JP5095398B2 - 多層プリント配線板 - Google Patents
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Description
前記配線パターンと電気的に接続される半導体素子を実装可能であり、該半導体素子のグランド電極及び電源電極のいずれか一方に接続される第1パッドと該半導体素子のグランド電極及び電源電極のもう一方に接続される第2パッドとを有する実装部と、
前記実装部と前記ビルドアップ部との間にてセラミック製の高誘電体層と該高誘電体層を挟み互いに電位が異なる第1及び第2層状電極とを有し、前記第1層状電極が前記第1パッドと同電位となるように電気的に接続され前記第2層状電極が前記第2パッドと同電位となるように電気的に接続される層状コンデンサ部と、
を備え、
前記第1パッドと前記配線パターンのグランドライン又は電源ラインとを電気的に接続する導通路の少なくとも一部をなし前記第2層状電極を非接触状態で通過する第1棒状導体の数は、前記第1パッドの数に対して0.05〜0.7であり、
前記第2パッドと前記配線パターンの電源ライン又はグランドラインとを電気的に接続する導通路の少なくとも一部をなし前記第1層状電極を非接触状態で通過する第2棒状導体の数は、前記第2パッドの数に対して0.05〜0.7であることを要旨とする。
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は本発明の一実施形態である多層プリント配線板110の平面図、図2はこの多層プリント配線板110の縦断面図(中心線の左側のみ示す)、図3は層状コンデンサ部140を模式的に表した斜視図である。
ッド162がそれぞれ第1パッド及び第2パッドに相当する。
(1)乾燥窒素中において、濃度1.0モル/リットルとなるように秤量したジエトキシバリウムとビテトライソプロポキシドチタンを、脱水したメタノールと2−メトキシエタノールとの混合溶媒(体積比3:2)に溶解し、室温の窒素雰囲気下で3日間攪拌してバリウムとチタンのアルコキシド前駆体組成物溶液を調製した。次いで、この前駆体組成物溶液を0℃に保ちながら攪拌し、あらかじめ脱炭酸した水を0.5マイクロリットル/分の速度で窒素気流中で噴霧して加水分解した。
(2)このようにして作製されたゾル−ゲル溶液を、0.2ミクロンのフィルターを通し、析出物等をろ過した。
(3)上記(2)で作製したろ過液を厚さ12μmの銅箔522(後に第1層状電極141となる)上に1500rpmで1分間スピンコートした。溶液をスピンコートした基板を150℃に保持されたホットプレート上に3分間置き乾燥した。その後基板を850℃に保持された電気炉中に挿入し、15分間焼成を行った。ここで、1回のスピンコート/乾燥/焼成で得られる膜厚が0.03μmとなるようゾル−ゲル液の粘度を調整した。なお、第1層状電極141としては銅の他に、ニッケル、白金、金、銀等を用いることもできる。
(4)スピンコート/乾燥/焼成を40回繰り返し1.2μmの高誘電体層524を得た。
(5)その後、スパッタ等の真空蒸着装置を用いて高誘電体層524の上に銅層を形成し更にこの銅層上に電解めっき等で銅を10μm程度足すことにより、銅箔526(後に第2層状電極142の一部をなす)を形成した。このようにして、高誘電体シート520を
得た。誘電特性は、INPEDANCE/GAIN PHASE ANALYZER(ヒューレットパッカード社製、品名:4194A)を用い、周波数1kHz、温度25℃、OSCレベル1Vという条件で測定したところ、その比誘電率は、1,850であった。なお、真空蒸着は銅以外に白金、金等の金属層を形成してもよいし、電解めっきも銅以外にニッケル、スズ等の金属層を形成してもよい。また、高誘電体層をチタン酸バリウムとしたが、他のゾル−ゲル溶液を用いることで、高誘電体層をチタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、酸化タンタル(TaO3、Ta2O5)、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛(PLZT)、チタン酸ジルコン酸ニオブ鉛(PNZT)、チタン酸ジルコン酸カルシウム鉛(PCZT)及びチタン酸ジルコン酸ストロンチウム鉛(PSZT)のいずれかにすることも可能である。
Hz、ショット数4という条件で行い、スルーホール530はショット数31とした以外は同条件で行った。その後、スルーホール530,531内に後述するスルーホール充填用樹脂532を充填し、80℃で1時間、120℃で1時間、150℃で30分乾燥した(図4(d)参照)。なお、スルーホール530,531は、図1に示した電源用パッド162とグランド用パッド161のすべてに対応するようには形成しなかった。
ロールにて混練することによりその混合物の粘度を、23±1℃において45000〜4
9000cpsに調整して、スルーホール充填用樹脂を得た。
マスク径を介して2.0mjのエネルギー密度、2ショットという条件で形成し、スルーホール531aはUVレーザ にて52ショットにした以外は同条件で形成した(出力:
3〜10w、周波数:30〜60kHz)。
径を介して2.0mjのエネルギー密度、1ショットでバイアホール560を形成した(図6(a)参照)。続いて、粗化処理し、150℃で3時間乾燥硬化し応力緩和シート550を完全硬化した。その後、触媒付与、化学銅、めっきレジスト形成、電気銅めっき、めっきレジスト剥離、クイックエチングの工程を施すことにより、バイアホール560を金属で充填すると共に最表層に各バイアホール560の上面にパッド(グランド用パッド161,電源用パッド162,シグナル用パッド163(図6には示していない))を形成し、実装部160を有する多層プリント配線板110を得た(図6(b))。なお、ランド544に接続されているグランド用パッド161はグランドラインに接続され、上部電極543に接続されている電源用パッド162は電源ラインに接続される。また、シグナル用パッド163は信号ラインに接続される。ここで、銅箔522が第1層状電極141に相当し、銅箔526及び上部電極543が第2層状電極142に相当し、高誘電体層524が高誘電体層143に相当し、これらが層状コンデンサ部140となる。
両面のうち実装部160から遠い面つまり高誘電体層143の下面に形成されたベタパターンであり、第2層状電極142は、実装部160に近い面つまり高誘電体層143の上面に形成されたベタパターンであって第1層状電極141に接続されるバイアホール161aを非接触状態で通過させる通過孔142aを有している形状であるため、各層状電極141,142の面積を十分大きくすることができ、この層状コンデンサ部140の静電容量を大きくすることができる。ここで、第1層状電極141に接続される第1棒状導体161cと第2層状電極142に接続される第2棒状導体162bは、少なくとも一部が格子状に交互に並んでいるため、ループインダクタンスが低くなるので電源電位の瞬時低下を防止しやすくなる。なお、第1棒状導体161cと第2棒状導体162bは千鳥状に交互に並んでいてもよく、この場合も同様の効果が得られる。
図8は第2実施形態の多層プリント配線板210の縦断面図(中心線の左側のみ示す)である。本実施形態の多層プリント配線板210は、図8に示すように、第1実施形態と同様のコア基板20と、このコア基板20の上面に樹脂絶縁層36を介して積層され配線パターン22と配線パターン32をバイアホール34によって電気的に接続するビルドアップ部30と、このビルドアップ部30に積層された層間絶縁層220と、この層間絶縁層220に積層され高誘電体層243とこの高誘電体層243を挟む第1及び第2層状電極241,242とで構成された層状コンデンサ部240と、この層状コンデンサ部240に積層された層間絶縁層245と、この層間絶縁層245に積層され弾性材料で形成された応力緩和部250と、半導体素子を実装する実装部260と、この実装部260の周囲に設けられたチップコンデンサ配置領域270とを備えている。
介して2.0mjのエネルギー密度、3ショットという条件を採用し、スルーホール652は、1ショットとした以外は前記条件と同条件を採用し、スルーホール653はUVレーザにて56ショットとした以外は前記条件と同条件を採用した(出力:3〜10W、周波数:30〜60kHz)。なお、スルーホール630は、図8に示した電源用パッド262のすべてではなく一部つまり電源用パッド262yに対応して形成し、スルーホール653は、図8に示したグランド用パッド261のすべてではなく一部つまりグランド用パッド261yに対応して形成した。
実験例1〜5では、第1実施形態において、高誘電体シートの作製手順(4)のスピンコート/乾燥/焼成の繰り返し回数を4回とし、0.12μmの高誘電体層143を得た。また、図2に示す多層プリント配線板110の第2棒状導体162bの数、第1棒状導体161cの数を各実験例ごとに変更することにより、表1に示す第2棒状導体162bの数/電源用パッド162の数、第1棒状導体161cの数/グランド用パッド161の数となるように調整した。なお、電源用パッド162の数及びグランド用パッド161の数は、いずれも10000個とした。また、通過孔141a,142aの大きさを調整することで層状コンデンサ部140のダイ直下の容量を3.8μFとした。
実験例6〜10では、第2実施形態において、高誘電体シートの作製手順(4)のスピンコート/乾燥/焼成の繰り返し回数を4回とし、0.12μmの高誘電体層143を得た。また、図7に示す多層プリント配線板210のバイアホール262c(第2棒状導体)の数、バイアホール261b(第1棒状導体)の数を各実験例ごとに変更することにより、表2に示すバイアホール262cの数/電源用パッド262の数、バイアホール261bの数/グランド用パッド261の数となるように調整した。なお、電源用パッド262の数及びグランド用パッド261の数は、いずれも10000個とした。また、通過孔241a,242a,242bの大きさを調整することでコンデンサ部のダイ直下の容量を3.8μFとした。
実験例1〜10の多層プリント配線板において以下のヒートサイクル試験を行った。
ヒートサイクル試験条件:−55℃×30分、125℃×30分を1000回
その後、駆動周波数3.6GHz、FSB1066MHzのICチップを実装し、同時スイッチングを100回繰り返して、パルス・パターン・ジェネレータ/エラー・ディテクタ(アドバンテスト社製、商品名:D3186/3286)を用いて誤動作の有無を確認した。そして、誤動作が観察されなかった場合を○、誤動作が観察された場合を×と評価した。その結果を表1,2に示す。表1,2から明らかなように、棒状導体数/パッド数が0.01の場合には、実装したICチップに誤動作が観察された。これは、棒状導体の数が少ないことから、ヒートサイクル試験により電気的な接続状態の劣化した棒状導体が発生したときにその影響を他の棒状導体でカバーしきれず、その結果誤動作が発生したのではないかと推察している。また、棒状導体数/パッド数が1の場合にも、実装したICチップに誤動作が観察された。これは、層状コンデンサ部の高誘電体層を貫通する貫通孔やその貫通孔に入り込む樹脂が多くなるため、高誘電体層を収縮/膨張させる箇所が多くなるので、セラミック製の脆い高誘電体層にクラックが入ったのではないかと推察している。
Claims (16)
- 樹脂絶縁層を介して複数積層された配線パターン同士を前記樹脂絶縁層内のバイアホールによって電気的に接続することにより構成されるビルドアップ部を備えた多層プリント配線板であって、
前記多層プリント配線板の表面に形成され、前記配線パターンと電気的に接続される半導体素子を実装可能であり、該半導体素子のグランド電極及び電源電極のいずれか一方に接続される第1パッドと該半導体素子のグランド電極及び電源電極のもう一方に接続される第2パッドとを有する実装部と、
前記実装部と前記ビルドアップ部との間に形成され、セラミック製の高誘電体層と該高誘電体層を挟み互いに電位が異なる第1及び第2層状電極とを有し、前記第1層状電極が前記第1パッドと同電位となるように電気的に接続され前記第2層状電極が前記第2パッドと同電位となるように電気的に接続される層状コンデンサ部と、
を備え、
前記第1パッドと前記配線パターンのグランドライン又は電源ラインとを電気的に接続する導通路の少なくとも一部をなし前記第2層状電極を非接触状態で通過する第1棒状導体の数は、前記第1パッドの数に対して0.05〜0.7であり、
前記第2パッドと前記配線パターンの電源ライン又はグランドラインとを電気的に接続する導通路の少なくとも一部をなし前記第1層状電極を非接触状態で通過する第2棒状導体の数は、前記第2パッドの数に対して0.05〜0.7であり、
前記高誘電体層は、前記ビルドアップ部とは別に高誘電体材料を焼成して作製したものである、
多層プリント配線板。 - 前記高誘電体層は、チタン酸バリウム(BaTiO3)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、酸化タンタル(TaO3、Ta2O5)、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛(PLZT)、チタン酸ジルコン酸ニオブ鉛(PNZT)、チタン酸ジルコン酸カルシウム鉛(PCZT)及びチタン酸ジルコン酸ストロンチウム鉛(PSZT)からなる群より選ばれた1種又は2種以上の金属酸化物を含んでなる原料を焼成して作製したものである、
請求項1記載の多層プリント配線板。 - 前記第2棒状導体は複数存在し、前記第1層状電極だけでなく前記第2層状電極も非接触状態で通過する独立棒状導体である、
請求項1又は2に記載の多層プリント配線板。 - 前記第1層状電極は、前記第2棒状導体を非接触状態で通過させる通過孔を持つベタパターンとして前記高誘電体層の下面側に形成され、前記第2層状電極は、前記第1棒状導体を非接触状態で通過させる通過孔を持つベタパターンとして前記高誘電体層の上面側に形成される、
請求項1〜3のいずれかに記載の多層プリント配線板。 - 前記第1パッドのうちの一部は前記第1棒状導体を有し、前記第1パッドのうちの残りは自ら前記第1棒状導体を有さず該第1棒状導体を有する第1パッドに電気的に接続されており、
前記第2パッドのうちの一部は前記第2棒状導体を有し、前記第2パッドのうちの残りは自ら前記第2棒状導体を有さず該第2棒状導体を有する第2パッドに電気的に接続されている、
請求項1〜4のいずれかに記載の多層プリント配線板。 - 前記第1棒状導体と前記第2棒状導体は、少なくとも一部が格子状又は千鳥状に交互に並んでいる、
請求項1〜5のいずれかに記載の多層プリント配線板。 - 前記層状コンデンサ部は、前記第1及び第2層状電極の間の距離が10μm以下であって実質的に短絡しない距離に設定されている、
請求項1〜6のいずれかに記載の多層プリント配線板。 - 前記層状コンデンサ部は、前記実装部に実装される半導体素子の直下に形成されている、
請求項1〜7のいずれかに記載の多層プリント配線板。 - 請求項1〜8のいずれかに記載の多層プリント配線板であって、
前記実装部が設けられた表面側に設置され前記層状コンデンサ部の前記第1及び第2層状電極に接続されるチップコンデンサ、を備えた多層プリント配線板。 - 請求項1〜9のいずれかに記載の多層プリント配線板であって、
前記実装部と前記層状コンデンサ部との間に弾性材料で形成された応力緩和部、
を備えた多層プリント配線板。 - 前記応力緩和部は、前記実装部に実装される半導体素子の直下にのみ形成されている、
請求項10に記載の多層プリント配線板。 - 前記応力緩和部を形成する材料は、変成エポキシ系樹脂シート、ポリフェニレンエステル系樹脂シート、ポリイミド系樹脂シート、シアノエステル系樹脂シート及びイミド系樹脂シートよりなる有機系樹脂シート群から選ばれる少なくとも1種である、
請求項10又は11に記載のプリント配線板。 - 前記有機系樹脂シートは、熱可塑性樹脂であるポリオレフィン系樹脂及びポリイミド系樹脂、熱硬化性樹脂であるシリコーン樹脂、並びにゴム系樹脂であるSBR,NBR及びウレタンよりなる群から選ばれる少なくとも1種が含有されてなる、
請求項12に記載のプリント配線板。 - 前記有機系樹脂シートは、シリカ、アルミナ、ジルコニアよりなる群から選ばれる少なくとも1種が含有されてなる、
請求項12又は13に記載のプリント配線板。 - 前記応力緩和部のヤング率は、10〜1000MPaである、
請求項10〜14のいずれかに記載のプリント配線板。 - 前記層状コンデンサのダイ直下の容量は0.5〜5μFである、
請求項1〜15のいずれかに記載のプリント配線板。
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