JPH1131869A - 容量素子付き回路基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】絶縁基板上に形成される薄膜容量素子の静電容
量値を正確な値とすることができない。 【解決手段】絶縁基板１上に薄膜回路配線２と、薄膜下
部電極層５と誘電体層６と薄膜上部電極層７とから成る
複数個の薄膜容量素子３ａ、３ｂを形成して成る容量素
子付き回路基板であって、前記絶縁基板１の少なくとも
薄膜容量素子３ａ、３ｂが形成されている表面の粗さが
中心線平均粗さ（Ｒａ）でＲａ≦０．１μｍである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は携帯電話や衛星通信
等の通信機器に搭載される容量素子付き回路基板に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、携帯電話や衛星通信等の通信機器
には電気信号の送受信回路を構成する部品の一部に容量
素子付き回路基板が使用されている。

【０００３】かかる容量素子付き回路基板は一般に上面
に所定パターンの回路配線を有する絶縁基板を準備し、
該絶縁基板上にチップ容量素子を載置するとともにその
端子を回路配線に半田等を介し電気的に接続させること
によって形成されている。

【０００４】しかしながら、近時、携帯電話や衛星通信
等の通信機器は小型、軽量化が急激に進み、従来の容量
素子付き回路基板では回路配線がＭｏーＭｎ法等の厚膜
形成技術により形成されており、各回路配線の幅及び隣
接する回路配線間の間隙が広いこと、チップ容量素子の
形状が大きく全体が大型となっていること等から使用す
ることができず、小型で軽量な容量素子付き回路基板が
要求されるようになってきた。

【０００５】そこで新たに絶縁基板上に薄膜形成技術を
採用することによって回路配線と容量素子とを被着形成
し、該容量素子を回路配線に電気的に接続することによ
って容量素子付き回路基板を形成することが提案されて
いる。

【０００６】かかる容量素子付き回路基板は回路配線及
び容量素子を薄膜形成技術により形成することから回路
配線の線幅及び隣接間隔を狭くすることができるととも
に容量素子の形状を小さくすることができ、その結果、
容量素子付き回路基板の全体形状を小型として、小型、
軽量化が急激に進む携帯電話や衛星通信等の通信機器に
使用することが可能となる。

【０００７】なお、前記容量素子付き回路基板は、その
回路配線が酸化アルミニウム質焼結体等の電気絶縁材料
から成る基板上に、スパッタリング法や蒸着法等の薄膜
形成技術を採用することによってアルミニウム、タンタ
ル、タングステン、クロム等の金属材料を所定厚みに被
着し、次にこれをフォトリソグラフィー技術により所定
パターンに加工することによって形成され、また薄膜容
量素子はまず電気絶縁材料から成る基板上にスパッタリ
ング法等の薄膜形成技術によりαータンタル（窒化タン
タル）を所定厚みに被着させて薄膜下部電極層を形成
し、次に前記薄膜下部電極層の表面の一部を陽極酸化処
理し、酸化タンタルに変換させることによって誘電体層
となし、最後に前記誘電体層の上部に蒸着法やスパッタ
リング法等の薄膜形成技術によりチタンー金やニクロム
ー金等の金属材料を所定厚みに被着させるとともにこれ
をエッチング法により所定パターンに加工することによ
って薄膜上部電極層を形成することによって製作されて
いる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の容量素子付き回路基板においては、酸化アルミニウ
ム質焼結体等の電気絶縁材料から成る基板の表面が、例
えば、酸化アルミニウムが９０〜９２％の酸化アルミニ
ウム質焼結体である場合には中心線平均粗さ（Ｒａ）が
Ｒａ＞０．３μｍとなっており、粗れていることから基
板上に薄膜形成技術を採用することによって薄膜下部電
極層を形成した場合、薄膜下部電極層の厚みに大きなバ
ラツキが発生するとともにこの薄膜下部電極層の厚みバ
ラツキに起因して薄膜下部電極層と薄膜上部電極層との
間隔が大きくバラツキ、その結果、薄膜容量素子の静電
容量値を正確に制御することができないという欠点を誘
発した。

【０００９】また同時に下部電極層と上部電極層との間
隔に大きなバラツキを発生するため容量素子の電気特性
の一つである破壊電圧が大きなバラツキを有したものと
なる欠点も誘発される。

【００１０】本発明は上記欠点に鑑み案出されたもの
で、その目的は薄膜下部電極層と薄膜上部電極層との間
隔を一定とし、薄膜容量素子の静電容量値を所望する正
確な値となすことができる容量素子付き回路基板を提供
することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁基板上に
薄膜回路配線と、薄膜下部電極層と誘電体層と薄膜上部
電極層とから成る複数個の薄膜容量素子を形成して成る
容量素子付き回路基板であって、前記絶縁基板の少なく
とも薄膜容量素子が形成されている表面の粗さが中心線
平均粗さ（Ｒａ）でＲａ≦０．１μｍであることを特徴
とするのである。

【００１２】本発明の容量素子付き回路基板よれば、少
なくとも薄膜容量素子が形成される絶縁基板表面の粗さ
を中心線平均粗さ（Ｒａ）でＲａ≦０．１μｍとし、平
滑なものとしたことから絶縁基板上に薄膜形成技術を採
用することによって薄膜下部電極層を形成した場合、薄
膜下部電極層はその厚みが全体にわたって均一なものと
なるとともにこの薄膜下部電極層上に形成される誘電体
層及び薄膜上部電極層の厚みも均一となり、その結果、
薄膜下部電極層と薄膜上部電極層との間隔を均一として
得られる薄膜容量素子の静電容量値を所望する値に極め
て正確に制御することが可能となる。

【００１３】また同時に薄膜下部電極層と薄膜上部電極
層との間隔を均一としたことから薄膜容量素子の破壊電
圧もバラツキの少ない所定の値となすことができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に本発明を添付図面に基づき詳
細に説明する。図１は本発明の容量素子付き回路基板の
一実施例を示し、１は絶縁基板、２は薄膜回路配線、３
ａ、３ｂは薄膜容量素子である。

【００１５】前記絶縁基板１は、酸化アルミニウム質焼
結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アル
ミニウム質焼結体、ガラスセラミックス焼結体等の電気
絶縁材料から成り、例えば、酸化アルミニウム質焼結体
から成る場合には、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化
マグネシウム、酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有
機溶剤、溶媒を添加混合して泥漿状となすとともにこれ
を従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法
等によりシート状に成形してセラミックグリーンシート
（セラミック生シート）を得、しかる後、前記セラミッ
クグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施し所定形状
となすとともに約１６００℃の温度で焼成することによ
って製作される。

【００１６】前記絶縁基板１は薄膜回路配線２及び薄膜
容量素子３ａ、３ｂ等を支持する支持部材として作用
し、その上面に所定パターンの薄膜回路配線２と所定静
電容量値の２つの薄膜容量素子３ａ、３ｂが被着形成さ
れている。

【００１７】前記絶縁基板１の上面に被着形成されてい
る薄膜回路配線２は薄膜容量素子３ａ、３ｂを絶縁基板
１の上面に実装される他の電子部品、例えば、半導体素
子４等に接続する、或いは薄膜容量素子３ａ、３ｂや半
導体素子４を外部の電気回路に電気的に接続する作用を
なす。

【００１８】前記薄膜回路配線２は、例えば、チタン、
クロム、ニッケル・クロム合金等から成る密着層と、ニ
ッケル、パラジウム、白金等から成るバリア層と、金、
銅等から成る主導体層の３層構造を有しており、絶縁基
板１の上面に上記各金属を順次、イオンプレーティング
法やスパッタリング法、メッキ法、蒸着法等の薄膜形成
技術により被着させ、しかる後、これらの各層をフォト
リソグラフィー技術により所定パターンに加工すること
によって絶縁基板１上に所定パターンに被着形成され
る。

【００１９】また前記薄膜回路配線２は絶縁基板１上に
薄膜形成技術を採用することによって形成されることか
ら薄膜回路配線２の線幅及び隣接間隔を極めて狭いもの
として絶縁基板１に高密度に被着形成することが可能と
なり、その結果、薄膜回路配線２が被着形成される絶縁
基板１を小型化させることができる。

【００２０】更に前記絶縁基板１の上面には２つの薄膜
容量素子３ａ、３ｂが被着形成されており、該２つの薄
膜容量素子３ａ、３ｂは、例えば、αータンタル（窒化
タンタル）から成る薄膜下部電極層５と、該薄膜下部電
極層５の上面に被着形成された酸窒化タンタル等から成
る誘電体層６と、該誘電体層６の表面に被着される薄膜
上部電極層７とから成り、薄膜下部電極層５と薄膜上部
電極層７との間に誘電体層６の比誘電率によって決定さ
れる一定の静電容量が形成されるようになっている。

【００２１】前記２つの薄膜容量素子３ａ、３ｂはその
薄膜下部電極層５が例えば、薄膜回路配線２に接続さ
れ、薄膜上部電極層７が半導体素子４の電極や他の薄膜
回路配線２にボンディングワイヤ８を介して接続され、
これによって所定の電気回路に接続されるようになって
いる。

【００２２】前記２つの薄膜容量素子３ａ、３ｂの絶縁
基板１上への被着形成は、まず絶縁基板１上に薄膜下部
電極層５を被着形成する。この薄膜下部電極層５は、例
えば、αータンタル（窒化タンタル）から成り、該αー
タンタルを絶縁基板１上にスパッタリング法やイオンプ
レーティング法の薄膜形成技術を採用することによって
所定厚み（２５０オングストローム〜１００００オング
ストローム）に被着させ、しかる後、これをフォトリソ
グラフィー技術を採用することにより所定パターンに加
工することによって絶縁基板１上に形成される。

【００２３】なお、前記αータンタルから成る薄膜下部
電極層５はその厚みが２５０オングストローム未満であ
ると薄膜下部電極層５を絶縁基板１に強固に接合させる
ことが困難となり、また１００００オングストロームを
超えると薄膜下部電極層５を絶縁基板１上に被着させる
際に薄膜下部電極層５内部に大きな応力が内在し、該内
在応力によって薄膜下部電極層５が絶縁基板１より剥離
し易くなる傾向にある。従って、前記αータンタルから
成る薄膜下部電極層５はその厚みを２５０オングストロ
ーム〜１００００オングストロームの範囲としておくこ
とが好ましい。

【００２４】次に前記薄膜下部電極層５の表面の一部を
陽極酸化処理し、一部を酸窒化タンタルに変換させる、
或いは薄膜下部電極層５の表面に酸窒化タンタル等をス
パッタリング等の薄膜形成技術を採用し、所定厚みに被
着させることによって誘電体層６を形成する。この誘電
体層６は薄膜下部電極層５と薄膜上部電極層７と間に所
定の静電容量を形成する作用を為し、薄膜下部電極層５
の表面に２０００オングストローム〜１００００オング
ストロームの厚みに被着される。

【００２５】前記誘電体層６は薄膜下部電極層５の表面
の一部を陽極酸化処理することによって形成する場合、
αータンタルから成る薄膜下部電極層５をクエン酸等の
電解液中にプラチナ板とともに浸漬させ、次に前記薄膜
下部電極層５を陽極に、プラチナ板を陰極に接続すると
ともに両者間に１５０Ｖ〜７００Ｖの電圧を印加するこ
とによって行われる。

【００２６】そして最後に、前記誘電体層６の表面に薄
膜上部電極層７を被着し、薄膜上部電極層７と前述の薄
膜下部電極層５との間に誘電体層６を位置させることに
よって所定の静電容量値を有する薄膜容量素子３ａ、３
ｂが絶縁基板１上の所定位置に被着形成されることとな
る。

【００２７】前記薄膜上部電極層７は、例えば、チタン
層と金層、ニッケル・クロム層と金層等の金属材料を２
層に積層したもので形成され、従来周知の蒸着法やスパ
ッタリング法等の薄膜形成技術及びフォトリソグラフィ
ー技術を採用することによって誘電体層６の表面に被着
される。

【００２８】なお、前記薄膜上部電極層７は、例えば、
チタン層と金層の２層で形成する場合、チタン層は薄膜
上部電極層７を誘電体層６上に強固に被着させる作用を
なし、その厚みが２５０オングストローム未満であると
薄膜上部電極層７を誘電体層６上に強固に被着させるの
が困難となり、また１００００オングストロームを超え
ると誘電体層６上に薄膜上部電極層７を被着させる際に
内部に大きな応力が発生するとともに内在し、該内在応
力によって薄膜容量素子３ａ、３ｂの絶縁特性、耐電圧
特性が劣化してしまう傾向にある。従って、前記薄膜上
部電極層７はチタン層と金層の２層で形成した場合、チ
タン層の厚みは２５０オングストローム〜１００００オ
ングストロームの範囲としておくことが好ましい。また
金層は、薄膜上部電極層７の主導体層として作用し、そ
の厚みが０．３μｍ未満であると後述する薄膜上部電極
層７と回路配線２等とをボンディングワイヤ８を介して
接続する際、薄膜上部電極層７とボンディングワイヤ８
との電気的接続の信頼性が低くなる傾向にあり、また１
０μｍを超えると金層を形成する際に内部に大きな応力
が発生するとともに内在し、該内在応力によって薄膜容
量素子３ａ、３ｂの絶縁特性、耐電圧特性が劣化してし
まう傾向にある。従って、前記薄膜上部電極層７をチタ
ン層と金層の２層で形成した場合、金層の厚みは０．３
μｍ〜１０μｍの範囲としておくことが好ましい。

【００２９】また前記薄膜容量素子３ａ、３ｂはそれを
構成する薄膜下部電極層５、誘電体層６及び薄膜上部電
極層７のいずれもが薄膜形成技術により形成されている
ことから全体の形状が小さく、小型、軽量化が急激に進
む携帯電話や衛星通信等の通信機器に搭載が可能とな
る。

【００３０】更に前記薄膜容量素子３ａ、３ｂが被着形
成されている絶縁基板１はその薄膜容量素子３ａ、３ｂ
が被着形成されている領域の表面が中心線平均粗さ（Ｒ
ａ）でＲａ≦０．１μｍの平滑なものとなっており、こ
れによって絶縁基板１上に薄膜形成技術を採用すること
によって薄膜下部電極層５を形成した場合、薄膜下部電
極層５はその厚みが全体にわたって均一なものとなると
ともにこの薄膜下部電極層５上に形成される誘電体層６
及び薄膜上部電極層７の厚みも均一となり、その結果、
薄膜下部電極層５と薄膜上部電極層７との間隔を均一と
して得られる薄膜容量素子３ａ、３ｂの静電容量値を所
望する値に極めて正確に制御することが可能となる。

【００３１】前記薄膜容量素子３ａ、３ｂが被着形成さ
れる絶縁基板１の表面を中心線平均粗さ（Ｒａ）でＲａ
≦０．１μｍの平滑なものとするには、例えば、絶縁基
板１の表面に対し、鏡面研磨等の機械的研磨処理等を施
すことによって行われる。

【００３２】また前記薄膜容量素子３ａ、３ｂが被着形
成される絶縁基板１の表面が中心線平均粗さ（Ｒａ）で
Ｒａ＞０．１μｍとなると絶縁基板１上に薄膜形成技術
を採用することによって薄膜下部電極層５を形成した場
合、薄膜下部電極層５の厚みに大きなバラツキが発生す
るとともにこの薄膜下部電極層５の厚みバラツキに起因
して薄膜下部電極層５と薄膜上部電極層７との間隔が大
きくバラツキ、その結果、薄膜容量素子３ａ、３ｂの静
電容量値を所望する値に正確に制御することができなく
なる。従って、前記薄膜容量素子３ａ、３ｂが被着形成
される絶縁基板１の表面は中心線平均粗さ（Ｒａ）でＲ
ａ≦０．１μｍの平滑なものに特定される。

【００３３】かくして上述の容量素子付き回路基板によ
れば、絶縁基板１上に設けた薄膜回路配線２に半導体素
子４やその他の抵抗器等を搭載接続するとともに薄膜容
量素子３ａ、３ｂの薄膜下部電極層５及び薄膜上部電極
層７を所定の薄膜回路配線２や半導体素子４の電極に直
接、或いはボンディングワイヤ８を介して接続すれば、
携帯電話や衛星通信等の通信機器に実装される電気回路
基板となる。

【００３４】なお、本発明は上述の実施例に限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば
種々の変更は可能であり、例えば図２に示す如く、薄膜
下部電極層５と誘電体層６と薄膜上部電極層７とで形成
される薄膜容量素子３の誘電体層６と薄膜上部電極層７
との間で、薄膜下部電極層５の上面と側面との角部に対
向する領域にふっ素樹脂やポリフェニレンエーテル樹脂
等の比誘電率が３（室温１ＭＨｚ）以下の電気絶縁性の
材料から成る絶縁物９を介在させておくと薄膜上部電極
層７と薄膜下部電極層５との間の電気的短絡が発生する
のを有効に防止することができる。また図３に示すよう
に薄膜容量素子３を薄膜下部電極層５と該薄膜下部電極
層５の表面に被着された酸窒化タンタル等から成る第１
誘電体層６ａと、該第１誘電体層６ａの上面に被着され
た第１薄膜上部電極層７ａと、前記第１誘電体層６ａの
上面から側面にかけて被着された第２誘電体層６ｂと、
該第２誘電体層６ｂ及び前記第１薄膜上部電極層７ａ表
面に被着され、一部が第１薄膜上部電極層７ａに接続さ
れている第２薄膜上部電極層７ｂとで形成すると、薄膜
下部電極層５の上面と側面との角部に被着される第１誘
電体層６ａの厚みが薄く、薄膜下部電極層５と第２薄膜
上部電極層７ｂとが電気的に短絡しようとしてもその電
気的短絡は薄膜下部電極層５と第２薄膜上部電極層７ｂ
との間に第２誘電体層６ｂが介在していることから有効
に阻止され、これによって薄膜容量素子としての機能を
十分に発揮させることができる。

【００３５】

【発明の効果】本発明の容量素子付き回路基板よれば、
少なくとも薄膜容量素子が形成される絶縁基板表面の粗
さを中心線平均粗さ（Ｒａ）でＲａ≦０．１μｍとし、
平滑なものとしたことから絶縁基板上に薄膜形成技術を
採用することによって薄膜下部電極層を形成した場合、
薄膜下部電極層はその厚みが全体にわたって均一なもの
となるとともにこの薄膜下部電極層上に形成される誘電
体層及び薄膜上部電極層の厚みも均一となり、その結
果、薄膜下部電極層と薄膜上部電極層との間隔を均一と
して得られる薄膜容量素子の静電容量値を所望する値に
極めて正確に制御することが可能となる。

【００３６】また本発明の容量素子付き回路基板よれ
ば、薄膜下部電極層と薄膜上部電極層との間隔が均一と
なることから薄膜容量素子の破壊電圧もバラツキの少な
い所定の値となすことができる。

【００３７】更に本発明の容量素子付き回路基板よれ
ば、絶縁基板上に薄膜形成技術を採用することによって
回路配線及び容量素子を形成したことから回路配線の線
幅及び隣接間隔を狭くすることができるとともに容量素
子の形状を小さくすることができ、その結果、容量素子
付き回路基板の全体形状を小型として、小型、軽量化が
急激に進む携帯電話や衛星通信等の通信機器に使用する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の容量素子付き回路基板の一実施例を示
す断面図である。

【図２】本発明の他の実施例を説明するための要部拡大
断面図である。

【図３】本発明の他の実施例を説明するための要部拡大
断面図である。

【符号の説明】

１・・・・・・・・絶縁基板 ２・・・・・・・・薄膜回路配線 ３ａ、３ｂ・・・・薄膜容量素子 ５・・・・・・・・薄膜下部電極層 ６・・・・・・・・誘電体層 ７・・・・・・・・薄膜上部電極層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁基板上に薄膜回路配線と、薄膜下部電
   極層と誘電体層と薄膜上部電極層とから成る複数個の薄
   膜容量素子を形成して成る容量素子付き回路基板であっ
   て、前記絶縁基板の少なくとも薄膜容量素子が形成され
   ている表面の粗さが中心線平均粗さ（Ｒａ）でＲａ≦
   ０．１μｍであることを特徴とする容量素子付き回路基
   板。