JP2002164253A - 電子部品に埋設するキャパシタ層を形成するために用いる薄い誘電層を備えたキャパシタ材料及びその製造方法 - Google Patents

電子部品に埋設するキャパシタ層を形成するために用いる薄い誘電層を備えたキャパシタ材料及びその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 層内の微細なボイドまたは他の構造的な欠陥
のないキャパシタ材料を提供する。 【解決手段】第１導電性層１と、当該第１導電性層１の
表面上に位置する第１誘電体層２と、前記第１誘電体層
２の上に位置する第２誘電体層５と、前記第２誘電体層
５の上に位置する第２導電性層４とからなり、第１導電
性層１と第２導電性層４との間に、第１誘電体層２と第
２誘電体層５とからなる誘電体層が狭持された構造を持
つキャパシタ材料８を用いることによる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主に誘電層にポリ
マーを用いたキャパシタを構成する材料に関する。より
詳細には、本発明は、プリント配線板または他のマイク
ロエレクトロニクス装置内に埋め込まれるポリマーキャ
パシタに関する。キャパシタは、誘電体によって分離さ
れた、一対の平行な導電層を備える。各導電層は、その
表面に誘電体層を有し、誘電体層同士で互いに貼り付け
られたものである。このキャパシタは、優れた耐ボイド
形成能（ｖｏｉｄ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を示すので
ある。
【０００２】
【従来の技術】キャパシタは、回路に容量を導入するた
めに使用される装置であり、主として、電気エネルギー
を蓄積し、直流電流の流れを阻止し、または交流電流の
流れを可能にするものとして機能する。キャパシタは、
銅フォイルなどの２つの電気的導電性のある導電材間
に、挟まれた誘電体材料を備えている。一般に、誘電体
材料は、ラミネーションまたは真空蒸着により形成され
る接着層であり、電気的に導通性のある導電材層と接合
している。
【０００３】米国特許第５，１５５，６５５号は、誘電
体材料の単一のシートが２つの導電性フォイルとともに
ラミネートすることでキャパシタを形成する１つの方法
を開示している。
【０００４】キャパシタの性能を最適化するためには、
用いられる誘電体材料が、優れた接着性、高い誘電強
度、および良好な柔軟性などの特徴を備えた良好な材料
特性を有することが重要である。
【０００５】キャパシタは、プリント配線板および他の
マイクロエレクトロニクス装置に関して一般的に用いら
れる構成部品である。キャパシタは、回路ボード上のデ
ィスクリート素子として電気的に接続されるか、または
回路ボード内に埋め込んで用いられる。一般的に、プリ
ント配線板の厚みを薄くしたり、部品実装面積を最大化
するために、プリント配線板の内層に埋め込まれたキャ
パシタを採用することが好ましい。
【０００６】キャパシタの電気容量は、キャパシタ層の
形状およびサイズと、絶縁材料の誘電率とに主に依存す
る。従来技術において誘電体材料としては様々なタイプ
のものが知られている。例えば、誘電体材料は、空気な
どの気体、真空、液体、固体、またはそれらの組み合わ
せであることができる。各材料は、独自の特定の特性を
有している。特に、プリント配線板で使用するためのキ
ャパシタの形成において、誘電体材料としてガラス繊維
の骨格材により強化されたポリマーマトリックスなどの
誘電体材料が使用されてきた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このタ
イプのキャパシタの性能は、キャパシタの柔軟性および
目標とする電気容量を達成できないものとなりやすい、
誘電体層の厚さを制御することに限界が生じ、導電性金
属層との接着強度を安定化することが出来ず、結果とし
て誘電率が低く、劣った誘電強度しか得られない等の問
題点を含んでいた。
【０００８】従って、市場では、高い誘電率を確保する
ために、誘電体材料の非常に薄い層を安定して形成でき
る方法が望まれ、同時にキャパシタ材料が薄くなると、
ハンドリング時に誘電層に割れが生じやすく、キャパシ
タとしての性能劣化を起こす要因となるため、ハンドリ
ング作業の容易化を図るための柔軟性を付与することが
求められてきたのである。
【０００９】更に、キャパシタを形成するために用いる
キャパシタ材料は、誘電体層を２０μｍ以下のレベルに
まで非常に薄くしようとすることから、誘電体層の中に
微細なボイドまたは他の構造欠陥が形成される場合があ
る。例えば、米国特許第５，１６１，０８６号は、２つ
の導電性フォイルのシート間の誘電体材料の単一の薄い
シートを用いたラミネート法を提供する。このタイプの
誘電体層は、ボイドの形成を非常に受け易く、ボイド発
生箇所の検出および修復には時間と費用が大幅にかかる
ことになる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】そこで、本件発明は、従
来技術の問題である誘電体層の高誘電率化が可能で、し
かも上述した柔軟性確保のための材料選択が容易とな
り、同時にボイドの発生を効率よく解決する事の出来る
層構成を備えたキャパシタ材料及びその製造方法を提供
するのである。
【００１１】特に、ボイド及びその他の形状欠陥の発生
を防止するための主要的観点として、誘電体層を単層で
構成することなく、２層の構成として、第１誘電体層と
第２誘電体層とを張り合わせるという概念を、本件発明
においては一貫して用いているのである。従って、キャ
パシタ材料の誘電体層持つ層構成は、２層の誘電体層か
ら構成されているのである。なお、最初に明記しておく
必要があるのは、第１誘電体層と第２誘電体層とを構成
する材料は、同一であっても、異種の材料を組み合わせ
ても良い点である。
【００１２】以下、本件発明に関して説明する。請求項
１には、第１導電性層と、当該第１導電性層表面上に位
置する第１誘電体層と、前記第１誘電体層上に位置する
第２誘電体層と、前記第２誘電体層上に位置する第２導
電性層とからなり、第１導電性層と第２導電性層との間
に、第１誘電体層と第２誘電体層とからなる誘電体層が
狭持されたキャパシタ材料としている。このキャパシタ
材の断面から見た層構成を模式的に表したのが図３であ
る。
【００１３】そして、請求項２には、第１導電性層と、
当該第１導電性層表面上に位置する第１誘電体層と、前
記第１誘電体層上に位置する第３誘電体層と、前記第３
誘電体層上に位置する第２誘電体層と、前記第２誘電体
層上に位置する第２導電性層とからなり、第１導電性層
と第２導電性層との間に、第１誘電体層／第３誘電体層
／第２誘電体層の３層からなる誘電体層が狭持されたキ
ャパシタ材料としている。このキャパシタ材の断面から
見た層構成を模式的に表したのが図４である。
【００１４】このように誘電体層を２層又は３層の複数
層の構成とすることで、第１誘電体層を構成する材料と
第２誘電体層を構成する材料、更には第３誘電体層を構
成する材料の任意の組み合わせを実現し、誘電率の設計
が可能となり、しかも同時に誘電体層の柔軟性を改善す
ることも可能となるのである。
【００１５】そして、キャパシタ材料として用いるため
には、誘電体層の両面に導電性層が存在していなければ
ならない。ここでは、その導電性層を第１導電性層と第
２導電性層と区別して用いているが、これは第１導電性
層と第２導電性層とを、同一の導電性素材で構成する場
合に限らず、異種の導電素材を用いる場合をも含むこと
を意図するしているからである。
【００１６】上述した誘電体層を構成する第１誘電体層
及び第２誘電体層は、請求項３に記載したように、高分
子樹脂である熱硬化性ポリマー、熱可塑性ポリマー、無
機材料の群から選択された材料を任意に組み合わせて用
いることが可能である。従って、第１誘電体層及び第２
誘電体層共に高分子樹脂材を用いる場合、第１誘電体層
には高分子樹脂材を用い、第２誘電体層には無機材料を
用いる場合等の組み合わせが可能なことを意味するので
ある。
【００１７】更に、請求項４に記載したように、第１誘
電体層、第２誘電体層を高分子樹脂で構成した場合にお
いては、そこにフィラーを含有させることが可能であ
る。ここで言うフィラーは、高分子樹脂の使用量を減少
させ経済性を高めると共に、誘電率を向上させることの
出来る材質のものを用いることが望ましい。
【００１８】また、当該フィラーの含有量は、請求項５
に記載したように、フィラーを含む高分子樹脂の全体の
容量を１００ｖｏｌ％としたときに、当該フィラーが５
ｖｏｌ％から８０ｖｏｌ％含有する状態とすることが好
ましい。フィラーが５ｖｏｌ％未満の場合には、誘電率
を向上させる効果が顕著ではなく、８０ｖｏｌ％をこえ
ると構成した誘電体層の脆化が著しくなるためである。
また、より好ましくは、フィラーの含有量を１０ｖｏｌ
％から５０ｖｏｌ％の範囲とする場合である。この範囲
であれば、誘電体層の誘電率を効率的に向上させると共
に、フィラー原料の種類に依存することなく脆化現象を
殆ど起こすことが無くなるためである。
【００１９】また、フィラー以外にも、誘電体層に、着
色するための原料と考えることもできる、誘電層の透明
度を制御することも可能となり、ＣＣＤを用いた自動検
査等におけるコントラスト制御を行うために、染料また
は顔料を含むことも可能である。
【００２０】上述してきたフィラーは、請求項６に記載
したように、セラミックス、チタン酸バリウム、窒化ボ
ロン、酸化アルミニウム、シリカ、チタン酸ストロンチ
ウム、チタン酸ストロンチウムバリウム、水晶、非セラ
ミックスのフィラー及びそれらの組み合わせからなる群
から選択されるものを用いることが好ましい。これら
は、上述した含有率の範囲で、耐吸湿性に優れ、誘電体
層の誘電率向上に寄与し、且つ、誘電体層の脆化を引き
起こさないものなのである。ここで非セラミックのフィ
ラーとは、樹脂粉等のことである。
【００２１】誘電体層である第１誘電体層、第２誘電体
層の構成には、請求項７に記載したように、高分子樹脂
として熱硬化性ポリマー、熱可塑性ポリマーを用いるこ
とができる。具体的には、エポキシ、ポリエステル、コ
ポリマーを含むポリエステル、芳香族熱硬化性コポリエ
ステル、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ、Ｓｕｎｎｙｖａｌｅの
Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｉ
ｎｃ．からＦｌａｒｅＴＭとして入手可能なポリアリレ
ンエーテルおよびフッ素を含むポリアリレンエーテル、
ポリイミド、ベンゾシクロブテン（Ｃｙｃｌｏｔｅｎｅ
としてＤｏｗから入手可能）、液晶ポリマー（Ｋｕｒａ
ｒａｙから入手可能）、アリルを含む（ａｌｌｙｌａｔ
ｅｄ）ポリフェニレンエーテル（Ａｓａｈｉ Ｃｈｅｍ
ｉｃａｌから入手可能）、アミン、チタン酸バリウム
（ＢａＴｉＯ３）、窒化ボロン（ＢＮ）、酸化アルミニ
ウム（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ、チタン酸ストロンチウ
ム、チタン酸ストロンチウムバリウム、水晶、および他
のセラミック無機材料と非セラミック無機材料などの無
機材料及びそれらの組み合わせからなる群から選択され
る材料である。
【００２２】これらの高分子樹脂は、耐吸湿特性に優れ
ており、当然にキャパシタの誘電体層に求められる誘電
率を満足する特性を備えている。しかも、ポリマー溶液
とすることが容易であるか、薄く均一に塗布することが
可能であるか、また薄いシートに加工するが容易である
かのいずれかの特色を備えており、後述する製造過程に
おいて使用が容易という特徴を備えているのである。
【００２３】熱硬化性ポリマー、熱可塑性ポリマー、無
機組成物のそれぞれを単独でも、またはそれらの組み合
わせて混合して用いても構わない。芳香族熱硬化性コポ
リエステルは、米国特許第５，４３９，５４１号および
５，７０７，７８２号に記載されたコポリエステルを含
むものである。これらの材料の最も好ましい誘電体は、
液体ポリイミド樹脂、またはポリイミド樹脂混合物であ
る。ポリイミド樹脂自体が、高い電気的強度、良好な絶
縁特性、および高い軟化点を有し、多くの薬品に対して
優れた耐性を示すものである。ポリイミド樹脂の中で
も、約１６０℃から約３２０℃のガラス転移温度（Ｔ
ｇ）を有しているものが好ましい、更に約１９０〜２７
０℃のガラス転移温度のものを採用することが、プレス
加工時の樹脂流れの制御が容易となり、製造工程を容易
にする観点から好ましい。
【００２４】これに対し、請求項８に記載しているよう
に、第１誘電体層及び／又は第２誘電体層を無機材料で
構成する場合には、セラミックス、チタン酸バリウム、
窒化ボロン、酸化アルミニウム、シリカ、チタン酸スト
ロンチウム、チタン酸ストロンチウムバリウム、水晶、
およびそれらの組み合わせからなる群から選択される材
料を用いることが好ましい。ここに掲載した素材は、実
質的には、上述したフィラーの材質と共通するものであ
り、高い誘電率を確保するとの観点から選択したもので
あることが理解できる。
【００２５】そして、請求項２に記載した第３誘電層
は、製造したキャパシタ材料の機械的強度を向上させる
ことを目的として、曲げ変形時の変形歪みを効率よく吸
収できる能力に優れたポーラスな材料として、請求項１
２に記載したように紙、ガラスクロス等を用いて形成す
るのである。
【００２６】次に、第１導電性層と第２導電性層とで構
成する導電性層は、請求項９に記載したように０．５μ
ｍから２００μｍの厚さを備えるものとして用いられ
る。そして、この導電性層は、請求項１１に記載したよ
うに、銅、亜鉛、真鍮、クロム、クロム酸塩、窒化チタ
ン、ニッケル、シラン、アルミニウム、ステンレス鋼、
鉄、金、銀、チタンの群より選択された材料を持って構
成することができる。上述してきた誘電体層との接着強
度の安定性、及びキャパシタ材料の用途を考慮して導き
出されるものである。そのような導電性材料の例は、米
国特許第５，６７９，２３０号に開示されている。
【００２７】更に、第１誘電体層及び第２誘電体層若し
くは第１誘電体層／第３誘電体層／第２誘電体層として
構成される誘電体層は、請求項１０に記載したように２
μｍから２００μｍの厚さとすることが求められる。こ
の誘電体層の厚さは、キャパシタとしての電気容量を決
定付ける重要な要因であり、誘電体層の厚さが薄くなる
ほど、電気容量が大きくなる。現行の市場要求を反映さ
せれば、市場に安定供給できていない誘電体層の厚さが
２０μｍ以下のキャパシタ材料が求められることにな
る。しかしながら、本件発明に係るキャパシタ材料の層
構成を採用することでキャパシタの性能安定性及び生産
歩留まりが飛躍的に向上するのである。
【００２８】以上に述べてきたキャパシタ材料の誘電体
層は、厚さ１ミル当り、２０００ボルト以上の誘電強
度、好ましくは、厚さ１ミル当り約２０００ボルトから
約１００００ボルトの範囲に制御されていること、より
好ましくは、厚さ１ミル当り約２０００ボルトから約６
０００ボルトの誘電強度に制御されていることが望まれ
る。また、キャパシタとしての好ましい電気容量は、少
なくとも約２５０ｐＦ／ｃｍ２、より好ましくは約２５
０ｐＦ／ｃｍ２から約４００００ｐＦ／ｃｍ２に制御さ
れていることが望ましい。
【００２９】ここまで述べてきたキャパシタ材料は、一
般のプリント配線板と同様のエッチングプロセスを経
て、キャパシタ材料の第１導電性層及び第２導電性層が
エッチング加工され、キャパシタ回路形状、必要に応じ
た導通回路形状が作成され多層プリント配線板の内層材
料として用いられることになるのである。以下、キャパ
シタ材料の製造方法について説明する。
【００３０】請求項１３には、第１導電性層の表面上に
第１誘電体層を形成した誘電体層付第１導電性シート
と、第２導電性層の表面上に第２誘電体層を形成した誘
電体層付第２導電性シートとを用いて、前記誘電体層付
第１導電性シートの第１誘電体層と誘電体層付第２導電
性シートの第２誘電体層とを対向させて重ね合わせ積層
成形することで、第１導電性層と第２導電性層との間に
第１誘電体層と第２誘電体層とからなる誘電体層を形成
することを特徴としたキャパシタ材料の製造方法として
いる。
【００３１】ここに述べた製造方法は図２として表した
ものである。即ち、図１に示した第１導電性層１の表面
上に第１誘電体層２形成した誘電体層付第１導電性シー
ト３と、図１に示した第２導電性層４の表面上に第２誘
電体層５を形成した誘電体層付第２導電性シート６とを
用意して、図２に示したように誘電体層付第１導電性シ
ート３の第１誘電体層２と誘電体層付第２導電性シート
６の第２誘電体層５とを対向させて重ね合わせ積層成形
することで、図３に示したような第１導電性層１と第２
導電性層４との間に第１誘電体層２と第２誘電体層５と
からなる誘電体層７を形成するのである。
【００３２】このような製造方法において採用される積
層方法は、一般に熱間プレス加工である。この積層加工
時に２枚の誘電体層付導電性シートは共に押しつけられ
る。このとき結果として、第１誘電体層と第２誘電体層
とが、熱で軟化して強く押しつけられることになる。図
３に示したキャパシタ材料８の熱間プレス加工は、誘電
体材料から残留溶剤を揮発させ、誘電体を半硬化または
完全硬化させるのである。従って、加熱は、約１００°
Ｆから約６００°Ｆの温度で、約１分から１２０分間程
度行うものである。この挙動により、それぞれの誘電体
の表面に存在するディンプル状の凹凸、誘電体層の内部
に内包されたボイドが消失する事になる。特に、熱間プ
レス加工する際に雰囲気を低圧状態にする所謂真空プレ
ス装置を用いることで効率よくボイドの解消が可能とな
るのである。
【００３３】このようにして誘電体層の内部に内包され
るボイド及びその他の形状欠陥を消しさることができる
のである。従って、均一で厚さ精度に優れた薄い誘電体
層が得られ、キャパシタとしての信頼性および物理的な
強度を増大させ、製造欠陥の原因を排除するのである。
【００３４】誘電体層付導電性シートは、銅箔等に代表
される金属箔シートの表面に誘電体層を設けるか、誘電
体層を構成する樹脂シートの表面にスパッタリング、蒸
着その他の気相堆積法を用いて導電性層を形成すること
で得られる。このとき前者の方法を採用するにあたって
は、金属箔シートの表面に、請求項１６及び請求項１７
に記載したように液体ポリマー材料を塗布して乾燥させ
ることにより製造することが望ましい。液体ポリマーを
用いることで、誘電体層の厚さのコントロールが容易と
なるからである。従って、液体ポリマーの塗布には、ド
クターブレード、スロットダイ、リバースロールその他
などのメータリング装置を用いて、誘電体層の厚みを任
意に調整することができるものを用いることが好まし
い。また、誘電体層の形成は、その構成材料が容易に溶
融できる場合には、溶融押し出し法で行うこともでき、
更に、当該構成材料が容易に気化し再凝結することがで
きるものである場合には、気相堆積法である化学気相蒸
着法等を採用することも可能である。
【００３５】液体ポリマーを塗布する際の厚さの制御お
よび均一化を可能にするために、液体ポリマーとして
は、通常、約５０００から約３５０００センチポアズの
範囲の粘性、好ましくは１５０００から２７０００セン
チポアズの粘性を有する。ポリマー溶液は、重量割合で
１０ｗｔ％から６０ｗｔ％のポリマー、好ましくは１５
ｗｔ％から３０ｗｔ％のポリマーを含み、溶液の残りの
部分は１つまたは複数の溶剤を含むものである。そし
て、単一の溶剤を用いることが好ましい。最も好適な溶
剤は、アセトン、メチルエチルケトン、Ｎ−メチルピロ
リドン、Ｎ，Ｎジメチルフォーママイド、Ｎ，Ｎジメチ
ルアセタマイドである。中でも、最も好ましい単一の溶
剤は、Ｎメチルピロリドンである。但し、これらを混合
して用いることも可能であることも確認的に記載してお
く。
【００３６】液体ポリマーの代わりに樹脂シートを用い
る場合には、好ましくは、約２１０℃から約３１０℃、
より好ましくは約２３０℃から約２９０℃の温度で、圧
力を掛けて行われる。時間は、約１分から約６０分、好
ましくは約１分から約３０分程度の時間が採用される。
このときの圧力は、少なくとも水銀柱２８インチの真空
下で行われ、約１００ｐｓｉから約４００ｐｓｉ、好ま
しくは約１２５ｐｓｉから約３００ｐｓｉの圧力に維持
して、金属箔とラミネートすることが望ましい。
【００３７】以上に述べた請求項１３に記載の製造方法
と基本的に同様の手法を採用しているのが、請求項１５
に記載の方法である。これは、第１導電性層の表面上に
第１誘電体層を形成した誘電体層付第１導電性シート
と、第２導電性層の表面上に第２誘電体層を形成した誘
電体層付第２導電性シートと、第３誘電体層の形成材料
とを用いて、前記誘電体層付第１導電性シートの第１誘
電体層と誘電体層付第２導電性シートの第２誘電体層と
を対向させ、その間に第３誘電体層の形成材料を挿入し
て重ね合わせ積層成形することで、第１導電性層と第２
導電性層との間に第１誘電体層／第３誘電体層／第２誘
電体層とからなる３層の誘電体層を形成することを特徴
としたキャパシタ材料の製造方法である。即ち、図４に
示す断面図から明らかなように、第１誘電体層２と第２
誘電体層５との間に第３誘電体層９を挟み込んで積層す
るのであるから、基本的には請求項１３の内容と実質的
には同様であるため、詳細な説明は重複したものとなる
ため省略する。
【００３８】請求項１４には、第１誘電体層と第２誘電
体層とを積層した状態の誘電体層を形成し、この誘電体
層の両外層面に、導電性層を形成することで第１導電性
層と第２導電性層との間に第１誘電体層と第２誘電体層
とからなる誘電体層を形成することを特徴としたキャパ
シタ材料の製造方法としている。そして、この製造方法
と、基本的に共通するのが請求項１６に記載した、第１
誘電体層と第２誘電体層と第３誘電体層と第１誘電体層
／第３誘電体層／第２誘電体層の順で積層した状態の誘
電体層を形成し、この誘電体層の両外層面に、導電性層
を形成することで第１導電性層と第２導電性層との間に
第１誘電体層／第３誘電体層／第２誘電体層とからなる
３層の誘電体層を形成することを特徴とした請求項２〜
請求項１２のいずれかに記載のキャパシタ材料の製造方
法である。
【００３９】ここで第１誘電体層と第２誘電体層とを積
層した状態の誘電体層を形成する方法としては、請求項
２２及び請求項２３に記載した半硬化した状態の樹脂シ
ートと樹脂シートとを積層するか、半硬化した樹脂シー
トの片面に請求項２０及び請求項２１に記載したように
液体ポリマーを塗布して乾燥させるかの方法を採用する
ことが好ましい。また、第１誘電体層／第３誘電体層／
第２誘電体層の３層の構造とする場合にも、それぞれの
シート状の材料を重ねて積層するか、紙、ガラスクロス
である第３誘電層の表面に液体ポリマーを塗布すること
で第１誘電体層及び第２誘電体層を構成することが可能
である。このとき、半硬化状態の第１誘電体層と半硬化
状態の第２誘電体層とが、完全に接着硬化した状態では
なく、少なくとも仮接着した状態であれば良い。最終的
に完全硬化させればよいものであるからである。但し、
導電性層を金属箔を用いて形成する場合には、半硬化の
状態としていなければならない。熱間プレス加工の段階
で、誘電体層を構成する樹脂が軟化して再流動すること
で、接着するからである。
【００４０】これに対し、導電性層をスパッタリング、
蒸着等を用いて行う場合には、完全硬化した状態であっ
ても構わないのである。仮に、誘電体層が半硬化の状態
で蒸着により導電性層を形成しても、その後再加熱する
アフターベーキングすることにより、誘電体層を完全硬
化することも可能となるのである。
【００４１】以上に述べたことから理解できるように、
導電性層の形成に金属箔を用いる場合について、請求項
１７に、導電性層は、金属箔を用いることにより形成す
るものであるキャパシタ材料の製造方法として記載して
いる。このように金属箔を用いるのは、導電性層が３μ
ｍ厚以上のものに適用することが望ましい。また、金属
箔を用いることは、導電性層の膜厚安定性を確保するた
めには極めて有効な方法である。なお、特に銅箔を用い
る場合には、銅箔が光沢面と、粗面とを備えているが、
誘電体層を形成する面はいずれの面であっても構わな
い。光沢面に誘電体層を形成すれば、非常に平滑である
ため誘電体層厚を均一化する効果が得られ、粗面に誘電
体層を形成すれば誘電体層と銅箔との界面の接着強度を
高くすることが可能となる。
【００４２】そして、請求項１８には、導電性層は、ス
パッタリング、蒸着その他の気相堆積法を用いて形成す
るものであるキャパシタ材料の製造方法としている。こ
れらの方法は、金属箔の適用できる厚さ以下の導電性層
を形成する場合に適用することが望ましい。これらの方
法で、逆に厚い金属膜を得ようとすると、製造時間及び
製造コストが増大し、製品価格を跳ね上げることになる
からである。
【００４３】更に、以上に述べてきた導電性層の形成
に、金属箔を使用する場合と、スパッタリング、蒸着そ
の他の気相堆積法を用いる場合とを同時に併用すること
が出来る。即ち、請求項１９に記載したように、第１導
電性層と第２導電性層の内、いずれか一方の導電性層
は、金属箔を張り付けることにより形成し、他方の導電
性層をスパッタリング、蒸着その他の気相堆積法を用い
て形成するのである。このようなキャパシタ材料の製造
方法によれば、キャパシタ材料としてのトータル厚さの
管理も容易となり、製造する製品の品種に合わせた生産
コストの最適化及び最小限化を可能とするのである。
【００４４】本件発明に係るキャパシタ材料は、様々な
プリント配線板製造の場で使用するのが一般的である。
例えば、本発明のキャパシタは、リジット基板、フレキ
シブル基板、ＴＡＢテープ等のチップキャリアパッケー
ジなどに応用され、各種マイクロエレクトロニクス装置
に用いられる。
【００４５】
【発明の実施の形態】以下、本件発明の実施形態につい
て説明する。
【００４６】第１実施形態： 電解法で製造した公称厚
さ３５μｍ（１オンス）の銅箔であって、幅０．６４ｍ
のロールを、繰り出しローラ（ｕｎｗｉｎｄ ｒｏｌｌ
ｅｒ）に装着し、０．３ｍ×０．３ｍ角の銅箔サンプル
を採取し、銅箔の単位重量の確認を行った。
【００４７】繰り出しローラから巻き出された銅箔は、
適宜配置されたテンションローラで一定の張力を維持し
つつ、オーブン内を走行し、アイドルローラを通り、巻
き取りローラへ巻き取られるという経路を走行するので
ある。このとき、銅箔は、１インチ幅当り４ポンドの張
力をかけられた状態で、オーブン内の赤外線ヒータを用
いた３つの加熱帯である１５０℃、２３２℃、および３
１６℃に設定されたゾーンを通過するものとした。巻き
取りローラは、駆動モータと連結しており、銅箔の走行
速度が１．２メートル／分に設定した。エッジガイドを
取り付け、オーブンを通る銅箔の適切な直線走行性を確
保した。
【００４８】液体ポリイミド樹脂が、ステンレス鋼製の
混合バット内で、溶剤にＮ−メチルピロリドンを用い
て、２５％固形分、約２００００センチポイズの粘度に
調整した。液体ポリイミド溶液は、ディスペンスシステ
ムに供給され、約５０μｍの膜厚を形成するよう、走行
する銅箔の光沢面に塗布した。
【００４９】そして、ドクターブレードを用いて、厚さ
４３μｍの液体ポリイミド樹脂層とし、加熱帯を通過さ
せた。その結果、厚さ約７．６μｍの半硬化状態で乾燥
した誘電体層として巻き取りロールに巻き取り、その
後、所望のサイズにカットして誘電体層付導電性シート
を得た。
【００５０】加熱帯内で、溶剤が揮発し液体ポリイミド
樹脂が硬化する場合、液体ポリイミドが塗布された銅箔
が最初にオーブンへ入ると、初期温度の低下が起こると
考えられる。そこで、オーブン内の温度が定常状態にな
ったところで、誘電体層付銅箔シートのサンプルを採取
し、この誘電体層付銅箔シート重量から前述した銅箔の
単位重量を差し引いた値を、フィルム厚さへ変換するた
めのポリイミド密度を使用して誘電体層厚さを算出し
た。この厚さを参考にして、銅箔表面へ供給する液体ポ
リイミドの量、またはドクターブレードのブレード高さ
の調整を行った。この操作を、所望の誘電体層厚さが得
られるまで繰り返し行った。
【００５１】以上のようにして得られた２枚の誘電体層
付銅箔シートを用いて、相互の誘電体層を対向して重ね
合わせて、２７５℃×３０分で１５０ｐｓｉの油圧下
で、プレス積層して張り合わせることによって板状のキ
ャパシタ材料を製造した。プレス雰囲気は、水銀２８イ
ンチの真空下で行った。この方法で得られたキャパシタ
材料は、２〜３％の残留溶剤を含む半硬化状態のポリイ
ミド誘電体層を備え、２つの銅箔層を備えたものとな
る。
【００５２】このキャパシタ材料は、所定の大きさに切
断され、銅箔層に回路パターンを形成するためのエッチ
ング処理が行われ、多層プリント配線板の内層コア材と
してのキャパシタ付コア材料とした。その後、キャパシ
タ付コア材料は、外観検査され、その後、５００ボルト
での電気的な短絡試験を行った。その結果、形成したキ
ャパシタは、少なくとも２５０ｐＦ／ｃｍ２の容量、お
よび少なくとも２０００ボルト／ｍｉｌの誘電体絶縁破
壊電圧を備えていた。
【００５３】第２実施形態： 第１実施形態で得られた
２枚の誘電体層付銅箔シートを用いて、相互の誘電体層
を対向させ、その間に５０μｍ厚のガラスクロスを１枚
挿入して、２７５℃×３０分で１５０ｐｓｉの油圧下
で、プレス積層して張り合わせることによって３層の構
造を持つ誘電体を備えた板状のキャパシタ材料を製造し
た。そして、第１実施形態と同様の方法でキャパシタを
形成し、同様の性能試験を行った。その結果、形成した
キャパシタは、少なくとも１００ｐＦ／ｃｍ２の容量、
および少なくとも２５００ボルト／ｍｉｌの誘電体絶縁
破壊電圧を備えていた。
【００５４】第３実施形態： 第１実施形態の液体ポリ
イミドの中に、５０ｖｏｌ％のチタン酸バリウム（Ｂａ
ＴｉＯ３）をフィラーとして混合することを除いて、そ
の他の条件等同様である。従って、ここでの重複した記
載は省略する。本実施形態で得られた電気容量は、少な
くとも２．０ｎＦ／ｃｍ２増加し、少なくとも１０００
ボルト／ｍｉｌの誘電体絶縁破壊電圧を有している。
【００５５】第４実施形態： 窒化ボロンを、第３実施
形態のチタン酸バリウムの代わりにフィラーとして用
い、その他第３実施形態と同様である。従って、ここで
の重複した記載は省略する。本実施形態で得られた電気
容量は、少なくとも３２５ｐＦ／ｃｍ２増加し、少なく
とも１０００ボルト／ｍｉｌの誘電体絶縁破壊電圧を有
している。
【００５６】第５実施形態： 第１実施形態に置いて、
巻き取りロールに巻き取った誘電体層付銅箔ロールの２
本を用いて、連続ラミネート法により、３００℃で３０
０ｐｓｉの連続的なホットロールプレスを用いて連続積
層し、その後所望のキャパシタ材料のサイズにカットし
た。そして、そのキャパシタ材料は、最終硬化を行うた
めに、ポストベーキング（ｐｏｓｔ ｌａｍｉｎａｔｉ
ｏｎ ｏｖｅｎ ｂａｋｅ）を行った。
【００５７】第６実施形態： 液体ポリイミドの銅箔面
への塗布を押し出しコータを用いて行い誘電体層付銅箔
を製造し、誘電体層付銅箔のラミネーションをニップロ
ールプロセスで行ったことを除いて、第１実施形態と同
様である。但し、ここでは液体ポリイミドにフィラーを
含有させ、ポリイミドと同時にフィラーを分散含有させ
た。
【００５８】第７実施形態： 誘電体層を形成する銅箔
の光沢側に、ポリイミドに対する密着性を高めるため
の、ノジュール（ｎｏｄｕｌｅ）を形成したことを除い
て、第１実施形態と同様である。このときの最大ノジュ
ールサイズは、液体ポリイミドの均一な塗布が可能で、
バブル発生の無きよう、１２０μｉｎｃｈより小さいも
のでなければならない。
【００５９】第８実施形態： 第１のフィラーとしてナ
ノファイバ（ＰＢＯ）を、体積で３０ｖｏｌ％となるよ
う液体ポリイミドに含ませる。ナノファイバは、寸法安
定性および引き裂き抵抗を向上させるために用いた。ナ
ノファイバパルプを用いて、ファイバを分解するための
機械的方法（ボールミルなど）により、液体ポリイミド
とともに処理した。そして、一方で、第２のフィラーと
してチタン酸バリウムを、高い剪断混合を用いて、他の
液体ポリイミドと混合した。上述した２つの組成の液体
ポリイミドを、低い剪断ミキサを用いて混合し、２つの
フィラーを含んだ液体ポリイミドとした。そして、第１
実施形態と同様の方法を用いて誘電体層付銅箔シートと
した。
【００６０】第９実施形態： １オンスの銅箔の粗面
に、ノジュールとして微細銅粒を付着形成し粗化面とし
た。そして、亜鉛クロメートの層を、その両面に形成
し、粗化面側に、スポット不良を防ぐために有機層を形
成し、ガンマ−アミノ−プロピルトリエトキシシランを
用いて光沢面側をカップリング剤処理し、ポリイミドと
の密着性を促進するものとした。
【００６１】そして、Ｎ−メチルピロリジノン（ＮＭ
Ｐ）に溶解した液体ポリイミド樹脂を、光沢面側に塗布
する。塗布には、ブレードコータを用いて、気泡のない
均一な膜厚を形成する。
【００６２】その後、溶剤を揮発させ、ポリイミド樹脂
をオーブン内で硬化させ、誘電体層付銅箔シートとし
た。この誘電体層付銅箔シートの２枚を誘電体層を対向
して重ね合わせて、油圧１５０ｐｓｉの圧力で２７５℃
×３０分間の条件でプレス積層しキャパシタ材料を得
た。プレス雰囲気には、水銀２８インチの真空下で行っ
た。
【００６３】プレス加工が終了すると、結果としてのラ
ミネートは、キャパシタ材料を所定のサイズに切断し、
キャパシタ回路をエッチングにより形成した。エッチン
グプロセスは、酸洗浄および水すすぎによる銅の清浄化
と、感光性レジスト層を形成し、当該レジストを露光す
るためＵＶ露光装置を用い、所望の回路パターンを露光
し、炭酸ナトリウムによる現像および塩化第二銅でのエ
ッチング後、レジストは、所望の銅パターンを残す水酸
化カリウムを使用して剥離した。
【００６４】エッチング加工が終了すると、結果として
キャパシタ付コア材料が得られ、目視で検査され、その
後回路ショートの電気的検査が行われる。この回路ショ
ート試験は、直流で５００ボルトで行った。
【００６５】
【発明の効果】本件発明に係るキャパシタ材料は、誘電
層の材料設計が容易となり、誘電率をしよう目的に合わ
せて任意に調節することが容易となり、誘電層内に発生
していたボイド等の構造欠陥を無くすることが出来るた
め、最終的にキャパシタ回路を形成して用いる場合のキ
ャパシタ性能の安定化が可能となる。そして、本件発明
に係る製造方法を用いることで、容易且つ高い生産性で
当該キャパシタ材料を製造することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】１対の導電性フォイルを表す図。
【図２】誘電体層付導電体シートを用いた場合の積層イ
メージ。
【図３】キャパシタ材料の模式断面図。
【図４】キャパシタ材料の模式断面図。
【符号の説明】
１ 第１導電性層 ２ 第１誘電体層 ３、６ 誘電体層付導電性シート ４ 第２導電性層 ５ 第２誘電体層 ７ 誘電体層 ８ キャパシタ材料 ９ 第３誘電体層
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｋ 1/16 Ｈ０５Ｋ 1/16 Ｄ (72)発明者 エドワード シー．スコルプスキー アメリカ合衆国 ニューヨーク州 スティ ルウオータ 119 アールティー．４ (72)発明者 スコット ツィマーマン アメリカ合衆国 07920 ニュージャージ ー州 バスキングリッジ，ウッドセンド 230 (72)発明者 ゴードン スミス アメリカ合衆国 60005 イリノイ州 ア ーリントン ハイツ，ハイランド アベニ ュー 1432Ｓ Ｆターム(参考） 4E351 BB03 BB30 BB32 DD04 DD05 DD06 DD08 DD10 DD17 DD19 DD21 DD28 DD48 5E082 BC38 EE03 EE05 EE23 EE25 EE26 EE37 FF14 FF15 FG06 FG07 FG25 FG26 FG27 FG34 PP09

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１導電性層と、当該第１導電性層表面
    上に位置する第１誘電体層と、前記第１誘電体層上に位
    置する第２誘電体層と、前記第２誘電体層上に位置する
    第２導電性層とからなり、 第１導電性層と第２導電性層との間に、第１誘電体層と
    第２誘電体層とからなる誘電体層が狭持されたキャパシ
    タ材料。
  2. 【請求項２】 第１導電性層と、当該第１導電性層表面
    上に位置する第１誘電体層と、前記第１誘電体層上に位
    置する第３誘電体層と、前記第３誘電体層上に位置する
    第２誘電体層と、前記第２誘電体層上に位置する第２導
    電性層とからなり、 第１導電性層と第２導電性層との間に、第１誘電体層／
    第３誘電体層／第２誘電体層の３層からなる誘電体層が
    狭持されたキャパシタ材料。
  3. 【請求項３】 第１誘電体層及び第２誘電体層は、高分
    子樹脂である熱硬化性ポリマー、熱可塑性ポリマー、無
    機材料の群から選択された材料よりなる請求項１又は請
    求項２に記載のキャパシタ材料。
  4. 【請求項４】 第１誘電体層及び／又は第２誘電体層
    は、フィラーを含む高分子樹脂材で構成されたものであ
    る請求項１〜請求項３のいずれかに記載のキャパシタ材
    料。
  5. 【請求項５】 第１誘電体層及び／又は第２誘電体層
    は、フィラーを含む高分子樹脂で構成されており、当該
    フィラーを５ｖｏｌ％から８０ｖｏｌ％含有する高分子
    樹脂で構成したものである請求項１〜請求項４のいずれ
    かに記載のキャパシタ材料。
  6. 【請求項６】 フィラーは、セラミックス、チタン酸バ
    リウム、窒化ボロン、酸化アルミニウム、シリカ、チタ
    ン酸ストロンチウム、チタン酸ストロンチウムバリウ
    ム、水晶、非セラミックスのフィラー及びそれらの組み
    合わせからなる群から選択される請求項１〜請求項５の
    いずれかに記載のキャパシタ材料。
  7. 【請求項７】 第１誘電体層及び／又は第２誘電体層を
    構成する熱硬化性ポリマー及び熱可塑性ポリマーは、エ
    ポキシ、ポリエステル、コポリマーを含むポリエステ
    ル、ポリアリレンエーテル、フッ素を含むポリアリレン
    エーテル、ポリイミド、ベンゾシクロブテン、液晶ポリ
    マー、アリルを含むポリフェニレンエーテル、アミン及
    びそれらの組み合わせからなる群から選択される材料か
    らなる請求項１〜請求項６のいずれかに記載のキャパシ
    タ材料。
  8. 【請求項８】 第１誘電体層及び／又は第２誘電体層を
    構成する無機材料は、セラミックス、チタン酸バリウ
    ム、窒化ボロン、酸化アルミニウム、シリカ、チタン酸
    ストロンチウム、チタン酸ストロンチウムバリウム、水
    晶、およびそれらの組み合わせからなる群から選択され
    る材料からなる請求項１〜請求項７のいずれかに記載の
    キャパシタ材料。
  9. 【請求項９】 導電性層は、０．５μｍから２００μｍ
    の厚さを備えた請求項１〜請求項８のいずれかに記載の
    キャパシタ材料。
  10. 【請求項１０】誘電体層は、２μｍから２００μｍの厚
    さを備えた請求項１〜請求項８のいずれかに記載のキャ
    パシタ材料。
  11. 【請求項１１】導電性層は、銅、亜鉛、真鍮、クロム、
    クロム酸塩、窒化チタン、ニッケル、シラン、アルミニ
    ウム、ステンレス鋼、鉄、金、銀、チタンの群より選択
    された材料からなる請求項１〜請求項１０のいずれかに
    記載のキャパシタ材料。
  12. 【請求項１２】第３誘電体層は、紙、ガラスクロス等の
    ポーラスな材料を用いて構成したものである請求項２〜
    請求項１１のいずれかに記載のキャパシタ材料。
  13. 【請求項１３】 第１導電性層の表面上に第１誘電体層
    を形成した誘電体層付第１導電性シートと、第２導電性
    層の表面上に第２誘電体層を形成した誘電体層付第２導
    電性シートとを用いて、 前記誘電体層付第１導電性シートの第１誘電体層と誘電
    体層付第２導電性シートの第２誘電体層とを対向させて
    重ね合わせ積層成形することで、第１導電性層と第２導
    電性層との間に第１誘電体層と第２誘電体層とからなる
    誘電体層を形成することを特徴としたキャパシタ材料の
    製造方法。
  14. 【請求項１４】 第１誘電体層と第２誘電体層とを積層
    した状態の誘電体層を形成し、この誘電体層の両外層面
    に、導電性層を形成することで第１導電性層と第２導電
    性層との間に第１誘電体層と第２誘電体層とからなる誘
    電体層を形成することを特徴としたキャパシタ材料の製
    造方法。
  15. 【請求項１５】 第１導電性層の表面上に第１誘電体層
    を形成した誘電体層付第１導電性シートと、第２導電性
    層の表面上に第２誘電体層を形成した誘電体層付第２導
    電性シートと、第３誘電体層の形成材料とを用いて、 前記誘電体層付第１導電性シートの第１誘電体層と誘電
    体層付第２導電性シートの第２誘電体層とを対向させ、
    その間に第３誘電体層の形成材料を挿入して重ね合わせ
    積層成形することで、第１導電性層と第２導電性層との
    間に第１誘電体層／第３誘電体層／第２誘電体層とから
    なる３層の誘電体層を形成することを特徴としたキャパ
    シタ材料の製造方法。
  16. 【請求項１６】 第１誘電体層と第２誘電体層と第３誘
    電体層と第１誘電体層／第３誘電体層／第２誘電体層の
    順で積層した状態の誘電体層を形成し、この誘電体層の
    両外層面に、導電性層を形成することで第１導電性層と
    第２導電性層との間に第１誘電体層／第３誘電体層／第
    ２誘電体層とからなる３層の誘電体層を形成することを
    特徴としたキャパシタ材料の製造方法。
  17. 【請求項１７】 請求項１３〜請求項１６の製造方法に
    おける導電性層は、金属箔を用いることにより形成する
    ものであるキャパシタ材料の製造方法。
  18. 【請求項１８】 請求項１３〜請求項１６の製造方法に
    おける導電性層は、スパッタリング、蒸着その他の気相
    堆積法を用いて形成するものであるキャパシタ材料の製
    造方法。
  19. 【請求項１９】 請求項１３〜請求項１６の製造方法に
    おける第１導電性層と第２導電性層の内、いずれか一方
    の導電性層は、金属箔を張り付けることにより形成し、
    他方の導電性層をスパッタリング、蒸着その他の気相堆
    積法を用いて形成するものであるキャパシタ材料の製造
    方法。
  20. 【請求項２０】 誘電体層を構成する第１誘電体層は、
    液体ポリマーを塗布し乾燥することで形成したものであ
    る請求項１３〜請求項１９に記載のキャパシタ材料の製
    造方法。
  21. 【請求項２１】 誘電体層を構成する第２誘電体層は、
    液体ポリマーを塗布し乾燥することで形成したものであ
    る請求項１３〜請求項１９に記載のキャパシタ材料の製
    造方法。
  22. 【請求項２２】 誘電体層を構成する第１誘電体層は、
    樹脂フィルム材料を用いて形成したものである請求項１
    ３〜請求項１９に記載のキャパシタ材料の製造方法。
  23. 【請求項２３】 誘電体層を構成する第２誘電体層は、
    樹脂フィルム材料を用いて形成したものである請求項１
    ３〜請求項１９に記載のキャパシタ材料の製造方法。
  24. 【請求項２４】 請求項１〜請求項１２に記載のキャパ
    シタ材料を用いたプリント配線板。
  25. 【請求項２５】 請求項１〜請求項１２に記載のキャパ
    シタ材料を用いたマイクロエレクトロニクス装置のため
    のチップキャリア。
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