JP2006156595A - Wiring board with built-in capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はガラスセラミックス焼結体から成る絶縁層の内部にコンデンサ部を内蔵するコンデンサ内蔵配線基板に関する。 The present invention relates to a wiring board with a built-in capacitor in which a capacitor portion is built inside an insulating layer made of a glass ceramic sintered body.
近年、ＩＴ（Information Technology）産業の中核をなす半導体分野では、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子の性能向上が著しく、その半導体素子が大型コンピュータ，パーソナルコンピュータ，移動体通信端末等に代表される情報処理装置の高速化，小型化，多機能化等を支えている。半導体素子に入出力される高周波信号の伝達速度を上げるために、導体材料としては銀や銅等の低抵抗金属が使用され、これらと同時焼成が可能で高周波帯域で誘電損失の低い低温焼結多層基板（ガラスセラミック多層基板）が開発された。さらに、コンデンサ部をガラスセラミック配線基板の内部に形成したコンデンサ内蔵配線基板も開発され、これを用いたモジュールも、小型化，高機能化，高容量化の一途を辿っている。 In recent years, in the semiconductor field that forms the core of the IT (Information Technology) industry, the performance of semiconductor elements such as ICs and LSIs has been remarkably improved, and the semiconductor elements are information processing represented by large computers, personal computers, mobile communication terminals, and the like. Supports speeding up, downsizing, and multi-functionality of equipment. Low-resistance metals such as silver and copper are used as the conductor material to increase the transmission speed of high-frequency signals input to and output from semiconductor elements. Low-temperature sintering with low dielectric loss in the high-frequency band can be performed simultaneously with these. Multilayer substrates (glass ceramic multilayer substrates) have been developed. Furthermore, a wiring board with a built-in capacitor in which a capacitor portion is formed inside a glass ceramic wiring board has been developed, and modules using the same have become smaller, more functional, and higher in capacity.
このような従来のコンデンサ内蔵配線基板は以下のようにして作製される。 Such a conventional wiring board with a built-in capacitor is manufactured as follows.
まず、貫通導体や配線導体が形成された絶縁体層となるガラスセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）に配線導体用ペーストをスクリーン印刷法等によって塗布することによりコンデンサ部の電極パターンを形成し、その上に誘電体ペーストをスクリーン印刷法により塗布した誘電体グリーンシートを配置して誘電体層を形成し、さらに誘電体層上に配線導体用ペーストをスクリーン印刷法により塗布して電極パターンを形成した後、所定の回路配線が形成された絶縁体層となるグリーンシートを順次積層してグリーンシート積層体を作製し、これを焼成することにより作製される。 First, the electrode pattern of the capacitor part is formed by applying a wiring conductor paste to a glass ceramic green sheet (hereinafter also referred to as a green sheet) that becomes an insulator layer on which a through conductor or a wiring conductor is formed by a screen printing method or the like. A dielectric green sheet coated with a dielectric paste by a screen printing method is disposed thereon to form a dielectric layer, and a wiring conductor paste is further coated on the dielectric layer by a screen printing method to form an electrode pattern. Then, green sheets to be an insulator layer on which predetermined circuit wirings are formed are sequentially laminated to produce a green sheet laminate, which is then fired.
近年、モジュールの高機能化に伴って、内蔵されるコンデンサ部も高容量で安定したものが望まれている。このため、特許文献１では低誘電率の基材に複数の多層コンデンサ部を配置し、高容量で種類の多いコンデンサ部を内蔵させることが提案されている。
In recent years, with the increase in functionality of modules, a built-in capacitor unit is desired to have a high capacity and stability. For this reason,
また、より高容量で安定したコンデンサ部を得るために、特許文献２および特許文献３では、コンデンサ部の電極パターンと絶縁層の間にガラスの相互拡散を防止するバリア層を介在させて、グリーンシート中のガラス成分を誘電体層中に拡散させることにより、コンデンサ部の容量低下やバラツキを小さくすることが提案されている。
ところで、上述した従来のコンデンサ内蔵配線基板においては、絶縁体中に電極パターンと誘電体層を交互にスクリーン印刷法によって印刷してコンデンサ部を形成したり、あるいはバリア層、コンデンサ部電極、誘電体層を交互に印刷してコンデンサ部を形成したりする場合、コンデンサ部はブロック形状の積層体となる。このため、絶縁基体となるガラスセラミックスとコンデンサ部は上下面と側面で接することとなる。 By the way, in the conventional capacitor-embedded wiring board described above, an electrode pattern and a dielectric layer are alternately printed in an insulator by a screen printing method to form a capacitor portion, or a barrier layer, capacitor portion electrode, dielectric When the capacitor portion is formed by alternately printing the layers, the capacitor portion becomes a block-shaped laminate. For this reason, the glass ceramic serving as the insulating base and the capacitor portion are in contact with each other on the upper and lower surfaces.
コンデンサ内蔵配線基板に内蔵されるコンデンサ部のブロック形状の積層体は、通常幅が０．５ｍｍ〜５ｍｍの正方形、長方形、及び円形で、高さが１０〜２００μｍの立方体や円柱である。このため、加圧による積層工程では上下面には十分な圧力がかかり、グリーンシートとコンデンサ部が強固に接合している。しかし、コンデンサ部の側面には圧力が加わらないため、両者の間に隙間が発生することがある。 The block-shaped laminated body of the capacitor part built in the wiring board with a built-in capacitor is usually a cube, a cylinder having a square, a rectangle, and a circle with a width of 0.5 mm to 5 mm and a height of 10 to 200 μm. For this reason, in the lamination process by pressurization, sufficient pressure is applied to the upper and lower surfaces, and the green sheet and the capacitor portion are firmly bonded. However, since no pressure is applied to the side surface of the capacitor portion, a gap may be generated between them.
また、コンデンサ部は通常、チタン酸バリウムやチタン酸ストロンチウム、鉛系ペロブスカイト化合物を誘電体の主成分とし、銀や銅の金属をコンデンサ部の電極としており、いずれの材料も絶縁基体となるガラスセラミックよりも収縮率が大きい。従って、コンデンサ部としてブロック形状の積層体を埋め込むと、コンデンサ部がより収縮しようとしてガラスセラミックスとコンデンサ部の接合が弱い場合は両者の境界面に剥離が生じ、接合が強い場合は両者の境界面の近傍にクラックが入る。従来のコンデンサ内蔵配線基板に内蔵されているるブロック形状のコンデンサ部は、通常、幅が０．５ｍｍ〜５ｍｍの正方形、長方形、及び円形で、高さが１０〜２００μｍと平たいことから、面方向の収縮率の差が顕著に現れ、コンデンサ部の側面に剥離が発生したり側面の近傍にクラックを生じることがあった。 In addition, the capacitor part is usually composed of barium titanate, strontium titanate, lead-based perovskite compound as the main component of the dielectric, and silver or copper metal as the electrode of the capacitor part. The shrinkage rate is larger than that. Therefore, when a block-shaped laminated body is embedded as a capacitor part, if the bonding between the glass ceramic and the capacitor part is weak because the capacitor part tends to shrink more, separation occurs between the two, and if the bonding is strong, the boundary surface between the two Cracks appear in the vicinity of. The block-shaped capacitor part built in the conventional wiring board with a built-in capacitor is usually a square, a rectangle, and a circle with a width of 0.5 mm to 5 mm, and is flat with a height of 10 to 200 μm. The difference in the shrinkage ratio was remarkable, and the side surface of the capacitor part may be peeled off or a crack may be generated near the side surface.
その結果、湿中放置の際にこれらの欠陥に水分が浸入してコンデンサ部の絶縁性が損なわれたり、温度サイクルによる熱ストレスや衝撃によってこれらの欠陥が破壊源となり、基板が割れる等して、コンデンサ内蔵配線基板の信頼性が損なわれる欠点を有していた。 As a result, moisture can penetrate into these defects when left in the humidity and the insulation of the capacitor part is impaired, or these defects can become a source of destruction due to thermal stress and impact due to temperature cycling, and the substrate can crack. In addition, the reliability of the wiring board with a built-in capacitor is impaired.
本発明は、上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、配線基板内に設けたコンデンサ部の信頼性を向上させることが可能なコンデンサ内蔵配線基板を提供することにある。 The present invention has been devised in view of the above-described drawbacks, and an object thereof is to provide a wiring board with a built-in capacitor capable of improving the reliability of a capacitor portion provided in the wiring board.
本発明のコンデンサ内蔵配線基板は、ガラスおよびセラミックフィラーを含有する複数の絶縁層を積層して絶縁基体を形成するとともに、該絶縁基体の内部に、前記絶縁層よりも高い誘電率を有した誘電体層と該誘電体層を間に挟んで対向する対向電極とを含むコンデンサ部を設けてなるコンデンサ内蔵配線基板であって、前記絶縁層と接する前記コンデンサ部側面の少なくとも一部を前記絶縁層の積層方向に対して傾斜させたことを特徴とするものである。 The wiring board with a built-in capacitor according to the present invention forms an insulating substrate by laminating a plurality of insulating layers containing glass and ceramic filler, and has a dielectric constant higher than that of the insulating layer inside the insulating substrate. A capacitor-embedded wiring board comprising a capacitor portion including a body layer and a counter electrode facing each other with the dielectric layer interposed therebetween, wherein at least a part of a side surface of the capacitor portion in contact with the insulating layer is formed on the insulating layer It is characterized by being inclined with respect to the stacking direction.
また本発明のコンデンサ内蔵配線基板は、前記コンデンサ部側面が上部領域及び下部領域で中央域よりも内側に位置するように傾斜していることを特徴とするものである。 The capacitor built-in wiring board according to the present invention is characterized in that the side surface of the capacitor portion is inclined so as to be located inside the central region in the upper region and the lower region.
さらに本発明のコンデンサ内蔵配線基板は、前記コンデンサ部側面の傾斜角度が前記絶縁層の主面に対し４５°以下に設定されていることを特徴とするものである。 Furthermore, the wiring board with a built-in capacitor according to the present invention is characterized in that the inclination angle of the side surface of the capacitor portion is set to 45 ° or less with respect to the main surface of the insulating layer.
本発明のコンデンサ内蔵配線基板によれば、ガラスおよびセラミックフィラーを含有する複数の絶縁層を積層して絶縁基体を形成するとともに、絶縁基体の内部に、絶縁層よりも高い誘電率を有した誘電体層と誘電体層を間に挟んで対向する対向電極とを含むコンデンサ部を設けてなるコンデンサ内蔵配線基板であって、絶縁層と接するコンデンサ部側面の少なくとも一部を絶縁層の積層方向に対して傾斜させたことから、コンデンサ部の側面ではコンデンサ部の厚みが薄くなり、積層工程の際に加圧されない積層方向と平行な側面が小さくなる。すなわち、上下面に印加される圧力がコンデンサ部の傾斜した側面に伝わり、グリーンシートとコンデンサ部が強固に接合し、グリーンシートとコンデンサ部との間に加圧不足による隙間が発生するのを有効に防止することができる。 According to the wiring board with a built-in capacitor of the present invention, a dielectric substrate having a dielectric constant higher than that of the insulating layer is formed inside the insulating substrate by laminating a plurality of insulating layers containing glass and ceramic filler. A capacitor-embedded wiring board having a capacitor portion including a body layer and a counter electrode facing each other with a dielectric layer interposed therebetween, wherein at least a part of a side surface of the capacitor portion in contact with the insulating layer is arranged in the stacking direction of the insulating layer On the other hand, since the capacitor portion is inclined, the thickness of the capacitor portion is reduced on the side surface of the capacitor portion, and the side surface parallel to the stacking direction that is not pressurized during the stacking process is reduced. In other words, it is effective that the pressure applied to the top and bottom surfaces is transmitted to the inclined side surfaces of the capacitor unit, the green sheet and the capacitor unit are firmly joined, and a gap due to insufficient pressure is generated between the green sheet and the capacitor unit. Can be prevented.
またこの場合、積層工程の際に加圧されない積層方向と平行なコンデンサ部の側面の面積を極力小さくすることができるので、隙間が発生した場合においても、その隙間は微小であり、吸水して絶縁劣化を起こしたり基板を破壊する破壊源となったりすることはない。 In this case, since the area of the side surface of the capacitor portion that is parallel to the stacking direction that is not pressurized during the stacking process can be reduced as much as possible, even when a gap occurs, the gap is very small and absorbs water. It does not cause insulation deterioration or become a source of destruction that destroys the substrate.
更にこの場合、コンデンサ部の面積は面方向の中心から端部に向かって漸次減少するようになっていることから、焼成工程の昇温時に発生するコンデンサ部の端部から中心に向かう収縮力は端部に近づくにつれて低下する。よって、ガラスセラミックよりも収縮率が大きいコンデンサ部が大きく収縮し、ガラスセラミックスとコンデンサ部の界面に剥離やクラック等の欠陥が生じることは殆どない。 Furthermore, in this case, since the area of the capacitor portion gradually decreases from the center in the surface direction toward the end portion, the contraction force from the end portion of the capacitor portion to the center that occurs during the temperature rise in the firing process is It decreases as it approaches the edge. Therefore, the capacitor portion having a larger shrinkage rate than that of the glass ceramic is greatly shrunk, and defects such as peeling and cracks are hardly generated at the interface between the glass ceramic and the capacitor portion.
また本発明のコンデンサ内蔵配線基板によれば、コンデンサ部の側面を上部領域及び下部領域で中央域よりも内側に位置するように傾斜させることにより、コンデンサ部は全体として凸レンズのような形状となり、コンデンサ部の容量を決定する中心の誘電体層の面積を広くとることができるので、容量の大きいコンデンサ部を形成することができる。またコンデンサ部の積層構造を上下対称にすることで、コンデンサ部を形成する各層における収縮率の違いによってコンデンサ部が反ったり、誘電体層にクラックが生じたりするのを有効に防止することができ、良好な絶縁性を保つことができる。 Further, according to the wiring board with a built-in capacitor according to the present invention, the capacitor portion is shaped like a convex lens as a whole by inclining the side surface of the capacitor portion so as to be located inside the central region in the upper region and the lower region. Since the area of the central dielectric layer that determines the capacitance of the capacitor portion can be increased, a capacitor portion having a large capacitance can be formed. In addition, by making the laminated structure of the capacitor part vertically symmetric, it is possible to effectively prevent the capacitor part from warping or cracking in the dielectric layer due to the difference in shrinkage in each layer forming the capacitor part. Good insulation can be maintained.
さらに本発明のコンデンサ内蔵配線基板によれば、コンデンサ部側面の傾斜角度を絶縁層の主面に対し４５°以下に設定することにより、積層工程の際に加圧されない積層方向と平行なコンデンサ部の側面がより小さくなり、上下面に印加される圧力がコンデンサ部の傾斜した側面に十分に伝わり、更に中央部から端部にむかうにつれてコンデンサ部の体積を緩やかに減少させることができるで、ガラスセラミックスとコンデンサ部の界面に剥離やクラック等の欠陥を生じる危険性をより一層低減することができる。 Furthermore, according to the wiring board with a built-in capacitor according to the present invention, by setting the inclination angle of the side surface of the capacitor portion to 45 ° or less with respect to the main surface of the insulating layer, the capacitor portion parallel to the lamination direction that is not pressurized during the lamination process The side surface of the capacitor portion becomes smaller, the pressure applied to the upper and lower surfaces is sufficiently transmitted to the inclined side surface of the capacitor portion, and further the volume of the capacitor portion can be gradually reduced from the center portion toward the end portion. The risk of causing defects such as peeling and cracks at the interface between the ceramic and the capacitor portion can be further reduced.
このように、本発明のコンデンサ内蔵配線基板では、コンデンサ部の側面に基板の割れに至るような破壊源となる欠陥や、吸水して絶縁劣化を引き起こすような大きな欠陥を発生することは殆どなく、信頼性を向上させることができる。 As described above, in the wiring board with a built-in capacitor according to the present invention, there is almost no occurrence of a defect that causes a breakage of the board on the side surface of the capacitor part or a large defect that causes water absorption to cause insulation deterioration. , Reliability can be improved.
以下、本発明について添付図面に基づき詳細に説明する。図１は本発明のコンデンサ内蔵配線基板の実施の形態の一例を示す断面図であり、同図に示すコンデンサ内蔵配線基板１は、ガラスセラミックスからなる絶縁層２ａ，２ｂ，２ｃからなる絶縁基体２、第１のコンデンサ部電極３ａ、第２のコンデンサ部電極３ｂ、第３のコンデンサ部電極３ｃ、第４のコンデンサ部電極３ｄ、第１の誘電体層４ａ、第２の誘電体層４ｂ、第３の誘電体層４ｃ、第１のバリア層７ａ及び第２のバリア層７ｂからなるコンデンサ部８、配線導体５、貫通導体６、から基本的に構成されている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of a wiring board with a built-in capacitor according to the present invention. A wiring board with a built-in
かかるコンデンサ内蔵配線基板１は、ガラスセラミック焼結体から成り、ガラスと絶縁体粉末とから成る。このガラスとしては、例えばＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系，ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系，ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（但し、Ｍ１およびＭ２は同じまたは異なっていて、Ｃａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（但し、Ｍ１およびＭ２は上記と同じである），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｍ３ ２Ｏ系（但し、Ｍ３はＬｉ，ＮａまたはＫを示す），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ３ ２Ｏ系（但し、Ｍ３は上記と同じである），Ｐｂ系ガラス，Ｂｉ系ガラス等が挙げられる。
The capacitor built-in
また、絶縁体粉末としては、例えばＡｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＺｒＯ２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物，ＴｉＯ２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物，Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２から選ばれる少なくとも１種を含む複合酸化物（例えばスピネル，ムライト，コージェライト）等が挙げられる。 Examples of the insulator powder include a composite oxide of Al 2 O 3 , SiO 2 , ZrO 2 and an alkaline earth metal oxide, a composite oxide of TiO 2 and an alkaline earth metal oxide, Al 2 O. And composite oxides containing at least one selected from 3 and SiO 2 (for example, spinel, mullite, cordierite) and the like.
ガラス粉末と絶縁体粉末とを混合する場合、その混合割合は質量比で４０：６０〜９９：１であることが好ましい。 When glass powder and insulator powder are mixed, the mixing ratio is preferably 40:60 to 99: 1 by mass ratio.
なお、絶縁層２ａ，２ｂ，２ｃの前駆体であるガラスセラミックグリーンシート（グリーンシート）は、ガラス粉末，絶縁体粉末，樹脂バインダ，有機溶剤および可塑剤等を混合してスラリーを作製し、そのスラリーを用いて従来周知のドクターブレード法やカレンダロール法を採用することによって成形される。
The glass ceramic green sheet (green sheet) that is the precursor of the
また、ガラス粉末および絶縁体粉末に添加混合される樹脂バインダとしては、従来よりセラミックグリーンシートに使用されているものが使用でき、例えばアクリル系（アクリル酸，メタクリル酸またはそれらのエステルの単独重合体または共重合体、具体的にはアクリル酸エステル共重合体,メタクリル酸エステル共重合体,アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等），ポリビニルブチラ−ル系，ポリビニルアルコール系，アクリル−スチレン系，ポリプロピレンカーボネート系，セルロース系等の単独重合体または共重合体が挙げられる。 Further, as the resin binder added and mixed with the glass powder and the insulator powder, those conventionally used for ceramic green sheets can be used. For example, acrylic (acrylic acid, methacrylic acid or esters thereof homopolymers) Or a copolymer, specifically an acrylic ester copolymer, a methacrylic ester copolymer, an acrylic ester-methacrylic ester copolymer, etc.), polyvinyl butyral, polyvinyl alcohol, acrylic-styrene And homopolymers or copolymers of polypropylene, polypropylene carbonate, cellulose and the like.
グリーンシートを成形するためのスラリーに用いられる有機溶剤としては、ガラス粉末と絶縁体粉末と樹脂バインダとを分散させ、グリーンシートの成形に適した粘度のスラリーが得られるように、例えば炭化水素類，エーテル類，エステル類，ケトン類，アルコール類等の有機溶剤が挙げられる。 Examples of the organic solvent used in the slurry for forming the green sheet include hydrocarbons so that a slurry having a viscosity suitable for forming the green sheet can be obtained by dispersing the glass powder, the insulator powder, and the resin binder. Organic solvents such as ethers, esters, ketones, and alcohols.
このようなグリーンシートに、打ち抜き金型やレーザ等により貫通孔を形成し、この貫通孔にタングステン，モリブデン，金，銀，銅等の金属粉末に収縮調整用のガラス粉末を加え、適当な樹脂バインダ，溶剤を添加混合した貫通導体用ペーストをスクリーン印刷等により充填して貫通導体６を形成する。ガラス粉末としては、例えばＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系，ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系ガラス等が挙げられる。
A through hole is formed in such a green sheet by a punching die or a laser, and a glass powder for shrinkage adjustment is added to a metal powder such as tungsten, molybdenum, gold, silver, copper, etc. in this through hole, and an appropriate resin is added. The
その後、得られたグリーンシートの表面に、タングステン，モリブデン，金，銀，銅等の金属粉末に適当な樹脂バインダ，溶剤を添加混合した配線導体用ペーストをスクリーン印刷法等により塗布印刷し、回路配線となる配線導体５と第１のコンデンサ部電極３ａを形成する。
After that, on the surface of the obtained green sheet, a wiring conductor paste in which an appropriate resin binder and solvent are added to and mixed with metal powders such as tungsten, molybdenum, gold, silver, and copper is applied and printed by a screen printing method, etc. A
次に、焼成後の第１の誘電体層４ａとなる誘電体ペーストについて説明する。誘電体ペーストに用いられる誘電体粉末としては、コンデンサ内蔵配線基板１に内蔵されるコンデンサ部８の誘電体層４が形成されるように絶縁層２ａ，２ｂ，２ｃとの同時焼成が可能で、絶縁層２ａ，２ｂ，２ｃとなる絶縁体粉末よりも高い誘電率を有するものがよい。例えば、誘電体粉末としては、チタン酸バリウム，チタン酸ストロンチウム，ジルコン酸バリウム，酸化チタン等の高誘電率のものが良い。好ましくは、絶縁層１と同時焼成が可能で誘電率の値が絶縁基体の１００倍以上を示す誘電体材料を使用する。例えば、絶縁層１が比誘電率１０程度のＳｉＯ２−ＭｇＯ−ＣａＯ系結晶化ガラスとアルミナの混合物から成る場合、内層誘電体層２はＢａＴｉＯ３（比誘電率１０００），鉛系複合ペロブスカイト（ＰＭＮ：Ｐｂ（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ３，ＰＺＮ：Ｐｂ（Ｚｎ，Ｎｂ）Ｏ３，ＰＭＷ：Ｐｂ（Ｍｇ，Ｗ）Ｏ３等）（比誘電率３０００以上）により形成することができる。
Next, the dielectric paste that becomes the first dielectric layer 4a after firing will be described. The dielectric powder used for the dielectric paste can be fired simultaneously with the insulating
このような誘電体層４ａの前駆体である誘電体ペーストは、誘電体粉末と焼結助剤となるガラスや金属酸化物と、樹脂バインダ，有機溶剤，可塑剤等とを混合してペーストとし、このペーストを用いて従来周知のスクリーン印刷法を採用することによって印刷する。 Such a dielectric paste as a precursor of the dielectric layer 4a is obtained by mixing dielectric powder, glass or metal oxide serving as a sintering aid, a resin binder, an organic solvent, a plasticizer, and the like. The paste is used for printing by adopting a conventionally known screen printing method.
また、この誘電体ペーストに用いられる樹脂バインダ，有機溶剤としては、ガラスセラミックス焼結体から成る絶縁層２ａ，２ｂ，２ｃとの同時焼成が可能であれば特に制限されるものではなく、例えばグリーンシートに配合される樹脂バインダ，有機溶剤と同様のものが使用可能である。
The resin binder and organic solvent used in the dielectric paste are not particularly limited as long as they can be fired simultaneously with the insulating
ここで、絶縁層２ａ、２ｂと接するコンデンサ部８の側面の少なくとも一部を絶縁層２ａ，２ｂ，２ｃの積層方向に対して傾斜させておくことが重要である。コンデンサ部８の側面ではコンデンサ部の厚みが薄くなり、コンデンサ部８がブロック体の場合に見られる積層工程の際に加圧されない積層方向と平行な側面が小さくなる。すなわち、上下面に印加される圧力がコンデンサ部８の傾斜した側面に伝わり、絶縁層２ｂ、２ｃとコンデンサ部８の傾斜した側面とが強固に接合し、絶縁層２ｂ、２ｃとコンデンサ部８の側面との間に発生する積層加圧不足によって隙間が発生するのを有効に防止することができる。
Here, it is important that at least a part of the side surface of the
またこの場合、圧力が加わらないコンデンサ部８の積層方向と平行な側面の面積を極力小さくすることができるので、絶縁層２ｂ、２ｃとコンデンサ部８との間に隙間が発生した場合においても、この隙間は微小であり、吸水して絶縁劣化を起こしたり基板を破壊する破壊源となったりすることはない。
Further, in this case, since the area of the side surface parallel to the stacking direction of the
更に、コンデンサ部８は、コンデンサ部８の面方向の中心から端部に向かうにつれてコンデンサ部の体積は減少する形になっているので、焼成工程の昇温時に発生するコンデンサ部８の端部から中心に向かう収縮力は端部に近づくにつれ低下する。コンデンサ部８の収縮率は、通常、絶縁基体となるガラスセラミックよりも大きいために、コンデンサ部８より収縮しようとしてガラスセラミックとコンデンサ部の接合が弱い場合は境界面に剥離が生じ、接合が強い場合は側面の近傍にクラックが入る。コンデンサ内蔵配線基板に内蔵されるコンデンサ部８の形状は、通常、幅が０．５ｍｍ〜５ｍｍの正方形、長方形、及び円形で、高さが１０〜２００μｍと平たいために、この傾向はコンデンサ部８の端部で著しい。しかし中央部から端部にむかうにつれてコンデンサ部８の体積を減少させることによって、実質的に面方向の中心から端部に向かってコンデンサ部８からガラスセラミックスへ傾斜的に材料特性が変化するものと同じ効果を示し、同時にコンデンサ部８とガラスセラミックスの界面では材料間の相互拡散が行われるため、急激に材料特性の異なる境界が存在しなくなる。このため、面方向の中心から端部に向かってコンデンサ部８の収縮率からガラスセラミックの収縮率へと段階的に変化するために、熱膨張率が大幅に異なる界面が存在しない。したがって、ガラスセラミックよりも収縮率が大きいコンデンサ部が大きく収縮してガラスセラミックスとコンデンサ部の側面に剥離やクラック等の欠陥を生じるといった不具合が発生することはない。
Furthermore, since the volume of the
また、本発明においては、コンデンサ部８の側面を、上部領域及び下部領域で中央域よりも内側に位置するように傾斜させておくことが好ましい。この場合、コンデンサ部８は断面構造が全体として凸レンズのような形状となり、コンデンサ部８の容量を決定する中央の誘電体層４ｂを、コンデンサ部８の測面の先端まで伸ばすことによって、面積を広くとることができる。このため、限られた面積の中に、容量の大きいコンデンサ部８を形成することができる。またコンデンサ部８の積層構造を上下対称にすることによって、コンデンサ部８を構成する第１のコンデンサ部電極３ａ、第２のコンデンサ部電極３ｂ、第３のコンデンサ部電極３ｃ、第４のコンデンサ部電極４ｄ、及び第１の誘電体層４ａ、第２の誘電体層４ｂ、第３の誘電体層４ｃ及び第１のバリア層７ａ、第２の７ｄの各層における収縮率の違いによってコンデンサ部８が反ってしまい、各誘電体層に残留応力を残したり、激しい場合は各誘電体層にクラックが生じたりすることがなく、各誘電体層の良好な絶縁性を保つことができる。
Further, in the present invention, it is preferable that the side surface of the
また本発明においては、コンデンサ部８の側面の傾斜角度を絶縁層２ａ、２ｂ、２ｃの主面に対し４５°以下に設定しておくことが好ましい。傾斜角度が４５°以下であるため、上下面に印加される圧力はコンデンサ部８の傾斜した側面に十分に伝わり、絶縁層２ｂ、２ｃとコンデンサ部８の側面と強固に接合し、絶縁層２ｂ、２ｃコンデンサ部８との間に発生する積層加圧不足による隙間が発生するのを有効に防止することができる。また、圧力が加わらないコンデンサ部８の側面の積層方向と平行な面積が、端部の断面形状が鋭角であるために極力小さくなるので、隙間が発生した場合においても、この隙間は微小であり、基板を破壊する破壊源となったり吸水して絶縁劣化を起こしたりする可能性が一層少なくなる。
In the present invention, the inclination angle of the side surface of the
更に、コンデンサ部８は面方向の中心から端部にむかうにつれてコンデンサ部８の体積を減少させることによって、面方向ではコンデンサ部８とガラスセラミックへの傾斜材料の効果が一層増し、また材料間の相互拡散もなだらかに行われるので、コンデンサ部８の収縮率からガラスセラミックの収縮率へと緩やかに変化し、ガラスセラミックスとコンデンサ部８の側面に、収縮率の違いによる剥離やクラック等の欠陥が発生する危険性をより低減することができる。
Further, by reducing the volume of the
このように、本発明においては、コンデンサ部８の側面に基板の割れに至るような破壊源となる欠陥や、吸水して絶縁劣化を引き起こすような大きな欠陥が発生することは殆どなく、高い信頼性を確保することができる。
As described above, in the present invention, there is almost no occurrence of a defect that causes a breakage of the substrate on the side surface of the
ここで、コンデンサ部８の側面を絶縁層２ａ、２ｂ、２ｃの積層方向に対して傾斜させる方法としては、例えば図１のような構造の場合、コンデンサ部８の最下部に位置する第１のコンデンサ部電極３ａのパターンに対しその上に印刷される第１の誘電体層４ａのパターンを全周にわたって小さくしたものを、パターンの中心が一致するように配置して印刷し、５０ｋｇ/ｃｍ２の圧力で加圧して側面の段差を少なくする。更にその上に印刷される第２のコンデンサ部電極３ｂは、第１の誘電体層４ａのパターンに対し全周にわたって小さくしたものをパターンの中心が一致するように配置して印刷し、５０ｋｇ/ｃｍ２の圧力で加圧して側面の段差を少なくする。同様に第２の誘電体層４ｂ、第３の電極層３ｃ、第３の誘電体層４ｃ、第４の電極層３ｄも順次この工程を繰り返すことで形成することができる。
Here, as a method of inclining the side surface of the
また、パターンの寸法を、印刷するペーストの厚みと同じ値にすることによって、４５°以下の傾斜を形成することができる。 Further, by setting the pattern dimension to the same value as the thickness of the paste to be printed, an inclination of 45 ° or less can be formed.
次に上記のようにして作製した複数のグリーンシートを５０ｋｇ/ｃｍ２の圧力で積層し、一辺が５ｃｍの正方形にカッターで切断し、グリーンシートの積層体を作製する。 Next, a plurality of green sheets produced as described above are laminated at a pressure of 50 kg / cm 2 and cut into a square having a side of 5 cm with a cutter to produce a laminate of green sheets.
このグリーンシートの積層体を、例えば配線導体用ペーストの金属粉末がＡｇ粉末である場合、大気中で８００〜１０００℃の温度で積層体を焼成することにより、製品としてのコンデンサ内蔵配線基板１が得られる。
For example, when the metal powder of the wiring conductor paste is an Ag powder, the laminated sheet of the green sheet is fired at a temperature of 800 to 1000 ° C. in the atmosphere, whereby the
なお、積層体を焼成する際に、グリーンシートや誘電体グリーンシートが焼結する温度では実質的に焼結収縮しない無機成分、例えばアルミナから成る拘束グリーンシートを積層体の両面に積層して焼成すると、厚み方向の焼成収縮が通常の方法で焼成した場合に比較して大きくなるので、第１の誘電体層４ａ、第２の誘電体層４ｂ、第３の誘電体層４ｃの厚みをより薄くすることが可能となり、容量の大きなコンデンサ部８を得ることができる上に、厚み方向のみ収縮するためコンデンサ部８の側面の傾斜角度を絶縁層２ａ，２ｂ，２ｃの主面に対しより一層小さくすることができ、コンデンサ部８の側面に発生する欠陥の数を低減して、信頼性の高いコンデンサ内蔵配線基板を得ることができる。
When firing the laminate, a constrained green sheet composed of an inorganic component, such as alumina, that does not substantially sinter and shrink at the temperature at which the green sheet or dielectric green sheet sinters is laminated on both sides of the laminate and fired. Then, since the firing shrinkage in the thickness direction becomes larger than when fired by a normal method, the thicknesses of the first dielectric layer 4a, the second dielectric layer 4b, and the third dielectric layer 4c are further increased. It is possible to reduce the thickness of the
さらに、コンデンサ内蔵配線基板１表面に位置する配線導体５には、その表面に電子部品や半導体素子を実装する際の半田濡れ性の向上や配線導体５の腐食防止のために、ニッケル，銅，金等のめっきを施してもよい。
Furthermore, the
次に本発明の実施例について説明する。 Next, examples of the present invention will be described.
絶縁層２ａ〜２ｃとなるグリーンシートを得るために、ガラスとしてＳｉＯ２−ＣａＯ−ＭｇＯ系ガラス粉末５０質量部と、誘電体粉末としてＡｌ２Ｏ３粉末５０質量部とを混合し、この無機粉末１００質量部に有機バインダとしてアクリル樹脂１２質量部・フタル酸系可塑剤６質量部および溶剤としてトルエン３０質量部を加え、ボールミル法により混合しスラリーとし、このスラリーを用いてドクターブレード法により厚さ２００μｍのグリーンシートを成形した。
In order to obtain a green sheet to be the insulating
次に、得られたグリーンシートにパンチングマシーンを用いて所定の位置に貫通孔を形成し、この貫通孔にスクリーン印刷法にて貫通導体用ペーストを充填し、貫通導体６を形成した。
Next, a through hole was formed at a predetermined position in the obtained green sheet using a punching machine, and a through conductor paste was filled in the through hole by a screen printing method to form a through
貫通導体用ペーストとしては、銅の粉末（平均粒径３μｍ）１００質量部に対してＡｌ２Ｏ３粉末１質量部および上記のガラスと同組成のガラス粉末５質量部を加え、さらにビヒクル成分として所定量のエチルセルロース系樹脂およびテルピネオールを加えて、３本ロールにより適度な粘度になるように混合したものを用いた。
As a paste for through conductors, 1 part by mass of Al 2 O 3 powder and 5 parts by mass of glass powder having the same composition as the above glass are added to 100 parts by mass of copper powder (
その後、充填した貫通導体用ペースト中の有機溶剤分の重量が減少するまで、６０℃の温風により乾燥した。 Then, it dried with 60 degreeC warm air until the weight of the organic solvent part in the filled paste for penetration conductors decreased.
次に、グリーンシート上に、配線導体用ペーストをスクリーン印刷により塗布し、厚み１５μｍの配線導体５や第１のコンデンサ部電極３ａを形成した。
Next, a wiring conductor paste was applied on the green sheet by screen printing to form a
配線導体用ペーストとしては、銅の粉末（平均粒径３μｍ）１００質量部に対してＡｌ２Ｏ３粉末１質量部および上記のガラスと同組成のガラス粉末２質量部を加え、さらにビヒクル成分として所定量のエチルセルロース系樹脂およびテルピネオールを加えて、３本ロールにより適度な粘度になるように混合したものを用いた。
As a paste for wiring conductor, 1 part by mass of Al 2 O 3 powder and 2 parts by mass of glass powder having the same composition as the above glass are added to 100 parts by mass of copper powder (
その後、印刷した配線導体用ペースト中の有機溶剤分の重量が減少するまで、６０℃の温風により乾燥した。 Then, it dried with 60 degreeC warm air until the weight of the organic solvent content in the printed wiring conductor paste decreased.
続いて、グリーンシート上に形成された第１のコンデンサ部電極３ａパターン上に、誘電体ペーストをスクリーン印刷により塗布し、厚み２５μｍの下部の第１の誘電体層４ａを形成した。 Subsequently, a dielectric paste was applied by screen printing on the first capacitor part electrode 3a pattern formed on the green sheet, thereby forming a lower first dielectric layer 4a having a thickness of 25 μm.
誘電体ペーストはガラスとＢａＴｉＯ３とから成り、ガラスとＢａＴｉＯ３粉末との和を１００質量部とし、これに対して、アクリル樹脂１２質量部と、リン酸エステル系分散剤０．５質量部と、有機溶剤としてα−テルピネオールとを加え、攪拌脱泡機により混合した後に、さらに３本ロールを用いて混練した。 The dielectric paste is made of glass and BaTiO 3 , and the sum of the glass and BaTiO 3 powder is 100 parts by mass. On the other hand, 12 parts by mass of the acrylic resin, 0.5 parts by mass of the phosphate ester dispersant, Then, α-terpineol was added as an organic solvent, mixed with a stirring deaerator, and then kneaded using three rolls.
その後、印刷した誘電体用ペースト中の有機溶剤分の重量が減少するまで、６０℃の温風により乾燥した。 Thereafter, drying was performed with hot air at 60 ° C. until the weight of the organic solvent in the printed dielectric paste decreased.
次に、グリーンシート上に形成された第１の誘電体層４ａパターン上に、再び配線導体用ペーストをスクリーン印刷により塗布し、厚み１５μｍの中央部の第２のコンデンサ部電極３ｂを形成した。 Next, the wiring conductor paste was again applied by screen printing on the first dielectric layer 4a pattern formed on the green sheet, and the second capacitor part electrode 3b having a thickness of 15 μm was formed.
その後、印刷した配線導体用ペースト中の有機溶剤分の重量が減少するまで、６０℃の温風により乾燥した。 Then, it dried with 60 degreeC warm air until the weight of the organic solvent content in the printed wiring conductor paste decreased.
更に、上記の方法で、第２の誘電体層４ｂ、第３のコンデンサ部電極３ｃ、第３の誘電体層４ｃ、第４のコンデンサ部電極３ｄを形成した。第１のコンデンサ部電極３ａと第３のコンデンサ部電極３ｃを、及び第２のコンデンサ部電極４ｂと第４のコンデンサ部電極４ｄとをそれぞれ電気的に接続して、最終的にコンデンサ部電極が４層、誘電体層が３層の計７層構造の多層セラミックコンデンサとなるコンデンサ部８を形成した。
Further, the second dielectric layer 4b, the third capacitor part electrode 3c, the third dielectric layer 4c, and the fourth capacitor part electrode 3d were formed by the above method. The first capacitor part electrode 3a and the third capacitor part electrode 3c, and the second capacitor part electrode 4b and the fourth capacitor part electrode 4d are electrically connected to each other.
ここでサンプルＮｏ.１は、コンデンサ部８のパターンを、最下部のコンデンサ部電極４ａから最上部のコンデンサ部電極４ｄまでをほぼ同一な１辺が１ｍｍの正方形とした。このためコンデンサ部側面の上部領域の傾斜角度と下部領域の傾斜角度が絶縁層２ａ，２ｂ，２ｃの主面に対していずれも９０°となった。従来の方法であり断面構造を図７に示す。
Here, in sample No. 1, the pattern of the
またサンプルＮｏ.２は、コンデンサ部８のパターンを最下部のコンデンサ部電極３ａの面積を１ｍｍの正方形とし、最上部のコンデンサ部電極３ｄまでを順次、全週にわたって１５μｍ小さくし、加圧、積層することで層間の段差を抑えて滑らかにし、コンデンサ部８の側面の上部領域の傾斜角度を絶縁層２ａ，２ｂ，２ｃの主面に対して６０°とした。断面構造を図１に示す。
In sample No. 2, the pattern of the
またサンプルＮｏ.３は、コンデンサ部８のパターンを、中心の第２の誘電体層４ｂの面積を１ｍｍの正方形とし、最上部のコンデンサ部電極３ｄと最下部のコンデンサ部電極３ａまでを順次、全週にわたって１５μｍ小さくし、加圧、積層することで層間の段差を抑えて滑らかにし、コンデンサ部８の側面の上部領域と下部領域の傾斜角度を絶縁層２ａ，２ｂ，２ｃの主面に対していずれも６０°とした。断面構造を図３に示す。
In sample No. 3, the pattern of the
またサンプルＮｏ.４は、コンデンサ部８のパターンを最下部の電極層３ａの面積を１ｍｍの正方形とし、最上部のコンデンサ部電極３ｄまでを順次、全週にわたって２５μｍ小さくし、加圧、積層することで層間の段差を抑えて滑らかにし、コンデンサ部８の側面の上部領域の傾斜角度を絶縁層２ａ，２ｂ，２ｃの主面に対して４５°とした。断面構造を図１と図５に示す。
In sample No. 4, the pattern of the
またサンプルＮｏ５は、コンデンサ部８のパターンを、中心の第２の誘電体層４ｂの面積を１ｍｍの正方形とし、最上部のコンデンサ部電極３ｄと最下部のコンデンサ部電極３ａまでを順次、全週にわたって１５μｍ小さくし、加圧、積層することで層間の段差を抑えて滑らかにし、コンデンサ部８の側面の上部領域と下部領域の傾斜角度を絶縁層２ａ，２ｂ，２ｃの主面に対していずれも４５°とした。断面構造を図３と図６に示す。
Sample No. 5 has a pattern of the
このようにして得られた複数のグリーンシートを５０ｋｇ/ｃｍ２の圧力で積層し、一辺が５ｃｍの正方形にカッターで切断した後、５００℃で３時間のバインダの燃焼行程と９００℃で１時間のセラミックスの焼結工程とを含む窒素雰囲気中の焼成条件下で焼成し、ガラスおよびフィラーを含有するガラスセラミックス焼結体から成る絶縁基体２の内部に、チタン酸バリウムを主成分としガラスを含む第１の誘電体層４ａ、第２の誘電体層４ｂ、第３の誘電体層４ｃ、誘電体層４と金属粉末の焼結体から成る第１のコンデンサ部電極３ａ、第２のコンデンサ部電極３ｂ、第３のコンデンサ部電極３ｃ、第４のコンデンサ部電極３ｄ、が交互に積層されて成るコンデンサ部８が設けられたコンデンサ内蔵配線基板１を得た。
The green sheets thus obtained were laminated at a pressure of 50 kg / cm 2 , cut into a square having a side of 5 cm with a cutter, and then the binder combustion process at 500 ° C. for 3 hours and 900 ° C. for 1 hour. The ceramic base is fired under a firing condition in a nitrogen atmosphere including a ceramic sintering step, and the inside of the insulating
このようにして得られたコンデンサ内蔵配線基板１に対して、コンデンサ部８の側面の欠陥を観察した。各サンプルのコンデンサ部８を切り出して樹脂に埋め込み、コンデンサ部８と絶縁層２ａ，２ｂ，２ｃとの界面が露出した切断面を、ラップ研磨板によって回転研磨し、走査型顕微鏡にて１０００倍で観察することによって行なった。欠陥なく良好に接合している場合は「○」、隙間やクラック等の欠陥が観察される場合は「×」とした。
A defect on the side surface of the
また同様に、コンデンサ内蔵配線基板１に対して、絶縁耐圧を測定した。測定温度２５℃の条件で、菊水電子工業株式会社製耐圧試験器（型式：ＴＯＳ５１０１）を用いて測定し、コンデンサ部８に対し１Ｖ/分の昇圧速度で直流電圧を印加し、短絡した時点の電圧を測定し、Ｎ＝２０の最小値を測定した。絶縁耐圧は１００Ｖ以上を合格とした。
Similarly, withstand voltage was measured for the capacitor built-in
これらの判定基準で容量低下率と容量ばらつきの２つの項目を満たすものには判定欄に「○」、もしくは「◎」、満たさないものは「×」とした。これらの測定結果を表１に示した。
表１によれば、本発明の請求項１にかかるコンデンサ内蔵配線基板であるＮｏ．２は、コンデンサ部８の側面が傾斜しているために欠陥が観察されず、絶縁耐圧も１００Ｖを超え良好な結果となった。
According to Table 1, No. 1 which is a wiring board with a built-in capacitor according to
また、本発明の請求項２にかかるコンデンサ内蔵配線基板であるＮｏ．３はコンデンサ部８の側面が傾斜しているために欠陥が観察されず、また側面が上部領域及び下部領域で中央域よりも内側に位置するように傾斜しているので信頼性が更に向上して絶縁耐圧も１６５Ｖとなりより良好な結果となった。
A capacitor built-in wiring board according to
また、本発明の請求項３にかかるコンデンサ内蔵配線基板であるＮｏ．４はコンデンサ部８の側面が４５°に傾斜しているために欠陥が観察されず、絶縁耐圧も２００Ｖを超え更に良好な結果となった。
A capacitor built-in wiring board according to
また、本発明の請求項３にかかるコンデンサ内蔵配線基板であるＮｏ．５はコンデンサ部８の側面が４５°に傾斜しているために欠陥が観察されず、また側面が上部領域及び下部領域で中央域よりも内側に位置するように傾斜しているので信頼性が更に向上して絶縁耐圧も２４０Ｖとなり非常に良好な結果となった。
A capacitor built-in wiring board according to
これに対して、従来の配線基板であるＮｏ．１は、コンデンサ部８の端部に欠陥が観察され、絶縁耐圧も１００Ｖを下回り良好な特性を示さなかった。
In contrast, No. 1 which is a conventional wiring board. In No. 1, defects were observed at the end of the
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更が可能である。例えば、上述の実施の形態では、配線導体５は配線導体用ペーストをグリーンシートに塗布することにより形成したが、配線導体５のパターン形状の銅等から成る金属箔を転写して形成してもよい。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the
また、配線導体ペーストや誘電体ペーストの粉末成分の粒径や形状を調整し、コンデンサ部８と絶縁層２ａ，２ｂ，２ｃとの接合をアンカー効果によってより強固なものにしても良い。
Further, the particle size and shape of the powder component of the wiring conductor paste or the dielectric paste may be adjusted, and the bonding between the
１・・・・・・・・・・コンデンサ内蔵配線基板
２・・・・・・・・・・絶縁基体
２ａ，２ｂ，２ｃ・・・絶縁層
３ａ・・・・・・・・・第１のコンデンサ部電極
３ｂ・・・・・・・・・第２のコンデンサ部電極
３ｃ・・・・・・・・・第３のコンデンサ部電極
３ｄ・・・・・・・・・第４のコンデンサ部電極
４ａ・・・・・・・・・第１の誘電体層
４ｂ・・・・・・・・・第２の誘電体層
４ｃ・・・・・・・・・第３の誘電体層
５・・・・・・・・・・配線導体
６・・・・・・・・・・貫通導体
７ａ・・・・・・・・・第１のバリア層
７ｂ・・・・・・・・・第２のバリア層
８・・・・・・・・・・コンデンサ部
DESCRIPTION OF
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|---|---|---|---|---|
| JP2009117664A (en) * | 2007-11-07 | 2009-05-28 | Tdk Corp | Laminated inductor and manufacturing method thereof |
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