JP2006147606A - シート状コンデンサとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大容量の電荷蓄積を可能とし、製造の容易化、コストの低減、信頼性の向上を図るコンデンサ、およびその製造方法の提供。
【解決手段】金属板１１の第一の面に形成された誘電体膜１２と、誘電体膜の第一の面に形成された導電性高分子層１３と、導電性高分子層１３の第一の面に銅めっき等で形成された導電層１４とを備え、導電性高分子層１３側の導電層１４から陰極電極２０が引き出される。
【選択図】図２

Description

本発明は、コンデンサとその製造方法に関し、特に、薄型の固体電解コンデンサに適用して好適なコンデンサとその製造方法に関する。

コンデンサを基板中に内蔵する従来の印刷配線板として、特許文献１（特許第２７３８５９０号公報）には、有機誘電体層の上下を導体層で挟みこみコンデンサとして作用させるコンデンサ積層体の構成が開示されている。しかしながら、特許文献１に記載された構成では、静電容量は、たかだか数ｎＦ程度までが限界とされている。

良く知られているように、コンデンサの静電容量Ｃを増大させるための手法として、
・電極の表面積を大きくする、
・電極間の距離を小さくする（電極間の誘電体層の厚さを薄くする）、
・誘電体層の比誘電率を大きくする、
という３つの手法がある。

このうち、誘電体層の膜厚を１μｍ以下で形成することは、電気的絶縁性等、製品の信頼性、及び製造プロセスの点から、実際上、困難である。また、誘電体層の比誘電率を、飛躍的に増大させることも難かしい。特許文献１にも記載されているように、金属表面を粗化することで、見かけ上、表面積を大きくしている。しかしながら、特許文献１に記載の手法では、対向した形での電極表面の、実際上の面積の増大とはならず、結果として、十分な性能は得られていない。

一方、特許文献２（特開２００１−３２０１７１号公報）には、アルミニウム基材の表面を覆って形成された酸化アルミニウムよるなるコンデンサ用誘電体層と、このコンデンサ用誘電体層の表面を覆って形成されたコンデンサ電極用めっき層とを備え、アルミニウム基材、コンデンサ用誘電体層、コンデンサ電極用めっき層により、多層配線基板内に、コンデンサを形成し、これにより、チップコンデンサを層間絶縁膜内に埋め込む必要をなくし、層間絶縁膜の膜厚を薄くし、多層配線基板全体の厚みも薄くすることを可能とした構成が開示されているが、粉体の焼成等によって形成される酸化アルミニウム膜では、要求される薄膜化に対応できるものでない。

そこで、上記課題を解決するため、アルミニウム等のメタルコアを用いた印刷配線板に内蔵され、大容量の電荷蓄積を可能としたコンデンサの構成を、本発明者等は提案している（特許文献３参照）。図６に、上記特許文献３で提案された構成の一つを示す。図６に示すように、この従来のコンデンサは、アルミニウム板１１の表面に形成された酸化アルミニウム１２の周囲を導電性高分子層１３で覆ったのち、陰極側の電極引き出し領域（ビア形成領域）に、導電性ペースト１５を選択的に形成し、陽極側では、導電性高分子層１３、酸化アルミニウム１２を除去して、アルミニウム板表面１１を露出させる等の工程を要する。

特許第２７３８５９０号公報 特開２００１−３２０１７１号公報 特開２００４−３１６４１号公報

本発明者等は、上記特許文献３において提案したコンデンサについて、大容量の電荷蓄積を実現しながら、製造の容易化、コストの低減、デバイスの信頼性の向上を図るために、さらに鋭意研究した結果、いくつかの新規な知見を得た。

本発明は、上記知見に基づき創案されたものであって、その目的は、大容量の電荷蓄積を可能とし、製造の容易化、コストの低減、信頼性の向上を図るコンデンサ、およびその製造方法を提供することにある。

本願明細書で開示される発明は、上記目的を達成するため、概略以下の通りとされる。

本発明の１つの側面に係るシート状コンデンサは、金属板と、前記金属板の第一の面に形成された誘電体膜と、前記誘電体膜の第一の面に形成された導電性高分子層と、前記導電性高分子層の第一の面に形成された金属めっきを含む導電層と、を含む。

本発明の他の側面に係るシート状コンデンサは、金属板と、前記金属板の第一の面に形成された誘電体膜と、前記誘電体膜の第一の面に形成された導電性高分子層と、前記導電性高分子層の第一の面に形成された導電性ペーストを含む導電層と、を含む。

本発明において、前記導電層の第一の面側に陰極電極が引き出され、前記金属板の第一の面と反対側の第二の面に設けられた導電層から陽極電極が引き出されている。あるいは、前記導電層の第一の面側に陰極電極が引き出され、前記金属板の第一の面と反対側の第二の面に設けられた導電層からスルーホールを介して、前記陰極電極が設けられた面と同一面側に引き出された陽極電極を備えた構成としてもよい。あるいは、前記金属板の第一の面と反対側の第二の面に設けられた導電層から陽極電極が引き出され、前記金属板の第一の面側の前記導電層からスルーホールを介して前記陽極電極が設けられた面と同一面側に引き出された陰極電極を備えた構成としてもよい。

本発明において、好ましくは、前記金属板がアルミニウムよりなり、前記誘電体膜が酸化アルミニウムよりなる。本発明において、好ましくは、前記金属板の一側面が粗化されている。

本発明において、好ましくは、前記導電性高分子層が、ポリピロール、ポリチオフェン、及び、ポリアニリンのうちの少なくとも一つの導電性高分子化合物よりなる。

本発明において、好ましくは、前記導電性ペーストは、カーボンペーストと、その上に設けられた、銀ペースト、銅ペースト、銀／銅ペーストの少なくともいずれか１つを含む。あるいは、前記導電性ペーストが、カーボンペーストとその上に設けられた銅ペーストを含む構成において、銅ペーストの上に、前記金属めっき層として、銅めっき層が形成される構成としてもよい。

本発明の別の側面に係る方法は、
金属板の第一の面を酸化して誘電体膜を形成する工程と、
前記誘電体膜の第一の面の全面に導電性高分子層を形成する工程と、
前記導電性高分子層の第一の面の全面に、金属めっきよりなる導電層を形成する工程と、を含む。

本発明のさらに別の側面に係る方法は、
金属板の第一の面を酸化して誘電体膜を形成する工程と、
前記誘電体膜の第一の面の全面に導電性高分子層を形成する工程と、
前記導電性高分子層の第一の面の全面に導電性ペーストを塗布する工程と、を含む。

本発明によれば、金属板の第一の面を酸化してなる誘電体膜の第一の面の全面に導電性高分子層を形成し、前記導電性高分子層の第一の面の全面に導電層を形成する構成としたことにより、例えば図６に示した構成と比べて、構成の簡易化を図ることで、製造工程を容易化し、コストの低減、デバイスの信頼性を向上させるコンデンサが提供される。

本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１（Ａ）は、本発明の一実施の形態の構成を示す断面図である。図１（Ａ）を参照すると、金属板をなすアルミニウム板１１の一側面に形成され、誘電体膜をなす酸化アルミニウム１２と、酸化アルミニウム膜１２上に形成された導電性高分子層１３と、導電性高分子層１３上に形成され、導体層をなす銅めっき層１４と、を備えている。

箔状のアルミニウム板１１の第一の面（表面）に、例えばエッチング処理により、細かい凹凸がつけられている。アルミニウム板１１を用いたことで、基板の厚みを薄くしながら、必要な強度を保つことができる。アルミニウム板１１の第一の面の酸化アルミニウム（「酸化アルミ」ともいう）１２は、例えば数百ｐｍ（ピコメートル：１ｐｍ＝１０^−１２ｍ）を下限とし、例えば数十ｎｍ（ナノメートル）を上限とする厚さで形成される。酸化アルミニウム層１２の薄膜は、スパッタリング法等の成膜法で行ってもよい。酸化アルミニウム層１２の薄膜は、アルミニウム板１１の表面を酸化処理することで形成してもよい。本実施の形態によれば、粗化処理により表面積が拡大されたアルミニウム板１１に、比誘電率の高い酸化アルミニウム層１２よりなる酸化皮膜が形成されており、コンデンサの厚み（電極間の距離）の縮減と、電極の表面積の拡大により、コンデンサの静電容量は増大している。そして、酸化アルミニウム層１２の第一の面の全面に、導電性高分子層１３の固体電解質層が形成されている。導電性高分子層１３は、ピロールのポリマー層であるポリピロール等からなる。導電性高分子層１３としては、ポリピロール以外に、ポリチオフェン、ポリアニリン等であってもよい。導電性高分子層１３の第一の面の全面に、銅めっき層１４が設けられ、銅めっき層１４の適切な箇所から、適宜、陰極電極が引き出される。

一方、アルミニウム板１１の第一の面と反対側の第二の面（裏面）には、銅めっき層１４が設けられ、この銅めっき層１４の適切な箇所から、適宜、陽極電極が引き出される。

次に、図１（Ｂ）を参照すると、金属板をなすアルミニウム板１１の第一の面（表面）に形成され、誘電体膜をなす酸化アルミニウム１２と、酸化アルミニウム膜１２の第一の面に形成された導電性高分子層１３と、導電性高分子層１３の第一の面に形成され、導体層をなす、カーボンペースト１５Ａ、及び、銀／銅ペースト１５Ｂと、を備えている。なお、導体層は、カーボンペーストと、その上に設けられた銅ペーストを備えてもよい。カーボンペーストと銅ペーストの場合、銅ペースト上に銅めっき層を備えてもよい。導電性高分子層１３は、酸化アルミニウム１２の第一の面の全面に設けられており、導電性ペースト１５Ａ、１５Ｂは、導電性高分子層１３の第一の面の全面に設けられている。銀／銅ペースト１５Ｂの適切な箇所から、適宜、陰極電極が引き出される。アルミニウム板１１の第一の面と反対側の第二の面（裏面）には銅めっき層１４が設けられ、この銅めっき層１４の適切な箇所から、適宜、陽極電極が引き出される。以下実施例に即して、説明する。

図２は、本発明の一実施例の構成を示す図である。図２を参照すると、メタルコア基板をなすアルミニウム板１１の第一の面に形成され、誘電体膜をなす酸化アルミニウム１２と、酸化アルミニウム膜１２の第一の面に形成された導電性高分子層１３と、導電性高分子層１３の第一の面に形成され、導体層をなす銅めっき層１４と、を備えている。またアルミニウム板１１の第一の面と反対側の第二の面には銅めっき層１４が設けられている。かかる構成は、図１（Ａ）の断面構成と同様である。そして、図１（Ａ）に示した状態の組立体に、ドリル等で穴あけ加工を行ったあと、エポキシ樹脂等の絶縁性の樹脂１８で挟み込まれ、樹脂１８を貫通する貫通スルーホール（Ｔ／Ｈ）１７や、ブラインドビアよりなる陰極接続用ビア１９、及び陽極接続用ビア２１が形成され、電極パッドをなす銅めっき２０、２２が、陰極電極（−）、陽極電極（＋）とされる。

なお、図２に示す構成の場合、スルーホールにより、陽極電極２２も陰極電極２０側の面に引き出されている（電極２２’参照）が、この電極２２’は省いてもよい。

次に、本実施例の製造方法の一例について図３乃至図５を参照して説明する。

図３（Ａ）を参照すると、第一の面が粗化されたアルミニウム板１１を酸化して酸化アルミニウム１２を形成する。その膜厚は、例えば数百ｐｍ〜数十ｎｍの範囲とする。粗化処理により表面積が拡大されたアルミニウムに誘電体膜をなす酸化皮膜が形成されており容量が増大する。

次に、図３（Ｂ）を参照すると、酸化アルミニウム１２の第一の面の全面に、導電性高分子層１３であるポリピロール膜を形成する。その膜厚は、例えば１０〜５０μｍの範囲とする。

次に、図３（Ｃ）を参照すると、導電性高分子層１３の第一の面の全面、及び、アルミニウム板１１の第一の面と反対側の第二の面の全面に、それぞれ、銅めっき層１４を形成する。例えば導電性高分子層１３の第一の面に触媒付与を行い、無電解銅めっき等で銅を析出させる。銅めっき層１４は、例えば約５〜１０数μｍ程度の厚さとする。アルミニウム板１１の第二の面の銅めっき層１４も同程度の厚さとされる。

導電性高分子層１３表面の導電部材としては、導電性ペーストは、カーボンペーストと、銀／銅ペーストの２層を設けてもよい。カーボンペーストの膜厚は、例えば数μｍ、銀／銅ペーストの膜厚は、約１０μｍ程度とされる。導電性ペーストは、カーボンペーストと、その上に設けられた銀ペースト、銅ペーストを含む構成としてもよい。この銅ペーストの上に銅めっき層等を形成してもよい。

次に図４（Ａ）を参照すると、図３（Ｃ）に示した状態の組立体に、ドリル等で穴あけを行う。

次に図４（Ｂ）を参照すると、図４（Ａ）に示した状態の組立体を両側から、エポキシ樹脂等の絶縁樹脂１８で挟み込む。

次に図４（Ｃ）を参照すると、図４（Ｂ）に示した状態の組立体の絶縁樹脂１８に貫通スルーホールを設け、さらに、陰極及び陽極のビア形成領域をレーザ等で穴あけ（座ぐり）加工し、陰極側、陽極側の銅めっき層を露出させる。つづいて、めっきレジストを設け、スルーホール銅めっき、陰極及び陽極のビア形成領域に銅めっきを施すことで、図２の構成のシート状コンデンサが製造される。

図５は、本実施例のシート状コンデンサ１０を、ＬＳＩチップ１１０のパスコンとして実装した一例を示す図である。シート状コンデンサ１０の陽極（＋）と陰極（−）は、マザーボード等の回路基板１３０に搭載されるチップ１１０の電源ライン（ＶＣＣとＧＮＤ）に接続されている。本実施例によれば、チップ１１０のエリアと同程度のシート状コンデンサとして、回路基板とチップ１１０間に配設され、また、チップ１１０の信号ピンは、スルーホールで回路基板１３０に引き出すことができる。本実施例によれば、チップ下面の領域を効率的に使い、省面積化を図りながら、大容量の電荷蓄積（数μＦ乃至１００μＦのオーダ）を実現することができる。なお、本発明のコンデンサを、インターポーザに組み込み、ベアチップをインターポーザに接続し樹脂封止してなるチップサイズパッケッージを構成してもよいことは勿論である。

図７は、本発明の別の実施例の構成を示す図である。本実施例においては、陰極電極、陽極電極を同一面に配設し、電極パッドにバンプ（例えば半田バンプ）を設け、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）端子を構成し、ＢＧＡ型コンデンサとしている。より詳細には、図７を参照すると、陰極電極の半田バンプ２３と、陽極電極の半田バンプ２４が、シート状コンデンサ１０Ａの同一面に設けられている。すなわち、図７に示すように、シート状コンデンサ１０Ａの陽極２２はスルーホール１７を介して陰極電極が配設される面に引き出され、電極パッド２２’に半田バンプ２４が形成されている。なお、シート状コンデンサ１０Ａの両面にはソルダーレジスト２５が設けられている。

図８は、本発明のさらに別の実施例の構成を示す図である。本実施例においては、陰極電極、陽極電極を同一面に配設し、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）端子を構成している。ただし、図７に示した実施例と相違して、本実施例では、図８に示すように、陰極２０がスルーホール１７を介して陽極電極側に引き出され、陰極電極の半田バンプ２３は、陽極電極の半田バンプ２４と同一面に設けられている。なお、図８において、２５は、ソルダーレジストである。

図９は、図７、図８に示した実施例のシート状コンデンサ（ＢＧＡ端子付きシート状コンデンサ）を、マザーボード等の回路基板１３０に搭載した様子を示す図である。なお、ＬＳＩチップ１１０ＡもＢＧＡ端子を有する。

以上本発明を上記実施例に即して説明したが、本発明は、上記実施例の構成にのみ限定されるものでなく、本発明の範囲内で当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。

（Ａ）は本発明の一実施形態、（Ｂ）は、本発明の他の実施形態の断面構成を示す図である。 本発明の一実施例の構成を示す図である。 （Ａ）乃至（Ｃ）は本発明の一実施例の製造方法を工程順に示す図である。 （Ａ）乃至（Ｃ）は、本発明の一実施例の製造方法を工程順に示す図である。 本発明の一実施例の実装例を示す図である。 特許文献３の構成を示す図である。 本発明の別の実施例の構成を示す図である。 本発明のさらに別の実施例の構成を示す図である。 本発明の別の実施例の実装例を示す図である。

符号の説明

１０、１０Ａ コンデンサ（シート状コンデンサ）
１１ アルミニウム板
１２ 酸化アルミニウム層（酸化アルミ）
１３ 導電性高分子層（ポリピロール）
１４ 銅めっき
１５ 導電性ペースト
１５Ａ カーボンペースト
１５Ｂ 銀／銅ペースト
１６ 銅めっき
１７ 貫通スルーホール
１８ 樹脂
１９ 陰極接続用ビア
２０、２２、２２’ 電極（銅めっき）
２１ 陽極接続用ビア
２３、２４ 半田バンプ
２５ ソルダーレジスト
１１０ ＬＳＩチップ
１１０Ａ ＢＧＡ等のＬＳＩチップ
１３０ 回路基板

Claims (17)

1. 金属板と、
   前記金属板の第一の面に形成された誘電体膜と、
   前記誘電体膜の第一の面に形成された導電性高分子層と、
   前記導電性高分子層の第一の面に形成された金属めっきを含む導電層と、
   を含む、ことを特徴とするシート状コンデンサ。
2. 金属板と、
   前記金属板の第一の面に形成された誘電体膜と、
   前記誘電体膜の第一の面に形成された導電性高分子層と、
   前記導電性高分子層の第一の面に形成された導電性ペーストを含む導電層と、
   を含む、ことを特徴とするシート状コンデンサ。
3. 前記導電層の第一の面側に陰極電極が引き出され、
   前記金属板の第一の面と反対側の第二の面に設けられた導電層から陽極電極が引き出されてなる、ことを特徴とする請求項１又は２記載のシート状コンデンサ。
4. 前記導電層の第一の面側に陰極電極が引き出され、
   前記金属板の第一の面と反対側の第二の面に設けられた導電層からスルーホールを介して、前記陰極電極が設けられた面と同一面側に引き出された陽極電極を備えている、ことを特徴とする請求項１又は２記載のシート状コンデンサ。
5. 前記金属板の第一の面と反対側の第二の面に設けられた導電層から陽極電極が引き出され、
   前記金属板の第一の面側の前記導電層からスルーホールを介して前記陽極電極が設けられた面と同一面側に引き出された陰極電極を備えている、ことを特徴とする請求項１又は２記載のシート状コンデンサ。
6. 前記陽極電極及び前記陰極電極が、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）端子を構成している、ことを特徴とする請求項４又は５記載のシート状コンデンサ。
7. 前記金属板がアルミニウムよりなり、前記誘電体膜が酸化アルミニウムよりなる、ことを特徴とする請求項１又は２記載のシート状コンデンサ。
8. 前記金属板の前記第一の面が粗化されている、ことを特徴とする請求項１又は２記載のシート状コンデンサ。
9. 前記金属めっきが、銅めっきである、ことを特徴とする請求項１記載のシート状コンデンサ。
10. 前記導電性ペーストは、カーボンペーストと、その上に設けられた銀ペースト、銅ペースト、又は、銀／銅ペーストを含む、ことを特徴とする請求項２記載のシート状コンデンサ。
11. 前記導電性ペーストが、カーボンペーストと、その上に設けられた銅ペーストを含み、前記銅ペーストの上に、前記金属めっき層として銅めっき層が形成されてなる、ことを特徴とする請求項２記載のシート状コンデンサ。
12. 前記導電性高分子層が、ポリピロール、ポリチオフェン、及び、ポリアニリンのうちの少なくとも一つの導電性高分子化合物よりなる、ことを特徴とする請求項１又は２記載のシート状コンデンサ。
13. 金属板の第一の面を酸化して誘電体膜を形成する工程と、
    前記誘電体膜の第一の面の全面に導電性高分子層を形成する工程と、
    前記導電性高分子層の第一の面の全面に、金属めっきよりなる導電層を形成する工程と、
    を含む、ことを特徴とするシート状コンデンサの製造方法。
14. 金属板の第一の面を酸化して誘電体膜を形成する工程と、
    前記誘電体膜の第一の面の全面に導電性高分子層を形成する工程と、
    前記導電性高分子層の第一の面の全面に導電性ペーストを塗布する工程と、
    を含む、ことを特徴とするシート状コンデンサの製造方法。
15. 前記金属板がアルミニウムよりなり、前記誘電体膜が酸化アルミニウムよりなる、ことを特徴とする請求項１３又は１４記載のシート状コンデンサの製造方法。
16. 前記金属めっきが、銅めっきである、ことを特徴とする請求項１３記載のシート状コンデンサの製造方法。
17. 前記導電性ペーストは、カーボンペーストと、その上に塗布される銀ペースト、銅ペースト、又は銀／銅ペーストを含む、ことを特徴とする請求項１４記載のシート状コンデンサの製造方法。

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