JPH114058A - 容量素子付き回路基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】小型の絶縁基板上に異なる静電容量値の薄膜容
量素子を高密度に形成することができない。 【解決手段】絶縁基板１上に薄膜回路配線２と複数個の
薄膜容量素子３ａ、３ｂを形成して成る容量素子付き回
路基板であって、前記各薄膜容量素子３ａ、３ｂはアル
ミニウム層５ａとαータンタル層５ｂとから成る下部電
極層５と、該下部電極層５の一部を陽極酸化することに
よって形成される誘電体層６と、該誘電体層６上に被着
される上部電極層７とから成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は携帯電話や衛星通信
等の通信機器に搭載される容量素子付き回路基板に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、携帯電話や衛星通信等の通信機器
には電気信号の送受信回路を構成する部品の一部に容量
素子付き回路基板が使用されている。

【０００３】かかる容量素子付き回路基板は一般に上面
に所定パターンの回路配線を有する絶縁基板を準備し、
該絶縁基板上にチップ容量素子を載置するとともにその
端子を回路配線に半田等を介し電気的に接続させること
によって形成されている。

【０００４】しかしながら、近時、携帯電話や衛星通信
等の通信機器は小型、軽量化が急激に進み、従来の容量
素子付き回路基板では回路配線がＭｏーＭｎ法等の厚膜
形成技術により形成されており、各回路配線の幅及び隣
接する回路配線間の間隙が広いこと、チップ容量素子の
形状が大きく全体が大型となっていること等から使用す
ることができず、小型で軽量な容量素子付き回路基板が
要求されるようになってきた。

【０００５】そこで新たに絶縁基板上に薄膜形成技術を
採用することによって回路配線と容量素子とを被着形成
し、該容量素子を回路配線に電気的に接続することによ
って容量素子付き回路基板を形成することが提案されて
いる。

【０００６】かかる容量素子付き回路基板は回路配線及
び容量素子を薄膜形成技術により形成することから回路
配線の線幅及び隣接間隔を狭くすることができるととも
に容量素子の形状を小さくすることができ、その結果、
容量素子付き回路基板の全体形状を小型として、小型、
軽量化が急激に進む携帯電話や衛星通信等の通信機器に
使用することが可能となる。

【０００７】なお、前記容量素子付き回路基板は、その
回路配線が酸化アルミニウム質焼結体等の電気絶縁材料
から成る基板上に、スパッタリング法や蒸着法等の薄膜
形成技術を採用することによってアルミニウム、タンタ
ル、タングステン、クロム等の金属材料を所定厚みに被
着し、次にこれをフォトリソグラフィー技術により所定
パターンに加工することによって形成され、また薄膜容
量素子はまず電気絶縁材料から成る基板上にスパッタリ
ング法等の薄膜形成技術によりαータンタル（窒化タン
タル）を所定厚みに被着させて下部電極層を形成し、次
に前記下部電極層の表面の一部を陽極酸化処理し、酸化
タンタルに変換させることによって誘電体層となし、最
後に前記誘電体層の上部に蒸着法やスパッタリング法等
の薄膜形成技術によりチタンー金やニクロムー金等の金
属材料を所定厚みに被着させるとともにこれをエッチン
グ法により所定パターンに加工することによって形成さ
れている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、携帯電
話や衛星通信等の通信機器には、例えば、整合回路用と
して数ＰＦ、バイパス用として数十ＰＦ、デカップリン
グ用として数百ＰＦという静電容量値の異なる容量素子
が多数使用されており、それらを上述した構造の薄膜容
量素子で作る場合には、下部電極層、誘電体層及び上部
電極層の面積を変更することによって静電容量値を所定
の値としなければならず、大きな静電容量値を得るため
に下部電極層や上部電極層等の面積を広くすると容量素
子付き回路基板が大型となって、小型化、軽量化が進む
携帯電話や衛星通信等の通信機器には使用することがで
きなくなり、また小さな静電容量値を得るために下部電
極層や上部電極層等の面積を狭くすると薄膜容量素子を
他に実装される半導体素子や薄膜回路配線にボンディン
グワイヤを介して電気的に接続させる際、ボンディング
ワイヤを薄膜容量素子の電極に強固に電気的接続させる
ことができないという欠点を誘発した。

【０００９】本発明は上述の諸欠点に鑑み案出されたも
ので、その目的は、異なる静電容量値の薄膜容量素子が
複数個、高密度に形成されてなる小型、軽量化が進む携
帯電話や衛星通信等の通信機器に搭載が可能な小型、軽
量の容量素子付き回路基板を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁基板上に
薄膜回路配線と複数個の薄膜容量素子を形成して成る容
量素子付き回路基板であって、前記各薄膜容量素子はア
ルミニウム層とαータンタル層とから成る下部電極層
と、該下部電極層の一部を陽極酸化することによって形
成される誘電体層と、該誘電体層上に被着される上部電
極層とから成ることを特徴とするものである。

【００１１】本発明の容量素子付き回路基板よれば、絶
縁基板上に薄膜形成技術を採用することによって回路配
線及び容量素子を形成したことから回路配線の線幅及び
隣接間隔を狭くすることができるとともに容量素子の形
状を小さくすることができ、その結果、容量素子付き回
路基板の全体形状を小型として、小型、軽量化が急激に
進む携帯電話や衛星通信等の通信機器に使用することが
可能となる。

【００１２】また本発明の容量素子付き回路基板よれ
ば、下部電極層を構成するアルミニウム層とαータンタ
ル層の一方、又は両方の一部、もしくは全部を陽極酸化
し、酸化アルミニウムや酸窒化タンタルに変えることに
よって誘電体層を形成しており、陽極酸化の度合い、即
ち、酸化アルミニウムや酸窒化タンタルの厚みを変える
ことによって薄膜容量素子の静電容量値を異なる任意の
値となすことができ、その結果、薄膜容量素子の面積は
極端に大きくなったり、小さくなったりすることはな
く、小型の絶縁基板上に異なる静電容量値の薄膜容量素
子を複数個、高密度に形成することが可能となるととも
にボンディングワイヤを介して回路配線等への電気的接
続も強固となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に本発明を添付図面に基づき詳
細に説明する。図１、及び図２（ａ）（ｂ）は、本発明
の容量素子付き回路基板の一実施例を示し、１は絶縁基
板、２は薄膜回路配線、３ａ、３ｂは薄膜容量素子であ
る。

【００１４】前記絶縁基板１は酸化アルミニウム質焼結
体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミ
ニウム質焼結体、ガラスセラミックス焼結体等の電気絶
縁材料から成り、例えば、酸化アルミニウム質焼結体か
ら成る場合には、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マ
グネシウム、酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機
溶剤、溶媒を添加混合して泥漿状となすとともにこれを
従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等
によりシート状に成形してセラミックグリーンシート
（セラミック生シート）を得、しかる後、前記セラミッ
クグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施し所定形状
となすとともに約１６００℃の温度で焼成することによ
って製作される。

【００１５】前記絶縁基板１は薄膜回路配線２及び薄膜
容量素子３ａ、３ｂ等を支持する支持部材として作用
し、その上面に所定パターンの薄膜回路配線２と所定静
電容量値の２つの薄膜容量素子３ａ、３ｂが被着形成さ
れている。

【００１６】前記絶縁基板１の上面に被着形成されてい
る薄膜回路配線２は薄膜容量素子３ａ、３ｂを絶縁基板
１の上面に実装される他の電子部品、例えば、半導体素
子４等に接続する、或いは薄膜容量素子３ａ、３ｂや半
導体素子４を外部の電気回路に電気的に接続する作用を
なす。

【００１７】前記薄膜回路配線２は、例えば、チタン、
クロム、ニッケル・クロム合金等から成る密着層と、ニ
ッケル、パラジウム、白金等から成るバリア層と、金、
銅等から成る主導体層の３層構造を有しており、絶縁基
板１の上面に上記各金属を順次、イオンプレーティング
法やスパッタリング法、メッキ法、蒸着法等の薄膜形成
技術により被着させ、しかる後、これらの各層をフォト
リソグラフィー技術により所定パターンに加工すること
によって絶縁基板１上に所定パターンに被着形成され
る。

【００１８】また前記薄膜回路配線２は絶縁基板１上に
薄膜形成技術を採用することによって形成されることか
ら薄膜回路配線２の線幅及び隣接間隔を極めて狭いもの
として絶縁基板１に高密度に被着形成することが可能と
なり、その結果、薄膜回路配線２が被着形成される絶縁
基板１を小型化させることができる。

【００１９】更に前記絶縁基板１の上面には２つの薄膜
容量素子３ａ、３ｂが被着形成されており、該２つの薄
膜容量素子３ａ、３ｂは、アルミニウム層５ａとαータ
ンタル層５ｂとから成る下部電極層５と、該下部電極層
５の一部を陽極酸化することによって形成される誘電体
層６と、該誘電体層６上に被着される上部電極層７とか
ら成り、下部電極層５と上部電極層７との間に誘電体層
６の比誘電率によって決定される一定の静電容量が形成
されるようになっている。

【００２０】前記２つの薄膜容量素子３ａ、３ｂはその
下部電極層５が例えば、薄膜回路配線２に接続され、上
部電極層７が半導体素子４の電極や他の薄膜回路配線２
にボンディングワイヤ８を介して接続され、これによっ
て所定の電気回路に接続されるようになっている。

【００２１】前記２つの薄膜容量素子３ａ、３ｂの絶縁
基板１上への被着形成は、まず絶縁基板１上に下部電極
層５を被着形成する。この下部電極層５はアルミニウム
層５ａとαータンタル層（窒化タンタル層）５ｂの２層
構造を有しており、絶縁基板１上に順次、アルミニウム
とαータンタルとをスパッタリング法やイオンプレーテ
ィング法、蒸着法等の薄膜形成技術を採用することによ
って所定厚み（アルミニウム：５０００オングストロー
ム〜２００００オングストローム、αータンタル：２０
００オングストローム〜４０００オングストローム）に
被着させ、しかる後、これをフォトリソグラフィー技術
を採用することにより所定パターンに加工することによ
って絶縁基板１上に形成される。

【００２２】なお、前記下部電極層５のアルミニウム層
５ａはその厚みが５０００オングストローム未満となる
と薄膜容量素子３ａ、３ｂの静電容量値を自由に任意の
値となすのが困難となり、また２００００オングストロ
ームを超えるとアルミニウム層５ａを絶縁基板１上に被
着させる際、アルミニウム層５ａの内部に大きな応力が
発生するとともに内在し、該内在応力によって下部電極
層５が絶縁基板１より剥離し易くなる傾向にある。従っ
て、前記下部電極層５のアルミニウム層５ａはその厚み
を５０００オングストローム〜２００００オングストロ
ームの範囲としておくことが好ましい。

【００２３】また前記下部電極層５のαータンタル層５
ｂはその厚みが２０００オングストローム未満、或いは
４０００オングストロームを超えると薄膜容量素子３
ａ、３ｂの静電容量値を自由に任意の値となすのが困難
となる。従って、前記下部電極層５のαータンタル層５
ｂはその厚みを２０００オングストローム〜４０００オ
ングストロームの範囲としておくことが好ましい。

【００２４】次に前記下部電極層５のアルミニウム層５
ａとαータンタル層５ｂの一方、又は両方の一部、或い
は全部を陽極酸化処理し、酸化アルミニウムや酸窒化タ
ンタルに変換させることによって、図２（ａ）（ｂ）に
示す如く、酸化アルミニウム層６ａや酸窒化タンタル層
６ｂを形成し、これらで誘電体層６を形成する。この誘
電体層６は下部電極層５と上部電極層７との間に所定の
静電容量を形成する作用をなし、アルミニウム層５ａと
αータンタル層５ｂとから成る下部電極層５をクエン酸
等の電解液中にプラチナ板とともに浸漬させ、次に前記
下部電極層５を陽極に、プラチナ板を陰極に接続すると
ともに両者間に２９０Ｖ〜５００Ｖの電圧を印加するこ
とによって形成される。

【００２５】そして最後に、前記誘電体層６の上面に上
部電極層７を被着し、上部電極層７と前述の下部電極層
５との間に酸化アルミニウム層６ａや酸窒化タンタル層
６ｂから成る誘電体層６を位置させることによって所定
の静電容量値を有する薄膜容量素子３ａ、３ｂが絶縁基
板１上の所定位置に被着形成されることとなる。

【００２６】前記上部電極層７は、例えば、チタン層と
金層、ニクロム層と金層等の金属材料を２層に積層した
もので形成され、従来周知の蒸着法やスパッタリング法
等の薄膜形成技術及びフォトリソグラフィー技術を採用
することによって誘電体層６の上面に被着される。

【００２７】なお、前記上部電極層７は、例えば、チタ
ン層と金層の２層で形成する場合、チタン層は上部電極
層７を誘電体層６上に強固に被着させる作用をなし、そ
の厚みが２５０オングストローム未満であると上部電極
層７を誘電体層６上に強固に被着させるのが困難とな
り、また１００００オングストロームを超えると誘電体
層６上に上部電極層７を被着させる際に内部に大きな応
力が発生するとともに内在し、該内在応力によって薄膜
容量素子３ａ、３ｂの絶縁特性、耐電圧特性が劣化して
しまう傾向にある。

【００２８】また金層は上部電極層７の主導体層として
作用し、その厚みが０．３μｍ未満であると後述する上
部電極層７と回路配線２等とをボンディングワイヤ８を
介して接続する際、上部電極層７とボンディングワイヤ
８との電気的接続の信頼性が低くなる傾向にあり、また
５μｍを超えると金層を形成する際に内部に大きな応力
が発生するとともに内在し、該内在応力によって薄膜容
量素子３ａ、３ｂの絶縁特性、耐電圧特性が劣化してし
まう傾向にある。従って、前記上部電極層７をチタン層
と金層の２層で形成した場合、チタン層の厚みは２５０
オングストローム〜１００００オングストロームの範囲
に、金層の厚みは０．３μｍ〜５μｍの範囲としておく
ことが好ましい。

【００２９】更に前記薄膜容量素子３ａ、３ｂはそれを
構成する下部電極層５、誘電体層６及び上部電極層７の
いずれもが薄膜形成技術により形成されていることから
全体の形状が小さく、小型、軽量化が急激に進む携帯電
話や衛星通信等の通信機器に搭載が可能となる。

【００３０】また更に上述した薄膜容量素子３ａ、３ｂ
は下部電極層５を構成するアルミニウム層５ａとαータ
ンタル層５ｂを陽極酸化処理し、これによって形成され
る酸化アルミニウム層６ａや酸窒化タンタル層６ｂの厚
みを異とすることによってその各々の静電容量値を整合
回路用、バイパス用、或いはデカップリング用として使
用に供することができる０．５ＰＦ〜１０００ＰＦの範
囲の異なる任意値となすことが可能となる。

【００３１】前記薄膜容量素子３ａ、３ｂはその各々の
静電容量値が下部電極層５を構成するアルミニウム層５
ａとαータンタル層５ｂを陽極酸化処理し、これによっ
て形成される酸化アルミニウム層６ａや酸窒化タンタル
層６ｂの厚みを異とすることによって所定の値に成され
ることから薄膜容量素子３ａ、３ｂの面積が極端に大き
くなったり、小さくなったりすることはなく、その結
果、小型の絶縁基板１上に異なる静電容量値の複数個の
薄膜容量素子３ａ、３ｂを高密度に形成することが可能
となる。また同時に薄膜容量素子３ａ、３ｂの上部電極
層７をボンディングワイヤ８を介して薄膜回路配線２や
半導体素子４等に強固に接続することもでき、薄膜容量
素子３ａ、３ｂの電気回路への電気的接続の信頼性も極
めて高いものとなる。

【００３２】なお、前記薄膜容量素子３ａ、３ｂの静電
容量値は、例えば、下部電極層５と上部電極層７の対向
面積が１ｍｍ² 、誘電体層６がαータンタル層５ｂの一
部のみを酸窒化タンタルに変え、厚さが３０００オング
ストロームの酸窒化タンタル層６ｂで形成した場合には
５３０ＰＦとなり、また誘電体層６がαータンタル層５
ｂの全部を酸窒化タンタルに変え、厚さが５０００オン
グストロームの酸窒化タンタル層６ｂと、アルミニウム
層５ｂの一部を酸化アルミニウムに変え、厚さが８００
０オングストロームの酸化アルミニウム層６ｂとで形成
した場合には８２ＰＦとなる。

【００３３】また前記薄膜容量素子３ａ、３ｂの各々の
静電容量値を異とするには下部電極層５を構成するアル
ミニウム層５ａとαータンタル層５ｂを陽極酸化処理す
る際、陽極酸化処理のための電圧を個々に変えておけば
達成できる。

【００３４】かくして本発明の容量素子付き回路基板に
よれば、絶縁基板１上に設けた薄膜回路配線２に半導体
素子４やその他の抵抗器等を搭載接続するとともに薄膜
容量素子３ａ、３ｂの下部電極層５及び上部電極層７を
所定の薄膜回路配線２や半導体素子４の電極に直接、或
いはボンディングワイヤ８を介して接続すれば、携帯電
話や衛星通信等の通信機器に実装される電気回路基板と
なる。

【００３５】なお、本発明は上述の実施例に限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば
種々の変更は可能であり、例えば、上述の実施例では、
絶縁基板１の上面に２つの薄膜容量素子３ａ、３ｂを形
成したが、これを３個以上設けてもよく、また各薄膜容
量素子３ａ、３ｂの上部電極層７を他の材料で形成して
もよい。

【００３６】

【発明の効果】本発明の容量素子付き回路基板よれば、
絶縁基板上に薄膜形成技術を採用することによって回路
配線及び容量素子を形成したことから回路配線の線幅及
び隣接間隔を狭くすることができるとともに容量素子の
形状を小さくすることができ、その結果、容量素子付き
回路基板の全体形状を小型として、小型、軽量化が急激
に進む携帯電話や衛星通信等の通信機器に使用すること
が可能となる。

【００３７】また本発明の容量素子付き回路基板よれ
ば、下部電極層を構成するアルミニウム層とαータンタ
ル層の一方、又は両方の一部、もしくは全部を陽極酸化
し、酸化アルミニウムや酸窒化タンタルに変えることに
よって誘電体層を形成しており、陽極酸化の度合い、即
ち、酸化アルミニウムや酸窒化タンタルの厚みを変える
ことによって薄膜容量素子の静電容量値を異なる任意の
値となすことができ、その結果、薄膜容量素子の面積は
極端に大きくなったり、小さくなったりすることはな
く、小型の絶縁基板上に異なる静電容量値の薄膜容量素
子を複数個、高密度に形成することが可能となるととも
にボンディングワイヤを介して回路配線等への電気的接
続も強固となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の容量素子付き回路基板の一実施例を示
す断面図である。

【図２】（ａ）（ｂ）は図１に示す容量素子付き回路基
板の要部拡大断面図である。

【符号の説明】

１・・・・・・・・絶縁基板 ２・・・・・・・・薄膜回路配線 ３ａ、３ｂ・・・・薄膜容量素子 ５・・・・・・・・下部電極層 ６・・・・・・・・誘電体層 ６ａ・・・・・・・酸化アルミニウム層 ６ｂ・・・・・・・酸窒化タンタル層 ７・・・・・・・・上部電極層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁基板上に薄膜回路配線と複数個の薄膜
   容量素子を形成して成る容量素子付き回路基板であっ
   て、前記各薄膜容量素子はアルミニウム層とαータンタ
   ル層とから成る下部電極層と、該下部電極層の一部を陽
   極酸化することによって形成される誘電体層と、該誘電
   体層上に被着される上部電極層とから成ることを特徴と
   する容量素子付き回路基板。