JPH10125857A - コンデンサ内蔵基板およびその基板を用いた電子装置 - Google Patents

コンデンサ内蔵基板およびその基板を用いた電子装置

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JPH10125857A
JPH10125857A JP27592296A JP27592296A JPH10125857A JP H10125857 A JPH10125857 A JP H10125857A JP 27592296 A JP27592296 A JP 27592296A JP 27592296 A JP27592296 A JP 27592296A JP H10125857 A JPH10125857 A JP H10125857A
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JP
Japan
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capacitor
electrode layer
substrate
built
board
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Withdrawn
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JP27592296A
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Kazuo Matsuzaki
一夫 松崎
Yoshitomo Hayashi
善智 林
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161Disposition
    • H01L2224/16151Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/16221Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/16225Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/16237Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation the bump connector connecting to a bonding area disposed in a recess of the surface of the item

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Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体等の能動素子と、抵抗、コンデンサ等の
受動素子とを基板に搭載した電子装置を、小型、軽量、
薄型化できるような基板およびその基板を用いた電子部
品の実装方法を提供する。 【解決手段】絶縁基板10に第一電極層4、誘電体層
5、第二電極層6を積層してコンデンサ3とし、それら
を覆う保護膜7に、第一電極層4および第二電極層6に
達する開口4B、6Aを設ける。保護膜7の開口4B、
6Aを通じて、バンプ電極9B、9Aによりフリップチ
ップ8にコンデンサ3を接続する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ICなどの半導体
からなる能動部品や、コンデンサやリアクトル、トラン
スなどの受動部品を搭載し、小型・軽量化した電源シス
テムなどを構成するための基板とその製造方法およびそ
の基板を用いた電子部品の実装方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、例えば小型・軽量化したDC/D
Cコンバータの電源システムなどにおいては、制御、駆
動、スイッチなどの機能をもつ能動部品に関しては半導
体として一つのシリコンチップ内にモノリシックに作り
込むようになってきている。しかるに、コンデンサやリ
アクトルなどの受動部品も含めて一つのシリコンチップ
内にモノリシックに作り込むにはまだ問題があり、一般
には半導体部品と、受動部品を別々にチップ化し、それ
らをセラミック基板上で、もしくはパッケージングの段
階でハイブリッド化して、電子装置とすることが一般的
である。
【0003】その理由としては、 半導体部品などの能動部品と受動部品とをモノリシッ
クにする必然性(特に、市場からの要求)が無かった。 一般に、半導体部品などの能動部品とコンデンサやリ
アクトルなどの受動部品とでは、その製造方法や用いら
れる材料等の点で大きな違いがあり、一つのプロセスで
作り込むことが困難である。
【0004】モノリシックに作り込むことによる個々
の部品の良品率が積算され、最終的な装置としての歩留
りという観点から不利で、コスト高になる。などが挙げ
られる。然るに、最近の電子機器の小型、軽量、薄膜化
の進展により、そこに用いられる半導体部品も一層小型
化される傾向にあり、従って、上記の必然性が生じつ
つある。更に、受動部品のうちでもリアクトルなどの磁
気部品については動作周波数の高周波化や薄膜形成技術
の進展により、小型、薄膜化が可能となり、半導体部品
と一体形成が可能なレベルにきている。
【0005】一方、動作周波数の高周波化や薄膜形成技
術の進展をまっても、必要な容量をモノリシックに作り
込むことは困難である。コンデンサについては、その容
量Cが次式で表される。 C=ε・S/d (1) ここで、εは誘電体の誘電率、Sはコンデンサの電極面
積、dはコンデンサの電極間距離である。いま、電源の
平滑用として、例えば数十nFの容量を得ようとする
と、誘電率の大きいチタン酸バリウム(ε=2000)
を用いたとしても厚さ10μmのとき、約30mm2
要することになり、モノリシック化は困難である。
【0006】また、コンデンサの容量は電子部品の仕様
に応じて変える必要が生じることがあるため、従来は、
パッケージの外付け部品として考えることが一般的であ
った。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしコンデンサを外
付けにすると、外付けの手間を要し、組立てが煩雑にな
るだけでなく、外形が大きく或いは厚くなる。以上の課
題に鑑み本発明の目的は、コンデンサを薄膜状とし、外
付け部品を無くして電子システムを小型、軽量、薄型に
できるコンデンサ内蔵基板を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記(1)式から明らか
なように、前記の課題を解決するための手段となるべき
パラメータは、ε、S、dの三個しかない。このうちε
およびdは材料および耐圧で決まるパラメータであるた
め、自由に選択することは比較的困難を極める。そこ
で、本発明ではSに着目することとした。εおよびdが
決まれば、コンデンサの容量を決定するのはSだけにな
る。従って、成るべく大きなCを得ようとすれば、Sを
最大にする必要があり、パッケージ内で平面的に最大の
面積を占める基板にコンデンサを形成するのがよい。す
なわち、本発明のコンデンサ内蔵基板は、絶縁基板上に
第一電極層が積層され、該第一電極層層上に選択的に誘
電体層が積層され、該誘電体層上に第二電極層が積層さ
れ、それらを覆う保護膜が形成され、該保護膜に第一電
極層および第二電極層が露出する開口が設けられたもの
とする。
【0009】そのようにすれば、支持板面上を利用して
大きな容量で、厚さの薄いコンデンサが形成できる。特
に、前記第二電極層および誘電体層が複数の島状に分割
され、分割されたそれぞれの第二電極層上の保護膜の少
なくとも一つに開口が設けられたものとする。
【0010】分割した多数のコンデンサがあれば、それ
らの接続方法を変えることにより、多種類の容量の要求
に対応できる。本発明のコンデンサ内蔵基板を用いた電
子装置としては、上記のようなコンデンサ内蔵基板のコ
ンデンサ上部に、前記開口を介して金属バンプを有する
電子部品が作り込まれたフリップチップがボンディング
されたものとする。
【0011】そのようにすれば、支持板面上の厚さの薄
いコンデンサの電極層上に、フリップチップのバンプを
直接接続できる。
【0012】
【発明の実施の形態】図1は本発明のコンデンサ内蔵基
板1を使用した実装例の断面図である。コンデンサ内蔵
基板1は、絶縁基板10上に第一電極層4、誘電体層
5、第二電極層6で構成されるコンデンサ3が形成され
ている。保護膜7に設けられた開口6A、4Bを通じて
フリップチップ8に設けられたバンプ9A、9Bがそれ
ぞれコンデンサ3の第二、第一電極層6、4と接触して
いる様子を示している。すなわち、バンプ電極9A、9
Bの間にコンデンサ3が接続されている。
【0013】このように、基板にコンデンサを内蔵させ
ることにより、コンデンサを外付けする必要が無く、外
形を小さくできる。図3は、DC−DCコンバータの出
力平滑コンデンサの場合を例に取った本発明のより具体
的な実施例を示したものである。図3(a)は降圧型の
DC−DCコンバータの回路ブロック図であり、18の
点線で囲まれた部分は、一チップ化された14個のバン
プ電極を有するフリップチップである。ここでは簡単の
ために19A、19B、19Cおよび図の左側の入力用
を合わせ五つのバンプ電極のみを示してある。21はス
イッチングトランジスタ、22は制御回路部、23はダ
イオード、24はリアクトルである。右側はコンデンサ
内蔵基板11であり、16A、16Bはコンデンサの第
二電極層上の、14Cは第一電極層上の開口である。
【0014】図3(b)、(c)は、フリップチップ1
8をコンデンサ内蔵基板11上に実装した二例の部分断
面図である。この例のように絶縁基板としては、表面を
絶縁膜で覆った導電性或いは半導体基板でもよい。この
例では酸化膜を形成したシリコンウェハ20を用いた。
10mm角のシリコンウェハ20を熱酸化して厚さ1μ
mの酸化膜を形成し、絶縁膜12とした。その上に、T
i(0.3μm)/Ni(0.5μm)/チタン酸バリ
ウム(BaTiO3 比誘電率2000、10μm)/N
i(0.5μm)からなる電極面積が4mm×8mmの
薄膜コンデンサ13を二個形成した。
【0015】図3(b)では、図の左側の第二電極層1
6上の保護膜17に開口16Aが設けられているが、図
の右側の第二電極層16上の保護膜17に開口が設けら
れていないため、バンプ電極19Bはオープン端子とな
り、バンプ電極19A−19C間にのみコンデンサが接
続された構造となっている。一方図3(c)では、バン
プ電極19B直下の表面保護膜17に開口16Bが設け
られており、バンプ電極19A−19C間、19B−1
9C間にコンデンサ13が並列に接続されているため、
2倍の容量のコンデンサが接続された構造となってい
る。通常、平滑コンデンサとして56nF程度で十分な
場合には図3(b)の構成とし、出力リップル低減等の
理由から0.1μF以上必要な場合には、図3(c)の
構成としてフリップチップ実装すればよい。
【0016】コンデンサを形成する絶縁基板としては、
アルミナ等の絶縁性の基板の他に、この実施例のように
絶縁膜を被覆した導電性の基板でもよい。但し、いずれ
も表面上に厚さの薄い電極層や誘電体層を形成するの
で、表面は平滑であることが必要である。また、搭載し
た電子部品からの発熱を放散するために、熱伝導性の良
い物質であることが望ましい。
【0017】図2(a)、(b)は、図3(b)、
(c)の構成を模式的に示した図である。第一電極層、
誘電体層、第二電極層がこの順に積層された領域を等面
積で分割されてなるコンデンサ内蔵基板11に、電子回
路が組み込まれた複数のバンプ電極を有するフリップチ
ップ18をボンディングした様子を示している。図2
(a)の場合は、バンプ電極19B直下の表面保護膜に
開口部が設けられていないためバンプ電極19Bはオー
プン端子となり、バンプ電極19A−19C間にのみ容
量C0 のコンデンサが接続された構造となっている。一
方、バンプ電極19B直下の表面保護膜に開口部が設け
られた図2(b)の場合には、バンプ電極19A−19
C間、19B−19C間に容量C0 のコンデンサが並列
に接続されている。図3(a)のようにバンプ電極19
A、19Bが接続されていれば、バンプ電極19A−1
9C間に2C0 の容量のコンデンサが接続された構造と
なる。
【0018】なお、本実施例では基板に独立した薄膜コ
ンデンサを二個配置した例を示したが、より細分化した
多くの独立した薄膜コンデンサを配置し、それらとフリ
ップチップバンプとの接続の有無や、直列、並列の接続
法を適宜に組み合わせることによって、より精度の高
い、或いは多種多様の容量をもつ平滑コンデンサをつけ
た実装が可能なことは勿論である。
【0019】図4(a)ないし(e)および図5
(a)、(b)は、図3のコンデンサ内蔵基板11の製
造方法を、主な工程ごとの断面図で示したものである。
以下これについて説明する。直径4インチのシリコンウ
ェハ20を熱酸化し、表面に厚さ約1μmの酸化膜を形
成して絶縁膜12とする[図4(a)]。
【0020】そのウェハ全面にチタン(Ti)、ニッケ
ル(Ni)をそれぞれ0.3μm、0.5μmの厚さに
電子ビーム蒸着し、コンデンサの第一電極層14とする
[同図(b)]。続いて、誘電体層15としてBaTi
3 をスパッタ蒸着し、550℃でアニールする[同図
(c)]。BaTiO3 の厚さは10μmとした。
【0021】その上に、第二電極層16となるNiを
0.5μmの厚さで電子ビーム蒸着した[同図(d)]
後、フォトリソグラフィによりパターニングをおこな
い、上層のNiおよびチタン酸バリウム層を複数に分割
し、スクライブ線25、およびコンデンサ分割線26の
溝を形成する。なお、この時BaTiO3 のエッチャン
トは、塩酸、硫酸、過酸化水素水および純水を1:2:
3:4の割合に混合し50℃に加熱した混酸を用いた。
再度フォトリソグラフィによりパターニングをおこな
い、スクライブ線25の他のコンデンサと切断したい部
分の第一電極層14を露出させ、その部分に露出してい
るTiを50倍に希釈したふっ酸でエッチング除去した
[同図(e)]。
【0022】次に、SOG(スピンオンガラス)を回転
塗布し、400℃、1時間の加熱焼成をおこなって平坦
化し、保護膜17とした[図5(a)]。フォトリソグ
ラフィによりパターニングをおこない、第一および第二
電極層とのコンタクトのための開口14C、16A等を
形成した[同図(b)]。最後にスクライブ線25から
切断し、所望の大きさの基板として完成する。
【0023】このように、コンデンサ内蔵基板のコンデ
ンサの分割方法やサイズ、開口の有無によって、容量の
異なるコンデンサを適宜付加した実装が可能となる。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、従
来外付けとしていたコンデンサを、半導体等の能動部品
を搭載する基板に作り込んだコンデンサ内蔵基板とする
ことによって、電子システムが小型、軽量、薄型に作れ
るようになる。特に、基板内蔵コンデンサを任意の大き
さに分割しておき、コンデンサ容量を任意に選択できる
ようにして、コンデンサの容量の精度を高め、汎用性を
高められる。
【0025】更に、コンデンサと接続すべき能動部品を
フリップチップとして、フリップチップのバンプ電極を
コンデンサの電極層に直接接続できるので、外付けコン
デンサを不要とした電子システムを構築できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の半導体装置用基板にフリップ
チップを実装した断面図
【図2】(a)、(b)はそれぞれ図3(b)、(c)
の構成を示す模式図
【図3】(a)は本発明実施例のDC−DCコンバータ
の回路構成図、(b)は一例のコンデンサ接続部分の部
分断面図、(c)は別の例のコンデンサ接続部分の部分
断面図
【図4】(a)ないし(e)は本発明のコンデンサ内蔵
基板の製造方法を説明する工程順の断面図
【図5】(a)および(b)は図4(e)に続く製造工
程順の断面図
【符号の説明】
1、11 コンデンサ内蔵基板 3、13 コンデンサ 4、14 第一電極層 4B、14C 第一電極層上の開口 5、15 誘電体層 6、16 第二電極層 6A、16A、16B 第二電極層上の開口 7、17 保護膜 8、18 フリップチップ 9A、9B、19A、19B、19C バンプ電極 10 絶縁基板 12 絶縁膜 20 シリコンウェハ 21 スイッチングトランジスタ 22 制御回路部 23 ダイオード 24 リアクトル 25 スクライブ線 26 分割線

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁基板上に第一電極層が積層され、該第
    一電極層層上に選択的に誘電体層が積層され、該誘電体
    層上に第二電極層が積層され、それらを覆う保護膜が形
    成され、該保護膜に第一電極層および第二電極層が露出
    する開口が設けられたことを特徴とするコンデンサ内蔵
    基板。
  2. 【請求項2】前記第二電極層および誘電体層が複数の島
    状に分割され、分割されたそれぞれの第二電極層上の保
    護膜の少なくとも一つに開口が設けられたことを特徴と
    する請求項1記載のコンデンサ内蔵基板。
  3. 【請求項3】請求項1または2に記載のコンデンサ内蔵
    基板のコンデンサ上部に、前記開口を介して金属バンプ
    を有する電子部品が作り込まれたフリップチップがボン
    ディングされたことを特徴とする電子装置。
JP27592296A 1996-10-18 1996-10-18 コンデンサ内蔵基板およびその基板を用いた電子装置 Withdrawn JPH10125857A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6011694A (en) * 1996-08-01 2000-01-04 Fuji Machinery Mfg. & Electronics Co., Ltd. Ball grid array semiconductor package with solder ball openings in an insulative base
US6948941B2 (en) 1998-07-13 2005-09-27 Formfactor, Inc. Interconnect assemblies and methods

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