説明

キャパシタを内蔵したプリント配線板およびその製造方法

【課題】印刷法により電気特性の安定したキャパシタを内蔵したプリント配線板、およびそれを安価に歩留まり良く製造する方法を提供する。
【解決手段】基板1の上に、第1の電極5、高誘電体層7および第2の電極9が順次積層され、第2の電極は、第1の電極と同じ配線層に形成された電極接点用ランド6に電気的に接続されてなるキャパシタと、キャパシタおよび配線層が形成されている面に積層された少なくとも一層の絶縁層を有する部材12と、部材および第2の電極を貫通してランド部に達する開口を有し、開口において第2の電極とランドとを電気的に接続するビアとをそなえたキャパシタを内蔵したプリント配線板、およびその製造方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はキャパシタを内蔵したプリント配線板の構造および製造方法に関し、特に電気的接続信頼性を改善したキャパシタを内蔵したプリント配線板および製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
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上での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用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。
【0003】
代表的な受動素子には、キャパシタがある。このキャパシタには、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、入力端子の最近接距離に配置されることが要求される。
【0004】
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(等価直列インダクタンス)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。
【0005】
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。
【0006】
内蔵型キャパシタは、プリント配線板に内蔵されているため、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。
【0007】
スクリーン印刷法にてキャパシタを形成する際、第1の電極の上に高誘電体層を形成し、その後、高誘電体層の上に第2の電極を形成することとなる。この場合、高誘電体層を形成する工程での熱硬化によって、金属の導体表面が酸化されることとなる。この高誘電体層は、酸洗等のウエット処理を行うと脆く壊れてしまうことから、酸化された導体の上で第2電極との接点を形成しなくてはならない。しかし、この方法では、導体上の酸化膜によりキャパシタの電気特性が不安定になってしまうことがある。
【0008】
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、上記課題に着目し、高誘電体層を形成する前に、導体および第2電極の接点部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。
【0009】
しかし、この手法は、工程が煩雑となりコストメリットが低減してしまう。また、銀ペーストと電極用の銅ペーストとを重ねるために、積層接着剤を厚くせざるを得ず、配線板厚の増加および接続信頼性の低下にも繋がる。
【0010】
また、熱硬化をN雰囲気下にて行うと電極接点部の酸化膜の問題は解決できるが、オーブンから取り出す際の酸化を防止するために、オーブン内で十分に冷却する必要があり、時間がかかることから量産性に不利であった。
【0011】
図2Aおよび図2B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って、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の導体層および第2の導体層を有する、所謂、両面銅張積層板21を用意する(図2A(1)参照)。そして、第1の導体層21aに、キャパシタの第1電極22、ならびに後述する第2電極との接点部と同じく後述するビア用のランドおよび所要の配線を含む回路23を形成する。
【0012】
その第2電極との接点部に銀ペースト24を印刷形成した(図2A(2)参照)後に、第1電極22の上に高誘電体層25を形成し(図2A(3)参照)、その後、高誘電体層25の上および電極接点部に形成した銀ペースト24の上に第2電極26を形成する(図2A(4)参照)。片面銅張積層板27を、キャパシタを形成した面に積層接着剤28を介して積層する(図2A(5)参照)。
【0013】
次に、レーザ加工用コンフォーマルマスク29を形成した後(図2B(6)参照)、レーザにより層間導通を行う有底ビアのための開口30を形成し(図2B(7)参照)、導電化処理を行い、めっき皮膜31を形成し(図2B(8)参照)、その後、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回路パターンを形成することで、キャパシタを内蔵したプリント配線板32を得る(図2B(9)参照)。
【特許文献1】特開昭63-222413号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
上述のように、キャパシタを内蔵したプリント配線板およびその製造方法は提供されている。
【0015】
しかしながら、印刷法では電気特性が安定したキャパシタを製造することが困難である。その結果、印刷法により形成されたキャパシタを内蔵したプリント配線板を提供することは難しい。
【0016】
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内蔵したプリント配線板、およびそれを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。
【課題を解決するための手段】
【0017】
上記目的達成のため、本願では、次の発明を提供する。
【0018】
第1の発明は、
基板の上に、第1の電極、高誘電体層および第2の電極が順次積層され、前記第2の電極は、前記第1の電極と同じ配線層に形成された電極接点用ランドに電気的に接続されてなるキャパシタと、
前記キャパシタおよび前記配線層が形成されている面に積層された少なくとも一層の絶縁層を有する部材と、
前記部材および前記第2の電極を貫通して前記ランド部に達する開口を有し、該開口において前記第2の電極と前記ランドとを電気的に接続するビアと
をそなえたことを特徴とするキャパシタを内蔵したプリント配線板、
である。そして、第2の発明は、
キャパシタを内蔵したプリント配線板の製造方法において、
絶縁基板の一表面に、第1および第2の電極、ならびに前記電極に接続される電極接点用ランドが順次積層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体ペーストを印刷し、熱硬化して高誘電体層を形成し、
前記高誘電体層の上に、導電体ペーストを前記ランドに達するように印刷して第2電極を形成することによりキャパシタを構成し、
前記絶縁基板の前記一表面に、少なくとも一つの絶縁層を有する部材を積層し、
前記部材および前記第2の電極を貫通して前記ランド部に達する開口をレーザで穿設し、
前記開口をクリーニング処理した後、めっきを施して前記第2の電極と前記ランドとを電気的に接続するビアを形成する
ことを特徴とするキャパシタを内蔵したプリント配線板の製造方法、
である。
【発明の効果】
【0019】
これらの特徴により、本発明は次のような効果を奏する。
【0020】
本発明によれば、キャパシタの第2電極と回路との接点部にビアを形成することで、キャパシタの電気特性を安定化した、キャパシタを内蔵したプリント配線板を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0021】
以下、図示の実施例を参照しながら本発明をさらに説明する。
【実施例1】
【0022】
図1Aおよび図1Bは、本発明の一実施例における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工程図である。まず、図1A(1)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、および第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によりキャパシタの第1電極5、電極接点用ランド6および所要の配線パターンを形成する。
【0023】
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、電極面積と電極間距離および電極間に形成する材料とによって決定するが、ここでの電極面積は100mmとした。
【0024】
次に図1A(2)に示すように、キャパシタの第1電極5上に高誘電体層7を形成した。ここでの高誘電体層の形成方法はスクリーン印刷法を用いたが、インクジェット印刷法、ディスペンス印刷法等も適用することができる。
【0025】
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て150℃、30minの熱硬化を行った。高誘電体の膜厚は、熱硬化後で6μmであった。このとき、第1の金属箔2に形成されたランド上は、オーブンの熱によって酸化膜8が形成されている。
【0026】
次いで図1A(3)に示すように、高誘電体層7およびランド6の上に、キャパシタの第2電極9を形成した。ここでの第2電極の形成方法はスクリーン印刷法を用いたが、インクジェット印刷法、ディスペンス印刷法等も適用することができる。
【0027】
用いたペーストは、アサヒ化研製銀ペースト「LS−506J」であり、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て150℃、30minの熱硬化を行った。第2電極は、他の銀ペースト、銅ペースト、カーボンペースト等、導電性のペーストであれば適用可能である。この状態では、キャパシタの第2電極9とランド6との間には酸化膜8が介在している。
【0028】
続いて図1A(4)に示すように、キャパシタが形成された面に対し、積層接着剤10を介して絶縁ベース材と金属箔11とを有する片面の銅張積層板(部材)12を積層した。積層条件は、真空ラミネータにて170℃、2.0MPa、4分のプレスを行い、ボックス型熱風オーブンにて180℃、2時間30分のオーブンキュアを行った。ここでは片面の銅張積層板を用いているが、両面の銅張積層板や既に配線を形成してある片面・両面・多層の配線板または絶縁フィルムを部材として適用することができる。
【0029】
この後、図1B(5)に示すように、部材12の金属箔11および第2の金属箔3に対し、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レーザ加工用のコンフォーマルマスク13,14を形成した。
【0030】
次に図1B(6)に示すように、コンフォーマルマスクに対し、COレーザ加工にて開口15,16を形成した。ここではCOレーザ加工を行ったが、YAGレーザ等の他の光源を適用することができる。また、レーザ加工後に開口部のクリーニング処理を行うことで、開口15の穴底に当たるランド6の上の酸化膜7を除去することができた。
【0031】
次いで図1B(7)に示すように、導電化処理を行い、めっき処理を施してビア18を形成した。このビア18によりキャパシタ電極とランド6との接続を形成し、キャパシタの電気特性を安定化させることができた。
【0032】
続いて、図1B(8)に示すように、第2の金属箔3、金属箔11ならびにめっき皮膜17に対し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、回路パターン19を形成することで、電気特性が安定したキャパシタを内蔵したプリント配線板20を得た。この工程にて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。
【0033】
従来の手法では、電極接点部の回路導体上の酸化膜を除去、もしくは低減させることで電気特性を安定化していた。しかし、何れも酸化膜除去および低減するための工程を加える必要があった。
【0034】
これに対して本発明では、特に工程を加えることなく、電気特性を安定化させることができるために、印刷法にて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、コストメリットが大きい。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1A】本発明の一実施例におけるキャパシタを内蔵したプリント配線板の製造工程図。
【図1B】本発明の一実施例におけるキャパシタを内蔵したプリント配線板の製造工程図。
【図2A】従来工法によるキャパシタを内蔵したプリント配線板の断面図。
【図2B】従来工法によるキャパシタを内蔵したプリント配線板の断面図。
【符号の説明】
【0036】
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 ランド
7 高誘電体層
8 酸化膜
9 第2電極
10 積層接着剤
11 金属箔
12 部材
13,14 コンフォーマルマスク
15 開口
16 開口
17 めっき皮膜
18 ビア
19 回路パターン
20 本発明によるキャパシタを内蔵したプリント配線板
21 両面銅張積層板
22 第1電極
23 回路
24 銀ペースト
25 高誘電体層
26 第2電極
27 片面銅張積層板
28 積層接着剤
29 コンフォーマルマスク
30 開口
31 めっき皮膜
32 従来工法によるキャパシタを内蔵したプリント配線板

【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板の上に、第1の電極、高誘電体層および第2の電極が順次積層され、前記第2の電極は、前記第1の電極と同じ配線層に形成された電極接点用ランドに電気的に接続されてなるキャパシタと、
前記キャパシタおよび前記配線層が形成されている面に積層された少なくとも一層の絶縁層を有する部材と、
前記部材および前記第2の電極を貫通して前記ランド部に達する開口を有し、該開口において前記第2の電極と前記ランドとを電気的に接続するビアと
をそなえたことを特徴とするキャパシタを内蔵したプリント配線板。
【請求項2】
キャパシタを内蔵したプリント配線板の製造方法において、
絶縁基板の一表面に、第1および第2の電極、ならびに前記電極に接続される電極接点用ランドが順次積層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体ペーストを印刷し、熱硬化して高誘電体層を形成し、
前記高誘電体層の上に、導電体ペーストを前記ランドに達するように印刷して第2電極を形成することによりキャパシタを構成し、
前記絶縁基板の前記一表面に、少なくとも一つの絶縁層を有する部材を積層し、
前記部材および前記第2の電極を貫通して前記ランド部に達する開口をレーザで穿設し、
前記開口をクリーニング処理した後、めっきを施して前記第2の電極と前記ランドとを電気的に接続するビアを形成する
ことを特徴とするキャパシタを内蔵したプリント配線板の製造方法。

【図1A】
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【図1B】
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【図2A】
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【図2B】
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【公開番号】特開2009−94333(P2009−94333A)
【公開日】平成21年4月30日(2009.4.30)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−264268(P2007−264268)
【出願日】平成19年10月10日(2007.10.10)
【出願人】(000230249)日本メクトロン株式会社 (216)
【Fターム(参考)】