JP4772586B2 - Circuit board manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は回路基板の製造方法に関し、特には、キャパシタ構造を内蔵する回路基板の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a circuit board, and more particularly to a method for manufacturing a circuit board having a built-in capacitor structure.

近年、プリント配線板は軽量化が要求され、かつ、小型・多ピン化されたBGA(ボール・グリッド・アレイ)やPGA(ピン・グリッド・アレイ)、CSP(チップ・サイズ・パッケージ)等を搭載するため、配線の微細化及び高密度化が要求されている。しかし、配線の高密度化が進むにつれて、各配線パターンが互いに近接しているために、配線間でクロストークノイズが生じたり、また電源ラインやグランドライン等の電位が変動したりする等の問題が起こり得る。特に、高速のスイッチング動作が要求される半導体素子や電子部品等を搭載する場合は、周波数の上昇に伴いクロストークノイズが発生し易くなり、またスイッチング素子が高速にオン/オフすることでスイッチングノイズが発生し、これによって電源ライン等の電位が変動し易くなる。これは搭載する半導体素子等の動作信頼性の低下につながり、好ましくない。   In recent years, printed wiring boards are required to be lighter, and are equipped with BGA (ball grid array), PGA (pin grid array), CSP (chip size package), etc., which are small and multi-pinned. Therefore, miniaturization and high density of wiring are required. However, as the wiring density increases, the wiring patterns are close to each other, causing problems such as crosstalk noise between the wirings and potential fluctuations in the power supply line, ground line, etc. Can happen. In particular, when mounting semiconductor elements or electronic components that require high-speed switching operation, crosstalk noise is likely to occur as the frequency increases, and switching noise is caused by the switching elements turning on and off at high speed. As a result, the potential of the power supply line or the like is likely to fluctuate. This leads to a decrease in the operational reliability of the mounted semiconductor element or the like, which is not preferable.

そこで、電源電圧を安定化させ、かつスイッチングノイズ等を低減させる目的で、従来から、半導体素子を搭載した半導体パッケージにチップキャパシタ等の容量素子を付設して電源ライン等を「デカップリング」することが行われている。典型的な手法としては、半導体パッケージの半導体素子等が搭載される側と同じ面又はその反対側の面に、チップキャパシタをはんだ付け等により表面実装する方法がある。   Therefore, for the purpose of stabilizing the power supply voltage and reducing switching noise and the like, conventionally, a capacitor element such as a chip capacitor has been attached to a semiconductor package on which a semiconductor element is mounted to “decouple” the power line and the like. Has been done. As a typical method, there is a method in which a chip capacitor is surface-mounted by soldering or the like on the same surface as the side on which a semiconductor element or the like of a semiconductor package is mounted or on the opposite side.

また高機能化、高速化が求められる携帯電話、PDAなどのモバイル機器の実装に許される機器内の空間あるいは基板上の面積はますます小さくなっている。たとえば、小型化が進んでいる携帯電話向けの電子部品の一つとしてキャパシタが挙げられる。携帯電話向けの代表的な小型キャパシタには0603(0.6×0.3×0.3mm)、1005(1.0×0.5×0.5mm)等がある。従来技術の問題点としては上記以下の大きさへの小型化は実装が困難なこと、また携帯電話1台につきキャパシタが250個程度搭載されていることから部品コストおよび実装コストがかかることが挙げられる。このことから、新しい実装形態として部品を基板に内蔵することにより、新たな実装エリアや空間を確保し三次元的な実装を可能にする部品内蔵基板が開発されている。これまでにも、部品内蔵回路基板としては、抵抗、キャパシタ、インダクタンスなどの受動素子をガラスエポキシ樹脂やセラミックスなどの基材または基板に内蔵する技術開発が行われ、一部実用化されている。
また、特許文献1(P4段落番号0031)や特許文献2(P5段落番号0031)に記載のキャパシタ内蔵基板は誘電体に電着によるポリイミド等の樹脂を用いている。ポリイミドの比誘電率は約3.3であることから高周波用小型キャパシタの静電容量0.1−1pF程度を高密度に作り込むことは可能であるが工程が煩雑であり、デカップリングキャパシタに必要な0.005−0.1μF程度の容量を得るためには大面積を必要とすることから高密度化には適さない。また多層基板においては電着にて誘電体を形成できる場所が限定されてしまう。
また、特許文献3(P2段落番号0008)に記載されているキャパシタ内蔵基板は誘電体を孔に充填していることから容量を増大させるためには大面積を必要とし、高密度化には適さない。
In addition, the space in a device or the area on a board that is allowed for mounting a mobile device such as a mobile phone or a PDA that requires high functionality and high speed is becoming smaller. For example, a capacitor can be cited as one of electronic components for mobile phones that are being miniaturized. Typical small capacitors for mobile phones include 0603 (0.6 × 0.3 × 0.3 mm) and 1005 (1.0 × 0.5 × 0.5 mm). Problems with the prior art include that it is difficult to reduce the size to the above-mentioned size, and that about 250 capacitors are mounted per mobile phone, so that component costs and mounting costs are incurred. It is done. For this reason, a component-embedded substrate has been developed that allows a three-dimensional mounting by securing a new mounting area and space by incorporating a component into the substrate as a new mounting form. Up to now, as circuit boards with built-in components, technological development has been carried out in which passive elements such as resistors, capacitors, and inductances are built in a base material or substrate such as glass epoxy resin or ceramics, and some of them have been put into practical use.
The capacitor-embedded substrate described in Patent Document 1 (P4 paragraph number 0031) and Patent Document 2 (P5 paragraph number 0031) uses a resin such as polyimide by electrodeposition as a dielectric. Since the relative dielectric constant of polyimide is about 3.3, it is possible to make a high-capacity 0.1-1 pF of high-frequency small-capacity capacitors at a high density, but the process is complicated, and decoupling capacitors are used. In order to obtain the required capacity of about 0.005-0.1 μF , a large area is required, so it is not suitable for high density. Moreover, in a multilayer substrate, the place where a dielectric can be formed by electrodeposition is limited.
Further, since the capacitor-embedded substrate described in Patent Document 3 (P2 Paragraph No. 0008) has a hole filled with a dielectric, it requires a large area and is suitable for high density. Absent.

これらのことから、0.1−1pF程度の高周波用小型キャパシタと0.005−0.1μF程度のデカップリングキャパシタを同時に高密度に内蔵する基板を製造する方法が望まれていた。静電容量を増大させるためには、両電極間の間隔を狭くすること、すなわち誘電体を薄くすることが重要である。また、誘電体の比誘電率は大きい方が少ない面積で静電容量を大きくすることができる。 For these reasons, there has been a demand for a method of manufacturing a substrate in which a high-frequency small-sized capacitor of about 0.1-1 pF and a decoupling capacitor of about 0.005-0.1 μF are embedded at a high density at the same time. In order to increase the capacitance, it is important to narrow the distance between the two electrodes, that is, to make the dielectric thin. Further, the larger the relative dielectric constant of the dielectric, the larger the capacitance can be obtained with a smaller area.

図3は特許文献2に記載されている従来のキャパシタ内蔵基板の製造方法を示す工程図であって、先ず同図(1)に示す様に、ポリイミド等の可撓性絶縁ベース材61の両面に銅箔等の第一の導体層62、第二の導体層63を有する、所謂、両面銅張積層板64を用意し、導体層62の所要位置に開口65を形成してマスク層とする。   FIG. 3 is a process diagram showing a conventional method for manufacturing a capacitor-embedded substrate described in Patent Document 2. First, as shown in FIG. 3A, both surfaces of a flexible insulating base material 61 such as polyimide are shown. A so-called double-sided copper-clad laminate 64 having a first conductor layer 62 such as copper foil and a second conductor layer 63 is prepared, and an opening 65 is formed at a required position of the conductor layer 62 to form a mask layer. .

次に同図(2)に示す様に、上記開口65により露出された可撓性絶縁ベース材61に対し、レーザ加工、プラズマエッチング加工、ウエットエッチング加工を施し、キャパシタを形成するための孔67と、ビアホールを形成するための孔68を形成する。   Next, as shown in FIG. 2 (2), the flexible insulating base material 61 exposed through the opening 65 is subjected to laser processing, plasma etching processing, and wet etching processing to form a hole 67 for forming a capacitor. Then, a hole 68 for forming a via hole is formed.

次に、同図(3)に示す様に、ビアホールを形成するための孔68の底面に電着ポリイミドが電着しないようにマスクテープによる保護層を形成するなどして、キャパシタを形成するための孔67の穴底のみに選択的に電着樹脂69を電着する。   Next, as shown in FIG. 3C, in order to form a capacitor by forming a protective layer with a mask tape to prevent electrodeposition of polyimide on the bottom surface of the hole 68 for forming a via hole. The electrodeposition resin 69 is selectively electrodeposited only on the bottom of the hole 67.

次に、同図(4)に示すように、ビアホール形成部70の孔68の底面と壁面、キャパシタ形成部71を形成する孔67の底面と壁面、更には、マスク層の上面に対し導電化処理とめっき処理を施し、めっき皮膜72を形成する。   Next, as shown in FIG. 4 (4), the bottom surface and wall surface of the hole 68 of the via hole forming portion 70, the bottom surface and wall surface of the hole 67 forming the capacitor forming portion 71, and the top surface of the mask layer are made conductive. The plating film 72 is formed by performing the treatment and the plating treatment.

次に同図(5)に示す様にめっき皮膜72および導体層62、導体層63に対し、エッチング手法により配線形成加工を行い、キャパシタ構造73を内蔵する両面可撓性回路基板74を得る。
特開2004-235490号公報 特開2004−39908号公報 特開2003−304060号公報 特許第3251515号公報 特開2002−353629号公報 特開2000−68640号公報
Next, as shown in FIG. 5 (5), the plating film 72, the conductor layer 62, and the conductor layer 63 are subjected to wiring formation processing by an etching method to obtain a double-sided flexible circuit board 74 in which the capacitor structure 73 is built.
JP 2004-235490 A JP 2004-39908 A JP 2003-304060 A Japanese Patent No. 3251515 JP 2002-353629 A JP 2000-68640 A

本発明は、0.1−1pF程度の高周波用小型キャパシタと0.005−0.1μF程度のデカップリングキャパシタを同じ手法で高密度に内蔵する基板を製造する方法を提供することを目的とする。
It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a substrate in which a small capacitor for high frequency of about 0.1-1 pF and a decoupling capacitor of about 0.005-0.1 μF are built in a high density by the same method. And

上記目的達成のため、本願では、次の発明を提供する。   In order to achieve the above object, the present application provides the following invention.

本発明によれば、キャパシタを内蔵する回路基板の製造方法において、
a) 絶縁ベース材の両面に第一の導体層と第二の導体層とを有する積層板を用意し、前記第一の導体層にメタルマスクを形成し、第一の電極となる前記第二の導体層に積層された前記絶縁ベース材に45°以下のテーパー状の壁面を有する有底の孔を形成する工程
b) 選択的に孔の底面から壁面にまでインクジェット工法にて誘電体を塗布し、熱硬化する工程
c) 導電化処理およびめっき処理を行い、第二の電極および回路パターンを形成する工程
a)〜c)を含むことを特徴とするキャパシタを内蔵する回路基板の製造方法が採用される。
According to the present invention, in a method of manufacturing a circuit board incorporating a capacitor,
a) providing a laminate having a first conductor layer and second conductor layer on both surfaces of the insulating base material, forming a metal mask on the first conductive layer, the second as the first electrode forming a bottomed hole having a tapered wall the following 45 ° to the insulating base material laminated to a conductive layer
b) A process of selectively applying a dielectric material from the bottom surface of the hole to the wall surface by an ink-jet method, followed by thermosetting.
c) Conducting treatment and plating treatment to form second electrode and circuit pattern
A method of manufacturing a circuit board having a built-in capacitor, including a) to c) is employed.

これらの特徴により、本発明は次のような効果を奏する。   Due to these features, the present invention has the following effects.

本発明によれば、キャパシタを内蔵する回路基板の製造方法において、
a) 絶縁ベース材の両面に第一の導体層と第二の導体層とを有する積層板を用意し、前記第一の導体層にメタルマスクを形成し、第一の電極となる前記第二の導体層に積層された前記絶縁ベース材に45°以下のテーパー状の壁面を有する有底の孔を形成する工程
b) 選択的に孔の底面から壁面にまでインクジェット工法にて誘電体を塗布し、熱硬化する工程
c) 導電化処理およびめっき処理を行い、第二の電極および回路パターンを形成する工程
a)〜c)を含むことを特徴とするキャパシタを内蔵する回路基板の製造方法においてa)で形成する孔の壁面に45°以下のテーパーを持たせ、b)で塗布する誘電体を孔の壁面にまで到達させることで、キャパシタ構造部におけるショートをより確実に防止することができる。またインクジェット工法を用い高誘電体を孔底に塗布することから、任意の場所に様々な容量のキャパシタを小面積で形成することが出来る。
According to the present invention, in a method of manufacturing a circuit board incorporating a capacitor,
a) providing a laminate having a first conductor layer and second conductor layer on both surfaces of the insulating base material, forming a metal mask on the first conductive layer, the second as the first electrode forming a bottomed hole having a tapered wall the following 45 ° to the insulating base material laminated to a conductive layer
b) A process of selectively applying a dielectric material from the bottom surface of the hole to the wall surface by an ink-jet method, followed by thermosetting.
c) Conducting treatment and plating treatment to form second electrode and circuit pattern
In the method of manufacturing a circuit board containing a capacitor comprising a) to c), the wall surface of the hole formed in a) has a taper of 45 ° or less, and the dielectric applied in b) is formed in the hole. By reaching the wall surface, a short circuit in the capacitor structure can be more reliably prevented. In addition, since the high dielectric is applied to the bottom of the hole using an inkjet method, capacitors of various capacitances can be formed in a small area at an arbitrary place.

この結果、0.1−1pF程度の高周波用小型キャパシタと0.005−0.1μF程度のデカップリングキャパシタを同じ手法で高密度に内蔵した回路基板を製作することが可能となる。 As a result, it is possible to manufacture a circuit board in which a small-sized high frequency capacitor of about 0.1-1 pF and a decoupling capacitor of about 0.005-0.1 μF are built in a high density by the same method.

以下、図示の実施例を参照しながら本発明をさらに説明する。   Hereinafter, the present invention will be further described with reference to the illustrated embodiments.

図1は、本発明の一実施例におけるキャパシタ構造を内蔵する回路基板の製造方法を示す製造工程図であって、先ず、同図(1)に示す様に、ポリイミド等の可撓性絶縁ベース材1の両面に銅箔等の第一の導体層2、第二の導体層3を有する、所謂、両面銅張積層板4を用意し、第一の導体層2の所要位置に通常のフォトファブリケーション手法によるエッチング手法を用いて、孔や溝を形成する部位に開口を有するメタルマスクを形成するためのレジスト層5を形成する。この工程はドライフィルムレジスト等をラミネーター等により張り合わせることが好ましい。尚、ベース材には25μm厚のポリイミドを用いた。 FIG. 1 is a manufacturing process diagram showing a method of manufacturing a circuit board incorporating a capacitor structure according to an embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. A so-called double-sided copper clad laminate 4 having a first conductor layer 2 such as a copper foil and a second conductor layer 3 on both sides of the material 1 is prepared, and a normal photo is placed at a required position of the first conductor layer 2. The resist layer 5 for forming a metal mask having an opening at a portion where a hole or a groove is formed is formed by using an etching method by a fabrication method. In this step, it is preferable to bond a dry film resist or the like with a laminator or the like. The base material was polyimide having a thickness of 25 μm .

次に同図(2)に示す様に、上記レジスト層5を用い、通常のフォトファブリケーション手法によるエッチング手法を用いて、孔や溝を形成する部位に開口6を有するメタルマスク7を形成する。
次に同図(3)に示す様に、上記開口6により露出された可撓性絶縁ベース材1に対しキャパシタを形成するための孔8と、ビアホールを形成するための孔9をレーザー加工手法、プラズマエッチング手法、樹脂エッチング手法等を単独および組み合わせてエッチング除去し、他方面の導体層3に達する有底のキャパシタを形成するための孔8と、ビアホールを形成するための孔9を形成する。ここでは様々な形状の孔を同時に形成し、尚且つ孔の壁面に45°以下のテーパーをつけるために特許文献4(P4段落番号0025〜P5段落番号0036)に記載の薬液処理による樹脂エッチング手法にて形成した。この場合、ポリイミドフィルムの種類によって、樹脂エッチング速度が異なることから、可撓性絶縁ベース材1の種類としてはピロメリット酸二無水物と芳香族ジアミンとの重縮合により得られるポリイミドフィルム(例えば米国デュポン社製のカプトン、鐘淵化学株式会社のアピカル)あるいはこれに類する構造の熱可塑性ポリイミド等が好適である。
Next, as shown in FIG. 2 (2), a metal mask 7 having an opening 6 is formed in a portion where a hole or a groove is to be formed by using the resist layer 5 and an etching method based on a normal photofabrication method. .
Next, as shown in FIG. 3 (3), a laser processing technique is used to form a hole 8 for forming a capacitor and a hole 9 for forming a via hole in the flexible insulating base material 1 exposed through the opening 6. In addition, the plasma etching method, the resin etching method, and the like are etched and removed alone and in combination to form a hole 8 for forming a bottomed capacitor reaching the conductor layer 3 on the other side and a hole 9 for forming a via hole. . Here, in order to form holes of various shapes at the same time and to taper the wall surfaces of the holes to 45 ° or less, the resin etching technique by chemical treatment described in Patent Document 4 (P4 paragraph number 0025 to P5 paragraph number 0036) Formed. In this case, since the resin etching rate differs depending on the type of polyimide film, the flexible insulating base material 1 may be a polyimide film obtained by polycondensation of pyromellitic dianhydride and an aromatic diamine (for example, the United States). DuPont Kapton, Kaneka Chemical Co., Ltd.'s apical), or a thermoplastic polyimide having a similar structure is preferred.

また孔の壁面を45°以下のテーパー状に加工する理由としては、次工程の誘電体を塗布する際に、ペーストをテーパー状の壁面にまで到達させることで、キャパシタ構造部におけるショートを確実に防止するためである。ベース材には25μm厚のポリイミドを用いていることから孔の壁面を45°以下のテーパー状にすることで、誘電体を塗布する際の位置ずれ許容量は±10μmであることから、インクジェット工法で十分対応することができる。ここでは上孔径と下穴径の差を40μmと設計した。
次に同図(4)に示す様に、誘電体10を孔8により露出した第二の導体層上にインクジェット工法を用いて塗布し、熱硬化させる。ここではキャパシタ構造部におけるショートを防止するために第二の導体層3上に隙間なく誘電体を描画することが必要である。そこで同図(4)に示す様に、可撓性絶縁ベース材1に形成された孔の壁面まで到達させるよう誘電体を描画した。またデカップリングキャパシタは本方式では100mm
程度の面積を必要とすることから、底面はスクリーン印刷を用い、壁面部はインクジェット工法を用いることも有効である。特許文献1(P4段落番号0031)や特許文献2(P5段落番号0031)のように誘電体に電着ポリイミドを用いる場合には、ポリイミドを析出させない部分をマスクテープ等で保護しなければならないが、高誘電ペーストを用いればインクジェット工法やスクリーン印刷により任意の場所にのみ塗布することができることから、工程の簡略化を図ることが出来ると共に、誘電体の比誘電率や膜厚並び塗布面積を変える事で任意の静電容量を得ることが出来る。またインクジェット用のインクはスクリーン印刷用ペーストに比べ溶剤分が多いため熱硬化後の膜減りも多い。このことから同じ誘電率のインクを用いてもスクリーン印刷で形成した誘電体に比べインクジェットで形成した誘電体が薄くなることから、高容量のキャパシタを形成することができる。インクジェット工法での誘電体描画の際に、1度の描画では表面に1.5μm程度の凹凸ができるが、3度の描画では膜厚3.5μm程度で表面の凹凸は0.2μm程度まで小さくなる。ここではピンホールによるショートを確実に防止するために5度の描画で5μmの膜厚を形成した。
The reason for processing the hole wall into a taper of 45 ° or less is that when applying the dielectric in the next process, the paste reaches the taper wall to ensure a short circuit in the capacitor structure. This is to prevent it. Since the base material is made of polyimide with a thickness of 25 μm, the tolerance of misalignment when applying dielectric is ± 10 μm by making the wall of the hole into a taper of 45 ° or less. Therefore, the ink jet method can sufficiently cope with this. Here, the difference between the upper hole diameter and the lower hole diameter was designed to be 40 μm .
Next, as shown in FIG. 4 (4), the dielectric 10 is applied onto the second conductor layer exposed through the holes 8 by using an ink jet method and thermally cured. Here, in order to prevent a short circuit in the capacitor structure portion, it is necessary to draw a dielectric on the second conductor layer 3 without a gap. Therefore, as shown in FIG. 4 (4), a dielectric was drawn so as to reach the wall surface of the hole formed in the flexible insulating base material 1. The decoupling capacitor is 100 mm 2 in this method.
Since a certain area is required, it is also effective to use screen printing for the bottom surface and an ink jet method for the wall surface. When electrodeposited polyimide is used for the dielectric as in Patent Document 1 (P4 paragraph number 0031) and Patent Document 2 (P5 paragraph number 0031), the portion where the polyimide is not deposited must be protected with a mask tape or the like. If a high dielectric paste is used, it can be applied only to an arbitrary place by an ink jet method or screen printing, so that the process can be simplified and the relative permittivity of the dielectric, the film thickness and the coating area are changed. Any capacitance can be obtained. Ink-jet inks have more solvent than screen printing pastes, so there is a lot of film loss after thermosetting. For this reason, even when ink having the same dielectric constant is used, the dielectric formed by inkjet is thinner than the dielectric formed by screen printing, so that a capacitor having a high capacity can be formed. At the time of dielectric drawing by the inkjet method, unevenness of about 1.5 μm can be formed on the surface by one drawing, but the unevenness of the surface is about 3.5 μm and the surface unevenness is about 0.3 μm by drawing three times. Smaller to about 2 μm . Here, in order to surely prevent a short circuit due to a pinhole, a film thickness of 5 μm was formed by drawing five times.

次に同図(5)に示す様に、第一の導体層2ならびに孔8により露出した第二の導体層3上に塗布した誘電体10、ならびに孔8の壁面および孔9により露出した第二の導体層3上と孔9の壁面に対し導電化処理を行い、めっき皮膜11を形成する。   Next, as shown in FIG. 5 (5), the dielectric 10 applied on the first conductor layer 2 and the second conductor layer 3 exposed by the hole 8, and the wall surface of the hole 8 and the hole 9 exposed by the hole 9 are used. Conductive treatment is performed on the second conductor layer 3 and the wall surface of the hole 9 to form a plating film 11.

次に同図(6)に示す様に、第一の導体層2、第二の導体層3ならびにめっき皮膜11に対しフォトファブリケーション手法によるエッチング手法を用いて、回路パターン12、13を形成することで、キャパシタ構造を内蔵する両面可撓性回路基板14を得る。   Next, as shown in FIG. 6 (6), circuit patterns 12 and 13 are formed on the first conductor layer 2, the second conductor layer 3 and the plating film 11 by using an etching technique based on a photofabrication technique. Thus, the double-sided flexible circuit board 14 incorporating the capacitor structure is obtained.

上記実施例のキャパシタの設計例として式(1)より厚さ5μmで100mm の誘電体膜を第二の導体層上に残した場合の静電容量はおよそ0.005μFとなる。 As a design example of the capacitor of the above embodiment, the capacitance when the dielectric film having a thickness of 5 μm and a thickness of 100 mm 2 is left on the second conductor layer from the formula (1) is approximately 0.005 μF. .

Figure 0004772586
ここで、C:静電容量(F)、ε0:真空の誘電率8.85×10−12(F/m)、ε:比誘電率、特許文献5(P3段落番号0015)に記載の誘電ペーストの場合約60、s:面積(m)、d:厚さ(m)。
Figure 0004772586
Here, C: capacitance (F), ε0: dielectric constant of vacuum 8.85 × 10-12 (F / m), ε: relative dielectric constant, dielectric described in Patent Document 5 (P3 paragraph number 0015) In the case of paste, about 60, s: area (m 2 ), d: thickness (m).

このサイズであれば基板に搭載するQFPなどのチップ部品の下に内蔵することが可能となるために高密度化の妨げにならない。また誘電体の厚さ、面積を変更することにより、基板上の静電容量の値を任意に制御可能である。例えば携帯電話等に用いられる高周波用小型キャパシタの静電容量は0.1−1pF程度であることから0402(0.4×0.2×0.2mm)以下の大きさに製造することが可能である。実際に誘電ペーストの厚さ5μm、φ50μmの大きさで0.2pFの静電容量を得ることが出来る。よって実装面積を大きく削減することができる。 If it is this size, since it can be built under a chip component such as QFP mounted on the substrate, it does not hinder density increase. In addition, the capacitance value on the substrate can be arbitrarily controlled by changing the thickness and area of the dielectric. For example, the capacitance of a high-frequency small capacitor used for a mobile phone or the like is about 0.1-1 pF, so that it can be manufactured to a size of 0402 (0.4 × 0.2 × 0.2 mm) or less. It is. Actually, it is possible to obtain a capacitance of 0.2 pF with the thickness of the dielectric paste being 5 μm and φ50 μm . Therefore, the mounting area can be greatly reduced.

また、本発明では、塗布するインクにカーボン含有インクを用いることで、キャパシタ構造だけでなく抵抗素子も併せて内蔵することができる。   Moreover, in this invention, not only a capacitor structure but a resistive element can be incorporated together by using a carbon containing ink for the ink to apply | coat.

また、本発明によるキャパシタ構造を内蔵する両面回路基板をコア基板とした多層基板も製作可能である。むろんビルド層にも形成可能であることから、コア基板とビルド層ともに本発明によるキャパシタ構造を内蔵する両面回路基板を用いることができる。   In addition, it is possible to manufacture a multi-layer board using a double-sided circuit board incorporating the capacitor structure according to the present invention as a core board. Of course, since it can also be formed in the build layer, a double-sided circuit board incorporating the capacitor structure according to the present invention can be used for both the core substrate and the build layer.

図2は、本発明の他の実施例におけるキャパシタ構造を内蔵する回路基板の製造方法を示す製造工程図であって、先ず、同図(1)に示す様に、ポリイミド等の可撓性絶縁ベース材41の両面に銅箔等の第一の導体層42、第二の導体層43を有する、所謂、両面銅張積層板44を用意し、第一の導電層42の所要位置に通常のフォトファブリケーション手法によるエッチング手法を用いて、孔や溝を形成する部位に開口を有するメタルマスクを形成するためのレジスト層45を形成する。この工程はドライフィルムレジスト等をラミネーター等により張り合わせることが好ましい。尚、ベース材には25μm厚のポリイミドを用いた。 FIG. 2 is a manufacturing process diagram showing a method of manufacturing a circuit board incorporating a capacitor structure according to another embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. A so-called double-sided copper-clad laminate 44 having a first conductor layer 42 such as a copper foil and a second conductor layer 43 on both sides of the base material 41 is prepared. A resist layer 45 for forming a metal mask having an opening at a portion where a hole or a groove is formed is formed by using an etching method by a photofabrication method. In this step, it is preferable to bond a dry film resist or the like with a laminator or the like. The base material was polyimide having a thickness of 25 μm .

次に同図(2)に示す様に、上記レジスト層45を用い、通常のフォトファブリケーション手法によるエッチング手法を用いて、孔や溝を形成する部位に開口46を有するメタルマスク47を形成する。
次に同図(3)に示す様に、上記開口46により露出された可撓性絶縁ベース材41に対しレーザー加工手法、プラズマエッチング手法、樹脂エッチング手法等を単独および組み合わせてエッチング除去し、他方面の導体層43に達する有底のキャパシタを形成するための孔48と、ビアホールを形成するための孔49を形成する。ここでは様々な形状の孔を同時に形成し、尚且つ孔の壁面に45°以下のテーパーをつけるために特許文献4(P4段落番号0025〜P5段落番号0036)に記載の薬液処理による樹脂エッチング手法にて形成した。この場合、ポリイミドフィルムの種類によって、樹脂エッチング速度が異なることから、可撓性絶縁ベース材1の種類としてはピロメリット酸二無水物と芳香族ジアミンとの重縮合により得られるポリイミドフィルム(例えば米国デュポン社製のカプトン、鐘淵化学株式会社のアピカル)あるいはこれに類する構造の熱可塑性ポリイミド等が好適である。
Next, as shown in FIG. 2B, using the resist layer 45, a metal mask 47 having an opening 46 in a portion where a hole or groove is to be formed is formed using an etching method based on a normal photofabrication method. .
Next, as shown in FIG. 3 (3), the flexible insulating base material 41 exposed through the opening 46 is etched and removed by a laser processing method, a plasma etching method, a resin etching method, etc. alone or in combination. A hole 48 for forming a bottomed capacitor reaching the conductor layer 43 in the direction and a hole 49 for forming a via hole are formed. Here, in order to form holes of various shapes at the same time and to taper the wall surfaces of the holes to 45 ° or less, the resin etching technique by chemical treatment described in Patent Document 4 (P4 paragraph number 0025 to P5 paragraph number 0036) Formed. In this case, since the resin etching rate differs depending on the type of polyimide film, the flexible insulating base material 1 may be a polyimide film obtained by polycondensation of pyromellitic dianhydride and an aromatic diamine (for example, the United States). DuPont Kapton, Kaneka Chemical Co., Ltd.'s apical), or a thermoplastic polyimide having a similar structure is preferred.

また孔の壁面を45°以下のテーパー状に加工する理由としては、次工程の誘電体を塗布する際に、ペーストをテーパー状の壁面にまで到達させることで、キャパシタ構造部におけるショートを確実に防止するためである。
ベース材には25μm厚のポリイミドを用いていることから孔の壁面を45°以下のテーパー状にすることで、誘電体を塗布する際の位置ずれ許容量は±10μmであることから、インクジェット工法で十分対応することができる。ここでは上孔径と下穴径の差を40μmと設計した。
The reason for processing the hole wall into a taper of 45 ° or less is that when applying the dielectric in the next process, the paste reaches the taper wall to ensure a short circuit in the capacitor structure. This is to prevent it.
Since the base material is made of polyimide with a thickness of 25 μm, the tolerance of misalignment when applying dielectric is ± 10 μm by making the wall of the hole into a taper of 45 ° or less. Therefore, the ink jet method can sufficiently cope with this. Here, the difference between the upper hole diameter and the lower hole diameter was designed to be 40 μm .

次に同図(4)に示す様に、誘電体50を孔48により露出した第二の導体層上にインクジェット工法を用いて塗布し、熱硬化させる。ここではキャパシタ構造部におけるショートを防止するために第二の導体層3上に隙間なく誘電体を描画することが必要である。
そこで同図(4)に示す様に、可撓性絶縁ベース材41に形成された孔の壁面まで到達させるよう誘電体を描画することとした。またデカップリングキャパシタは本方式では100mm
程度の面積を必要とすることから、底面はスクリーン印刷を用い、壁面部はインクジェット工法を用いることも有効である。特許文献1(P4段落番号0031)や特許文献2(P5段落番号0031)のように誘電体に電着ポリイミドを用いる場合には、ポリイミドを析出させない部分をマスクテープ等で保護しなければならないが、高誘電ペーストを用いればインクジェット工法やスクリーン印刷により任意の場所にのみ塗布することができることから、工程の簡略化を図ることが出来ると共に、誘電体の比誘電率や膜厚並び塗布面積を変える事で任意の静電容量を得ることが出来る。またインクジェット用のインクはスクリーン印刷用ペーストに比べ溶剤分が多いため熱硬化後の膜減りも多い。
このことから同じ誘電率のインクを用いてもスクリーン印刷で形成した誘電体に比べインクジェットで形成した誘電体が薄くなることから、高容量のキャパシタを形成することができる。インクジェット工法での誘電体描画の際に、1度の描画では表面に1.5μm程度の凹凸ができるが、3度の描画では膜厚3.5μm程度で表面の凹凸は0.2μm程度まで小さくなる。ここではピンホールによるショートを確実に防止するために5度の描画で5μmの膜厚を形成した。
次に同図(5)に示す様に、特許文献6(P4段落番号0013、図3)に記載の工法を用いて導電性ペースト51を全ての孔に充填し、熱硬化させる。
次に同図(6)に示す様に、導電性ペーストを研磨により第一の導体層と併せて平坦化する。
Next, as shown in FIG. 4 (4), the dielectric 50 is applied on the second conductor layer exposed through the holes 48 using an ink jet method, and is thermally cured. Here, in order to prevent a short circuit in the capacitor structure portion, it is necessary to draw a dielectric on the second conductor layer 3 without a gap.
Therefore, as shown in FIG. 4 (4), the dielectric is drawn so as to reach the wall surface of the hole formed in the flexible insulating base material 41. The decoupling capacitor is 100 mm 2 in this method.
Since a certain area is required, it is also effective to use screen printing for the bottom surface and an ink jet method for the wall surface. When electrodeposited polyimide is used for the dielectric as in Patent Document 1 (P4 paragraph number 0031) and Patent Document 2 (P5 paragraph number 0031), the portion where the polyimide is not deposited must be protected with a mask tape or the like. If a high dielectric paste is used, it can be applied only to an arbitrary place by an ink jet method or screen printing, so that the process can be simplified and the relative permittivity of the dielectric, the film thickness and the coating area are changed. Any capacitance can be obtained. Ink-jet inks have more solvent than screen printing pastes, so there is a lot of film loss after thermosetting.
For this reason, even when ink having the same dielectric constant is used, the dielectric formed by inkjet is thinner than the dielectric formed by screen printing, so that a capacitor having a high capacity can be formed. At the time of dielectric drawing by the inkjet method, unevenness of about 1.5 μm can be formed on the surface by one drawing, but the unevenness of the surface is about 3.5 μm and the surface unevenness is about 0.3 μm by drawing three times. Smaller to about 2 μm . Here, in order to surely prevent a short circuit due to a pinhole, a film thickness of 5 μm was formed by drawing five times.
Next, as shown in FIG. 5 (5), the conductive paste 51 is filled in all the holes using the method described in Patent Document 6 (P4 paragraph number 0013, FIG. 3), and is thermally cured.
Next, as shown in FIG. 6 (6), the conductive paste is planarized together with the first conductor layer by polishing.

次に同図(7)に示す様に、第一の導体層42ならび導電ペースト51に対し導電化処理を行い、めっき皮膜52を形成する。   Next, as shown in FIG. 7 (7), the first conductor layer 42 and the conductive paste 51 are subjected to a conductive treatment to form a plating film 52.

次に同図(8)に示す様に、第一の導体層42、第二の導体層43ならびにめっき皮膜52に対しフォトファブリケーション手法によるエッチング手法を用いて、回路パターン53、54を形成することで、キャパシタ構造を内蔵する両面可撓性回路基板55を得る。   Next, as shown in FIG. 8 (8), circuit patterns 53 and 54 are formed on the first conductor layer 42, the second conductor layer 43, and the plating film 52 by using an etching technique based on a photofabrication technique. Thus, the double-sided flexible circuit board 55 incorporating the capacitor structure is obtained.

このように誘電体を熱硬化させた後に全ての孔や溝を導電性ペーストで充填することでキャパシタと層間接続を同時に形成することができ、熱硬化させ表面を研磨した後にめっき処理を行うことで接続信頼性を確保することができる。層間の導通をめっき処理のみで行う場合には、キャパシタ内蔵基板をコア基板とした多層基板を製作する上でビアのスタック構造が取れない部分が発生することで高密度化に限界があり、尚且つ配線部と共にビア部を充填しなければならないために層間接着剤を厚くする必要がある。しかし、本構造のようにすべての孔や溝を導電ペーストで充填し、めっきを施したキャパシタ内蔵基板をコア基板として多層基板を製作すれば、ビルド部には任意の場所にビアを形成することも可能となることから高密度化に寄与し、尚且つ配線部のみを充填することから層間接着剤を薄くすることが出来る。これは、導電性ペースト熱硬化後の研磨量やめっき厚を最適化することで、より層間接着剤の薄膜化の可能性があり、接続信頼性向上に大きく寄与する。   Capacitors and interlayer connections can be formed at the same time by filling all holes and grooves with conductive paste after the dielectric is thermally cured in this way, and the plating process is performed after the surface is thermally cured and the surface is polished. Can ensure connection reliability. In the case where the conduction between the layers is performed only by plating, there is a limit to increasing the density because there is a portion where the via stack structure cannot be obtained in manufacturing the multilayer substrate using the capacitor built-in substrate as the core substrate, and Since the via portion must be filled together with the one wiring portion, it is necessary to increase the thickness of the interlayer adhesive. However, if a multilayer board is manufactured by filling all holes and grooves with conductive paste as in this structure and using the plated capacitor built-in board as the core board, vias can be formed at any location in the build area. This also contributes to higher density, and since only the wiring portion is filled, the interlayer adhesive can be made thinner. By optimizing the polishing amount and the plating thickness after heat curing of the conductive paste, there is a possibility of reducing the thickness of the interlayer adhesive, which greatly contributes to improving connection reliability.

本発明の一実施例におけるキャパシタ構造を内蔵する両面可撓性回路基板の製造工程図。The manufacturing process figure of the double-sided flexible circuit board which incorporates the capacitor structure in one Example of this invention. 本発明の他の実施例におけるキャパシタ構造を内蔵する両面可撓性回路基板の製造工程図。The manufacturing process figure of the double-sided flexible circuit board which incorporates the capacitor structure in the other Example of this invention. 従来工法によるキャパシタ構造を内蔵する両面可撓性回路基板の製造工程図。The manufacturing process figure of the double-sided flexible circuit board which incorporates the capacitor structure by a conventional construction method.

符号の説明Explanation of symbols

1 可撓性絶縁ベース材
2 第一の導体層
3 第二の導体層
4 両面銅張積層板
5 レジスト層
6 開口
7 メタルマスク
8 孔
9 孔
10 誘電体
11 めっき皮膜
12 回路パターン
13 回路パターン
14 両面可撓性回路基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Flexible insulating base material 2 1st conductor layer 3 2nd conductor layer 4 Double-sided copper clad laminated board 5 Resist layer 6 Opening 7 Metal mask 8 Hole 9 Hole 10 Dielectric 11 Plating film 12 Circuit pattern 13 Circuit pattern 14 Double-sided flexible circuit board

Claims (3)

キャパシタを内蔵する回路基板の製造方法において、
a) 絶縁ベース材の両面に第一の導体層と第二の導体層とを有する積層板を用意し、前記第一の導体層にメタルマスクを形成し、第一の電極となる前記第二の導体層に積層された前記絶縁ベース材に45°以下のテーパー状の壁面を有する有底の孔を形成する工程
b) 選択的に孔の底面から壁面にまでインクジェット工法にて誘電体を塗布し、熱硬化する工程
c) 導電化処理およびめっき処理を行い、第二の電極および回路パターンを形成する工程
a)〜c)を含むことを特徴とするキャパシタを内蔵する回路基板の製造方法。
In a method for manufacturing a circuit board with a built-in capacitor,
a) providing a laminate having a first conductor layer and second conductor layer on both surfaces of the insulating base material, forming a metal mask on the first conductive layer, the second as the first electrode forming a bottomed hole having a tapered wall the following 45 ° to the insulating base material laminated to a conductive layer
b) A process of selectively applying a dielectric material from the bottom surface of the hole to the wall surface by an ink-jet method, followed by thermosetting.
c) Conducting treatment and plating treatment to form second electrode and circuit pattern
A method of manufacturing a circuit board containing a capacitor, comprising: a) to c).
前記c)の工程において、導電化処理前に、導電性ペーストを前記孔に充填して熱硬化し、平坦化処理することを特徴とするキャパシタを内蔵する回路基板の製造方法。A method of manufacturing a circuit board with a built-in capacitor, wherein in the step c), the conductive paste is filled in the holes, thermally cured, and flattened before conducting the conductive treatment. 前記回路基板が両面可撓性回路基板であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のキャパシタを内蔵する回路基板の製造方法。The method of manufacturing a circuit board with a built-in capacitor according to claim 1, wherein the circuit board is a double-sided flexible circuit board.
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