(57)【要約】  厚膜誘電体および電極から製造されたプリント配線板（ＰＷＢ）にキャパシタを埋め込む改良された方法が開示され、方法が、金属箔を提供する工程と、セラミック誘電体を金属箔の上に形成する工程と、電極を前記誘電体の大部分および前記金属箔の少なくとも一部分の上に形成する工程と、キャパシタ構造体をベースメタル焼成条件下で焼成する工程と、金属箔をエッチングして第２の電極を形成する工程とを含む。さらに方法が、セラミック誘電体を形成する前に絶縁分離層を金属箔の上に形成する工程を含んでもよい。
2009540610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
埋込型キャパシタを形成する方法であって、
金属箔を提供する工程と、
セラミック誘電体を前記金属箔の上に形成する工程と、
電極を前記誘電体の大部分および前記金属箔の少なくとも一部分の上に形成する工程と、
キャパシタ構造体をベースメタル焼成条件下で焼成する工程と、
前記金属箔をエッチングして第２の電極を形成する工程と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
キャパシタを形成する方法であって、
金属箔を提供する工程と、
絶縁分離層を前記金属箔の上に形成する工程と、
セラミック誘電体を前記金属箔の上に形成する工程であって、前記誘電体が絶縁分離層によって囲まれ、それと接触する工程と、
第１の電極を前記誘電体の大部分または全ての上に、前記絶縁分離層の大部分の上におよび前記金属箔の一部分の上に形成する工程と、
キャパシタ構造体をベースメタル焼成条件下で焼成する工程と、
前記金属箔をエッチングして第２の電極を形成する工程と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法によって形成されることを特徴とするキャパシタ。
【請求項４】
請求項１または２に記載の少なくとも１つのキャパシタを含むことを特徴とする、デバイス。
【請求項５】
デバイスを製造する方法であって、
金属箔を提供する工程と、
絶縁分離層を前記金属箔の上に形成する工程と、
セラミック誘電体を前記金属箔の上に形成する工程であって、前記誘電体が絶縁分離層によって囲まれ、それと接触する工程と、
第１の電極を前記誘電体の大部分または全ての上に、前記絶縁分離層の大部分の上におよび前記金属箔の一部分の上に形成する工程と、
前記金属箔の構成部品面を少なくとも１つのプリプレグ材料に積層する工程と、
前記金属箔をエッチングして第２の電極を形成する工程と
を含み、第１の封入電極、前記誘電体および前記第２の電極がキャパシタを形成することを特徴とする方法。
【請求項６】
前記絶縁層がバリア層としても作用して、エッチング薬品がキャパシタ誘電体と接触するのを防ぐことを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記デバイスが、前記金属箔をエッチングした後に、少なくとも１つの付加的なプリプレグ材料に積層されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
１つまたは複数のビアを前記プリプレグ材料に形成して前記キャパシタに接続する工程であって、前記ビアが、マイクロビア、めっきスルーホールビア、およびそれらの組合せからなる群から選択される工程を含むことを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
請求項５に記載の方法によって形成されることを特徴とするデバイス。
【請求項１０】
前記デバイスが、インターポーザ、プリント配線板、マルチチップモジュール、エリアアレイパッケージ、システムオンパッケージ、およびシステムインパッケージから選択されることを特徴とする、請求項９に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術分野は、プリント配線板（ＰＷＢ）の埋込型キャパシタである。より詳しくは、本技術分野は、厚膜誘電体および電極から製造されたプリント配線板の埋込型キャパシタを包含する。
【０００２】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２００５年６月２０日に出願された米国仮出願第６０／６９２，１１９号の利点を請求する。
【背景技術】
【０００３】
高静電容量密度キャパシタをプリント配線板に埋め込むことによって、低減された回路サイズおよび改良された回路性能を可能にする。キャパシタは典型的に、積み重ねられ、相互接続回路によって接続されるパネルに埋め込まれ、パネルの積み重ねにより多層プリント配線板が形成される。積み重ねられたパネルは、一般に「内層パネル」と呼ばれることがある。
【０００４】
箔上焼成技術によって形成されたプリント配線板に埋め込まれた受動回路構成部品は公知である。「別々に箔上焼成された」キャパシタを形成するには、少なくとも１つの厚膜誘電体層を金属箔基板上に堆積および乾燥させ、その後に、厚膜電極材料を厚膜キャパシタ誘電体層の上に堆積および乾燥させ、引き続いて前記キャパシタ構造体を銅厚膜焼成条件下で焼成する。米国特許公報（特許文献１）および米国特許公報（特許文献２）には、このような方法が開示されている。
【０００５】
焼成した後、得られた物品をプリプレグ誘電体層に積層してもよく、金属箔をエッチングしてキャパシタの電極および任意の関連回路を形成して、厚膜キャパシタを備える内層パネルを形成してもよい。次に、内層パネルを他の内層パネルに積層して相互接続し、多層プリント配線板を形成してもよい。
【０００６】
厚膜誘電体材料は、焼成した後に高誘電率（Ｋ）を有するのがよい。スクリーン印刷のために適した高いＫ厚膜誘電体ペーストは、高誘電率粉末（「機能相」）をガラス粉末と混合する工程と、混合物を厚膜スクリーン印刷ビヒクル中に分散させる工程とによって形成されてもよい。ガラスは、その組成に応じて、ガラス状または結晶性であってもよい。
【０００７】
厚膜誘電体材料の焼成の間、ピーク焼成温度に達する前に誘電体材料のガラス成分が軟化し、流動する。それは、ピーク温度を保持する間に凝集して機能相を封入し、箔上焼成キャパシタ構造体を形成する。その後、ガラスが結晶化して一切の所望の相を沈降させることができる。
【０００８】
銅は、電極を形成するための好ましい材料である。スクリーン印刷のために適した厚膜銅電極ペーストは、銅粉末を少量のガラス粉末と混合する工程と、混合物を厚膜スクリーン印刷ビヒクル中に分散させる工程とによって形成されてもよい。しかしながら、厚膜銅と厚膜キャパシタ誘電体との間の大きな温度膨張係数（ＴＣＥ）の差および焼成の間の収縮の差はしばしば、電極の外面のすぐ外側の誘電体に引張応力をもたらす。引張応力は、図１Ａおよび図１Ｂに示されるように電極の外面の周りの誘電体の亀裂を生じることがある。極端な場合、亀裂は、銅箔までずっと拡がることがある。このような亀裂は、キャパシタの長期の信頼度に影響を与える場合があるので、望ましくない。このような亀裂につながる条件を取り除く代替のキャパシタ構造体の設計が有利であろう。
【０００９】
本出願がそれに基づいて優先権を請求し、本発明者によって共同執筆された本願と同一の譲受人に譲渡された発明（マジュムダー（Ｍａｊｕｍｄａｒ）らに対する代理人整理番号ＥＬ−０５９３  ＵＳ  ＰＲＶ）２００５年６月２０日に出願された米国特許公報（特許文献３）は、電極および内層を形成する工程と、厚膜箔上焼成キャパシタを埋め込む工程と、プリント配線板（ＰＷＢ）を形成する工程との新規な方法を提供しており、これらの方法によって形成された電極、内層、キャパシタおよびプリント配線板の他に誘電体のこのような亀裂を回避する。しかしながら、ＰＷＢの最も外側の（第１のおよび／または最後の）層上に埋込型キャパシタを配置することおよびめっきスルーホール（ＰＴＨ）ビアを使用する接続は、上述の発明によって可能ではない。本発明は、これらの欠陥により良く対処する。
【００１０】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／００９９９９９Ａ１号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００４／０２３３６１Ａ１号明細書
【特許文献３】米国仮特許出願第６０／６９２，１１９号明細書
【特許文献４】米国特許出願第１０／８０１３２６号明細書
【特許文献５】米国特許出願第１０／８０１２５７号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
埋込型キャパシタを形成するための方法であって、以下の工程、すなわち、
金属箔を提供する工程と、
セラミック誘電体を前記金属箔の上に形成する工程と、
電極を前記誘電体の大部分および前記金属箔の少なくとも一部分の上に形成する工程と、
キャパシタ構造体をベースメタル焼成条件下で焼成する工程と、
前記金属箔をエッチングして第２の電極を形成する工程と
を含む方法がここに開示される。
【００１２】
さらに、キャパシタを形成する方法であって、
金属箔を提供する工程と、
絶縁分離層を前記金属箔の上に形成する工程と、
セラミック誘電体を前記金属箔の上に形成する工程であって、前記誘電体が絶縁分離層によって囲まれ、それと接触する工程と、
第１の電極を前記誘電体の大部分または全ての上に、前記絶縁分離層の大部分の上におよび前記金属箔の一部分の上に形成する工程と、
キャパシタ構造体をベースメタル焼成条件下で焼成する工程と、
前記金属箔をエッチングして第２の電極を形成する工程と
を含む方法が開示される。
【００１３】
説明「キャパシタ構造体をベースメタル焼成条件下で焼成する工程と、前記金属箔をエッチングして第２の電極を形成する工程」において、語句「前記キャパシタ構造体をベースメタル焼成条件下で焼成する工程」は、７５０℃以上の温度において不活性雰囲気、例えばアルゴンまたは窒素中で焼成することを意味する。焼成は、高温壁または箱形炉内で行なうことができる。
【００１４】
本発明のさらなる構成は詳細な説明において開示される。
【００１５】
また、上記の方法によって形成されたキャパシタおよびそれらのキャパシタを備えるその他のデバイスも開示される。このようなデバイスには、インターポーザ、プリント配線板、マルチチップモジュール、エリアアレイパッケージ、システムオンパッケージおよびシステムインパッケージ（ｓｙｓｔｅｍ−ｉｎｉｐａｃｋａｇｅｓ）などがあるがそれらに限定されない。
【００１６】
詳細な説明は、以下の図面を参照する。
【００１７】
一般的な慣例によれば、図面の様々な特徴は、必ずしも縮尺通りに描かれていない。様々な特徴の寸法は、本発明の実施形態をより明瞭に示すように、拡大または縮小することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本願明細書に開示された方法および製品は、様々な構成において存在する。第１の実施形態によって、箔上焼成単一誘電体層キャパシタ構造体を製造する方法が、金属箔を提供する工程と、キャパシタ誘電体を前記金属箔の上に形成する工程と、第１の電極を前記誘電体の大部分の上におよび前記金属箔の一部分または全ての上に形成する工程と、前記キャパシタ構造体を銅厚膜焼成条件下で焼成する工程とを含む。
【００１９】
第２の実施形態によって、箔上焼成単一誘電体層キャパシタ構造体を製造する方法が、金属箔を提供する工程と、絶縁分離層を前記金属箔の上に形成する工程と、前記絶縁分離層によって作製された囲い内にキャパシタ誘電体を前記金属箔の上に形成する工程と、第１の電極を前記誘電体の大部分の上におよび前記絶縁分離層の一部分または全ての上に形成する工程と、前記キャパシタ構造体を銅厚膜焼成条件下で焼成する工程とを含む。
【００２０】
第３の実施形態によって、箔上焼成単一誘電体層キャパシタ構造体を製造する方法が、金属箔を提供する工程と、絶縁分離層を前記金属箔の上に形成する工程と、前記絶縁分離層によって作製された囲い内にキャパシタ誘電体を前記金属箔の上に形成する工程と、第１の電極を前記誘電体の大部分の上におよび前記絶縁分離層の一部分または全ておよび前記金属箔の一部分の上に形成する工程と、前記キャパシタ構造体を銅厚膜焼成条件下で焼成する工程とを含む。
【００２１】
別の実施形態によって、箔上焼成埋込型キャパシタ内層を製造する方法が、箔上焼成キャパシタ構造体の構成部品面をプリプレグ材料に積層する工程と、金属箔をエッチングして第１および第２の電極を形成する工程とを含む。
【００２２】
さらに別の実施形態によって、箔上焼成埋込型キャパシタを有する多層プリント配線板を製造する方法が、箔上焼成埋込型キャパシタ内層を付加的なプリプレグ材料に積層する工程と、少なくとも１つのビアを、プリプレグ材料を通して形成して少なくとも１つの電極と接続する工程とを含む。
【００２３】
上記の実施形態によって、電極が前記誘電体の大部分を覆い、誘電体に圧縮応力を加え、それによって引張応力を取り除く。これは、亀裂のない箔上焼成キャパシタを製造し、多層プリント配線板の中に埋め込むことを可能にする。さらにまた、分離層は、キャパシタ誘電体をエッチング薬品から保護するために上記の実施形態においてバリア層として用いられてもよい。キャパシタの信頼度はそれによって改良される。
【００２４】
本発明はプリント配線板の形成に関して説明されるが、本発明の実施形態は、インターポーザ、プリント配線板、マルチチップモジュール、エリアアレイパッケージ、システムオンパッケージ、およびシステムインパッケージなどの様々なデバイスにおいて有用でありうることは当業者によって理解される。
【００２５】
図２Ａ〜２Ｋは、金属箔設計上の箔上焼成キャパシタを有する単一層埋込みキャパシタを備え、プリントされた電極が誘電体の大部分および金属箔の一部分を覆う多層プリント配線板２０１０（図２Ｊ）を製造する第１の方法を示す。例示目的のために、２つの埋込型キャパシタが図２Ａ〜２Ｋに示される。しかしながら、本願明細書に記載された方法によって１つ、２つ、３つ、またはそれ以上のキャパシタを箔上に形成することができる。以下の記載された説明は、簡単にするために、示されたキャパシタの１つのみの形成が言及される。図２Ａ〜２Ｄおよび２Ｆ〜２Ｉおよび２Ｊは正面の断面図である。図２Ｅは、図２Ｄの平面図である。図２Ｋは図２Ｊの底面図である。
【００２６】
図２Ａにおいて、金属箔２１０が提供される。金属箔２１０は、当該産業において一般に入手可能なタイプであってよい。例えば、金属箔２１０は、銅、銅−インバー−銅、インバー、ニッケル、ニッケル被覆銅、または厚膜ペーストのための焼成温度を超える融点を有する他の金属および合金であってもよい。適した箔には、主に銅からなる箔、例えば逆処理銅箔、二重処理銅箔、および多層プリント配線板産業において通常に用いられるその他の銅箔が挙げられる。金属箔２１０の厚さは、例えば、約１〜１００ミクロンの範囲であってもよい。他の厚さの範囲には、３〜７５ミクロン、より具体的には１２〜３６ミクロンが挙げられる。これらの厚さの範囲は、約１／３オンス〜１オンスの間の銅箔に相当する。
【００２７】
箔２１０は、いくつかの実施形態において、アンダープリント２１２を箔２１０に適用して焼成することによって予備処理されてもよい。アンダープリント２１２は、図２Ａにおいて表面コーティングとして示され、箔２１０の構成部品側表面に適用された比較的薄い層であってもよい。アンダープリント２１２は、金属箔２１０によく付着し、アンダープリント２１２の上に堆積された層によく付着する。アンダープリント２１２は、例えば、箔２１０の融点より低い温度において焼成される箔２１０に適用されたペーストから形成されてもよい。アンダープリントペーストは、箔２１０の表面全体の上にオープンコーティングとしてプリントされるか、箔２１０の選択された領域の上にプリントされてもよい。箔２１０全体の上にではなく箔２１０の選択された領域の上にアンダープリントペーストをプリントすることが一般により経済的である。しかしながら、アンダープリント中のガラス分が銅箔２１０の酸化腐蝕を遅らせるので、銅箔２１０と共に酸素ドープ焼成が用いられる場合、箔２１０の表面全体をコートすることが好ましい場合がある。
【００２８】
アンダープリントとして使用するのに適した１つの厚膜銅ペースト（ボーランド（Ｂｏｒｌａｎｄ）らに対する米国特許公報（特許文献４）、代理人整理番号ＥＬ−０５４５に開示され、および本願に参照によって組み入れるものとする）は、以下の組成を有する（質量相対量）：
【００２９】
【表１】
2009540610.tif 000003
【００３０】
この組成において、
【００３１】
【表２】
2009540610.tif 000004
【００３２】
キャパシタ誘電体材料２２０は、図２Ａに示されるように、予備処理された箔２１０のアンダープリント２１２の上に堆積され、第１のキャパシタ誘電体材料層２２０を形成する。キャパシタ誘電体材料は、例えば、スクリーンプリントされるかまたは箔２１０上にステンシルで刷り出される厚膜キャパシタペーストであってもよい。次に、第１のキャパシタ誘電体材料層２２０を乾燥させる。図２Ｂにおいて、次に第２のキャパシタ誘電体材料層２２５を適用し、乾燥させる。別の実施形態において、キャパシタ誘電体材料の単一層が単一スクリーン印刷工程において２つの層２２０、２２５の同等の厚さに堆積されてもよい。箔上焼成実施形態において使用するために１つの適した厚膜キャパシタ材料（ボーランドらに対する米国特許公報（特許文献５）、代理人整理番号ＥＬ−０５３５に開示され、および本願に参照によって組み入れるものとする）は、以下の組成を有する（質量相対量）：
【００３３】
【表３】
2009540610.tif 000005
【００３４】
この組成物において、
【００３５】
【表４】
2009540610.tif 000006
【００３６】
図２Ｃにおいて、導電性材料層２３０が、第２のキャパシタ誘電体材料層２２５の上に大部分、およびキャパシタ誘電体の外周の周りの金属箔の一部分の上に形成されて第１の電極を形成し、乾燥される。例えば、導電性材料層２３０は、第２のキャパシタ誘電体材料層２２５の上に厚膜金属ペーストをスクリーン印刷することによって形成することができる。アンダープリント２１２を形成するのに使用されるペーストは、導電性材料層２３０を形成するのにも適している。
【００３７】
次に、第１のキャパシタ誘電体材料層２２０、第２のキャパシタ誘電体材料層２２５、および第１の電極を形成する導電性材料層２３０が同時焼成され、得られる構造体を一緒に焼結する。図２Ｄにおいて、焼成後の構造体の正面図を示す。キャパシタ誘電体層２２０と２２５の間の境界が同時焼成中に効果的に除去されるので、焼成は、キャパシタ誘電体層２２０および２２５から形成された単一のキャパシタ誘電体２２８をもたらす。キャパシタ誘電体層２２８をほとんど封入する上部電極２３２も同時焼成工程から得られる。キャパシタは、上面図から見たとき、図２Ｅに示されるように見える。ピーク温度で約１０分間約９００℃で窒素中の銅箔上で焼成されたとき、得られたキャパシタ誘電体２２８は、誘電率約３０００および誘電正接約２．５％を有することができる。キャパシタ誘電体２２８についての異なる材料特性を得るために、代わりの焼成条件を使用してもよい。
【００３８】
図２Ｆにおいて、箔は、プリプレグ材料に面し、キャパシタ誘電体２２８の大部分を覆う第１の電極２３２と共にプリプレグ材料２４０を積層される。例えば、積層は、標準的なプリント配線板プロセスでＦＲ４プリプレグを使用して実施することができる。一実施形態において、１０６エポキシプリプレグを使用することができる。適切な積層条件は、例えば、２８水銀柱インチまで排気された真空室で、１８５℃、２０８ｐｓｉｇ、１時間である。箔２５０を積層材料２４０の反対側の面に適用して、回路部品を作製するための表面を設けることができる。シリコーンゴムプレスパッドおよび滑らかなＰＴＦＥ充填ガラスリリースシートを箔２１０および２５０と接触させて、エポキシが積層板を一緒に接着するのを防止することができる。積層材料２４０は、例えば標準的なエポキシ、高Ｔｇエポキシ、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、シアン酸エステル樹脂、充填樹脂系、ＢＴエポキシ、ならびに回路層間の絶縁を実現するその他の樹脂および積層体などのどんなタイプの誘電体材料でもよい。
【００３９】
図２Ｇを参照すると、積層の後、フォトレジストが箔２１０および箔２５０に適用される。フォトレジストが画像形成および現像され、フォトレジストパターン２６０および２６２を形成する。
【００４０】
図２Ｈを参照すると、箔２１０および２５０がエッチングされ、フォトレジスト２６０および２６２が、例えば標準的なプリント配線板処理条件を使用してストリッピングされ、図２Ｉに示された物品を形成する。エッチングにより、箔２１０内に溝２１５が形成され、箔の残りの部分と第１の電極２３２から単離されている第２のキャパシタ箔電極２１８が得られる。第２のキャパシタ箔電極２１８、誘電体２２８、および第１の電極２３２がキャパシタ２００を形成する。また、エッチングプロセスにより、ビアがキャパシタ電極２３２と接続するためのパッドとして働くことのできる銅パッド２１７および２１９を箔２１０から生成する。回路部品２５２、２５４、２５６も箔２５０から形成される。
【００４１】
図２Ｊを参照すると、追加の積層板と銅箔の対を図２Ｉに示す物品２００１に積層し、ＰＴＨビア２０２０および／またはマイクロビアを穿孔し、めっきすることができる。フォトレジストを外部銅層に付加し、画像形成し、現像することができる。次いで、標準的なプリント配線条件を使用して、外層銅箔がエッチングされ、残りのフォトレジストがストリッピングされ、プリント配線板２０００を完成する。
【００４２】
図２Ｋは、図２Ｊに示す物品の底面図である。図２Ｋにおいて、箔２１０内に溝２１５をエッチングすることによって形成されるものとして、２つのキャパシタ２００が示されている。しかし、この数は例示的なものであり、本明細書で論じられる実施形態に従って、箔から任意の数のキャパシタを形成することができる。図２Ｊは、類似の構成の２つのキャパシタ２００を示しているが、この実施形態は、相異なる寸法および／または形状のキャパシタの形成を可能にする。
【００４３】
記載の製造工程は、プリント回路板２０１０の外層に隣接する層中の埋込みキャパシタ２００を備える、図２Ｊに示す四金属層プリント配線板２０１０に適している。しかし、製造順序を変更することができ、プリント配線板は任意の数の層を有することができる。また、この実施形態による埋込みキャパシタは、多層プリント回路板中のどの層にも配置されうる。また、機械的穿孔めっきスルーホールビアを使用して、回路をキャパシタ箔電極２３２と接続することもできる。
【００４４】
図３Ａ〜３Ｎは、金属箔設計上の箔上焼成キャパシタを有する埋込みキャパシタを備え、プリントされた電極が誘電体の大部分および絶縁分離層の一部分を覆う多層プリント配線板３０００（図３Ｎ）を製造する第２の方法を示す。説明のために、２つの埋込みキャパシタが図３Ａ〜３Ｎで形成されるように図示されている。しかし、本明細書に記載の方法によって１つ、２つ、３つ、またはそれ以上のキャパシタを箔上に形成することができる。以下に記す説明は、簡潔にするために、図示されたキャパシタのうちの１つのみの形成を対象とする。図３Ａ〜３Ｅ、３Ｉ〜３Ｌおよび３Ｎ〜３Ｐは、正面の断面図である。図３Ｆ、３Ｇおよび３Ｈはそれぞれ、図３Ａ、３Ｃおよび３Ｅの上面図である。図３Ｍは、図３Ｎの底面図である。
【００４５】
図３Ａにおいて、金属箔３１０が設けられる。金属箔３１０は、第１の実施形態で一般的に説明されたタイプでよく、第１の実施形態で説明したのと同様に、箔３１０にアンダープリント３１２を適用し、焼成することによって予備処理されてもよい。
【００４６】
絶縁分離層３１３がアンダープリント３１２の上に堆積され、その結果、囲いが形成される。適切な絶縁分離層は、銅厚膜焼成条件下で銅と共に同時焼成されたときに亀裂を生じない絶縁セラミック充填ガラス組成物でもよい。得られる物品の上面図を図３Ｆに示す。図３Ｂを参照すると、第１の実施形態に記載されたキャパシタ誘電体材料が、予備処理された箔３１０のアンダープリント３１２の上に、絶縁分離層３１３で形成された囲まれた領域内に堆積され、第１のキャパシタ誘電体材料層３２０を形成する。次いで、第１のキャパシタ誘電体材料層３２０が乾燥される。次いで、第２のキャパシタ誘電体材料層３２５が適用され、乾燥される。別の実施形態において、キャパシタ誘電体材料の単一の層を、１回のスクリーン印刷工程で、２つの層３２０、３２５と等しい厚さに堆積させることができる。図３Ｇは図３Ｃの平面図である。
【００４７】
図３Ｄにおいて、導電性材料層３３０が第２の誘電体材料層３２５の大部分および絶縁分離層３１３の一部分の上に形成され、乾燥される。例えば、導電性材料層３３０は、第２の誘電体材料層３２５の上に第１の実施形態で説明された厚膜金属ペーストをスクリーン印刷することによって形成されてもよい。
【００４８】
次いで、絶縁分離層３１３、第１のキャパシタ誘電体材料層３２０、第２のキャパシタ誘電体材料層３２５、および第１の電極を形成する導電性材料層３３０が同時焼成され、得られた構造体を一緒に焼結する。図３Ｅにおいて、焼成後の構造体の断面が正面で示される。キャパシタ誘電体層３２０と３２５の間の境界が同時焼成中に効果的に除去されるので、焼成は、キャパシタ誘電体層３２０および３２５から形成された単一のキャパシタ誘電体３２８をもたらす。単一のキャパシタ誘電体３２８に接合された絶縁分離層３１４が、焼成の結果として得られる。キャパシタ誘電体層３２８をほとんど封入する上部電極３３２も同時焼成工程の結果として得られる。キャパシタ誘電体層３２８の表面積は、導電性材料層３３２の表面積よりも小さい。ピーク温度で約１０分間約９００℃で窒素中の銅箔上で焼成されたとき、得られたキャパシタ誘電体３２８は、誘電率約３０００および誘電正接約２．５％を有することができる。キャパシタ誘電体３２８についての異なる材料特性を得るために、代わりの焼成条件を使用してもよい。図３Ｈは図３Ｅの平面図である。
【００４９】
図３Ｉにおいて、箔は、プリプレグ材料に面し、キャパシタ誘電体３２８を覆う第１の電極３３２と共にプリプレグ材料３４０を積層される。積層は、第１の実施形態で説明した材料および処理で実施することができる。箔３５０を積層材料３４０の反対側の面に適用して、回路部品を作製するための表面を設けることができる。
【００５０】
図３Ｊを参照すると、積層の後、フォトレジストが箔３１０および箔３５０に適用される。フォトレジストは画像形成および現像され、フォトレジストパターン３６０を形成する。この製造順序において、銅箔３５０は一般に最終的外層処理中にパターン形成されるので、箔３５０上のフォトレジスト３６２は、この段階で画像形成および現像されないことがある。
【００５１】
箔３１０がエッチングされ、図３Ｋのフォトレジスト３６０および３６２が、例えば標準的なプリント配線板処理条件を使用してストリッピングされ、図３Ｌに示す物品が形成される。エッチングにより、箔３１０内に溝３１６を形成し、エッチング化学物質がキャパシタ誘電体と接触する必要がなく箔の残りの部分から単離された、画定された第２のキャパシタ箔電極３１８が得られる。第２のキャパシタ箔電極３１８、誘電体３２８、および第１の電極３３２がキャパシタ３００を形成する。
【００５２】
図３Ｎを参照すると、スルーホールビア３０２０および／またはマイクロビアが穿孔され、めっきされる。フォトレジストを外部銅層３７０に付加し、画像形成し、現像することができる。次いで、図３Ｎに示すように、標準的なプリント配線条件を使用して、外層銅箔がエッチングされて回路３８５を作製し、残りのフォトレジストがストリッピングされ、回路板３０００を完成する。
【００５３】
記載の製造工程は、プリント回路板３０００の中間層の埋込みキャパシタ３００を備える三金属層プリント配線板に適している。しかし、製造順序を変更することができ、プリント配線板３０００は任意の数の層を有することができる。本実施形態による埋込みキャパシタは、多層プリント回路板中のどの層にも配置されうる。
【００５４】
図４は、プリントされた上部電極が絶縁分離層のより大きな部分または全てを覆う、図３の厚膜キャパシタ配置の別の設計を示す。しかしながら、図４のキャパシタを埋め込むための方法は、図３によって説明された方法と異なってはおらず、当業者には明白であるはずである。同様に、上に詳述された概念は、当業者によって多層キャパシタ構造体に容易に拡大されよう。
【００５５】
上記の実施形態において、厚膜ペーストは、セラミック、ガラス、金属、またはその他の固体の細かく分割された粒子を含むことができる。粒子は、１ミクロン以下のオーダーのサイズを有することができ、分散剤と有機溶媒との混合物中に溶解されたポリマーを含む「有機ビヒクル」内に分散されうる。
【００５６】
厚膜誘電体材料は、焼成後に高い誘電率（Ｋ）を有することができる。例えば、高Ｋ厚膜誘電体は、高誘電率粉末（「機能相」）をドーパントおよびガラス粉末と混合し、その混合物を厚膜スクリーン印刷ビヒクル中に分散させることによって形成されてもよい。焼成中、ピーク焼成温度に達する前にキャパシタ材料のガラス成分が軟化して流動し、凝集し、機能相を封入して、焼成キャパシタ複合体を形成する。
【００５７】
高Ｋ機能相は、結晶チタン酸バリウム（ＢＴ）、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）、ニオブ酸鉛マグネシウム（ＰＭＮ）、およびチタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）などの一般式ＡＢＯ3のペロフスカイトを包含する。チタン酸バリウムは、焼成プロセスで使用される還元状態に対して比較的影響を受けないので、銅箔上焼成適用で使用するのにはチタン酸バリウムが有利である。
【００５８】
典型的に、誘電体材料の厚膜ガラス成分は、高Ｋ機能相に対して不活性であり、本質的に、複合体を互いに粘着的に結合し、キャパシタ複合体を基板に結合するように働く。高Ｋ機能相の誘電率が過度に弱められないように少量のガラスを使用するのが好ましい。例えば、ガラスは、ホウケイ酸カルシウムアルミニウム、ホウケイ酸鉛バリウム、ケイ酸マグネシウムアルミニウム、希土類ホウ酸塩、またはその他の類似の組成物でよい。比較的高い誘電率を有するガラスの使用が好ましいが、希釈効果がそれほど著しくなく、複合体の高誘電率を維持することができるからである。組成Ｐｂ5Ｇｅ3Ｏ11のゲルマニウム酸鉛ガラスは、誘電率約１５０を有する強誘電体ガラスであり、したがって適している。ゲルマニウム酸鉛の改質変種も適している。キャパシタ構造体をベースメタル焼成条件下で焼成する工程と、金属箔をエッチングして第２の電極を形成する工程とによって、例えば、鉛をバリウムで部分的に置換してもよく、ゲルマニウムをシリコン、ジルコニウム、および／またはチタンで部分的に置換してもよい。
【実施例】
【００５９】
スクリーン印刷された電極が誘電体をほとんど封入する埋込みキャパシタを有するＰＷＢ（プリント配線板）基板を製作した。ＰＷＢ構成のためにセラミックキャパシタが層２（Ｌ２）上にある四層設計を使用した。まず、Ｌ２／Ｌ３を含む内層を作製し、次いで層１および４で積層し、ＰＷＢ積層物を完成させた。１オンスＮＴ−ＴＯＩ銅箔をＬ２で使用した。ＴＯＩ箔は、片面がＺｎフリー処理された電着箔であり、広範な有機基板に対して高い結合強度をもたらすよう設計される。したがって、キャパシタを有する箔を酸化物プロセスにかけて、板を構築するのに使用される１０８０  ＦＲ４プリプレグに対する十分な付着を確実にする必要はなかった。セラミックキャパシタへの一切の機械的損傷を引き起こすのを回避するために、内層と最終的積層の両方で１２５ｐｓｉの低積層圧力を使用した。キャパシタの高さは、おおよそ３５μｍであり、スクリーン印刷された電極の１０μｍと、セラミック誘電体の２０μｍとを含んでいた。各層のＦＲ４の２つの層は、完成板で〜１５０μｍであった。
【００６０】
板上の外部仕上げは、ＥＮＩＧ（無電解Ｎｉ／Ａｕ）であった。銅のすべてのエッチングをアルカリ性エッチング液で行った。マイクロビアおよびＰＴＨビアを使用して、埋込みキャパシタを基板の表面上の銅パッドに接続した。
【００６１】
合計３９個の完成ＰＷＢパネルを製作した。各パネルは、キャパシタを有する６つのクーポンを有し、２つのクーポンは本発明の図２Ａ〜２Ｌで論じたキャパシタ設計を用いた。各クーポンは、異なった領域を有する２０個のキャパシタを有した。
【００６２】
図２Ａ〜２Ｌで説明された２０個のキャパシタについてのデータが以下に示され、前記キャパシタ設計が完成ＰＷＢにおいて機能性キャパシタをもたらすことを示す。
【００６３】
【表５】
2009540610.tif 000007
【００６４】
本発明の上記の説明は本発明を例示し、説明する。さらに、この開示は、本発明の選択された好ましい実施形態だけを示し、説明しているが、本発明は様々な他の組合せ、修正形態、および環境で使用することができ、本明細書で表現される本発明の概念の範囲内、上記の教示と同等、ならびに／あるいは関連技術の技術または知識の範囲内の変更または修正が可能であることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１Ａ】箔上焼成キャパシタの通常の先行技術の設計において観察された亀裂を示す図である。
【図１Ｂ】箔上焼成キャパシタの通常の先行技術の設計において観察された亀裂を示す図である。
【図２Ａ】誘電体の大部分を覆うプリントされた電極を有する箔上焼成埋込型キャパシタを有するプリント配線板を製造する方法を示す一連の図である。覆われていない誘電体の一部または全てが、図２Ｌに示されるように１つの電極をめっきスルーホールビアに接続することができるキャパシタの上部および下部電極の間に必要とされる絶縁を提供する。
【図２Ｂ】誘電体の大部分を覆うプリントされた電極を有する箔上焼成埋込型キャパシタを有するプリント配線板を製造する方法を示す一連の図である。覆われていない誘電体の一部または全てが、図２Ｌに示されるように１つの電極をめっきスルーホールビアに接続することができるキャパシタの上部および下部電極の間に必要とされる絶縁を提供する。
【図２Ｃ】誘電体の大部分を覆うプリントされた電極を有する箔上焼成埋込型キャパシタを有するプリント配線板を製造する方法を示す一連の図である。覆われていない誘電体の一部または全てが、図２Ｌに示されるように１つの電極をめっきスルーホールビアに接続することができるキャパシタの上部および下部電極の間に必要とされる絶縁を提供する。
【図２Ｄ】誘電体の大部分を覆うプリントされた電極を有する箔上焼成埋込型キャパシタを有するプリント配線板を製造する方法を示す一連の図である。覆われていない誘電体の一部または全てが、図２Ｌに示されるように１つの電極をめっきスルーホールビアに接続することができるキャパシタの上部および下部電極の間に必要とされる絶縁を提供する。
【図２Ｅ】誘電体の大部分を覆うプリントされた電極を有する箔上焼成埋込型キャパシタを有するプリント配線板を製造する方法を示す一連の図である。覆われていない誘電体の一部または全てが、図２Ｌに示されるように１つの電極をめっきスルーホールビアに接続することができるキャパシタの上部および下部電極の間に必要とされる絶縁を提供する。
【図２Ｆ】誘電体の大部分を覆うプリントされた電極を有する箔上焼成埋込型キャパシタを有するプリント配線板を製造する方法を示す一連の図である。覆われていない誘電体の一部または全てが、図２Ｌに示されるように１つの電極をめっきスルーホールビアに接続することができるキャパシタの上部および下部電極の間に必要とされる絶縁を提供する。
【図２Ｇ】誘電体の大部分を覆うプリントされた電極を有する箔上焼成埋込型キャパシタを有するプリント配線板を製造する方法を示す一連の図である。覆われていない誘電体の一部または全てが、図２Ｌに示されるように１つの電極をめっきスルーホールビアに接続することができるキャパシタの上部および下部電極の間に必要とされる絶縁を提供する。
【図２Ｈ】誘電体の大部分を覆うプリントされた電極を有する箔上焼成埋込型キャパシタを有するプリント配線板を製造する方法を示す一連の図である。覆われていない誘電体の一部または全てが、図２Ｌに示されるように１つの電極をめっきスルーホールビアに接続することができるキャパシタの上部および下部電極の間に必要とされる絶縁を提供する。
【図２Ｉ】誘電体の大部分を覆うプリントされた電極を有する箔上焼成埋込型キャパシタを有するプリント配線板を製造する方法を示す一連の図である。覆われていない誘電体の一部または全てが、図２Ｌに示されるように１つの電極をめっきスルーホールビアに接続することができるキャパシタの上部および下部電極の間に必要とされる絶縁を提供する。
【図２Ｊ】誘電体の大部分を覆うプリントされた電極を有する箔上焼成埋込型キャパシタを有するプリント配線板を製造する方法を示す一連の図である。覆われていない誘電体の一部または全てが、図２Ｌに示されるように１つの電極をめっきスルーホールビアに接続することができるキャパシタの上部および下部電極の間に必要とされる絶縁を提供する。
【図２Ｋ】誘電体の大部分を覆うプリントされた電極を有する箔上焼成埋込型キャパシタを有するプリント配線板を製造する方法を示す一連の図である。覆われていない誘電体の一部または全てが、図２Ｌに示されるように１つの電極をめっきスルーホールビアに接続することができるキャパシタの上部および下部電極の間に必要とされる絶縁を提供する。
【図３Ａ】誘電体の外面の周りの絶縁分離層と、前記分離層の大部分を覆うプリントされた電極とを有する箔上焼成埋込型キャパシタを有するプリント配線板を製造する方法を説明する一連の図である。絶縁分離層は、誘電体と同じ材料であるか、またはその厚さの両端の一対の電極を電気的に単離する十分な絶縁抵抗を有する異なった材料であってもよい。
【図３Ｂ】誘電体の外面の周りの絶縁分離層と、前記分離層の大部分を覆うプリントされた電極とを有する箔上焼成埋込型キャパシタを有するプリント配線板を製造する方法を説明する一連の図である。絶縁分離層は、誘電体と同じ材料であるか、またはその厚さの両端の一対の電極を電気的に単離する十分な絶縁抵抗を有する異なった材料であってもよい。
【図３Ｃ】誘電体の外面の周りの絶縁分離層と、前記分離層の大部分を覆うプリントされた電極とを有する箔上焼成埋込型キャパシタを有するプリント配線板を製造する方法を説明する一連の図である。絶縁分離層は、誘電体と同じ材料であるか、またはその厚さの両端の一対の電極を電気的に単離する十分な絶縁抵抗を有する異なった材料であってもよい。
【図３Ｄ】誘電体の外面の周りの絶縁分離層と、前記分離層の大部分を覆うプリントされた電極とを有する箔上焼成埋込型キャパシタを有するプリント配線板を製造する方法を説明する一連の図である。絶縁分離層は、誘電体と同じ材料であるか、またはその厚さの両端の一対の電極を電気的に単離する十分な絶縁抵抗を有する異なった材料であってもよい。
【図３Ｅ】誘電体の外面の周りの絶縁分離層と、前記分離層の大部分を覆うプリントされた電極とを有する箔上焼成埋込型キャパシタを有するプリント配線板を製造する方法を説明する一連の図である。絶縁分離層は、誘電体と同じ材料であるか、またはその厚さの両端の一対の電極を電気的に単離する十分な絶縁抵抗を有する異なった材料であってもよい。
【図３Ｆ】誘電体の外面の周りの絶縁分離層と、前記分離層の大部分を覆うプリントされた電極とを有する箔上焼成埋込型キャパシタを有するプリント配線板を製造する方法を説明する一連の図である。絶縁分離層は、誘電体と同じ材料であるか、またはその厚さの両端の一対の電極を電気的に単離する十分な絶縁抵抗を有する異なった材料であってもよい。
【図３Ｇ】誘電体の外面の周りの絶縁分離層と、前記分離層の大部分を覆うプリントされた電極とを有する箔上焼成埋込型キャパシタを有するプリント配線板を製造する方法を説明する一連の図である。絶縁分離層は、誘電体と同じ材料であるか、またはその厚さの両端の一対の電極を電気的に単離する十分な絶縁抵抗を有する異なった材料であってもよい。
【図３Ｈ】誘電体の外面の周りの絶縁分離層と、前記分離層の大部分を覆うプリントされた電極とを有する箔上焼成埋込型キャパシタを有するプリント配線板を製造する方法を説明する一連の図である。絶縁分離層は、誘電体と同じ材料であるか、またはその厚さの両端の一対の電極を電気的に単離する十分な絶縁抵抗を有する異なった材料であってもよい。
【図３Ｉ】誘電体の外面の周りの絶縁分離層と、前記分離層の大部分を覆うプリントされた電極とを有する箔上焼成埋込型キャパシタを有するプリント配線板を製造する方法を説明する一連の図である。絶縁分離層は、誘電体と同じ材料であるか、またはその厚さの両端の一対の電極を電気的に単離する十分な絶縁抵抗を有する異なった材料であってもよい。
【図３Ｊ】誘電体の外面の周りの絶縁分離層と、前記分離層の大部分を覆うプリントされた電極とを有する箔上焼成埋込型キャパシタを有するプリント配線板を製造する方法を説明する一連の図である。絶縁分離層は、誘電体と同じ材料であるか、またはその厚さの両端の一対の電極を電気的に単離する十分な絶縁抵抗を有する異なった材料であってもよい。
【図３Ｋ】誘電体の外面の周りの絶縁分離層と、前記分離層の大部分を覆うプリントされた電極とを有する箔上焼成埋込型キャパシタを有するプリント配線板を製造する方法を説明する一連の図である。絶縁分離層は、誘電体と同じ材料であるか、またはその厚さの両端の一対の電極を電気的に単離する十分な絶縁抵抗を有する異なった材料であってもよい。
【図３Ｌ】誘電体の外面の周りの絶縁分離層と、前記分離層の大部分を覆うプリントされた電極とを有する箔上焼成埋込型キャパシタを有するプリント配線板を製造する方法を説明する一連の図である。絶縁分離層は、誘電体と同じ材料であるか、またはその厚さの両端の一対の電極を電気的に単離する十分な絶縁抵抗を有する異なった材料であってもよい。
【図３Ｍ】誘電体の外面の周りの絶縁分離層と、前記分離層の大部分を覆うプリントされた電極とを有する箔上焼成埋込型キャパシタを有するプリント配線板を製造する方法を説明する一連の図である。絶縁分離層は、誘電体と同じ材料であるか、またはその厚さの両端の一対の電極を電気的に単離する十分な絶縁抵抗を有する異なった材料であってもよい。
【図３Ｎ】誘電体の外面の周りの絶縁分離層と、前記分離層の大部分を覆うプリントされた電極とを有する箔上焼成埋込型キャパシタを有するプリント配線板を製造する方法を説明する一連の図である。絶縁分離層は、誘電体と同じ材料であるか、またはその厚さの両端の一対の電極を電気的に単離する十分な絶縁抵抗を有する異なった材料であってもよい。
【図３Ｏ】誘電体の外面の周りの絶縁分離層と、前記分離層の大部分を覆うプリントされた電極とを有する箔上焼成埋込型キャパシタを有するプリント配線板を製造する方法を説明する一連の図である。絶縁分離層は、誘電体と同じ材料であるか、またはその厚さの両端の一対の電極を電気的に単離する十分な絶縁抵抗を有する異なった材料であってもよい。
【図３Ｐ】誘電体の外面の周りの絶縁分離層と、前記分離層の大部分を覆うプリントされた電極とを有する箔上焼成埋込型キャパシタを有するプリント配線板を製造する方法を説明する一連の図である。絶縁分離層は、誘電体と同じ材料であるか、またはその厚さの両端の一対の電極を電気的に単離する十分な絶縁抵抗を有する異なった材料であってもよい。
【図４Ａ】図３の厚膜キャパシタの配置のための別の設計を示す。
【図４Ｂ】図３の厚膜キャパシタの配置のための別の設計を示す。
【図４Ｃ】図３の厚膜キャパシタの配置のための別の設計を示す。
【図４Ｄ】図３の厚膜キャパシタの配置のための別の設計を示す。
【図４Ｅ】図３の厚膜キャパシタの配置のための別の設計を示す。
【図４Ｆ】図３の厚膜キャパシタの配置のための別の設計を示す。
【図４Ｇ】図３の厚膜キャパシタの配置のための別の設計を示す。
【図４Ｈ】図３の厚膜キャパシタの配置のための別の設計を示す。
【図４Ｉ】図３の厚膜キャパシタの配置のための別の設計を示す。
【図４Ｊ】図３の厚膜キャパシタの配置のための別の設計を示す。
【図４Ｋ】図３の厚膜キャパシタの配置のための別の設計を示す。
【図４Ｌ】図３の厚膜キャパシタの配置のための別の設計を示す。
【図４Ｍ】図３の厚膜キャパシタの配置のための別の設計を示す。
【図４Ｎ】図３の厚膜キャパシタの配置のための別の設計を示す。
【図１Ａ】
2009540610.tif 000008
【図１Ｂ】
2009540610.tif 000009
【図２Ａ】
2009540610.tif 000010
【図２Ｂ】
2009540610.tif 000011
【図２Ｃ】
2009540610.tif 000012
【図２Ｄ】
2009540610.tif 000013
【図２Ｅ】
2009540610.tif 000014
【図２Ｆ】
2009540610.tif 000015
【図２Ｇ】
2009540610.tif 000016
【図２Ｈ】
2009540610.tif 000017
【図２Ｉ】
2009540610.tif 000018
【図２Ｊ】
2009540610.tif 000019
【図２Ｋ】
2009540610.tif 000020
【図３Ａ】
2009540610.tif 000021
【図３Ｂ】
2009540610.tif 000022
【図３Ｃ】
2009540610.tif 000023
【図３Ｄ】
2009540610.tif 000024
【図３Ｅ】
2009540610.tif 000025
【図３Ｆ】
2009540610.tif 000026
【図３Ｇ】
2009540610.tif 000027
【図３Ｈ】
2009540610.tif 000028
【図３Ｉ】
2009540610.tif 000029
【図３Ｊ】
2009540610.tif 000030
【図３Ｋ】
2009540610.tif 000031
【図３Ｌ】
2009540610.tif 000032
【図３Ｍ】
2009540610.tif 000033
【図３Ｎ】
2009540610.tif 000034
【図３Ｏ】
2009540610.tif 000035
【図３Ｐ】
2009540610.tif 000036
【図４Ａ】
2009540610.tif 000037
【図４Ｂ】
2009540610.tif 000038
【図４Ｃ】
2009540610.tif 000039
【図４Ｄ】
2009540610.tif 000040
【図４Ｅ】
2009540610.tif 000041
【図４Ｆ】
2009540610.tif 000042
【図４Ｇ】
2009540610.tif 000043
【図４Ｈ】
2009540610.tif 000044
【図４Ｉ】
2009540610.tif 000045
【図４Ｊ】
2009540610.tif 000046
【図４Ｋ】
2009540610.tif 000047
【図４Ｌ】
2009540610.tif 000048
【図４Ｍ】
2009540610.tif 000049
【図４Ｎ】
2009540610.tif 000050
【国際調査報告】
2009540610.tif 000051
2009540610.tif 000052