JP5367319B2 - キャパシタおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は印刷法により形成するキャパシタおよびその製造方法に係わり、特に電気特性を改善したキャパシタの構造およびその製造方法に関する。

近年、電子装置の高性能化のために、高集積の受動素子に対する市場ニーズが増大している。また、プリント配線板上に搭載されていた各種の受動素子は、電子装置を小型化するのに大きな障害要因として一般に認識されている。

特に、半導体能動素子の入出力端子数が増加することによって、その能動素子の周囲により多くの受動素子の確保空間が要求されているが、これは簡単に解決できる問題ではない。

代表的な受動素子には、キャパシタがある。キャパシタには、稼動周波数の高周波化によりインダクタンス成分を減少させるための適切な配置が要求される。たとえば、安定的な電源供給に使用されるデカップリングキャパシタは、高周波化による誘導インダクタンスを低減させるために、入力端子と最近接距離の位置に配置されることが要求される。

このような小型化および高周波化の要求を満たすために、多様な形態の低ＥＳＬ積層型キャパシタが開発されてきたが、従来のＭＬＣＣ（多層セラミックキャパシタ）は、ディスクリート素子として上記問題を克服するのに根本的な限界がある。

ところでキャパシタは、電気回路の素子として多く使用されるので、仮にこれらがプリント配線板内に内蔵できると、その基板の面積を効果的に減らすことが可能となる。したがって、最近は内蔵型キャパシタの開発が活発に行われている。

内蔵型キャパシタは、プリント配線板に内蔵された形態として、製品の大きさを減少させることができる。また、能動素子の入力端子に近接した位置に配置することができるので、配線長さを最短化して寄生インダクタンス成分を大きく低減することができる。

このようにキャパシタを内蔵する効果としては、基板の小型化のみならず、電気特性の向上が見込まれる。ただし、内蔵したとしても、形成方法によっては電気特性が向上しない場合がある。

スクリーン印刷法によりキャパシタを形成する際、第１の電極の上に誘電体層を形成し、その後、誘電体層の上に第２の電極を形成する。この平行平板構造のキャパシタを形成する際、容量を増加させるためには、誘電体層の誘電率の増加、電極面積の増加、電極間距離の縮小が挙げられる。そして、高密度化を進める製法の観点からは、電極面積を増やすことよりも電極間距離を小さくすることが有効である。

しかし、電極間距離を小さくすることで、電極間のマイグレーション耐性が低下することから、この電極間マイグレーション耐性を向上するために電極に銅ペーストを用いている。

銅ペーストは、銅粒子が酸化され易いことから酸化還元剤がペースト中に混合されている。しかし、銅粒子の酸化を完全に防止できないため、酸化膜で覆われた銅粒子により形成された電極にはキャパシタ成分が寄生し、なお且つ銅ペーストと回路との接点部にもキャパシタ成分が寄生している。

このことから、電気特性の安定化に向けては、ペースト自体に寄生するキャパシタ成分の低減に加え、第２電極と回路との接点部に寄生するキャパシタ成分も低減させる必要がある。

特許文献１（Ｐ２）に記載のキャパシタ内蔵プリント配線板は、回路と第２電極ペーストとの接点部に寄生するキャパシタ成分に着目し、誘電体層を形成する前に第２電極の接点部となる回路に、予め銀ペーストを印刷形成することで課題を解決している。

しかし、この手法は、電極ペースト自体に寄生するキャパシタ成分を考慮していないことから、電気特性が不安定である。これらのことから、電気特性が安定したキャパシタを安価に作り込む技術が望まれていた。

図２(1)ないし(4)は、従来のキャパシタを内蔵したプリント配線板の製造方法を示す断面図である。図２(1)に示すように、先ずポリイミド等の絶縁ベース材の両面に銅箔等の第１の導体層、第２の導体層を有する、所謂、両面銅張積層板２１を用意し、第１の導体層にキャパシタの第１電極２２と、第２電極との接点部とビア用のランドおよび所要の配線からなる回路２３を形成する。

その第２電極との接点部に銀ペースト層２４を印刷形成した（図２(2)）後に、第１電極２２上に誘電体層２５を形成し（図２(3)）、その後、誘電体層２５上および電極接点部に形成した銀ペースト層２４上に第２電極２６を形成することで、キャパシタ２７を得る（図２(4)）。
特開昭63-222413号公報

このように、基板の小型化、および電気特性の向上を目的として受動部品の基板への内蔵化が求められている。しかし、従来の印刷による方法では、電気特性が安定したキャパシタを形成することは困難である。

本発明は上述の点を考慮してなされたもので、印刷法により電気特性の安定したキャパシタを提供すること、および安価に歩留まり良く製造する方法を提供することを目的とする。

上記目的達成のため、本願では、次の各発明を提供する。

第１の発明によれば、
高誘電率の誘電体層を挟んで第１および第２の電極が積層されてなるキャパシタにおいて、
前記第２の電極に接続される電極接点用配線が、前記誘電体層上に前記第1の電極の周囲を取り囲むように配され、
前記第２の電極は、前記誘電体層に接するように配される、マイグレーション耐性のある第１の金属塗装膜と、前記第１の金属塗装膜の上に配されて前記電極接点用配線と接続される、寄生キャパシタ成分が少ない第２の金属塗装膜とが積層されて構成された
ことを特徴とするキャパシタ、
が提供される。

また第２の発明によれば、
基板表面に、第１の電極、誘電体層および第２の電極を順次積層してキャパシタを製造する方法において、
前記第２の電極に接続される前記基板上の電極接点用配線が、前記第1の電極の周囲を取り囲むように配された配線基板を用意し、
前記第１の電極を覆うように高誘電率の誘電体ペーストを印刷し熱硬化して誘電体層を形成し、
前記誘電体層の上に、マイグレーション耐性のある第１の導電体ペーストを、前記第１の電極よりも大きな広がりを持ち、前記誘電体層よりも小さな広がりを持つように塗布して第１の金属塗装膜を形成し、
寄生キャパシタ成分の少ない第２の導電体ペーストを、前記第１の金属塗装膜を覆い、かつ前記電極接点用配線と接続されるように塗布して第２の金属塗装膜を形成する
ことを特徴とするキャパシタの製造方法、
が提供される。

これらの特徴により、本発明は次のような効果を奏する。

本発明によれば、キャパシタの第２電極にマイグレーション耐性のある導電性ペースト、例えば銅ペーストを用いることにより、電極間マイグレーション耐性を向上させることができる。そして、キャパシタの第２電極の銅ペースト上に、ペースト中の寄生キャパシタ成分が少ない銀ペーストを形成し、回路との接点部を電極周囲の配線にも広げることで、銅ペースト中での電荷の移動量が低減されることから、ペースト中の寄生キャパシタ成分の影響を低減できるためにキャパシタの電気特性を安定化することができる。

また、本発明によれば、キャパシタの第２電極の銅ペースト上に銀ペーストを形成し、回路との接点部を電極周囲の配線にも広げることで、銅ペースト中での電荷の移動量が低減されることから、ペースト中の寄生キャパシタ成分の影響を低減できるためにキャパシタの電気特性を安定化することができる。

以下、図１Ａおよび図１Ｂを参照して本発明の実施例を説明する。

図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の１実施例を示す断面工程図である。先ず、図１Ａ(1ａ)、図１Ａ(1ｂ)に示すように、ポリイミド等の絶縁ベース材１の両面に銅箔等の第１の金属箔２、第２の金属箔３を有する、所謂、両面銅張積層板４を用意し、第１の金属箔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、キャパシタの第１電極５を形成すると同時に、電極接点用ランド６、電極接点用配線７、および所要の配線パターンを形成する。

なお、ベース材には２５μｍ厚のポリイミドを用い、金属箔は１２μｍの電解銅箔を用いた。キャパシタの容量は、電極面積、電極間距離および電極間に形成する材料を適宜選定することによって決定するが、ここでの電極面積は１００ｍｍ^２とした。

次に、図１Ａ(1b)のＡ−Ａ線に沿う断面図である図１Ａ(2)に示すように、キャパシタの電極接点用ランド６および電極接点用配線７の上に、銀ペーストの塗布により銀ペースト層８を形成した。

用いたペーストは、アサヒ化研製銀ペースト「LS-506J」で、２５０メッシュの平織りステンレススクリーン版を用いて印刷し、ボックス型熱風オーブンにより１５０℃、３０ｍｉｎの熱硬化を行った。

この銀ペースト層８の形成には、スクリーン印刷法を用いたが、金を始めとする各種貴金属のめっき法を適用して銀ペースト層８に相当するものを形成することもできる。

次いで、図１Ａ(3)に示すように、誘電体層９をキャパシタの第１電極５上に形成した。ここでの高誘電ペーストの形成にはスクリーン印刷法を用いたが、インクジェット等の印刷法も適用することができる。

用いたペーストはアサヒ化研製「ＣＸ−１６」であり、５００メッシュの平織りステンレススクリーン版を用いて印刷し、ボックス型熱風オーブンにより１５０℃、３０ｍｉｎの熱硬化を行った。誘電体層９の膜厚は、熱硬化後で６μｍであった。

続いて、図１Ｂ(4)に示すように、誘電体層９の上に、キャパシタの第２電極１０を銅ペーストの塗布により形成した。この第２電極１０の形成にはスクリーン印刷法を用いたが、インクジェット印刷法またはディスペンス印刷法等を適用することもできる。

用いた導電ペーストは、アサヒ化研製銅ペースト「ACP-060」で、２５０メッシュの平織りステンレススクリーン版を用いて印刷し、ボックス型熱風オーブンにより１５０℃、３０ｍｉｎの熱硬化を行った。第２電極１０には、他の銅ペースト、カーボンペースト等の電極間マイグレーションが発生し難いペーストであれば、何れも適用可能である。

この後、図１Ｂ(5ａ)および図１B(5a)のB-B線に沿う断面である図１Ｂ(5ｂ)に示すように、キャパシタの第２電極１０、電極接点用ランド６、電極接点用配線７上に銀ペースト１１を形成した。

用いたペーストは、アサヒ化研製銀ペースト「LS-506J」で、２５０メッシュの平織りステンレススクリーン版を用いて印刷し、ボックス型熱風オーブンにより１５０℃、３０ｍｉｎの熱硬化を行うことで、電気特性が安定したキャパシタ１２を得ることができた。

この工程により形成したキャパシタの容量は７．５ｎＦであり、容量のばらつきは５％以内に収まっていることを確認した。

これまでキャパシタは、回路と点で接続していたが、本発明の手法を用いれば配線により回路とキャパシタとの接続を行うことができる。マイグレーション耐性を向上させるために電極ペーストに銅ペーストを適用するが、銅ペースト中にはキャパシタ成分が寄生することから、その銅ペースト層の上に銀ペースト層を形成し、その銀ペースト層により回路と接続させることで、回路およびキャパシタの接点に寄生するキャパシタ成分、ならびに銅ペースト中のキャパシタ成分の影響を低減することができる。

このことから、印刷法により電気特性の安定したキャパシタを安価に歩留まり良く製造することができる。

本発明の１実施例におけるキャパシタの製造工程図。 本発明の１実施例におけるキャパシタの製造工程図。 従来工法によるキャパシタの断面図。

符号の説明

１ 絶縁ベース材
２ 第１の金属箔
３ 第２の金属箔
４ 両面銅張積層板
５ 第１電極
６ 電極接点用ランド
７ 電極接点用配線
８ 銀ペースト
９ 誘電体層
１０ 第２電極（第１の金属塗膜層）
１１ 銀ペースト（第２の金属塗膜層）
１２ 本発明によるキャパシタ
２１ 両面銅張積層板
２２ 第１電極
２３ 回路
２４ 銀ペースト
２５ 誘電体層
２６ 第２電極
２７ 従来工法によるキャパシタ

Claims (4)

1. 高誘電率の誘電体層を挟んで第１および第２の電極が積層されてなるキャパシタにおいて、
   前記第２の電極に接続される電極接点用配線が、前記誘電体層上に前記第1の電極の周囲を取り囲むように配され、
   前記第２の電極は、前記誘電体層に接するように配される、マイグレーション耐性のある第１の金属塗装膜と、前記第１の金属塗装膜の上に配されて前記電極接点用配線と接続される、寄生キャパシタ成分が少ない第２の金属塗装膜とが積層されて構成された
   ことを特徴とするキャパシタ。
2. 請求項１記載のキャパシタにおいて、
   前記第１の金属塗装膜は銅の塗装膜であり、
   前記第２の金属塗装膜は銀の塗装膜であることを特徴とするキャパシタ。
3. 基板表面に、第１の電極、誘電体層および第２の電極を順次積層してキャパシタを製造する方法において、
   前記第２の電極に接続される前記基板上の電極接点用配線が、前記第1の電極の周囲を取り囲むように配された配線基板を用意し、
   前記第１の電極を覆うように高誘電率の誘電体ペーストを印刷し熱硬化して誘電体層を形成し、
   前記誘電体層の上に、マイグレーション耐性のある第１の導電体ペーストを、前記第１の電極よりも大きな広がりを持ち、前記誘電体層よりも小さな広がりを持つように塗布して第１の金属塗装膜を形成し、
   寄生キャパシタ成分の少ない第２の導電体ペーストを、前記第１の金属塗装膜を覆い、かつ前記電極接点用配線と接続されるように塗布して第２の金属塗装膜を形成する
   ことを特徴とするキャパシタの製造方法。
4. 請求項３記載のキャパシタの製造方法において、
   前記第１の金属塗装膜は銅ペーストであり、
   前記第２の金属塗装膜は銀ペーストである
   ことを特徴とするキャパシタの製造方法。

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