コンデンサ内蔵多層配線基板
【課題】冷熱サイクルにおけるクラックの発生を効果的に防止することができるとともに、ＥＩＡ規格で定められているような温度特性と静電容量を有するチップコンデンサを内蔵する多層配線基板を提供する。
【解決手段】複数のセラミック絶縁層１が積層されたセラミック絶縁基板の内部の空海内に、ビア導体１１を介して接続されたコンデンサ７を内蔵してなり、前記セラミック絶縁層１と前記コンデンサ７とが、間隙を有して離間している。
【解決手段】複数のセラミック絶縁層１が積層されたセラミック絶縁基板の内部の空海内に、ビア導体１１を介して接続されたコンデンサ７を内蔵してなり、前記セラミック絶縁層１と前記コンデンサ７とが、間隙を有して離間している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、コンデンサを内蔵したコンデンサ内蔵多層配線基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、高度情報化時代を迎え、情報通信技術が急速に発達し、それに伴い、半導体素子に代表される各種電気素子の高速化、大型化が図られ、半導体素子を収容するパッケージにおいても、信号の伝送損失を低減し、より高速の信号を伝送する上で、配線層の低抵抗化と絶縁基板の低誘電率化が求められており、また、パッケージに電源ノイズを抑制するためにコンデンサを内蔵したものが提案されている（例えば、特許文献１〜３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３２６４７２号公報
【特許文献２】特開２００２−７６６３７号公報
【特許文献３】特開２００９−１９４０９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１〜３に開示された多層配線基板では、内蔵されているチップコンデンサがセラミック絶縁層により挟持された構造となっている、すなわち、チップコンデンサがセラミック絶縁層と接していることから、チップ型のコンデンサとセラミック絶縁層との間で冷熱サイクルにおいてクラックが発生しやすいという問題があった。また、チップコンデンサをセラミック絶縁層で挟持された構造にしようとすると、多層配線基板を製造する際の同時焼成においてチップコンデンサの材料とセラミック絶縁層の材料との間で反応が起きるために、これまで、ＥＩＡ規格で定められているような温度特性と静電容量とを有するチップコンデンサを多層配線基板に内蔵したものは得られていなかった。
【０００５】
従って、本発明の目的は、冷熱サイクルにおけるクラックの発生を効果的に防止することができるとともに、ＥＩＡ規格で定められているような温度特性と静電容量とを有するチップコンデンサを内蔵するコンデンサ内蔵多層配線基板を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のコンデンサ内蔵多層配線基板は、複数のセラミック絶縁層が積層されたセラミック絶縁基板の内部の空間内にビア導体を介して接続されたコンデンサを内蔵してなり、前記セラミック絶縁層と前記コンデンサとが間隙を有して離間していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、冷熱サイクルにおけるクラックの発生を効果的に防止することができるとともに、ＥＩＡ規格で定められているような温度特性と静電容量とを有するチップコンデンサを内蔵するコンデンサ内蔵多層配線基板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態のコンデンサ内蔵多層配線基板の構造を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本実施形態のコンデンサ内蔵多層配線基板の構造を説明するための断面図である。本実施形態のコンデンサ内蔵多層配線基板は、複数のセラミック絶縁層１と導体層３とが積層された絶縁基板５の内部の空間内にコンデンサ７を内蔵しており、絶縁層１とコンデンサ７とが、絶縁層１の主面１ａとコンデンサ７の主面７ａとの間に間隙９を有しつつ、ビア導体１１を介して接続されていることを特徴とする。
【００１０】
これにより、多層配線基板の内部にコンデンサ７を内蔵しても、内蔵したコンデンサ７と多層配線基板との間に冷熱サイクルにおけるクラックの発生を効果的に防止することができるとともに、内蔵したコンデンサ７は、ＥＩＡ規格で定められているような温度特性と静電容量とを発現できるものとなる。
【００１１】
本実施形態のコンデンサ内蔵多層配線基板を構成するセラミック絶縁層１は、アルミナを主成分とするセラミックスまたは無機フィラーを含むガラスセラミックスが適用される。
【００１２】
本実施形態のコンデンサ内蔵多層配線基板において貫通導体および配線導体を構成する導体層は、セラミック絶縁層１がアルミナを主成分とするセラミックスの場合には、タングステンやモリブデンが好適であり、セラミック絶縁層１がガラスセラミックスの場合には、銅または銀などを主成分とする低抵抗の導体材料が好適である。
【００１３】
本実施形態のコンデンサ内蔵多層配線基板に内蔵されるコンデンサ７は、例えば、ＥＩＡ規格で定められているような温度特性と静電容量とを発現できるチップ型のコンデンサ７を適用することができる。
【００１４】
本実施形態のコンデンサ内蔵多層配線基板では、このようにＥＩＡ規格で定められているような温度特性と静電容量を発現できるチップ型のコンデンサ７をセラミック絶縁層１により構成される多層配線基板の内部に内蔵したものとすることができるために、種々の静電容量、温度特性およびＤＣ（直流電圧）、ＡＣ（交流電圧）依存性を有する機能を多層配線基板を形成することができる。
【００１５】
本実施形態のコンデンサ内蔵多層配線基板は、上述したように、セラミック絶縁層１とコンデンサ７とが、セラミック絶縁層１の主面とコンデンサ７の主面との間に間隙９を有しつつ、ビア導体１１を介して接続されている構成となっているが、多層配線基板を構成するセラミック絶縁層１の主面１ａとコンデンサ７の主面７ａとが接する面積が少ないために、多層配線基板が半導体素子の駆動により冷熱サイクルを受けた場合にもセラミック絶縁層１およびコンデンサ７のそれぞれの熱膨張係数差に起因する応力が直接コンデンサ７に影響することが少ないために、実用時においても内蔵されたコンデンサ７は本来の誘電特性を損なうことなく安定した特性を発現できるものとなる。
【００１６】
この場合、多層配線基板が半導体素子の駆動により冷熱サイクルを受けたときに、セラミック絶縁層１およびコンデンサ７のそれぞれの熱膨張係数差に起因する応力が、セラミック絶縁層１とコンデンサ７とを接続するビア導体１１に集中することから、ビア導体１１は、それ自体の剛性を小さくしたものが好適である。このためビア導体１１は、アスペクト比が２以上、特に３以上ある柱状体、ビア導体１１の上下を貫通する空洞を有する円筒状、機械的強度を損なわない限りにビア導体１１を構成する金属粒子の粒界にボイドを有するもの、針状の金属粒子が絡まり焼結したものなどを適用することができる。
【００１７】
内蔵するコンデンサ７の外部電極７ａは、多層配線基板の間隙９においてビア導体１１を介してセラミック絶縁層１とインダクタンスをできるだけ小さくするように接続できる
ように配置されていることが望ましく、例えば、コンデンサ７の上下面に形成されているのがよい。コンデンサ７の上下面に外部電極７ａを形成した構造にすると、ビア導体１１によって上下面から挟持できるので、間隙９においてコンデンサを安定させることができる。
【００１８】
また、本実施形態のコンデンサ内蔵多層配線基板では、内蔵されたコンデンサ７が、図１に示すように、コンデンサ７の上側および下側に位置するセラミック絶縁層１との間で複数のビア導体１１により接続されていることが好ましい。コンデンサ７を、その上側および下側に位置するセラミック絶縁層１との間で複数のビア導体１１により接続されている構造にすると、コンデンサ７を強固に保持することできるとともに、一部のビア導体１１で電気的な接続が断線状態になった場合にも他のビア導体１１が電流をバイパスしてくれるからである。この場合、コンデンサ７の上側および下側に位置するセラミック絶縁層１との間で複数のビア導体１１は等間隔であることが望ましい。
【００１９】
また、本実施形態のコンデンサ内蔵多層配線基板では、コンデンサ７の電磁界分布を安定させることができるという理由からコンデンサ７の主面においてもその周縁部に等間隔に形成されていることが望ましく、とりわけ、ビア導体１１がコンデンサの主面にプラス極およびマイナス極となるビア導体１１が格子状に配列されていることがより望ましい。
【００２０】
次に、本実施形態のコンデンサ内蔵配線基板を製造する方法について説明する。
【００２１】
まず、セラミック絶縁層１となるグリーンシートを作製する。ホウケイ酸ガラス粉末とアルミナ粉末またはシリカ粉末などの無機フィラーとの混合物に、アクリル樹脂などの有機バインダーと可塑剤、溶剤を加えスラリーを作製し、ドクターブレードによりシート状に成形し、グリーンシートを作製する。
【００２２】
次に、このグリーンシートにＮＣパンチや金型、レーザー加工機などにより貫通孔を形成し、銅、銀、金などの低抵抗金属からなるペーストを充填せしめ、貫通導体を形成する。また、同様に低抵抗金属からなるペーストにより配線パターンを形成する。
【００２３】
次に、貫通導体および配線パターンを形成したグリーンシートのうち一部のグリーンシートには金型等によりコンデンサ７が入るほどの貫通部を形成したものも作製する。
【００２４】
次に、これら貫通導体および配線パターンを形成したグリーンシートおよび貫通導体および配線パターンを有するとともに貫通部を有するグリーンシートを所定枚数積層圧着して図１に示す構造の未焼成の積層体を形成する。
【００２５】
この場合、貫通部にコンデンサを設置する場合には、コンデンサ７の上下面にビア導体１１を形成しておいたものをグリーンシートの表面に形成した配線パターンの接続部に適合するように設置する。次に、コンデンサ７およびビア導体１１以外の間隙に高粘度の有機バインダを注入する。間隙に有機バインダを注入するのは、積層時の変形を防止するとともに、焼成後にセラミック絶縁層１の主面とコンデンサ７の主面との間に部分的に間隙９を形成するためである。
【００２６】
次に、こうして作製した積層体を上下から加圧するなどして積層体のＸ−Ｙ方向が焼成時に収縮しないようにして焼成を行う。こうして得られたコンデンサ内蔵多層配線基板はセラミック絶縁層１とコンデンサ７とが、セラミック絶縁層１の主面とコンデンサ７の主面との間に部分的に間隙９を有しつつ、ビア導体１１を介して接続されている状態となっている。
【００２７】
そして、ビア導体１１として、金属粒子の粒界にボイドを有するように形成した銅を主成分とするビア導体を用いて上記の製法により、サイズが１００５型でありＥＩＡ規格のＸ５Ｒを有するコンデンサを用いてコンデンサ内蔵多層配線基板を作製し評価したところ、冷熱サイクルにおいてもセラミック絶縁層と内蔵したコンデンサとの界面においてクラックの発生が無く、かつ内蔵したチップ型のコンデンサは内蔵前に測定した特性を有するものとなっていた。
【符号の説明】
【００２８】
１・・・セラミック絶縁層
３・・・導体層
５・・・セラミック絶縁基板
７・・・コンデンサ
９・・・間隙
１１・・ビア導体
【技術分野】
【０００１】
この発明は、コンデンサを内蔵したコンデンサ内蔵多層配線基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、高度情報化時代を迎え、情報通信技術が急速に発達し、それに伴い、半導体素子に代表される各種電気素子の高速化、大型化が図られ、半導体素子を収容するパッケージにおいても、信号の伝送損失を低減し、より高速の信号を伝送する上で、配線層の低抵抗化と絶縁基板の低誘電率化が求められており、また、パッケージに電源ノイズを抑制するためにコンデンサを内蔵したものが提案されている（例えば、特許文献１〜３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３２６４７２号公報
【特許文献２】特開２００２−７６６３７号公報
【特許文献３】特開２００９−１９４０９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１〜３に開示された多層配線基板では、内蔵されているチップコンデンサがセラミック絶縁層により挟持された構造となっている、すなわち、チップコンデンサがセラミック絶縁層と接していることから、チップ型のコンデンサとセラミック絶縁層との間で冷熱サイクルにおいてクラックが発生しやすいという問題があった。また、チップコンデンサをセラミック絶縁層で挟持された構造にしようとすると、多層配線基板を製造する際の同時焼成においてチップコンデンサの材料とセラミック絶縁層の材料との間で反応が起きるために、これまで、ＥＩＡ規格で定められているような温度特性と静電容量とを有するチップコンデンサを多層配線基板に内蔵したものは得られていなかった。
【０００５】
従って、本発明の目的は、冷熱サイクルにおけるクラックの発生を効果的に防止することができるとともに、ＥＩＡ規格で定められているような温度特性と静電容量とを有するチップコンデンサを内蔵するコンデンサ内蔵多層配線基板を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のコンデンサ内蔵多層配線基板は、複数のセラミック絶縁層が積層されたセラミック絶縁基板の内部の空間内にビア導体を介して接続されたコンデンサを内蔵してなり、前記セラミック絶縁層と前記コンデンサとが間隙を有して離間していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、冷熱サイクルにおけるクラックの発生を効果的に防止することができるとともに、ＥＩＡ規格で定められているような温度特性と静電容量とを有するチップコンデンサを内蔵するコンデンサ内蔵多層配線基板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態のコンデンサ内蔵多層配線基板の構造を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本実施形態のコンデンサ内蔵多層配線基板の構造を説明するための断面図である。本実施形態のコンデンサ内蔵多層配線基板は、複数のセラミック絶縁層１と導体層３とが積層された絶縁基板５の内部の空間内にコンデンサ７を内蔵しており、絶縁層１とコンデンサ７とが、絶縁層１の主面１ａとコンデンサ７の主面７ａとの間に間隙９を有しつつ、ビア導体１１を介して接続されていることを特徴とする。
【００１０】
これにより、多層配線基板の内部にコンデンサ７を内蔵しても、内蔵したコンデンサ７と多層配線基板との間に冷熱サイクルにおけるクラックの発生を効果的に防止することができるとともに、内蔵したコンデンサ７は、ＥＩＡ規格で定められているような温度特性と静電容量とを発現できるものとなる。
【００１１】
本実施形態のコンデンサ内蔵多層配線基板を構成するセラミック絶縁層１は、アルミナを主成分とするセラミックスまたは無機フィラーを含むガラスセラミックスが適用される。
【００１２】
本実施形態のコンデンサ内蔵多層配線基板において貫通導体および配線導体を構成する導体層は、セラミック絶縁層１がアルミナを主成分とするセラミックスの場合には、タングステンやモリブデンが好適であり、セラミック絶縁層１がガラスセラミックスの場合には、銅または銀などを主成分とする低抵抗の導体材料が好適である。
【００１３】
本実施形態のコンデンサ内蔵多層配線基板に内蔵されるコンデンサ７は、例えば、ＥＩＡ規格で定められているような温度特性と静電容量とを発現できるチップ型のコンデンサ７を適用することができる。
【００１４】
本実施形態のコンデンサ内蔵多層配線基板では、このようにＥＩＡ規格で定められているような温度特性と静電容量を発現できるチップ型のコンデンサ７をセラミック絶縁層１により構成される多層配線基板の内部に内蔵したものとすることができるために、種々の静電容量、温度特性およびＤＣ（直流電圧）、ＡＣ（交流電圧）依存性を有する機能を多層配線基板を形成することができる。
【００１５】
本実施形態のコンデンサ内蔵多層配線基板は、上述したように、セラミック絶縁層１とコンデンサ７とが、セラミック絶縁層１の主面とコンデンサ７の主面との間に間隙９を有しつつ、ビア導体１１を介して接続されている構成となっているが、多層配線基板を構成するセラミック絶縁層１の主面１ａとコンデンサ７の主面７ａとが接する面積が少ないために、多層配線基板が半導体素子の駆動により冷熱サイクルを受けた場合にもセラミック絶縁層１およびコンデンサ７のそれぞれの熱膨張係数差に起因する応力が直接コンデンサ７に影響することが少ないために、実用時においても内蔵されたコンデンサ７は本来の誘電特性を損なうことなく安定した特性を発現できるものとなる。
【００１６】
この場合、多層配線基板が半導体素子の駆動により冷熱サイクルを受けたときに、セラミック絶縁層１およびコンデンサ７のそれぞれの熱膨張係数差に起因する応力が、セラミック絶縁層１とコンデンサ７とを接続するビア導体１１に集中することから、ビア導体１１は、それ自体の剛性を小さくしたものが好適である。このためビア導体１１は、アスペクト比が２以上、特に３以上ある柱状体、ビア導体１１の上下を貫通する空洞を有する円筒状、機械的強度を損なわない限りにビア導体１１を構成する金属粒子の粒界にボイドを有するもの、針状の金属粒子が絡まり焼結したものなどを適用することができる。
【００１７】
内蔵するコンデンサ７の外部電極７ａは、多層配線基板の間隙９においてビア導体１１を介してセラミック絶縁層１とインダクタンスをできるだけ小さくするように接続できる
ように配置されていることが望ましく、例えば、コンデンサ７の上下面に形成されているのがよい。コンデンサ７の上下面に外部電極７ａを形成した構造にすると、ビア導体１１によって上下面から挟持できるので、間隙９においてコンデンサを安定させることができる。
【００１８】
また、本実施形態のコンデンサ内蔵多層配線基板では、内蔵されたコンデンサ７が、図１に示すように、コンデンサ７の上側および下側に位置するセラミック絶縁層１との間で複数のビア導体１１により接続されていることが好ましい。コンデンサ７を、その上側および下側に位置するセラミック絶縁層１との間で複数のビア導体１１により接続されている構造にすると、コンデンサ７を強固に保持することできるとともに、一部のビア導体１１で電気的な接続が断線状態になった場合にも他のビア導体１１が電流をバイパスしてくれるからである。この場合、コンデンサ７の上側および下側に位置するセラミック絶縁層１との間で複数のビア導体１１は等間隔であることが望ましい。
【００１９】
また、本実施形態のコンデンサ内蔵多層配線基板では、コンデンサ７の電磁界分布を安定させることができるという理由からコンデンサ７の主面においてもその周縁部に等間隔に形成されていることが望ましく、とりわけ、ビア導体１１がコンデンサの主面にプラス極およびマイナス極となるビア導体１１が格子状に配列されていることがより望ましい。
【００２０】
次に、本実施形態のコンデンサ内蔵配線基板を製造する方法について説明する。
【００２１】
まず、セラミック絶縁層１となるグリーンシートを作製する。ホウケイ酸ガラス粉末とアルミナ粉末またはシリカ粉末などの無機フィラーとの混合物に、アクリル樹脂などの有機バインダーと可塑剤、溶剤を加えスラリーを作製し、ドクターブレードによりシート状に成形し、グリーンシートを作製する。
【００２２】
次に、このグリーンシートにＮＣパンチや金型、レーザー加工機などにより貫通孔を形成し、銅、銀、金などの低抵抗金属からなるペーストを充填せしめ、貫通導体を形成する。また、同様に低抵抗金属からなるペーストにより配線パターンを形成する。
【００２３】
次に、貫通導体および配線パターンを形成したグリーンシートのうち一部のグリーンシートには金型等によりコンデンサ７が入るほどの貫通部を形成したものも作製する。
【００２４】
次に、これら貫通導体および配線パターンを形成したグリーンシートおよび貫通導体および配線パターンを有するとともに貫通部を有するグリーンシートを所定枚数積層圧着して図１に示す構造の未焼成の積層体を形成する。
【００２５】
この場合、貫通部にコンデンサを設置する場合には、コンデンサ７の上下面にビア導体１１を形成しておいたものをグリーンシートの表面に形成した配線パターンの接続部に適合するように設置する。次に、コンデンサ７およびビア導体１１以外の間隙に高粘度の有機バインダを注入する。間隙に有機バインダを注入するのは、積層時の変形を防止するとともに、焼成後にセラミック絶縁層１の主面とコンデンサ７の主面との間に部分的に間隙９を形成するためである。
【００２６】
次に、こうして作製した積層体を上下から加圧するなどして積層体のＸ−Ｙ方向が焼成時に収縮しないようにして焼成を行う。こうして得られたコンデンサ内蔵多層配線基板はセラミック絶縁層１とコンデンサ７とが、セラミック絶縁層１の主面とコンデンサ７の主面との間に部分的に間隙９を有しつつ、ビア導体１１を介して接続されている状態となっている。
【００２７】
そして、ビア導体１１として、金属粒子の粒界にボイドを有するように形成した銅を主成分とするビア導体を用いて上記の製法により、サイズが１００５型でありＥＩＡ規格のＸ５Ｒを有するコンデンサを用いてコンデンサ内蔵多層配線基板を作製し評価したところ、冷熱サイクルにおいてもセラミック絶縁層と内蔵したコンデンサとの界面においてクラックの発生が無く、かつ内蔵したチップ型のコンデンサは内蔵前に測定した特性を有するものとなっていた。
【符号の説明】
【００２８】
１・・・セラミック絶縁層
３・・・導体層
５・・・セラミック絶縁基板
７・・・コンデンサ
９・・・間隙
１１・・ビア導体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセラミック絶縁層が積層されたセラミック絶縁基板の内部の空間内に、ビア導体を介して接続されたコンデンサを内蔵してなり、前記セラミック絶縁層と前記コンデンサとが、間隙を有して離間していることを特徴とするコンデンサ内蔵多層配線基板。
【請求項１】
複数のセラミック絶縁層が積層されたセラミック絶縁基板の内部の空間内に、ビア導体を介して接続されたコンデンサを内蔵してなり、前記セラミック絶縁層と前記コンデンサとが、間隙を有して離間していることを特徴とするコンデンサ内蔵多層配線基板。
【図１】
【公開番号】特開２０１２−７９８０１（Ｐ２０１２−７９８０１Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２１５８０（Ｐ２０１０−２２１５８０）
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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