に形成できるとともに、導電性の高い凝縮部を形成できる。
【００２７】
上記電気素子内蔵配線基板の製法では、（ｃ）工程において、導電性粒子が、Ａｇ、Ｃｕ、ＮｉおよびＡｕから選ばれる１種あるいはこれらの合金からなることが望ましい。
【００２８】
この工程では、上記のように高導電率を有する導電性粒子により構成されることから、高い導電性を有する凝縮部を容易に形成できる。
【００２９】
上記電気素子内蔵配線基板の製法では、（ｃ）工程において、導電性粒子が略球状粒子であることが望ましい。この工程では、絶縁シート中に含まれる導電性粒子を略球状とすることにより、加圧加熱時に導電性粒子同士の接触点における絶縁層に含まれる熱硬化性樹脂を容易に排除でき、凝縮部の電気的接続性を高めることができる。
【００３０】
上記電気素子内蔵配線基板の製法では、（ｃ）工程において、導電性粒子の平均粒径が１０μｍ以下であることが望ましい。この工程では、絶縁層厚みに比較して粒子径の小さい導電性粒子を用いることにより、加熱加圧により、導電性粒子から構成される凝縮部を容易に形成でき、この凝縮部とそれ以外の部分の電気抵抗差を大きくできる。
【００３１】
上記電気素子内蔵配線基板の製法では、電気素子が該電気素子の少なくとも主面側に突起状の端子電極を具備することが望ましい。
【００３２】
この工程では、端子電極が凸状であることから、加熱加圧時に、導電性粒子を強制的に押し込むことにより、容易に凝縮部の密度を高め、電気素子の端子電極と配線回路層やビアホール導体との電気的接続性を高めることができる。
【００３５】
上記電気素子内蔵配線基板の製法では、電気素子が複数の端子電極を有し、該端子電極の最近接する端子電極間距離が４００μｍ以下であることが望ましい。この工程では、半田や導電性接着剤等の接合剤を用いることなしに、電気素子と接続できることから、接合剤の変形や広がりを抑制でき、接合剤による端子電極間の短絡を防止できることから、電気素子の端子電極間隔を狭くできる。
【００３６】
上記電気素子内蔵配線基板の製法では、電気素子が内部電極層と誘電体層とを交互に積層して形成された積層コンデンサであることが望ましい。この工程では、電気素子が積層コンデンサであれば、小型化しやすく、一括硬化においても配線基板内に容易に内蔵でき、配線基板の静電容量およびインダクタンスを効果的に制御できる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
（構造）
本発明の電気素子内蔵配線基板の一形態について、図１の概略断面図をもとに詳細に説明する。本発明の配線基板Ａは、少なくとも有機樹脂を含有する絶縁層１、３、５を積層した絶縁基板７を備えているが、絶縁層１、３の間に位置する絶縁層５には導電性粒子１９が含まれている。また、絶縁基板７の両表面に配線回路層８、９が形成され、さらに、これらの絶縁層１、３には、厚み方向にビアホール導体１１が形成されており、このビアホール導体１１は、絶縁基板７の、表面の配線回路層８、９と内部の配線回路層１３、１５とを電気的に接続している。
【００３８】
また、配線回路層１３、１５には絶縁層５側に突起２５が形成されており、この突起２５による絶縁層５中の導電性粒子１９の押し込みにより、導電性粒子１９により構成された凝縮ビア２３が形成され、配線基板Ａ内部の配線回路層１３、１５間および配線回路層８、９間をビアホール導体を形成することなしに接続されている。
【００３９】
また、この凝縮ビア２３に当接する突起２５の高さは、凝縮ビア２３変形を抑え且つ導電性を高めるために、絶縁層５の厚みの５０〜９５％、特に、５０〜７０％が望ましい。
【００４０】
また、絶縁層１と導電性粒子１９を含む絶縁層５の間には、電気素子１７が埋設され、この電気素子１７は絶縁層５の内部に形成された導電性粒子１９によりなる凝縮部２１を介して絶縁層５の上面側の配線回路層１５に接続されている。
【００４１】
このようにして導電性粒子１９から構成された凝縮部２１により接続された電気素子１７を備える電気素子内蔵配線基板が構成されている。
【００４２】
そして、絶縁層５内の凝縮部２１を形成している導電性粒子１９は、導電性粒子１９の不足による導通不良や、一方、導電性粒子１９の過剰量による短絡を防止し、低い電気抵抗を有する接続部を形成するという理由から体積分率で５〜３０体積％の割合で含有することが望ましい。特に、電気抵抗を下げ、インピーダンス整合を安定化させるという理由から、絶縁層５中の導電性粒子１９の量は１０〜２５体積％であることがより望ましい。
【００４３】
また、凝縮部２１を形成する導電性粒子１９が、Ａｇ、Ｃｕ、ＮｉおよびＡｕから選ばれる１種あるいはこれらの合金からなることが望ましい。このように低抵抗の金属を用いることによって導電性粒子１９により形成された凝縮部２１の電気抵抗を低く抑えることができる。特に、導電率が高く、廉価という理由からＣｕが好適に用いられる。さらに、耐マイグレーション性を高めるという理由からＡｇ−Ｃｕ合金を用いることができる。
【００４４】
また、凝縮部２１を形成している導電性粒子１９の形状は、導電性粒子１９同士の接触点において絶縁層５に含まれる熱硬化性樹脂を排除し易く、凝縮部２１の電気的接続性を高められるといという理由から球状あるいは略球状粒子であることが望ましい。尚、このように球状あるいは略球状粒子からなる導電性粒子１９は均一な粒径であることが望ましいが、凝縮部２１の充填密度を高めるという理由から粒度分布を有していることがより望ましい。
【００４５】
そして、導電性粒子１９の平均粒径は絶縁層厚みよりも小さく、１０μｍ以下であることが、絶縁層５の任意の場所における凝縮部２１の大きさを均一にするという理由から望ましく、特に、電気抵抗を均一にするという理由から導電性粒子１９の平均粒径は１〜５μｍであることが望ましい。
【００４６】
電気素子１７は、例えば、図２に示すように、複数の内部電極層３０ａ、３０ｂと複数の誘電体層３１ａ、３１ｂとを交互に積層してなる電気素子本体３２と、この電気素子本体３２の４角端部にそれぞれ設けられた４個の端子電極２７ａ、２７ｂ、２９ａ、２９ｂとから構成されており、内部電極層３０ａは端子電極２７ａ、２７ｂと、一方、内部電極層３０ａとは交互に積層されている内部電極層３０ｂは、端子電極２９ａ、２９ｂと接続されている。
【００４７】
尚、上記のように、端子電極２７ａ、２７ｂ、２９ａ、２９ｂが電気素子本体３２の端面から主面にかけて形成されている構造であれば、端子電極２７ａ、２７ｂ、２９ａ、２９ｂの数および間隔は任意に変更することができる。
【００４８】
そして、この例では、内蔵される電気素子１７は１個であるが、本発明の配線基板Ａでは、複数の電気素子１７を内蔵することもできる。
【００４９】
そして、この電気素子１７の端部に形成された端子電極２７ａ、２７ｂ、２９ａ、２９ｂは、絶縁層５の内部の導電性粒子１９により形成される凝縮部２１を端子電極２７ａ、２７ｂ、２９ａ、２９ｂの直下に形成するという理由から、電気素子１７の主面方向に突起状に形成されていることが望ましく、さらに、この突起状に形成された端子電極２７ａ、２７ｂ、２９ａ、２９ｂの頂部３３は導電性粒子１９を絶縁層５の厚み方向に均一に押し込むことができるという理由から、電気素子１７の主面に平行に平坦化されていることが望ましい。
【００５０】
また、電気素子１７の厚みは絶縁層厚みの５０〜９５％であることが、配線基板Ａの内部に内蔵される電気素子１７が絶縁層の厚みに比較して薄くすることにより、絶縁層５ならびに絶縁層１、３の変形を抑制し、配線基板Ａ内部での電気素子１７の位置ずれを防止できるという理由から望ましい。さらに、絶縁層５の厚みに対するこの電気素子１７の厚みは６０〜８０％が望ましい。
【００５１】
また、端子電極２７ａ、２７ｂ、２９ａ、２９ｂの突起の高さは、絶縁層厚みの２０〜６５％であることが、導電性粒子１９の強制的な押し込みを強くし、凝縮部２１の密度をさらに高くでき、この凝縮部２１の電気抵抗を低下させ、電気素子１７と配線基板Ａとの電気的接続性を高めることができるという理由から望ましい。そして、端子電極２７ａ、２７ｂ、２９ａ、２９ｂの高さは、特には、３０〜５０％が望ましい。
【００５２】
また、電気素子１７に形成される端子電極２７ａ、２７ｂ、２９ａ、２９ｂに関し、最も近接する端子電極間距離（近接する端子電極の周縁部同士の間隔）が４００μｍ以下であることが望ましい。このように導電性粒子１９から形成される凝縮部２１により配線基板Ａに内蔵される電気素子１７が接続されるような接合の場合に、電気素子１７と、配線基板Ａの配線回路層１３、１５やビアホール導体１１間に、あらためてボリュームのある半田や導電性接着剤等の接合剤を付与する必要がないことから好適に用いることができ、特に、端子電極間距離は５０〜３５０μｍであることがこの端子電極間の絶縁性を確保できるという理由から望ましい。
【００５３】
また、この電気素子内蔵配線基板Ｂに内蔵される電気素子１７は、小型化および高容量化を同時に満たす電気素子１７を形成することができるという理由から、チップ部品が好適に用いられ、特に、図２に示したような積層コンデンサからなることが望ましいが、この他、チップ抵抗やチップインダクタも好適に用いることができる。尚、積層コンデンサは、ＢａＴｉＯ₃を主成分とするセラミック誘電体層とＮｉ、Ｃｕ等の卑金属あるいはＡｇ、Ｐｄ等の貴金属からなる内部電極とが交互に積層され形成されている。
【００５４】
また、積層コンデンサを複数個並列回路にて内蔵することもでき、その場合には、静電容量の向上とともに、インダクタンスの低減を図ることができる。複数個内蔵する場合には、静電容量の異なる積層コンデンサを内蔵することもでき、さらには、積層コンデンサ以外のチップ部品を同時に内蔵することもできる。
【００５５】
（材料）
本発明の配線基板Ａにおける絶縁基板７の材質としては、上記のような電気素子内蔵構造が形成可能であれば、いわゆる焼結体からなるセラミック系絶縁材料、または絶縁成分として、少なくとも有機樹脂を含有する有機系絶縁材料のいずれであってもよいが、予め形成された複数の電極を具備する電気素子１７を基板内部に埋設した構造を形成する上では、焼成工程を必要としない有機樹脂を含有するもの、特に無機フィラーと有機樹脂からなる絶縁材料が望ましい。
【００５６】
また、配線基板Ａにおける絶縁基板７のうち絶縁層１、３は熱硬化性樹脂と無機フィラーとの複合体によって構成されている。無機フィラーは、例えば、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮ、ＳｉＣの群から選ばれる少なくとも１種を好適に用いることができる。
【００５７】
無機フィラーとして、ＳｉＯ₂を用いた場合は絶縁層１、３の比誘電率を小さくすることができる。また、無機フィラーとして、Ａｌ₂Ｏ₃を用いた場合には配線基板Ａの熱伝導率を高めることができる。特に、電子機器の小型化、高性能化を目的として、高速伝送を行うためには、低誘電率のＳｉＯ₂を用いることが望ましい。
【００５８】
そして、上記の絶縁層１、３に含まれる熱硬化性樹脂としては、ポリフェニレンエーテル（ＡＰＰＥ）系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂およびシアネート系樹脂の群から選ばれる少なくとも１種が好ましい。この中でＡＰＰＥ樹脂は比誘電率が低く、誘電損失が低く、吸水率が低く、さらに、ガラス転移点が高いために、高耐熱性であることから、特に好ましい。さらに、混合物はフィラーとのぬれ性を改善するために、分散剤やカップリング剤を含んでもよい。
【００５９】
尚、熱硬化性樹脂と無機フィラーとの複合材料においては、有機樹脂：無機フィラーとは、体積比率で５０：５０〜９５：５の比率で複合化されることが望ましい。また、無機フィラーの表面は有機樹脂との塗れを良くするために、カップリング処理されていても良い。
【００６０】
さらに、熱硬化性樹脂と無機フィラーとの複合材によって絶縁層１、３を形成すれば、絶縁シートの熱的安定性とともに機械的強度を高めることができる。また、通常のガラス−エポキシ基板等に比較して、フィラーが繊維状ではないことから、フィラーと有機樹脂との界面が孤立している形態をとることができ、マイグレーションが進展しにくくなり絶縁信頼性を高めることができる。
【００６１】
一方、導電性粒子１９と熱硬化性樹脂との複合体から構成されている絶縁層５では、導電性粒子１９は、Ａｇ、Ｃｕ、ＮｉおよびＡｕから選ばれる１種あるいはこれらの合金からなることが望ましいが、絶縁層５を構成する導電性粒子１９の割合は有機樹脂に対して５〜３０体積％、特に１０〜２５体積％であることが望ましい。導電性粒子１９の割合を上記の範囲に限定したのは、導電性粒子１９の含有率が５％よりも低いと、電気素子１７と配線間の導電性粒子１９が十分に凝縮されず、導通するためのパスが確保できなくなるためである。一方導電性粒子１９の含有率が３０体積％を超えると、凝縮部２１以外の配線間においても導電性粒子１９のパスが発生し、もしくは信頼性に耐えうる絶縁性が確保できずに上下配線間において短絡してしまうからである。
【００６２】
尚、絶縁層５の用いる有機樹脂は、硬化温度を同じにし、また、硬化時の収縮挙動を一致させるという理由から、絶縁層１、３に用いる熱硬化性樹脂と同じ樹脂を用いることが望ましい。
【００６３】
また、本発明の配線基板Ａの配線回路層８、９、１３、１５を形成する金属箔として、高い導電率を有し、且つ微細加工が容易でしかも比較的安価な銅が好適に用いられる。
【００６４】
また、絶縁層１、３に形成したビアホール導体１１に形成する導体ペーストとしては、金属成分として、銅、銀、アルミニウムおよび金の群から選ばれる少なくとも１種又は２種以上、特に銅粉末、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、あるいはこの粉末に、Ｓｎ粉末や、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉなどの錫合金粉末を添加したものが使用され、特に、銅含有粉末に対して、錫含有粉末を添加することによって、製造工程における加熱硬化時に、錫含有粉末が溶融することから、ビアホール導体１１と、配線回路層８、９、１３、１５とを容易に接続することができるとともに、Ｃｕ₃ＳｎあるいはＣｕ₆Ｓｎ₅からなる耐熱性に優れた金属間化合物を生成させ、強固に接続することができる。
【００６５】
（製法）
次に、電気素子内蔵配線基板を作製する方法について図３の工程図をもとに説明する。
【００６６】
絶縁層１、３となる絶縁シート４１、４３は、イミド樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂、エポキシ系樹脂などの熱硬化性樹脂と、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃などの不定形の無機フィラーとの混合材料から作製される（ａ）。
【００６７】
一方、絶縁層５となる導電性粒子分散絶縁シート４５は、絶縁シート４１、４３に用いるものと同様のポリフェニレンエーテル系樹脂、エポキシ系樹脂などの熱硬化性樹脂と、Ａｇ、Ｃｕ、ＮｉおよびＡｕなどの導電性粒子１９のうち少なくとも１種の導電性粒子１９とを混合して形成する。（ａ）。
【００６８】
次に、絶縁層１、３となる絶縁シート４１、４３に炭酸ガスレーザやパンチングなどを用いてビアホール４７を形成する（ｂ）。
【００６９】
次に、絶縁シート４１、４３に形成されたビアホール４７に、Ｃｕ粉末を含有する導電性ペーストを充填して、ビアホール導体４９を形成する（ｃ）。
【００７０】
その後、この絶縁シート４１、４３および導電性粒子分散絶縁シート４５の表面に、電気素子１７を配置させ、その上面側に配線回路パターン５１を形成して配線回路シート５５ならびに導電性粒子を含む導電部形成配線回路シート５７を形成する（ｄ）。
【００７１】
これらの配線回路パターン５１は、例えば、銅箔、Ａｌ箔などの金属箔を絶縁シート４１、４３の表面に転写した後、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、所定の配線回路パターン５１を形成する方法、または、予め、可とう性フィルムの表面に前記絶縁シート４１、４３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４１、４３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。
【００７２】
次に、上記複数の配線回路シート５５と導電部形成配線回路シート５７ならびに電気素子１７を用いて、図３（ｅ）に示すような方法により電気素子１７が内蔵された積層体５９を作製する。
【００７３】
まず、最下層に配線回路シート５５を置き、次に、この配線回路シート５５の上面側に導電部形成配線回路シート５７を積層する。そして、この導電部形成配線回路シート５７の上面側に電気素子１７を載置する。この場合、電気素子１７の一方主面端部に形成された端子電極２７ａ、２７ｂ、２９ａ、２９ｂが導電部形成配線回路シート５７側に向き、且つ配線回路シート５５の上面に形成された配線回路パターン５１における所定の接続部の直上に当接するように置かれる。
【００７４】
次に、この電気素子１７の上面側に、再び、配線回路シート５５を積層し、仮積層体を形成する。この場合、Ｂステージ状態の絶縁シート４１、４３および導電性粒子分散シート４５を７０〜２００℃に加熱しながら電気素子１７が絶縁シート表面に埋設できる程度の圧力を印加する。この電気素子１７を埋設するための圧力としては、１ｋｇ／ｃｍ²以上、特に２〜２０ｋｇ／ｃｍ²の範囲が望ましい。
【００７５】
このように、仮積層体を前記絶縁シート４１、４３ならびに導電性粒子分散絶縁シート４５中の熱硬化性樹脂が硬化する温度よりも、低い温度で予め予備的に加熱加圧を行い、電気素子１７の端子電極２７ａ、２７ｂ、２９ａ、２９ｂの直下に導電性粒子分散絶縁シート４５の内部の導電性粒子１９からなる凝縮部２１を形成し、この次に、熱硬化性樹脂が硬化する温度において本硬化を行うことにより、内蔵した電気素子１７と絶縁層１、３に形成された配線回路層８、９、１３、１５との間の凝縮部２１の密度を高めるとともに、絶縁層１、３表面との接着を強固にし、硬化過程における配線基板Ａの変形を抑えることができ、このようにして電気素子内蔵配線基板を作製することができる。
【００７６】
（作用）
以上のように構成された電気素子内蔵配線基板では、複数の絶縁層１、３の間に積層された絶縁層５が導電性粒子１９を含有し、電気素子１７が、導電性粒子１９により構成された凝縮部２１を介して、配線基板Ａ側のビアホール導体１１および／または配線回路層８、９、１３、１５と電気的に接続されることにより、配線基板Ａの配線回路層８、９、１３、１５やビアホール導体１１と、電気素子１７の端子電極２７ａ、２７ｂ、２９ａ、２９ｂとを、半田や導電性接着剤等の接合剤を用いることなしに接続できることから、加熱加圧時に接合剤の変形や広がりが抑制され、電気素子１７と、配線基板Ａ内部の配線回路層８、９、１３、１５やビアホール導体１１との接続性を高めることができる。
【００７７】
また、端子電極２７ａ、２７ｂ、２９ａ、２９ｂの位置に確実に導電性粒子１９を含む凝縮部２１を形成できることから、配線基板Ａ内部の配線回路層８、９、１３、１５やビアホール導体１１と、電気素子１７の端子電極２７ａ、２７ｂ、２９ａ、２９ｂとの位置のずれを無くして接続でき、配線基板Ａの電気抵抗の増加を抑制し、インピーダンス整合を高めることができる。
【００７８】
さらには、ビアホール加工の工程を削減できることから、製造コストを低減できる。
【００７９】
【実施例】
先ず、内蔵する電気素子として、例えば、セラミックコンデンサを次のように作製した。ＢａＴｉＯ₃系の複数のセラミック誘電体シートの表面に、Ｎｉの金属ペーストを用いて内部電極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１５００Ｐａ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、還元雰囲気１２５０℃の温度において焼成して積層コンデンサを作製した。なお、コンデンサの端面から内部電極が露出していることを確認した。
【００８０】
また、一部のコンデンサ素体の内部電極が露出した端面に、Ｃｕ／Ｎｉのペーストを外部電極形成部に塗布して温度８５０℃で焼付け、コンデンサの端面に、表１に示す条件の突起状の端子電極を形成した。なお、この積層コンデンサは、その寸法が１．６ｍｍ×１．６ｍｍ×０．２ｍｍ、静電容量が１０ｎＦ、自己インダクタンスが８０ｐＨのものとした。即ち、内蔵する積層コンデンサの本体厚みは０．２ｍｍおよび端子電極間隔は５０μｍ、１５０μｍとした。
【００８１】
次に、上記の積層コンデンサを内蔵した配線基板を以下のようにして作製した。
【００８２】
先ず、Ａ−ＰＰＥ樹脂に対し、不定形のＳｉＯ₂粉末を所定量の割合となるように、ワニス状態の樹脂とを混合し、ドクターブレード法により、厚さ１２０μｍの複数の絶縁シートを作製した。
【００８３】
次に、Ａ−ＰＰＥ樹脂とＣｕ粉末からなる導電性粒子を混合して、無機フィラーを含む絶縁シートと同じ成形方法により、厚み５００μｍの導電性粒子を含む絶縁シートを作製した。絶縁層中の導電性粒子の割合は５〜３５体積％とした。また、ここで用いた導電性粒子の平均粒径は５〜１０μｍのものを用いた。
【００８４】
次に、これらの絶縁シートに、炭酸ガスレーザにより、ビアホール（直径０．１ｍｍ）を形成し、そのビアホールに、Ｃｕ粉末を含有する導電性ペーストを充填してビアホール導体を形成した。
【００８５】
次に、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、ドライフィルムレジストを貼り、露光、現像を行った後、これを塩化第二鉄溶液を用いたスプレー式エッチング装置を用いて、非パターン部をエッチング除去して、銅箔からなる配線回路パターンを形成した転写シートを作製した。
【００８６】
その後、この転写シートの配線回路パターン側を１３０℃、２０ｋｇ／ｃｍ²の条件で圧着して絶縁シートの表面に配線回路パターンが形成された配線回路シートを作製した。
【００８７】
次に、上記複数の配線回路シートおよび電気素子を用いて、電気素子が１個内蔵された積層体を作製した。
【００８８】
まず、最下層に無機フィラーを含む配線回路シートを置き、次に、この無機フィラーを含む配線回路シートの上面側に導電性粒子を含む導電部形成配線回路シートを積層した。
【００８９】
次に、この導電性粒子を含む導電部形成配線回路シートの上面側に電気素子１７を載置した。この場合、電気素子の一方主面端部に形成された端子電極が導電性粒子を含む導電部形成配線回路シート側に向き、且つ配線回路シートの上面に形成された配線回路パターンにおける所定の接続部の直上に当接するように置いた。
【００９０】
次に、導電性粒子を含む導電部形成配線回路シートの上面側に置かれたこの電気素子の上面側に、再び、無機フィラーを含む配線回路シートを積層し、仮積層体を形成した。
【００９１】
そして、この仮積層体を温度１３０℃、圧力２０ｋｇ／ｃｍ²の条件で加熱加圧を行い、電気素子１７を導電性粒子を含む導電部形成配線回路シートの表面に埋設し、次に、温度２００℃、圧力２０ｋｇ／ｃｍ²の条件で本硬化を行い電気素子内蔵配線基板を作製した。このとき導電性粒子１９による凝縮部２１が形成された絶縁層５の厚みは、硬化後に４００μｍに変化していた。
【００９２】
比較例として、絶縁基板を構成する絶縁層の全層を熱硬化性樹脂と無機フィラーとを混合して作製した絶縁シートを用い、この絶縁シートのビアホール導体および配線回路層を形成し、電気素子を導電性接着剤を用いて接続した試料を作製した。そして、作製した電気素子内蔵配線基板に対して、以下の検討を行った。
【００９３】
インピーダンスアナライザを用いて、周波数１．０ＭＨｚ〜１．８ＧＨｚ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でのコンデンサの静電容量を測定し、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（Ｌ（室温））。また、作製した電気素子内蔵配線基板を−４５〜１２５℃の間の温度サイクルテストを１００回行い、試験後の配線基板のインダクタンスおよび絶縁抵抗の変化率を評価した。絶縁抵抗は絶縁抵抗計を用いて、印加電圧１０Ｖ、印加時間１分後の値を測定した。これらの結果を表１に記載した。試料数は各評価項目において、ｎ＝１０とした。
【００９４】
【表１】

【００９５】
表１の結果から明らかなように、絶縁層中に導電性粒子から構成される凝縮部を形成した試料Ｎｏ．３〜１８では、静電容量が１０ｎＦ以上、共振周波数が７７ＭＨｚ以上、およびこれらに値から求めたインダクタンスが１４０ｐＨ以下の値を示し、さらに、ＴＣＴ試験においても、一部の試料にＴＣＴ試験後に膨れが見られたものの、インダクタンスの変化率がいずれも１０％以下であった。
【００９６】
また、導電性粒子の含有量を１０〜２５体積％とした、試料Ｎｏ．３、５〜１８では、ＴＣＴ試験後のインダクタンスの変化率が１０％以下となり良好な特性を示した。
【００９７】
特に、導電性粒子の含有量を２０〜３０体積％、電気素子の厚みと絶縁層の厚みの比を６０〜８０％とした試料Ｎｏ．７〜９、１１、１２、および１７では、静電容量が１０ｎＦ以上、インダクタンスが１１０ｐＨ以下、ＴＣＴ試験でのインダクタンスの変化率が６％以下、また、ＴＣＴ試験での絶縁抵抗の変化率が５％以下と小さくなり、配線基板内に内蔵された電気素子と配線回路層との接続が良好であることが判った。
【００９８】
一方、電気素子を導電性接着剤を用いて接合した試料のうち、電気素子の間隔を１５０μｍとした試料Ｎｏ．２では、静電容量が得られたが、ＴＣＴ試験後の絶縁抵抗の増加が大きかった。そして、端子電極の間隔を５０μｍとしたものは、試料作製後にショートが発生した。
【００９９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の電気素子内蔵配線基板では、電気素子が、導電性粒子により形成された凝縮部を介して、配線基板側のビアホール導体および／または配線回路層と電気的に接続されることにより、半田や導電性接着剤等の接合剤を用いることなしに接続できることから、加熱加圧時に接合剤の変形や広がりが抑制され、電気素子と、配線基板内部の配線回路層やビアホール導体との接続性を高めることができる。
【０１００】
また、電気素子を接続する絶縁層には、ビアホール加工が不要であることから、製造コストを低減することができる。
【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】内蔵される電気素子の斜視図である。
【図３】図１の本発明の電気素子内蔵配線基板の製法の一例を説明するための工程図である。
【符号の説明】
Ａ・・・・・・・・・・・・・・・・配線基板
１、３、５・・・・・・・・・・・・絶縁層
７・・・・・・・・・・・・・・・・絶縁基板
８、９、１３、１５・・・・・・・・配線回路層
１１、４９・・・・・・・・・・・・ビアホール導体
１７・・・・・・・・・・・・・・・電気素子
１９・・・・・・・・・・・・・・・導電性粒子
２１・・・・・・・・・・・・・・・凝縮部
２３・・・・・・・・・・・・・・・凝縮ビア
２７ａ、２７ｂ、２９ａ、２９ｂ・・端子電極
４１、４３・・・・・・・・・・・・絶縁シート
４５・・・・・・・・・・・・・・・導電性粒子分散絶縁シート
４７・・・・・・・・・・・・・・・ビアホール
４９・・・・・・・・・・・・・・・ビアホール導体
５１・・・・・・・・・・・・・・・配線回路パターン
５５・・・・・・・・・・・・・・・配線回路シート
５７・・・・・・・・・・・・・・・導電部形成配線回路シート
５９・・・・・・・・・・・・・・・積層体

Claims

少なくとも有機樹脂を含有する第１及び第２絶縁層を有する絶縁基板と、前記第１及び第２絶縁層の間に形成された配線回路層と、を具備する配線基板と、
前記第１絶縁層に内蔵された、端子電極を有する電気素子と、
を備えた電気素子内蔵配線基板において、
前記第１絶縁層は、導電性粒子を含有しつつ、前記電気素子と前記配線回路層との間および前記電気素子の少なくとも１つの側方に配されており、
前記導電性粒子は、前記電気素子の端子電極と前記配線回路層とを電気的に接続する凝縮部を構成する複数の第１導電性粒子と、前記電気素子の少なくとも１つの側方に配された複数の第２導電性粒子と、を含むことを特徴とする電気素子内蔵配線基板。
前記絶縁基板は、前記第１絶縁層のみが前記導電性粒子を含有するように構成されてい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。
前記第１絶縁層を貫通し、前記配線回路層に電気的に接続された凝縮ビアを更に備え、
前記凝縮ビアは、複数の第３導電性粒子により構成されてい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。
導電性粒子が略球状粒子であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれか記載の電気素子内蔵配線基板。
導電性粒子の平均粒径が１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちいずれか記載の電気素子内蔵配線基板。
電気素子が該電気素子の少なくとも主面側に突起状の端子電極を具備することを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちいずれか記載の電気素子内蔵配線基板。
電気素子において、最近接する端子電極間距離が４００μｍ以下であることを特徴とする請求項６記載の電気素子内蔵配線基板。
電気素子が内部電極層と誘電体層とを交互に積層して形成された積層コンデンサであることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の電気素子内蔵配線基板。
（ａ）電気素子の少なくとも一方主面に突起状の端子電極を形成する工程と、
（ｂ）未硬化または半硬化の熱硬化性樹脂および無機フィラーを含有する絶縁シートを形成する工程と、
（ｃ）未硬化または半硬化の熱硬化性樹脂および導電性粒子を含有する導電性粒子分散絶縁シートを形成する工程と、
（ｄ）（ｂ）工程において得られた絶縁シートの所定箇所にビアホール導体を形成する工程と、
（ｅ）表面に金属箔からなる配線回路パターンが形成された転写シートを形成する工程と、
（ｆ）（ｄ）工程によって得られた絶縁シートの表面に、（ｅ）工程で形成した転写シートから、配線回路パターンを転写してなる配線回路シートを形成する工程と、
（ｇ）（ｃ）工程によって得られた導電性粒子分散絶縁シートの表面に、（ｅ）で形成した他の転写シートから、配線回路パターンを転写してなる導電部形成配線回路シートを形成する工程と、
（ｈ）（ｆ）工程によって得られた前記複数の配線回路シートの層間に、（ｇ）工程によって得られた前記導電部形成配線回路シートを少なくとも１層積層するとともに、前記配線回路シートと前記導電部形成配線回路シートとの層間の所定位置に電気素子を載置した仮積層体を作製する工程と、
（ｉ）前記仮積層体を加熱加圧して、前記絶縁シートおよび導電性粒子分散絶縁シート中に含まれる前記熱硬化性樹脂を硬化するとともに、前記電気素子に形成された端子電極の延長方向に導電性粒子を含む凝縮部を形成する工程と、
を具備することを特徴とする電気素子内蔵配線基板の製法。
（ｃ）工程において、絶縁層中の導電性粒子の割合が５〜３０体積％であることを特徴とする請求項９記載の電気素子内蔵配線基板の製法。
（ｃ）工程において、導電性粒子が、Ａｇ、Ｃｕ、ＮｉおよびＡｕから選ばれる１種あるいはこれらの合金からなることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の電気素子内蔵配線基板の製法。
（ｃ）工程において、導電性粒子が略球状粒子であることを特徴とする請求項９乃至請求項１１のうちいずれか記載の電気素子内蔵配線基板の製法。
（ｃ）工程において、導電性粒子の平均粒径が１０μｍ以下であることを特徴とする請求項９乃至請求項１２のうちいずれか記載の電気素子内蔵配線基板の製法。
電気素子が該電気素子の少なくとも主面側に突起状の端子電極を具備することを特徴とする請求項９乃至請求項１３のうちいずれか記載の電気素子内蔵配線基板の製法。
電気素子が複数の端子電極を有し、該端子電極の最近接する端子電極間距離が４００μｍ以下であることを特徴とする請求項９乃至請求項１４のうちいずれか記載の電気素子内蔵配線基板の製法。
電気素子が内部電極層と誘電体層とを交互に積層して形成された積層コンデンサであることを特徴とする請求項１１乃至請求項１５のうちいずれか記載の電気素子内蔵配線基板の製法。