(57)【要約】【課題】電子部品の高密度化が可能で、かつ温度変化の少ない静電容量の安定したコンデンサ機能を有する配線板およびその製造方法を提供すること。【解決手段】金属製のコア基板１５と、この基板１５の少なくとも一方の面に形成された強誘電体層１６およびこの強誘電体層１６の外面側に形成された導体層１７から構成され、コンデンサ機能が付与されてなる配線板１００およびその製造方法を提案する。【選択図】  図１
2004214583.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基板と、この基板の少なくとも一方の面に形成された強誘電体層およびこの強誘電体層の外面側に形成された導体層から構成されていることを特徴とする配線板。
【請求項２】
前記強誘電体層が形成されている部分を除く前記金属基板の表面に、陽極酸化皮膜を設けてなることを特徴とする請求項１に記載の配線板。
【請求項３】
絶縁層と導体層を有する配線板の製造方法において、金属基板の少なくとも一方の面に、強誘電体ペーストを塗布し、加熱硬化させて強誘電体層を形成する工程と、前記強誘電体層形成後、その金属基板および強誘電体層を貫通する穴を形成する穴あけ工程と、前記貫通穴形成後の金属基板に、有機酸による陽極酸化処理を施して絶縁皮膜を形成する絶縁皮膜形成工程と、その絶縁皮膜形成後の金属基板にめっき処理を施して導体層を形成する工程と、前記導体層にパターニングを行うパターニング工程を有することを特徴とする配線板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンデンサを内蔵する配線板およびその製造方法に係り、特に放熱性に優れ、ＩＣチップ実装時に、静電容量の温度依存変動が小さい配線板およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、配線板では図５に示すように、電子回路を構成するコンデンサ等のチップ部品３や、ＩＣチップ等の電子部品４を配線基板１の一方の表面上に実装し、アルミニウム等の放熱板２を配線基板１の他方の表面の全体もしくは一部に有することで配線板全体の放熱を図っている。（例えば特許文献１参照。）
また、アルミニウム基材上に陽極酸化皮膜を形成して配線板に高熱伝導性を付与するものも提案されている。（例えば特許文献２）
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−１０２５６５号公報
【特許文献２】
特開平９−２６６３７４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の前記配線板には次のような問題があった。すなわち、コンデンサ等の一般的なチップ部品３を配線基板１の表面に載置すると、厚さ方向に突出した状態となるためコンパクトな回路の実現に対する障害となってしまう。また、コンデンサ等のチップ部品３を載置するため、配線板表面の高密度な実装が困難である。
【０００５】
また、従来の配線板において、前記放熱板２の直下（図５中では直上）には厚さが０．３〜２．０ｍｍの樹脂層、すなわち配線基板１が配設されている。そのため、電子部品４等の熱の発生源と放熱板２との間には一定の間隔がある上、配線基板１の樹脂層を形成する樹脂自体の熱伝導率は０．３８Ｗ／ｍ℃と極めて低い。そのため、放熱板２まで熱が円滑に行き届かない。
従って、放熱板２自体は熱伝導率が２０３．５Ｗ／ｍ℃と比較的に高い物質そのものであっても、そのことを充分に生かしきれず配線板全体としての放熱効果は低い。
このため、基板が温度上昇して誘電率が低下した場合、静電容量を安定させることができないという問題があった。
【０００６】
本発明は、従来技術が抱えていた上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、大容量のキャパシタを有し、配線板表面の高密度部品実装が可能で、かつ放熱性に優れ、静電容量の安定した配線板およびその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上掲の目的を実現するために鋭意研究した結果、以下の内容を要旨構成とする発明を開発した。
すなわち、本発明の配線板は、
（１）金属基板と、その金属基板の少なくとも一方の面に形成された強誘電体層およびこの強誘電体層の外面側に形成された導体層から構成された配線板であり、この配線板自体にコンデンサ機能が付与されていることを特徴とする。
【０００８】
上記（１）の配線板において、強誘電体層が形成されている部分を除く金属基板の表面に、陽極酸化皮膜を設けることが望ましい。
また、前記強誘電体層は、金属基板上に強誘電体ペーストを塗布し加熱処理することにより形成されることが好ましい。
【０００９】
本発明の上記配線板は、金属基板をコアとし、その基板上に強誘電体層を有するとともに、この強誘電体層の表面にはさらに導体層を形成してなるものである。
【００１０】
したがって、この配線板は、金属基板、強誘電体層、導体層にてキャパシタ（コンデンサ）を構成している。このような配線板において、キャパシタを形造る強誘電体層は、金属基板上に加熱処理により形成されるため、強誘電体の集積度を高く、かつ静電容量を大きくすることができる。しかも、このキャパシタは配線板の一部をなして形成されているため、改めてキャパシタ機能を持ったチップ部品を載置する必要がない。
従って、本発明の配線板によれば、配線板の表面に載置するチップ部品の点数を少なくすることができるので、基板のサイズを小さくすることができる。
【００１１】
本発明の配線板は、コアとして金属基板を用い、その金属板の厚みを０．５〜２．０ｍｍの範囲で十分に厚くすることが好ましい。
０．５ｍｍ未満では、基板から発生する熱を効率よく散熱させることができないためであり、２．０ｍｍを超えると金属板の加工性が悪くなるとともに、配線板全体の厚みが厚くなりコンパクト化が図れないからである。
【００１２】
一般に、従来のこの種のデバイスでは、温度が上昇すると、誘電体の誘電率が低下するので、コンデンサの静電容量が変動し、またコンデンサとして機能する導体の抵抗値が上昇してしまうことから、静電容量を大きくすることができなかった。
【００１３】
そこで、本発明では、コンデンサを構成する金属板を十分に厚くして放熱性を改善することで、温度の上昇を抑制することとした。その結果、温度上昇による静電容量低下を抑制できるようになった。
【００１４】
また、本発明の配線板において、コアとなる前記金属板の少なくとも一方の表面に形成される強誘電体層は、チタン酸バリウム等の強誘電体の粉末を分散させてペースト状にしたもの（以下、「強誘電体ペースト」とする）を金属基板の面に塗布し、その後、その塗布された強誘電体ペーストを５００〜７００℃で焼結処理してなる絶縁層から形成されることが望ましい。
【００１５】
前記強誘電体層の厚さは、５〜５０μｍ程度とすることが好ましい。
その理由は、５μｍ未満では十分な電気的絶縁ができないからであり、５０μｍを超えると静電容量が低下するからである。
【００１６】
前記金属板の表面のうち、強誘電体層に覆われている部分以外の表面は、有機酸による陽極酸化皮膜で被覆されることが好ましい。
前記有機酸による陽極酸化皮膜は、高い絶縁破壊電圧を有しているため、かかる陽極酸化皮膜のみで絶縁層を構成することができ、樹脂絶縁層による助けを必要とせず、そのために金属板に熱が伝わりやすくなるからである。
【００１７】
前記陽極酸化皮膜の厚みは、１０〜１００μｍの範囲であることが好ましい。その理由は、１０μｍ未満では、十分な電気的絶縁ができないためであり、１００μｍを超えると効果的な熱伝導性を得ることができないからである。
【００１８】
前記金属基板の上に絶縁層として樹脂層を形成した基板（以下「メタルコア基板」という）では、熱伝導性が悪く、せっかく金属板を用いても、結局、樹脂基板を用いた場合と同様に、温度上昇してしまうが、本発明によれば、金属板表面の薄い陽極酸化皮膜で絶縁を確保しているため、熱伝導性に優れており、配線板内部のコンデンサ層の温度上昇を効果的に防止できる。
【００１９】
また、本発明にかかる配線板の製造方法は、
（２）絶縁層と導体層を有する配線板の製造方法において、金属基板の少なくとも一方の面に、強誘電体ペーストを塗布し、加熱硬化させて強誘電体層を形成する工程と、前記強誘電体層形成後、その金属基板および強誘電体層を貫通する穴を形成する穴あけ工程と、前記貫通穴形成後の金属基板に、有機酸による陽極酸化処理を施して絶縁皮膜を形成する絶縁皮膜形成工程と、その絶縁皮膜形成後の金属板にめっき処理を施して導体層を形成する工程と、前記導体層にパターニングを行うパターニング工程を有することを特徴とする。
【００２０】
上記（２）に記載の製造方法においては、まず、金属板上に強誘電体ペーストを塗布し、加熱処理によって強誘電体ペーストを硬化させることにより金属板上に強誘電体層を形成する。次に、金属板および強誘電体層を貫通する穴を形成した後、金属板の表面のうち強誘電体層に覆われている部分以外の面に有機酸による陽極酸化皮膜を形成する。これによって、絶縁破壊電圧が高い絶縁皮膜が形成される。次いで、めっき処理にてめっき皮膜を形成し、その後、パターニングめっき処理を施して、ランドを形成することにより、キャパシタとして作用する配線板が製造される。
【００２１】
このようにして製造された配線板は、所定の厚み（０．５〜２．０ｍｍ）を有する金属基板をコアとしているため、配線板全体として放熱効果が高く、また陽極酸化皮膜は、絶縁破壊電圧が高く当該陽極酸化皮膜のみで絶縁層を構成することができるため、樹脂による絶縁層を形成する必要がなく、金属板に熱が伝わりやすく放熱性に優れている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２３】
ここに例示する配線板１００は、図１に示す断面構造に明らかなとおり、コアとなる金属基板１５と、導体層１３、１７と、絶縁層１４、１６とを有する配線板である。そして、金属基板１５のいずれか一方の面（図１では上面）には絶縁層１４が形成され、さらにこの絶縁層１４の上面には導体層１３が積層形成されている。また、金属基板１５の他方の面（図１では下面）には絶縁層１６が形成され、さらに絶縁層１６の上面には導体層１７が積層形成されている。また、配線板１００には貫通ビア３０が形成されている。
【００２４】
前記コアをなす金属基板１５は、アルミニウムやその合金等の熱伝導性に優れた金属（合金を含めて）をその厚さが０．５〜２．０ｍｍ程度となるように形成され、前記絶縁層１６は、チタン酸バリウムなどの高誘電率の誘電体により形成される（厚さ：５〜５０μｍ）。そして、金属基板１５を覆う絶縁層１４は、陽極酸化処理によって形成された薄膜（厚さ：１０〜１００μｍ程度）の層である。この絶縁層１４は、金属基板１５の表面のうち絶縁層１６に覆われている部分以外の面を覆っており、貫通穴３０の内壁面にも形成されている。
【００２５】
また、前記導体層１３には、ランド５０が形成されており、このランド５０は、その直下に設けられたビア４０を通じて金属基板１５と導通している。また、このランド５０は、導体層１３の他の部分から分離しており、ランド５０および金属基板１５とは導通がない。
【００２６】
また、導体層１３のうちランド５０以外の部分は、貫通ビア３０を通じて導体層１７と導通している。従って、金属基板１５は、導体層１３（ランド５０を除く）および導体層１７と絶縁された状態となっている。従って、導体層１３，１７と金属基板１５とは、絶縁層１４、１６を挟んでキャパシタを構成するのである。これにより、配線板１００はまた全体としてキャパシタを構成している。
【００２７】
次に、本発明にかかる配線板１００の製造方法を、図２に基いて説明する。
▲１▼  配線板１００は、図２に示すようにコアとしての金属基板１５を出発材料として製造される。この金属基板１５は、アルミニウムまたはその合金等の熱伝導性に優れた金属から形成され、その板厚は、０．５〜２．０ｍｍ程度であることが好ましい。このため、製造時のハンドリングに充分な剛性を有する。
【００２８】
▲２▼  次に、図２（Ｂ）に示すように、金属基板１５の片面にチタン酸バリウム等の強誘電体からなる絶縁層１６を形成する。
この形成方法としては、強誘電体ペーストを金属基板１５の面に塗布し、その後、その塗布された強誘電体ペーストを５００〜７００℃で焼結処理する。この焼結処理では、誘電体ペーストを加熱することで樹脂が硬化し、強誘電体が金属基板１５に定着する。そして、樹脂の硬化とともに強誘電体の集積度が高くなる。これにより、高誘電率の絶縁層（以下「焼結層」とする）１６が形成される。
本発明においては、コアとなる基板が金属板１５であるため、強誘電体ペーストの焼結処理時の加熱処理に耐えることができる。
【００２９】
▲３▼  次に、図２（Ｃ）に示すように、金属基板１５および焼結層１６を貫通する貫通穴３０を形成する。
前記貫通穴３０は、穴径が１００〜１０００μｍとすることが好ましい。
その理由は、穴径が１００μｍ未満の貫通穴はドリル加工が困難であり、穴径が１０００μｍを超える配線板全体としてコンパクト化が図れないからである。
【００３０】
▲４▼  次に、図２（Ｄ）に示すように、金属基板１５上に絶縁皮膜１４を形成する。この絶縁皮膜１４は、アルミニウムからなる金属基板１５に対して絶縁皮膜処理を施すことで形成される。ここでいう絶縁皮膜処理とは、有機酸を主成分とする電解液にて陽極酸化処理を行うことをいう。
前記有機酸としては、例えば蓚酸浴またはスルファミン酸浴が適用可能であり、その厚さは、１０〜１００μｍの範囲の薄膜であることが好ましい。
【００３１】
前記絶縁皮膜１４は、例えば、膜厚が３０μｍである場合には、１０００Ｖ以上という高い絶縁破壊電圧を有している。すなわち、この陽極酸化処理を行うことにより、高い絶縁破壊電圧を有する絶縁皮膜１４が形成される。
【００３２】
絶縁皮膜処理の具体的な方法は、例えば、特開平９−２６６３７４号公報に記載されているように、アルミニウム基材の表層部を、蓚酸浴又はスルファミン酸浴の何れかで陽極酸化処理を施すことにより、基材表面に開口孔端を有する多孔質層と該多孔質層下に位置し、前記孔が存在しないバリアー層とからなる酸化アルミニウムの絶縁皮膜を生成した。
【００３３】
▲５▼  次いで、絶縁皮膜１４を貫通して金属基板１５の表面に達する穴４０（有底穴）を形成する。その形成方法としては、絶縁皮膜１４の形成前に金属基板１５の表面上に、あらかじめレジストを形成し、そして、絶縁皮膜１４の形成後に当該レジストを除去する。これにより、金属基板１５の表面を底とする有底穴４０が形成される。
【００３４】
▲６▼  ▲５▼の工程で得られた基板全体に、図２（Ｅ）に示すように、金属めっき処理を施して、表裏面上にめっき層１３、１７を形成する。ここでいう金属めっき処理としては、まず、無電解めっきにて所謂、薄付け導体層を形成し、引き続き、電解めっきにて厚付け導体層を形成する。
【００３５】
前記無電解めっきにて形成される導体層は、無電解銅めっき等から形成されるのが好ましく、その厚さは、０．２〜１．０μｍが好ましい。
また、前記電解めっきにて形成される導体層は、電解銅めっき等から形成されるのが好ましく、その厚さは、５．０〜３５μｍが好ましい。
従って、金属めっき処理の際に形成されるめっき層は、無電解めっきによる導体層と電解めっきによる導体層の２層により構成されている。
【００３６】
また、金属めっき処理の際には、貫通穴３０の壁面にもめっき形成される。したがって、めっき層１３とめっき層１７とは、貫通穴３０のめっき層により導通している。
【００３７】
さらに、金属めっき処理の際には、有底穴４０は銅等のめっきで充填される。したがって、めっき層１３と金属基板１５とは有底穴４０に充填された銅めっき等により導通している。
【００３８】
▲７▼  次に、図２（Ｆ）に示すように、必要に応じてめっき層１３、１７のパターニングを行う。このパターニングによって銅めっき等で充填された有底穴４０上にランド５０を形成する。そして、金属基板１５とめっき層１３（ランド５０を除く）、１７との導通が断たれる。
上記▲１▼〜▲７▼の工程によって、金属基板１５とめっき層１３およびめっき層１７との間にキャパシタが形成された配線板１００を得る。
【００３９】
また、本発明の他の実施形態では、前記めっき層１３上にさらに樹脂等による絶縁層１２を形成し、さらにその上に導体層１１を形成してもよい。
このような配線板２００には、図３に示すような２種類のビアＸ、Ｙを形成することが好ましい。ビアＸは、導体層１１と導体層１３との間に形成され、導体層１１とめっき層１７とを導通させるものである。
【００４０】
一方、ビアＹは導体層１１とランド５０との間に形成され、導体層１１と金属基板１５とを導通させるものである。また、配線板２００では、片面に絶縁層および導体層を積層したが、図４に示す配線板３００のように両面に積層した構成としてもよい。
【００４１】
また、本発明のさらに他の実施形態では、金属基板１５の両面に焼結層を形成してもよい。この場合には、金属基板１５の両面に強誘電体からなる絶縁層が形成される。従って、配線板１００は、さらに大容量のキャパシタとして作用する。
【００４２】
以上説明したように、本発明の配線板１００は、全体がキャパシタとして構成されており、しかもこのような構成のキャパシタの静電容量は大きく、しかもそのキャパシタが配線板と一体になっているため、表面上にチップ部品を載置する必要がなく、コンパクトな回路設計を行うことができるようになる。
【００４３】
本発明の配線板においては、コアとしての金属基板１５にはアルミニウム等の熱伝導性の高い金属を使用し、０．５〜２．０ｍｍ程度と十分な厚みを付与したので、コア基板１５全体が放熱効果に優れ、従って、配線板１００全体としての放熱効果を高くできる。
【００４４】
【実施例】
（実施例１）
上記▲１▼〜▲７▼の工程にしたがって、以下の条件で配線板を製造した。
厚さが０．５ｍｍのアルミニウム基板をコアとして、その金属基板１５の片面に、チタン酸バリウムを主成分とする強誘電体ペーストを塗布し、
７００℃、３時間の条件下で加熱硬化させて、厚さ２０μｍの強誘電体層１６を形成し、次いで、金属基板１５および強誘電体層１６を貫通する直径５００μｍの貫通穴を形成した後、蓚酸浴によって陽極酸化処理を行なって、厚さ３０μｍの絶縁皮膜１４を形成し、さらに絶縁皮膜形成後の基板に無電解銅めっき、続いて電解めっき処理を行なって、厚さ２５μｍの導体層１３、１７を形成し、その後、導体層１３にパターニングを行って配線板１００を製造した。
【００４５】
表１には、▲１▼金属板を設けない従来の配線板（従来例）、▲２▼金属板を設けたメタルコア基板（参考例）および▲３▼上記実施例１により製造した本発明の配線板という３種類の配線板に、それぞれＩＣチップを実装し、電流２０Ａで通電した場合の温度上昇を示す。
【００４６】
【表１】
2004214583.tif 000003
【００４７】
表１から分るように、２０Ａで２時間の通電後における各配線板の温度上昇は、従来例の配線板は５５℃、参考例としてのメタルコア基板は３２℃であったのに対して、本発明による配線板は１２℃であり、極めて温度上昇が小さい。
【００４８】
本発明の配線板によれば、コア基板１５は、その表面を有機酸が陽極酸化処理された絶縁皮膜１４により覆われ、この絶縁皮膜１４は、膜厚が１０〜１００μｍと非常に薄膜であるため、熱の発生源である電子部品等からコア基板１５までの距離が短く、絶縁皮膜１４は、高い絶縁破壊電圧を有しているため、絶縁皮膜１４のみで絶縁層として利用することができる。すなわち、樹脂による絶縁層を形成する必要はない。
【００４９】
従って、コア基板１５に熱が伝わりやすく、このことにより、大容量のキャパシタを構成することができ、コンパクトな回路設計と放熱性に優れた配線板および配線板の製造方法が実現されている。
【００５０】
一般にチタン酸バリウムを焼結して得られた誘電体は、温度依存性が高い特徴を持つ。本発明にかかる製造方法で、チタン酸バリウムを誘電体として焼結形成した場合の静電容量の温度特性を以下の表２に示す。
【００５１】
【表２】
2004214583.tif 000004
【００５２】
本発明にかかる配線板では、前述したとおり、放熱板を持たない配線板（従来例）および放熱板を持つメタルコア基板（参考例）と比較して、ＩＣチップ実装時の配線板の温度上昇が小さいことが分る。
従って、誘電体の静電容量の温度依存を抑制し、安定した静電容量を確保することができる。
【００５３】
このように、コア基板１５の表面に絶縁層である絶縁皮膜１４が形成されているので、コア基板１５の直上に樹脂層を形成する必要がない。また、コア基板１５の側面にも薄膜の絶縁皮膜が形成される。すなわち、コア基板１５の側面に樹脂膜を形成する必要がない。従って、配線板に発生する熱を金属板であるコア基板１５に効率良く放熱することが可能であり、結果として配線板の温度上昇を小さくすることができる。
【００５４】
さらに本発明の配線板１００は、コアとして金属板１５を用いているため、樹脂をコア基板とした場合と比較して、配線板の反りや、ねじれが小さく、熱処理にも耐えることができる。このため、強誘電体層を形成するための焼結処理時に、基板が変形する等の不具合は少ない。
【００５５】
さらに、誘電体ペーストを焼結処理することによって強誘電体をコア基板１５に定着させているため、樹脂の硬化とともに強誘電体の集積度が高くなり、その結果、配線板１００は大容量のキャパシタを有することができる。
【００５６】
ちなみに、樹脂中にチタン酸バリウムを分散させたコンデンサフィルムの比誘電率（ε）は４０であるのに対して、本発明に係る焼結処理によるコンデンサ層の比誘電率（ε）は３０００であり、極めて大きな比誘電率を得ることができる。
【００５７】
なお、本実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。したがって、本発明は、当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能である。
【００５８】
例えば、本実施形態のコア基板１５は、アルミニウムまたはその合金に限るものではない。例えば、銅が適用可能である。
また、強誘電物質の絶縁層１６を構成する誘電体は、チタン酸バリウムの他に酸化チタン等も適用可能である。
さらに、絶縁皮膜処理に使用される有機酸は、蓚酸またはスルファミン酸の他にリン酸等も適用可能である。
【００５９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、大容量のキャパシタを有し、コンパクトな回路設計と、温度変化の少ない静電容量の安定したキャパシタを有する配線板および配線板の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線板の一実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明の配線板の製造工程を示す断面図である。
【図３】本発明の配線板を用いた片面積層配線板を示す断面図である。
【図４】本発明の配線板を用いた両面積層配線板を示す断面図である。
【図５】従来の配線板を示す断面図である。
【符号の説明】
１１  導体層
１２  絶縁層
１３  導体層（めっき層）
１４  絶縁層（陽極酸化皮膜）
１５  金属基板（コア）
１６  強誘電体層（焼結層）
１７  導体層（めっき層）
３０  貫通穴（貫通ビア）
４０  有底穴（ビア）
５０  ランド
【図１】
2004214583.tif 000005
【図２】
2004214583.tif 000006
【図３】
2004214583.tif 000007
【図４】
2004214583.tif 000008
【図５】
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