JP2004072124A - Wiring board with built-in electric element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、LSIチップなどの電子部品を表面に実装可能であり、絶縁基板の内部にコンデンサなどの電気素子を内蔵した電気素子内蔵配線基板に関するものである。 The present invention relates to a wiring board with a built-in electric element in which an electronic component such as an LSI chip can be mounted on the surface and an electric element such as a capacitor is built in an insulating substrate.
近年、通信機器の普及に伴い、高速動作が求められる電子機器が広く使用されるようになり、さらにこれに伴って高速動作が可能なパッケージが求められている。このような高速動作を行うために、コンデンサ等の受動性の電気素子を絶縁基板内部に内蔵させて、受動性電気素子および配線部のインダクタンスを低減することが必要とされている。 In recent years, with the spread of communication devices, electronic devices that require high-speed operation have been widely used, and with this, packages capable of high-speed operation have been required. In order to perform such a high-speed operation, it is necessary to reduce the inductance of the passive electric element and the wiring part by incorporating a passive electric element such as a capacitor inside the insulating substrate.
このような問題に対処する方法として、例えば、特開平11−220262号には、回路部品内蔵モジュールおよびその製造方法において、絶縁基板を構成する絶縁層をすべて無機フィラーと熱硬化性樹脂とを含む混合物によって形成した配線基板が提案されている。
しかしながら、この特開平11−220262号の回路基板では、基板の絶対強度が弱く、また、剛性が低いために、例えば、配線基板表面に半導体素子をフリップチップ工法により実装する場合、配線基板が変形し、フリップチップ部が反ってしまう問題があった。 However, in the circuit board disclosed in JP-A-11-220262, the absolute strength of the board is low, and the rigidity is low. For example, when a semiconductor element is mounted on the surface of the wiring board by a flip chip method, the wiring board is deformed. However, there is a problem that the flip chip portion is warped.
また、強度を高める方法として、絶縁基板をガラスクロスに樹脂を含浸させたいわゆるプリプレグによって絶縁基板を構成することも提案されている。しかしながら、繊維体としてはガラスなど非常に限られた物質からなり、そのためにこのプリプレグ内に内蔵させたコンデンサ素子などの電気素子との熱膨張差が大きくなる場合があり、その結果、電気素子と配線基板内の配線回路層との接続性が変化したり、両者の熱膨張差によって発生する応力によって配線基板が変形し、そのために、配線基板表面の平坦性が失われ、半導体素子をフリップチップ実装することができないという問題があった。 As a method of increasing the strength, it has been proposed to form the insulating substrate by a so-called prepreg obtained by impregnating a glass cloth with a resin. However, the fibrous body is made of a very limited material such as glass, and as a result, the thermal expansion difference between the fibrous body and an electric element such as a capacitor element incorporated in the prepreg may be large. The connectivity with the wiring circuit layer in the wiring board changes, or the wiring board is deformed by the stress generated due to the difference in thermal expansion between the two, so that the flatness of the wiring board surface is lost and the semiconductor element is flip-chip mounted. There was a problem that it could not be implemented.
従って、本発明は、絶縁基板の内部にコンデンサなどの電気素子を内蔵してなる配線基板において、基板表面に半導体素子などをフリップチップ実装する場合においても優れた実装性と実装信頼性を具備するとともに、内蔵された電気素子と配線基板に設けられた配線回路層との接続信頼性に優れた電気素子内蔵配線基板を得ることを目的とするものである。 Therefore, the present invention has excellent mountability and mounting reliability even when a semiconductor element or the like is flip-chip mounted on a surface of a wiring board in which an electric element such as a capacitor is built inside an insulating substrate. It is another object of the present invention to obtain a wiring board with a built-in electric element which has excellent connection reliability between the built-in electric element and a wiring circuit layer provided on the wiring board.
本発明者らは、絶縁基板の内部に、コンデンサ素子などの電気素子を内蔵するとともに、前記絶縁基板の表面に電子部品を搭載する搭載面を具備してなる電気素子内蔵配線基板における上記の課題に対して検討を重ねた結果、絶縁基板を熱硬化性樹脂と無機フィラーとの混合物からなる第1の絶縁層と、繊維体中に熱硬化性樹脂を含浸してなる第2の絶縁層との積層構造体によって構成し、前記第1の絶縁層中に空隙部を形成し、該空隙部内に電気素子を内蔵するとともに、前記第2の絶縁層を前記絶縁基板の最表面に配置し、電気素子と前記第1の絶縁層との熱膨張差を7×10−6/℃以下とし、かつ前記第1の絶縁層と前記第2の絶縁層との熱膨張係数差が8.6×10−6/℃以下することによって上記目的が達成される。 The present inventors have made the above-mentioned problems in a wiring board with a built-in electric element including a mounting surface for mounting an electronic component on a surface of the insulating substrate while incorporating an electric element such as a capacitor element inside the insulating substrate. As a result of repeated investigations, the first insulating layer made of a mixture of a thermosetting resin and an inorganic filler and the second insulating layer made by impregnating a fibrous body with a thermosetting resin were obtained. Forming a void in the first insulating layer, incorporating an electric element in the void, and disposing the second insulating layer on the outermost surface of the insulating substrate; The difference in thermal expansion between the electric element and the first insulating layer is set to 7 × 10 −6 / ° C. or less, and the difference in thermal expansion coefficient between the first insulating layer and the second insulating layer is 8.6 ×. The above object is achieved by controlling the temperature to 10 −6 / ° C. or less.
即ち、電気素子を熱硬化性樹脂と無機フィラーとの混合物からなる第1の絶縁層に内蔵させることによって、この絶縁体がフィラーの種類、量などによって絶縁層の熱膨張係数を容易に変えることができるために、内蔵する電気素子の熱膨張係数に容易に整合させることができる。そのために、熱膨張差に起因する応力の発生を抑制し、配線基板の変形や配線基板の配線回路層と電気素子との接続信頼性を高めることができる。 That is, by incorporating the electric element in the first insulating layer made of a mixture of the thermosetting resin and the inorganic filler, the insulator can easily change the thermal expansion coefficient of the insulating layer depending on the type and amount of the filler. Therefore, it is possible to easily match the thermal expansion coefficient of the built-in electric element. Therefore, it is possible to suppress the generation of stress due to the difference in thermal expansion, and to improve the deformation of the wiring board and the connection reliability between the wiring circuit layer of the wiring board and the electric element.
しかし、熱硬化性樹脂と無機フィラーとの混合物からなる第1の絶縁層のみによって絶縁基板を構成すると、基板全体の強度が低く、特に表面の平坦性も損なわれやすい。そこで、本発明によれば、この熱硬化性樹脂と無機フィラーとの混合物からなる絶縁層の上面あるいは下面に、繊維体中に熱硬化性樹脂を含浸してなる第2の絶縁層を積層することによって、第1の絶縁層による強度の低下を抑制するとともに、配線基板の表面の平坦性をも向上し、半導体素子などのフリップチップ実装する場合においても十分に適用できる配線基板を得ることができる。 However, if the insulating substrate is composed of only the first insulating layer made of a mixture of the thermosetting resin and the inorganic filler, the strength of the entire substrate is low, and particularly the flatness of the surface is easily damaged. Therefore, according to the present invention, a second insulating layer formed by impregnating a fibrous body with a thermosetting resin is laminated on the upper or lower surface of the insulating layer made of a mixture of the thermosetting resin and the inorganic filler. By doing so, it is possible to obtain a wiring board which can suppress the reduction in strength due to the first insulating layer, improve the flatness of the surface of the wiring board, and can be sufficiently applied even when flip-chip mounting a semiconductor element or the like. it can.
特に、上記の構成において、前記第1の絶縁層が、熱硬化性樹脂を30〜65体積%と、無機フィラーを35〜70体積%の割合で含有することが望ましく、前記無機フィラーが、SiO2、Al2O3、AlNおよびSi3N4から選ばれる少なくとも1種であることが望ましい。 In particular, in the above configuration, it is preferable that the first insulating layer contains a thermosetting resin in an amount of 30 to 65% by volume and an inorganic filler in an amount of 35 to 70% by volume. 2 , at least one selected from Al 2 O 3 , AlN and Si 3 N 4 .
また、前記第1の絶縁層および第2の絶縁層中の熱硬化性樹脂としては、ポリフェニレンエーテル系樹脂、エポキシ系樹脂、シアネート系樹脂から選ばれる少なくとも1種が好適に用いられる。 As the thermosetting resin in the first insulating layer and the second insulating layer, at least one selected from a polyphenylene ether-based resin, an epoxy-based resin, and a cyanate-based resin is preferably used.
さらに、前記電気素子としては、積層セラミックコンデンサを内蔵させることによって信号のノイズ除去を行なうことができる。 Further, by incorporating a multilayer ceramic capacitor as the electric element, signal noise can be removed.
また、前記第1の絶縁層および/または前記第2の絶縁層に、金属粉末を充填したビアホール導体が形成されてなることによって配線基板の小型化を図ることができる。 {Circle around (1)} The first insulating layer and / or the second insulating layer are formed with via-hole conductors filled with metal powder, whereby the size of the wiring board can be reduced.
つまり、上述した通り、本発明によれば、コンデンサ素子などの電気素子を内蔵した配線基板において、半導体素子などを実装する表層部の絶縁層に高強度のプリプレグを用いて、また、電気素子を内蔵する内層の絶縁層に無機フィラーと熱硬化性樹脂との混合物からなる絶縁層を用いることによって、配線基板の表層部に半導体素子をフリップチップ実装すると同時に、内層の絶縁層にコンデンサ素子を内蔵した、低インダクタンスの多層配線基板を作製することができる。 That is, as described above, according to the present invention, in a wiring board having a built-in electric element such as a capacitor element, a high-strength prepreg is used for an insulating layer in a surface layer portion on which a semiconductor element and the like are mounted. By using an insulating layer consisting of a mixture of inorganic filler and thermosetting resin for the inner insulating layer to be built in, the semiconductor element is flip-chip mounted on the surface layer of the wiring board, and at the same time, the capacitor element is built in the inner insulating layer Thus, a low-inductance multilayer wiring board can be manufactured.
本発明の電気素子内蔵配線基板の一実施例における概略断面図を示す図1をもとに詳細に説明する。本発明における配線基板Aは、絶縁基板1の内部にキャビティ2が形成されており、そのキャビティ2内にコンデンサ素子3が内蔵されている。また、配線基板Aのコンデンサ素子3が内蔵される直上には、電子部品として半導体素子4が実装されている。
Embodiment 1 A detailed description will be given based on FIG. 1 showing a schematic sectional view of an embodiment of a wiring board with a built-in electric element of the present invention. In the wiring board A of the present invention, a
本発明において、配線基板Aにおける絶縁基板1は、コンデンサ素子3を内蔵する部分が熱硬化性樹脂と無機フィラーとの混合物からなる第1の絶縁層(以下、単にCPC層という。)1aによって構成されており、絶縁基板1の半導体素子4が実装される表面側、および/またはハンダボールパッドや接続ピンなどの接続端子が配設される裏面側に、少なくとも1層以上の繊維体中に熱硬化性樹脂を含浸してなる第2の絶縁層(以下、単にプリプレグ層という。)1bが積層形成されている。
In the present invention, the insulating substrate 1 of the wiring board A is configured by a first insulating layer (hereinafter, simply referred to as a CPC layer) 1a in which a portion in which the
(CPC層)
コンデンサ素子3を内蔵するCPC層1aは、熱硬化性樹脂と無機質フィラーとの複合体からなるものであるが、無機フィラーには、例えば、SiO2、Al2O3、AlNおよびSi3N4の群から選ばれる少なくとも1種を好適に用いることができる。無機フィラーは熱硬化性樹脂に対して、35〜70体積%の割合で含有させることが望ましく、用いる無機フィラーの平均粒径は1.0〜20μmの範囲が最適である。このCPC層は、1層当たりの厚みが50〜150μm程度であって、内蔵するコンデンサ素子などの電気素子の大きさに応じて適宜積層されて所定の厚みに形成されている。
(CPC layer)
The
また、このCPC層は、熱膨張係数を任意に制御できる利点を生かし、内蔵する電気素子との−65〜250℃の熱膨張差を7×10−6/℃以下、特に5.5以下とすることが必要である。これは、CPC層に電気素子を内蔵してもこの熱膨張差が大きいとこの熱膨張差によって発生する応力が大きくなり、これによって配線基板の変形などによってフリップチッフ゜実装が難しく、また電気素子と配線基板内の配線回路層との接続性が損なわれてしまい、電気素子による特性が得られないためである。 Further, this CPC layer makes use of the advantage that the coefficient of thermal expansion can be arbitrarily controlled, and has a thermal expansion difference of −65 to 250 ° C. with a built-in electric element of 7 × 10 −6 / ° C. or less, particularly 5.5 or less. It is necessary to. This is because, even if an electric element is incorporated in the CPC layer, if the difference in thermal expansion is large, the stress generated by the difference in thermal expansion will increase, thereby making it difficult to mount the flip chip due to deformation of the wiring board and the like. This is because the connectivity with the wiring circuit layer in the wiring board is impaired, and characteristics due to the electric element cannot be obtained.
(プリプレグ層)
一方、プリプレグ層1bは、繊維体とこの繊維体に熱硬化性樹脂が含浸されたものであり、1層あたりの厚さは約150μm以下であり、繊維体が40〜60体積%、熱硬化性樹脂が60〜40体積%の割合からなる。
(Prepreg layer)
On the other hand, the prepreg layer 1b is made of a fibrous body and a thermosetting resin impregnated in the fibrous body. The thickness per layer is about 150 μm or less. The conductive resin has a ratio of 60 to 40% by volume.
繊維体としては、ガラス、アラミド樹脂の群から選ばれる少なくとも1種が用いられる。なお繊維体の線径は10μm以下であることが強度を高める上で望ましい。 少 な く と も At least one selected from the group consisting of glass and aramid resin is used as the fibrous body. The fiber diameter of the fibrous body is preferably 10 μm or less in order to increase the strength.
また、この繊維体は均一に分散してなるものでもよいが、基板の剛性を高める上では、織布または不織布からなることが望ましい。 The fibrous body may be uniformly dispersed, but is desirably made of a woven or nonwoven fabric in order to increase the rigidity of the substrate.
上記のCPC層およびプリプレグ層に含まれる熱硬化性樹脂としては、APPE(アリル化ポリフェニレンエーテル)樹脂、エポキシ系樹脂およびシアネート系樹脂の群から選ばれる少なくとも1種が好ましい。APPE樹脂は比誘電率が低く、誘電損失が低く、吸水率が低く、さらに、ガラス転移点が高いために、特に高耐熱性であることから、特に好ましい。さらに、混合物はフィラーとのぬれ性を改善するために分散剤やカップリング剤を含んでもよい。 熱 As the thermosetting resin contained in the CPC layer and the prepreg layer, at least one selected from the group consisting of an APPE (allylated polyphenylene ether) resin, an epoxy resin and a cyanate resin is preferable. The APPE resin is particularly preferable because it has a low relative dielectric constant, a low dielectric loss, a low water absorption, and a high glass transition point, and particularly has high heat resistance. Further, the mixture may contain a dispersing agent or a coupling agent to improve the wettability with the filler.
CPC層中に内蔵されるコンデンサ素子3は、2つ以上の正電極と2つ以上の負電極を具備するものが好適である。このようなコンデンサ素子3の一例を図2の概略斜視図に示した。
The
この図2のコンデンサ素子3は、BaTiO3を主成分とするセラミック誘電体層5を積層して形成された直方状の積層体からなる積層型セラミックコンデンサからなるものであって、その積層体の外表面には、4つの正電極6aと4つの負電極6bとが独立して均等に配置形成されている。図2(a)のコンデンサ素子においては、負電極6bは各辺の中央部に、正電極6aは、各角部に形成されている。
The
また、積層体の各セラミック誘電体層5間には、図2(b)に示されるようなパターンの正極用内部電極7aと図2(c)に示されるようなパターンの負極用内部電極7bとが交互に形成されており、正極用内部電極7aは、正電極6aと、負極用内部電極7bは負電極6bと積層体の端面でそれぞれ電気的に接続されている。
Also, between the ceramic dielectric layers 5 of the laminate, a positive electrode
一方、CPC層1a中に内蔵された上記の構造のコンデンサ素子3の電子部品搭載面表面との間のプリプレグ層1bには、第1の導体層8、および第2の導体層9が形成されている。そして、この第1の導体層8は、図3(a)のパターン図に示すように、コンデンサ素子3の4つの正電極6aと、この正電極6aから直上に絶縁層を垂直に貫通して形成されたビアホール導体10を介して電気的に接続されている。
On the other hand, the first conductor layer 8 and the second conductor layer 9 are formed on the prepreg layer 1b between the
また、同様に、第2の導体層9は、図3(b)に示すパターン図に示すように、コンデンサ素子3の4つの負電極6bと、この負電極6bから直上に絶縁層を垂直に貫通して形成されたビアホール導体11を介して電気的に接続されている。なお、第1の導体層8には、負電極6bと第2の導体層9とを接続するビアホール導体11と接触しないように導体が形成された開口12が形成されている。
Similarly, as shown in the pattern diagram of FIG. 3B, the second conductor layer 9 is formed by vertically connecting the four
そして、コンデンサ素子3の正電極6aと接続された第1の導体層8には、さらに、電子部品搭載面にかけてビアホール導体13が形成されており、基板表面に設けられた正電極用ランド14と接続されており、また同様に、コンデンサ素子3の負電極6bと接続された第2の導体層9には、さらに、電子部品搭載面にかけてビアホール導体15が形成されており、基板表面に設けられた負電極用ランド16と接続されている。
In the first conductor layer 8 connected to the
そして、絶縁基板1の表面に搭載された半導体素子4のバンプと、前記正電極用ランド14および負電極用ランド16と電気的に接続されている。
The bumps of the
そして、本発明の電気素子内蔵配線基板では、その基板を構成する第1の絶縁層と第2の絶縁層との熱膨張係数差が8.6×10−6/℃以下、特に、2.3×10−6/℃以下が望ましい。 In the wiring board with a built-in electric element of the present invention, the difference in thermal expansion coefficient between the first insulating layer and the second insulating layer constituting the substrate is 8.6 × 10 −6 / ° C. or less, and particularly, 2. It is desirable to be 3 × 10 −6 / ° C. or less.
(製造方法)
次に本発明の電気素子内蔵配線基板の製造方法について説明する。まず、CPc層形成用として、エポキシ系樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂などの熱硬化性樹脂とシリカ、アルミナなどの無機質フィラーとの混合材料からなる未硬化状態の絶縁シートを作製する。また、プリプレグ層用として、ガラス繊維やアラミド繊維などの織布または不織布からなる繊維体にエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸した、未硬化状態の絶縁シートを作製する。
(Production method)
Next, a method for manufacturing the wiring board with a built-in electric element of the present invention will be described. First, an uncured insulating sheet made of a mixed material of a thermosetting resin such as an epoxy resin and a polyphenylene ether resin and an inorganic filler such as silica and alumina is formed for forming a CPc layer. For the prepreg layer, an uncured insulating sheet is prepared by impregnating a fibrous body made of a woven or non-woven fabric such as glass fiber or aramid fiber with a thermosetting resin such as an epoxy resin.
そして、まず図4の工程図に示すように、上記CPC層絶縁シート20に対して、コンデンサ素子を内蔵するキャビティ21をパンチングなどによって形成する(a)。一方、プリプレグ層絶縁シート22に対してレーザー加工法により、ビアホール23を形成し、そのビアホール23にCu粉末などの導電性粉末を含有する導電性ペーストを充填してビアホール導体24を形成する(b)。その後、このプリプレグ層絶縁シート22の表面に、導体層25を形成する(c)。この導体層25は例えば、Cu箔、Al箔などの金属箔をに絶縁シートの表面に貼着した後、レジスト塗布、露光、現像、エッチング、レジスト除去の工程によって所定のパターンの導体層を形成する方法、またはあらかじめ、樹脂フィルムの表面に前記金属箔を貼着して上記と同様にして所定のパターンの導体層を形成したものを前記絶縁シートの表面に転写する方法がある。このうち、後者の方法は、絶縁シートがエッチング液などにさらされることがなく、絶縁シートが劣化することがない点で後者の方が好適である。
{Circle around (1)} First, as shown in the process diagram of FIG. 4, a
そして、CPC層用絶縁シート20のキャビティ21内にコンデンサ素子26を設置するとともに、この絶縁シート20の上下に、前記(b)(c)の製造方法を応用して前記ビアホール導体27や導体層28、半導体素子との接続用パッド29を形成したプリプレグ層用絶縁シート30a、30b、30c、30d、30eを積層し、この積層物を前記CPC用絶縁シートおよびプリプレグ層絶縁シート中の熱硬化性樹脂が硬化するに充分な温度で加熱することにより、図1に示したようなコンデンサ素子を内蔵した配線基板を作製することができる。
Then, the
なお、CPC層用絶縁シート20内に配設されたコンデンサ素子26の正電極および負電極とプリプレグ層用絶縁シート30のビアホール導体27との電気的な接続を行なうために、ビアホール導体27のコンデンサ素子26との接続部および/またはコンデンサ素子26の正電極および負電極表面に熱硬化温度で溶融可能な半田を塗布しておくことによって、コンデンサ素子とビアホール導体との接続を確実に行なうことができる。
In order to electrically connect the positive electrode and the negative electrode of the
実施例
(1)BaTiO3系の複数のセラミック誘電体シートの表面に、Ag−Pdの金属ペーストを用いて図2に示したような正極用内部電極や負極用内部電極のパターンをスクリーン印刷した。その後、それらのシートを温度55℃、圧力150kg/cm2下で積層密着させ、グリーンの状態でカッターを用いて切断した後、大気雰囲気1220℃の温度において焼成してコンデンサ素体を作製した。
Example (1) The patterns of the internal electrodes for the positive electrode and the internal electrodes for the negative electrode as shown in FIG. 2 were screen-printed on the surfaces of a plurality of BaTiO 3 -based ceramic dielectric sheets using a metal paste of Ag-Pd. . Thereafter, the sheets were laminated and adhered at a temperature of 55 ° C. under a pressure of 150 kg / cm 2 , cut in a green state using a cutter, and then fired at a temperature of 1220 ° C. in an air atmosphere to produce a capacitor body.
そして、このコンデンサ素体の外表面に、Ag−Pdのペーストを正電極形成部および負電極形成部に塗布して温度850℃で焼き付け、複数の正電極および負電極を具備する図2で示したような8端子の積層セラミックコンデンサを作製した。 Then, on the outer surface of the capacitor body, an Ag-Pd paste is applied to the positive electrode forming portion and the negative electrode forming portion and baked at a temperature of 850 ° C., as shown in FIG. 2 having a plurality of positive and negative electrodes. Such an eight-terminal multilayer ceramic capacitor was manufactured.
なお、このコンデンサ素子は、−65〜250℃における熱膨張係数が10.2×10−6/℃、寸法が1.6×1.6×0.59(mm3)、静電容量が0.22μF、自己インダクタンスが80(pH)であり、4箇所の正電極と4箇所の負電極とが形成されたものである。 This capacitor element has a coefficient of thermal expansion of 10.2 × 10 −6 / ° C. at −65 to 250 ° C., a size of 1.6 × 1.6 × 0.59 (mm 3 ), and a capacitance of 0. .22 μF, self-inductance was 80 (pH), and four positive electrodes and four negative electrodes were formed.
(2)PPE(ポリフェニレンエーテル)樹脂に対しシリカ粉末50体積%の割合となるように、ワニス状態の樹脂と粉末を混合しドクターブレード法により、厚さ150μmの複数の絶縁シートAを作製し、それらの絶縁シートAに、炭酸ガスレーザーによるトレパン加工により、収納するコンデンサの大きさよりもわずかに大きい縦1.6mm×横1.6mmのキャビティを形成した。 (2) A resin and a powder in a varnish state were mixed so that the ratio of silica powder to PPE (polyphenylene ether) resin was 50% by volume, and a plurality of insulating sheets A having a thickness of 150 μm were prepared by a doctor blade method. In the insulating sheet A, a cavity of 1.6 mm in length and 1.6 mm in width, which is slightly larger than the size of the capacitor to be housed, was formed by trepanning using a carbon dioxide gas laser.
また、同じく、炭酸ガスレーザにより、ビアホールを形成し、そのビアホールにCu粉末などの導電性粉末を含有する導電性ペーストを充填してビアホール導体を形成する。導体層と半導体素子のバンプと接続するためのビアホール導体、およびコンデンサ素子と導体層とを接続するためのビアホール導体として、表面に銀をメッキした平均粒径が5μmの銅粉末を含む導体ペーストを充填してビアホール導体を形成した。なお、ビアホール導体としては、半導体素子のバンプの数に適合して、252個のビアホール導体を形成した。 Similarly, a via hole is formed by a carbon dioxide gas laser, and the via hole is filled with a conductive paste containing a conductive powder such as Cu powder to form a via hole conductor. As a via hole conductor for connecting the conductor layer to the bump of the semiconductor element and a via hole conductor for connecting the capacitor element to the conductor layer, a conductor paste containing copper powder having an average particle diameter of 5 μm and having a silver-plated surface is used. The via hole conductor was formed by filling. As the via-hole conductor, 252 via-hole conductors were formed in conformity with the number of bumps of the semiconductor element.
(3)A−PPE(熱硬化型ポリフェニレンエーテル)樹脂(硬化温度=220)52〜68体積%、ガラスクロス32〜48体積%のプリプレグからなる絶縁シートBを準備した。また、同じくプリプレグの一部に炭酸ガスレーザーによるトレパン加工によりビアホール23を形成し、そのビアホール23にCu粉末などの導電性粉末を含有する導電性ペーストを充填してビアホール導体24を形成する。
(3) A-PPE (thermosetting polyphenylene ether) resin (curing temperature = 220) was prepared as an insulating sheet B made of a prepreg of 52 to 68% by volume and glass cloth of 32 to 48% by volume. Similarly, a via
(4)一方、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂からなる転写シートの表面に接着剤を塗布し、厚さ12μm、表面粗さ0.8μmの銅箔を一面に接着した。そして、フォトレジスト(ドライフィルム)を塗布し露光現像を行った後、これを塩化第二鉄溶液中に浸漬して非パターン部をエッチング除去して正極用導体層および負極用導体層を形成した。また、合わせて線幅が20μm、配線と配線との間隔が20μmの微細なパターンからなる配線回路層も形成した。 (4) On the other hand, an adhesive was applied to the surface of a transfer sheet made of polyethylene terephthalate (PET) resin, and a copper foil having a thickness of 12 μm and a surface roughness of 0.8 μm was adhered to one surface. Then, after applying a photoresist (dry film) and performing exposure and development, it was immersed in a ferric chloride solution to remove non-pattern portions by etching to form a conductor layer for a positive electrode and a conductor layer for a negative electrode. . In addition, a wiring circuit layer composed of a fine pattern having a line width of 20 μm and an interval between wirings of 20 μm was also formed.
(5)そして、(3)で作製した絶縁シートBの表面に、転写シートの導体層側を絶縁シートBに30kg/cm2の圧力で圧着した後、転写シートを剥がして、導体層を絶縁シートBに転写させた。 (5) Then, the conductor layer side of the transfer sheet is pressure-bonded to the surface of the insulating sheet B prepared in (3) at a pressure of 30 kg / cm 2 on the insulating sheet B, and then the transfer sheet is peeled off to insulate the conductor layer. The image was transferred to sheet B.
(6)次に、(2)で作製したキャビティが形成された絶縁シートAをコンデンサ素子の厚み分積層し、そのキャビティ内に(1)で作製した積層セラミックコンデンサチップを仮設置し、チップの周りの隙間にエポキシ樹脂40体積%、シリカ60体積%を充填して仮固定した。 (6) Next, the insulating sheet A having the cavity formed in (2) is laminated by the thickness of the capacitor element, and the multilayer ceramic capacitor chip manufactured in (1) is temporarily installed in the cavity, and the chip is mounted. The surrounding gap was filled with 40% by volume of epoxy resin and 60% by volume of silica, and was temporarily fixed.
(7)そして、このコンデンサ素子を収納した絶縁シートAの表面および裏面にに、(3)(4)を経て作製された導体層およびビアホール導体を有する絶縁シートBを仮積層した。 (7) Then, an insulating sheet B having a conductor layer and via-hole conductors produced through (3) and (4) was temporarily laminated on the front and back surfaces of the insulating sheet A containing the capacitor element.
(8)そして、この積層物を220℃で1時間加熱して完全硬化させて多層配線基板を作製した。なお、加熱による樹脂の流動で絶縁シートの空隙が収縮して絶縁層とコンデンサチップとが密着しチップと絶縁層との隙間はほとんどなくなっていた。こうして全体厚みが1.2mmのコンデンサ内蔵配線基板を作製した。 (8) Then, the laminate was heated at 220 ° C. for 1 hour and completely cured to produce a multilayer wiring board. The gap of the insulating sheet was shrunk by the flow of the resin due to the heating, and the insulating layer and the capacitor chip were brought into close contact with each other, and the gap between the chip and the insulating layer was almost eliminated. Thus, a wiring board with a built-in capacitor having a total thickness of 1.2 mm was produced.
そして、作製したコンデンサ内蔵配線基板に対して以下の検討を行なった。 (4) The following study was conducted on the manufactured wiring board with a built-in capacitor.
そして、作製した基板全体の−65〜250℃の線熱膨張係数を測定した。また、Auスタッドバンプを形成したSiチップを約60℃の加熱した基板にフリップチップ実装し、基板のパッドとSiチップ側の回路との周回した導通抵抗を測定し、導通の有無を確認した。また、配線基板全体の機械的強度をインストロン評価装置を用いて測定した。 Then, the linear thermal expansion coefficient at -65 to 250 ° C of the entire manufactured substrate was measured. Further, the Si chip on which the Au stud bump was formed was flip-chip mounted on a substrate heated at about 60 ° C., and the circulating resistance between the pad of the substrate and the circuit on the Si chip side was measured to confirm the presence or absence of continuity. The mechanical strength of the entire wiring board was measured using an Instron evaluation device.
さらに、インピーダンスアナライザを用いて、周波数1.0MHz〜1.8MHzにおいて、インピーダンスの周波数特性を測定し、同時に、1MHzでのコンデンサの容量値を測定し、そして、f0=1/(2π(L・C)1/2)(式中、f0:共振周波数(Hz)、C:静電容量(F)、L:インダクタンス(H))に基づいて、共振周波数からインダクタンスを計算で求めた。 Furthermore, using an impedance analyzer at a frequency 1.0MHz~1.8MHz to measure the frequency characteristic of the impedance, at the same time, to measure the capacitance of the capacitor at 1 MHz, and, f 0 = 1 / (2π (L (C) 1/2 ) (where f 0 : resonance frequency (Hz), C: capacitance (F), and L: inductance (H)), the inductance was calculated from the resonance frequency.
なお、この測定は、室温および熱衝撃試験300サイクル後におけるインピーダンスも測定した。また、コンデンサ素子の上面の絶縁層の厚みを表1のように変えて特性の変化を測定した。熱衝撃試験は、炭酸ガスを冷媒とし、電気ヒータを加熱源として圧力1atmのチャンバー内で−55〜125℃の温度サイクルを5分毎のサイクルを100回付与した。 イ ン ピ ー ダ ン ス In this measurement, the impedance was also measured at room temperature and after 300 cycles of the thermal shock test. In addition, changes in characteristics were measured while changing the thickness of the insulating layer on the upper surface of the capacitor element as shown in Table 1. In the thermal shock test, a temperature cycle of −55 to 125 ° C. was applied 100 times at intervals of 5 minutes in a chamber at a pressure of 1 atm using carbon dioxide as a refrigerant and an electric heater as a heating source.
(比較例1)
実施例における(3)の熱硬化性樹脂と無機フィラーとの混合物からなる絶縁シートのみを用いて配線基板を作製し、上記と同様の評価を行った。
(Comparative Example 1)
A wiring board was manufactured using only the insulating sheet made of the mixture of the thermosetting resin and the inorganic filler of (3) in the example, and the same evaluation as above was performed.
(比較例2)
実施例において、絶縁シートA、と絶縁シートBとの配置を全く逆にし、絶縁シートBにコンデンサ素子を内蔵させる以外は、全く同様にして配線基板を作製し、上記と同様の評価を行った。
In the examples, a wiring board was produced in exactly the same manner as above except that the arrangement of the insulating sheets A and B was completely reversed and the capacitor element was built in the insulating sheet B, and the same evaluation as above was performed. .
表1の結果から明らかなように、本発明に基づき、配線基板の表層部にプリプレグからなる絶縁層と、コンデンサ素子を内蔵する内層部を無機フィラーと熱硬化性樹脂との混合物からなる絶縁層(CPC)によって形成した本発明の配線基板は、基板の機械的強度が300MPa以上と高く、しかもフリップチップ実装が可能であった。また、コンデンサ素子によるインダクタンスの変化についても、室温での初期特性と熱衝撃試験後においても変化がなく、信頼性の高いものであった。 As is apparent from the results in Table 1, based on the present invention, the insulating layer made of prepreg is formed on the surface layer of the wiring board, and the insulating layer formed of a mixture of inorganic filler and thermosetting resin is formed on the inner layer containing the capacitor element. The wiring board of the present invention formed by (CPC) had a high mechanical strength of 300 MPa or more, and could be flip-chip mounted. In addition, the change in inductance due to the capacitor element did not change even after the initial characteristics at room temperature and after the thermal shock test, and was highly reliable.
A 配線基板
1 絶縁基板
1a 第1の絶縁層
1b 第2の絶縁層
2 キャビティ
3 コンデンサ素子
4 半導体素子
5 セラミック誘電体層
6a 正電極
6b 負電極
7a 正極用内部電極
7b 負極用内部電極
8 第1の導体層
9 第2の導体層
10、11、17 ビアホール導体
A Wiring substrate 1
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