JP2004200439A

JP2004200439A - 基板

Info

Publication number: JP2004200439A
Application number: JP2002367676A
Authority: JP
Inventors: Hiroo Ito; 裕雄伊藤; Katsumi Sawada; 勝実澤田
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2004-07-15

Abstract

【課題】絶縁性が良く、１００程度の比透磁率を有し、更に柔軟で曲げに強く、折れや割れの発生しにくいインダクタ内蔵用の基板またはインダクタを内蔵した基板を提供すること。
【解決手段】高透磁率層１６の両面に絶縁層１２を介して金属層１１が積層されたインダクタ内蔵用基板であって、絶縁層１２は、樹脂層、または樹脂と絶縁性の高透磁率フィラーとからなるコンポジット層であり、高透磁率層１６は、積層方向に垂直な断面内で交互に位置する２種類の部分層からなり、第１の部分層１３は、樹脂層、または樹脂と絶縁性の高透磁率フィラーとのコンポジット層であり、第２の部分層１４は、樹脂と導電性の高透磁率フィラーとのコンポジット層であるインダクタ内蔵用基板とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インダクタを内蔵する基板に係り、特に、信号の高速化あるいは配線の高密度化に伴い高機能化された配線基板に用いて好適な基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気回路用のインダクタとして、チップインダクタが広く使用されている。しかしながら、チップインダクタは実装時、はんだ接合等に工数がかかり、しかも多層基板では表面実装しか行えず、高密度実装やノイズ低減に関して問題を有する。
【０００３】
すなわち、近年、電子機器の高性能化、小型化の要求が加速し、更に信号の高速化や大容量化に伴うノイズ発生の問題とも重なり、配線基板内にインダクタを内蔵することで、実装密度の向上及び配線距離の短縮によるノイズ低減が必要となっている。そのため、配線板、特に多層基板では、できる限り基板内での導体のパターンニングによるインダクタ形成が行われている。
【０００４】
ところで、基板内での導体のパターニングによるインダクタ形成の場合、インダクタのコア材が樹脂の場合は、比透磁率が１程度の小さい値しか得られない。
【０００５】
この改善のために、コア材として、樹脂中に高透磁率フィラーを混入する試みが行われている。しかしながら、高透磁率フィラーとして、絶縁性のＮｉ−Ｚｎ系フェライトやＭｎ−Ｚｎ系フェライト等を使用した場合、セラミック薄膜では２０００程度の比透磁率を持つものを使用しても、樹脂とのコンポジット膜としては、１０〜１５程度の比透磁率を得るのが限界である。
【０００６】
また、導電性の高透磁率フィラーに、例えば単体としては、鉄、コバルト、またはニッケル、合金としては、センダスト、パーマロイ等を使用した場合、樹脂コンポジット系でも１００程度の比透磁率を得ることは可能である。しかしながら、この樹脂コンポジット系では、導電性を有する高透磁率フィラーを使用した結果、コンポジット膜においても、かなりの導電性を有してしまい、回路パターンの電極からコンポジット膜内に電流が流れたり、ショートが起きたりして、インダクタとしての機能が発揮できなくなってしまう。このため、基板内のインダクタ層としては使用できない。
【０００７】
ところで、インダクタのコア材に絶縁性のＮｉ−Ｚｎ系フェライトやＭｎ−Ｚｎ系フェライト等をセラミック薄膜として使用した場合、数１０〜数１０００の比透磁率を得ることは可能である。
【０００８】
例えば、基板にフェライト層を組み込んで、インダクタを内蔵したセラミック配線基板の一例として、次の特許文献１に開示された技術がある。
【０００９】
【特許文献１】
特開平６−２１２６４号公報
【００１０】
ここで、従来技術を３種類のタイプに分けて概括する。
【００１１】
図４に、従来のインダクタ内蔵用基板の第１例を断面図で示す。４１は金属層、４２は絶縁性セラミック薄膜の高透磁率層である。この構成のインダクタ内蔵用基板は、大きなインダクタンスを得ることができるが、曲げに弱く、折れや割れが発生し易いという問題を有する。なお、上記特許文献１のセラミック配線基板は、図４に示した金属層４１に相当する層にインダクタ導体が形成された例ということができる。
【００１２】
図５に、従来のインダクタ内蔵用基板の第２例を断面図で示す。絶縁性の樹脂単独層４３の両面に金属層４１が形成されている。この構成のインダクタ内蔵用基板は、曲げに強く、折れや割れが発生しにくいが、樹脂の比透磁率が１程度しかないため、大きなインダクタンスを得ることが難しいという問題を有する。
【００１３】
図６に、従来のインダクタ内蔵用基板の第３例を断面図で示す。絶縁性の樹脂と絶縁性の高透磁率フィラーとのコンポジット層である高透磁率層４５の両面に金属層４１が形成されている。この構成のインダクタ内蔵用基板は、比較的に曲げに強く、折れや割れが発生しにくいが、コンポジット層の比透磁率がせいぜい１０〜１５程度しか出せないため、大きなインダクタンスを得ることが難しいという問題を有する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
既に説明したように、フェライト層を高透磁率のセラミック薄膜として使用した配線基板の場合、柔軟性が無いため、曲げに弱く、折れや割れが発生し易いという問題を有する。また、コアとなる層が絶縁性樹脂単独層の場合には、小さなインダクタンスしか得られない。更に、高透磁率層が絶縁性の樹脂と絶縁性の高透磁率フィラーからなるコンポジット層の場合においてもコンポジット層の比透磁率が１０〜１５程度となり、十分に大きなインダクタンスは得られない。
【００１５】
この状況にあって、本発明の課題は、樹脂系の高透磁率粉末コンポジットタイプの、インダクタ内蔵用基板またはインダクタを内蔵した基板において、絶縁性を十分に保ったまま、従来の限界であった比透磁率が１０〜１５程度に対し、１００程度の比透磁率を有する基板を提供することであり、またセラミック薄膜では不可能な柔軟性を有することにより、曲げに強く、折れや割れの発生しにくい基板を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の基板は、高透磁率層の両面に金属層が積層されたインダクタ内蔵用の基板であって、前記高透磁率層は、積層方向に垂直な断面内で交互に位置する２種類の部分層からなり、第１の部分層は、樹脂層、または樹脂と絶縁性の高透磁率フィラーとのコンポジット層であり、第２の部分層は、樹脂と導電性の高透磁率フィラーとのコンポジット層であることを特徴とする。
【００１７】
本発明の第２の基板は、高透磁率層の両面に絶縁層を介して金属層が積層されたインダクタ内蔵用の基板であって、前記絶縁層は、樹脂層、または樹脂と絶縁性の高透磁率フィラーとからなるコンポジット層であり、前記高透磁率層は、積層方向に垂直な断面内で交互に位置する２種類の部分層からなり、第１の部分層は、樹脂層、または樹脂と絶縁性の高透磁率フィラーとのコンポジット層であり、第２の部分層は、樹脂と導電性の高透磁率フィラーとのコンポジット層であることを特徴とする。
【００１８】
前記第１または第２の基板において、前記金属層は、白金、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、コバルト、チタンのうちの少なくとも１つを含む金属、または前記金属による導電性ペーストを用いて形成することができる。
【００１９】
本発明の第３の基板は、前記第１または第２の基板における前記金属層としてインダクタ用の金属パターンが設けられ、前記第１の部分層には導通ビアホールが設けられたことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を説明する。
【００２１】
本発明の実施の形態における第１のインダクタ内蔵用基板は、高透磁率層の両面に金属層が積層されたインダクタ内蔵用基板であって、前記高透磁率層は、積層方向に垂直な断面内で交互に位置する２種類の部分層からなり、第１の部分層は、樹脂層、または樹脂と絶縁性の高透磁率フィラーとのコンポジット層であり、第２の部分層は、樹脂と導電性の高透磁率フィラーとのコンポジット層とする。
【００２２】
両面の金属層部分を互いに結ぶビアホールは、樹脂層、または樹脂と絶縁性の高透磁率フィラーとのコンポジット層である絶縁性の第１の部分層に形成する。
【００２３】
また、ビアホールは、レーザーやエッチング等の確立された方法によって形成することができる。このビアホールは、めっきや導電性接着剤等の導電性物質によって各金属層同士の導通をとることに利用される。この構成により、絶縁性の第１の部分層のゆえに、第２の部分層における高透磁率フィラーが導電性の物質であるにもかかわらず、金属層同士を結ぶ導通ビアホールの周辺では絶縁性が保たれる。
【００２４】
また、本発明の実施の形態における第２のインダクタ内蔵用基板は、第１のインダクタ内蔵用基板における高透磁率層と金属層とが直接接触しないように、その間に絶縁層が設けられた構成を有し、この絶縁層は、樹脂、または樹脂と絶縁性の高透磁率フィラーのコンポジット層とする。
【００２５】
これは、第１のインダクタ内蔵用基板において、導通ビアホール周辺の絶縁が必要であるのと同様に、高透磁率層が樹脂と導電性の高透磁率フィラーとのコンポジットタイプであった場合、各金属層に挟まれている高透磁率層は、絶縁されている必要がある。絶縁層がない場合、使用条件によっては、各金属層と直に接触する高透磁率層に電流が流れてしまい、インダクタ形成時に、内蔵素子がインダクタとして働かなくなる場合があるからである。
【００２６】
これを避けるため、第２のインダクタ内蔵用基板においては、金属層と導電性の高透磁率層の間に絶縁層として、樹脂層、または樹脂に絶縁性の高透磁率フィラーを混入したコンポジット層を挿入するものである。
【００２７】
前記インダクタ内蔵用基板の各層に使用される樹脂としては、熱硬化性樹脂またはガラス転移温度（Ｔｇ）が８０℃以上の熱可塑性樹脂を使用することが好ましい。
【００２８】
熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ＢＴ（ビスマレイミド・トリアジン）、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、フェノール樹脂等が１種または２種以上組み合わせて使用される。
【００２９】
また、熱可塑性樹脂としては飽和ポリエステル樹脂、アクリル樹脂等が１種または２種以上組み合わせて使用される。更に熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂を組み合わせて使用しても構わない。各部の樹脂は、同一のものを使用することが好ましいが、製造条件等により、異なった樹脂を使用しても構わない。このとき、樹脂同士の接着性や、たわみの違いによる反りの発生等には十分注意を要する。
【００３０】
本実施の形態で使用される導電性の高透磁率粉末としては、鉄粉、センダスト粉、パーマロイ粉等が使用できる。形状は球形、鱗片状など制限はない。但し、透磁率をより高くするためには、アニール処理等を行い、歪みを除去した粉末を使用することが望ましい。
【００３１】
本実施の形態で使用される絶縁性の高透磁率体粉末としては、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト、コバルトフェライト、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｍｇ系フェライト等がある。形状は球形、鱗片状など制限はない。但し、透磁率をより高くするためには、アニール処理等を行い、歪みを除去した粉末を使用することが望ましい。
【００３２】
また、本実施の形態で使用される金属層は、白金、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、コバルト、チタン及びこれらを含む合金で形成されているか、これらの金属粉末を用いた導電性ペーストで形成される。
【００３３】
金属層は、めっき法や蒸着法で析出させても、始めから金属箔を使用して形成しても良い。導電性ペーストを使用する場合は、樹脂を含んでいても、いなくても問題はない。但し、樹脂を含まないものを使用する場合は、高温焼成用が多いため、使用する樹脂に影響が出ないような低温硬化品を選択する必要がある。
【００３４】
本実施の形態のインダクタ内蔵用基板の金属層をエッチング等によりパターン化するか、導電性ペーストをパターン状に印刷すること等によりインダクタを内蔵した基板を得ることができる。当然、金属層の外表面に更に従来の多層基板製造技術による多層配線層を形成して、多層配線基板として使用することもできる。
【００３５】
この様にして、樹脂系の高透磁率粉末コンポジットタイプの、インダクタ内蔵用基板またはインダクタを内蔵した基板において、絶縁性を十分に保ったまま、従来の限界であった比透磁率が１０〜１５程度に対し、１００程度の比透磁率を有する基板を提供するものであり、更にセラミック薄膜では不可能な柔軟性を有することにより、曲げに強く、折れや割れの発生しにくい基板を提供することができる。
【００３６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００３７】
（実施例１）図２は、実施例１のインダクタ内蔵基板のインダクタ部分を示す斜視図である。また、図３は、本実施例１のインダクタ内蔵基板のインダクタ部分を示す断面図である。２１は高透磁率層、２２は金属層のパターニング部分、２３はビアホールを導体で埋めた部分を示す。
【００３８】
金属層のエッチングや導電性接着剤の印刷等でストライプ状または格子状にパターニングして、上下の金属層間の導通格子部分を、めっきや導電性接着剤によりビアホール導通として、螺旋状パターンを作製し、インダクタとして作用させる。
【００３９】
（実施例２）図１は、実施例２のインダクタ内蔵用基板を示す断面図である。１１は金属層、１２は絶縁層、１３は第１の部分層、１４は第２の部分層、１５はビアホール形成部、１６は高透磁率層を示す。
【００４０】
図１に示すように、ビアホールは左右両側の絶縁性層である第１の部分層１３に作製し、上下の金属層１１をパターニングし、ビアホールで導通を取れば、第２の部分層１４である導電性の高透磁率体コンポジット層をコアとするインダクタが形成できる。
【００４１】
また、左右の絶縁性層（第１の部分層１３）と高透磁率体コンポジット層（第２の部分層１４）は互い違いに繰り返しパターンに配置された構成とすることができる。そうすれば、インダクタ内蔵用基板内に、必要に応じ、複数個のインダクタを、断面積や巻数を定めて必要なインダクタンスに設定して、内蔵することができる。
【００４２】
このように、インダクタのコアとなる導電性の高透磁率のコンポジット層と、インダクタの導体となる金属層及びビアホール内の導体との間には絶縁性の層を設ける構造とした。
【００４３】
次に、使用する原料、資材に関して説明する。
【００４４】
金属層：片面電解銅箔（厚さ１８μｍ）を使用した。
【００４５】
樹脂：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂使用と柔軟性のあるビスフェノールＡ型フェノキシ樹脂を重量比で１：１に混合したもの（絶縁層、コンポジット層ともに使用した）。
【００４６】
硬化剤：フェノールノボラック型硬化剤（絶縁層、コンポジット層ともに使用した）。
【００４７】
溶剤：ＭＥＫ（メチルエチルケトン）を使用した。
【００４８】
導電性高透磁率粉末：鱗片状センダスト粉末（４００＃アンダー品）を使用した。
【００４９】
なお、本実施例２では、絶縁層、並びにビアホールが設けられる絶縁性の部分層としては、樹脂を単独で使用した。
【００５０】
引き続き、インダクタ内蔵用基板の製造方法について説明する。
【００５１】
▲１▼：エポキシ樹脂と硬化剤及びフェノキシ樹脂を規定量混合し、ＭＥＫにて粘度調整後、スピンコーターにて銅箔の電解側に溶剤除去後１０μｍ厚になるように調整し、塗布する。（絶縁層塗布の工程）
【００５２】
▲２▼：１２０℃で３０分程度、加熱乾燥し、ＭＥＫを除去し、樹脂層を半硬化状態にする。
【００５３】
▲３▼：▲２▼の基板上に、導電性の高透磁率層として、センダスト粉末と樹脂を重量比で８:２の割合で混合したスラリーを幅１０ｍｍで、絶縁性の部分層として樹脂単独層を幅１ｍｍで、格子状（ストライプ状）に、いずれも５０μｍ厚で印刷し、再び▲２▼の工程を行う。
【００５４】
▲４▼：▲３▼の層上に▲１▼→▲２▼の工程を再び行い、半硬化状態の樹脂層を１０μｍ厚で形成する。
【００５５】
▲５▼：▲４▼での半硬化状態の樹脂層上に、銅箔の電解側を樹脂層と接するように配置し真空ラミネートにより積層する。
【００５６】
▲６▼：２００℃で１時間プレス加熱硬化を行い、本実施例２のインダクタ内蔵用基板を得た。
【００５７】
また、比較例１として、高透磁率層に、比透磁率２０００のＮｉ-Ｚｎフェライト薄膜のセラミック薄膜を用い、その両面に実施例２と同様の方法で金属層を設けて、インダクタ内蔵用基板を作製した。
【００５８】
更に、比較例２として、高透磁率層に、絶縁性樹脂と、絶縁性の比透磁率２０００のＮｉ-Ｚｎフェライト粉とを重量比で２：８に混合したコンポジット層を用い、その両面に実施例２と同様の方法で金属層を設けてインダクタ内蔵用基板を作製した。
【００５９】
次に、実施例２、比較例１、及び比較例２のインダクタ内蔵用基板の比透磁率と曲げ強度（柔軟性）を評価した結果を表１に示す。ビアホールは、１ｍｍ幅の絶縁性の部分層の中心に０.５ｍｍ径で作製し、導電性接着剤で上下の金属層と導通を取った。
【００６０】
【表１】

【００６１】
表１に示すように、本実施例のインダクタ内蔵用基板においては、絶縁性樹脂と絶縁性のＮｉ-Ｚｎフェライト粉からなるコンポジット層を用いた比較例２と比べて、９倍の透磁率が得られると共に、セラミック薄膜を用いた比較例１と比べて、曲げ強度特性（柔軟性）が向上した。
【００６２】
ところで、上記の実施例においては、導電性の高透磁率層と金属層の間の絶縁層、並びにビアホールが形成される絶縁性の部分層として、絶縁性の樹脂を単独で用いたが、これに換えて、樹脂に絶縁性の高透磁率体を混合してなる絶縁性のコンポジット層を用いると、更に高透磁率のインダクタ内蔵用基板が得られる。
【００６３】
また、上記の実施例においては、導電性の高透磁率層と金属層の間に樹脂による絶縁層を用いたが、インダクタ内蔵基板の使用条件によっては、省略することもできる。
【００６４】
【発明の効果】
上記のように、本発明の基板を使用することにより、従来の、高透磁率体がセラミックであるものより、耐折り曲げ性に優れ、柔軟性が高く、高透磁率体が樹脂と絶縁性の高透磁率体粉末とのコンポジット品である従来品に比べ透磁率を格段に大きくすることが可能となった。
【００６５】
また、本発明の基板を使用することにより、絶縁性の高透磁率体粉末コンポジットタイプの１０倍程度まで透磁率の調整が可能と考えられ、従来に比べインダクタンスの選択幅の広い基板の提供が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインダクタ内蔵用基板の断面図。
【図２】本発明のインダクタ内蔵基板のインダクタ部分を示す斜視図。
【図３】本発明のインダクタ内蔵基板のインダクタ部分を示す断面図。
【図４】従来の第１のインダクタ内蔵用基板の断面図。
【図５】従来の第２のインダクタ内蔵用基板の断面図。
【図６】従来の第３のインダクタ内蔵用基板の断面図。
【符号の説明】
１１金属層
１２絶縁層
１３第１の部分層
１４第２の部分層
１５ビアホール形成部
１６，２１高透磁率層
２２金属層のパターニング部分
２３ビアホールを導体で埋めた部分

Claims

高透磁率層の両面に金属層が積層されたインダクタ内蔵用の基板であって、前記高透磁率層は、積層方向に垂直な断面内で交互に位置する２種類の部分層からなり、第１の部分層は、樹脂層、または樹脂と絶縁性の高透磁率フィラーとのコンポジット層であり、第２の部分層は、樹脂と導電性の高透磁率フィラーとのコンポジット層であることを特徴とする基板。
高透磁率層の両面に絶縁層を介して金属層が積層されたインダクタ内蔵用の基板であって、前記絶縁層は、樹脂層、または樹脂と絶縁性の高透磁率フィラーとからなるコンポジット層であり、前記高透磁率層は、積層方向に垂直な断面内で交互に位置する２種類の部分層からなり、第１の部分層は、樹脂層、または樹脂と絶縁性の高透磁率フィラーとのコンポジット層であり、第２の部分層は、樹脂と導電性の高透磁率フィラーとのコンポジット層であることを特徴とする基板。
前記金属層は、白金、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、コバルト、チタンのうちの少なくとも１つを含む金属、または前記金属による導電性ペーストを用いて形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の基板。
前記金属層としてインダクタ用の金属パターンが設けられ、前記第１の部分層には導通ビアホールが設けられたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の基板。