説明

プリント回路基板内蔵型キャパシタの製造方法

【課題】プリント回路基板内蔵型キャパシタの製造方法を提供する。
【解決手段】補強基材及びその両面に積層された銅箔からなるCCL基板を用意するステップと、前記CCL基板の銅箔表面を平坦化するステップと、前記平坦化された銅箔表面上に誘電層を形成するステップと、前記誘電層上に上部電極を形成するステップとを含む。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、プリント回路基板内蔵型キャパシタの製造方法に関し、さらに詳細には、下部電極として用いられる銅箔コーティング積層板(Copper Clad Lamination;以下、「CCL基板」と記す)の表面欠陥を除去して、キャパシタの歩留まりを向上させることができるプリント回路基板内蔵型キャパシタの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
現在まで殆どのプリント回路基板の表面には、一般的な個別チップ抵抗(Discrete Chip Resistor)または一般的な個別チップキャパシタ(Discrete Chip Capacitor)を実装しているが、最近、抵抗またはキャパシタなどの受動素子を内蔵したプリント回路基板が開発されている。
【0003】
このような受動素子内蔵型プリント回路基板技術は、新しい材料(物質)及び工程を利用して、基板の外部又は内層に抵抗またはキャパシタなどの受動素子を挿入して、既存のチップ抵抗及びチップキャパシタの機能を取り替える技術をいう。
【0004】
すなわち、受動素子内蔵型プリント回路基板は、基板自体の内層又は外部に受動素子、例えば、キャパシタが埋没されている形態であって、基板自体のサイズに関係なしに受動素子であるキャパシタがプリント回路基板の一部分として統合されていると、これを「内蔵型キャパシタ」といい、このような基板をキャパシタ内蔵型プリント回路基板(Embedded Capacitor PCB)と言う。
【0005】
このようなキャパシタ内蔵型プリント回路基板の最も重要な特徴は、キャパシタがプリント回路基板の一部分として本来取り揃えられているため、基板表面に実装する必要がないということにある。
【0006】
一方、現在までのキャパシタ内蔵型プリント回路基板技術は、大きく3つの方法で開発されつつあり、以下、詳細に説明する。
【0007】
第1に、重合体キャパシタペーストを塗布し、熱硬化、すなわち乾燥させてキャパシタを実現する重合体厚膜型(Polymer Thick Film Type)キャパシタを実現する方法がある。
【0008】
この方法は、プリント回路基板の内層に重合体キャパシタペーストを塗布した後、これを乾燥してから次の電極を形成するように、銅ペーストを印刷及び乾燥させることによって、内蔵型キャパシタを製造する。
【0009】
第2に、セラミック充填感光性樹脂をプリント回路基板にコーティングして、個別内蔵型キャパシタを実現する方法がある。
【0010】
この方法は、セラミック粉末が含有された感光性樹脂を基板にコーティングした後、銅箔を積層させて、それぞれの上部電極及び下部電極を形成し、以後に回路パターンを形成し感光性樹脂をエッチングして、個別キャパシタを実現するようになる。
【0011】
第3に、プリント回路基板の表面に実装されていたデカプリングキャパシタ(Decoupling capacitor)を取り替えることができるように、プリント回路基板の内層にキャパシタンス特性を有する別途の誘電層を挿入して、キャパシタを実現する方法がある。
【0012】
この方法は、プリント回路基板の内層に電源電極及び接地電極からなる誘電層を挿入して、電源分散型デカプリングキャパシタを実現している。
【0013】
一方、上述のプリント回路基板に内蔵されるキャパシタは、プリント回路基板の容積によりそのサイズが制約されるから、外蔵型に比べて充分な容量を確保し難い。
【0014】
したがって、最近では、単位面積当り高い容量密度を実現することによって、現在内蔵されずにプリント回路基板上に実装される外蔵型高容量のMLCC(Multi layered ceramic Capacitor)などの高密度キャパシタもプリント回路基板内に内蔵するための技術が求められている。このために、従来では、誘電層の誘電率を向上させ、その厚さを減少させるために、薄膜化技術を内蔵型キャパシタの製造方法に適用した。
【0015】
しかしながら、上記のような薄膜化技術を利用してキャパシタのサイズを最小化するために、誘電層を数百nm程度の厚さに薄く形成すると、その下に位置する下部電極の表面状態に応じて誘電層の形成欠陥が発生する恐れがあり、これは、漏れ電流の増加及び下部電極と上部電極との短絡現象を引き起こすという問題がある。
【0016】
すると、以下、図1及び図2を参照して、従来の技術に係るプリント回路基板内蔵型キャパシタの問題点について詳細に説明する。
【0017】
まず、図1は、従来の技術によって製造されたプリント回路基板内蔵型キャパシタの構造を示した断面図であって、従来の技術に係るプリント回路基板内蔵型キャパシタ100は、FR−4などの補強基材111及びその両面に積層された銅箔112からなるCCL基板110上に順次形成された誘電層120、及び上部電極130を備える。このとき、前記CCL基板110は、内蔵型キャパシタにおいて下部電極として機能する。
【0018】
ところが、前記誘電層120が形成されるCCL基板110の表面、すなわち、銅箔112の表面は、それと接する補強基材111の表面状態に応じて、突出した凸欠陥及び凹んだ凹欠陥などのような表面欠陥を有する。
【0019】
しかしながら、このような表面欠陥は、内蔵型キャパシタの漏れ電流を増加させて、内蔵型キャパシタが内蔵されたプリント回路基板の特性及び信頼性を低下させるという問題がある。
【0020】
また、上記のような表面欠陥を有するCCL基板110上に誘電層120を形成する場合、特に前記誘電層120をキャパシタのサイズを最小化するために、数百nm程度の薄い厚さに形成する場合、"F"のように、誘電層120が不良形成される誘電層欠陥が発生する。これは、以下の図2を参照して詳細に説明する。
【0021】
図2は、従来の技術によって製造されたプリント回路基板内蔵型キャパシタの問題点を説明するために示した写真であり、さらに詳細に、CCL基板の突出した凸欠陥が、その上に積層された誘電層及び上部電極を貫通して露出した状態を示した写真及び突出した凸欠陥部分を拡大して示した写真である。
【0022】
このように、突出した凸欠陥を有するCCL基板上に誘電層及び上部電極を順次形成すると、突出した凸欠陥部分に誘電層が形成できなくなることから、下部電極として機能するCCL基板110と上部電極130とが互いに短絡されるという問題が発生する。
【0023】
すなわち、上述のように、前記CCL基板の表面欠陥は、内蔵型キャパシタの漏れ電流を増加させ、下部電極と上部電極とを短絡させるため、結局、プリント回路基板内蔵型キャパシタの特性及び信頼性が低くなり、製造歩留まりも減少するという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0024】
そこで、本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、下部電極として用いられるCCL基板の表面欠陥を除去して、内蔵型キャパシタの特性及び信頼性だけでなく、製造歩留まりも向上させることができるプリント回路基板内蔵型キャパシタの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0025】
上記の目的を達成すべく、本発明のプリント回路基板内蔵型キャパシタの製造方法は、補強基材及びその両面に積層された銅箔からなるCCL基板を用意するステップと、前記CCL基板の銅箔表面を平坦化するステップと、前記平坦化された銅箔表面上に誘電層を形成するステップと、前記誘電層上に上部電極を形成するステップとを含む。
【0026】
また、前記本発明のプリント回路基板内蔵型キャパシタの製造方法において、前記CCL基板の銅箔表面を平坦化するステップ以前及び以後に、前記CCL基板を順次に洗浄及び乾燥するステップをさらに含むことが好ましい。
【0027】
また、前記本発明のプリント回路基板内蔵型キャパシタの製造方法において、前記CCL基板の銅箔表面を平坦化するステップは、機械研磨または電解研磨工程により行うことが好ましく、さらに好ましくは、機械研磨及び電解研磨を順次行う。
【0028】
また、前記本発明のプリント回路基板内蔵型キャパシタの製造方法において、前記機械研磨は、ポリエステルフィルムにセラミック粒子がコーティングされた研磨テープを使用して行い、前記セラミック粒子は、20μm以下のサイズを有するSiCまたはAlを使用することが好ましい。
【0029】
また、前記本発明のプリント回路基板内蔵型キャパシタの製造方法において、前記機械研磨は、ポリエステルフィルムに所定のサイズのセラミック粒子がコーティングされた第1研磨テープで第1研磨するステップと、前記第1研磨テープのセラミック粒子よりサイズの小さいセラミック粒子がコーティングされた第2研磨テープで第2研磨するステップとを含むことが好ましい。このとき、前記第1研磨テープのセラミック粒子は、20μm以下のサイズを有するSiCまたはAlを使用することが好ましい。
【0030】
また、前記本発明のプリント回路基板内蔵型キャパシタの製造方法において、前記電解研磨は、リン酸、硫酸、塩酸、窒酸、ホウ酸からなるグループより選択された何れか1つまたは2つ以上の組み合わせからなる電解液を使用して行うことが好ましく、さらに好ましくは、クロム酸またはヨウ素からなる添加剤をさらに含んで銅箔の腐食を防止する。このとき、前記添加剤は、全電解液に対して0.5wt%〜1wt%の含有量で添加することが好ましい。
【0031】
また、前記本発明のプリント回路基板内蔵型キャパシタの製造方法において、前記電解液のpHは、6以上を表す場合、研磨率が低くなって、表面欠陥が完全に除去され難いため、5以下を表すことが好ましい。
【0032】
また、前記本発明のプリント回路基板内蔵型キャパシタの製造方法において、前記電解液の電解温度は、0℃〜75℃の温度範囲を有することが好ましい。
【0033】
また、前記本発明のプリント回路基板内蔵型キャパシタの製造方法において、前記電解液の電流密度は、5〜50A/dmの密度範囲を有することが好ましい。
【0034】
また、前記本発明のプリント回路基板内蔵型キャパシタの製造方法において、前記誘電層は、高い誘電率を有するセラミック組成物からなることが好ましい。
【0035】
また、前記本発明のプリント回路基板内蔵型キャパシタの製造方法において、前記上部電極は、Cu、Ni、Al、Pt、Ta、Agからなるグループより選択された何れか1つ以上の金属またはこれらの合金からなることが好ましい。
【発明の効果】
【0036】
本発明によれば、下部電極として用いられるCCL基板の表面欠陥を除去した後、その上に誘電層及び上部電極を順次形成することによって、CCL基板の表面欠陥により発生する漏れ電流の発生を防止でき、かつ、誘電層の形成不良により発生する下部電極と上部電極との短絡現象を防止できる。
【0037】
これにより、本発明は、プリント回路基板内蔵型キャパシタの特性及び信頼性を向上させることができ、かつ、製造歩留まりも向上させることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【0038】
以下、添付した図面を参照して、当業者が容易に実施できるように本発明の実施形態について詳細に説明する。
【0039】
図面において多様な層及び領域を明確に表現するために、その厚さを拡大して示した。明細書全体にわたって類似した部分には同じ図面符号を付してある。
【0040】
以下、本発明の一実施形態に係るプリント回路基板内蔵型キャパシタの製造方法について図面を参照して詳細に説明する。
【0041】
図3a〜図3cは、本発明の一実施形態に係るプリント回路基板内蔵型キャパシタの製造方法を説明するために順次に示した工程断面図である。
【0042】
まず、図3aに示すように、FR−4などの補強基材111及びその両面に積層された銅箔112からなるCCL基板110を用意する。このとき、前記補強基材111としては、FR−4だけでなく、プリント回路基板の用途に応じる適切な材質に変更可能である。本実施形態に係る前記CCL基板110は、内蔵型キャパシタにおいて、下部電極として機能する。
【0043】
一方、前記CCL基板110の表面、すなわち銅箔112の表面は、それと接する補強基材111の材質特性による表面状態に応じて、突出した凸欠陥及び凹んだ凸陥などのような表面欠陥を有する。
【0044】
しかしながら、このような表面欠陥は、内蔵型キャパシタの漏れ電流を増加させて、キャパシタ内蔵型プリント回路基板の特性及び信頼性を低下させ、後述する誘電層及び上部電極の形成工程時に、これらの欠陥の発生要因として作用して、製造歩留まりを減少させる。
【0045】
したがって、前記CCL基板110の表面欠陥は、上述のように、内蔵型キャパシタの特性及び信頼性に極めて大きい影響を及ぼし、かつ、製造歩留まりも減少させるため、全般的なプリント回路基板内蔵型キャパシタ製造工程において、除去されなければならない。
【0046】
これにより、本発明は、図3bに示すように、前記CCL基板110の銅箔112の表面を平坦化する。このとき、前記平坦化工程としては、機械研磨または電解研磨工程を使用することが好ましく、研磨効率を向上させるためには、機械研磨した後、電解研磨工程をさらに行うことができる。
【0047】
すなわち、本発明によれば、前記CCL基板110の表面を平坦化して、銅箔112の表面欠陥を除去することによって、前記表面欠陥から発生する従来の技術の問題点を解決することができる。
【0048】
その後、図3cに示すように、平坦化されたCCL基板110上に誘電層120及び上部電極130を順次形成する。
【0049】
前記誘電層120は、高い誘電率を有するセラミック組成物をALD、PLD、CVDなどのような多様な薄膜形成法により積層して形成する。このようなセラミック組成物には、BZN、Al、PZT、PLZT、PT、PMN、PMN−PT、BaTiO、HfO、SrTiOなどがあり、これは必ずこれに限定されるものではなく、セラミック組成物でなくても高い誘電率を有する物質であれば全て使用できる。
【0050】
前記上部電極130は、低温で形成可能なスパッタ法、蒸発法、及び無電解メッキ法等で形成でき、電極物質としては、Cu、Ni、Al、Pt、Ta、Agからなるグループより選択された何れか1つ以上の金属またはこれらの合金などが適用可能である。
【0051】
すると、以下、前記CCL基板の銅箔表面を平坦化するための具体的な方法について、図4及び図5を参照して説明する。
【0052】
<機械研磨法>
【0053】
まず、表面欠陥を有するCCL基板の表面に第1洗浄及び第1乾燥工程を順次行う。このとき、洗浄液として、純水(DI water)を使用することが好ましい。
【0054】
その後、前記第1乾燥工程が行われたCCL基板の表面を表面欠陥が除去される時点まで、ポリエステルフィルムにセラミック粒子がコーティングされた研磨テープを使用して研磨する。このとき、前記セラミック粒子は、20μm以下のサイズを有することを使用することが好ましく、さらに好ましくは、5μm以下のサイズを有することが好ましい。これは、前記セラミック粒子のサイズが大きければ大きいほど、CCL基板の表面が荒く研磨されるため、サイズが大きいセラミック粒子により、CCL基板の表面にキズが生じるのを最小化するためである。このような微細なセラミック粒子には、SiC及びAlなどがある。
【0055】
その後、前記平坦化されたCCL基板の表面に、第2洗浄及び第2乾燥工程を順次行う。
【0056】
すなわち、上述の通り、下部電極として機能するCCL基板の表面欠陥を機械研磨して除去した後、その上に誘電層及び上部電極を順次形成すると、図4に示すように、上部電極130上にCCL基板の表面欠陥(図2の110参照)が突出しないことが分かる。ここで、図4は、本発明の機械研磨により平坦化されたCCL基板を使用して製造されたプリント回路基板内蔵型キャパシタの効果を説明するために示した写真である。
【0057】
一方、本発明は、ポリエステルフィルムに20μm以下のサイズを有するセラミック粒子がコーティングされた第1研磨テープで第1研磨した後、前記第1研磨テープのセラミック粒子よりサイズの小さいセラミック粒子がコーティングされた第2研磨テープで第2研磨することにより、セラミック粒子のサイズが大きい第1研磨テープにより発生したCCL基板のキズを、これより小さなサイズのセラミック粒子を有する第2研磨テープで緩衝させて、CCL基板の表面に発生するキズを最小化することができる。
【0058】
<電解研磨法>
【0059】
まず、前記機械研磨方法と同様に、表面欠陥を有するCCL基板の表面に第1洗浄及び第1乾燥工程を順次行う。
【0060】
その後、前記第1乾燥工程が行われたCCL基板をリン酸、硫酸、塩酸、窒酸、ホウ酸からなるグループより選択された何れか1つまたは2つ以上の組み合わせからなる電解液に浸漬して、所定期間の間、電解研磨を行う。このとき、電解研磨する時間は、CCL基板の銅箔特性及び工程条件に応じて調節できる。
【0061】
また、前記電解液のpHは、6以上を表す場合、研磨率が低くなって、表面欠陥が完全に除去され難いため、5以下を表すことが好ましい。
【0062】
特に、本発明に係る電解液は、CCL基板の銅箔が腐食されることを防止するために、クロム酸またはヨウ素からなる添加剤をさらに含むことが好ましい。このとき、前記添加剤は、電解液に全電解液に対して0.5wt%未満の含有量で添加すると、添加剤の機能である銅箔の腐食防止の機能をほとんどすることができず、1wt%以上の含有量で添加すると、1wt%の含有量が添加された電解液と同じ効果を有する。したがって、前記添加剤は、全電解液に対して0.5wt%〜1wt%であることが好ましい。
【0063】
また、前記電解液の電解温度は、0℃〜75℃の範囲を有することが好ましい。これは、前記電解液が0℃未満の場合には、凍ってしまって電解研磨が難しく、75℃を超過する場合には、電解研磨速度が増加して、研磨銅箔の全面において均一に行い難いという問題があるためである。
【0064】
前記電解液の電流密度も、5A/dm未満の場合には、電解研磨の研磨特性がほとんど現れなく、50A/dmを超過する場合には、電解研磨速度が増加して、研磨銅箔の全面において均一に行い難いため、5〜50A/dmの範囲を有することが好ましい。
【0065】
その後、前記平坦化されたCCL基板の表面に、第2洗浄工程を行った後、第2乾燥工程を順次行う。
【0066】
すなわち、上述のように、下部電極として機能するCCL基板の表面欠陥を電解研磨して除去した後、その上に誘電層及び上部電極を順次形成すると、図5に示すように、上部電極130上にCCL基板の表面欠陥(図2の110参照)が突出しないことが分かる。ここで、図5は、本発明の電解研磨により平坦化されたCCL基板を使用して製造されたプリント回路基板内蔵型キャパシタの効果を説明するために示した写真である。
【0067】
上述した本発明の好ましい実施の形態は、例示の目的のために開示されたものであり、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形、及び変更が可能であり、このような置換、変更などは、特許請求の範囲に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【0068】
【図1】従来の技術によって製造されたプリント回路基板内蔵型キャパシタの構造を示した断面図である。
【図2】従来の技術によって製造されたプリント回路基板内蔵型キャパシタの問題点を説明するために示した写真である。
【図3a】本発明の一実施形態に係るプリント回路基板内蔵型キャパシタの製造方法を説明するための工程断面図である。
【図3b】本発明の一実施形態に係るプリント回路基板内蔵型キャパシタの製造方法を説明するための工程断面図である。
【図3c】本発明の一実施形態に係るプリント回路基板内蔵型キャパシタの製造方法を説明するための工程断面図である。
【図4】本発明によって製造されたプリント回路基板内蔵型キャパシタの効果を説明するために示した写真である。
【図5】本発明によって製造されたプリント回路基板内蔵型キャパシタの効果を説明するために示した写真である。
【符号の説明】
【0069】
100 内蔵型キャパシタ
110 CCL基板
111 補強基材
112 銅箔
120 誘電層
130 上部電極

【特許請求の範囲】
【請求項1】
補強基材及びその両面に積層された銅箔からなるCCL基板を用意するステップと、
前記CCL基板の銅箔表面を平坦化するステップと、
前記平坦化された銅箔表面上に誘電層を形成するステップと、
前記誘電層上に上部電極を形成するステップと
を含むことを特徴とするプリント回路基板内蔵型キャパシタの製造方法。
【請求項2】
前記CCL基板の銅箔表面を平坦化するステップ以前及び以後に、前記CCL基板を順次に洗浄及び乾燥するステップをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のプリント回路基板内蔵型キャパシタの製造方法。
【請求項3】
前記CCL基板の銅箔表面を平坦化するステップは、機械研磨または電解研磨工程により行うことを特徴とする請求項1に記載のプリント回路基板内蔵型キャパシタの製造方法。
【請求項4】
前記CCL基板の銅箔表面を平坦化するステップは、機械研磨及び電解研磨を順次行うことを特徴とする請求項1に記載のプリント回路基板内蔵型キャパシタの製造方法。
【請求項5】
前記機械研磨は、ポリエステルフィルムにセラミック粒子がコーティングされた研磨テープを使用して行うことを特徴とする請求項3又は4に記載のプリント回路基板内蔵型キャパシタの製造方法。
【請求項6】
前記セラミック粒子は、20μm以下のサイズを有することを特徴とする請求項5に記載のプリント回路基板内蔵型キャパシタの製造方法。
【請求項7】
前記セラミック粒子は、SiCまたはAlであることを特徴とする請求項5に記載のプリント回路基板内蔵型キャパシタの製造方法。
【請求項8】
前記機械研磨は、
ポリエステルフィルムに所定のサイズのセラミック粒子がコーティングされた第1研磨テープで第1研磨するステップと、
前記第1研磨テープのセラミック粒子よりサイズの小さいセラミック粒子がコーティングされた第2研磨テープで第2研磨するステップと
を含むことを特徴とする請求項3又は4に記載のプリント回路基板内蔵型キャパシタの製造方法。
【請求項9】
前記第1研磨テープのセラミック粒子は、20μm以下のサイズを有することを特徴とする請求項8に記載のプリント回路基板内蔵型キャパシタの製造方法。
【請求項10】
前記セラミック粒子は、SiCまたはAlであることを特徴とする請求項8に記載のプリント回路基板内蔵型キャパシタの製造方法。
【請求項11】
前記電解研磨は、リン酸、硫酸、塩酸、窒酸、ホウ酸からなるグループより選択された何れか1つまたは2つ以上の組み合わせからなる電解液を使用して行うことを特徴とする請求項3又は4に記載のプリント回路基板内蔵型キャパシタの製造方法。
【請求項12】
前記電解液は、5以下のpHを表すことを特徴とする請求項11に記載のプリント回路基板内蔵型キャパシタの製造方法。
【請求項13】
前記電解液は、クロム酸またはヨウ素からなる添加剤をさらに含むことを特徴とする請求項11に記載のプリント回路基板内蔵型キャパシタの製造方法。
【請求項14】
前記添加剤は、全電解液に対して0.5wt%〜1wt%の含有量で添加することを特徴とする請求項13に記載のプリント回路基板内蔵型キャパシタの製造方法。
【請求項15】
前記電解液の電解温度は、0℃〜75℃の温度範囲を有することを特徴とする請求項11に記載のプリント回路基板内蔵型キャパシタの製造方法。
【請求項16】
前記電解液の電流密度は、5〜50A/dmの密度範囲を有することを特徴とする請求項11に記載のプリント回路基板内蔵型キャパシタの製造方法。
【請求項17】
前記誘電層は、セラミック組成物からなることを特徴とする請求項1に記載のプリント回路基板内蔵型キャパシタの製造方法。
【請求項18】
前記セラミック組成物は、BZN、Al、PZT、PLZT、PT、PMN、PMN−PT、BaTiO、HfO、SrTiOからなるグループより選択された何れか1つのセラミック組成物からなることを特徴とする請求項17に記載のプリント回路基板内蔵型キャパシタの製造方法。
【請求項19】
前記上部電極は、Cu、Ni、Al、Pt、Ta、Agからなるグループより選択された何れか1つ以上の金属またはこれらの合金からなることを特徴とする請求項1に記載のプリント回路基板内蔵型キャパシタの製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3a】
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【図3b】
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【図3c】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2007−281466(P2007−281466A)
【公開日】平成19年10月25日(2007.10.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−96291(P2007−96291)
【出願日】平成19年4月2日(2007.4.2)
【出願人】(594023722)サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド. (1,585)
【Fターム(参考)】