JP2007173651A - Multilayer ceramic capacitor, multilayer wiring board with built-in capacitor, and multilayer electronic device - Google Patents
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Abstract
【課題】小型で容量が大きく、かつ、高周波信号の伝播遅延や高周波信号の減衰を抑制したコンデンサ内蔵中継基板となる積層セラミックコンデンサまたはコンデンサ内蔵多層配線基板を得ることにあり、さらにまた、より一層小型化や高密度化が可能な積層電子装置を得る。
【解決手段】積層セラミックコンデンサ(コンデンサ内蔵多層配線基板)10において、コンデンサ部11b,11c,12a,12b,12cに形成された信号配線14を、11b,11c誘電体層より小さい誘電率を有する絶縁部17により覆った。
【選択図】図1
An object of the present invention is to obtain a multilayer ceramic capacitor or a multilayer wiring board with a built-in capacitor, which is a relay board with a built-in capacitor, which is small in size and has a large capacity and suppresses propagation delay of high-frequency signals and attenuation of high-frequency signals. A multilayer electronic device that can be miniaturized and densified is obtained.
In a multilayer ceramic capacitor (multi-layer wiring board with built-in capacitor) 10, an insulating material having a dielectric constant smaller than that of a dielectric layer of a signal wiring 14 formed in capacitor portions 11b, 11c, 12a, 12b, and 12c. Covered by part 17.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、信号配線のノイズを低減した積層セラミックコンデンサおよびコンデンサ内蔵多層配線基板、ならびに、これらを用いた積層電子装置に関するものであり、特に、積層半導体装置の小型化、高密度化に寄与できる技術に関するものである。 The present invention relates to a multilayer ceramic capacitor and a multilayer wiring board with a built-in capacitor that reduce noise in signal wiring, and a multilayer electronic device using these, and can contribute particularly to miniaturization and high density of a multilayer semiconductor device. It is about technology.
近年、携帯電話やノート型パーソナルコンピューター等に代表される携帯機器は小型化軽量化、低背化、多機能化、高速化が強く求められており、これらの携帯機器に用いられる電子部品や電子装置は、さらなる高密度実装が求められている。その結果、半導体素子などの電子部品を搭載するパッケージは、チップ・サイズ・スケールまでの小型化が達成され、また、高密度実装化を達成するために1つのパッケージが複数の電子部品を搭載した電子装置も用いられるようになってきた。このような従来の複数の半導体素子などを搭載する電子装置は、実装(マザー)基板に平面状に実装されていたが、実装(マザー)基板上での電子装置の占有面積をさらに減少させ、高密度化、小型化を図るために、複数の電子装置を上下に積層した積層電子装置が開発されている。 In recent years, portable devices typified by mobile phones and notebook personal computers have been strongly demanded to be smaller, lighter, lower in profile, multifunctional, and faster. Electronic components and electronic devices used in these portable devices The device is required to be mounted with higher density. As a result, a package on which electronic components such as semiconductor elements are mounted can be downsized to a chip size and scale, and one package has a plurality of electronic components mounted in order to achieve high-density mounting. Electronic devices have also been used. Such an electronic device mounting a plurality of conventional semiconductor elements or the like was mounted on a mounting (mother) substrate in a planar shape, but further reduces the occupation area of the electronic device on the mounting (mother) substrate, In order to achieve higher density and smaller size, a stacked electronic device in which a plurality of electronic devices are stacked one above the other has been developed.
その一例として、半導体素子を搭載したBGA(Ball Grid Array)方式の半導体装置を3次元に積層したBGA積層半導体装置がある(たとえば特許文献1参照)。このような積層半導体装置によれば、MPU(Micro Processing Unit)部、メモリ部等の複数個の半導体装置を積層することで、小型でかつ高機能なモジュールを提供することができる。 As an example, there is a BGA stacked semiconductor device in which a BGA (Ball Grid Array) type semiconductor device on which a semiconductor element is mounted is three-dimensionally stacked (see, for example, Patent Document 1). According to such a stacked semiconductor device, a small and highly functional module can be provided by stacking a plurality of semiconductor devices such as an MPU (Micro Processing Unit) unit and a memory unit.
一方、MPUのような演算処理を伴う半導体素子は、多機能化、高速化に伴い発生するノイズ、例えばスイッチングノイズを除去するためにノイズ除去用のコンデンサ(バイパスコンデンサ)を必要とする。その一方で、バイパスコンデンサを半導体素子に作用させる形態としては、たとえば以下に説明する3種類の形態が提案されている。 On the other hand, a semiconductor element with arithmetic processing such as an MPU requires a noise removing capacitor (bypass capacitor) in order to remove noise, for example, switching noise, which is generated along with the increase in functionality and speed. On the other hand, as a form in which the bypass capacitor acts on the semiconductor element, for example, three kinds of forms described below have been proposed.
第1の形態は、バイパスコンデンサとしてのチップコンデンサを、積層半導体装置近傍の実装(マザー)基板に実装するものである。実装(マザー)基板は半導体装置に比べ実装面積に余裕があることが多く、チップコンデンサを搭載することが可能である。 In the first embodiment, a chip capacitor as a bypass capacitor is mounted on a mounting (mother) substrate in the vicinity of the laminated semiconductor device. A mounting (mother) substrate often has a larger mounting area than a semiconductor device, and can be mounted with a chip capacitor.
しかしながら、この場合はチップコンデンサと半導体素子との間の配線距離が長くなり、高速信号の伝播遅延の発生や、配線パターンの持つインダクタンス成分の増大により電源電圧の低下が顕著になるという問題があった。その結果、閾値電圧に到達する時間に変動が生じ、半導体素子の高速動作が困難になるという問題点があった。 However, in this case, the wiring distance between the chip capacitor and the semiconductor element becomes long, and there is a problem that a drop in the power supply voltage becomes remarkable due to the occurrence of a high-speed signal propagation delay and an increase in the inductance component of the wiring pattern. It was. As a result, there is a problem in that the time for reaching the threshold voltage varies and it becomes difficult to operate the semiconductor element at high speed.
第2の形態は、半導体装置にバイパスコンデンサを搭載するスペースを用意し、そこにチップコンデンサを搭載するものである。一般に、バイパスコンデンサと半導体素子をつなぐ配線距離は短い程バイパスコンデンサのノイズ除去能力が高くなる。そのため、第2の形態では、第1の形態に比べて配線距離を短くすることができるために、電気特性が第1の形態よりも優れたものとなる。 In the second embodiment, a space for mounting a bypass capacitor is prepared in a semiconductor device, and a chip capacitor is mounted there. Generally, the shorter the wiring distance connecting the bypass capacitor and the semiconductor element, the higher the noise removal capability of the bypass capacitor. Therefore, in the second embodiment, the wiring distance can be shortened as compared with the first embodiment, so that the electrical characteristics are superior to those of the first embodiment.
しかしながら、この第2の形態によれば、バイパスコンデンサを搭載するためのスペースを高密度に配線が形成されている半導体装置に確保するために、半導体装置が大型化したり、設計の自由度が低下したりするという問題があった。さらに、バイパスコンデンサを搭載した半導体装置を積層して積層半導体装置とするためには、半導体装置の半導体素子搭載面には半導体素子との接続パッドと、半導体装置間を接続するための接続パッドの双方が必要なため、半導体装置の高密度配線と両立した設計がより困難となる。 However, according to the second embodiment, in order to secure a space for mounting a bypass capacitor in a semiconductor device in which wiring is formed at a high density, the semiconductor device is increased in size and the degree of freedom in design is reduced. There was a problem of doing. Furthermore, in order to laminate a semiconductor device having a bypass capacitor to form a laminated semiconductor device, a connection pad for connecting a semiconductor element and a connection pad for connecting between the semiconductor devices are provided on the semiconductor element mounting surface of the semiconductor device. Since both are necessary, the design compatible with the high-density wiring of the semiconductor device becomes more difficult.
第3の形態は、積層半導体装置の中継基板にパイパスコンデンサとしての機能を付与するものである(たとえば特許文献2,3参照)。すなわち、中継基板として、積層コンデンサ、あるいは絶縁基体の内部にコンデンサ部が形成された、いわゆるコンデンサ内蔵多層配線基板といったコンデンサ内蔵中継基板を使用するものである。このような形態によれば、バイパスコンデンサを半導体素子の直下に形成することが可能となるために、バイパスコンデンサと半導体素子間の配線間距離が半導体装置にバイパスコンデンサを搭載した場合に比べ短くすることができる。また、半導体装置にバイパスコンデンサを搭載するスペースを確保する必要がないため、半導体装置を小型化しかつ設計自由度も高めることが出来る。 In the third embodiment, a function as a bypass capacitor is imparted to the relay substrate of the laminated semiconductor device (see, for example, Patent Documents 2 and 3). That is, a relay board with a built-in capacitor such as a multilayer capacitor or a so-called multilayer wiring board with a built-in capacitor in which a capacitor portion is formed inside an insulating base is used as the relay board. According to such a form, since the bypass capacitor can be formed immediately below the semiconductor element, the distance between the wiring between the bypass capacitor and the semiconductor element is made shorter than when the bypass capacitor is mounted on the semiconductor device. be able to. Further, since it is not necessary to secure a space for mounting the bypass capacitor in the semiconductor device, the semiconductor device can be downsized and the degree of design freedom can be increased.
しかしながら、上記のコンデンサ内蔵中継基板においては、この中継基板に積層された複数の半導体装置間の電気的接続を行なうための信号配線が、コンデンサを構成する誘電体材料の内部に形成されている。そのため、誘電体材料として、チタン酸バリウム等の高誘電率な材料を用いた場合には、隣接する信号配線間や、信号配線とコンデンサを構成する電極層との間などで浮遊容量が発生し、高周波信号にノイズが重畳しやすいという問題点があった。 However, in the above-described relay board with a built-in capacitor, signal wirings for electrical connection between a plurality of semiconductor devices stacked on the relay board are formed inside the dielectric material constituting the capacitor. For this reason, when a high dielectric constant material such as barium titanate is used as the dielectric material, stray capacitance is generated between adjacent signal wires or between the signal wires and the electrode layer constituting the capacitor. There is a problem that noise is easily superimposed on a high-frequency signal.
また、コンデンサ内蔵中継基板の信号配線を高周波信号が透過する際、信号配線が誘電体材料に囲まれていると、一般にある誘電率の材料で囲まれた導体における伝播速度は誘電率の平方根に反比例して低下し、またその高周波信号の誘電体材料による損失は誘電体材料の誘電正接(tanδ)に比例するので、高周波信号の伝播遅延や減衰などが発生するという問題点があった。 In addition, when high-frequency signals are transmitted through the signal wiring of the relay board with built-in capacitor, if the signal wiring is surrounded by a dielectric material, the propagation speed of a conductor surrounded by a dielectric material is generally the square root of the dielectric constant. Since the loss due to the dielectric material of the high-frequency signal is proportional to the dielectric loss tangent (tan δ) of the dielectric material, there is a problem that propagation delay or attenuation of the high-frequency signal occurs.
本発明は、上記の問題点を解決するために案出したものであり、その目的は、小型で容量が大きく、かつ、高周波信号の伝播遅延や高周波信号の減衰を抑制したコンデンサ内蔵中継基板となる積層セラミックコンデンサまたはコンデンサ内蔵多層配線基板を得ることにあり、さらにまた、より一層小型化や高密度化が可能な積層電子装置を得ることにある。 The present invention has been devised in order to solve the above-described problems, and its purpose is to provide a relay board with a built-in capacitor that is small in size and large in capacity, and that suppresses propagation delay of high-frequency signals and attenuation of high-frequency signals. It is to obtain a multilayer ceramic capacitor or a multilayer wiring board with a built-in capacitor, and to obtain a multilayer electronic device that can be further reduced in size and density.
本発明の第1の側面により提供される積層セラミックコンデンサは、複数の誘電体層と複数の電極層とが交互に積層された積層体と、前記積層体内に形成され、前記積層体に形成された信号配線と、前記信号配線を覆うように形成され、前記複数の誘電体層より小さい誘電率を有する絶縁部と、を備えていることを特徴とするものである。 The multilayer ceramic capacitor provided by the first aspect of the present invention includes a multilayer body in which a plurality of dielectric layers and a plurality of electrode layers are alternately stacked, and is formed in the multilayer body, and is formed in the multilayer body. And an insulating portion formed so as to cover the signal wiring and having a dielectric constant smaller than that of the plurality of dielectric layers.
本発明の第2の側面により提供されるコンデンサ内蔵多層配線基板は、絶縁基体と、複数の電極層と1以上の誘電体層とからなるコンデンサ部と、前記コンデンサ部に形成された信号配線と、前記信号配線を覆うように形成され、前記1以上の誘電体層より小さい誘電率を有する絶縁部とを備えていることを特徴とするものである。 The multilayer wiring board with a built-in capacitor provided by the second aspect of the present invention includes an insulating base, a capacitor portion composed of a plurality of electrode layers and one or more dielectric layers, and a signal wiring formed on the capacitor portion. And an insulating portion formed so as to cover the signal wiring and having a dielectric constant smaller than that of the one or more dielectric layers.
本発明の第3の側面においては、先の第1および第2の側面に係る積層セラミックコンデンサまたはコンデンサ内蔵多層配線基板に電子部品を搭載した積層電子装置が提供される。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a multilayer electronic device in which an electronic component is mounted on the multilayer ceramic capacitor or the multilayer wiring board with a built-in capacitor according to the first and second aspects.
絶縁部は、誘電率が10以下、誘電正接が5×10−3以下となるように形成するのが好ましい。このような絶縁部は、たとえばガラスセラミック焼結体として形成される。 The insulating part is preferably formed such that the dielectric constant is 10 or less and the dielectric loss tangent is 5 × 10 −3 or less. Such an insulating part is formed as a glass ceramic sintered body, for example.
信号配線は、たとえば積層体内において厚み方向に延びる貫通導体として形成される。この場合、絶縁部は、貫通導体としての信号配線の周囲を囲む筒状に形成される。 For example, the signal wiring is formed as a through conductor extending in the thickness direction in the multilayer body. In this case, the insulating portion is formed in a cylindrical shape surrounding the periphery of the signal wiring as the through conductor.
電極層および信号配線は、Ag、CuまたはAuを主成分として形成し、誘電体層は、誘電率が1500以上であるペロブスカイト化合物を主成分として形成するのが好ましい。誘電体層にはさらに、SiO2−BaO−TiO2−Al2O3結晶化ガラスを含ませるのが好ましい。この場合、ペロブスカイト化合物の割合が75乃至80体積%、SiO2−BaO−TiO2−Al2O3結晶化ガラスの割合が20乃至25体積%とするのが好ましい。 The electrode layer and the signal wiring are preferably formed with Ag, Cu or Au as a main component, and the dielectric layer is preferably formed with a perovskite compound having a dielectric constant of 1500 or more as a main component. The dielectric layer preferably further contains SiO 2 —BaO—TiO 2 —Al 2 O 3 crystallized glass. In this case, the ratio of the perovskite compound is preferably 75 to 80% by volume, and the ratio of the SiO 2 —BaO—TiO 2 —Al 2 O 3 crystallized glass is preferably 20 to 25% by volume.
本発明の積層セラミックコンデンサおよびコンデンサ内蔵多層配線基板では、積層体またはコンデンサ部に形成された信号配線が、誘電体層より小さい誘電率を有する絶縁部により覆われている。そのため、隣接する信号配線間、あるいは信号配線と積層体またはコンデンサ部の電極層との間に発生する浮遊容量を小さくすることが出来る。その結果、信号配線間、あるいは信号配線とコンデンサ部の電極層との間の電磁界的結合を抑制することができ、高周波信号にノイズが重畳されることを防ぐことが出来る。 In the multilayer ceramic capacitor and the multilayer wiring board with a built-in capacitor according to the present invention, the signal wiring formed in the multilayer body or the capacitor portion is covered with an insulating portion having a dielectric constant smaller than that of the dielectric layer. Therefore, stray capacitance generated between adjacent signal wirings or between the signal wirings and the electrode layer of the multilayer body or the capacitor portion can be reduced. As a result, electromagnetic coupling between the signal wirings or between the signal wirings and the electrode layer of the capacitor portion can be suppressed, and noise can be prevented from being superimposed on the high-frequency signal.
また、絶縁部は誘電率10以下、誘電正接が1×10−3以下とした場合、以下に説明するように高周波信号の伝播遅延や減衰をより効果的に抑制することができる。 Moreover, when the dielectric constant is 10 or less and the dielectric loss tangent is 1 × 10 −3 or less, the propagation delay and attenuation of the high-frequency signal can be more effectively suppressed as described below.
一般に誘電率Kの材料で囲まれた信号配線における高周波信号の伝播速度Vは、光速をCとしたとき、V=C/√Kで記述することができる。従って、信号配線を誘電率が10以下のガラスセラミック焼結体で覆うことにより伝播速度Vを速くし、伝播遅延を防止することができる。 In general, the propagation speed V of a high-frequency signal in a signal wiring surrounded by a material having a dielectric constant K can be described as V = C / √K, where C is the speed of light. Therefore, by covering the signal wiring with a glass ceramic sintered body having a dielectric constant of 10 or less, the propagation speed V can be increased and propagation delay can be prevented.
その一方で、高周波信号は信号配線を取り囲む材料による損失(誘電損失)を受ける。従って、信号配線を取り囲む絶縁部の誘電損失を5×10−3以下と非常に小さい値とすることで、高周波信号の誘電損失を小さいものとし、信号の減衰を抑制することができる。 On the other hand, the high-frequency signal suffers loss (dielectric loss) due to the material surrounding the signal wiring. Therefore, by setting the dielectric loss of the insulating portion surrounding the signal wiring to a very small value of 5 × 10 −3 or less, the dielectric loss of the high-frequency signal can be reduced and the signal attenuation can be suppressed.
また、本発明の積層セラミックコンデンサおよびコンデンサ内蔵多層配線基板は、電極層および信号配線をAg、Cu、Auのいずれかを主成分とし、誘電体層を75乃至80体積%の誘電率が1500以上のペロブスカイト化合物と20乃至25体積%のSiO2−BaO−TiO2−Al2O3結晶化ガラスとした場合には、導体抵抗が低く、また、誘電体層を誘電率1000以上と高くすることができるため、高周波特性の高い、大容量な積層セラミックコンデンサあるいはコンデンサ内蔵多層配線基板とすることができる。 In the multilayer ceramic capacitor and the multilayer wiring board with a built-in capacitor according to the present invention, the electrode layer and the signal wiring are mainly composed of any one of Ag, Cu and Au, and the dielectric layer has a dielectric constant of 75 to 80% by volume of 1500 or more. When the perovskite compound and 20 to 25% by volume of SiO 2 —BaO—TiO 2 —Al 2 O 3 crystallized glass are used, the conductor resistance is low and the dielectric layer has a high dielectric constant of 1000 or more. Therefore, a high-capacity multilayer ceramic capacitor or a multilayer wiring board with a built-in capacitor having high frequency characteristics can be obtained.
また、本発明の積層電子装置は、先に説明した積層セラミックコンデンサまたはコンデンサ内蔵多層配線基板を使用するものであるから、先に説明した効果、すなわち高周波信号にノイズが重畳されることを抑制でき、高周波信号の伝播遅延や減衰をより効果的に抑制できるといった効果を享受できる。また、積層電子装置におけるコンデンサとしての機能を積層セラミックコンデンサまたはコンデンサ内蔵多層配線基板によって担保することにより、積層電子装置を小型で、背が低く、高機能なものとすることができる。 In addition, since the multilayer electronic device of the present invention uses the multilayer ceramic capacitor or the multilayer wiring board with a built-in capacitor described above, it is possible to suppress the effect described above, that is, noise superimposed on the high-frequency signal. Thus, it is possible to enjoy the effect that the propagation delay and attenuation of the high-frequency signal can be more effectively suppressed. Further, by assuring the function as a capacitor in the multilayer electronic device with the multilayer ceramic capacitor or the multilayer wiring board with a built-in capacitor, the multilayer electronic device can be made small, short, and highly functional.
以下、本発明の第1ないし第3の実施の形態について、図1ないし図3を参照しつつ、詳細に説明する。 Hereinafter, first to third embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3.
まず、本発明の第1の実施の形態に係る積層セラミックコンデンサついて、図1を参照して説明する。 First, a multilayer ceramic capacitor according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図1に示した積層セラミックコンデンサ10は、複数の誘電体層11a,11b,11c,11dと複数の電極層12a,12b,12cとが交互に積層された積層体13を備えている。この積層体13は、複数の電極層12a〜12cの間に誘電体層11b,11cが存在するために、コンデンサとして機能することができる。
A multilayer
複数の電極層12a〜12cは、信号配線14によって電気的に接続されている。また、最外層となる誘電体層11a,11dの表面には複数の接続端子部15が形成されている。これらの接続端子部15のうちに一部は、積層体13を貫通する信号配線16によって電気的に接続されている。この信号配線16は、積層セラミックコンデンサ10に接続される複数の電子部品(図示略)相互の電気的導通を図るためのものであり、絶縁部17によって囲まれている。
The plurality of electrode layers 12 a to 12 c are electrically connected by a
絶縁部17は、信号配線14と信号配線16との間、あるいは信号配線14と電極層12a〜12cとの間に発生する浮遊容量を小さくするためのものである。すなわち、信号配線14を絶縁部17で覆うことによって、信号配線14と信号配線16との間、あるいは信号配線14と電極層12a〜12cとの間の電磁界的結合を抑制することができ、信号配線14に高周波信号にノイズが重畳されることを防ぐことができるようになる。
The insulating
このような効果を確実に得るために、絶縁部17は、誘電体層11a〜11dよりも誘電率が低くなるように形成される。より具体的には、絶縁部17は、たとえば誘電率が10以下、誘電損失が5×10−3以下となるように形成される。この場合には、信号配線14を伝播する高周波信号の伝播速度がはやく、かつ誘電損失も小さくすることができるため、伝播遅延を防止し、かつ、高周波信号の減衰を抑制することができる。このような誘電率および誘電損失の絶縁部17は、一般的なガラスセラミック焼結体を用いることで容易に実現することが出来る。
In order to reliably obtain such an effect, the insulating
誘電体層11a〜11dは、たとえばチタン酸バリウムを主成分とするペロブスカイト化合物から形成されている。これによって誘電体層11の誘電率を1000以上と高いものとすることが出来る。その結果、所望の容量値をより小型で、より少ない積層数で得ることができるため、積層セラミックコンデンサ10の小型化、低背化を実現することが出来る。
The
電極層12a〜12c、信号配線14,16および接続端子部15は、たとえばAg、Cu、Auなどの低抵抗導体材料により形成されている。これにより、電極層12a〜12c、信号配線14,16および接続端子部15導通抵抗を小さいものと出来ることから、高周波信号の伝播遅延や減衰、コンデンサの電源電圧の低下をより一層抑制することが出来るので好ましい。
The electrode layers 12a to 12c, the
このような積層セラミックコンデンサ10は、以下のようにして作製することができる。
Such a multilayer
まず、チタン酸バリウム粉末を主成分とするペロブスカイト化合物粉末にガラス粉末を添加し、有機バインダ、有機溶剤、分散剤や可塑剤等とを添加混合してスラリーとし、そのスラリーを用いてドクターブレード法やカレンダロール法を採用することによって誘電体層11a〜11dとなる誘電体グリーンシートを成形する。
First, a glass powder is added to a perovskite compound powder mainly composed of barium titanate powder, and an organic binder, an organic solvent, a dispersant, a plasticizer, and the like are added and mixed to form a slurry, and the doctor blade method using the slurry Alternatively, a dielectric green sheet to be the
ペロブスカイト化合物粉末にガラス粉末を添加する場合、ガラス粉末としては、誘電体層11a〜11dの誘電率を1000以上にできる結晶化ガラスの粉末を使用するのが好ましい。このような結晶化ガラスとしては、SiO2−BaO−TiO2−Al2O3を使用することができ、ペロブスカイト化合物粉末とガラス粉末との割合は、体積比率において75乃至80体積%:20乃至25体積%とするのが好ましい。
When glass powder is added to the perovskite compound powder, it is preferable to use crystallized glass powder that can make the dielectric constants of the
一般に、ペロブスカイト化合物粉末とガラス粉末の焼結体の誘電率は対数混合側に従うため、ペロブスカイト化合物粉末およびガラス粉末の誘電率をそれぞれ例えば1500以上、100以上とすることで誘電体層11a〜11dの誘電率を1000以上と高くし、積層セラミックコンデンサの容量を高いものとすることができる。
In general, since the dielectric constant of the sintered body of the perovskite compound powder and the glass powder follows the logarithmic mixing side, the
また、ペロブスカイト化合物焼結体中に占めるペロブスカイト化合物の体積比率を75乃至80体積%で、ペロブスカイト化合物焼結体中に占めるガラスの比率が比較的高いことから、ペロブスカイト化合物間のガラスの偏析がなくペロブスカイト化合物焼結体の焼結状態を組成バラツキや焼結不良による空隙あるいは異常成長粒がない安定したものとすることができる。また、ペロブスカイト化合物焼結体中のガラスの比率が高いことによって、絶縁部13からのガラス成分の拡散の影響と小さくすることができる。また、ペロブスカイト化合物焼結体中のガラスの比率が高いことは、焼結の過程においてペロブスカイト化合物フィラーの再配列が行われ、ペロブスカイト化合物焼結体からなる誘電体層11とガラスセラミック焼結体からなる絶縁部13との熱収縮特性の差が小さくなる。その結果、熱収縮特性の差に起因する絶縁部13と誘電体層11間の応力は小さくなり、強度の低い絶縁部13の仮焼体にクラックが入ることがないため積層セラミックコンデンサ10の絶縁信頼性をより高いものとすることができるため本発明に好適である。
Further, since the volume ratio of the perovskite compound in the perovskite compound sintered body is 75 to 80% by volume and the ratio of the glass in the perovskite compound sintered body is relatively high, there is no segregation of glass between the perovskite compounds. The sintered state of the perovskite compound sintered body can be made stable with no composition variation or voids due to poor sintering or abnormally grown grains. Moreover, since the ratio of the glass in the perovskite compound sintered body is high, the influence of the diffusion of the glass component from the insulating
有機バインダとしては、従来から誘電体グリーンシートに使用されているものが使用可能であり、例えばアクリル系(アクリル酸、メタクリル酸またはそれらのエステルの単独重合体または共重合体、具体的にはアクリル酸エステル共重合体、メタクリル酸エステル共重合体,アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等)、ポリビニルブチラール系、ポリビニルアルコール系、アクリル−スチレン系、ポリプロピレンカーボネート系、セルロース系等の単独重合体または共重合体が挙げられる。有機溶剤としては、チタン酸バリウム粉末とガラス粉末および樹脂バインダを分散させ、適切な粘度の誘電体グリーンシートが得られるように、例えば炭化水素類、エーテル類、エステル類、ケトン類、アルコール類等の有機溶剤が挙げられる。また、分散をより良好なものとするために分散剤を添加してもよい。 As the organic binder, those conventionally used for dielectric green sheets can be used. For example, acrylic (acrylic acid, methacrylic acid or ester homopolymer or copolymer thereof, specifically acrylic Acid ester copolymer, methacrylate ester copolymer, acrylic ester-methacrylic ester copolymer, etc.), polyvinyl butyral, polyvinyl alcohol, acrylic-styrene, polypropylene carbonate, cellulose and other homopolymers Or a copolymer is mentioned. As an organic solvent, for example, hydrocarbons, ethers, esters, ketones, alcohols, etc. so that a dielectric green sheet having an appropriate viscosity can be obtained by dispersing barium titanate powder, glass powder and resin binder. These organic solvents are mentioned. Further, a dispersant may be added in order to make the dispersion better.
次に、誘電体グリーンシート(11a〜11d)に、金型加工やパンチング等の加工により絶縁部13を形成するための領域を打ち抜き、この領域にガラスセラミックペーストをスクリーン印刷等により充填する。このガラスセラミックペーストは、後において焼成することにより、ガラスセラミック焼結体からなる絶縁部13となるものである。
Next, a region for forming the insulating
ガラスセラミックペーストとしては、ガラス粉末およびセラミック粉末と、有機バインダ,有機溶剤、可塑剤等とを添加混合してものを用いることができる。 As the glass-ceramic paste, glass powder or ceramic powder and an organic binder, organic solvent, plasticizer, or the like added and mixed can be used.
ガラス粉末としては、例えばSiO2−B2O3系、SiO2−B2O3−Al2O3系、SiO2−B2O3−Al2O3−MO系(但し、MはCa、Sr、BaまたはZnを示す)、SiO2−Al2O3−M1O−M2O系(但し、M1およびM2は同一または異なってCa、Sr、BaまたはZnを示す)、SiO2−B2O3−Al2O3−M1O−M2O系(但し、M1およびM2は上記と同じである)、SiO2−B2O3−M3 2O系(但し、M3はLi、NaまたはKを示す)、SiO2−B2O3−Al2O3−M3 2O系(但し、M3は上記と同じである)、Bi系ガラス等の粉末を用いることができる。 Examples of the glass powder include SiO 2 —B 2 O 3 system, SiO 2 —B 2 O 3 —Al 2 O 3 system, SiO 2 —B 2 O 3 —Al 2 O 3 —MO system (where M is Ca , Sr, Ba or Zn), SiO 2 —Al 2 O 3 —M 1 O—M 2 O system (wherein M 1 and M 2 are the same or different and represent Ca, Sr, Ba or Zn), SiO 2 —B 2 O 3 —Al 2 O 3 —M 1 O—M 2 O system (where M 1 and M 2 are the same as above), SiO 2 —B 2 O 3 —M 3 2 O system (However, M 3 represents Li, Na or K), SiO 2 —B 2 O 3 —Al 2 O 3 —M 3 2 O (where M 3 is the same as above), Bi glass, etc. The powder can be used.
例示したガラス成分のうち、誘電体グリーンシートの焼結体(誘電体層11a〜11d)との熱応力を緩和するという観点では400℃乃至600℃の軟化温度をもつ非結晶型ガラスを選択することが好ましい。低軟化温度を有する非結晶型ガラスは軟化温度以上の温度領域でガラス成分が変形することが可能であるため、誘電体層11a〜11dと絶縁部13間の熱膨張係数の差に起因する熱応力を緩和することができる。このようなガラス成分としてはSiO−BO−BaO−CaO−ZnO系、BiO−SiO−BO系などが挙げられる。
Among the exemplified glass components, an amorphous glass having a softening temperature of 400 ° C. to 600 ° C. is selected from the viewpoint of relieving thermal stress with the sintered body (
一方、セラミック粉末としては、絶縁部13の誘電率を10以下、誘電損失を5×10−3とできるものを用いるのが好ましく、例えばAl2O3、SiO2、ZrO2とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物、Al2O3およびSiO2から選ばれる少なくとも1種を含む複合酸化物(例えばスピネル、ムライト、コージェライト)の粉末を用いることができる。 On the other hand, it is preferable to use a ceramic powder having a dielectric constant of 10 or less and a dielectric loss of 5 × 10 −3 , for example, Al 2 O 3 , SiO 2 , ZrO 2 and alkaline earth metal. A composite oxide with an oxide, or a powder of a composite oxide containing at least one selected from Al 2 O 3 and SiO 2 (for example, spinel, mullite, cordierite) can be used.
次に、金型加工やレーザ加工やパンチング等によって、絶縁部13を形成するために誘電体グリーンシート(11a〜11d)に充填したガラスセラミックペーストに貫通孔を形成する。さらに、貫通孔に、Ag、Cu、Au等の金属粉末とガラス粉末とに適当な有機バインダ、溶剤を添加混合した貫通導体用ペーストを、スクリーン印刷等により充填する。貫通導体用ペーストは、焼成することにより信号配線14となるものである。
Next, through holes are formed in the glass ceramic paste filled in the dielectric green sheets (11a to 11d) to form the insulating
一方、誘電体グリーンシート(11b〜11d)の表面に金属粉末とガラス粉末に適当な有機バインダ、溶剤を添加混合した電極用ペーストを、スクリーン印刷等により塗布することによって電極層12となるべきペースト部を形成し、同様に、誘電体グリーンシート(11a,11d)上に、Ag、Cu、Au等の金属粉末とガラス粉末とに適当な有機バインダ、溶剤を添加混合した導体ペーストを、スクリーン印刷等で塗布することによって接続端子部15となるべきペースト部を形成する。
On the other hand, the paste which should become the electrode layer 12 by apply | coating the paste for electrodes which added the suitable organic binder and the solvent to the metal powder and glass powder on the surface of the dielectric green sheet (11b-11d) by screen printing etc. Similarly, on the dielectric green sheets (11a, 11d), a conductive paste in which an appropriate organic binder and solvent are added to and mixed with metal powder such as Ag, Cu, Au, and glass powder is screen-printed. The paste part which should become the
次いで、複数の誘電体グリーンシート(11a〜11d)を、3〜20MPaの圧力と50〜80℃の温度で加熱圧着して積層体を作製する。その後、信号配線14、電極層12および接続端子部15を形成する金属粉末が、例えばAgかAuである場合には、大気中で900乃至1000℃の温度で、例えばCuである場合には、窒素雰囲気下で900乃至1000℃の温度でこの積層体を焼成することにより、本発明の積層セラミックコンデンサ10が得られる。
Next, a plurality of dielectric green sheets (11a to 11d) are thermocompression bonded at a pressure of 3 to 20 MPa and a temperature of 50 to 80 ° C. to produce a laminate. Thereafter, when the metal powder forming the
ここで、信号配線14、電極層12および接続端子部15を形成する金属粉末は、半導体素子で一般に使用されている半導体装置という観点からCuであることが好ましい。この場合は焼成時の窒素雰囲気下の酸素分圧をチタン酸バリウムの還元濃度以上でかつCuの酸化分圧以下の適切な酸素分圧領域で焼成する必要がある。これによって、チタン酸バリウムの結晶から酸素が抜ける事を防止し高容量で高い信頼性をもつコンデンサ層を形成することができる。
Here, it is preferable that the metal powder forming the
さらに、このようにして得た積層セラミックコンデンサ10の接続端子部15の表面に、腐食防止のためや電子部品を実装する際の半田濡れ性の向上のためにめっきを施してもよい。
Furthermore, the surface of the
次に、本発明の第2の実施の形態に係るコンデンサ内蔵多層配線基板について、図2を参照しつつ説明する。 Next, a capacitor built-in multilayer wiring board according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図2に示したコンデンサ内蔵多層配線基板20は、絶縁基体としての一対の絶縁層21a,21bの間に、コンデンサ部22を形成したものである。
The capacitor built-in
コンデンサ部22は、先に説明した積層セラミックコンデンサ10(図1参照)に相当するものである。すなわち、コンデンサ部22は、複数の電極層22a,22b,22c、22d,22eと、複数の誘電体層22A,22B,22C,22Dとを交互に積層することにより、複数の電極層22a〜22eの間に誘電体層22A〜22Dを介在させた構成となっている。これらの誘電体層22A〜22Dは、チタン酸バリウムを主成分とするペロブスカイト化合物の焼結体として形成されている。
The
なお、コンデンサ部22は、絶縁基体(絶縁層21a,21)の平面視寸法(図2の左右方向の寸法)と平面視寸法が同様なものとされているが、コンデンサ部22の平面視寸法を絶縁基体21a,21bよりも小さくし、コンデンサ部22の全体を絶縁基体21a,21bの内部に埋設させてもよい。
The
一方、絶縁層21a,21bは、半導体素子などの電子部品(図示略)が搭載される部分であり、搭載した半導体素子との電気的接続を行なうための複数の接続端子部24が設けられている。これらの絶縁層21a,21bは、たとえば低誘電率でかつ低い誘電正接値をもつガラスセラミック焼結体として形成されている。
On the other hand, the insulating
コンデンサ内蔵多層配線基板20にはさらに、電極層22a〜22eを相互に電気的に接続するための信号配線25、ならびに絶縁層21a,21bおよびコンデンサ部22(誘電体層22A〜22Dおよび電極層22a〜22e)を貫通する信号配線26が形成されている。信号配線26は、絶縁基体(絶縁層21a,21b)の上下主面に形成された接続端子部24を接続するためのものであり、絶縁部27によって囲まれている。
The capacitor built-in
上述のように、コンデンサ内蔵多層配線基板10では、先に説明した積層セラミックコンデンサ10(図1参照)に相当するコンデンサ部22を有している。すなわち、信号配線26が絶縁部27によって囲まれたものとなっている。そのため、コンデンサ内蔵多層配線基板20では、図1に示した積層セラミックコンデンサ10と同様に、コンデンサ部22における高周波信号が信号配線26を通過する際にノイズや伝播遅延が小さく、かつ誘電損失を抑制することができる。
As described above, the
また、信号配線26を絶縁部27によって囲むとともに、絶縁基体(絶縁層21a,21b)として低誘電率でかつ低い誘電正接値をもつガラスセラミック焼結体からなるものを使用した場合には、信号配線26としてコンデンサ部22(誘電体層22A〜22Dおよび電極層22a〜22e)を貫通させる構成を採用することができる。そのため、コンデンサ多層配線基板10では、コンデンサ部22を避けて信号配線26を設ける必要がある等の設計的制約が必要ない。従って、効率的にコンデンサ内蔵多層配線基板20の表裏面に形成された接続用端子部24を効率よく配線パターンを用いて接続することが出来る。とくに、高容量のバイパスコンデンサを必要とする半導体素子は一般に多数の端子パッドをもつため、コンデンサ内蔵多層配線基板20の表裏面に形成された接続用端子部24の間を効率よく配線パターンを用いて接続することができることの効果は大きい。
When the
さらに、信号配線26としてコンデンサ部22(誘電体層22A〜22Dおよび電極層22a〜22e)を貫通させる構成を採用すれば、コンデンサ内蔵多層配線基板20の表裏面に実装される半導体素子などの電子部品と、コンデンサ部22と間の配線距離を小さくすることができる。これにより、信号配線26を含めた配線パターンの持つインダクタンス成分をより小さくし、電源電圧の低下を抑制して、半導体素子などの電子部品の高速動作が可能となる。そのため、コンデンサ内蔵多層配線基板20は、半導体素子などの電子部品の高速動作が可能とするコンデンサ内蔵中継基板として好適に採用することができるようになる。
Furthermore, if a configuration in which the capacitor portion 22 (
以上に説明したコンデンサ内蔵多層配線基板20は、図1に示した積層コンデンサ10と同様な手法によって形成することが可能である。
The capacitor built-in
すなわち、コンデンサ内蔵多層配線基板20は、複数の誘電体グリーンシートを形成するとともに、それらの誘電体グリーンシートに複数の電極層22a〜22eとなるべき導体ペーストを印刷し、貫通孔を設けて信号配線25,26あるいは絶縁部27となるべき導電ペーストあるいは絶縁ペースト(ガラスセラミックペースト)を貫通孔に充填し後に、複数の誘電体グリーンシートを積層・焼成することにより形成することができる。
That is, the
コンデンサ内蔵多層配線基板20における絶縁基体(絶縁層21a,21b)は、ガラス成分とセラミック粉末との焼結体から成る。このガラス成分としては、例えばSiO2−B2O3系、SiO2−B2O3−Al2O3系、SiO2−B2O3−Al2O3−MO系(但し、MはCa、Sr、Mg、BaまたはZnを示す)、SiO2−Al2O3−M1O−M2O系(但し、M1およびM2は同一または異なってCa、Sr、Mg,BaまたはZnを示す)、SiO2−B2O3−Al2O3−M1O−M2O系(但し、M1およびM2は上記と同じである)、SiO2−B2O3−M3 2O系(但し、M3はLi、NaまたはKを示す)、SiO2−B2O3−Al2O3−M3 2O系(但し、M3は上記と同じである)、Pb系ガラス、Bi系ガラス等が挙げられる。
The insulating base (insulating
また、セラミック粉末としては、例えばAl2O3、SiO2、ZrO2とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物、TiO2とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物、Al2O3およびSiO2から選ばれる少なくとも1種を含む複合酸化物(例えばスピネル,ムライト,コージェライト)等が挙げられる。 Examples of the ceramic powder include Al 2 O 3 , SiO 2 , composite oxide of ZrO 2 and alkaline earth metal oxide, composite oxide of TiO 2 and alkaline earth metal oxide, Al 2 O 3. And composite oxides containing at least one selected from SiO 2 (for example, spinel, mullite, cordierite) and the like.
この絶縁層21a,21bの焼成前の生シートであるグリーンシートは、ガラス粉末およびセラミック粉末と、有機バインダ、有機溶剤、可塑剤等とを添加混合してスラリーとし、そのスラリーを用いてドクターブレード法やカレンダロール法を採用することによって成形する。有機バインダとしては、従来からセラミックグリーンシートに使用されているものを用いることができ、例えばアクリル系(アクリル酸、メタクリル酸またはそれらのエステルの単独重合体または共重合体、具体的にはアクリル酸エステル共重合体、メタクリル酸エステル共重合体、アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等)、ポリビニルブチラール系、ポリビニルアルコール系、アクリル−スチレン系、ポリプロピレンカーボネート系、セルロース系等の単独重合体または共重合体が挙げられる。
The green sheet, which is a green sheet before firing of the insulating
グリーンシートを成形するためのスラリーに用いられる有機溶剤としては、その有機溶剤とガラス粉末とセラミック粉末と有機バインダとを混練してグリーンシート成形に適した粘度のスラリーが得られるように、例えば炭化水素類、エーテル類、エステル類、ケトン類、アルコール類等から成るものが挙げられる。 As an organic solvent used in a slurry for forming a green sheet, the organic solvent, glass powder, ceramic powder, and an organic binder are kneaded to obtain a slurry having a viscosity suitable for green sheet forming, for example, carbonization. Examples thereof include hydrogen, ethers, esters, ketones, alcohols and the like.
以上のようにして作製したグリーンシートに、必要に応じて金型加工やレーザ加工、マイクロドリルやパンチング等の機械的加工により貫通孔を形成する。この貫通孔に、Ag、Cu、Ag−Pt、Ag−Pd等の金属粉末とガラス粉末とに適当な有機バインダ、溶剤を添加混合した貫通導体用ペーストを、スクリーン印刷等により充填して、貫通導体25を形成する。
A through hole is formed in the green sheet produced as described above by mechanical processing such as die processing, laser processing, micro drilling, punching, or the like as necessary. This through hole is filled with a paste for penetrating conductor in which an appropriate organic binder and solvent are added and mixed with metal powder such as Ag, Cu, Ag-Pt, Ag-Pd and glass powder, and screened. A
次に、チタン酸バリウム粉末を主成分とするペロブスカイト化合物フィラー粉末にガラス粉末を添加し、有機バインダ、有機溶剤、分散剤や可塑剤等とを添加混合してスラリーとし、そのスラリーを用いてドクターブレード法やカレンダロール法を採用することによって誘電体層21となる誘電体グリーンシートを成形する。 Next, glass powder is added to the perovskite compound filler powder mainly composed of barium titanate powder, and an organic binder, an organic solvent, a dispersant, a plasticizer, and the like are added and mixed to form a slurry. A dielectric green sheet to be the dielectric layer 21 is formed by employing a blade method or a calender roll method.
チタン酸バリウムを主成分とするペロブスカイト化合物フィラー粉末とガラス粉末は、チタン酸バリウムを主成分とするペロブスカイト化合物フィラー粉末を75乃至80体積%とし、SiO2−BaO−TiO2−Al2O3を含み、かつ、チタン酸バリウムを析出する誘電率が100以上となる結晶化ガラスを20乃至25体積%添加することが望ましい。 The perovskite compound filler powder and glass powder mainly composed of barium titanate are composed of 75 to 80% by volume of the perovskite compound filler powder mainly composed of barium titanate, and SiO 2 —BaO—TiO 2 —Al 2 O 3 . It is desirable to add 20 to 25% by volume of crystallized glass that contains and has a dielectric constant of 100 or more for depositing barium titanate.
有機バインダとしては、従来から誘電体グリーンシートに使用されているものが使用可能であり、例えばアクリル系(アクリル酸、メタクリル酸またはそれらのエステルの単独重合体または共重合体、具体的にはアクリル酸エステル共重合体、メタクリル酸エステル共重合体、アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等)、ポリビニルブチラール系、ポリビニルアルコール系、アクリル−スチレン系、ポリプロピレンカーボネート系、セルロース系等の単独重合体または共重合体が挙げられる。有機溶剤としては、チタン酸バリウム粉末とガラス粉末および樹脂バインダを分散させ、適切な粘度の誘電体グリーンシートが得られるように、例えば炭化水素類、エーテル類、エステル類、ケトン類、アルコール類等の有機溶剤が挙げられる。また、分散をより良好なものとするために分散剤を添加してもよい。 As the organic binder, those conventionally used for dielectric green sheets can be used. For example, acrylic (acrylic acid, methacrylic acid or ester homopolymer or copolymer thereof, specifically acrylic Acid ester copolymer, methacrylate ester copolymer, acrylic ester-methacrylic ester copolymer, etc.), polyvinyl butyral, polyvinyl alcohol, acrylic-styrene, polypropylene carbonate, cellulose and other homopolymers Or a copolymer is mentioned. As an organic solvent, for example, hydrocarbons, ethers, esters, ketones, alcohols, etc. so that a dielectric green sheet having an appropriate viscosity can be obtained by dispersing barium titanate powder, glass powder and resin binder. These organic solvents are mentioned. Further, a dispersant may be added in order to make the dispersion better.
次に、作製した誘電体グリーンシートに、金型加工やパンチング等の加工により絶縁部27を形成するための領域を打ち抜き、この領域にガラス成分とセラミック粉末(セラミックフィラー)からなるガラスセラミックペーストをスクリーン印刷等により充填して、誘電率が10以下のガラスセラミック焼結体から形成された絶縁部27を形成する。
Next, a region for forming the insulating
この絶縁部27のガラス成分としては、例えばSiO2−B2O3系、SiO2−B2O3−Al2O3系、SiO2−B2O3−Al2O3−MO系(但し、MはCa、Sr、BaまたはZnを示す)、SiO2−Al2O3−M1O−M2O系(但し、M1およびM2は同一または異なってCa、Sr、BaまたはZnを示す)、SiO2−B2O3−Al2O3−M1O−M2O系(但し、M1およびM2は上記と同じである)、SiO2−B2O3−M3 2O系(但し、M3はLi,NaまたはKを示す)、SiO2−B2O3−Al2O3−M3 2O系(但し、M3は上記と同じである)、Bi系ガラス等が挙げられる。
Examples of the glass component of the insulating
また、セラミック粉末としては、例えばAl2O3、SiO2、ZrO2とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物、Al2O3およびSiO2から選ばれる少なくとも1種を含む複合酸化物(例えばスピネル、ムライト、コージェライト)等が挙げられる。ガラス粉末およびセラミック粉末と、有機バインダ、有機溶剤、可塑剤等とを添加混合してガラスセラミックペーストを作成することが出来る。ここで、中でも、誘電体グリーンシートの焼結体との熱応力を緩和するという観点では400℃乃至600℃の軟化温度をもつ非結晶型ガラスを選択することが好ましい。低軟化温度を有する非結晶型ガラスは軟化温度以上の温度領域でガラス成分が変形することが可能であるため、誘電体層11と絶縁部13間の熱膨張係数の差に起因する熱応力を緩和することができる。このようなガラス成分としてはSiO−BO−BaO−CaO−ZnO系、BiO−SiO−BO系などがあげられる。
Moreover, as ceramic powder, for example, Al 2 O 3 , SiO 2 , composite oxide of ZrO 2 and alkaline earth metal oxide, composite oxide containing at least one selected from Al 2 O 3 and SiO 2 ( For example, spinel, mullite, cordierite) and the like. Glass ceramic paste can be prepared by adding and mixing glass powder and ceramic powder with an organic binder, organic solvent, plasticizer and the like. Here, among them, it is preferable to select an amorphous glass having a softening temperature of 400 ° C. to 600 ° C. from the viewpoint of relaxing thermal stress with the sintered body of the dielectric green sheet. Since the amorphous glass having a low softening temperature can deform the glass component in a temperature region higher than the softening temperature, the thermal stress caused by the difference in the thermal expansion coefficient between the dielectric layer 11 and the insulating
絶縁基体(絶縁層21a,21b)と誘電体層21との間あるいは誘電体層21と誘電体層21との間に形成される電極層23は金属粉末とガラス粉末に適当な有機バインダ、溶剤を添加混合した電極用ペーストを、スクリーン印刷等により塗布することによって形成することができる。
The electrode layer 23 formed between the insulating substrate (insulating
ここで、絶縁基体(絶縁層21a,21b)と誘電体層21との間に形成される電極層23は低融点金属であるAg、AuあるいはCu粉末でその平均粒径が0.5μm乃至3μmからなる焼結体であって、その厚みが10μm〜15μmとすることが好ましい。平均粒径が0.5μm乃至3μmであるAg、Au粉末またはCu粉末の焼結体で電極層23を形成したことから電極層23は700℃乃至900℃の温度領域で緻密な焼結体とすることができる。その結果、絶縁基体(絶縁層21a,21b)と誘電体層間のガラスの相互拡散を防止し、絶縁基体(絶縁層21a,21b)とペロブスカイト焼結体が反応を効果的に抑制することができる。
Here, the electrode layer 23 formed between the insulating base (insulating
同様に、誘電体層21と誘電体層21との間に形成される電極層23においても、電極層23を形成する金属材料をAg、Cu、Auなどの低抵抗材料の焼結体としたとき、導通抵抗を小さいものと出来ることから、高周波信号の伝播遅延や減衰、コンデンサの電源電圧の低下をより一層抑制することが出来るので好ましい。 Similarly, in the electrode layer 23 formed between the dielectric layer 21 and the dielectric layer 21, the metal material forming the electrode layer 23 is a sintered body of a low resistance material such as Ag, Cu, Au, or the like. Since it is possible to reduce the conduction resistance, it is preferable because the propagation delay and attenuation of the high frequency signal and the decrease in the power supply voltage of the capacitor can be further suppressed.
さらに、絶縁層26となるグリーンシートと誘電体グリーンシートとを3〜20MPaの圧力と50〜80℃の温度で加熱圧着して積層体を作製する。その後、例えば配線層14あるいは電極層13を形成する金属粉末の焼結体がAgあるいはAuである場合、大気中で800乃至1000℃の温度で、配線層14あるいは電極層13を形成する金属粉末の焼結体がCuである場合、窒素雰囲気下で800乃至1000℃の温度で積層体を焼成することにより、本発明のコンデンサ内蔵配線基板10が得られる。ここで、窒素雰囲気下で焼成を行う場合焼成時の窒素雰囲気下の酸素分圧をチタン酸バリウムの還元濃度以上でかつCuの酸化分圧以下の適切な酸素分圧領域で焼成する必要がある。これによって、チタン酸バリウムの結晶から酸素が抜ける事を防止し高容量で高い信頼性をもつコンデンサ層を形成することができる。
Furthermore, the green sheet used as the insulating
また、積層体を焼成する際に、グリーンシートが焼結する温度では実質的に焼結収縮しない無機成分、例えばアルミナから成る拘束グリーンシートを積層体の両面に積層して焼成すると、この拘束グリーンシートによって積層体の主面方向の焼成時の収縮が拘束されて抑制されるために、コンデンサ内蔵配線基板10の反り、変形をより好適に抑えることができる。
In addition, when the laminate is fired, a constrained green sheet made of an inorganic component that does not substantially shrink and shrink at the temperature at which the green sheet sinters, such as alumina, is laminated on both sides of the laminate and fired. Since the shrinkage at the time of firing in the main surface direction of the multilayer body is restrained and suppressed by the sheet, warping and deformation of the capacitor built-in
さらに、コンデンサ内蔵多層配線基板20の表面に位置する接続端子部には、その表面に電子部品を実装する際の半田濡れ性の向上や接続端子部の腐食防止のために、ニッケル、銅、金等のめっき層を施してもよい。
Furthermore, the connection terminal portion located on the surface of the
次に、本発明の第3の実施の形態に係る積層電子装置について、図3を参照しつつ説明する。 Next, a stacked electronic device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図3に示した積層電子装置30は、半導体素子31,32と半導体素子を搭載する半導体装置33,34およびコンデンサ内蔵中継基板35を有している。
A stacked
この積層電子装置30は、半導体用パッケージに半導体素子31,32を搭載した半導体装置33,34が、本発明の積層セラミックコンデンサを用いたコンデンサ内蔵中継基板35を介して接続され、半導体素子31,32を含んだモジュールとして形成されている。コンデンサ内蔵中継基板35と半導体装置33,34とは、それぞれ半田バンプ36を介して接続端子部37A,37Bにおいて電気的に接続されている。また、半導体装置34は、キャビティ34Aを有する構造とされ、このキャビティ34Aに収容された状態で半導体素子32が搭載されている。これにより、積層半導体装置30の低背化が図られている。
In this multilayer
半導体素子31,32は、それぞれASIC、MPU等の演算機能を有した半導体素子、メモリ等の記憶機能を有した半導体素子であり、それぞれ従来周知の多層配線基板からなる半導体装置33,34に搭載される。ここで、半導体装置33,34は半導体素子31,32に入出力される高周波信号の伝達速度を上げるために、導体材料にAg,Cu等の低抵抗導体を用い、これらと同時焼成で作製された高周波帯域で誘電損失の低いガラスセラミック多層配線基板であることが望ましい。
The
コンデンサ内蔵中継基板35は、半導体素子31のバイパスコンデンサとして機能するものであり、図2を参照して先に説明したコンデンサ内蔵多層配線基板20と同様な構成のものである。積層電子装置30にコンデンサ内蔵中継基板35を用いることにより半導体装置33にチップコンデンサを搭載するスペースを設ける必要がなく、積層電子装置30の小型化が達成できる。また、半導体素子31とバイパスコンデンサ(コンデンサ内蔵中継基板35)との間の配線距離は、半導体素子31を搭載した半導体装置33の厚みと半田バンプ36の高さまでとなり、チップコンデンサを実装(マザー)基板に実装したときや半導体装置33にチップコンデンサを搭載した時などに比べて、短縮することが可能となる。その結果、配線距離に伴う高速信号の伝達遅延や、配線パターンのもつインダクタンス成分による電源電圧の低下を抑制し、半導体素子を高速で動作させることが可能となる。
The capacitor built-in
また、コンデンサ内蔵中継基板35は、図2に示したコンデンサ内蔵多層配線基板20と同様なものであるため、コンデンサ内蔵中継基板35を用いた積層電子装置30では、高容量でかつ高周波信号の減衰を抑制できるために高速動作させることが可能となるばかりか、コンデンサ内蔵中継基板35の表裏面に形成された端子37A相互の間を、高い設計自由度をもって接続することが出来きる。また、コンデンサ内蔵中継基板35は、最表層はガラスセラミック焼結体からなるため、コンデンサ内蔵中継基板35の基板強度をより強くできるため、実装時のハンドリング性が向上する。
Further, since the capacitor built-in
以上のように、積層電子装置30によれば、高周波信号の伝達遅延や減衰を抑制する構造を採用したバイパスコンデンサ機能を有するコンデンサ内蔵中継基板35を含むことから、小型化、低背化、高密度化が可能となる。
As described above, the multilayer
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更は可能である。例えば、図3示した積層半導体装置では、半導体装置33,34の間にコンデンサ内蔵中継基板35を載置したが、本発明の積層電子装置は、半導装置33における半導体用パッケージと半導体素子31との間にコンデンサ内蔵中継基板35を載置した構成としても良い。また、半導体装置33,34は、ガラスセラミック多層配線基板であっても、有機樹脂からなる半導体装置であっても構わない。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, in the stacked semiconductor device shown in FIG. 3, the
本発明のコンデンサ内蔵基板の実施例を以下に説明する。 Examples of the substrate with built-in capacitor according to the present invention will be described below.
コンデンサ内蔵中継基板の誘電体層となる誘電体グリーンシートを得るために、チタン酸バリウムフィラーを主成分としたぺロブスカイト化合物フィラー85質量部に対し、SiO2−BaO−TiO2−Al2O3系結晶化ガラス粉末を15質量部混合し、この無機粉末100質量部に、有機バインダとしてポリビニルブチラール樹脂を12質量部、フタル酸系可塑剤6質量部および溶剤としてトルエン30質量部を加え、ボールミル法により混合しスラリーとした。このスラリーを用いて、ドクターブレード法により厚さ25μmの誘電体グリーンシートを成形した。この誘電体グリーンシートを焼成温度925℃で焼成した時、誘電体焼結体の比誘電率は1200となった。 In order to obtain a dielectric green sheet serving as a dielectric layer of a capacitor built-in relay substrate, SiO 2 —BaO—TiO 2 —Al 2 O 3 with respect to 85 parts by mass of a perovskite compound filler mainly composed of a barium titanate filler. 15 parts by mass of a crystallized glass powder, 12 parts by mass of polyvinyl butyral resin as an organic binder, 6 parts by mass of a phthalic acid plasticizer and 30 parts by mass of toluene as a solvent are added to 100 parts by mass of this inorganic powder. The slurry was mixed by the method. Using this slurry, a dielectric green sheet having a thickness of 25 μm was formed by a doctor blade method. When this dielectric green sheet was fired at a firing temperature of 925 ° C., the dielectric constant of the dielectric sintered body was 1200.
また、コンデンサ内蔵基板の実質的に平面方向の焼結収縮を抑える拘束グリーンシートを得るため、Al2O3粉末100質量部に有機バインダとしてアクリル系樹脂12質量部、フタル酸系可塑剤6質量部および溶剤としてトルエン30質量部を加え、ボールミル法により混合しスラリーとした。このスラリーを用いて、ドクターブレード法により厚さ200μmの拘束グリーンシートを成形した。
In addition, in order to obtain a constrained green sheet that suppresses sintering shrinkage of the capacitor built-in substrate substantially in the planar direction, 100 parts by mass of Al 2 O 3 powder, 12 parts by mass of an acrylic resin as an organic binder, and 6 parts by mass of a
次に、誘電体グリーンシートに対しパンチング加工によって、打ち抜き加工を行い、絶縁部を形成すべき部分に貫通孔を形成した。ここで形成する貫通孔の径は、絶縁部のサイズに相当するものであり、本実施例では表1,表2に示した通り、0mm(貫通孔を形成したいもの),0.15mm,0.2mm,0,3mmとし、隣接する貫通孔間の距離(貫通導体間の距離)は表1に示した通りとした。 Next, the dielectric green sheet was punched by punching to form a through hole in a portion where an insulating portion is to be formed. The diameter of the through hole formed here corresponds to the size of the insulating portion, and in this embodiment, as shown in Tables 1 and 2, 0 mm (those for which through holes are to be formed), 0.15 mm, 0 The distance between adjacent through holes (distance between through conductors) was as shown in Table 1.
次に、スクリーン印刷法によってガラスセラミックペーストを貫通孔に埋め込み、部分的にガラスセラミック層が形成された誘電体グリーンシートを得た。 Next, a glass ceramic paste was embedded in the through hole by a screen printing method to obtain a dielectric green sheet partially formed with a glass ceramic layer.
ここで、ガラスセラミックペーストはガラスとしてSiO2−B2O3−BaO系ガラス粉末50質量部と、セラミックフィラーとしてAl2O3粉末50質量部とを混合し、この無機粉末100質量部に、有機バインダとしてアクリル系樹脂10質量部、フタル酸系可塑剤6質量部、溶剤としてαテルピネオールを適量加えて粘度調整したものを用いた。 Here, the glass ceramic paste is 50 parts by mass of SiO 2 —B 2 O 3 —BaO glass powder as glass and 50 parts by mass of Al 2 O 3 powder as ceramic filler. The organic binder used was 10 parts by mass of an acrylic resin, 6 parts by mass of a phthalic acid plasticizer, and the viscosity was adjusted by adding an appropriate amount of α-terpineol as a solvent.
誘電体グリーンシートに、CO2レーザ装置を用いて絶縁部の所定の位置に0.075mmの貫通孔を形成し、この貫通孔にスクリーン印刷法で貫通導体用ペーストを充填した。貫通導体用ペーストとしては、Ag粉末(平均粒径3μm)100質量部に対して、ガラス粉末10質量部を加え、さらに有機バインダとして所定量のアクリル系樹脂およびテルピネオールを加えて、攪拌脱泡機により十分に混合したものを用いた。 A through-hole of 0.075 mm was formed in the dielectric green sheet at a predetermined position of the insulating portion using a CO 2 laser device, and this through-hole was filled with a paste for a through conductor by a screen printing method. As a paste for penetrating conductor, 10 parts by mass of glass powder is added to 100 parts by mass of Ag powder (average particle size 3 μm), and a predetermined amount of acrylic resin and terpineol are added as an organic binder. Were mixed thoroughly.
次に誘電体グリーンシートに、電極層となる電極層ペーストをスクリーン印刷法で塗布し70℃で30分乾燥して電極層を形成した。ここで、電極層と貫通導体間の距離を表2に示す距離とした。電極層ペーストは、平均粒径が1.0μmのAg粉末100質量部に、アクリル樹脂12質量部と有機溶剤としてα−テルピネオール6質量部とを加え、攪拌脱泡機により十分に混合したものを用いた。 Next, an electrode layer paste to be an electrode layer was applied to the dielectric green sheet by a screen printing method and dried at 70 ° C. for 30 minutes to form an electrode layer. Here, the distance between the electrode layer and the through conductor was set to the distance shown in Table 2. The electrode layer paste was prepared by adding 12 parts by mass of an acrylic resin and 6 parts by mass of α-terpineol as an organic solvent to 100 parts by mass of Ag powder having an average particle size of 1.0 μm, and thoroughly mixing them with a stirring deaerator. Using.
次に、グリーンシートと誘電体グリーンシートを5MPaの圧力と50℃の温度で真空加熱圧着して、積層体を作製した。さらに、この積層体の上下に拘束グリーンシートを5MPaの圧力と50℃の温度で真空加熱圧着した。 Next, the green sheet and the dielectric green sheet were subjected to vacuum thermocompression bonding at a pressure of 5 MPa and a temperature of 50 ° C. to produce a laminate. Furthermore, constrained green sheets were vacuum hot-pressed at a pressure of 5 MPa and a temperature of 50 ° C. above and below the laminate.
次に、この積層体を、500℃で3時間のバインダの燃焼行程と、最高温度900℃で1時間の終結行程とからなる焼成工程で焼成し、緻密なペロブスカイト化合物からなる焼結体に部分的にガラスセラミック焼結体からなる絶縁部が形成されたコンデンサ内蔵中継基板を得た。 Next, this laminate is fired in a firing process consisting of a binder combustion process at 500 ° C. for 3 hours and a termination process of 1 hour at a maximum temperature of 900 ° C., and is partially formed into a sintered body made of a dense perovskite compound. In particular, a capacitor built-in relay substrate in which an insulating portion made of a glass ceramic sintered body was formed was obtained.
このようにして形成したコンデンサ内蔵中継基板を用い、まず絶縁部の大きさと信号のノイズの大きさとの関係を評価した。絶縁部の大きさ以外については同一の条件とし、貫通導体間の距離を0.3mmとした場合の評価結果について表1に示した。表1においては、測定周波数1GHz、測定温度25℃の条件でインピーダンス測定器を用いて浮遊容量を測定した上で、貫通導体間のノイズの影響を、貫通導体間の相互キャパシタンスをCm、接続されるデバイスの特性インピーダンスをZ0としとき、浮遊容量に起因するノイズ因子をCm×Z0に比例することを利用してシミュレーションにて評価した。ここで、基準値は貫通導体間が絶縁部内に形成されているときを1としたときの相対値として評価し、浮遊容量に起因するノイズが2倍を超えるものを×、超えないものを○として判定した。 Using the thus formed capacitor built-in relay substrate, first, the relationship between the size of the insulating portion and the size of the signal noise was evaluated. Table 1 shows the evaluation results when the conditions are the same except for the size of the insulating portion, and the distance between the through conductors is 0.3 mm. In Table 1, after measuring the stray capacitance using an impedance measuring instrument under the conditions of a measurement frequency of 1 GHz and a measurement temperature of 25 ° C., the influence of noise between through conductors, mutual capacitance between through conductors, C m , and connection When the characteristic impedance of the device to be used is Z 0 , the noise factor due to the stray capacitance is evaluated by simulation using the fact that it is proportional to C m × Z 0 . Here, the reference value is evaluated as a relative value when the interval between the through conductors is formed in the insulating portion is 1, and when the noise caused by the stray capacitance exceeds twice, x, Judged as.
表1から分かるように、絶縁部を形成した場合(Φ0.15、Φ0.2、Φ0.3)には、絶縁部を形成しない場合(Φ0)に比べてノイズの影響を受けにくく、とくに絶縁部の直径を0.2mm以上とした場合(Φ0.2)には、ノイズの影響が格段に低減されている。 As can be seen from Table 1, when the insulating part is formed (Φ0.15, Φ0.2, Φ0.3), it is less susceptible to noise than when the insulating part is not formed (Φ0). When the diameter of the portion is 0.2 mm or more (Φ0.2), the influence of noise is remarkably reduced.
次に、貫通導体と電極との間のX2と信号のノイズの浮遊容量との関係を評価した。貫通導体と電極と間の距離を0.1mm、0.2mmまたは0.3mmとし、絶縁部の大きさを0mmまたは0.2mmとした以外は同一の条件とした場合の評価結果について表2に示した。浮遊容量の測定は、先の場合と同様に、測定周波数1GHz、測定温度25℃の条件でインピーダンス測定器を用いて測定を行った。ここで、浮遊容量が1pFを超えるものを×、超えないものを○として判定した。 Next, to evaluate the relationship between the stray capacitance of the noise X 2 and signals between the through conductor and electrode. Table 2 shows the evaluation results under the same conditions except that the distance between the through conductor and the electrode is 0.1 mm, 0.2 mm or 0.3 mm and the size of the insulating portion is 0 mm or 0.2 mm. Indicated. The stray capacitance was measured using an impedance measuring instrument under the conditions of a measurement frequency of 1 GHz and a measurement temperature of 25 ° C., as in the previous case. Here, the case where the stray capacitance exceeded 1 pF was judged as x, and the case where the stray capacitance did not exceed was judged as ○.
表2から分かるように、0.2mmの絶縁部を形成した場合(Φ0.2)には、絶縁部を形成しない場合(Φ0)に比べて、浮遊容量が小さくなっており、この浮遊容量の大きさは、絶縁部を形成した場合(Φ0.2)では貫通導体と電極との間の距離の影響を殆ど受けていない。 As can be seen from Table 2, the stray capacitance is smaller when the 0.2 mm insulating portion is formed (Φ0.2) than when the insulating portion is not formed (Φ0). When the insulating portion is formed (Φ0.2), the size is hardly affected by the distance between the through conductor and the electrode.
10 積層セラミックコンデンサ
11b,11c (積層セラミックコンデンサの)誘電体層
12a,12b,12c (積層セラミックコンデンサの)電極層
14 (積層セラミックコンデンサの)信号配線
17 (積層セラミックコンデンサの)絶縁部
20 コンデンサ内蔵多層配線基板
21a,21b (コンデンサ内蔵多層配線基板の)絶縁基体
22 (コンデンサ内蔵多層配線基板の)コンデンサ部
22a〜22e (コンデンサ部の)電極層
22A〜22D (コンデンサ部の)誘電体層
26 (コンデンサ内蔵多層配線基板の)信号配線
27 (コンデンサ内蔵多層配線基板の)絶縁部
30 積層電子装置
35 (積層電子装置の)コンデンサ内蔵中継基板(コンデンサ内蔵多層配線基板)
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記積層体に形成された信号配線と、
前記信号配線を覆うように形成され、前記複数の誘電体層より小さい誘電率を有する絶縁部と、
を備えていることを特徴とする、積層セラミックコンデンサ。 A laminate in which a plurality of dielectric layers and a plurality of electrode layers are alternately laminated;
Signal wiring formed in the laminate;
An insulating portion formed to cover the signal wiring and having a dielectric constant smaller than the plurality of dielectric layers;
A multilayer ceramic capacitor comprising:
前記絶縁部は、前記信号配線の周囲を囲むように筒状に形成されていることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれかに記載の積層セラミックコンデンサ。 The signal wiring is formed as a through conductor extending in the thickness direction in the multilayer body,
The multilayer ceramic capacitor according to claim 1, wherein the insulating portion is formed in a cylindrical shape so as to surround the signal wiring.
前記誘電体層は、誘電率が1500以上であるペロブスカイト化合物を主成分としていることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれかに記載の積層セラミックコンデンサ。 The electrode layer and the signal wiring are mainly composed of Ag, Cu or Au,
5. The multilayer ceramic capacitor according to claim 1, wherein the dielectric layer contains a perovskite compound having a dielectric constant of 1500 or more as a main component.
複数の電極層および誘電体層からなるコンデンサ部と、
前記コンデンサ部に形成された信号配線と、
前記信号配線を覆うように形成され、前記誘電体層より小さい誘電率を有する絶縁部と、
を備えていることを特徴とする、コンデンサ内蔵多層配線基板。 An insulating substrate;
A capacitor portion comprising a plurality of electrode layers and dielectric layers;
Signal wiring formed in the capacitor section;
An insulating part formed to cover the signal wiring and having a dielectric constant smaller than that of the dielectric layer;
A multilayer wiring board with a built-in capacitor, comprising:
前記絶縁部は、前記信号配線の周囲を囲むように筒状に形成されていることを特徴とする、請求項7乃至9のいずれかに記載のコンデンサ内蔵多層配線基板。 The signal wiring is formed as a through conductor that extends through the insulating base and the capacitor portion in the thickness direction,
The multilayer wiring board with a built-in capacitor according to claim 7, wherein the insulating portion is formed in a cylindrical shape so as to surround the signal wiring.
前記誘電体層は、誘電率が1500以上であるペロブスカイト化合物を主成分としていることを特徴とする、請求項7乃至10のいずれかに記載のコンデンサ内蔵多層配線基板。 The electrode layer and the signal wiring are mainly composed of Ag, Cu or Au,
The multilayer wiring board with a built-in capacitor according to claim 7, wherein the dielectric layer contains a perovskite compound having a dielectric constant of 1500 or more as a main component.
前記積層セラミックコンデンサまたは前記コンデンサ内蔵多層配線基板に積層された電子部品と、
を備えていることを特徴とする積層電子装置。
A multilayer ceramic capacitor according to any one of claims 1 to 6, or a multilayer wiring board with a built-in capacitor according to any one of claims 7 to 12,
An electronic component laminated on the multilayer ceramic capacitor or the multilayer wiring board with a built-in capacitor;
A multilayer electronic device comprising:
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