JP5457207B2 - 基板内蔵用部品及びその製造方法並びに配線基板 - Google Patents
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Description
1.一面及び対面を有し、セラミックを主体とする部品基体と、該部品基体の該一面及び該対面のうちの少なくとも一方に配設された表面電極と、を備える基板内蔵用部品であって、
上記表面電極は、上記部品基体の上記一面及び上記対面のうちの少なくとも一方に設けられた内側層と、該内側層の表面に設けられた中間層と、該中間層の表面に設けられた被覆層とを有し、上記内側層はニッケルと上記セラミックと同組成の電極用セラミックとを含有し、上記中間層はニッケルを含有し、該中間層を100体積%とした場合に、該ニッケルは95体積%以上であり、上記被覆層は銅めっき層であることを特徴とする基板内蔵用部品。
2.上記内側層に含有される上記ニッケルと上記電極用セラミックとの合計を100体積%とした場合に、該ニッケルは40〜94体積%である上記1.に記載の基板内蔵用部品。
3.上記中間層は上記内側層より少量の上記電極用セラミックを含有する上記1.又は2.に記載の基板内蔵用部品。
4.上記セラミックはチタン酸バリウムである上記1.乃至3.のうちのいずれか1項に記載の基板内蔵用部品。
5.上記部品基体は、上記一面と上記対面との間に配設された上記セラミックからなる複数の誘電体層と、該誘電体層の間に設けられた複数の内部電極層と、該内部電極層に接続されたビア電極と、を備え、
上記表面電極は上記ビア電極の上記一面の側の端部及び上記対面の側の端部のうちの少なくとも一方に接続されている上記1.乃至4.のうちのいずれか1項に記載の基板内蔵用部品。
6.上記1.乃至5.のうちのいずれか1項に記載の基板内蔵用部品の製造方法であって、
上記部品基体となる未焼成基体を準備する未焼成基体準備工程と、上記未焼成基体の一面及び対面のうちの少なくとも一方の面に、上記内側層となる未焼成内側層を形成する未焼成内側層形成工程と、上記未焼成内側層の表面に上記中間層となる未焼成中間層を形成する未焼成中間層形成工程と、上記未焼成基体、上記未焼成内側層及び上記未焼成中間層を一体に焼成する同時焼成工程と、上記中間層の表面に上記被覆層を形成する被覆層形成工程と、を備えることを特徴とする基板内蔵用部品の製造方法。
7.上記1.乃至5.のうちのいずれか1項に記載の基板内蔵用部品が、コア主面及びコア裏面を有する樹脂コア基板内、又は樹脂層間絶縁層及び導体層が積層されてなるビルドアップ部内に収容されていることを特徴とする配線基板。
また、中間層が内側層より少量の電極用セラミックを含有する場合は、内側層と中間層とをより十分に密着させ、強固に接合させることができる。
更に、被覆層が銅めっき層であるため、表面粗化がより容易であり、表面電極とビルドアップ部等との密着性をより向上させることができ、且つ本発明では部品基体及び表面電極の内側層等にガラスフリットを含有させる必要がないため、銅めっき層の形成時に、部品基体及び表面電極の内側層等がめっき液に侵されることもない。
また、部品基体を構成するセラミックがチタン酸バリウムである場合は、特に高性能の積層セラミックコンデンサ等の部品とすることができる。
更に、部品基体が、一面と対面との間に配設されたセラミックからなる複数の誘電体層と、誘電体層の間に設けられた複数の内部電極層と、内部電極層に接続されたビア電極と、を備え、表面電極がビア電極の一面の側の端部及び対面の側の端部のうちの少なくとも一方に接続されている場合は、基板内蔵用として優れた性能の積層セラミックコンデンサ等の積層部品とすることができる。
本発明の基板内蔵用部品の製造方法によれば、未焼成基体準備工程と、未焼成内側層形成工程と、未焼成中間層形成工程と、未焼成基体、未焼成内側層及び未焼成中間層を一体に焼成する同時焼成工程と、被覆層形成工程と、を備え、被覆層を除く他の構成部分を同時焼成により一体に効率よく形成することができ、且つ中間層がニッケルを含有するため、銅を含有する被覆層の形成も容易である。
本発明の配線基板では、樹脂コア基板内、又はビルドアップ部内に本発明の基板内蔵用部品が収容されているため、部品が有する表面電極と、樹脂コア基板及びビルドアップ部の各々を構成するセラミック層又は樹脂層間絶縁層等とが十分に密着し、強固に接合され、信頼性の高い配線基板とすることができる。
[1]基板内蔵用部品
本発明の基板内蔵用部品(以下、「部品」という。)は、一面及び対面を有し、セラミックを主体とする部品基体と、部品基体の一面及び対面のうちの少なくとも一方に配設された表面電極と、を備え、表面電極は、部品基体の一面及び対面のうちの少なくとも一方に設けられた内側層と、内側層の表面に設けられた中間層と、中間層の表面に設けられた被覆層とを有し、内側層は、ニッケルと、部品基体を構成するセラミックと同組成の電極用セラミックとを含有し、中間層はニッケルを含有し、中間層を100体積%とした場合に、ニッケルは95体積%以上であり、被覆層は銅めっき層である。
尚、部品基体におけるセラミックの含有量は、電子プローブマイクロアナライザ(以下、「EPMA」と略記する。)の波長分散型X線分光器(以下、「WDX」と略記する。)により定量分析して測定される。表面電極における電極用セラミックの場合も同様である。
尚、ニッケル等の金属の含有量は、EPMAにより測定される。表面電極におけるニッケル等の金属の場合も同様である。
本発明の部品を製造する方法は特に限定されないが、例えば、以下のようにして製造することができる。
部品は、未焼成基体準備工程と、未焼成内側層形成工程と、未焼成中間層形成工程と、同時焼成工程と、被覆層形成工程と、をこの順に備える方法によって製造することができる。
尚、セラミック体用ペースト、内部電極用ペースト及びビア電極用ペーストに含有されるセラミック粉末、添加剤粉末(セラミック体用ペーストの場合)、焼結助剤粉末及びニッケル粉末等の金属粉末の各々の含有量は、サンプルホルダー上に各々のペーストを少量載せ、乾燥させた後、金属粉末粒子とセラミック粉末粒子とを、それぞれEPMAのWDXにより測定し、定量することができる。表面電極の場合の内側層用、中間層用及び被覆層用の各々のペーストにおけるニッケル粉末、銅粉末等の金属粉末及び電極用セラミック粉末のときも同様である。
本発明の部品として積層部品があり、その代表例として積層セラミックコンデンサ(以下、「積層コンデンサ」という。)が挙げられる。この場合、部品基体は、一面と対面との間に配設されたセラミックからなる複数の誘電体層と、誘電体層の間に設けられた複数の内部電極層と、内部電極層に接続されたビア電極と、を備え、表面電極はビア電極の一面の側の端部及び対面の側の端部のうちの少なくとも一方に接続されている。
積層コンデンサ100は、一面100a及び対面100bを有し、一面100aと対面100bとの間に配設された複数の誘電体層110と、誘電体層110の間に設けられた複数の内部電極層120と、内部電極層120同士を電気的に接続しているビア電極140と、一面100a及び対面100bのうちの少なくとも一方に配設され、且つビア電極140と電気的に接続された表面電極150と、を備える(図1参照)。
この積層コンデンサとしては、例えば、ビアアレイ型積層コンデンサ等が挙げられる。
尚、誘電体層110における誘電体セラミックの含有量は、EPMAのWDXにより定量分析して測定される。表面電極における電極用セラミックの場合も同様である。
尚、ニッケル等の金属の含有量は、EPMAにより測定することができる。ビア電極140及び表面電極150の場合も同様である。
尚、内部電極層120は、後記のビア電極140及び表面電極150のうちの内側層150aと組成が同じでもよく、異なっていてもよいが、各々の電極同士の密着性及び接合強度等の観点で同じであることが好ましい。
尚、ビア電極140は、前記の内部電極層及び後記の表面電極のうちの内側層と組成が同じでもよく、異なっていてもよいが、各々の電極同士の密着性及び接合強度等の観点で同じであることが好ましい。
積層コンデンサ100が備える、内部電極層120、ビア電極140及び表面電極150は、通常、それぞれ互いに電気的に絶縁された少なくとも2個の群からなる。例えば、内部電極層120は、第1群の内部電極層121と、第1群の内部電極層121とは絶縁された第2群の内部電極層122と、を有する。同様に、ビア電極140は、第1群のビア電極141と、第1群のビア電極141とは絶縁された第2群のビア電極142と、を有する。更に、表面電極150は、第1群の表面電極151と、第1群の表面電極151とは絶縁された第2群の内部電極層152と、を有する。この電気的に絶縁された各々の群は、上記のように2群でもよく、3群以上であってもよい。
以下、積層部品の代表例である積層コンデンサの製造方法について詳述する。
積層コンデンサ100は、未焼成積層体形成工程(P1)と、貫通孔形成工程(P2)と、未焼成ビア電極形成工程(P3)と、未焼成内側層形成工程(P4)と、未焼成中間層形成工程(P5)と、同時焼成工程(P6)と、被覆層形成工程(P7)と、をこの順に備える方法によって製造することができる(図5、8参照)。
尚、未焼成誘電体層を形成するためのペースト、内部電極用ペースト及びビア電極用ペーストに含有される誘電体セラミック粉末、添加剤粉末(セラミック体用ペーストの場合)、焼結助剤粉末及びニッケル粉末等の金属粉末の各々の含有量は、サンプルホルダー上に各々のペーストを少量載せ、乾燥させた後、金属粉末粒子とセラミック粉末粒子とを、それぞれEPMAのWDXにより測定し、定量することができる。表面電極の場合の内側層用、中間層用及び被覆層用の各々のペーストにおけるニッケル粉末、銅粉末等の金属粉末及び電極用セラミック粉末のときも同様である。
本発明の配線基板10(図9参照)は、通常、樹脂コア基板20と、樹脂コア基板20又はビルドアップ部30a、30b内に収容された本発明の部品(図9では部品は積層コンデンサ100であり、樹脂コア基板20内に収容されている。以下、この形態について説明する。)と、半導体素子90を搭載可能であり、且つ少なくとも積層セラミックコンデンサ100の両面側に積層されたビルドアップ部30a、30bと、を備える。
[1]積層コンデンサの製造
(1)未焼成誘電体層となるグリーンシートの作製
チタン酸バリウム粉末、シリカ粉末、マグネシア粉末、二酸化マンガン粉末及びイットリア粉末を混合して混合粉末とし、その後、この混合粉末と、ブチラール系バインダ、可塑剤及び溶剤とを混合してスラリーを調製した。次いで、このスラリーを用いてドクターブレード法によりシートを成形し、その後、加熱して溶剤を除去し、内層用の厚さ5μmのグリーンシート及び表層用の厚さ30μmのグリーンシートを作製した。
ニッケル粉末(DSEM=0.1〜10.0μm)及びチタン酸バリウム粉末(無機成分)並びに有機バインダ及び溶剤(有機ビヒクル)を三本ロールにより混練し、内部電極層用ペースト、ビア電極用ペースト、内側層用ペースト及び中間層用ペーストを調製した。内部電極層用ペースト及びビア電極用ペーストでは、ペーストを100質量%とした場合に、70質量%のニッケル粉末と、30質量%の有機ビヒクルとを配合した。また、内側層用ペーストは、ペーストを100質量%とした場合に、80質量%の無機成分と20質量%の有機ビヒクルとを含有し、無機成分としては、全量を100体積%とした場合に、表1に記載の添加量となるチタン酸バリウム粉末(実験例1〜7及び11)、誘電体磁器組成物粉末(実験例8、9)及び硼珪酸系ガラスを用いたガラスフリット粉末(実験例10)を配合した。更に、中間層用ペーストは、ペーストを100質量%とした場合に、80質量%の無機成分と20質量%の有機ビヒクルとを含有し、無機成分としては、全量を100体積%とした場合に、表1に記載の添加量となるチタン酸バリウム粉末(実験例1〜3及び11)及び誘電体磁器組成物粉末(実験例9)を配合した。
尚、有機バインダとしてはセルロース系樹脂、溶剤としてはターピネオール及びブチルカルビトールを用いた。また、誘電体磁器組成物粉末は、チタン酸バリウム、マグネシア、シリカ、二酸化マンガン及びイットリアを含有する焼結粉末である。
上記(2)で調製された内部電極層用ペーストの粘度を、溶剤を用いて20Pa・sとなるように調整し、この内部電極層用ペーストを、上記(1)で作製された対面側の表層用のグリーンシート及び内層用のグリーンシートの一面に、スクリーン印刷し、塗膜を形成した。この際、未焼成内部電極層120のクリアランスホール123の直径は約100μmとした。その後、未焼成内部電極層120が形成された未焼成誘電体層110を積層し、次いで、この積層体に上記(1)で作製された一面側の表層用のグリーンシートを積層し、圧着して、厚さ約1mmの未焼成第1積層体131を形成した。
上記(3)で形成した未焼成第1積層体131に、レーザーにより、ビアホール132cを穿孔し、未焼成第2積層体132を形成した。
上記(4)で形成した未焼成第2積層体132に穿設されたビアホール132c内に、上記(2)で調製され、溶剤を用いて粘度が200Pa・sとなるように調整されたビア電極用ペーストを、スクリーン印刷により充填し、未焼成ビア電極140を有する未焼成第3積層体133を形成した。
上記(5)で形成した未焼成第3積層体133をスクリーン印刷装置にセットし、その後、未焼成内側層を形成すべき箇所がメッシュ部となっているメッシュマスクを、未焼成第3積層体133の一面に重ね合わせるようにして配置した。次いで、メッシュマスクの上面に上記(2)で調製された内側層用ペーストを、溶剤を用いて粘度が100Pa・sとなるように調整して供給し、スキージの移動によりペーストを刷り込み、各々のメッシュ部に未焼成内側層が形成された未焼成第4積層体134を作製した。その後、中間層ペーストの粘度を、溶剤を用いて100Pa・sとなるように調整し、同様にして、未焼成内側層の表面を覆うように未焼成中間層を形成し、未焼成第5積層体135を作製した。
上記(6)で形成した未焼成第5積層体135を、窒素雰囲気下で脱脂し、その後、加湿した窒素水素混合ガス雰囲気下、最高到達温度が1000〜1300℃となるように、且つこの最高到達温度が3時間保持される条件で焼成した。次いで、未焼成中間層が焼成されてなる中間層を、酸化層の除去等を目的としてウェットブラスト処理して清浄化し、その後、ピロ燐酸銅浴を用いた無電解銅めっきにより、中間層の全表面に厚さ10〜20μmの銅めっき層を形成し、実験例1〜11の積層コンデンサ100を製造した。
上記[1]、(7)で製造した積層コンデンサの表面電極の銅めっき層に0.5mm径のニッケル線をはんだ付けし、その後、ニッケル線のはんだ付けされていない側の端部をクランプで挟持し、積層コンデンサの一面に対して直角方向に20mm/分の速度で引っ張り、最大50N測定可能なロードセルにより剥離加重を測定した。この剥離試験は、実製品に3×12mmの短冊状形状であり、深さが0.03mmの切り込みを入れ、ニッケル線を幅方向の中心部に全長さ(即ち、12mm)に亘ってはんだ付けして実施した。また、はんだ付けの長さが12mmと長いため、一部に表面電極が形成されていない部分(クリアランスホールに対応する部分)もある。
結果を表1に併記する。
Claims (7)
- 一面及び対面を有し、セラミックを主体とする部品基体と、該部品基体の該一面及び該対面のうちの少なくとも一方に配設された表面電極と、を備える基板内蔵用部品であって、
上記表面電極は、上記部品基体の上記一面及び上記対面のうちの少なくとも一方に設けられた内側層と、該内側層の表面に設けられた中間層と、該中間層の表面に設けられた被覆層とを有し、
上記内側層はニッケルと上記セラミックと同組成の電極用セラミックとを含有し、
上記中間層はニッケルを含有し、該中間層を100体積%とした場合に、該ニッケルは95体積%以上であり、
上記被覆層は銅めっき層であることを特徴とする基板内蔵用部品。 - 上記内側層に含有される上記ニッケルと上記電極用セラミックとの合計を100体積%とした場合に、該ニッケルは40〜94体積%である請求項1に記載の基板内蔵用部品。
- 上記中間層は上記内側層より少量の上記電極用セラミックを含有する請求項1又は2に記載の基板内蔵用部品。
- 上記セラミックはチタン酸バリウムである請求項1乃至3のうちのいずれか1項に記載の基板内蔵用部品。
- 上記部品基体は、上記一面と上記対面との間に配設された上記セラミックからなる複数の誘電体層と、該誘電体層の間に設けられた複数の内部電極層と、該内部電極層に接続されたビア電極と、を備え、
上記表面電極は上記ビア電極の上記一面の側の端部及び上記対面の側の端部のうちの少なくとも一方に接続されている請求項1乃至4のうちのいずれか1項に記載の基板内蔵用部品。 - 請求項1乃至5のうちのいずれか1項に記載の基板内蔵用部品の製造方法であって、
上記部品基体となる未焼成基体を準備する未焼成基体準備工程と、
上記未焼成基体の一面及び対面のうちの少なくとも一方の面に、上記内側層となる未焼成内側層を形成する未焼成内側層形成工程と、
上記未焼成内側層の表面に上記中間層となる未焼成中間層を形成する未焼成中間層形成工程と、
上記未焼成基体、上記未焼成内側層及び上記未焼成中間層を一体に焼成する同時焼成工程と、
上記中間層の表面に上記被覆層を形成する被覆層形成工程と、を備えることを特徴とする基板内蔵用部品の製造方法。 - 請求項1乃至5のうちのいずれか1項に記載の基板内蔵用部品が、コア主面及びコア裏面を有する樹脂コア基板内、又は樹脂層間絶縁層及び導体層が積層されてなるビルドアップ部内に収容されていることを特徴とする配線基板。
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