JP2005019686A

JP2005019686A - コンデンサ素子内蔵多層配線基板

Info

Publication number: JP2005019686A
Application number: JP2003182581A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Nagasawa; 忠長澤; Takuji Seri; 拓司世利
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2003-06-26
Publication date: 2005-01-20

Abstract

【課題】コンデンサ素子内蔵多層配線基板において、電気的接続不良を発生してしまうという問題点を有していた。
【解決手段】有機材料から成る複数の絶縁層１を積層するとともにこれら絶縁層１の表面に配線導体２を形成し、絶縁層１を挟んで上下に位置する配線導体２間を絶縁層１に形成された貫通導体３を介して電気的に接続して成り、絶縁層１の少なくとも一層に設けられた空洞部５の内部に多数の電極層６およびセラミック誘電体層７を交互に積層して成るコンデンサ素子８を内蔵したコンデンサ素子内蔵多層配線基板１１であって、空洞部５となる貫通穴５ａが形成されている絶縁層１ａは、液晶ポリマー層９の上下面にエポキシ樹脂から成る被覆層１０を形成して成るとともに、被覆層１０の厚みの合計が液晶ポリマー層９の厚みよりも大きい。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種ＡＶ機器や家電機器，通信機器，コンピュータやその周辺機器等の電子機器に使用される、コンデンサ素子を内蔵したコンデンサ素子内蔵多層配線基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、配線基板は、アルミナ等のセラミック材料から成る絶縁層あるいはガラスエポキシ樹脂等の有機樹脂材料から成る絶縁層を複数積層するとともにこれら絶縁層の表面に配線導体を形成し、絶縁層を挟んで上下に位置する配線導体間を絶縁層に形成した貫通導体を介して電気的に接続して成り、この配線基板の表面に半導体素子やコンデンサ素子，抵抗器等の電子素子を搭載取着するとともにこれらの電極を各配線導体に電気的に接続することによって電子機器に使用される電子装置となる。
【０００３】
しかしながら、近年、電子機器は、移動体通信機器に代表されるように小型，薄型，軽量化が要求されてきており、このような電子機器に使用される電子装置も小型，高密度化が要求されるようになってきている。
【０００４】
このような要求に対応するために、特許文献１には、配線基板の表面に搭載される電子素子の数を減らして配線基板を小型化する目的で、配線基板の内部にチップ状コンデンサ素子等の回路部品を内蔵した回路部品内蔵モジュールが提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２２０２６２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に示された回路部品内蔵モジュールは、回路部品をエポキシ樹脂やシアネート樹脂から成る絶縁性基板に埋設することにより製作されており、エポキシ樹脂やシアネート樹脂は内蔵する回路部品に比べて熱膨張係数が大きいため、これらに熱が繰り返し加わると絶縁性基板と回路部品との熱膨張差により発生する応力が回路部品と配線パターンとの接続部に集中し、断線等の電気的接続不良が発生してしまうという問題点を有していた。
【０００７】
本発明はかかる従来技術の問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、接続信頼性に優れた小型のコンデンサ素子内蔵多層配線基板を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のコンデンサ素子内蔵多層配線基板は、有機材料から成る複数の絶縁層を積層するとともにこれら絶縁層の表面に配線導体を形成し、前記絶縁層を挟んで上下に位置する前記配線導体間を前記絶縁層に形成された貫通導体を介して電気的に接続して成り、前記絶縁層の少なくとも一層に設けられた空洞部の内部に多数の電極層およびセラミック誘電体層を交互に積層して成るコンデンサ素子を内蔵したコンデンサ素子内蔵多層配線基板であって、前記空洞部となる貫通穴が形成されている前記絶縁層は、液晶ポリマー層の上下面にエポキシ樹脂から成る被覆層を形成して成るとともに、前記被覆層の厚みの合計が前記液晶ポリマー層の厚みよりも大きいことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明のコンデンサ素子内蔵多層配線基板によれば、コンデンサ素子を内蔵するための空洞部となる貫通穴が形成されている絶縁層を、液晶ポリマー層の上下面にエポキシ樹脂から成る被覆層を形成して成るものとしたことから、液晶ポリマー層の熱膨張係数とコンデンサ素子の熱膨張係数とが近似しているので、これらに熱が繰り返し加わったとしても、液晶ポリマー層とコンデンサ素子との熱膨張差によってコンデンサ素子と配線導体との接続部に大きな応力が発生して両者間で断線することはなく、その結果、接続信頼性に優れたコンデンサ素子内蔵多層配線基板とすることができる。
【００１０】
また、エポキシ樹脂の分子が液晶ポリマー分子ほど剛直ではなく、また、規則正しい配向性も示さないことから分子が比較的動きやすく、その結果、絶縁層を多層化した場合においても、絶縁層同士の密着性が良好となり、熱が繰り返し加わったりしても絶縁層間で剥離して絶縁不良が発生してしまうこともない。
【００１１】
さらに、絶縁層表面に配線導体を配設した場合、エポキシ樹脂の分子が配線導体表面の微細な凹部に入り込み十分なアンカー効果を発揮することができ、絶縁層と配線導体との密着性が良好となり、その結果、高温高湿環境下に曝されても両者間が剥離して配線導体が断線してしまうということもない。
【００１２】
また、被覆層の厚みの合計を液晶ポリマー層の厚みよりも大きくしたことから、貫通穴の側面に露出した粘着性を有する被覆層のエポキシ樹脂がコンデンサ素子の側面を貫通穴の側面に良好に接着，固定することが可能となり、配線基板に熱が繰り返し加わったりしてもコンデンサ素子と配線導体との接続部に加わる負荷を低減することが可能となり、その結果、より接続信頼性に優れたコンデンサ素子内蔵多層配線基板とすることができる。
【００１３】
また、本発明のコンデンサ素子内蔵多層配線基板は、上記構成において、好ましくは被覆層が平均粒子径が０．１〜２．８μｍである無機絶縁粉末を１０〜７０体積％含有していることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明のコンデンサ素子内蔵多層配線基板によれば、被覆層が平均粒子径が０．１〜２．８μｍである無機絶縁粉末を１０〜７０体積％含有している場合には、絶縁層に配線導体を配設ならびに貫通導体を形成するとともに絶縁層を多層化して多層配線基板を製作する場合において、無機絶縁粉末が被覆層の流動性を抑制し、絶縁層を多層化する際の加熱プレスによる上下面に平行な方向（層方向）における貫通導体の位置ずれや貫通導体の直径のばらつき、さらには被覆層の厚みばらつきを低減することができ、その結果、配線導体や貫通導体の位置ずれがなく配線導体と貫通導体との接続信頼性に優れたコンデンサ素子内蔵多層配線基板とすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に本発明のコンデンサ素子内蔵多層配線基板を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明のコンデンサ素子内蔵多層配線基板の実施の形態の一例を示す断面図であり、コンデンサ素子を１個内蔵した場合の例を示している。また、図２は、本発明のコンデンサ素子内蔵多層配線基板に内蔵されるコンデンサ素子の実施の形態の一例を示す断面図である。
【００１７】
これらの図において、１は絶縁層、２は配線導体、３は貫通導体、４は配線導体の一部から成る接続パッド、８はコンデンサ素子で、主にこれらで本発明のコンデンサ素子内蔵多層配線基板１１が構成されている。なお、本実施例では、コンデンサ素子内蔵多層配線基板１１が絶縁層１を４層積層して成る場合を示している。また、コンデンサ素子８を２層の絶縁層１に形成した空洞部５に埋設した例を示している。
【００１８】
コンデンサ素子内蔵多層配線基板１１に内蔵されるコンデンサ素子８は、縦，横，高さがそれぞれ１〜５ｍｍの直方体であり、図２に断面図で示すように、電極層６とセラミック誘電体層７とを交互に積層することにより形成されている。
【００１９】
このようなセラミック誘電体層７の材料としては、種々の誘電体セラミック材料を用いることができ、例えば、ＢａＴｉＯ_３やＬａＴｉＯ_３，ＣａＴｉＯ_３，ＳｒＴｉＯ_３等のセラミック組成物、あるいはＢａＴｉＯ_３の構成元素であるＢａをＣａで、ＴｉをＺｒやＳｎで部分的に置換した固溶体等のチタン酸バリウム系材料や、鉛系ペロブスカイト型構造化合物等が挙げられる。
【００２０】
また、電極層６を形成する材料としては、例えばＰｄやＡｇ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｐｂ等の金属やそれらの合金が用いられる。
【００２１】
さらに、コンデンサ素子８は、多数の電極層６に電気的に接続した複数の引き出し電極部１２を有しており、これらはコンデンサ素子８の電極層６同士や電極層６とコンデンサ素子内蔵多層配線基板１１の配線導体２あるいは貫通導体３と電気的に接続する作用を成す。
【００２２】
このような引き出し電極部１２は、コンデンサ素子８の端面に半田ペーストを印刷することによって、あるいは電極層６とセラミック誘電体層７との積層体に貫通孔を形成し、これに導体を埋め込むことによって形成される。なお、微細化，工程の容易性，インダクタンスの低減という観点からは、引き出し電極部１２は、貫通孔を形成後、これに導体を埋め込むことによって形成されることが好ましい。
【００２３】
このような貫通孔は、電極層６とセラミック誘電体層７とから成る積層体に、パンチングによる打ち抜き加工やＵＶ−ＹＡＧレーザ，エキシマレーザ，炭酸ガスレーザ等によるレーザ穿設加工等の方法により形成され、特に微細な貫通孔とするためには、レーザによる穿設加工により形成されることが好ましい。また、貫通孔の径は数１０μｍ〜数ｍｍであり、コンデンサ素子８の大きさにあわせて適宜決めればよい。
【００２４】
なお、貫通孔は、内部に充填される導体と電極層６との電気的接続を良好にするために、打ち抜き加工やレーザ穿設加工後に超音波洗浄処理やデスミア処理等を施しても良い。
【００２５】
また、貫通孔に充填される導体としては、ＰｄやＡｇ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｐｂ等の金属やそれらの合金が用いられ、特に電極層６との電気的接続を良好にするという観点からは、電極層６と同じ材質のものから成ることが好ましい。
【００２６】
このような貫通孔に充填される導体は、有機溶剤に有機バインダ樹脂を溶解させた有機ビヒクル中に金属粉末を分散させて成る導電ペーストを貫通孔にスクリーン印刷法等の方法で充填することにより形成される。なお、ビヒクル中に、これらの他、各種分散剤，活性剤，可塑剤などを必要に応じて添加しても良い。
【００２７】
また、導電ペーストに用いられる有機バインダ樹脂は、金属粉末を均質に分散させるとともに貫通孔への埋め込みに適正な粘度とレオロジーを与える役割をもっており、例えば、アクリル樹脂やフェノール樹脂，アルキッド樹脂，ロジンエステル，エチルセルロース，メチルセルロース，ＰＶＡ（ポリビニルアルコール），ポリビニルブチラート等が挙げられる。特に、金属粉末の分散性を良くするという観点からは、アクリル樹脂を用いることが好ましい。
【００２８】
さらに、導電ペーストに用いられる有機溶剤は、有機バインダ樹脂を溶解して金属粉末粒子を分散させ、このような混合系全体をペースト状にする役割をなし、例えば、α−テルピネオールやベンジルアルコール等のアルコール系や炭化水素系，エーテル系，ＢＣＡ（ブチルカルビトールアセテート）等のエステル系，ナフサ等が用いられ、特に、金属粉末の分散性を良くするという観点からは、α−テルピネオール等のアルコール系溶剤を用いることが好ましい。
【００２９】
さらにまた、導電ペーストは、埋め込み，焼成後のコンデンサ磁器への接着強度を上げるために、ガラスフリットやセラミックフリットを加えたペーストとすることができる。この場合のガラスフリットやセラミックフリットとしては特に限定されるものではなく、例えば、ホウ珪酸系やホウ珪酸亜鉛系のガラス，チタニアやチタン酸バリウムなどのチタン系酸化物などを適宜用いることができる。
【００３０】
そしてこのようなコンデンサ素子８は、次の方法により製作される。
【００３１】
まず、周知のシート成形法により製作されたセラミック誘電体層７と成る、例えばＢａＴｉＯ_３誘電体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）表面に、周知のペースト製作法により製作したＮｉペーストをスクリーン印刷法により所定形状となるように印刷して電極層６となる未焼成電極層を形成し、続いてこれらを所定順序に積層するとともに圧着して積層体を得る。そして、これを所定の大きさに切断するとともに８００〜１６００℃の温度で焼成することにより製作される。
【００３２】
また、コンデンサ素子８の表面は、後述する絶縁層１とコンデンサ素子８との接着性を向上させるという観点からは、セラミック誘電体層７の表面の算術平均粗さＲａの最大値Ｒｍａｘが０．２μｍより大きく、望ましくは０．５μｍ以上、最適には１μｍ以上とすることが好ましい。なお、セラミック誘電体層７の算術平均粗さＲａの最大値Ｒｍａｘが５μｍを超えると、コンデンサ素子８に割れや欠けが発生し易くなる傾向があるため、算術平均粗さＲａの最大値Ｒｍａｘを５μｍ以下としておくことが好ましい。
【００３３】
このようなコンデンサ素子８の表面は、焼成前のグリーンシート積層体の段階で積層体の表面にブラシ研磨による粗化処理やあらかじめ凹凸加工した平板を押し付けるなどの方法によって物理的に凹凸をつけた後、あるいはレーザにより積層体の表面に凹部を形成することによりディンプル加工を施した後、焼成することにより所望の表面粗さとすることができる。また、セラミック誘電体層７に用いられるセラミック材料よりも焼成時の耐熱性が高く平均粒子径が１μｍ以上のセラミック粉末、あるいはセラミック誘電体層７に用いられるセラミック材料の一部と反応性を有し平均粒子径が１μｍ以上のセラミック粉末を一部が埋入するようにグリーンシート積層体表面に付着させて焼成することによって所望の表面粗さとしても良い。さらに、グリーンシート積層体の焼成後のコンデンサ素子８の表面をサンドブラスト等の物理的手法あるいはエッチング等の化学的手法により粗化しても良い。
【００３４】
次に、本発明のコンデンサ素子内蔵多層配線基板１１を図３に基づいて詳細に説明する。図３は、図１のコンデンサ素子内蔵多層配線基板１１を製作するための工程毎の断面図である。
【００３５】
まず、図３（ａ）に断面図で示すように、絶縁層１と成る未硬化の前駆体シートを準備し、この前駆体シートにレーザ加工により所望の箇所に直径が１７〜１５０μｍの貫通孔１３を穿設する。
【００３６】
このような絶縁層１と成る未硬化の前駆体シートは、エポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂，熱硬化性ポリフェニレンエーテル樹脂，液晶ポリマー樹脂等の有機樹脂材料から成り、機械的強度を向上させるためのシラン系やチタネート系等のカップリング剤、熱安定性を改善するための酸化防止剤や耐光性を改善するための紫外線吸収剤等の光安定剤、難燃性を改善するためのハロゲン系もしくはリン酸系の難燃性剤、アンチモン系化合物やホウ酸亜鉛，メタホウ酸バリウム，酸化ジルコニウム等の難燃助剤、潤滑性を改善するための高級脂肪酸や高級脂肪酸エステル，高級脂肪酸金属塩，フルオロカーボン系界面活性剤等の滑剤、熱膨張係数を調整するためおよび／または機械的強度を向上させるための酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化チタン，酸化バリウム，酸化ストロンチウム，酸化ジルコニウム，酸化カルシウム，ゼオライト，窒化珪素，窒化アルミニウム，炭化珪素，ホウ酸アルミニウム，スズ酸バリウム，ジルコン酸バリウム，ジルコン酸ストロンチウム等の充填材、あるいは繊維状ガラスを布状に織り込んだガラスクロス等や耐熱性有機樹脂繊維から成る不織布等の基材を含有させてもよい。
【００３７】
このような前駆体シートは、例えば、絶縁材料として熱硬化性樹脂と無機絶縁粉末との複合材料を用いる場合、以下の方法によって製作される。まず、前述した無機絶縁粉末に熱硬化性樹脂を無機絶縁粉末量が１０〜７０体積％となるように溶媒とともに加えた混合物を得、この混合物を混練機（ニーダ）や３本ロール等の手段によって混合してペーストを製作する。そして、このペーストを圧延法や押し出し法，射出法，ドクターブレード法などのシート成形法を採用してシート状に成形した後、熱硬化性樹脂が完全硬化しない温度に加熱して乾燥することにより絶縁層１となる前駆体シートが製作される。
【００３８】
なお、図３（ａ）には、絶縁層１が、後述する液晶ポリマー層９の上下面にエポキシ樹脂から成る被覆層１０を形成してなる構成について示している。
【００３９】
また、ペーストは、好適には、熱硬化性樹脂と無機絶縁粉末の複合材料に、トルエン，酢酸ブチル，メチルエチルケトン，メタノール，メチルセロソルブアセテート，イソプロピルアルコール，メチルイソブチルケトン，ジメチルホルムアミド等の溶媒を添加してなる所定の粘度を有する流動体であり、その粘度は、シート成形法にもよるが１００〜３０００ポイズが好ましい。
【００４０】
次に、図３（ｂ）に断面図で示すように、貫通孔１３内に銅，銀，金，半田等から成る導電性ペーストを従来周知のスクリーン印刷法等を採用して充填し、貫通導体３を形成する。
【００４１】
次に、図３（ｃ）に断面図で示すように、前駆体シートの表面と裏面とに被着する配線導体２を準備する。そして、図３（ｄ）に断面図で示すように、配線導体２を前駆体シートの表面および裏面に、必要な配線導体２と貫通導体３とが電気的に接続するように重ね合わせて転写する。
【００４２】
なお、本実施の形態では、配線導体２の形成を転写法によって行なっており、このような配線導体２は、次に述べる方法により形成される。まず、離型シート等の支持体１４の表面にめっき法などによって製作された、銅，金，銀，アルミニウム等から選ばれる１種または２種以上の合金からなる厚さ１〜３５μｍの電解金属箔を接着し、その表面に所望の配線パターンの鏡像パターンとなるようにレジスト層を形成した後、エッチング，レジスト除去によって所定の配線パターンの鏡像の配線導体２を形成する。次に、配線導体２の前駆体シートの表面および裏面への接着は、配線導体２が形成された支持体１４を前駆体シートの表面および裏面へ重ね合わせ、しかる後、圧力が０．５〜１０ＭＰａ、温度が６０〜１５０℃の条件で加圧加熱した後、支持体１４を剥がすことにより、図３（ｅ）に断面図に示すように配線導体２が前駆体シートに被着される。
【００４３】
なお、支持体１４としては、ポリエチレンテレフタラートやポリエチレンナフタレート，ポリイミド，ポリフェニレンサルファイド，塩化ビニル，ポリプロピレン等のものが使用できる。支持体１４の厚みは１０〜１００μｍが適当であり、望ましくは２５〜５０μｍが良い。支持体１４の厚みが１０μｍ未満であると支持体１４の変形や折れ曲がりにより形成した配線導体２が断線し易くなり、厚みが１００μｍを超えると支持体１４の柔軟性がなくなって、前駆体シートからの支持体１４の剥離が困難となる傾向がある。また、支持体１４表面に電解金属箔を形成するために、アクリル系やゴム系，シリコン系，エポキシ系等の接着剤を使用してもよい。
【００４４】
次に、図３（ｆ）に断面図で示すように、コンデンサ素子８を収納するための空洞部５となる貫通穴５ａが形成されている絶縁層１ａを用意する。
【００４５】
このような空洞部５となる貫通穴５ａが形成されている絶縁層１ａとしては、液晶ポリマー層９の上下面にエポキシ樹脂から成る被覆層１０を形成したものが用いられ、また、空洞部５となる貫通穴５ａが形成されている絶縁層１ａにおいて、被覆層１０の厚みの合計が液晶ポリマー層９の厚みよりも大きくなっている。
【００４６】
本発明のコンデンサ素子内蔵多層配線基板１１によれば、コンデンサ素子８を内蔵するための空洞部５となる貫通穴５ａが形成されている絶縁層１ａを、液晶ポリマー層９の上下面にエポキシ樹脂から成る被覆層１０を形成して成るものとしたことから、液晶ポリマー層９の熱膨張係数とコンデンサ素子８の熱膨張係数とが近似しているので、これらに熱が繰り返し加わったとしても、液晶ポリマー層９とコンデンサ素子８との熱膨張差によってコンデンサ素子８と配線導体２との接続部に大きな応力が発生して両者間で断線することはなく、その結果、接続信頼性に優れたコンデンサ素子内蔵多層配線基板１１とすることができる。
【００４７】
また、エポキシ樹脂の分子が液晶ポリマー分子ほど剛直ではなく、また、規則正しい配向性も示さないことから分子が比較的動きやすく、その結果、絶縁層１（１ａ）を多層化した場合においても、絶縁層１（１ａ）同士の密着性が良好となり、熱が繰り返し加わったりしても絶縁層１（１ａ）間で剥離して絶縁不良が発生してしまうこともない。
【００４８】
さらに、絶縁層１ａ表面に配線導体２を配設した場合においても、エポキシ樹脂の分子が配線導体２表面の微細な凹部に入り込み十分なアンカー効果を発揮することができ、絶縁層１ａと配線導体２との密着性が良好となり、その結果、高温高湿環境下に曝されても両者間が剥離して配線導体２が断線してしまうということもない。
【００４９】
さらに、被覆層１０の厚みの合計を液晶ポリマー層９の厚みよりも大きくしたことから、貫通穴５ａの側面に露出した粘着性を有する被覆層１０のエポキシ樹脂がコンデンサ素子８の側面を貫通穴５ａの側面に良好に接着，固定することが可能となり、熱が繰り返し加わったりしてもコンデンサ素子８と配線導体２との接続部に加わる負荷を低減することが可能となり、その結果、より接続信頼性に優れたコンデンサ素子内蔵多層配線基板１１とすることができる。
【００５０】
なお、空洞部５となる貫通穴５ａが形成されている絶縁層１ａにおいて、被覆層１０の厚みの合計が液晶ポリマー層９の厚み以下であると、空洞部５に埋設するコンデンサ素子８と絶縁層１ａとの接着剤の効果を有する被覆層１０の接着面積が小さくなりコンデンサ素子８を固定する接着力が小さくなってしまい、熱が繰り返し加わってコンデンサ素子８と配線導体２との接続部に負荷が加わった際に、断線し易くなる傾向がある。従って、被覆層１０の厚みの合計は液晶ポリマー層９の厚みよりも大きいことが重要である。なお、絶縁層１ａを積層する際の樹脂の流動による位置合わせ精度の低下を防止するという観点からは、被覆層１０の厚みの合計は液晶ポリマー層９の厚みの１．４倍以下であることが好ましい。
【００５１】
なお、ここで液晶ポリマーとは、溶融時に液晶状態あるいは光学的に複屈折する性質を有するポリマーを指し、一般に溶液状態で液晶性を示すリオトロピック液晶ポリマーや溶融時に液晶性を示すサーモトロピック液晶ポリマー、あるいは、熱変形温度で分類される１型，２型，３型すべての液晶ポリマーを含むものであり、本発明に用いる液晶ポリマーとしては、温度サイクル信頼性，半田耐熱性，加工性の観点からは２００〜４００℃の温度、特に２５０〜３５０℃の温度に融点を有するものが好ましい。
【００５２】
このような液晶ポリマー層９は、層としての物性を損なわない範囲内で、熱安定性を改善するための酸化防止剤や耐光性を改善するための紫外線吸収剤等の光安定剤、難燃性を付加するためのハロゲン系もしくはリン酸系の難燃性剤、アンチモン系化合物やホウ酸亜鉛，メタホウ酸バリウム，酸化ジルコニウム等の難燃助剤、潤滑性を改善するための高級脂肪酸や高級脂肪酸エステル，高級脂肪酸金属塩，フルオロカーボン系界面活性剤等の滑剤、熱膨張係数を調整するため、および／または機械的強度を向上するための酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化チタン，酸化バリウム，酸化ストロンチウム，酸化ジルコニウム，酸化カルシウム，ゼオライト，窒化珪素，窒化アルミニウム，炭化珪素，チタン酸カリウム，チタン酸バリウム，チタン酸ストロンチウム，チタン酸カルシウム，ホウ酸アルミニウム，スズ酸バリウム，ジルコン酸バリウム，ジルコン酸ストロンチウム等の充填材を含有してもよい。
【００５３】
なお、上記の充填材等の粒子形状は、略球状，針状，フレーク状等があり、充填性の観点からは略球状が好ましい。また、粒子径は、通常０．１〜１５μｍ程度であり、液晶ポリマー層９の厚みよりも小さい。
【００５４】
また、被覆層１０は、配線導体２を被着形成する際の接着剤の機能を有するとともに、コンデンサ素子８を空洞部５に内蔵した際にコンデンサ素子８と空洞部５内部に固定させる接着剤としての役割を果たす。さらに、絶縁層１および空洞部５となる貫通穴５ａが形成された絶縁層１ａを用いてコンデンサ素子内蔵多層配線基板１１を構成する際に、絶縁層１ａ同士あるいは絶縁層１と絶縁層１ａとを積層する際の接着剤の役目を果たす。
【００５５】
なお、被覆層１０においてエポキシ樹脂の含有量が３０体積％未満であると、後述する充填材との混練性が低下する傾向があり、また、９０体積％を超えると、液晶ポリマー層９表面に被覆層１０を形成する際に、被覆層１０の厚みばらつきが大きくなる傾向がある。したがって、エポキシ樹脂の含有量は、３０〜９０体積％の範囲が好ましい。
【００５６】
また、被覆層１０は、弾性率を調整するためのゴム成分や熱安定性を改善するための酸化防止剤、耐光性を改善するための紫外線吸収剤等の光安定剤、難燃性を付加するためのハロゲン系もしくはリン酸系の難燃性剤、アンチモン系化合物やホウ酸亜鉛，メタホウ酸バリウム，酸化ジルコニウム等の難燃助剤、潤滑性を改善するための高級脂肪酸や高級脂肪酸エステルや高級脂肪酸金属塩，フルオロカーボン系界面活性剤等の滑剤、熱膨張係数を調整したり機械的強度を向上させたりするための酸化アルミニウムや酸化珪素，酸化チタン，酸化バリウム，酸化ストロンチウム，酸化ジルコニウム，酸化カルシウム，ゼオライト，窒化珪素，窒化アルミニウム，炭化珪素，チタン酸カリウム，チタン酸バリウム，チタン酸ストロンチウム，チタン酸カルシウム，ホウ酸アルミニウム，スズ酸バリウム，ジルコン酸バリウム，ジルコン酸ストロンチウム等の充填材、あるいは、充填材との親和性を高めこれらの接合性向上と機械的強度を高めるためのシラン系カップリング剤やチタネート系カップリング剤等のカップリング剤を含有してもよい。
【００５７】
また、本発明のコンデンサ素子内蔵多層配線基板１１においては、被覆層１０が平均粒子径が０．１〜２．８μｍである無機絶縁粉末を１０〜７０体積％含有することが好ましい。
【００５８】
被覆層１０において、平均粒子径が０．１〜２．８μｍである無機絶縁粉末を１０〜７０体積％含有した場合、絶縁層１ａに配線導体２および貫通導体３を配設するとともに絶縁層１ａを多層化してコンデンサ素子内蔵多層配線基板１１を製作する場合において、無機絶縁粉末が被覆層１０の流動性を抑制し、多層化する際の加熱プレスによって上下面に平行な方向（層方向）における貫通導体３の位置ずれや貫通導体３の直径のばらつき、さらには被覆層１０の厚みばらつきを低減することができ、寸法安定性に優れた絶縁層１ａとすることができる。
【００５９】
なお、被覆層１０における無機絶縁粉末の平均粒子径が０．１μｍの場合、無機絶縁粉末をエポキシ樹脂に混合させる際に混練性が低下し、被覆層１０の熱膨張係数を均一にすることが困難となる傾向があり、２．８μｍを超えると、被覆層１０において配線導体２を被着する表面の平坦性が低下し、配線導体２を被着形成する際に配線導体４の位置ずれが大きくなる傾向がある。また、無機絶縁粉末の含有量が１０体積％未満であると、被覆層１０の流動性を抑制することが困難となり、貫通導体３の位置ずれや被覆層１０の厚みばらつきが大きくなる傾向があり、７０体積％を超えると、半田リフロー時に液晶ポリマー層９との接着界面および配線導体２との接着界面が剥離し易くなる傾向がある。従って、被覆層１０は、平均粒子径が０．１〜２．８μｍの無機絶縁粉末を１０〜７０体積％含有することが好ましい。
【００６０】
このような無機絶縁粉末としては、酸化アルミニウムや酸化珪素，酸化チタン，酸化バリウム，酸化ストロンチウム，酸化ジルコニウム，酸化カルシウム，ゼオライト，窒化珪素，窒化アルミニウム，炭化珪素，チタン酸カリウム，チタン酸バリウム，チタン酸ストロンチウム，チタン酸カルシウム，ホウ酸アルミニウム，スズ酸バリウム，ジルコン酸バリウム，ジルコン酸ストロンチウム等が用いられる。また、好ましくは無機絶縁粉末の形状を球状とすると、無機絶縁粉末をエポキシ樹脂に混合する際の分散性や混練性をより良好なものとすることができる。
【００６１】
このような絶縁層１ａは、例えば平均粒子径が０．１〜２．８μｍの酸化珪素等の無機絶縁粉末に、エポキシ樹脂と溶剤，可塑剤，分散剤等を添加して得たペーストを、プラズマ処理により水との接触角が３〜６５°であって、かつ表面エネルギーが４５〜７０ｍＪ／ｍ^２となるように表面処理した液晶ポリマー層９の上下表面に従来周知のドクターブレード法等のシート成型法を採用して被覆層１０を形成した後、あるいは上記のペースト中に液晶ポリマー層９を浸漬し垂直に引き上げることによって液晶ポリマー層９の表面に被覆層１０を形成した後、これをエポキシ樹脂が完全硬化することのない温度まで加熱して乾燥することにより絶縁層１ａとなる前駆体シートが製作される。
【００６２】
なお、コンデンサ素子８を設置する空洞部５となる貫通穴５ａは、絶縁層１ａのコンデンサ素子８が収容される箇所にレーザ法やパンチング法により穿設することにより形成される。
【００６３】
さらに、空洞部５の縦，横の長さは、コンデンサ素子８の縦あるいは横の長さをＬμｍとした場合、それぞれ、Ｌ＋３μｍ〜Ｌ＋３０μｍ程度であり、貫通導体３とコンデンサ素子８とを位置精度良く接続するという観点からはＬ＋３０μｍ以下が好ましく、コンデンサ素子８を空洞部５に挿入する際にコンデンサ素子８を挿入し易くするという観点からはＬ＋３μｍ以上が好ましい。
【００６４】
また、図３（ｆ）において、コンデンサ素子８の引き出し電極部１２と配線導体２あるいは貫通導体３との位置合わせを行ない、コンデンサ素子８を載置するとともに前駆体シートを積層し、温度が１５０〜３００℃、圧力が０．５〜１０ＭＰａの条件で３０分〜２４時間加熱プレスして前駆体シートおよび導電性ペーストを完全硬化させることによって、図３（ｇ）に断面図で示す本発明のコンデンサ素子内蔵多層配線基板１１が完成する。
【００６５】
かくして、本発明のコンデンサ素子内蔵多層配線基板１１によれば、上記構成のコンデンサ素子内蔵多層配線基板１１の最外層に位置する配線導体２の一部から成る接続パッド４に半田等の導体バンプ（図示せず）を介して半導体素子等の電子部品（図示せず）を電気的に接続することにより配線密度が高く接続信頼性に優れた混成集積回路とすることができる。
【００６６】
なお、本発明のコンデンサ素子内蔵多層配線基板１１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であれば種々の変更は可能であり、例えば、上述の実施の形態では４層の絶縁層１（１ａ）を積層することによってコンデンサ素子内蔵多層配線基板１１を製作したが、３層や５層以上の絶縁層１（１ａ）を積層してコンデンサ内蔵多層配線基板１１を製作してもよい。また、コンデンサ素子８を埋設するための空洞部５となる貫通穴５ａが形成された絶縁層１ａを２層としたが、１層あるいは３層以上としてもよい。
【００６７】
【実施例】
次に、本発明のコンデンサ素子内蔵多層配線基板を、以下の試料を製作して評価した。
【００６８】
（実施例１）
まず、エポキシ樹脂に平均粒子径が１．０μｍの球状溶融酸化珪素をその含有量が４０体積％となるように加え、さらに溶剤と有機樹脂の硬化を促進させるための触媒とを添加した後、１時間混合してエポキシ樹脂ペーストを調製した。次に、厚みが５０μｍの液晶ポリマー層９を用意し、この表面を、真空プラズマ装置を用いて、電圧を２７ｋＶ、雰囲気をＯ_２およびＣＦ_４（ガス流量がそれぞれ８０ｃｍ^３／分）とし、片面１５分×２回の条件でプラズマ処理して、水との接触角が３０°で、かつ表面エネルギーが５５ｍＪ／ｍ^２、表面の算術平均粗さＲａが０．１４μｍとなるように粗化し、この液晶ポリマー層９の上面に上記のエポキシ樹脂ペーストをドクターブレード法により塗布し、各種の厚みを有する被覆層１０を成形した。そして、この液晶ポリマー層９の下面にも同様に被覆層１０を成形し絶縁層１（１ａ）を形成した。
【００６９】
また、被覆層１０の熱硬化性樹脂としてポリイミド樹脂に平均粒子径が１．０μｍの球状溶融酸化珪素をその含有量が４０体積％となるように加えたポリイミド樹脂ペーストを調製し、上記と同様の方法で、液晶ポリマー層９の上下面にポリイミド樹脂から成る被覆層１０を有する絶縁層１（１ａ）も製作した。
【００７０】
次に、この絶縁層の一部に、ＵＶ−ＹＡＧレーザによりコンデンサ素子８を内蔵するための空洞部５となる貫通穴５ａを形成した。
【００７１】
さらに、この絶縁層１（１ａ）に、ＵＶ−ＹＡＧレーザにより直径５０μｍの貫通孔１３を形成し、この貫通孔１３に銅粉末と有機バインダを含有する導体ペーストをスクリーン印刷により埋め込むことにより貫通導体３を形成した。
【００７２】
次に、厚みが１２μｍで、回路状に形成した銅箔が付いた支持体１４と、貫通導体３が形成された絶縁層１（１ａ）とを位置合わせして真空積層機により３ＭＰａの圧力で３０秒加圧した後、支持体１４を剥離して配線導体２を絶縁層１（１ａ）表面に埋設した。
【００７３】
次に、空洞部５となる貫通穴５ａと貫通導体３が形成された絶縁層１ａを２枚重ね合わせ、この貫通穴５ａ内にセラミック誘電体層７と電極層６とを積層して成るコンデンサ素子８を埋設した。
【００７４】
最後に、貫通穴５ａ内にコンデンサ素子８が埋設された絶縁層１ａを配線導体２が形成された絶縁層１を上下各２層ずつで挟み重ね合わせ、３ＭＰａの圧力下で２００℃の温度で５時間加熱処理して完全硬化させて、被覆層１０がエポキシ樹脂から成るテスト基板（試料Ｎｏ．１〜８）および、被覆層１０がポリイミド樹脂から成るテスト基板（試料Ｎｏ．９〜１６）を得た。
【００７５】
接続性は、テスト基板（試料Ｎｏ．１〜１６）を温度が１２５℃の環境下で４時間の高温保管を行なった後、温度が３０℃、かつ相対湿度が６０％の環境下で１９２時間の高湿保管を行ない、しかる後、温度が２６０℃の半田リフローを数回繰り返し、テスト基板の外観観察とコンデンサ素子８の容量測定とを行なうことにより評価した。なお、半田リフローを所定の回数だけ繰り返した時点で、テスト基板にコンデンサ素子８の側面と絶縁層１ａとの界面での剥がれに起因したフクレが発生した場合を機械的な接続性の不良と判断した。さらに、コンデンサ素子８の容量測定において、引き出し電極部１２とテスト基板の配線導体２あるいは貫通導体３との間で電気的に断線が発生した場合を電気的な接続性の不良と判断した。表１に接続性の評価結果を示す。
【００７６】
【表１】

【００７７】
表１より、被覆層１０がポリイミド樹脂から成るテスト基板（試料Ｎｏ．９〜１６）では、半田リフローを３回繰り返した時点では、テスト基板にフクレは観察されず、また、コンデンサ素子８の容量測定において接続部の断線はみられなかったが、半田リフローを５回繰り返した時点で、コンデンサ素子８の側面と絶縁層１ａとの界面での剥がれに起因したフクレを生じており、機械的な接続性が劣化する傾向にあることがわかった。
【００７８】
また、被覆層１０がエポキシ樹脂からなり、かつ、被覆層１０の厚みの合計ｔ１が液晶ポリマー層９の厚みの合計ｔ２以下のテスト基板（試料Ｎｏ．１〜４）では、半田リフローを３回繰り返した時点では、テスト基板にフクレは観察されず、また、コンデンサ素子８の容量測定において接続部の断線はみられなかったが、半田リフローを５回繰り返した時点でテスト基板にフクレは観察されなかったものの、コンデンサ素子８の容量測定において引き出し電極部１２とテスト基板の配線導体２あるいは貫通導体３との間で接続部に断線が発生し、電気的な接続性にやや劣る傾向にあることがわかった。
【００７９】
それらに対して、１＜ｔ１／ｔ２（ｔ１は被覆層１０の合計厚み、ｔ２は液晶ポリマー層９の厚み）である本発明のテスト基板（試料Ｎｏ．５〜８）では、半田リフローを５回繰り返した時点でも、テスト基板の外観に変化は無く、また、コンデンサ素子８の容量測定においても容量の変化は無く、接続性において特に優れていることがわかった。
【００８０】
（実施例２）
実施例２用のテスト基板として、被覆層１０の球状溶融酸化珪素の平均粒子径と含有量が種々の値となるように変更した以外は、実施例１用のテスト基板（試料Ｎｏ．５〜８）と同様の方法により製作した。なお、被覆層１０の厚みの合計ｔ１と液晶ポリマー層９の厚みのｔ２との比は、ｔ１／ｔ２＝１．４となるようにした。これらのテスト基板を温度２６０℃および２８０℃の半田浴に２０秒間浸漬し、これを５回または１０回繰り返した後、テスト基板の外観を観察することにより密着性の評価を行なった。表２にその評価結果を示す。
【００８１】
【表２】

【００８２】
表２より、平均粒子径が０．１μｍ未満のテスト基板（試料Ｎｏ．１７、１８）および２．８μｍを超えるテスト基板（試料Ｎｏ．２２）では、温度が２６０℃の半田浴への浸漬を５回繰り返してもテスト基板の外観に変化は無かったが、浸漬を１０回繰り返した時点で、液晶ポリマー層９と被覆層１０との界面が剥がれてフクレが発生し、密着性にやや劣る傾向があった。
【００８３】
また、平均粒子径は０．１〜２．８μｍであるが、含有量が１０体積％未満のテスト基板（試料Ｎｏ．２３）および７０体積％を超えるテスト基板（試料Ｎｏ．２８）では、温度が２８０℃の半田浴への浸漬を５回繰り返してもテスト基板の外観に変化は無かったが、温度が２８０℃の半田浴への浸漬を１０回繰り返した時点で、液晶ポリマー層９と被覆層１０との界面が剥がれてフクレが発生し、密着性にやや劣る傾向があることがわかった。
【００８４】
それらに対して、被覆層１０の溶融酸化珪素の平均粒子径が０．１〜２．８μｍであって、かつ、含有量が１０〜７０体積％であるテスト基板（試料Ｎｏ．２４〜２７）では、温度が２８０℃の半田浴への浸漬を１０回繰り返してもテスト基板の外観に変化は無く、密着性において特に優れていることがわかった。
【００８５】
【発明の効果】
本発明のコンデンサ素子内蔵多層配線基板によれば、コンデンサ素子を内蔵するための空洞部となる貫通穴が形成されている絶縁層を、液晶ポリマー層の上下面にエポキシ樹脂から成る被覆層を形成して成るものとしたことから、液晶ポリマー層の熱膨張係数とコンデンサ素子の熱膨張係数とが近似しているので、これらに熱が繰り返し加わったとしても、液晶ポリマー層とコンデンサ素子との熱膨張差によってコンデンサ素子と配線導体との接続部に大きな応力が発生して両者間で断線することはなく、その結果、接続信頼性に優れたコンデンサ素子内蔵多層配線基板とすることができる。
【００８６】
また、エポキシ樹脂の分子が液晶ポリマー分子ほど剛直ではなく、また、規則正しい配向性も示さないことから分子が比較的動きやすく、その結果、絶縁層を多層化した場合においても、絶縁層同士の密着性が良好となり、熱が繰り返し加わったりしても絶縁層間で剥離して絶縁不良が発生してしまうこともない。
【００８７】
さらに、絶縁層表面に配線導体を配設した場合、エポキシ樹脂の分子が配線導体表面の微細な凹部に入り込み十分なアンカー効果を発揮することができ、絶縁層と配線導体との密着性が良好となり、その結果、高温高湿環境下に曝されても両者間が剥離して配線導体が断線してしまうということもない。
【００８８】
また、被覆層の厚みの合計を液晶ポリマー層の厚みよりも大きくしたことから、貫通穴の側面に露出した粘着性を有する被覆層のエポキシ樹脂がコンデンサ素子の側面を貫通穴の側面に良好に接着，固定することが可能となり、配線基板に熱が繰り返し加わったりしてもコンデンサ素子と配線導体との接続部に加わる負荷を低減することが可能となり、その結果、より接続信頼性に優れたコンデンサ素子内蔵多層配線基板とすることができる。
【００８９】
また、本発明のコンデンサ素子内蔵多層配線基板は、上記構成において、好ましくは被覆層が平均粒子径が０．１〜２．８μｍである無機絶縁粉末を１０〜７０体積％含有していることを特徴とするものである。
【００９０】
本発明のコンデンサ素子内蔵多層配線基板によれば、被覆層が平均粒子径が０．１〜２．８μｍである無機絶縁粉末を１０〜７０体積％含有している場合には、絶縁層に配線導体を配設ならびに貫通導体を形成するとともに絶縁層を多層化して多層配線基板を製作する場合において、無機絶縁粉末が被覆層の流動性を抑制し、絶縁層を多層化する際の加熱プレスによる上下面に平行な方向（層方向）における貫通導体の位置ずれや貫通導体の直径のばらつき、さらには被覆層の厚みばらつきを低減することができ、その結果、配線導体や貫通導体の位置ずれがなく配線導体と貫通導体との接続信頼性に優れたコンデンサ素子内蔵多層配線基板とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコンデンサ素子内蔵多層配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】本発明のコンデンサ素子内蔵多層配線基板に内蔵されるコンデンサ素子の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｇ）は、それぞれ本発明のコンデンサ素子内蔵多層配線基板の製造方法を説明するための工程毎の断面図である。
【符号の説明】
１：絶縁層
１ａ：空洞部となる貫通穴が形成されている絶縁層
２：配線導体
３：貫通導体
４：接続パッド
５：空洞部
５ａ：貫通穴
６：電極層
７：セラミック誘電体層
８：コンデンサ素子
９：液晶ポリマー層
１０：被覆層
１１：コンデンサ素子内蔵多層配線基板

Claims

有機材料から成る複数の絶縁層を積層するとともにこれら絶縁層の表面に配線導体を形成し、前記絶縁層を挟んで上下に位置する前記配線導体間を前記絶縁層に形成された貫通導体を介して電気的に接続して成り、前記絶縁層の少なくとも一層に設けられた空洞部の内部に多数の電極層およびセラミック誘電体層を交互に積層して成るコンデンサ素子を内蔵したコンデンサ素子内蔵多層配線基板であって、前記空洞部となる貫通穴が形成されている前記絶縁層は、液晶ポリマー層の上下面にエポキシ樹脂から成る被覆層を形成して成るとともに、前記被覆層の厚みの合計が前記液晶ポリマー層の厚みよりも大きいことを特徴とするコンデンサ素子内蔵多層配線基板。
前記被覆層は、平均粒子径が０．１〜２．８μｍである無機絶縁粉末を１０〜７０体積％含有することを特徴とする請求項１記載のコンデンサ素子内蔵多層配線基板。