JP5456060B2 - キャパシタ内蔵配線基板及び部品内蔵配線基板 - Google Patents

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Description

本発明は、コア材に設けられた収容部にキャパシタを収容したキャパシタ内蔵配線基板に関するものである。
従来から、コア材を中央に配置し、その上面側と下面側に導体層及び絶縁層を交互に積層してビルドアップ層を形成した配線基板が用いられている。このような配線基板に半導体素子を載置してパッケージを構成する場合は、外部基板から半導体素子に供給される電源電圧の安定化とノイズの低減を図るため、パッケージにキャパシタを配置して電源配線に接続することが望ましい。この場合、キャパシタと半導体素子との間の配線距離を短縮するために、キャパシタを内蔵した配線基板が提案されている。このようなキャパシタ内蔵配線基板としては、例えば、配線基板に収容部を設け、アレイ状に配置される複数のビア導体を有するビアアレイ型のキャパシタを収容部に収容する構造が採用される(例えば、特許文献1参照)。
一般に、ビアアレイ型のキャパシタは、正極用の内部電極層に接続されるビア導体と、負極用の内部電極層に接続されるビア導体とが交互に配置されている。よって、キャパシタの表面及び裏面に形成される電極層には、正極及び負極に対応する2種類のビア導体に接続される2種類の電極パターンをそれぞれ形成する必要がある。この種のキャパシタの表面電極層は、例えば図15に示す平面構造で形成される。図15においては、負極としてのグランドに接続される複数のビア導体Vaと、正極としての電源電圧に接続される複数のビア導体Vbが配置されている。負極用の電極パターンPaは複数のビア導体Vaの上端と一体的に接続されるベタ状のパターン形状を有するのに対し、正極用の電極パターンPbは各々のビア導体Vbの上端とその近傍における独立した複数のパターン部分に区分されている。図15の表面電極層の上部には、配線基板における多層の積層部が設けられ、表面電極層と同様の導体パターンが形成された導体層が積層されている。積層部の上部には例えば半導体チップが載置される。それぞれのビア導体Va、Vbは、上層の積層部を貫くビア導体群を経由して、半導体チップの各々のパッドと電気的に接続される。
特許文献1:特開2007−318089号公報
特許文献2:特開2009−147177号公報
上記従来の配線基板においては、電源電圧及びグランド電位は、積層方向に多段に連結されたビア導体を含む経路を介して半導体チップに供給される。しかし、このような構造において、ビア導体のクラックに起因する接続不良を生じる恐れがある。例えば、1個のビア導体Vaに接続不良が生じたとしても、ベタ状の電極パターンPaが形成されているのでグランド電位の供給は妨げられない。これに対し、1個のビア導体Vbに接続不良が生じたときは、その位置の上部のビア導体を経由する電源電圧の供給が妨げられることになり、半導体チップの特定のパッドに電源電圧が供給できなくなる恐れがある。あるいは、他の経路により電源電圧を供給できたとしても、ビア導体Vbの接続不良によるインダクタンスの増加は避けられない。また、この場合、グランド電位のパターン面積を十分大きく確保するためには、電源電圧に接続される電極パターンPbを面積の大きなベタ状に形成することは望ましくない。
本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、キャパシタと積層部の間を積層方向に貫くビア導体群に接続不良が生じても、電位を供給するための経路を確保し得る構造を実現し、インダクタンスの増加を回避しつつ接続信頼性を向上させることができるキャパシタ内蔵配線基板を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明のキャパシタ内蔵配線基板は、凹部又は貫通孔として収容部が設けられたコア材と、誘電体層と電極層とが交互に積層され、前記コア材に収容されるキャパシタと、前記コア材の少なくとも上面側に絶縁層及び導体層を交互に積層形成した積層部とを備えたキャパシタ内蔵配線基板であって、第1の電位と電気的に接続される前記電極層および前記導体層を積層方向に連結する第1ビア導体群と、第2の電位と電気的に接続される前記電極層および前記導体層を積層方向に連結する第2ビア導体群と、前記キャパシタの表面の表面電極層に形成され、前記第1ビア導体群と電気的に接続される第1電極パターンと、前記表面電極層に形成され、前記第2ビア導体群を複数列に区分したときの各列にそれぞれ接続される複数の第2電極パターンと、前記積層部のうち前記キャパシタと近接して対向配置される近接導体層に形成され、前記第1ビア導体群と電気的に接続される第1導体パターンと、前記近接導体層に形成され、前記第2ビア導体群を複数列に区分したときの各列にそれぞれ接続される複数の第2導体パターンとを備え、前記第2電極パターンは、第1の方向に並んで配置される所定数のキャパシタ側ビア導体を連結するパターン形状であり、前記第2導体パターンは、前記第1の方向と交差する第2の方向に並んで配置される所定数の積層部側ビア導体を連結するパターン形状であることを特徴としている。
本発明のキャパシタ内蔵配線基板によれば、コア材の収容部に収容されるキャパシタの表面電極層には、第1ビア導体群に接続される第1電極パターンと、第2ビア導体群に接続される複数の第2電極パターンが形成され、コア材の上面側の積層部の近接導体層には、第1ビア導体群に接続される第1導体パターンと、第2ビア導体群に接続される複数の第2導体パターンが形成されるので、第1の電位に対しては第1ビア導体群、第1電極パターン、第1導体パターンを含む経路が構成され、第2の電位に対しては第2ビア導体群、第2電極パターン、第2導体パターンを含む経路が構成される。そして、キャパシタの表面電極層と積層部の近接導体層は、複数の第2電極パターンの各列と複数の第2導体パターンの各列が、互いに直交する方向に並ぶ所定数のビア導体を連結するような網目状の関係で形成される。従って、それぞれの第2電極パターン及び第2導体パターンを自在に経由して第2の電位を供給するための多様な経路が存在することになるので、第2ビア導体群においてクラックに起因する接続不良が生じたとしても、第2の電位を供給する経路を確実に確保し、インダクタンスの増加を招くことなく接続信頼性の向上を実現することができる。
本発明において、前記第1ビア導体群及び前記第2ビア導体群を含む複数のビア導体の配置は特に制約されないが、例えば、面方向において格子状又は千鳥状に配置することができる。また、前記第2導体パターンは、例えば、前記第1の方向と直交する第2の方向に並んで配置される所定数の積層部側ビア導体を連結するパターン形状とすることができる。
本発明において、前記第1の電位はグランド電位とし、前記第2の電位は電源電圧とすることができる。また、前記積層部のうち前記近接導体層の上層には、前記表面電極層と同一パターンに形成される導体層と、前記近接導体層と同一パターンに形成される導体層とを交互に積層してもよい。また、前記複数の第2電極パターン及び前記複数の第2導体パターンは、同一の間隔で平行配置される同一の長尺矩形状のパターンとしてもよい。また、前記表面電極層には、前記複数の第2電極パターンと所定のクリアランスを介して前記第1電極パターンをベタ状に形成し、前記近接導体層には、前記複数の第2導体パターンと所定のクリアランスを介して前記第1導体パターンをベタ状に形成してもよい。また、前記積層部の上部に、前記キャパシタより平面方向のサイズが大きい半導体素子を載置してもよい。この場合、当該半導体素子の裏面に、積層方向で前記キャパシタと重なる領域内に、前記第1の電位に接続される端子群と前記第2の電位に接続される端子群とを形成することが望ましい。
また、上記課題を解決するために、本発明のキャパシタ内蔵配線基板の他の態様は、前記コア材と前記積層部とを備えたキャパシタ内蔵配線基板であって、前記第1ビア導体群及び前記第2ビア導体群と、前記第1電極パターンと、前記表面電極層に形成され前記第2ビア導体群を少なくとも2つ以上のビア導体からなる複数のグループに区分したときに各グループそれぞれに接続される複数の第2電極パターンと、前記積層部のうちの前記キャパシタと近接して対向配置される第1導体層に形成され前記第1ビア導体群をなす複数のビア導体それぞれと電気的に接続される複数の第1導体パターンと、前記第1導体層に形成され前記第2ビア導体群と電気的に接続される第2導体パターンと、前記第1導体層の上層側に隣接する第2導体層に形成され前記第1ビア導体群と電気的に接続される第3導体パターンと、前記第2導体層に形成され前記第2ビア導体群をなす複数のビア導体それぞれと電気的に接続される複数の第4導体パターンとを備え、前記第2電極パターンは、所定数のキャパシタ側ビア導体を連結するパターン形状であることを特徴としている。
本発明のキャパシタ内蔵配線基板の上記態様によれば、キャパシタの表面電極の第1電極パターン及び第2電極パターンは上述のように形成され、近接導体層としての第1の導体層には複数の第1導体パターンと第2導体パターンが形成され、その上層の第2導体層には第3導体パターンと複数の第4導体パターンが形成される。そして、第1の電位に対しては、第1ビア導体群、第1電極パターン、複数の第1導体パターン、第3導体パターンを含む経路が構成され、第2の電位に対しては、第2ビア導体群、第2電極パターン、第2導体パターン、複数の第4導体パターンを含む経路が構成される。従って、キャパシタの任意のビア導体に着目したとき、配線積層部を貫くビアに接続不良が生じたとしても、電位を供給する際の経路を確実に確保できるため、接続信頼性の向上を実現することができる。
上記態様においては、前記第2導体パターンと前記第3導体パターンの構造は制約されないが、例えば、前記第2導体パターンを、前記複数の第1導体パターンと所定のクリアランスを介してベタ状に形成し、前記第3導体パターンを、前記複数の第4導体パターンと所定のクリアランスを介してベタ状に形成してもよい。これにより、第1の電位と第2の電位の両方に対してのシールド効果を確保することができる。
さらに本発明は、キャパシタ内蔵基板に加えて、部品をコア材に収容した部品内蔵配線基板に対しても広く適用することができる。本発明の部品内蔵配線基板においても、上述のキャパシタ内蔵基板と同様の作用、効果を実現することができる。
本発明によれば、キャパシタ内蔵配線基板において、キャパシタの表面電極層の複数の第2電極パターンの各々と、積層部の近接導体層の複数の第2導体パターンの各々のパターン形状は、互いに直交する方向に並んで配置される所定数のビア導体を連結する網目状に形成され、両パターンに接続される第2ビア導体群を介して第2の電位を供給することができる。よって、第2の電位を供給する際に、第2電極パターンと第2導体パターンの配置に基づく多様な経路が存在するので、特定のビア導体のクラック等に起因する接続不良が生じたとしても、第2の電位の供給を妨げることなく接続信頼性の向上を図ることができる。また、ビア導体のクラック等に起因する接続不良に伴うインダクタンスの増加を有効に防止することができる。
第1実施形態の配線基板の概略の断面構造を示す図である。 キャパシタ50の断面構造図である。 キャパシタ50の表面電極層51の平面構造の一例を示す図である。 第1ビルドアップ層12の導体層31のうち、キャパシタ50の表面電極層51と積層方向で対向する領域Raの平面構造の一例を示す図である。 第1実施形態の具体的な効果について説明する図である。 第1実施形態の配線基板の製造方法を説明する第1の断面構造図である。 第1実施形態の配線基板の製造方法を説明する第2の断面構造図である。 第1実施形態の配線基板の製造方法を説明する第3の断面構造図である。 第1実施形態の配線基板の製造方法を説明する第4の断面構造図である。 第1実施形態の配線基板の製造方法を説明する第5の断面構造図である。 第1実施形態の配線基板の製造方法を説明する第6の断面構造図である。 第2実施形態において、第1ビルドアップ層12の導体層31のうち、キャパシタ50の表面電極層51と積層方向で対向する領域Raの平面構造の一例を示す図である。 第2実施形態において、第1ビルドアップ層12の導体層31aのうち、導体層31と同様の領域Raの平面構造の一例を示す図である。 第2実施形態の具体的な効果について説明する図である。 従来のキャパシタ内蔵配線基板における表面電極層の平面構造を示す図である。
以下、本発明の好適な実施形態として、本発明を適用した配線基板の2つの実施形態について順次説明する。ただし、以下に述べる各実施形態は本発明の技術思想を適用した形態の例であって、本発明が本実施形態の内容により限定されることはない。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態の配線基板の概略の断面構造を示す図である。図1に示すキャパシタ内蔵配線基板10(以下、単に配線基板10と呼ぶ)は、コア材11と、コア材11の上面側の第1ビルドアップ層12(積層部)と、コア材11の下面側の第2ビルドアップ層13(積層部)とを含む構造を有している。第1実施形態の配線基板10は、その内部にチップ部品であるキャパシタ50が内蔵されているとともに、上部に半導体素子である半導体チップ100が載置されている。
コア材11は、例えば、ガラス繊維を含んだエポキシ樹脂からなる。コア材11には、中央領域を矩形状に貫通する収容穴部11aが形成され、この収容穴部11aにキャパシタ50が埋め込まれた状態で収容されている。収容穴部11aとキャパシタ50の側面との間隙部には樹脂充填材20が充填されている。第1実施形態においてキャパシタ50は、正極と負極の間に所定の容量を形成するビアアレイ型のキャパシタであり、表面に形成された表面電極層51を介して第1ビルドアップ層12と電気的に接続されるとともに、裏面に形成された裏面電極層52を介して第2ビルドアップ層13と電気的に接続される。なお、キャパシタ50の具体的な構造については後述する。樹脂充填材20は、例えば熱硬化性樹脂からなり、コア材11に対するキャパシタ50の変形を吸収するように作用する。
第1ビルドアップ層12は、コア材11の上部の樹脂絶縁層14と、樹脂絶縁層14の上部の樹脂絶縁層15と、樹脂絶縁層15の上部のソルダーレジスト層16とが積層形成された構造を有する。樹脂絶縁層14の上面には導体層31が形成され、樹脂絶縁層15の上面には複数の端子パッド33が形成されている。樹脂絶縁層14の所定箇所には、キャパシタ50の表面電極層51と導体層31を積層方向に接続導通する複数のビア導体30が設けられている。また、樹脂絶縁層15の所定箇所には、導体層31と複数の端子パッド33を積層方向に接続導通する複数のビア導体32が設けられている。ソルダーレジスト層16は、複数箇所が開口されて複数の端子パッド33が露出し、そこに複数の半田バンプ34が形成されている。各々の半田バンプ34は、配線基板10に載置される半導体チップ100の各パッド101に接続される。
第2ビルドアップ層13は、コア材11の下部の樹脂絶縁層17と、樹脂絶縁層17の下部の樹脂絶縁層18と、樹脂絶縁層18の下部のソルダーレジスト層19とが積層形成された構造を有する。樹脂絶縁層17の下面には導体層41が形成され、樹脂絶縁層18の下面には複数のBGA用パッド43が形成されている。樹脂絶縁層17の所定箇所には、キャパシタ50の裏面電極層52と導体層41を積層方向に接続導通する複数のビア導体40が設けられている。また、樹脂絶縁層18の所定箇所には、導体層41と複数のBGA用パッド43を積層方向に接続導通する複数のビア導体42が設けられている。ソルダーレジスト層19は、複数箇所が開口されて複数のBGA用パッド43が露出し、そこに複数の半田ボール44が接続される。配線基板10をBGAパッケージとして用いる場合、複数の半田ボール44を介して、図示されない外部基材と配線基板10の各部との間の電気的接続が可能となる。
また、コア材11には、外周領域を積層方向に貫通する複数のスルーホール導体21が形成されている。スルーホール導体21の内部は、例えばガラスエポキシ等からなる閉塞体22で埋められている。スルーホール導体21及び閉塞体22は、第1ビルドアップ層12の樹脂絶縁層14を貫いて導体層31まで延伸形成されるとともに、第2ビルドアップ層13の樹脂絶縁層17を貫いて導体層41まで延伸形成される。これにより、上側の導体層31と下側の導体層41の所定箇所がスルーホール導体21により積層方向に接続導通される。
次に、図1のキャパシタ50の構造について、図2及び図3を参照して説明する。図2は、キャパシタ50の断面構造図を示している。第1実施形態のキャパシタ50は、例えばチタン酸バリウム等の高誘電率セラミックからなるセラミック焼結体からなり、複数のセラミック誘電体層53を積層形成した構造を有する。図2に示すように、各々のセラミック誘電体層53の間には、内部電極層60と内部電極層61が交互に形成されている。一方の内部電極層60は負極用の電極として機能し、他方の内部電極層61は正極用の電極として機能し、両電極が各セラミック誘電体層53を挟んで対向することで所定の容量が形成される。
キャパシタ50には、全てのセラミック誘電体層53を積層方向に貫通する多数のビアホールにニッケル等を埋め込んだ複数のビア導体70、71が形成されている。ビア導体70は負極用の第1ビア導体群として機能し、ビア導体71は正極用の第2ビア導体群として機能し、これら2種類のビア導体70、71が交互に配置されている。そして、負極用のビア導体70は内部電極層60に接続され、正極用のビア導体71は内部電極層61に接続される。
キャパシタ50の表面の表面電極層51には、第1電極パターン80と第2電極パターン81がそれぞれ形成されている。負極用の第1電極パターン80は複数のビア導体70の上端と電気的に接続され、正極用の第2電極パターン81は複数のビア導体71の上端と電気的に接続されている。一方、キャパシタ50の裏面の裏面電極層52には、第1電極パターン82と第2電極パターン83がそれぞれ形成されている。負極用の第1電極パターン82は複数のビア導体70の下端と電気的に接続され、正極用の第2電極パターン83は複数のビア導体71の下端と電気的に接続されている。
第1実施形態においては、半導体チップ100に供給される電源電圧とグランド電位のうち、電源電圧(第2の電位)をキャパシタ50の正極に接続し、グランド電位(第1の電位)をキャパシタ50の負極に接続することを想定する。従って、キャパシタ50の上側では、図1の半田バンプ34、端子パッド33、ビア導体32、導体層31、ビア導体30を経由して、半導体チップ100のグランド電位用のパッド101と第1電極パターン80の間が電気的に接続されるとともに、半導体チップ100の電源電圧用のパッド101と第2電極パターン81の間が電気的に接続される。同様に、キャパシタ50の下側では、図1のビア導体40、導体層41、ビア導体42、BGA用パッド43、半田ボール44を経由して、第1電極パターン82と外部基材のグランド電位用の端子の間が電気的に接続されるとともに、第2電極パターン83と外部基材の電源電圧用の端子の間が電気的に接続される。
次に図3は、キャパシタ50の表面電極層51の平面構造の一例を示している。上述したように、表面電極層51には、グランド電位に接続される第1電極パターン80と、電源電圧に接続される第2電極パターン81が形成されている。図3の下部には、便宜上、X方向及びY方向を表示している。表面電極層51は、X方向及びY方向にそれぞれ平行な各辺に囲まれた略正方形の領域であるとする。第1電極パターン80は表面電極層51の全体に形成されたベタ状のパターン形状を有し、第2電極パターン81を取り囲むように配置されている。また、第2電極パターン81は、Y方向に細長い2つの列に区分されたパターン形状を有する。
図3に示すように、表面電極層51の直下で千鳥状に配置される13個のビア導体70、71に対応して、第1電極パターン80が9個のビア導体70の上端70aと接続され、第2電極パターン81が4個のビア導体71の上端71aと接続されている。第2電極パターン81の各列は、Y方向に並んで配置される2個のビア導体71の上端71aを連結している。第2電極パターン81を構成する2つの列はいずれも同一の長尺矩形状のパターン形状を有し、同一の間隔で平行に配置されている。表面電極層51において、第1電極パターン80と第2電極パターン81の間は所定のクリアランスCaを介して互いに絶縁されている。
なお、図3においては、9個(3×3)のビア導体70と、4個(2×2)のビア導体71が配置されているが、これは一例であって、より多数のビア導体70、71を配置する場合も上記と同様の構造を実現できる。例えば、16個(4×4)のビア導体70と、9個(3×3)のビア導体71を配置してもよい。この場合の第2電極パターン81は、Y方向に並んで配置される3個のビア導体71の上端71aをそれぞれ連結する3つの列に区分される。より一般化すると、X方向にM個、Y方向にN個のビア導体71が配置される場合であっても、例えば、N個のビア導体71の上端71aをそれぞれ連結するM個の列に区分することができる。
次に、図1の第1ビルドアップ層12のうち、キャパシタ50に近接する導体層31(近接導体層)の平面構造について説明する。図4は、導体層31のうち、キャパシタ50の表面電極層51と積層方向で近接して対向する領域Raの平面構造の一例を示している。導体層31の領域Raには、グランド電位に接続される第1導体パターン90と、電源電圧に接続される第2導体パターン91が形成されている。領域Raは、図3の場合と同様、図4の下部に表示されるX方向/Y方向にそれぞれ平行な各辺に囲まれた略正方形の領域である。第1導体パターン90は導体層31の全体に形成されたベタ状のパターン形状を有し、第2導体パターン91を取り囲むように配置されている。また、第2導体パターン91は、X方向に細長い2つの列に区分されたパターン形状を有する。
図4に示すように、導体層31の直下の13個のビア導体30は、キャパシタ50の13個のビア導体70、71とXY平面内で同じ位置に千鳥状に配置される。第1導体パターン90は、グランド電位に接続されるビア導体70の上方に延伸される9個のビア導体30の上端30aと接続され、第2導体パターン91は、電源電圧に接続される4個のビア導体71の上方に延伸される4個のビア導体30の上端30bと接続されている。第2導体パターン91の各列は、X方向に並んで配置される2個のビア導体30の上端30bを連結している。第2導体パターン91を構成する2つの列はいずれも同一の長尺矩形状のパターン形状を有し、同一の間隔で平行に配置されている。導体層31の領域Raにおいて、第1導体パターン90と第2導体パターン91の間は所定のクリアランスCbを介して互いに絶縁されている。
ここで、図3の第2電極パターン81の配置と図4の第2導体パターン91の配置の違いを説明する。図3に示すキャパシタ50の側では、第2電極パターン81の各列のビア導体71がY方向に並んで配置されるのに対し、図4に示す導体層31の側では、第2導体パターン91の各列のビア導体30がX方向に並んで配置される。換言すれば、キャパシタ50の第2電極パターン81と、第1ビルドアップ層12の導体層31の第2導体パターン91とは、それぞれを構成する各列が上下に対向しつつ、それぞれのパターン形状の延伸方向が互いに直交する関係にある。第1実施形態は、図3及び図4に示すパターン配置を採用することにより、キャパシタ50と半導体チップ100の間の電位の供給経路における接続信頼性を向上させる効果を得ることができる。
以下、図5を参照して、第1実施形態の具体的な効果について説明する。図5は、図3の第2電極パターン81と図4の第2導体パターン91の関係を模式的に表した斜視図である。図5においては、下側のキャパシタ50の表面電極層51と上側の導体層31の領域Raが対向する状態で、第2電極パターン81の各列に対応する電極パターンP10、P11と、第2導体パターン91の各列に対応する導体パターンP20、P21と、電極パターンP10、P11の下方のビア導体71に対応するビア導体V10、V11、V12、V13と、電極パターンP10、P11と導体パターンP20、P21の間のビア導体30に対応するビア導体V20、V21、V22、V23と、導体パターンP20、P21の上方のビア導体32に対応するビア導体V30、V31、V32、V33のそれぞれの配置を模式的に示している。なお、グランドに接続される第1電極パターン80、第1導体パターン90やクリアランスCa、Cbについては、図5では省略している。
図5において、例えば、上部のビア導体V30に着目すると、ビア導体V20を経由してビア導体V10に達する経路と、導体パターンP20及びビア導体V21を経由してビア導体V11に達する経路と、ビア導体V20及び電極パターンP10を経由してビア導体V12に達する経路と、導体パターンP20、ビア導体V21、電極パターンP11を経由してビア導体V13に達する経路が存在する。つまり、ビア導体V30は、多様な経路でキャパシタ50側の4つのビア導体V10〜V13と電気的に接続されている。上部のビア導体V31、V32、V33についても、ビア導体V30の場合と同様、キャパシタ50側の4つのビア導体V10〜V13のそれぞれと電気的に接続されている。よって、例えば、中間のビア導体V20〜V23のいずれかに接続不良が生じたとしても、上部のビア導体V30〜V33と下部のビア導体V10〜V13の間の電気的接続を保つことができる。
これに対し、2個のビア導体を連結する電極パターンP10、P11及び導体パターンP20、P21が形成されない場合を考える。例えば、図5のビア導体V10、V20、V30が積層方向にのみ連結され、他のビア導体群とは電気的に接続されない構造を想定する(例えば、図15参照)。この場合、図5のような多様な経路は存在しないので、例えばビア導体V20に接続不良が生じたとすると、上部のビア導体V30と下部のビア導体V10の間の電気的接続が保たれなくなる。あるいは、電極パターンP10、P11及び導体パターンP20、P21が同一のパターン形状(例えば、ともにY方向に延伸形成されるパターン)を有する場合を考えると、この場合も図5のような多様な経路は存在しない。すなわち、例えば共通の電極パターン及び導体パターンに含まれる2系統のビア導体群は相互に接続されるが、他の2系統のビア導体群とは電気的に接続されない構造となる。よって、図5の構造に比べると、接続信頼性は低くなる。さらに、多様な経路が存在する図5の構造を採用することは、その分だけインダクタンスの低下を可能にするという効果もある。
なお、図3〜図5では、キャパシタ50の表面電極層51の平面構造と、第1ビルドアップ層12の近接導体層である導体層31の平面構造との関係のみを説明したが、多層の第1ビルドアップ層12を構成する場合は、下層側から交互に図3と同一の平面構造と図4と同一の平面構造を持たせて各々の導体層を構成することが望ましい。具体的には、N層の導体層を含む第1ビルドアップ層12に対し、最下層が図4の平面構造を有する近接導体層であるとし、それより上層については、下層側から偶数番目の導体層は図3と同じ平面構造とし、下層側から奇数番目の導体層は図4と同じ平面構造とすればよい。なお、各導体層において図3又は図4と同一の平面構造とする領域は、表面電極層51と積層方向で対向する領域である。このような構造にすることで、配線基板10においてキャパシタ50から半導体チップ100に至るまでの接続信頼性を一層向上させることができる。また、キャパシタ50の裏面電極層52と第2ビルドアップ層13については、半導体チップ100と直接対向しないので重要性は高くないが、上述の表面電極層51及び第1ビルドアップ層12と共通の平面構造を持たせてもよい。
次に、第1実施形態の配線基板10の製造方法について、図6〜図11を参照して説明する。まず、図6に示すように、収容穴部11aを有するコア材11を作製して準備する。コア材11は、例えば、一辺が400mmの正方形の平面形状と厚さ0.80mmを有する基材を用いる。このコア材11の所定位置にルータを用いた穴あけ加工を施すことにより、収容穴部11aとなる貫通孔を予め形成しておく。なお、コア材11としては、必要に応じて両面に銅箔が貼付された銅張積層板を用いてもよい。また、図6に示すコア材11は、収容穴部11aがコア材11を貫く貫通孔になっているが、コア材11の上部に形成した凹部からなる収容部を形成してもよい。
一方、図2の構造を有するキャパシタ50を作製して準備する。キャパシタ50の作製に際しては、セラミック誘電体層53となるセラミックグリーンシートにニッケルペーストをスクリーン印刷して乾燥させ、内部電極層60、61を形成する。そして、内部電極層60が形成されたセラミックグリーンシートと内部電極層61が形成されたセラミックグリーンシートとを交互に積層し、積層方向に押圧力を付与して各グリーンシートを一体化し、積層体を形成する。続いて、レーザー加工機を用いて積層体に複数のビアホールを貫通形成し、ニッケルペーストを各ビアホールに充填してビア導体70、71を形成する。そして、積層体の上面にペーストを印刷し、表面電極層51の第1電極パターン80及び第2電極パターン81となるメタライズ層を形成する。また、積層体の下面にペーストを印刷し、裏面電極層52の第1電極パターン82及び第2電極パターン83となるメタライズ層を形成する。次いで、積層体を乾燥させた後に脱脂し、積層体を所定温度で所定時間焼成する。その結果、チタン酸バリウム及びペースト中のニッケルが同時焼結し、セラミック焼結体が得られる。このセラミック焼結体の上下に形成された表面電極層51と裏面電極層52に対し、例えば、厚さ10μm程度の電解銅めっきを施して銅めっき層を形成し、キャパシタ50が完成する。
次に図7に示すように、収容穴部11aの底部に、剥離可能な粘着テープ200を密着配置する。この粘着テープ200は支持台201により支持される。そして、マウント装置を用いて、収容穴部11a内にキャパシタ50を収容し、粘着テープ200でキャパシタ50を貼り付けて仮固定する。次いで、図8に示すように、収容穴部11aとキャパシタ50の側面との間隙に、ディスペンサ装置を用いて熱硬化性樹脂からなる樹脂充填材20を充填する。加熱処理により樹脂充填材20を硬化させることで、収容穴部11aの内部でキャパシタ50が固定される。
次に図9に示すように、キャパシタ50の固定後に、粘着テープ200を剥離する。その後、コア材11の下面とキャパシタ50の裏面電極層52に残存する粘着材は溶剤洗浄を施して研磨することにより除去する。また、キャパシタの表面電極層51の銅めっき層の表面を粗化しておく。次いで、コア材11及びキャパシタ50の上下の各面に、それぞれエポキシ樹脂を主成分とするフィルム状絶縁樹脂材料を積層する。そして、真空下にて加圧加熱することにより絶縁樹脂材料を硬化させ、上面側の樹脂絶縁層14と下面側の樹脂絶縁層17とを形成する。
次に図10に示すように、ドリル機を用いた孔あけ加工により、コア材11のスルーホール導体21の形成位置に貫通孔を形成した後、この貫通孔に対して無電解銅めっき及び電解銅めっきを施すことによりスルーホール導体21を形成する。また、スルーホール導体21の空洞部にエポキシ樹脂を主成分とするペーストを印刷した後、硬化することにより閉塞体22を形成する。一方、コア材11の上下の樹脂絶縁層14、17の所定位置にレーザー加工を施して複数のビアホールを形成し、その中のスミアを除去するデスミア処理を施した後、各ビアホール内にビア導体30、40を形成する。
次に図11に示すように、樹脂絶縁層14、17の表面にパターニングを施し、導体層31、41をそれぞれ形成する。次いで、樹脂絶縁層14の上面と樹脂絶縁層17の下面に、それぞれ上述のフィルム状絶縁樹脂材料を積層し、真空下にて加圧加熱することにより絶縁樹脂材料を硬化させ、樹脂絶縁層15、18を形成する。そして、樹脂絶縁層15、18に、上述のビア導体30、40と同様の手法で、複数のビア導体32、42を形成する。
次に図1に戻って、樹脂絶縁層15の上部に複数の端子パッド33を形成し、樹脂絶縁層18の下部に複数のBGA用パッド43を形成する。次いで、樹脂絶縁層15の上面と樹脂絶縁層18の下面に、それぞれ感光性エポキシ樹脂を塗布して硬化させることにより、ソルダーレジスト層16、19を形成する。その後、ソルダーレジスト層16に開口部をパターニングし、複数の端子パッド33に接続される複数の半田バンプ34を形成する。また、ソルダーレジスト層19に開口部をパターニングし、複数のBGA用パッド43に接続される複数の半田ボール44を形成する。以上の手順により第1実施形態の配線基板10が完成する。
なお、配線基板10を製造する際、既に説明したように、キャパシタ50の表面電極層51の平面構造と第1ビルドアップ層12の導体層31の平面構造は図3及び図4に示す関係を持たせるとともに、第1ビルドアップ層12をより多層化する場合は、図3及び図4の平面構造を有する導体層を交互に積層形成することが前提である。仮に、全ての導体層が共通の平面構造(例えば図4)を有する場合、導体パターンとクリアランスが平面内の同じ位置に形成されるので、積層方向に印加される押圧力により凹凸が発生する可能性がある。これに対し、第1実施形態の構造を採用すれば、各導体層の導体パターンとクリアランスが平面方向でずれた位置に形成されるので、配線基板10の製造時に上述の凹凸の発生を防止する効果がある。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態の配線基板10について説明する。第2実施形態においては、配線基板10及びキャパシタ50の基本的な構造については、第1実施形態の図1〜図3と概ね共通するので説明を省略する。ただし、第2実施形態の配線基板10は、第1及び第2ビルドアップ層12、13の積層数が図1よりも多くなるように形成されることを想定する。この点に関しては後述する。
次に、第2実施形態の配線基板10の第1ビルドアップ層12(図1)のうち、キャパシタ50に近接する導体層31(第1導体層)の平面構造について説明する。図12は、導体層31のうち、キャパシタ50の表面電極層51と積層方向で近接して対向する領域Raの平面構造の一例を示している。導体層31の領域Raには、グランド電位に接続される第1導体パターン90と、電源電圧に接続される第2導体パターン91が形成されている。なお、領域Raの形状と方向は、第1実施形態の図4と共通である。また、導体層31の直下の13個のビア導体30の配置については図4と共通であるが、第1導体パターン90及び第2導体パターン91の配置が図4とは異なっている。
具体的には、第1導体パターン90は、9個のビア導体30の上端30aに接続され、それぞれのビア導体30の配置に対応する9つの孤立したパターン部分からなる。一方、第2導体パターン91は、導体層31の全体に形成されたベタ状のパターン形状を有し、4個のビア導体30の上端30bと接続されている。導体層31の領域Raにおいて、第1導体パターン90のそれぞれのパターン部分と第2導体パターン91との間は所定のクリアランスCcを介して互いに絶縁されている。
次に、第2実施形態の配線基板10の第1ビルドアップ層12(図1)のうち、導体層31(第1導体層)のさらに上層側に形成される導体層31a(第2導体層)の平面構造について説明する。図13は、導体層31aのうち、導体層31の場合と同様の領域Raの平面構造の一例を示している。なお、導体層31aは、図1の第1ビルドアップ層12の導体層31と共通の断面構造で形成されるものとする。導体層31aの領域Raには、グランド電位に接続される第3導体パターン92と、電源電圧に接続される第4導体パターン93が形成されている。導体層31aの直下の13個のビア導体30の配置については図12と共通である。
図13に示すように、第3導体パターン92は、9個のビア導体30の上端30cに接続され、導体層31aの全体に形成されたベタ状のパターン形状を有している。一方、第4導体パターン93は、4個のビア導体30の上端30dと接続され、それぞれのビア導体30の配置に対応する4つの孤立したパターン部分からなる。導体層31aの領域Raにおいて、第3導体パターン92と第4導体パターン93のそれぞれのパターン部分との間は所定のクリアランスCdを介して互いに絶縁されている。
第2実施形態の構造において、下層側から順に、キャパシタ50の表面電極層51の第1電極パターン80(図3)と、導体層31の第2導体パターン91と、導体層31aの第3導体パターン92とに、それぞれベタ状のパターン形状が形成されている。このうち、第1電極パターン80及び第3導体パターン92はグランド電位に接続されるのに対し、第2導体パターン91は電源電圧に接続される。つまり、グランド電位に接続されるベタ状のパターン形状と、電源電圧に接続されるベタ状のパターン形状が交互に形成されている点で第1実施形態とは異なっている。また、導体層31の第1導体パターン90と、導体層31aの第4導体パターン93とについては、ビア導体群の配置に対応する孤立した複数のパターン部分(複数の導体パターン)からなる点で第1実施形態とは異なっている。
以下、図14を参照して、第2実施形態の具体的な効果について説明する。図14は、第1実施形態の図5と同様の観点から、図3の各電極パターン80、81と図12及び図13の各導体パターン90〜93との関係を模式的に表した斜視図である。図14においては、下側から順に、キャパシタ50の表面電極層51、導体層31の領域Ra、導体層31aの領域Raが積層方向で対向する状態にある。図14では、キャパシタ50の表面電極層51の下方において電源電圧の側のビア導体71に対応する1つのビア導体V50に着目し、このビア導体V50を起点とする電気的接続を考える。
まず、ビア導体V50の上端は、第2電極パターン81の一方の列に対応する電極パターンP50に接続され、この電極パターンP50を介して上方のビア導体30に対応する2つのビア導体V51、V52に接続される。そして、ビア導体V51、V52は上方の導体層31に達し、ベタ状の第2導体パターン91を介して上方のビア導体30に対応する4本のビア導体V53、V54、V55、V56に接続される。そして、これらのビア導体V53〜V56は上方の導体層31aに達し、第4導体パターン93における4つの孤立したパターン部分P51、P52、P53、P54に接続される。
このように、キャパシタ50の着目した1つのビア導体V50に対して上方の多様な経路が存在している。また、図14では示していないが、キャパシタ50においてグランドの側のビア導体70の1つに着目したとしても、上方の導体層31で第1導体パターン90を介して9つのビア導体30に接続されるので、この場合も多様な経路が存在している。以上のように、第2実施形態により、キャパシタ50との接続に必要なビア導体群に接続不良が生じたとしても、多様な経路により接続信頼性を高めることで、キャパシタ50の容量値が変動するなどの不具合を防止することができる。また、接続信頼性の面の効果に加えて、第2実施形態ではベタ状の導体パターンがグランドと電源電圧との両方に対して形成されるので、例えば、電源の強化やシールド効果の向上などの効果を得ることができる。
なお、第2実施形態の配線基板10の製造方法については、第1実施形態の図6〜図11と概ね同様の手法を適用することができる。この場合、上述したように、キャパシタ50に近接する導体層31の上部に、導体層31と同様の形成方法で導体層31aを形成する必要がある。
以上、第1及び第2実施形態に基づき本発明の内容を具体的に説明したが、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で多様な変更を施すことができる。例えば、図3の平面構造では、千鳥状に配置されるビア導体群のうち、4個のビア導体71の上端71aに接続される第2電極パターン81を複数列に区分して形成した例を示しているが、9個のビア導体70の上端70aに接続される第1電極パターン80を複数列に区分(図3の例では、3列)して形成し、第2電極パターン81をベタ状に形成してもよい。この場合は、図4の平面構造も図3と同様の関係に従って形成する必要がある。また、図3及び図4の例では、第2電極パターン81の各列の延伸方向がX方向で、第2導体パターン91の各列の延伸方向がY方向である場合を示しているが、両者の延伸方向は互いに略直交であればよく、X方向/Y方向には限定されない。また、第1及び第2の実施形態では、第1の電位としてのグランド電位と第2の電位としての電源電圧を用いる場合を説明したが、両者は逆にしてもよく、さらには第1の電位及び第2の電位をそれぞれ所望の電圧値に設定してもよい。
また、第2実施形態における図12〜図14の例では、キャパシタ50の上層に、キャパシタ50に近接する導体層31と、導体層31の上層側に隣接配置される導体層31aとを形成する場合を説明したが、例えば、図12の導体層31と図13の導体層31aを交互に積層形成することにより、より多層の配線基板10を構成してもよい。
さらに、上述の実施形態では、キャパシタ50を内蔵するキャパシタ内蔵配線基板に対して本発明を適用する場合を説明したが、キャパシタ50に限らず多様な部品を内蔵する部品内蔵基板に対しても広く本発明を適用することができる。また、配線基板10の構造や材料あるいは具体的な製造工程については、本実施形態の内容に限定されることなく様々に変更可能であることは当然である。
本明細書は、2009年12月15日出願の特願2009−284608に基づく。この内容はすべてここに含めておく。
以上のように、本発明は、部品(キャパシタ)が収容されるコア材と、絶縁層及び導体層を交互に積層形成した積層部とを備えた部品(キャパシタ)内蔵配線基板に対して適用されるものであり、電位供給に際しての接続信頼性を向上させるのに適している。
10…配線基板
11…コア材
11a…収容穴部
12…第1ビルドアップ層
13…第2ビルドアップ層
14、15、17、18…樹脂絶縁層
16、19…ソルダーレジスト層
20…樹脂充填材
21…スルーホール導体
22…閉塞体
31、31a、41…導体層
30、32、40、42…ビア導体
33…端子パッド
34…半田バンプ
43…BGA用パッド
44…半田ボール
50…キャパシタ
51…表面電極層
52…裏面電極層
53…セラミック誘電体層
60、61…内部電極層
70、71…ビア導体
80、82…第1電極パターン
81、83…第2電極パターン
90…第1導体パターン
91…第2導体パターン
92…第3導体パターン
93…第4導体パターン
100…半導体チップ
101…パッド
200…粘着テープ
201…支持台
クリアランス…Ca、Cb、Cc、Cd

Claims (11)

  1. 凹部又は貫通孔として収容部が設けられたコア材と、誘電体層と電極層とが交互に積層され、前記コア材に収容されるキャパシタと、前記コア材の少なくとも上面側に絶縁層及び導体層を交互に積層形成した積層部とを備えたキャパシタ内蔵配線基板であって、
    第1の電位と電気的に接続される前記電極層および前記導体層を積層方向に連結する第1ビア導体群と、
    第2の電位と電気的に接続される前記電極層および前記導体層を積層方向に連結する第2ビア導体群と、
    前記キャパシタの表面の表面電極層に形成され、前記第1ビア導体群と電気的に接続される第1電極パターンと、
    前記表面電極層に形成され、前記第2ビア導体群を複数列に区分したときの各列にそれぞれ接続される複数の第2電極パターンと、
    前記積層部のうち前記キャパシタと近接して対向配置される近接導体層に形成され、前記第1ビア導体群と電気的に接続される第1導体パターンと、
    前記近接導体層に形成され、前記第2ビア導体群を複数列に区分したときの各列にそれぞれ接続される複数の第2導体パターンと、
    を備え、
    前記第2電極パターンは、第1の方向に並んで配置される所定数のキャパシタ側ビア導体を連結するパターン形状であり、前記第2導体パターンは、前記第1の方向と交差する第2の方向に並んで配置される所定数の積層部側ビア導体を連結するパターン形状であることを特徴とするキャパシタ内蔵配線基板。
  2. 前記第1ビア導体群及び前記第2ビア導体群を含む複数のビア導体は、面方向において格子状又は千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項1に記載のキャパシタ内蔵配線基板。
  3. 前記第2導体パターンは、前記第1の方向と直交する第2の方向に並んで配置される前記所定数の積層部側ビア導体を連結するパターン形状であることを特徴とする請求項1又は2に記載のキャパシタ内蔵配線基板。
  4. 前記第1の電位はグランド電位であり、前記第2の電位は電源電圧であることを特徴とする請求項1に記載のキャパシタ内蔵配線基板。
  5. 前記積層部のうち、前記近接導体層の上層には、前記表面電極層と同一パターンに形成される導体層と、前記近接導体層と同一パターンに形成される導体層とが、交互に積層されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のキャパシタ内蔵配線基板。
  6. 前記複数の第2電極パターンは、同一の間隔で平行配置される同一の長尺矩形状のパターンであり、前記複数の第2導体パターンは、同一の間隔で平行配置される同一の長尺矩形状のパターン形状であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のキャパシタ内蔵配線基板。
  7. 前記表面電極層には、前記複数の第2電極パターンと所定のクリアランスを介して前記第1電極パターンがベタ状に形成され、
    前記近接導体層には、前記複数の第2導体パターンと所定のクリアランスを介して前記第1導体パターンがベタ状に形成されている、
    ことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のキャパシタ内蔵配線基板。
  8. 前記積層部の上部には、前記キャパシタより平面方向のサイズが大きい半導体素子が載置可能であり、
    当該半導体素子の裏面には、積層方向で前記キャパシタと重なる領域内に前記第1の電位に接続される端子群と前記第2の電位に接続される端子群とが形成されていることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のキャパシタ内蔵配線基板。
  9. 凹部又は貫通孔として収容部が設けられたコア材と、誘電体層と電極層とが交互に積層され、
    前記コア材に収容されるキャパシタと前記コア材の少なくとも上面側に絶縁層及び導体層を交互に積層形成した積層部とを備えたキャパシタ内蔵配線基板であって、
    第1の電位と電気的に接続される前記電極層および前記導体層を積層方向に連結する、第1ビア導体群と、
    第2の電位と電気的に接続される前記電極層および前記導体層を積層方向に連結する、第2ビア導体群と、
    前記キャパシタの表面の表面電極層に形成され、前記第1ビア導体群と電気的に接続される第1電極パターンと、
    前記表面電極層に形成され、前記第2ビア導体群を少なくとも2つ以上のビア導体からなる複数のグループに区分したときに各グループそれぞれに接続される複数の第2電極パターンと、
    前記積層部のうちの前記キャパシタと近接して対向配置される第1導体層に形成され、前記第1ビア導体群をなす複数のビア導体それぞれと電気的に接続される複数の第1導体パターンと、
    前記第1導体層に形成され、前記第2ビア導体群と電気的に接続される第2導体パターンと、
    前記第1導体層の上層側に隣接する第2導体層に形成され、前記第1ビア導体群と電気的に接続される第3導体パターンと、
    前記第2導体層に形成され、前記第2ビア導体群をなす複数のビア導体それぞれと電気的に接続される複数の第4導体パターンと、
    を備え、
    前記第2電極パターンは、所定数のキャパシタ側ビア導体を連結するパターン形状であることを特徴とするキャパシタ内蔵配線基板。
  10. 前記第2導体パターンは、前記複数の第1導体パターンと所定のクリアランスを介してベタ状に形成され、
    前記第3導体パターンは、前記複数の第4導体パターンと所定のクリアランスを介してベタ状に形成される、
    ことを特徴とする請求項9に記載のキャパシタ内蔵配線基板。
  11. 板状のコア材と、少なくとも表面に電極層と、が形成され、前記コア材に収容される部品と、前記コア材の少なくとも上面側に絶縁層及び導体層を交互に積層形成した積層部とを備えた部品内蔵配線基板であって、
    第1の電位と電気的に接続される前記電極層と前記導体層とを積層方向に連結する第1ビア導体群と、
    第2の電位と電気的に接続される前記電極層と前記導体層とを積層方向に連結する第2ビア導体群と、
    前記電極層に形成され、前記第1ビア導体群と電気的に接続される第1電極パターンと、
    前記電極層に形成され、前記第2ビア導体群を複数列に区分したときの各列にそれぞれ接続される複数の第2電極パターンと、
    前記積層部のうち前記部品と近接して対向配置される近接導体層に形成され、前記第1ビア導体群と電気的に接続される第1導体パターンと、
    前記近接導体層に形成され、前記第2ビア導体群を複数列に区分したときの各列にそれぞれ接続される複数の第2導体パターンと、
    を備え、
    前記複数の第2電極パターンの各々は、第1の方向に並んで配置される所定数の部品側ビア導体を連結するパターン形状であり、前記複数の第2導体パターンの各々は、前記第1の方向と直交する第2の方向に並んで配置される所定数のビア導体を連結するパターン形状であることを特徴とする部品内蔵配線基板。
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