誘電体シート、キャパシタおよび部品搭載基板
【課題】誘電率が比較的高く、それゆえ、薄くかつ可撓性を有するキャパシタを構成するために有利に用いることができる誘電体シートを提供する。
【解決手段】セラミック粒子１６が、樹脂のような可撓性のある基材１５中に分散している、誘電体シート１２において、セラミック粒子１６の粒径をＲとし、誘電体シート１２の厚みをＴとしたとき、Ｒ／Ｔ≧１となるようにし、セラミック粒子の形状が略球形であるとき、より好ましくは、Ｒ／Ｔ≧２／√３となるようにする。
【解決手段】セラミック粒子１６が、樹脂のような可撓性のある基材１５中に分散している、誘電体シート１２において、セラミック粒子１６の粒径をＲとし、誘電体シート１２の厚みをＴとしたとき、Ｒ／Ｔ≧１となるようにし、セラミック粒子の形状が略球形であるとき、より好ましくは、Ｒ／Ｔ≧２／√３となるようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、誘電体シート、キャパシタおよび部品搭載基板に関するもので、特に、セラミック粒子が可撓性のある基材中に分散した構造を有する、誘電体シート、ならびにそれを用いて構成されるキャパシタおよび部品搭載基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この発明にとって興味ある製品として、たとえば、実施をもって構成されるプリント配線基板上にＩＣ等の電子部品を搭載した部品搭載基板がある。このような部品搭載基板において、ＩＣのスイッチング時に、電源‐グラウンド間にパルス状の大きな電流が流れ、このパルス電流が原因となり、大きなノイズが発生することがある。このようなノイズは、信号ラインに入ると不都合な問題を招くので、これが信号ラインに入ることは避けなければならない。
【０００３】
電源‐グラウンド間のノイズを抑えるためには、電源‐グラウンド間にキャパシタを形成する方法があるが、このような方法を採用する場合、特に、キャパシタのインピーダンスが小さくなるようにすることが重要である。インピーダンスを小さくするには、キャパシタの静電容量を大きくするだけでなく、インダクタンス成分を小さくしなければならない。これには、電源層とグラウンド層との距離を小さくすることが有効であり、そのため、電源層とグラウンド層との間に、できる限り薄いキャパシタを挟む込む技術が注目されている。このようなキャパシタは、エンベデッドキャパシタと呼ばれている。
【０００４】
上述のエンベデッドキャパシタは、樹脂製のプリント配線基板に内蔵されるため、キャパシタに用いられる誘電体シートは、薄くてかつ可撓性を有するものでなければならない。可撓性を有する誘電体材料としては、樹脂がある。しかしながら、樹脂は、一般的に、誘電率が１０未満と非常に低く、そのため、静電容量が小さくなる。そこで、誘電率を向上させるため、樹脂の中に高誘電率のセラミック粒子を分散させた誘電体シートが提案されている。この誘電体シートを数ミクロンないし数十ミクロンにまで薄層化し、その両主面上に導電性金属膜を形成することにより、可撓性を有し、ある程度以上の静電容量を有するキャパシタが得られる。
【０００５】
図５には、上述したような誘電体シートを用いて構成されたキャパシタが断面図で示されている。図５に示すように、キャパシタ１は、誘電体シート２と、誘電体シート２の両主面上に形成される導電性金属膜からなる電極３および４とを備えている。誘電体シート２は、樹脂５中にセラミック粒子６が分散した構造を有している。
【０００６】
図６は、図５の線Ａ‐Ａに沿ってスリット状に切り出して樹脂部分５ａとセラミック部分６ａとの分布状態を示した図である。図６に示すように、電極３および４間においては、誘電体シート２の厚み方向に延びる線Ａ‐Ａに沿って、樹脂部分５ａとセラミック部分６ａとが交互に直列に並んでいる。そのため、キャパシタ１としての全体容量を計算すると、
１／全体容量＝１／セラミックの容量＋１／樹脂の容量＋…
となり、誘電率の低い樹脂の影響が非常に大きく、全体として、大きい静電容量が得られない。すなわち、誘電体シート２において高い誘電率を得ることができない。
【０００７】
上記の問題を解決し得る技術として、たとえば特開２００８‐１３６９４号公報（特許文献１）に記載されたものがある。特許文献１では、たとえば、樹脂中にＢａＴｉＯ３系セラミック粒子を分散させた、誘電体シートが開示されていて、その特徴とするところは、樹脂中のセラミック粒子のネッキング率を高めることにより、誘電体シートの厚み方向に関して、セラミック粒子間に樹脂が直列に介在することを防ぎ、結果として、高い誘電率を得ようとすることにある。
【０００８】
特許文献１では、セラミック粒子のネッキング率を高めるため、粉体加圧→熱処理→均一分散処理、という工程を用いている。しかし、ネッキング率を確実に高めるためには、各工程における条件設定を所定の範囲に制御しなければならないが、そのような制御は非常に難しい。結果として、有効なネッキング率、すなわち高誘電率を安定して得ることが困難であり、量産性に劣るという欠点を有している。
【特許文献１】特開２００８−１３６９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、この発明の目的は、高誘電率を確実に得ることができる、誘電体シートを提供しようとすることである。
【００１０】
この発明の他の目的は、上述した誘電体シートを用いて構成されるキャパシタおよび部品搭載基板を提供しようとすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明は、セラミック粒子が、可撓性のある基材中に分散している、誘電体シートにまず向けられるものであって、上述した技術的課題を解決するため、セラミック粒子の粒径をＲとし、当該誘電体シートの厚みをＴとしたとき、Ｒ／Ｔ≧１であることを特徴としている。
【００１２】
なお、上記セラミック粒子の粒径Ｒは、粒度分布Ｄ70の値によって規定されることが好ましい。
【００１３】
また、セラミック粒子の粒径Ｒは、セラミック粒子が略球形であるときには、球形換算した場合の径であると定義されるが、セラミック粒子がアスペクト比０．５以下の板状粒子であるときには、最も短い長さ、すなわち厚みであると定義され、セラミック粒子がアスペクト比２以上の柱状粒子であるときには、最も短い長さ、すなわち柱の断面の径であると定義される。後者のように、セラミック粒子がアスペクト比２以上の柱状粒子であるとき、最も短い長さがセラミック粒子の粒径Ｒとされるのは、後述するような配向を前提としない場合である。
【００１４】
この発明に係る誘電体シートにおいて、セラミック粒子が略球形であるとき、Ｒ／Ｔ≧２／√３であることが好ましい。
【００１５】
また、この発明に係る誘電体シートにおいて、セラミック粒子は誘電率が２００以上であることが好ましい。この場合、特に、基材は樹脂からなり、セラミック粒子の主成分はＢａＴｉＯ３系であることが好ましい。
【００１６】
この発明に係る誘電体シートにおいて、セラミック粒子が、アスペクト比２以上の柱状粒子であり、その長辺方向が当該誘電体シートの厚み方向と略平行になるように配向される場合、セラミック粒子の長辺方向の長さをＬとし、当該誘電体シートの厚みをＴとしたとき、Ｌ／Ｔ≧１であることが好ましい。この場合、セラミック粒子の長辺方向の長さＬは、好ましくは、長辺方向の長さのＤ70値である。
【００１７】
この発明は、また、上述した誘電体シートを用いて構成されるキャパシタにも向けられる。この発明に係るキャパシタは、この発明に係る誘電体シートと、この誘電体シートの両主面上に形成される導電性金属膜からなる電極とを備えることを特徴としている。
【００１８】
この発明は、さらに、上記キャパシタを用いて構成される部品搭載基板にも向けられる。この発明に係る部品搭載基板は、樹脂をもって構成され、かつこの発明に係るキャパシタが埋め込まれた配線基板と、この配線基板上に搭載された電子部品とを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１９】
この発明に係る誘電体シートによれば、その両主面間を結ぶ厚み方向に見たとき、１個のセラミック粒子しか存在しない部分、すなわち樹脂が介在しない部分を増やすことができるため、誘電体シートとしての誘電率を高くすることができる。
【００２０】
したがって、上記誘電体シートを用いてキャパシタを構成すれば、大きな静電容量を与えるキャパシタを得ることができる。
【００２１】
また、上記キャパシタを用いて部品搭載基板を構成すれば、配線基板の可撓性を阻害せず、また、インダクタンス成分を小さくすることができるため、特に高周波のインピーダンスを下げることができ、高周波ノイズのキャンセルに有効に作用させることができる。
【００２２】
この発明に係る誘電体シートにおいて、セラミック粒子が略球形であるとき、Ｒ／Ｔ≧２／√３に選ばれると、誘電体シートの主面に対するセラミック粒子の接触状態が、点接触状態よりも面接触状態となる部分が増えてくる。よって、誘電体シートの誘電率がより高くなり、これを用いて構成されたキャパシタの静電容量がより大きくなる。なお、Ｒ／Ｔ＝２／√３であるということは、誘電体シートの主面に対するセラミック粒子の接触面の断面積が、セラミック粒子中の最大断面積の１／４であるということである。
【００２３】
この発明に係る誘電体シートにおいて、セラミック粒子として、誘電率が２００以上のもの、たとえばＢａＴｉＯ３系セラミックを主成分とするものを用いると、誘電率をより高くすることができ、これを用いて構成したキャパシタの静電容量を大きくすることができる。
【００２４】
この発明に係る誘電体シートにおいて、セラミック粒子として、アスペクト比が２以上の柱状粒子が用いられると、体積の小さい粒子であっても、これらを配向させることにより、誘電体シートの両主面に露出させることができる。また、セラミック粒子を容易に分散させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１は、この発明の第１の実施形態による誘電体シートを用いて構成したキャパシタを拡大して示す断面図である。
【００２６】
図１を参照して、キャパシタ１１は、誘電体シート１２と、誘電体シート１２の両主面上に形成される導電性金属膜からなる電極１３および１４とを備えている。
【００２７】
誘電体シート１２は、可撓性のある基材１５中にセラミック粒子１６が分散した構造を有している。ここで、セラミック粒子１６の粒径をＲとし、誘電体シート１２の厚みをＴとしたとき、Ｒ／Ｔ≧１となるようにされる。
【００２８】
なお、セラミック粒子１６の粒径Ｒは、セラミック粒子１６が、図１に示すように、略球形であるときには、球形換算した場合の径であると定義されるが、セラミック粒子１６がアスペクト比０．５以下の板状粒子であるときには、最も短い長さ、すなわち厚みであると定義され、セラミック粒子１６がアスペクト比２以上の柱状粒子であるときには、最も短い長さ、すなわち柱の断面の径であると定義される。後者のように、セラミック粒子１６がアスペクト比２以上の柱状粒子であるとき、最も短い長さがセラミック粒子の粒径Ｒとされるのは、後述する第３の実施形態のような配向を前提としない場合である。
【００２９】
上述した可撓性のある基材１５としては、好ましくは、樹脂が用いられる。樹脂の種類は特に問わないが、たとえば、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂またはポリイミドなどを用いることができる。また、可撓性のある基材１５として、封止可能であれば、ガスを用いることもできる。
【００３０】
セラミック粒子１６を構成するセラミックとしては、特に限定されるものではないが、誘電率が２００以上といった高誘電率のものを用いることが好ましい。たとえば、セラミック粒子１６として、ＢａＴｉＯ３からなるものが好適に用いられる。なお、ＢａＴｉＯ３において、Ｂａの一部がＣａおよびＳｒの少なくとも一方で置換されたもの、あるいはＴｉの一部がＺｒで置換されたものであってもよい。
【００３１】
電極１３および１４を構成する導電性金属としては、特に限定されるものではないが、キャパシタ１１が高周波用途に向けられる場合、Ｃｕを用いることが好ましい。また、コストを重視する場合には、Ｎｉなどを用いてもよい。電極１３および１４を構成する導電性金属膜は、たとえば、めっき、スパッタリングまたは蒸着によって形成され、必要に応じて、その上に電解めっきが施される。
【００３２】
次に、キャパシタ１１の製造方法の一例について説明する。
【００３３】
まず、セラミック粒子１１のためのセラミック粉末が用意される。このセラミック粉末は、分級して粒径を揃えておく方が好ましい。
【００３４】
次に、アルミニウム箔などからなるベース上に、スプレーコート法などを用いて、薄い樹脂層が形成される。
【００３５】
次に、前述のセラミック粉末が上記樹脂層に振りかけられ、次いで、その上から、アルミニウム箔などからなる第２のベースでプレスする。これらによって、セラミック粒子が樹脂中にめり込んだ状態となる。この状態で、加熱または紫外線照射などの手段によって、樹脂を硬化させる。
【００３６】
次に、両面に配置されたベースが、酸などによって除去される。これによって、誘電体シート１２が取り出される。
【００３７】
次に、誘電体シート１２の両主面が研磨される。このとき、セラミックに比べて樹脂の方が削れやすいため、セラミック粒子１６が露出する。セラミック粒子１６の露出面積を高めたい場合には、さらに研磨を進めるようにすればよい。
【００３８】
次に、誘電体シート１２の両主面上に電極１３および１４を形成すれば、キャパシタ１１が得られる。
【００３９】
なお、上述した製造方法に代えて、予め樹脂とセラミック粉末とを混合しておき、これをシート状に成形する方法が採用されてもよい。この場合、用いる樹脂としては、低粘度のものであることが好ましい。
【００４０】
図２は、この発明の第２の実施形態による誘電体シートを用いて構成したキャパシタを拡大して示す断面図である。図２において、図１に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４１】
図２に示したキャパシタ１１ａは、そこに備える誘電体シート１２ａにおいて、セラミック粒子１６が略球形であって、Ｒ／Ｔ≧２／√３の関係が成り立つことを特徴としている。この第２の実施形態によれば、誘電体シート１２ａの主面に対するセラミック粒子１６の接触状態が、点接触状態よりも面接触状態となる部分が多くなり、その結果、誘電体シート１２ａの誘電率が高められ、キャパシタ１１ａの静電容量を大きくすることができる。
【００４２】
図３は、この発明の第３の実施形態による誘電体シートを用いて構成したキャパシタを拡大して示す断面図である。図３において、図１に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４３】
図３に示したキャパシタ１１ｂは、そこに備える誘電体シート１２ｂにおいて、セラミック粒子１６ｂが、２以上のアスペクト比を有する柱状粒子であることを特徴としている。柱状のセラミック粒子１６ｂは、その長辺方向が誘電体シート１２の厚み方向と略平行になるように配向される。この場合、セラミック粒子１６ｂの長辺方向の長さをＬとし、当該誘電体シート１２ｂの厚みをＴとしたとき、Ｌ／Ｔ≧１となるようにされる。
【００４４】
柱状のセラミック粒子１６ｂとしては、誘電体からなるものであれば特に限定されないが、たとえばＴｉＯ２からなるものが用いられる。また、誘電体シート１２ｂの製造において、柱状のセラミック粒子１６ｂを配向させるにあたっては、セラミック粒子１６ｂが誘電性を示すものであれば、数ｋＶ／ｍｍ程度の電界を印加すればよい。この場合、セラミック粒子１６ｂは強誘電体でなくてもよい。なぜなら、電界を印加して配向させている間に樹脂を硬化すればよいからである。
【００４５】
図４は、この発明に係るキャパシタを用いて構成された部品搭載基板２１に備える配線基板２２の一部を示す断面図である。図４では、配線基板２２上に搭載されるＩＣ等の電子部品の図示が省略されている。
【００４６】
配線基板２２は、樹脂からなる樹脂層２３を備え、樹脂層２３内にキャパシタ２４が埋め込まれた状態となっている。キャパシタ２４は、上述した図１ないし図３に示したいずれかの構造を有するもので、その両主面上に形成される電極の図示が省略されているが、一方の電極は電源層２５と接触し、他方の電極はグラウンド層２６と接触している。また、図４には、配線基板２２の外表面に形成されるいくつかの導電ランド２７〜２９が図示されている。
【００４７】
部品搭載基板２１によれば、配線基板２２内に埋め込まれるキャパシタ２４のインダクタンス成分を小さくすることができるため、特に高周波のインピーダンスを小さくすることができ、高周波ノイズのキャンセルにとって有効となる。
【００４８】
次に、この発明に基づいて実施した実験例について説明する。この実験例では、セラミック粒子として、誘電率３０００のＢａＴｉＯ３を設定し、他方、可撓性のある基材として、誘電率が４のエポキシ樹脂を設定した。そして、これらセラミック粒子および可撓性基材を用いながら、誘電体シートの設計を厚みが５μｍで平面寸法が１０μｍ×１０μｍとなるようにした。
【００４９】
上述した誘電体シートにおいて、セラミック粒子の粒径Ｒを、試料１では４μｍとし、試料２では５．０１μｍとし、試料３では６μｍとした。すなわち、試料１は、この発明の範囲外の比較例であり、試料２は、Ｒ／Ｔ≧１の条件を満たすものであり、試料３はＲ／Ｔ≧２／√３の条件を満たすものである。
【００５０】
これら試料１〜３について、静電容量を静解析にて求めたところ、試料１では、９．１５×１０−４ｐＦとなり、試料２では、１．０５×１０−２ｐＦとなり、試料３では、９．０２×１０−２ｐＦとなった。すなわち、試料１の静電容量を基準とすると、試料２の静電容量はその１１．５倍、試料３の静電容量はその９８．６倍となった。このことから、Ｒ／Ｔを１前後において制御することにより、キャパシタにおいて、非常に大きな静電容量が得られることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】この発明の第１の実施形態による誘電体シートを用いて構成したキャパシタを拡大して示す断面図である。
【図２】この発明の第２の実施形態による誘電体シートを用いて構成したキャパシタを拡大して示す断面図である。
【図３】この発明の第３の実施形態による誘電体シートを用いて構成したキャパシタを拡大して示す断面図である。
【図４】この発明に係るキャパシタを用いて構成した部品搭載基板２１に備える配線基板２２の一部を示す断面図である。
【図５】この発明にとって興味ある背景技術を説明するためのもので、誘電体シートを用いて構成されたキャパシタを示す断面図である。
【図６】図５の線Ａ‐Ａに沿ってスリット状に切り出して樹脂部分５ａとセラミック部分６ａとの分布状態を示した図である。
【符号の説明】
【００５２】
１１，１１ａ，１１ｂ，２４ キャパシタ
１２，１２ａ，１２ｂ 誘電体シート
１３，１４ 電極
１５ 基材
１６，１６ｂ セラミック粒子
２１ 部品搭載基板
２２ 配線基板
２３ 樹脂層
【技術分野】
【０００１】
この発明は、誘電体シート、キャパシタおよび部品搭載基板に関するもので、特に、セラミック粒子が可撓性のある基材中に分散した構造を有する、誘電体シート、ならびにそれを用いて構成されるキャパシタおよび部品搭載基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この発明にとって興味ある製品として、たとえば、実施をもって構成されるプリント配線基板上にＩＣ等の電子部品を搭載した部品搭載基板がある。このような部品搭載基板において、ＩＣのスイッチング時に、電源‐グラウンド間にパルス状の大きな電流が流れ、このパルス電流が原因となり、大きなノイズが発生することがある。このようなノイズは、信号ラインに入ると不都合な問題を招くので、これが信号ラインに入ることは避けなければならない。
【０００３】
電源‐グラウンド間のノイズを抑えるためには、電源‐グラウンド間にキャパシタを形成する方法があるが、このような方法を採用する場合、特に、キャパシタのインピーダンスが小さくなるようにすることが重要である。インピーダンスを小さくするには、キャパシタの静電容量を大きくするだけでなく、インダクタンス成分を小さくしなければならない。これには、電源層とグラウンド層との距離を小さくすることが有効であり、そのため、電源層とグラウンド層との間に、できる限り薄いキャパシタを挟む込む技術が注目されている。このようなキャパシタは、エンベデッドキャパシタと呼ばれている。
【０００４】
上述のエンベデッドキャパシタは、樹脂製のプリント配線基板に内蔵されるため、キャパシタに用いられる誘電体シートは、薄くてかつ可撓性を有するものでなければならない。可撓性を有する誘電体材料としては、樹脂がある。しかしながら、樹脂は、一般的に、誘電率が１０未満と非常に低く、そのため、静電容量が小さくなる。そこで、誘電率を向上させるため、樹脂の中に高誘電率のセラミック粒子を分散させた誘電体シートが提案されている。この誘電体シートを数ミクロンないし数十ミクロンにまで薄層化し、その両主面上に導電性金属膜を形成することにより、可撓性を有し、ある程度以上の静電容量を有するキャパシタが得られる。
【０００５】
図５には、上述したような誘電体シートを用いて構成されたキャパシタが断面図で示されている。図５に示すように、キャパシタ１は、誘電体シート２と、誘電体シート２の両主面上に形成される導電性金属膜からなる電極３および４とを備えている。誘電体シート２は、樹脂５中にセラミック粒子６が分散した構造を有している。
【０００６】
図６は、図５の線Ａ‐Ａに沿ってスリット状に切り出して樹脂部分５ａとセラミック部分６ａとの分布状態を示した図である。図６に示すように、電極３および４間においては、誘電体シート２の厚み方向に延びる線Ａ‐Ａに沿って、樹脂部分５ａとセラミック部分６ａとが交互に直列に並んでいる。そのため、キャパシタ１としての全体容量を計算すると、
１／全体容量＝１／セラミックの容量＋１／樹脂の容量＋…
となり、誘電率の低い樹脂の影響が非常に大きく、全体として、大きい静電容量が得られない。すなわち、誘電体シート２において高い誘電率を得ることができない。
【０００７】
上記の問題を解決し得る技術として、たとえば特開２００８‐１３６９４号公報（特許文献１）に記載されたものがある。特許文献１では、たとえば、樹脂中にＢａＴｉＯ３系セラミック粒子を分散させた、誘電体シートが開示されていて、その特徴とするところは、樹脂中のセラミック粒子のネッキング率を高めることにより、誘電体シートの厚み方向に関して、セラミック粒子間に樹脂が直列に介在することを防ぎ、結果として、高い誘電率を得ようとすることにある。
【０００８】
特許文献１では、セラミック粒子のネッキング率を高めるため、粉体加圧→熱処理→均一分散処理、という工程を用いている。しかし、ネッキング率を確実に高めるためには、各工程における条件設定を所定の範囲に制御しなければならないが、そのような制御は非常に難しい。結果として、有効なネッキング率、すなわち高誘電率を安定して得ることが困難であり、量産性に劣るという欠点を有している。
【特許文献１】特開２００８−１３６９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、この発明の目的は、高誘電率を確実に得ることができる、誘電体シートを提供しようとすることである。
【００１０】
この発明の他の目的は、上述した誘電体シートを用いて構成されるキャパシタおよび部品搭載基板を提供しようとすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明は、セラミック粒子が、可撓性のある基材中に分散している、誘電体シートにまず向けられるものであって、上述した技術的課題を解決するため、セラミック粒子の粒径をＲとし、当該誘電体シートの厚みをＴとしたとき、Ｒ／Ｔ≧１であることを特徴としている。
【００１２】
なお、上記セラミック粒子の粒径Ｒは、粒度分布Ｄ70の値によって規定されることが好ましい。
【００１３】
また、セラミック粒子の粒径Ｒは、セラミック粒子が略球形であるときには、球形換算した場合の径であると定義されるが、セラミック粒子がアスペクト比０．５以下の板状粒子であるときには、最も短い長さ、すなわち厚みであると定義され、セラミック粒子がアスペクト比２以上の柱状粒子であるときには、最も短い長さ、すなわち柱の断面の径であると定義される。後者のように、セラミック粒子がアスペクト比２以上の柱状粒子であるとき、最も短い長さがセラミック粒子の粒径Ｒとされるのは、後述するような配向を前提としない場合である。
【００１４】
この発明に係る誘電体シートにおいて、セラミック粒子が略球形であるとき、Ｒ／Ｔ≧２／√３であることが好ましい。
【００１５】
また、この発明に係る誘電体シートにおいて、セラミック粒子は誘電率が２００以上であることが好ましい。この場合、特に、基材は樹脂からなり、セラミック粒子の主成分はＢａＴｉＯ３系であることが好ましい。
【００１６】
この発明に係る誘電体シートにおいて、セラミック粒子が、アスペクト比２以上の柱状粒子であり、その長辺方向が当該誘電体シートの厚み方向と略平行になるように配向される場合、セラミック粒子の長辺方向の長さをＬとし、当該誘電体シートの厚みをＴとしたとき、Ｌ／Ｔ≧１であることが好ましい。この場合、セラミック粒子の長辺方向の長さＬは、好ましくは、長辺方向の長さのＤ70値である。
【００１７】
この発明は、また、上述した誘電体シートを用いて構成されるキャパシタにも向けられる。この発明に係るキャパシタは、この発明に係る誘電体シートと、この誘電体シートの両主面上に形成される導電性金属膜からなる電極とを備えることを特徴としている。
【００１８】
この発明は、さらに、上記キャパシタを用いて構成される部品搭載基板にも向けられる。この発明に係る部品搭載基板は、樹脂をもって構成され、かつこの発明に係るキャパシタが埋め込まれた配線基板と、この配線基板上に搭載された電子部品とを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１９】
この発明に係る誘電体シートによれば、その両主面間を結ぶ厚み方向に見たとき、１個のセラミック粒子しか存在しない部分、すなわち樹脂が介在しない部分を増やすことができるため、誘電体シートとしての誘電率を高くすることができる。
【００２０】
したがって、上記誘電体シートを用いてキャパシタを構成すれば、大きな静電容量を与えるキャパシタを得ることができる。
【００２１】
また、上記キャパシタを用いて部品搭載基板を構成すれば、配線基板の可撓性を阻害せず、また、インダクタンス成分を小さくすることができるため、特に高周波のインピーダンスを下げることができ、高周波ノイズのキャンセルに有効に作用させることができる。
【００２２】
この発明に係る誘電体シートにおいて、セラミック粒子が略球形であるとき、Ｒ／Ｔ≧２／√３に選ばれると、誘電体シートの主面に対するセラミック粒子の接触状態が、点接触状態よりも面接触状態となる部分が増えてくる。よって、誘電体シートの誘電率がより高くなり、これを用いて構成されたキャパシタの静電容量がより大きくなる。なお、Ｒ／Ｔ＝２／√３であるということは、誘電体シートの主面に対するセラミック粒子の接触面の断面積が、セラミック粒子中の最大断面積の１／４であるということである。
【００２３】
この発明に係る誘電体シートにおいて、セラミック粒子として、誘電率が２００以上のもの、たとえばＢａＴｉＯ３系セラミックを主成分とするものを用いると、誘電率をより高くすることができ、これを用いて構成したキャパシタの静電容量を大きくすることができる。
【００２４】
この発明に係る誘電体シートにおいて、セラミック粒子として、アスペクト比が２以上の柱状粒子が用いられると、体積の小さい粒子であっても、これらを配向させることにより、誘電体シートの両主面に露出させることができる。また、セラミック粒子を容易に分散させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１は、この発明の第１の実施形態による誘電体シートを用いて構成したキャパシタを拡大して示す断面図である。
【００２６】
図１を参照して、キャパシタ１１は、誘電体シート１２と、誘電体シート１２の両主面上に形成される導電性金属膜からなる電極１３および１４とを備えている。
【００２７】
誘電体シート１２は、可撓性のある基材１５中にセラミック粒子１６が分散した構造を有している。ここで、セラミック粒子１６の粒径をＲとし、誘電体シート１２の厚みをＴとしたとき、Ｒ／Ｔ≧１となるようにされる。
【００２８】
なお、セラミック粒子１６の粒径Ｒは、セラミック粒子１６が、図１に示すように、略球形であるときには、球形換算した場合の径であると定義されるが、セラミック粒子１６がアスペクト比０．５以下の板状粒子であるときには、最も短い長さ、すなわち厚みであると定義され、セラミック粒子１６がアスペクト比２以上の柱状粒子であるときには、最も短い長さ、すなわち柱の断面の径であると定義される。後者のように、セラミック粒子１６がアスペクト比２以上の柱状粒子であるとき、最も短い長さがセラミック粒子の粒径Ｒとされるのは、後述する第３の実施形態のような配向を前提としない場合である。
【００２９】
上述した可撓性のある基材１５としては、好ましくは、樹脂が用いられる。樹脂の種類は特に問わないが、たとえば、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂またはポリイミドなどを用いることができる。また、可撓性のある基材１５として、封止可能であれば、ガスを用いることもできる。
【００３０】
セラミック粒子１６を構成するセラミックとしては、特に限定されるものではないが、誘電率が２００以上といった高誘電率のものを用いることが好ましい。たとえば、セラミック粒子１６として、ＢａＴｉＯ３からなるものが好適に用いられる。なお、ＢａＴｉＯ３において、Ｂａの一部がＣａおよびＳｒの少なくとも一方で置換されたもの、あるいはＴｉの一部がＺｒで置換されたものであってもよい。
【００３１】
電極１３および１４を構成する導電性金属としては、特に限定されるものではないが、キャパシタ１１が高周波用途に向けられる場合、Ｃｕを用いることが好ましい。また、コストを重視する場合には、Ｎｉなどを用いてもよい。電極１３および１４を構成する導電性金属膜は、たとえば、めっき、スパッタリングまたは蒸着によって形成され、必要に応じて、その上に電解めっきが施される。
【００３２】
次に、キャパシタ１１の製造方法の一例について説明する。
【００３３】
まず、セラミック粒子１１のためのセラミック粉末が用意される。このセラミック粉末は、分級して粒径を揃えておく方が好ましい。
【００３４】
次に、アルミニウム箔などからなるベース上に、スプレーコート法などを用いて、薄い樹脂層が形成される。
【００３５】
次に、前述のセラミック粉末が上記樹脂層に振りかけられ、次いで、その上から、アルミニウム箔などからなる第２のベースでプレスする。これらによって、セラミック粒子が樹脂中にめり込んだ状態となる。この状態で、加熱または紫外線照射などの手段によって、樹脂を硬化させる。
【００３６】
次に、両面に配置されたベースが、酸などによって除去される。これによって、誘電体シート１２が取り出される。
【００３７】
次に、誘電体シート１２の両主面が研磨される。このとき、セラミックに比べて樹脂の方が削れやすいため、セラミック粒子１６が露出する。セラミック粒子１６の露出面積を高めたい場合には、さらに研磨を進めるようにすればよい。
【００３８】
次に、誘電体シート１２の両主面上に電極１３および１４を形成すれば、キャパシタ１１が得られる。
【００３９】
なお、上述した製造方法に代えて、予め樹脂とセラミック粉末とを混合しておき、これをシート状に成形する方法が採用されてもよい。この場合、用いる樹脂としては、低粘度のものであることが好ましい。
【００４０】
図２は、この発明の第２の実施形態による誘電体シートを用いて構成したキャパシタを拡大して示す断面図である。図２において、図１に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４１】
図２に示したキャパシタ１１ａは、そこに備える誘電体シート１２ａにおいて、セラミック粒子１６が略球形であって、Ｒ／Ｔ≧２／√３の関係が成り立つことを特徴としている。この第２の実施形態によれば、誘電体シート１２ａの主面に対するセラミック粒子１６の接触状態が、点接触状態よりも面接触状態となる部分が多くなり、その結果、誘電体シート１２ａの誘電率が高められ、キャパシタ１１ａの静電容量を大きくすることができる。
【００４２】
図３は、この発明の第３の実施形態による誘電体シートを用いて構成したキャパシタを拡大して示す断面図である。図３において、図１に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４３】
図３に示したキャパシタ１１ｂは、そこに備える誘電体シート１２ｂにおいて、セラミック粒子１６ｂが、２以上のアスペクト比を有する柱状粒子であることを特徴としている。柱状のセラミック粒子１６ｂは、その長辺方向が誘電体シート１２の厚み方向と略平行になるように配向される。この場合、セラミック粒子１６ｂの長辺方向の長さをＬとし、当該誘電体シート１２ｂの厚みをＴとしたとき、Ｌ／Ｔ≧１となるようにされる。
【００４４】
柱状のセラミック粒子１６ｂとしては、誘電体からなるものであれば特に限定されないが、たとえばＴｉＯ２からなるものが用いられる。また、誘電体シート１２ｂの製造において、柱状のセラミック粒子１６ｂを配向させるにあたっては、セラミック粒子１６ｂが誘電性を示すものであれば、数ｋＶ／ｍｍ程度の電界を印加すればよい。この場合、セラミック粒子１６ｂは強誘電体でなくてもよい。なぜなら、電界を印加して配向させている間に樹脂を硬化すればよいからである。
【００４５】
図４は、この発明に係るキャパシタを用いて構成された部品搭載基板２１に備える配線基板２２の一部を示す断面図である。図４では、配線基板２２上に搭載されるＩＣ等の電子部品の図示が省略されている。
【００４６】
配線基板２２は、樹脂からなる樹脂層２３を備え、樹脂層２３内にキャパシタ２４が埋め込まれた状態となっている。キャパシタ２４は、上述した図１ないし図３に示したいずれかの構造を有するもので、その両主面上に形成される電極の図示が省略されているが、一方の電極は電源層２５と接触し、他方の電極はグラウンド層２６と接触している。また、図４には、配線基板２２の外表面に形成されるいくつかの導電ランド２７〜２９が図示されている。
【００４７】
部品搭載基板２１によれば、配線基板２２内に埋め込まれるキャパシタ２４のインダクタンス成分を小さくすることができるため、特に高周波のインピーダンスを小さくすることができ、高周波ノイズのキャンセルにとって有効となる。
【００４８】
次に、この発明に基づいて実施した実験例について説明する。この実験例では、セラミック粒子として、誘電率３０００のＢａＴｉＯ３を設定し、他方、可撓性のある基材として、誘電率が４のエポキシ樹脂を設定した。そして、これらセラミック粒子および可撓性基材を用いながら、誘電体シートの設計を厚みが５μｍで平面寸法が１０μｍ×１０μｍとなるようにした。
【００４９】
上述した誘電体シートにおいて、セラミック粒子の粒径Ｒを、試料１では４μｍとし、試料２では５．０１μｍとし、試料３では６μｍとした。すなわち、試料１は、この発明の範囲外の比較例であり、試料２は、Ｒ／Ｔ≧１の条件を満たすものであり、試料３はＲ／Ｔ≧２／√３の条件を満たすものである。
【００５０】
これら試料１〜３について、静電容量を静解析にて求めたところ、試料１では、９．１５×１０−４ｐＦとなり、試料２では、１．０５×１０−２ｐＦとなり、試料３では、９．０２×１０−２ｐＦとなった。すなわち、試料１の静電容量を基準とすると、試料２の静電容量はその１１．５倍、試料３の静電容量はその９８．６倍となった。このことから、Ｒ／Ｔを１前後において制御することにより、キャパシタにおいて、非常に大きな静電容量が得られることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】この発明の第１の実施形態による誘電体シートを用いて構成したキャパシタを拡大して示す断面図である。
【図２】この発明の第２の実施形態による誘電体シートを用いて構成したキャパシタを拡大して示す断面図である。
【図３】この発明の第３の実施形態による誘電体シートを用いて構成したキャパシタを拡大して示す断面図である。
【図４】この発明に係るキャパシタを用いて構成した部品搭載基板２１に備える配線基板２２の一部を示す断面図である。
【図５】この発明にとって興味ある背景技術を説明するためのもので、誘電体シートを用いて構成されたキャパシタを示す断面図である。
【図６】図５の線Ａ‐Ａに沿ってスリット状に切り出して樹脂部分５ａとセラミック部分６ａとの分布状態を示した図である。
【符号の説明】
【００５２】
１１，１１ａ，１１ｂ，２４ キャパシタ
１２，１２ａ，１２ｂ 誘電体シート
１３，１４ 電極
１５ 基材
１６，１６ｂ セラミック粒子
２１ 部品搭載基板
２２ 配線基板
２３ 樹脂層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック粒子が、可撓性のある基材中に分散している、誘電体シートであって、前記セラミック粒子の粒径をＲとし、当該誘電体シートの厚みをＴとしたとき、Ｒ／Ｔ≧１である、誘電体シート。
【請求項２】
前記セラミック粒子は略球形であって、Ｒ／Ｔ≧２／√３である、請求項１に記載の誘電体シート。
【請求項３】
前記セラミック粒子の誘電率が２００以上である、請求項１または２に記載の誘電体シート。
【請求項４】
前記基材は樹脂からなり、前記セラミック粒子の主成分はＢａＴｉＯ３系である、請求項３に記載の誘電体シート。
【請求項５】
セラミック粒子が、可撓性のある基材中に分散している、誘電体シートであって、前記セラミック粒子は、アスペクト比が２以上の柱状粒子であり、その長辺方向が当該誘電体シートの厚み方向と略平行になるように配向され、前記セラミック粒子の長辺方向の長さをＬとし、当該誘電体シートの厚みをＴとしたとき、Ｌ／Ｔ≧１である、誘電体シート。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の誘電体シートと、
前記誘電体シートの両主面上に形成される導電性金属膜からなる電極と
を備える、キャパシタ。
【請求項７】
樹脂をもって構成され、かつ請求項６に記載のキャパシタが埋め込まれた配線基板と、
前記配線基板上に搭載された電子部品と
を備える、部品搭載基板。
【請求項１】
セラミック粒子が、可撓性のある基材中に分散している、誘電体シートであって、前記セラミック粒子の粒径をＲとし、当該誘電体シートの厚みをＴとしたとき、Ｒ／Ｔ≧１である、誘電体シート。
【請求項２】
前記セラミック粒子は略球形であって、Ｒ／Ｔ≧２／√３である、請求項１に記載の誘電体シート。
【請求項３】
前記セラミック粒子の誘電率が２００以上である、請求項１または２に記載の誘電体シート。
【請求項４】
前記基材は樹脂からなり、前記セラミック粒子の主成分はＢａＴｉＯ３系である、請求項３に記載の誘電体シート。
【請求項５】
セラミック粒子が、可撓性のある基材中に分散している、誘電体シートであって、前記セラミック粒子は、アスペクト比が２以上の柱状粒子であり、その長辺方向が当該誘電体シートの厚み方向と略平行になるように配向され、前記セラミック粒子の長辺方向の長さをＬとし、当該誘電体シートの厚みをＴとしたとき、Ｌ／Ｔ≧１である、誘電体シート。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の誘電体シートと、
前記誘電体シートの両主面上に形成される導電性金属膜からなる電極と
を備える、キャパシタ。
【請求項７】
樹脂をもって構成され、かつ請求項６に記載のキャパシタが埋め込まれた配線基板と、
前記配線基板上に搭載された電子部品と
を備える、部品搭載基板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−６１８３２（Ｐ２０１０−６１８３２Ａ）
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２２３３０７（Ｐ２００８−２２３３０７）
【出願日】平成２０年９月１日（２００８．９．１）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１日（２００８．９．１）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
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