JP2002025856A - 積層コンデンサ及び半導体装置並びに電子回路基板 - Google Patents

積層コンデンサ及び半導体装置並びに電子回路基板

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隆雄 山崎
Yuzo Shimada
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 充分な容量と低い自己インダクタンス、高い
ＬＣ共振周波数を有し、デカップリングコンデンサに用
いて好適な積層コンデンサとこれを用いた半導体装置、
および電子回路基板を提供する。 【解決手段】 本発明の電子回路基板は、ＬＳＩの電源
ラインに接続される貫通内部電極の上下を誘電体層を介
して接地ラインに接続される２つの内部電極で挟んだ構
造を有する３端子型の積層コンデンサをデカップリング
コンデンサとして用いたものである。上記積層コンデン
サとして、複数層の誘電体７と複数の電極層１１，１２
が交互に積層されたコンデンサチップに複数のホール
８，９，１０が設けられ、これら複数のホールのうちの
一部のホールの内面に一部の電極層と電気的に接続され
た導電部が設けられたものを用いることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、積層コンデンサ及
び半導体装置並びに電子回路基板に関し、高速動作する
ＬＳＩの周辺に配置され、ＬＳＩの負荷変動の際に生じ
る電圧降下を補償するデカップリングコンデンサに関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】ＬＳＩから高速に変化するクロック信号
が発生すると、電源とＬＳＩの間の配線に存在する抵抗
ＲとインダクタンスＬによって、図１１（ｂ）に示すよ
うに、次の（１）式に相当する電圧降下△Ｖが生じる。 △Ｖ＝Ｒ×Δｉ＋Ｌ×ｄｉ／ｄｔ …（１） ここで、Ｒ：配線およびコンデンサの抵抗、Ｌ：インダ
クタンス、Δｉ：時間Δｔの間に変動した電流、をそれ
ぞれ表す。したがって、Ｒ、Ｌ、負荷変動ｄｉが大きい
程、もしくは変動時間ｄｔが小さい程、電圧降下△Ｖが
増加する。近年、ＬＳＩのクロック周波数が数百ＭＨｚ
を越えるような高速になってきている。デジタル回路に
おけるパルス波形の立ち上がり時間ｔｒが、すなわち負
荷の変動時間ｄｔと等価になる。クロック周波数が早く
なる程、立ち上がり時間ｔｒが短くなるため、電圧降下
△Ｖは大きくなる。
【０００３】このような電圧降下を小さくするために
は、ＬＳＩに対して並列にコンデンサを接続することが
有効である。このコンデンサを一般にデカップリングコ
ンデンサと称する。ＬＳＩのクロック周波数が速くなる
と、負荷変動の際に一時的に降下した電圧を電源から補
償するのは間に合わなくなるため、ＬＳＩの近くにデカ
ップリングコンデンサを配置し、そこから電荷を供給す
ることによってＬＳＩの電圧降下を補償する。
【０００４】デカップリングコンデンサの自己インダク
タンスおよび内部抵抗が零と仮定すると、コンデンサが
蓄えている電荷Ｑ（＝Ｃ×Ｖ）を負荷変動と同時にＬＳ
Ｉに供給することが可能になって、ＬＳＩの電圧変動を
零にすることができる。ところが、現実にはコンデンサ
に自己インダクタンスＬが存在するために、ある周波数
でＬＣ共振が発生し、それ以上の周波数においてはコン
デンサとして有効に機能しなくなる。したがって、ＬＳ
Ｉのクロック周波数が高くなると、同時にデカップリン
グコンデンサのＬＣ共振周波数ｆを高くする必要があ
る。ＬＣ共振周波数ｆは、次の（２）式で表される。 ｆ2＝１／（４×π2×Ｌ×Ｃ） …（２）
【０００５】したがって、Ｃが小さくかつＬが小さいコ
ンデンサをデカップリングコンデンサとして選択する必
要があった。デカップリングコンデンサとしては、高周
波でのインピーダンスが小さい０．１μＦ程度、あるい
はそれ以下の容量を有する積層セラミックコンデンサが
よく用いられてきた。積層セラミックコンデンサは、電
解コンデンサと比較してＥＳＲ（等価直列抵抗）が小さ
いだけでなく、自己インダクタンスが小さいという利点
があるためである。
【０００６】例えば図１０（ａ）に示すように、従来の
積層セラミックコンデンサ３９は、端子電極４０がチッ
プ両端に形成されている。そして、図１０（ｂ）、
（ｃ）に示すように、誘電体４１の中に多数の内部電極
４２が配置され、これら内部電極４２が１層おきに交互
にチップ両端の端子電極４０に接続されている。
【０００７】従来、ＬＳＩの電圧降下を補償するための
デカップリングコンデンサとしてよく用いられていた積
層セラミックコンデンサを例に採ると、容量はＣ＝０．
０１μＦ、自己インダクタンスはＬ＝０．４ｎＨであっ
た。このコンデンサの共振周波数ｆは、（２πｆ）2×
Ｌ×Ｃ＝１という関係式を用いると、約８０ＭＨｚとな
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】近年、ＬＳＩは高速化
にともなって電流が大きくなってきている。ここで、ス
イッチング周波数が１００ＭＨｚ、最大消費電力が４
Ａ、電源電圧が３．３ＶのＬＳＩ（Ａ）と、スイッチン
グ周波数が５００ＭＨｚ、最大消費電力が１８Ａ、電源
電圧が１．８ＶのＬＳＩ（Ｂ）を仮定する。そして、デ
カップリングコンデンサで１クロックの間に生じる電圧
降下△Ｖを補償するために必要な容量を計算してみる。
電流の立ち上がり時間ｔｒは、クロック周波数をｆとし
たときに、近似的に（３）式と仮定できる。 ｔｒ＝１／４ｆ …（３）
【０００９】電源電圧の降下分を補うためには、△Ｑ＝
Ｃ×△Ｖ＝Ｉ×ｔｒという関係式から、必要な容量Ｃ
は、ＬＳＩ（Ａ）の場合、４Ａ×（０．３５／（１×１
０8ｓ））／（３．３Ｖ×５％）＝０．０８５μＦ、Ｌ
ＳＩ（Ｂ）の場合、１８Ａ×（０．３５／（０．５×１
０9ｓ））／（１．８Ｖ×５％）＝０．１４μＦとな
る。つまり、ＬＳＩのクロック周波数が速くなりかつ消
費電力も大きくなると、必要なデカップリングコンデン
サの容量が大きくなる。ところが、デカップリングコン
デンサの自己インダクタンスが同じで容量だけが大きく
なった場合、ＬＣ共振周波数ｆは逆に低くなってしま
う。
【００１０】したがって、ＬＳＩの負荷変動補償用のデ
カップリングコンデンサに用いるコンデンサには、コン
デンサそのものの自己インダクタンスが少しでも小さい
ものを使うと、ＬＣ共振周波数を高くすることができる
ため、より効果的である。
【００１１】通常の積層セラミックコンデンサよりも高
周波特性に優れたコンデンサとして、３端子コンデンサ
のような貫通コンデンサが従来からよく知られている。
通常の積層セラミックコンデンサは、図１０に示したよ
うに直方体の長手方向の両端で容量を持たせているのに
対して、３端子コンデンサは、例えば図１に示すよう
に、長手方向の両端子電極１間の抵抗は０．１Ω以下で
あり、長手方向に直交する側面に形成された端子電極２
と長手方向の端子電極１との間に容量を持たせている点
が相違している。３端子コンデンサは、貫通電極を電源
ラインに、接地電極をグランドに接続することによって
主に電源ノイズを除去する用途で従来から使用されてい
た。
【００１２】一方、「日経エレクトロニクス」1999.4.1
9号、Ｐ１４４〜１５６に記載されているように、誘電
体厚さが薄くなるのに従って自己インダクタンスが小さ
くなることが知られている。このことから、薄膜コンデ
ンサを用いた半導体装置に関する発明がいくつか報告さ
れている。例えば特開平１１−４５８２２号、特開平８
−９７３６０号などである。
【００１３】しかし、３端子コンデンサのような貫通コ
ンデンサを、ＬＳＩの負荷変動に対する電源電圧の一時
的な降下を補償するためのデカップリングコンデンサと
して使用した例は報告されていない。なぜならば、この
種のデカップリングコンデンサは、今まではクロック周
波数が通常の積層セラミックコンデンサ、つまり２端子
の積層セラミックコンデンサのＬＣ共振周波数と同等か
それ以下であったため、安価な２端子の積層セラミック
コンデンサで十分間に合っていたためである。
【００１４】薄膜コンデンサは、低い自己インダクタン
スから、充分な容量と通常の積層セラミックコンデンサ
よりも高いＬＣ共振周波数が得られるものの、基板への
実装がやや困難であった。また、薄膜形成プロセスが高
コストであるために、より安価な実現方法が求められて
きた。
【００１５】さらにコンデンサだけでなく、デカップリ
ングコンデンサとＬＳＩの間の配線にもインダクタンス
成分が存在するために、それをできるだけ小さくするこ
とも望まれてきた。配線１ｍｍにつき、約１ｎＨの自己
インダクタンスが存在することは一般に知られている。
一方、先に記したような従来構造の積層セラミックコン
デンサの自己インダクタンスは約０．４ｎＨである。し
たがって、ＬＳＩのパッドから１ｍｍのところに積層セ
ラミックコンデンサを実装すると、実効的には１＋０．
４＝１．４ｎＨのインダクタンスが存在することにな
る。厳密には、ＬＳＩ内部においても配線が存在するこ
とからこの部分にも自己インダクタンスが存在すること
になるが、現時点では便宜上無視することにする。
【００１６】ＬＳＩとデカップリングコンデンサの間の
配線が長くなると配線の自己インダクタンスが支配的に
なるため、コンデンサによる自己インダクタンスの低減
はほとんど無視されてしまう。したがって、ＬＳＩパッ
ドからデカップリングコンデンサの間の配線長はある長
さ以下であることが必要とされる。
【００１７】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであって、充分な容量と低い自己インダクタ
ンス、高いＬＣ共振周波数を有し、ＬＳＩの負荷変動補
償用のデカップリングコンデンサに用いて好適な積層コ
ンデンサを提供することを目的とする。また、基板への
実装が容易でしかもデカップリングコンデンサ−ＬＳＩ
間のインダクタンスも低減し得る半導体装置、およびこ
れを実装した電子回路基板の提供を目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の積層コンデンサは、複数の誘電体層と複
数の電極層とが交互に積層されてなるコンデンサチップ
に、複数の誘電体層および複数の電極層を貫通する複数
の孔が設けられ、これら複数の孔のうちの一部の孔の内
面に、複数の電極層のうちの一部の電極層と電気的に接
続された導電体からなる第１の導電部が設けられるとと
もに、残りの孔のうちの少なくとも一部の孔の内面に、
複数の電極層のうちの第１の導電部と電気的に接続され
た電極層に隣接する電極層と電気的に接続された導電体
からなる第２の導電部が設けられ、複数の孔の開口部を
有するコンデンサチップの主面は誘電体層が露出してい
ることを特徴とする。
【００１９】すなわち、本発明の積層コンデンサは、複
数の誘電体層と複数の電極層とが交互に積層されてなる
コンデンサチップを基本としており、すなわち薄膜コン
デンサを形成することができる。また、コンデンサチッ
プを貫通する複数の孔が設けられ、これら複数の孔のう
ちの一部の孔の内面に複数の電極層のうちの一部の電極
層と電気的に接続された第１の導電部が、また、他の孔
の内面に前記電極層に隣接する電極層と電気的に接続さ
れた第２の導電部が設けられたことにより、この積層コ
ンデンサは３端子型コンデンサと等価になる。もともと
３端子型コンデンサは自己インダクタンスが低いという
特性を有しているため、本発明によって充分な容量、低
い自己インダクタンス、高いＬＣ共振周波数を有するコ
ンデンサを実現することができる。
【００２０】また、前記複数の孔のうち、第１の導電部
が設けられた孔と第２の導電部が設けられた孔とを除く
残りの孔の内面に導電体からなる第３の導電部を設け、
この第３の導電部と前記複数の電極層とを電気的に接続
しない構成としてもよい。この構成にすると、後述する
ように本発明の積層コンデンサを半導体装置本体と一体
化した場合に、第３の導電部を例えば半導体装置の信号
用パッド等に接続することができる。
【００２１】また、第１の導電部、第２の導電部、第３
の導電部が設けられた孔の内部に導電体を埋設してもよ
い。これにより、孔の内部が全て導電体で埋め込まれた
状態となるため、後述するように本発明の積層コンデン
サを半導体装置本体と一体化した場合に、半導体装置の
端子パッドと前記導電部、基板側の端子パッドをより確
実に接続することができる。
【００２２】前記誘電体層の材料としては、ペロブスカ
イト構造を有する化合物、もしくはペロブスカイト構造
を有する化合物と有機材料との複合体を用いることが望
ましい。ペロブスカイト化合物は他の絶縁体と比較して
高い比誘電率を有することから、コンデンサの単位面積
あたりの静電容量を高くすることができる点で有利であ
る。また、コンデンサを樹脂ビルドアップ基板に内蔵す
る場合、誘電体の低温（１５０℃以下）での形成が必須
になるために有機フィルムを誘電体層として用いる必要
がある。しかし、有機フィルム材料そのものの比誘電率
は１０にも満たない。そこで、有機フィルム材料に高い
比誘電率を有するペロブスカイト化合物を複合させた複
合体、もしくは有機フィルム材料モノマーとペロブスカ
イト化合物の前駆体を反応させた有機無機複合材料を用
いることによって、比誘電率が最大３０〜５０程度の有
機フィルムを得ることができる。これを誘電体層として
用いれば良い。
【００２３】本発明の半導体装置は、半導体装置本体の
複数の端子パッドが設けられた面側に上記本発明の積層
コンデンサが固定され、複数の端子パッドのうちの電源
用パッドと第１の導電部とが電気的に接続され、接地用
パッドと第２の導電部とが電気的に接続されたことを特
徴とする。
【００２４】上記本発明の積層コンデンサのうち、第３
の導電部を有する積層コンデンサの場合には、半導体装
置本体の信号用パッドと第３の導電部とを電気的に接続
すればよい。
【００２５】また、上記半導体装置本体は、電極パッ
ド、半田ボール、ピン等が一面に配置されたタイプの半
導体装置であることが好ましく、例えばベアチップであ
ってもよいし、ＢＧＡ（Ball Grid Array）、ＣＳＰ（C
hip Size Package）、ＱＦＰ（Quad Flat Package）、
ＰＧＡ（Pin Grid Array）等の半導体パッケージであっ
てもよい。あるいは、半導体装置の一面に端子間隔を調
整するための中継部材を備えたものであってもよい。
【００２６】すなわち、本発明の半導体装置は、ベアチ
ップ、ＢＧＡ、ＣＳＰ型半導体装置等の半導体装置本体
と本発明の積層コンデンサとを合体させたものである。
そして、電源用パッドと第１の導電部とが電気的に接続
されているため、第１の導電部に接続された電極層が電
源用電極層となり、接地用パッドと第２の導電部とが電
気的に接続されているため、第２の導電部に接続された
電極層が接地用電極層となる。半導体装置本体の負荷変
動の際に生じる電圧降下を補償するために、通常、デカ
ップリングコンデンサは半導体装置本体の近傍に配置す
る必要がある。その点、本発明の半導体装置は半導体装
置本体と積層コンデンサが合体しているので、この積層
コンデンサは負荷変動時の電圧降下補償用として機能
し、電圧降下補償機能を内蔵した半導体装置を実現する
ことができる。
【００２７】また、前記第１の導電部、前記第２の導電
部、前記第３の導電部等が設けられた孔の内部に、半導
体装置本体の端子パッドに接続された半田ボールを装入
し、これら半田ボールと前記導電部とを電気的に接続し
た構成にしてもよい。このような構成にすると、半田ボ
ールが半導体装置本体の端子パッドと基板上の端子パッ
ドを電気的に接続するとともに、複数の電極層間を相互
に接続する機能を果たす。したがって、デカップリング
コンデンサを内蔵した本発明の半導体装置を、通常のＢ
ＧＡ、ＣＳＰ型半導体装置などと同様の方法で基板上に
実装することができる。
【００２８】本発明の電子回路基板は、基板上に少なく
とも半導体装置本体と３端子型の積層コンデンサとが実
装され、３端子型積層コンデンサが半導体装置本体の負
荷変動の際に生じる電圧降下を補償するデカップリング
コンデンサとして機能することを特徴とする。
【００２９】半導体装置の負荷変動に対する電源電圧の
一時的な効果を補償するためのデカップリングコンデン
サには、従来、２端子型の積層セラミックコンデンサが
よく用いられていた。それに対し、本発明の電子回路基
板においては、デカップリングコンデンサとして３端子
型積層コンデンサが用いられており、コンデンサが低い
自己インダクタンス、高いＬＣ共振周波数という特性を
有しているので、近年のクロック周波数の高い半導体装
置にも充分に対応でき、動作安定性の高い電子回路基板
を実現することができる。
【００３０】前記３端子型積層コンデンサの具体的な形
態としては、コンデンサチップをなす誘電体層中に設け
られ基板上の電源ラインと電気的に接続された電源用電
極層と、電源用電極層の両面側にそれぞれ誘電体層を介
して配置され基板上の接地ラインと電気的に接続された
接地用電極層と、コンデンサチップの両端面に設けられ
電源用電極層の両端と電気的に接続された端子電極とを
有するものを用いることができる。もしくは、電源用電
極層が複数層設けられ、これら複数の電源用電極層が、
間に介在する誘電体層を貫通するビアホールを通じて互
いに電気的に接続されたものを用いることができる。以
上は従来からあった３端子型積層コンデンサであるが、
本発明の積層コンデンサを用いてもよいことは勿論であ
る。
【００３１】また、基板上への実装の形態としては、積
層コンデンサを、基板の半導体装置本体が実装された側
の面に実装してもよいし、半導体装置本体が実装された
側と反対側の面に実装してもよいし、基板内に埋め込ん
でもよい。
【００３２】また、本発明の電子回路基板は、基板上に
本発明特有の半導体装置、すなわちベアチップ、ＢＧ
Ａ、ＣＳＰ等の半導体装置本体と本発明の積層コンデン
サとが合体され、電圧降下補償機能を内蔵した半導体装
置が実装されたことを特徴とする。
【００３３】電子回路基板としてはこの構成が最も合理
的である。つまり、この構成によれば、積層コンデンサ
の基板への実装が困難、デカップリングコンデンサとＬ
ＳＩの間の配線のインダクタンス成分の低減が困難とい
った、デカップリングコンデンサを備えた従来の電子回
路基板の問題点を一気に解決することができる。これに
より、組み立てが容易で動作安定性により優れた電子回
路基板を実現することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】［第１の実施の形態］以下、本発
明の第１の実施の形態を図３および図４を参照して説明
する。本実施の形態は本発明の積層コンデンサの一例で
あって、図３（ａ）は本実施の形態の積層コンデンサの
平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面
図、図３（ｃ）は積層コンデンサの一構成要素である貫
通内部電極の平面図、図３（ｄ）は内部電極の平面図、
図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各ホール近傍の拡大断面
図である。なお、本実施の形態で例示する積層コンデン
サは、後の第２、第３の実施の形態で説明するＬＳＩ
（半導体装置本体）に組み込んで用いることを前提とし
たものである。
【００３５】本実施の形態の積層コンデンサは、図３
（ａ）、（ｂ）に示すように、シート状もしくは板状の
複数層（本実施形態では４層）の誘電体７と複数（本実
施形態では３層）の電極層１１，１２とが交互に積層さ
れたコンデンサチップ５０を有している。そして、コン
デンサチップ５０の表面と裏面とを貫通するように格子
状（本実施形態では５行９列）に配列された複数のホー
ル８，９，１０（孔）が設けられている。これらホール
８，９，１０はプリント基板およびＬＳＩチップの端子
パッドに接続するためのものであり、各ホールの位置は
これら端子パッドの位置に対応している。ホール８，
９，１０は全部で９列設けられているが、１列毎に接続
される端子パッドの種類が異なり、ホール８はＶＤＤラ
イン（電源ライン）に接続するため、ホール９はＧＮＤ
ライン（接地ライン）に接続するため、ホール１０はＳ
ＩＧライン（信号ライン）に接続するために形成された
ものである。
【００３６】また、３層の電極層のうち、中央の層はＶ
ＤＤラインに接続されるためのシート状の貫通内部電極
１１であり、誘電体７を介してその上下に位置する層は
ＧＮＤラインに接続されるシート状の内部電極１２であ
る。
【００３７】図３（ｃ）に示すように、貫通内部電極１
１は、ＶＤＤラインのみと接続され、ＧＮＤラインやＳ
ＩＧラインとは接続されないように、ホール８ａだけが
径が小さく、孔の縁がホール８の内面にまで到達し、ホ
ール９ａ，１０ａはホール８ａよりも径を大きくして孔
の縁がホール９，１０の内面にまでは到達しないように
している。一方、図３（ｄ）に示すように、内部電極１
２は、ＧＮＤラインとのみ接続され、ＶＤＤラインやＳ
ＩＧラインとは接続されないように、ホール９ｂだけが
小さく、ホール８ｂ、１０ｂの径は大きい。
【００３８】図４（ａ）に示すように、ホール８の内面
に貫通内部電極１１と電気的に接続された金属等からな
る導電層５１（第１の導電部）が設けられ、図４（ｂ）
に示すように、ホール９の内面に内部電極１２と電気的
に接続された導電層５２（第２の導電部）が設けられ、
図４（ｃ）に示すように、ホール１０の内面には貫通内
部電極１１とも内部電極１２とも電気的に接続されてい
ない導電層５３（第３の導電部）が設けられている。各
ホール８，９，１０の内面は、プリント基板やＬＳＩチ
ップの端子パッドと接続されるために少なくとも上記導
電層５１，５２，５３が必要であるが、さらにホール
８，９，１０の内部が全て導電体で埋め込まれていても
よい。そして、多数のホール８，９，１０が開口してい
るコンデンサチップ５０の表面および裏面には、端子電
極のような電極は設けられておらず、誘電体７の表面が
露出している。
【００３９】なお、この板状あるいはシート状のコンデ
ンサチップ５０は、有機材料、金属フォイルからなるベ
ースフィルム上に形成されたコンデンサもしくは薄膜コ
ンデンサであっても差し支えない。
【００４０】誘電体７は、高誘電率を有するペロブスカ
イト化合物、もしくはペロブスカイト化合物と有機材料
との複合体によって形成される。ペロブスカイト化合物
としては、ＰｂＴｉＯ3やＢａＴｉＯ3を骨格として、Ｐ
ｂ，Ｂａサイト（Ａサイト）の一部をＳｒ，Ｃａ，Ｌａ
等で置換することによってＡサイトの平均原子価を２価
にした、もしくはＴｉ（Ｂサイト）の一部をＭｇ，Ｗ，
Ｎｂ，Ｚｒ，Ｎｉ，Ｚｎ等で置換してＢサイトの平均原
子価を４価にした複合ペロブスカイト化合物が望まし
い。ペロブスカイト化合物をフィラーとして用いた複合
体を構成する有機材料としては特に制限はないが、基
板、ＬＳＩとの接続に半田付けを行うために２５０℃程
度の耐熱温度を有していることが望ましい。
【００４１】本実施の形態の積層コンデンサは、複数層
の誘電体７と複数の電極層１１，１２とが交互に積層さ
れてなるコンデンサチップ５０を基本としており、すな
わち薄膜コンデンサを構成している。さらに、貫通内部
電極１１とそれを上下から挟む内部電極１２が設けられ
たことにより、この積層コンデンサは３端子型コンデン
サと等価になる。したがって、充分な容量、低い自己イ
ンダクタンス、高いＬＣ共振周波数を有するコンデンサ
を実現することができる。
【００４２】［第２の実施の形態］以下、本発明の第２
の実施の形態を図５を参照して説明する。本実施の形態
は本発明の半導体装置の一例であって、ベアチップから
なる半導体装置本体の下面に第１の実施の形態の積層コ
ンデンサを合体させた構成例である。図５は本実施の形
態の半導体装置の断面図である。
【００４３】本実施の形態の半導体装置は、図５に示す
ように、ＬＳＩベアチップ１３の下面に複数の端子パッ
ド（図示せず）が格子状に配列され、各端子パッド上に
半田ボール１４，１５，１６がそれぞれ接続されてい
る。図中左端の半田ボールから順に、ＬＳＩのＶＤＤラ
インに接続された電源用パッド上の半田ボール１４、Ｇ
ＮＤラインに接続された接地用パッド上の半田ボール１
５、ＳＩＧラインに接続された信号用パッド上の半田ボ
ール１６というように繰り返し配置されている。ＬＳＩ
ベアチップ１３の下面には、第１の実施の形態のコンデ
ンサチップ５０が固定されている。コンデンサチップ５
０を固定する際には、ＬＳＩベアチップ１３の半田ボー
ル１４，１５，１６にコンデンサチップ５０に形成した
孔が一致するように配置した後、リフロー炉を通すこと
によって、ＬＳＩベアチップ１３とコンデンサチップ５
０が一体化される。
【００４４】ＬＳＩベアチップ１３の下面に積層コンデ
ンサが固定された状態で、積層コンデンサのホールの内
部に半田ボール１４，１５，１６が装入されている。そ
して、半田ボール１４に貫通内部電極１８のみが接続さ
れ、半田ボール１５に内部電極１９のみが接続され、半
田ボール１６には貫通内部電極１８も内部電極１９も接
続されていない状態となっている。これら半田ボール１
４，１５，１６と貫通内部電極１８、内部電極１９間の
電気的接続は、実際には第１の実施の形態で説明した導
電層を介してなされている。
【００４５】本実施の形態の半導体装置によれば、ＬＳ
Ｉベアチップ１３と積層コンデンサが合体しているの
で、この積層コンデンサは負荷変動時の電圧降下補償用
として機能し、電圧降下補償機能を内蔵した半導体装置
を実現することができる。
【００４６】また、積層コンデンサのホールの内部にＬ
ＳＩベアチップ１３の端子パッドに接続された半田ボー
ル１４，１５，１６が装入され、これら半田ボール１
４，１５，１６とホール内面の導電部とが電気的に接続
されているため、この半導体装置を例えばプリント基板
上に実装すれば、半田ボール１４，１５，１６によって
ＬＳＩベアチップ１３の端子パッドとプリント基板上の
端子パッドとが電気的に接続される。よって、デカップ
リングコンデンサを内蔵した本実施の形態の半導体装置
を、通常のＢＧＡ、ＣＳＰ型半導体装置などと同様の方
法でプリント基板上に実装することができる。
【００４７】これにより、積層コンデンサの基板への実
装が困難、デカップリングコンデンサとＬＳＩの間の配
線のインダクタンス成分の低減が困難等、デカップリン
グコンデンサを備えた従来の電子回路基板の問題点を一
気に解決することができる。本実施の形態の半導体装置
の使用により、組み立てが容易で動作安定性により優れ
た電子回路基板を実現することができる。
【００４８】［第３の実施の形態］以下、本発明の第３
の実施の形態を図６を参照して説明する。本実施の形態
は本発明の半導体装置の一例であって、ＣＳＰ型半導体
装置からなる半導体装置本体の下面に第１の実施の形態
の積層コンデンサを合体させた構成例である。図６は本
実施の形態の半導体装置の断面図である。
【００４９】本実施の形態の半導体装置も第２の実施の
形態と同様、図６に示すように、ＬＳＩベアチップ１３
を搭載したＣＳＰ２０の下面に複数の半田ボール２１，
２２，２３が格子状に配列されている。図中左端の半田
ボールから順に、ＬＳＩのＶＤＤラインに接続される半
田ボール２１、ＧＮＤラインに接続される半田ボール２
２、ＳＩＧラインに接続される半田ボール２３というよ
うに繰り返し配置されている。そして、ＣＳＰ２０の下
面に第１の実施の形態のコンデンサチップ５０が固定さ
れている。
【００５０】ＣＳＰ２０の下面に固定された積層コンデ
ンサのホールの内部に半田ボール２１，２２，２３が装
入されている。そして、半田ボール２１に貫通内部電極
２４のみが接続され、半田ボール２２に内部電極２５の
みが接続され、半田ボール２３には貫通内部電極２４も
内部電極２５も接続されていない状態となっている。こ
の部分の構成は第２の実施の形態と全く同様である。
【００５１】本実施の形態の半導体装置においても、電
圧降下補償機能を内蔵した半導体装置を実現できる、基
板への実装が容易に行える、デカップリングコンデンサ
とＬＳＩの間の配線のインダクタンス成分が低減できる
等、第２の実施の形態と同様の効果を得ることができ
る。
【００５２】［第４の実施の形態］以下、本発明の第４
の実施の形態を図７を参照して説明する。本実施の形態
は本発明の電子回路基板の一例であって、ＬＳＩが実装
された側の面に積層コンデンサが実装された例を示す。
図７（ａ）は本実施の形態の電子回路基板の平面図、図
７（ｂ）は断面図である。
【００５３】本実施の形態の電子回路基板は、図７
（ａ）、（ｂ）に示すように、ＬＳＩ（外形を符号１３
で示す）と積層コンデンサ３１とがプリント基板２７の
同じ側の面上に実装されている。本実施の形態の積層コ
ンデンサ３１は、３端子型積層コンデンサであって、Ｌ
ＳＩの負荷変動の際に生じる電圧降下を補償するデカッ
プリングコンデンサとして機能するものである。
【００５４】本実施の形態では、図１に示すような積層
コンデンサを用いることができる。すなわち、図１に示
す積層コンデンサは、誘電体５の中にＶＤＤラインに接
続される貫通内部電極３（電源用電極層）が設けられ、
ＧＮＤラインに接続される２層の内部電極４（接地用電
極層）が貫通内部電極３の両面側に貫通内部電極３から
離間して設けられた構造を有している。そして、貫通内
部電極３の両端はコンデンサチップ両端面の端子電極１
に接続され、各内部電極４はコンデンサチップ側面およ
び上下面に設けられた端子電極２に接続されている。
【００５５】もしくは、図２に示すような積層コンデン
サを用いることもできる。すなわち、図２に示す積層コ
ンデンサは、外観は図１に示したコンデンサと同様であ
るが、誘電体５の中にＶＤＤラインに接続される複数
（本実施の形態では３層）の貫通内部電極３が設けら
れ、各貫通内部電極を挟むようにＧＮＤラインに接続さ
れる複数（本実施の形態では４層）の内部電極４が設け
られている。そして、前記貫通内部電極３の端部に、間
に介在する誘電体５を貫通するビアホールが形成されて
おり、これら３層の貫通内部電極３同士がビアホール内
の外部に露出しないビア電極６で電気的に接続されてい
る。また、図１に示すコンデンサと同様、貫通内部電極
３の両端は各端子電極１に接続され、各内部電極４は端
子電極２にそれぞれ接続されている。
【００５６】積層コンデンサの実装構造は、図７
（ａ）、（ｂ）に示すようになっている。すなわち、プ
リント基板２７の表面にはＣＳＰやベアチップ等のＬＳ
Ｉが実装されるため、プリント基板２７上のパッド２
８’，２９’，３０’のピッチはＬＳＩの半田バンプ３
８（パッド）のピッチと一致している。また本実施の形
態のプリント基板２７は、ＶＤＤライン２８、ＧＮＤラ
イン２９、ＳＩＧライン３０が下から順に基板の内部に
積層された、いわゆる多層プリント配線板である。そし
て、プリント基板２７の表面にＶＤＤライン２８に接続
されるパッド２８’、ＧＮＤラインに接続されるパッド
２９’、およびＳＩＧラインに接続されるパッド３０’
がマトリックス状に配置されている。
【００５７】そして、図１もしくは図２に示した積層コ
ンデンサ３１を、貫通内部電極３に接続されたコンデン
サチップ両端の端子電極１をＶＤＤライン２８に接続さ
れたパッド２８’に接続し、コンデンサチップ側面の端
子電極２を銅などの配線３２を介してＧＮＤライン２９
に接続されたパッド２９’に接続するように、半田を用
いてプリント基板２７表面に実装する。積層コンデンサ
３１の厚さは、ＣＳＰないしベアチップとプリント基板
２７との隙間にコンデンサ３１が位置するために薄くな
くてはならない。具体的には、およそ０．３ｍｍ以下で
あることが要求される。
【００５８】本実施の形態の電子回路基板においては、
デカップリングコンデンサとして３端子型の積層コンデ
ンサ３１が用いられており、この積層コンデンサ３１が
低い自己インダクタンス、高いＬＣ共振周波数という特
性を有しているので、近年のクロック周波数の高いＬＳ
Ｉにも充分に対応でき、動作安定性の高い電子回路基板
を実現することができる。
【００５９】［第５の実施の形態］以下、本発明の第５
の実施の形態を図８を参照して説明する。本実施の形態
は本発明の電子回路基板の一例であって、ＬＳＩが実装
された側と反対側の面に積層コンデンサが実装された例
を示す。図８（ａ）は本実施の形態の電子回路基板を裏
面側から見た図、図８（ｂ）は断面図である。
【００６０】本実施の形態の電子回路基板は、図８
（ａ）、（ｂ）に示すように、ＬＳＩ１３と積層コンデ
ンサ３６とがプリント基板３３の反対側の面上に実装さ
れている。本実施の形態の積層コンデンサ３６も、３端
子型積層コンデンサであって、ＬＳＩの負荷変動の際に
生じる電圧降下を補償するデカップリングコンデンサと
して機能するものである。
【００６１】本実施の形態の場合も第４の実施の形態と
同様、図１や図２に示した積層コンデンサを用いること
ができる。また、プリント基板３３は、表面と裏面の双
方に対応するパッドが設けられている。そして、プリン
ト基板３３の裏面に積層コンデンサ３６を、貫通内部電
極３が接続された端子電極１をＶＤＤラインに接続され
たパッド３４に接続し、内部電極４に接続された端子電
極２を配線３７を介してＧＮＤラインに接続されたパッ
ド３５に接続するように、半田等を用いて実装する。
【００６２】本実施の形態の電子回路基板においても、
クロック周波数の高いＬＳＩにも充分に対応でき、動作
安定性の高い電子回路基板を実現することができるとい
う第４の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００６３】［第６の実施の形態］以下、本発明の第６
の実施の形態を図９を参照して説明する。本実施の形態
は本発明の電子回路基板の一例であって、基板の内部に
積層コンデンサが埋め込まれた例を示す。図９は本実施
の形態の電子回路基板の断面図である。
【００６４】本実施の形態の電子回路基板は、図９に示
すように、ＬＳＩ１３がプリント基板２７上に実装さ
れ、積層コンデンサ３６がプリント基板２７の内部に埋
め込まれている。本実施の形態の積層コンデンサ３６も
３端子型積層コンデンサであって、図９で正面に見えて
いる端子電極は貫通電極であってプリント基板２７内部
のＶＤＤライン２８に接続されている。一方、図９の積
層コンデンサ３６の側面には接地電極に対応する端子電
極があって、これはプリント基板２７内部のＧＮＤライ
ン２９に接続されている。図９に示したようなプリント
基板２７に埋設された３端子型積層コンデンサも、ＬＳ
Ｉの負荷変動の際に生じる電圧降下を補償するデカップ
リングコンデンサとして機能するものである。
【００６５】なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態
に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない
範囲において種々の変更を加えることが可能である。例
えば図５，図６に示した第２、第３の実施の形態では、
ＬＳＩの下面に第１の実施の形態の積層コンデンサを合
体させた例を示したが、ＬＳＩ下面の半田ボール間の空
間が図１や図２に示したコンデンサを実装するのに十分
なスペースであれば、図１や図２に示したコンデンサを
用いても構わない。また、第１の実施の形態のでは、Ｖ
ＤＤラインに接続される１層の電極層と、その上下にＧ
ＮＤラインに接続される２層の電極層とを設けた積層コ
ンデンサを例示したが、電極層は必ずしも３層に限るも
のではなく、ＶＤＤラインに接続される電極層とＧＮＤ
ラインに接続される電極層とを交互に配置してさらに多
くの電極層を設けてもよい。
【００６６】
【実施例】［実施例１］次に、本発明者は、本発明のデ
カップリングコンデンサを用いた場合のＬＳＩの電圧降
下を補償する効果を検証したので、これについて説明す
る。
【００６７】まず最初に、実施例１のコンデンサの作製
方法と実装方法を示す。誘電体粉末はチタン酸バリウム
をベースとしたものを用いた。比誘電率は室温で２５０
０、Ｘ７Ｒ特性を満足する粉末である。ドクターブレー
ド法により誘電体粉末に溶媒とバインダを加えて混練し
たスラリーからグリーンシートを作製した。グリーンシ
ートの厚さは３０μｍとした。グリーンシートに貫通内
部電極およびグランド電極を形成する導電ペーストを、
スクリーン印刷法を用いて形成した。誘電体の焼成温度
が１３００℃以上となるため、導電ペーストには白金ペ
ーストを用いた。
【００６８】次に、電極を印刷したグリーンシートを所
定の形状に切断し、積層、圧着させた後に個々のチップ
に切断した。このチップを所定の温度プロファイルで脱
バインダ、焼成を行った後に、図２に示すような端子電
極を銀ペーストの印刷によって形成し、３端子積層セラ
ミックコンデンサを作製した。このコンデンサの構造は
図２に示したものである。この３端子積層セラミックコ
ンデンサの寸法は通常のＳＭＤ（Surface Mountable De
vices, 表面実装部品）の規格に合わせて、Ｌ２．０ｍ
ｍ×Ｗ１．２ｍｍ×Ｔ１．０ｍｍとした。ビア径（焼成
後）はφ０．１ｍｍとして上下の貫通内部電極を接続し
た。貫通内部電極層を５層、グランド電極層を６層とし
て 貫通内部電極とグランドの間の静電容量をインピー
ダンスアナライザＨＰ４１９４Ａ（アジレント社製）を
用いて測定し、直列等価回路を仮定した容量を求めたと
ころ、１ＭＨｚで１１．２ｎＦであった。
【００６９】コンデンサの特性を比較するために同一形
状（Ｃ１２）、同一容量（１０ｎＦ）の図１０の構造を
有する従来の２端子積層セラミックコンデンサを用意し
た（Ｃ１２Ｘ７Ｒ１Ｈ１０３Ｋ）。上記３端子積層セラ
ミックコンデンサとのインピーダンスの周波数特性を高
周波用インピーダンスアナライザＨＰ４２９１Ａを用い
て比較したところ、２端子積層セラミックコンデンサに
おけるインピーダンスのＬＣ共振周波数は６０ＭＨｚで
あったのに対し、３端子積層セラミックコンデンサにお
けるＬＣ共振周波数は７８ＭＨｚであった。ＬＣ共振周
波数をｆとした時に（２）式から自己インダクタンスＬ
を求めると、２端子積層セラミックコンデンサにおいて
は約０．７ｎＨであるのに対し、３端子積層セラミック
コンデンサにおいては約０．４ｎＨであった。
【００７０】多端子の積層セラミックコンデンサを、図
８に示すようにプリント基板の裏面に実装した。プリン
ト基板の形状は縦１００ｍｍ×横１００ｍｍであって、
その中で当該コンデンサを実装する領域は２０ｍｍ×２
０ｍｍとし、負荷急変時の電源電圧の降下を補償するデ
カップリングコンデンサとして上記の積層セラミックコ
ンデンサを実装した。プリント基板の残りの領域に、容
量が１μＦ程度の大容量コンデンサをはじめ、インダク
タ、抵抗など他の部品を実装して電子回路基板を作製し
た。
【００７１】デカップリングコンデンサによる負荷急変
時のＬＣＲの電源電圧の降下△Ｖを、図１１（ａ）のよ
うな本電子回路基板の等価回路図を用いてシミュレーシ
ョンを行うことによって求めた。Ｌｃ、Ｃ、Ｒｃはそれ
ぞれデカップリングコンデンサの等価直列インダクタン
ス、静電容量、等価直列抵抗を表す。Ｒ１、Ｒ１’はデ
カップリングコンデンサとＬＳＩ間の配線に存在する配
線抵抗、Ｌ１、Ｌ１’は配線インダクタンス、Ｒ２、Ｒ
２’はデカップリングコンデンサと電源間の配線抵抗、
Ｌ２、Ｌ２’は配線インダクタンスを表す。ここで、Ｌ
ＳＩにクロック周波数５００ＭＨｚのパルスを与えた場
合を仮定する。この時の立ち上がり時間は、経験的にパ
ルス周期２ｎｓ（１／５００ＭＨｚ）／４＝０．５ｎｓ
とした。
【００７２】図１１（ｂ）について説明を加える。定常
状態においては電流ｉは一定電流が電源から供給されて
いる。このとき、デカップリングコンデンサには電荷が
フルに蓄えられている状態にある。ここで、ＬＳＩに定
常状態の電流に対してある負荷変動により電流が急に流
れると、増加した電流に対応する電荷はデカップリング
コンデンサから供給される。このとき、ＬＳＩにおける
電圧降下△Ｖは（１）式で表される。
【００７３】ここで、２端子デカップリングコンデン
サ、３端子デカップリングコンデンサ双方の等価直列抵
抗Ｒｃを、ともにＲｃ＝０．１Ωとする。また、Ｒ１＝
Ｒ１’＝０．００２５Ω、Ｒｃ＝０．１Ω、Ｌ１＝Ｌ
１’＝１ｎＨ（約１ｍｍに相当）、２端子積層セラミッ
クコンデンサのＬｃ＝０．７ｎＨ、３端子積層セラミッ
クコンデンサのＬｃ＝０．４ｎＨという値を用いて△Ｖ
を求める。パルスが立ち上がっているときの電流ｉ
（ｔ）は、クロック周波数５００ＭＨｚの一般的なＬＳ
Ｉから発生する電流△ｉ＝０．３Ａという値を用いる
と、（４）式で表される。 ｉ（ｔ）＝０．６×１０9×ｔ （０≦ｔ≦０．５ｎｓ） …（４）
【００７４】（１）式、（４）式から、図２に示したよ
うな３端子積層セラミックコンデンサをＬＳＩの負荷急
変時の電圧降下補償のためのデカップリングコンデンサ
に用いて、図８のように実装した電子回路基板における
△Ｖ１、および図１０に示したような２端子積層セラミ
ックコンデンサを同一レイアウトで図８のように実装し
た電子回路基板における△Ｖｒは、それぞれ次のように
計算される。ここで、パルスが立ち上がった時の電圧降
下が最も大きいので、ｔ＝０．５ｎｓを代入する。
【００７５】 △Ｖ１＝Ｒ×０．６×１０9×ｔ＋Ｌ×０．６×１０9 ≒０．０３１５＋１．４４ ＝１．４７１５Ｖ △Ｖｒ＝Ｒ×０．６×１０9×ｔ＋Ｌ×０．６×１０9 ≒０．０３１５＋１．６２ ＝１．６５１５Ｖ
【００７６】したがって、ＬＳＩの負荷急変時の電圧変
動△Ｖは、図２に示した３端子積層セラミックコンデン
サを図８のように実装した半導体装置の方が小さいこと
がわかった。
【００７７】本実施例においてはＬＳＩとデカップリン
グコンデンサの間の配線長を１ｍｍとした。この場合、
上記計算の通り、電圧変動は約１１％改善していること
になる。しかし、ＬＳＩとデカップリングコンデンサの
間の配線長が長くなると、電圧変動の改善割合は小さく
なる。
【００７８】ここで、ＬＳＩとデカップリングコンデン
サの間の配線長をＸｍｍとすると、上記３端子型コンデ
ンサデカップリングコンデンサとして用いた場合の電圧
降下ΔＶｘおよび通常構造のセラミックコンデンサをデ
カップリングコンデンサとして用いた場合の電圧降下Δ
Ｖｒｘはそれぞれ、 △Ｖｘ＝Ｒ×０．６×１０9×０．５ｎｓ＋Ｌ×０．６×１０9 ＝０．０３＋（２Ｘ＋０．４ｎＨ）×０．６×１０9 △Ｖｒｘ＝Ｒ×０．６×１０9×０．５ｎｓ＋Ｌ×０．６×１０9 ＝０．０３＋（２Ｘ＋０．７ｎＨ）×０．６×１０9 となる。ここで、ＬＳＩとデカップリングコンデンサの
間の配線による抵抗はコンデンサの抵抗に比べて非常に
小さいので、便宜上無視した。
【００７９】ＬＳＩの電源電圧の許容誤差が５％である
ことを考えると、 （△Ｖｒｘ−△Ｖｘ）／△Ｖｒｘ＜５％ となる場合は、コンデンサによるインダクタンスの改善
がＬＳＩの電源電圧の変動の改善に有効ではなくなると
考えられる。上式を解くと、 Ｘ＞２．６２５ となる。したがって、ＬＳＩとデカップリングコンデン
サの間の配線長が２．６２５ｍｍを越えるような場合に
は、コンデンサによるＬＳＩの電源電圧の改善が有効で
はなくなると言える。
【００８０】［実施例２］次に、ＬＳＩの負荷急変時の
電源電圧降下を補償するためのデカップリングコンデン
サとして、図３に示したようなシート状の積層コンデン
サを用いた場合について考察する。以下にその作製方法
を示す。
【００８１】実施例１で用いたのと同じ誘電体粉末を用
いてドクターブレード法で厚さ５５μｍのグリーンシー
トを作製した。次に、グリーンシートをキャリアフィル
ムごと所定の形状に切断した後、グリーンシート上にス
クリーン印刷法によって貫通内部電極１１、および内部
電極１２の２種類を形成した。これら電極用のインクに
はＰｔペーストを用いた。貫通内部電極１１を形成する
シートにおいては、ホール９、１０に対応する位置に、
φ２５０μｍの電極用インクが塗布されない領域を設け
た。同様に、内部電極１２を形成するシートにおいて
は、ホール８、１０に対応する位置に、φ２５０μｍの
電極用インクが塗布されない領域を設けた。次に、貫通
内部電極１１、および内部電極１２を形成した各シート
にレーザー加工機を用いてホール８〜１０を形成した。
ホールの径は約１５０μｍとした。
【００８２】貫通内部電極１１が形成されたシートで
は、ホール８は電極用インクが塗布された領域に、ホー
ル９、１０は電極用インクが塗布されていない領域にそ
れぞれ形成されていることを確認した。同様に、内部電
極１２が形成されたシートでは、ホール９は電極用イン
クが塗布された領域に、ホール８、１０は電極用インク
が塗布されていない領域にそれぞれ形成されていること
を確認した。
【００８３】次に、内部電極１２、貫通内部電極１１、
内部電極１２の順にビア埋めを行ったシートを３枚積層
した。ハンドリングに十分な強度を持たせるために、上
下に、ホール８〜１０を形成した電極用インクが印刷さ
れていないシートを数枚ずつ積層した後、等方圧プレス
機によって加熱圧着して積層体を作製した。積層体から
約２０ｍｍ角の個片に切断した後、脱バインダ、焼成を
行うことによって図３に示したコンデンサを作製した。
このコンデンサの３層の電極層のうち、中心の１層の貫
通内部電極が電源ラインに接続され、それを挟む２層の
内部電極がグランドラインに接続されることによって、
図１、図２に示した３端子コンデンサと等価になる。
【００８４】作製したコンデンサの隣接した１対の電源
ラインおよびグランドラインに接続されている端子にプ
ローブを当て、インピーダンスの周波数特性を測定した
ところ、ＬＣ共振周波数は約１００ＭＨｚに現れた。Ｌ
Ｃ共振周波数から実施例１に記したのと同じ手段で等価
直列インダクタンスを計算で求めたところ、約１０ｐＨ
となった。比較例（市販の０．０１μＦ積層セラミック
コンデンサ×２５個）においては、積層セラミックコン
デンサ１個の等価直列インダクタンスが約０．７ｎＨで
あったので、ＬＳＩの電源−グランド間に２５個並列に
接続した場合のインダクタンスは０．７ｎＨ／２５＝２
８ｐＨとなる。
【００８５】したがって、ＬＳＩの電源−グランド間に
接続したデカップリングコンデンサのインダクタンスは
本実施例が１０ｐＨ、比較例が２８ｐＨになることか
ら、本発明のデカップリングコンデンサの方が低いイン
ダクタンスを実現できていることになる。コンデンサ等
価直列回路を仮定した場合の１ＭＨｚにおける容量は、
比較例と合わせるために０．２５μＦになるように設計
した。
【００８６】作製したコンデンサを図６に示したように
ＣＳＰと基板の間に位置するようにＣＳＰ側に接続し
た。コンデンサとＣＳＰの接続には、ホールとＣＳＰ側
のバンプの位置が一致するようにフリップチップボンダ
ーを用いて接続した。その後、コンデンサのホールに直
径１２０μｍの半田ボールを数個ずつ挿入し、図６に示
したようなコンデンサ一体型ＣＳＰの形態の半導体装置
を作製した。実施例１と同様に、図１１（ａ）の等価回
路を用いてＬＳＩの負荷変動の際に生じる電源電圧の降
下を求めたところ、本実施例における半導体装置の方
が、ＬＳＩの電源−グランド間に設けたデカップリング
コンデンサのインダクタンスが小さいことから、ＬＳＩ
の電源電圧降下が小さくなることが明らかである。
【００８７】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
積層コンデンサが３端子型コンデンサを構成することか
ら、充分な容量、低い自己インダクタンス、高いＬＣ共
振周波数を有するコンデンサを実現することができる。
また、本発明の半導体装置は、ベアチップ、ＢＧＡ、Ｃ
ＳＰ型半導体装置等の半導体装置本体と本発明の積層コ
ンデンサとを合体させたものであるから、この積層コン
デンサが半導体装置本体の負荷変動時の電圧降下補償用
として機能し、電圧降下補償機能を内蔵した半導体装置
を実現することができる。そして、デカップリングコン
デンサを内蔵した本発明の半導体装置を、通常のＢＧ
Ａ、ＣＳＰ型半導体装置などと同様の方法で基板上に容
易に実装することができる。さらに、本発明の電子回路
基板によれば、近年のクロック周波数の高い半導体装置
にも充分に対応でき、動作安定性の高い電子回路基板を
実現することができる。また、基板上に本発明特有の半
導体装置を実装すれば、積層コンデンサの基板への実装
が困難、デカップリングコンデンサとＬＳＩの間の配線
のインダクタンス成分の低減が困難といった、従来の電
子回路基板の問題点を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の電子回路基板に用いるチップ型積層
セラミックコンデンサ（貫通内部電極１層）の構成を示
す図であって、（ａ）斜視図、（ｂ）（ａ）のＢ−Ｂ線
に沿う断面図、（ｃ）（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図、
である。
【図２】 本発明の電子回路基板に用いるチップ型積層
セラミックコンデンサ（貫通内部電極３層）の構成を示
す図であって、（ａ）斜視図、（ｂ）（ａ）のＢ−Ｂ線
に沿う断面図、（ｃ）（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図、
である。
【図３】 本発明の第１の実施の形態である積層コンデ
ンサの構成を示す図であって、（ａ）平面図、（ｂ）
（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（ｃ）はコンデンサの
一構成要素である貫通内部電極の平面図、（ｄ）内部電
極の平面図、である。
【図４】 同、積層コンデンサの各ホール近傍の拡大断
面図、である。
【図５】 本発明の第２の実施の形態である半導体装置
（ベアチップ一体型）の構成を示す断面図である。
【図６】 本発明の第３の実施の形態である半導体装置
（ＣＳＰ一体型）の構成を示す断面図である。
【図７】 本発明の第４の実施の形態である電子回路基
板の構成を示す図であって、（ａ）ＬＳＩ側から見た平
面図、（ｂ）断面図、である。
【図８】 本発明の第５の実施の形態である電子回路基
板の構成を示す図であって、（ａ）ＬＳＩと反対側から
見た平面図、（ｂ）断面図、である。
【図９】 本発明の第６の実施の形態である電子回路基
板の構成を示す断面図である。
【図１０】 従来の２端子型の積層セラミックコンデン
サの一例を示す図であって、（ａ）斜視図、（ｂ）
（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（ｃ）（ａ）のＣ−Ｃ
線に沿う断面図、である。
【図１１】 本発明の電子回路基板におけるＬＳＩの電
源電圧降下量のシミュレーションを説明するための図で
あって、（ａ）シミュレーションに用いた等価回路図、
（ｂ）ＬＳＩに流れる電流が急変した際の電源電圧の変
化を表す模式図、である。
【符号の説明】
１ 端子電極（貫通内部電極用） ２ 端子電極（内部電極用） ３，１１，１８，２４ 貫通内部電極 ４，１２，１９，２５ 内部電極 ５，７，１７，２６ 誘電体 ６ ビアホール ８ （ＬＳＩの電源ラインに接続される）ホール ９ （ＬＳＩのグランドラインに接続される）ホール １０ （ＬＳＩの信号ラインに接続される）ホール １３ ＬＳＩベアチップ １４，２１ （ＬＳＩの電源ラインに接続される）半田
ボール １５，２２ （ＬＳＩのグランドラインに接続される）
半田ボール １６，２３ ＬＳＩの信号ラインに接続されている半田
ボール ２０ ＣＳＰ ２７，３３ プリント基板 ２８ （ＬＳＩの電源ラインに接続される）配線 ２８’，３４ （ＬＳＩの電源ラインに接続される）パ
ッド ２９ （ＬＳＩのグランドラインに接続される）配線 ２９’，３５ （ＬＳＩのグランドラインに接続され
る）パッド ３０ （ＬＳＩの信号ラインに接続される）配線 ３０’（ＬＳＩの信号ラインに接続される）パッド ３１，３６ チップ型積層セラミックコンデンサ ３２ （プリント基板上の）銅配線 ３７ （プリント基板裏面の）銅配線 ３８ 半田バンプ ３９ 従来構造のチップ型積層セラミックコンデンサ ４０ 端子電極 ４１ 誘電体 ４２ 内部電極 ５０ コンデンサチップ
フロントページの続き (72)発明者 山道 新太郎 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 山崎 隆雄 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 嶋田 勇三 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内 Ｆターム(参考） 5E001 AB00 AB03 AC05 AD05 AZ01 5E082 AB03 AB06 BB10 BC14 FG26 JJ15 MM28

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の誘電体層と複数の電極層とが交互
    に積層されてなるコンデンサチップに、前記複数の誘電
    体層および前記複数の電極層を貫通する複数の孔が設け
    られ、これら複数の孔のうちの一部の孔の内面に、前記
    複数の電極層のうちの一部の電極層と電気的に接続され
    た導電体からなる第１の導電部が設けられるとともに、
    残りの孔のうちの少なくとも一部の孔の内面に、前記複
    数の電極層のうちの前記第１の導電部と電気的に接続さ
    れた電極層に隣接する電極層と電気的に接続された導電
    体からなる第２の導電部が設けられ、前記複数の孔の開
    口部を有する前記コンデンサチップの主面は前記誘電体
    層が露出していることを特徴とする積層コンデンサ。
  2. 【請求項２】 前記複数の孔のうち、前記第１の導電部
    が設けられた孔と前記第２の導電部が設けられた孔とを
    除く残りの孔の内面に導電体からなる第３の導電部が設
    けられ、該第３の導電部と前記複数の電極層とは電気的
    に接続されていないことを特徴とする請求項１に記載の
    積層コンデンサ。
  3. 【請求項３】 前記第１の導電部または前記第２の導電
    部または前記第３の導電部が設けられた孔の内部に導電
    体が埋設されていることを特徴とする請求項１または２
    に記載の積層コンデンサ。
  4. 【請求項４】 前記誘電体層の材料として、ペロブスカ
    イト構造を有する化合物を用いたことを特徴とする請求
    項１ないし３のいずれかに記載の積層コンデンサ。
  5. 【請求項５】 前記誘電体層の材料として、ペロブスカ
    イト構造を有する化合物と有機材料との複合体を用いた
    ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の
    積層コンデンサ。
  6. 【請求項６】 半導体装置本体の複数の端子パッドが設
    けられた面側に請求項１ないし５のいずれかに記載の積
    層コンデンサが固定され、前記複数の端子パッドのうち
    の電源用パッドと前記第１の導電部とが電気的に接続さ
    れ、接地用パッドと前記第２の導電部とが電気的に接続
    されたことを特徴とする半導体装置。
  7. 【請求項７】 半導体装置本体の複数の端子パッドが設
    けられた面側に請求項２に記載の積層コンデンサが固定
    され、前記複数の端子パッドのうちの電源用パッドと前
    記第１の導電部とが電気的に接続され、接地用パッドと
    前記第２の導電部とが電気的に接続され、信号用パッド
    と前記第３の導電部とが電気的に接続されたことを特徴
    とする半導体装置。
  8. 【請求項８】 前記半導体装置本体がベアチップからな
    ることを特徴とする請求項６または７に記載の半導体装
    置。
  9. 【請求項９】 前記半導体装置本体が半導体パッケージ
    からなることを特徴とする請求項６または７に記載の半
    導体装置。
  10. 【請求項１０】 前記第１の導電部または前記第２の導
    電部または前記第３の導電部が設けられた孔の内部に前
    記端子パッドに接続された半田ボールが装入され、これ
    ら半田ボールと前記導電部とが電気的に接続されている
    ことを特徴とする請求項６ないし９のいずれかに記載の
    半導体装置。
  11. 【請求項１１】 基板上に少なくとも半導体装置本体と
    ３端子型の積層コンデンサとが実装され、前記３端子型
    積層コンデンサが前記半導体装置本体の負荷変動の際に
    生じる電圧降下を補償するデカップリングコンデンサと
    して機能することを特徴とする電子回路基板。
  12. 【請求項１２】 前記３端子型積層コンデンサが、コン
    デンサチップをなす誘電体層中に設けられ基板上の電源
    ラインと電気的に接続された電源用電極層と、該電源用
    電極層の両面側にそれぞれ誘電体層を介して配置され基
    板上の接地ラインと電気的に接続された接地用電極層
    と、前記コンデンサチップの両端面に設けられ前記電源
    用電極層の両端と電気的に接続された端子電極とを有す
    ることを特徴とする請求項１１に記載の電子回路基板。
  13. 【請求項１３】 前記電源用電極層が複数層設けられ、
    これら複数の電源用電極層が、間に介在する誘電体層を
    貫通するビアホールを通じて互いに電気的に接続された
    ことを特徴とする請求項１２に記載の電子回路基板。
  14. 【請求項１４】 基板上に少なくとも半導体装置本体と
    請求項１ないし５のいずれかに記載の積層コンデンサと
    が実装され、前記積層コンデンサが前記半導体装置本体
    の負荷変動の際に生じる電圧降下を補償するデカップリ
    ングコンデンサとして機能することを特徴とする電子回
    路基板。
  15. 【請求項１５】 前記３端子型積層コンデンサもしくは
    前記積層コンデンサが、前記基板の前記半導体装置本体
    が実装された側の面に実装されたことを特徴とする請求
    項１１ないし１４のいずれかに記載の電子回路基板。
  16. 【請求項１６】 前記３端子型積層コンデンサもしくは
    前記積層コンデンサが、前記基板の前記半導体装置本体
    が実装された側と反対側の面に実装されたことを特徴と
    する請求項１１ないし１４のいずれかに記載の電子回路
    基板。
  17. 【請求項１７】 前記３端子型積層コンデンサもしくは
    前記積層コンデンサが、前記基板内に埋設されたことを
    特徴とする請求項１１ないし１４のいずれかに記載の電
    子回路基板。
  18. 【請求項１８】 基板上に少なくとも請求項６ないし１
    ０のいずれかに記載の半導体装置が実装されたことを特
    徴とする電子回路基板。
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