DE69811459T2

DE69811459T2 - Chip Kügelchen und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69811459T2
Application number: DE69811459T
Authority: DE
Inventors: Atsuyuki Inba-gun Nakano; Takuya Katori-gun Aoki; Akinori Narita-shi Oi; Minoru Chuo-ku Takaya
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1997-11-21
Filing date: 1998-08-14
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2018-08-15
Also published as: EP0918340A1; JPH11154611A; DE69811459D1; EP0918340B1; JP4216917B2; US6028353A

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Chipkügelchen, das in elektronischen Schaltungen verwendet wird, und spezieller bezieht sie sich auf ein Chipkügelchen, das über einen breiten Bereich Rauschabsorptionseigenschaften bei einer hohen Frequenz im GHz-Band zeigt.
STAND DER TECHNIK
Da elektronische Vorrichtungen immer dünner und kleiner werden, ist es dazu gekommen, dass Schaltungsmuster auf inneren Leiterplatten so ausgelegt werden, dass höhere Dichten erreicht werden, und zu montierende elektrische Komponenten werden jetzt in einer extrem hohen Dichte montiert. Zusätzlich tritt bei höheren Frequenzen und höherer Digitalisierung, die in den letzten Jahren für Signale erreicht wurden, in zunehmendem Maße Rauschen innerhalb der elektronischen Vorrichtungen auf. Dies resultiert in fehlerhafte Operationen der elektronischen Vorrichtung selbst und in fehlerhafte Operationen einer externen elektronischen Vorrichtung, die durch Rauschen verursacht werden, das aus der Vorrichtung austritt.
In solch einer elektronischen Vorrichtung wird eine große Anzahl von Komponenten, wie beispielsweise Chipkondensatoren, Ferritperlen, EMI-Filter oder dergleichen als Gegenmaßnahmen gegen Rauschen verwendet. Unter diesen Rauschen blockierenden Komponenten werden Ferritchipkügelchen als Gegenmaßnahme gegen Rauschen in einer großen Anzahl von elektronischen Vorrichtungen verwendet, da sie kostengünstig und einfach zu verwenden sind.
Ein ideales Ferritchipkügelchen sollte in der Lage sein, die notwendigen Signale hindurchzulassen, während es keine in dem höheren Frequenzbereich vorliegenden unerwünschten Signale (die als Rauschen bezeichnet werden können) hindurchlässt, und es wird von ihm gefordert, dass es Signalabsorptionseigenschaften über einen breiten Frequenzbereich zeigt.
Da jedoch die elektromagnetischen Eigenschaften des Ferritmaterials, welches in Ferritchipkügelchen verwendet wird, normalerweise eine Abhängigkeit von der Frequenz zeigen, ist es schwierig, breitbandige Signalabsorptionseigenschaften zu erreichen. Zusätzlich sind Ferritkügelchen vom Spineltyp, die durch Sintern erhalten werden, für eine Verwendung in höheren Frequenzbereichen nicht geeignet, da sie theoretisch keinen Magnetismus im GHz-Frequenzbereich zeigen.
Als Rauschen blockierende Komponente, die in den Hochfrequenzbereichen verwendet werden kann, ist bereits ein Tiefpassfilter vom Absorptionstyp vorgeschlagen worden. Ein Beispiel solch eines Tiefpassfilters vom Absorptionstyp wird unter Verwendung von Ferrit ausgebildet und wird häufig als eine laminierte Rauschen blockierende Komponente verwendet.
Diese laminierte Rauschen blockierende Komponente, die eine Struktur hat, welche durch Einbetten eines Signalleiters in eine aus Ferrit ausgebildete magnetische Schicht realisiert wird, wird unter Anwendung von Drucktechnologie oder eines Dickfilmbogenlaminierverfahrens durch Laminieren von Ferrit enthaltender Paste und von Paste oder Metallfolie, die einen Leiter enthält, ausgebildet.
Während Silber oder eine Silberlegierung verwendet wird, um den Signalleiter auszubilden, verwendet ein gut bekanntes Beispiel dieser laminierten Rauschen blockierenden Komponente magnetische Schichten, die aus einem NiCuZn-Ferrit oder dergleichen ausgebildet sind, welches bei einer relativ niedrigen Temperatur gesintert werden kann.
Jedoch ist ein NiCuZn-Ferritmaterial, das eine dielektrische Konstante von ungefähr 10 bis 15 erreicht, nicht für die Verwendung in einem Hochfrequenzbereich geeignet ist, weil die erdfreie Kapazität zwischen den Bahnen des Signalleiters groß ist und die Eigenresonanzfrequenz deshalb nicht erhöht werden kann.
Es gibt andere magnetische Materialien, so wie die Mn-Gruppenferrite, bei denen es sich um Materialien handelt, welche eine hohe magnetische Permeabilität und Ferrite der ebenen Gruppe erreichen, die für die Verwendung in einem Hochfrequenzbereich geeignet sind. Sie müssen jedoch alle bei einer hohen Temperatur gesintert werden, was eine Steuerung der Brennatmosphäre erfordert, und sind deshalb nicht geeignet, zur selben Zeit mit dem Metall gebrannt zu werden, das verwendet wird, um den Signalleiter auszubilden.
Darüber hinaus liegt der Impedanzspitzenwert einer laminierten Rauschen blockierenden Komponente, der in Form eines Ferritchipkügelchens erreicht wird, nur bei 700 bis 800 MHz, selbst wenn ein Material mit einer geringen magnetischen Permeabilität (μ) verwendet wird, was beweist, dass sie für die Rauschabsorption im GHz-Frequenzbereich nicht geeignet ist.
Zusätzlich ist die laminierte Rauschen blockierende Komponente, während der Impedanzwert durch Erhöhen der Anzahl der Windungen des Signalleiters oder durch Verwenden eines Materials mit einer hohen magnetischen Permeabilität (μ) erhöht werden kann, immer noch nicht für das Absorbieren von Rauschen in dem Hochfrequenzbereich geeignet, da der Impedanzspitzenwert in einen niedrigeren Frequenzbereich verschoben wird.
Das US-Patent Nr. 4,297,661 offenbart einen Tiefpassfilter zur Verwendung in einem Hochfrequenzbereich, bei dem der Mikrostreifenleiter aus Ferrit ausgebildet ist. Dieser Filter wird erreicht, indem man den Vorteil des Phänomens ausnutzt, bei dem sich der Absorptionseffekt in dem Niedrigfrequenzbereich zeigt und in dem Hochfrequenzbereich verschwindet, doch er ist immer noch nicht in der Lage, unerwünschte Signalkomponenten durch Absorption zu unterdrücken, die in dem Hochfrequenzbereich von GHz oder höher vorliegen.
Während Schiffres eine koaxiale Übertragungsleitung, welche Ferrit verwendet, in IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, Seiten 55 bis 61, 1964 vorschlägt, ist das Ziel dieser koaxialen Übertragungsleitung der Gewinn von Eigenschaften im Wesentlichen im MHz-Band, und die Übertragungseigenschaften und die Reflektionseigenschaften in dem Frequenzbereich von GHz oder höher sind nicht offenbart. Es wird angenommen, dass in dem hohen Frequenzbereich von GHz oder höher bei der Übertragungsleitung Transmission auftritt.
Ein Versuch, Signalentfernung durch Absorption im hohen Frequenzbereich durch Kombinieren eines nichtmagnetischen Materials mit einem Absorptionseffekt in dem hohen Frequenzbereich und eines Ferrits zu bewirken, ist ebenfalls berichtet worden.
Der EMI-Filter, der von Schlicke in IEEE Spectrum, Seiten 59 bis 68, 1967 vorgeschlagen wurde, und der EMI-Passfilter, der in niedrigerem Frequenzbereich wirksam ist und von Sogar in Proceedings of the IEEE, Band 67, Seiten 159 bis 163, 1979 vorgeschlagen wurde, sind Beispiele dieses Versuchs. Bei jedem dieser Filter des Stands der Technik wird ein Teil des Isolators bei dem koaxialen Filter durch Laminieren von Ferrit und einer dielektrischen Substanz ausgebildet. Im US-Patent Nr. 4,146,854 ist ein Blockierelement offenbart, das einen Wellenabsorber verwendet, welcher aus einem Verbundmaterial aus Ferritperlen, Harz und Metall oder dergleichen ausgebildet ist, und in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 127701/1992 ist eine Technologie offenbart, die eine Wellenabsorbiersubstanz in einem Teil einer nichtmagnetischen Mikrostreifenleitung verwendet.
In jedem Fall jedoch wird der Wellenabsorber oder die wellenabsorbierende Substanz lediglich hilfsweise für den Zweck des Kleinhaltens der Hochfrequenzkomponenten des Signals verwendet, die nicht absorbiert werden können.
Weiterhin offenbart das US-Patent Nr. 4,301,428 einen elektrischen Draht, ein Kabel oder dergleichen, der bzw. das eine metallische Magnetismus absorbierende Mischung enthält, um als ein leitendes Element mit einem geeigneten Maß an elektrischem Widerstand zu dienen. Dieses leitende Element hat eine Verbundstruktur, die durch Abdecken eines nicht leitenden Kerns, der aus Fasern, Harz oder Glas ausgebildet ist, mit einer dünnen leitenden Metallschicht erreicht wird.
Das Bereitstellen von elektrischem Widerstand bei einer Signalleitung würde sich jedoch in Anwendungen, bei denen Mikrosignale gehandhabt werden, als problematisch erweisen, da es nicht nur die Rauschkomponente entfernen sondern auch in ein Blockieren der Signalkomponente resultieren würde. Zusätzlich offenbart diese Publikation aus dem Stand der Technik nur einen elektrischen Draht und erwähnt keine Funktionen, die als Schaltungselement erfüllt werden.
Die japanische Offenlegungsschrift Nr. 78218/1996 offenbart ein Chipkügelchen zur Unterstützung hoher Frequenzen, das ausgebildet wird, indem eine Signalanleitungselektrode innerhalb eines isolierenden Körpers bereitgestellt wird, welcher aus einem Verbundmaterial ausgebildet ist, das durch Mischen eines ferromagnetischen Metallpulvers und eines isolierenden Harzes erreicht wird, und indem eine Erdelektrode an der vorderen Oberfläche des isolierenden Körpers bereitgestellt wird.
Während dieses Chipkügelchen Hochpass- und Tiefpass-Eigenschaften erreicht, wobei die Hochfrequenzkomponente von 1 GHz oder mehr absorbiert werden kann, werden seine blockierenden Eigenschaften in dem höheren Frequenzbereich steil, da das Chipkügelchen elektromagnetisches Metallpulver verwendet. So ist es nicht zur Erhöhung des Frequenzblockierbereichs geeignet.
Die elektromagnetischen Eigenschaften von Ferritmaterialien und Ferritverbundmaterialien zeigen eine Frequenzabhängigkeit, und Resonanz tritt auf, wenn die Frequenz ansteigt. Dann wird die magnetische Permeabilität (μ) dramatisch reduziert, wenn die Frequenz ein gegebenes Niveau übersteigt. Dies beschränkt die Frequenzen, die verwendet werden können.
Um eine Effektivität über einen breiteren Frequenzbereich zu erreichen, kann ein Element, das durch Bereitstellen von Perlen mit variierenden frequenzblockierenden Eigenschaften in Reihe erreicht wird, verwendet werden.
Es gibt jedoch ein Problem mit den Leitungen vom gewundenen Typ, indem das Element groß wird. Während die Struktur, die durch Brennen von Schaltungen, die durch unterschiedliche Ferritmaterialien mit unterschiedlichen Frequenzeigenschaften, die zusammen in Reihe laminiert werden, erreicht wird, als ein Element vom laminierten Typ vorstellbar ist, können aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und des unterschiedlichen Kontraktionsverhaltens der Materialien zusätzlich Probleme wie beispielsweise Risse, Ablösung und Verwindung bei dem Element auftreten, das durch Laminieren von zwei oder mehr unterschiedlichen Ferritmaterialien und gleichzeitiges Brennen derselben ausgebildet wird.
Normalerweise treten Risse innerhalb des laminierten Chipkügelchens auf, wenn ein laminierter Körper, der durch Laminieren unterschiedlicher Materialien ausgebildet wird, in einem gebrannt wird, falls die Differenz zwischen den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der beiden Materialien 15 × 10^–7/°C erreicht oder überschreitet.
Zusätzlich ist es wegen der auf das Ferrit ausgeübten Spannung, welche in eine Verschlechterung bei den magnetischen Eigenschaften resultiert, selbst dann, wenn der Unterschied zwischen den thermischen Ausdehnungskoeffizienten kleiner als 15 × 10^–7/°C ist, schwierig, elektrische und magnetische Eigenschaften wie vorgesehen zu erreichen.
Weiterhin tritt beim gleichzeitigen Brennen unterschiedlicher Materialien, da die Zusammensetzungen der verwendeten Materialien unterschiedlich sind, eine Reaktion an der Grenzschichtfläche auf, die dazu führt, dass Kupferoxyd oder dergleichen an der Grenzschichtfläche abgelagert wird, wodurch der inhärente Widerstand des Elements stark reduziert wird.
Darüber hinaus kann beim unterschiedlichen Brennen unterschiedlicher Materialien, um ein laminiertes Chipkügelchen auszubilden, nur NiCuZn-Ferrit, das bei einer niedrigen Temperatur gesintert werden kann, als das Ferritmaterial verwendet werden. So sind die Betriebsfrequenzen beschränkt, und nur ein schmales Band kann unterstützt werden.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein Chipkügelchen bereitzustellen, das bei hohen Frequenzen gleich oder über GHz verwendet werden kann, und dass Rauschabsorptionseigenschaften über einen breiten Bereich zeigt.
Es ist ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein Chipkügelchen mit einem einfachen Aufbau bereitzustellen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Chipkügelchen bereitgestellt, wie es im Patentanspruch 1 beansprucht ist.
Bei dem Chipkügelchen gemäß der vorliegenden Erfindung können unerwünschte Hochfrequenzkomponenten in dem Hochfrequenzbereich, die in einem Frequenzsignal enthalten sind, das durch den Signalleiter hindurchtritt, durch den absorbierenden Effekt des isolierenden Körpers mit einem hohen Grad an Zuverlässigkeit absorbiert werden, da der isolierende Körper aus einem Verbundmaterial ausgebildet ist, das durch Mischen von Ferritpulver und eines isolierenden Harzes erzielt wird. Genauer gesagt ist ein Chipkügelchen erreicht, das einen Absorptionseffekt in einem Hochfrequenzbereich von 1 GHz oder höher (Hochfrequenzblockierung) zeigt und es einem Signal, das in einen niedrigeren Frequenzbereich gehört, erlaubt, hindurchzutreten (Tiefpass). So kann das Chipkügelchen gemäß der vorliegenden Erfindung als Tiefpassfilter verwendet werden.
Während die magnetische Permeabilität bei dem Verbundmaterial, das bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, reduziert wird, wenn die Frequenz größer wird, reduziert sich zur selben Zeit auch die dielektrische Konstante, was zu einer Reduktion bei der Impedanzänderung beiträgt, so dass letztlich die Reflektion reduziert wird. So kann ein Chipkügelchen erreicht werden, das in der Lage ist, einen Tiefpassfilter zu erzielen, welcher einen Hochfrequenzblockiereffekt durch Absorption in dem Hochfrequenzbereich zeigt, während die Reflektion klein gehalten wird.
Weiterhin verwendet die vorliegende Endung ungleich der in der japanischen Offenlegungsschrift 78218/196 veröffentlichten Technologie aus dem Stand der Technik, die ferromagnetisches Metallpulver verwendet, Ferritpulver, um den Frequenz blockierenden Bereich auszuweiten, indem der remanente Verlust in dem Ferritpulver zum Vorteil ausgenutzt wird. Ferritpulver, das eine polykristalline Substanz ist, entwickelt verglichen mit ferromagnetischem Metallpulver einen remanenten Verlust über einen breiteren Frequenzbereich. Gemäß der vorliegenden Erfindung, die von diesen Eigenschaften von Ferritpulver effektiv Gebrauch macht, können verglichen mit der in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 78218/19096 offenbarten Technologie des Stands der Technik, die ferromagnetisches Metallpulver verwendet, breitere Hochfrequenz blockierende Eigenschaften erreicht werden.
Da der isolierende Körper, der die Hochfrequenzkomponente absorbiert, aus einem Verbundmaterial ausgebildet ist, das durch Mischen von Ferritpulver und eines isolierenden Harzes erreicht wird, und der Signalleiter in den isolierenden Körpers eingebettet ist, ist bei der Struktur ein hohes Maß an Vereinfachung erreicht.
Bei dem Chipkügelchen der vorliegenden Erfindung hat der isolierende Körper eine Struktur, die durch Laminieren einer Mehrzahl von Verbundelementen erreicht wird, wobei mindestens eines aus der Mehrzahl der Verbundelemente elektromagnetische Eigenschaften zeigt, die unterschiedlich zu denjenigen der anderen Verbundelemente sind. Durch Übernahme dieser Struktur kann verglichen mit einem Chipkügelchen mit einem isolierenden Körper, der durch ein einziges Verbundmaterial ausgebildet ist, ein Chipkügelchen realisiert werden, das Rauschabsorptionseigenschaften über einen noch breiteren Bereich zeigt, indem die Frequenzeigenschaften des Verbundelements mit den unterschiedlichen elektromagnetischen Eigenschaften zum Vorteil ausgenutzt werden.
Weiterhin kann das Chipkügelchen gemäß der vorliegenden Erfindung, das ein Verbundmaterial verwendet, das durch Mischen von Ferritpulver und eines isolierenden Harzes erzielt wird, anders als ein gesinterter Körper durch Hitzehärtung oder Reaktionshärtung ausgebildet werden. So ist, selbst wenn eine Mehrzahl von Verbundelementen laminiert wird, um den isolierenden Körper auszubilden, das Element vollkommen frei von Problemen, die auftreten würden, wenn unterschiedliche keramische Materialien laminiert und gesintert werden, wie beispielsweise Rissbildung, Verwerfung, Ablösung oder Kupferoxyd, das an den Grenzschichtflächen abgelagert wird. So kann eine beliebige Anzahl von Verbundelementen mit unterschiedlichen elektromagnetischen Eigenschaften frei kombiniert werden, um bestimmte Eigenschaften sicherzustellen, die gefordert werden.
Die vorliegende Erfindung offenbart wünschenswerte Beispiele des Ferritpulvers und des isolierenden Harzes und wünschenswerte Zusammensetzungsverhältnisse, die diese erreichen sollten. Zusätzlich offenbart die Erfindung wünschenswerte Formen, Muster und dgl. für den Signalleiter. Darüber hinaus offenbart die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen eines Chipkügelchens.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Andere Gegenstände, strukturelle Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im weiteren Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die bevorzugte Ausführungsformen illustrieren.
1 ist eine Schnittansicht eines Chipkügelchens;
2 ist eine perspektivische Ansicht, die speziell den Signalleiter illustriert, der in dem in 1 illustrierten Chipkügelchen eingeschlossen ist;
3 ist ein elektrisches Ersatzschaltbild des Chipkügelchens, das in den 1 und 2 illustriert ist;
4 stellt einen Vergleich zwischen den elektromagnetischen Eigenschaften von Vergleichsbeispiel 1 und Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung dar;
5 stellt einen Vergleich zwischen den elektromagnetischen Eigenschaften von Carbonyleisen, das magnetisches Metallpulver ausbildet, und Ferrit dar;
6 ist eine Schnittansicht eines anderen Chipkügelchens;
7 ist eine perspektivische Ansicht, die speziell den Signalleiter illustriert, der in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist;
8 ist eine Schnittansicht des Chipkügelchens, das in 7 illustriert ist;
9 ist ein elektrisches Ersatzschaltbild des Chipkügelchens, das in den 7 und 8 illustriert ist;
10 ist eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform des Chipkügelchens gemäß der vorliegenden Erfindung;
11 illustriert einen Herstellschritt, der von dem Drucklaminierverfahren umfasst wird, das zur Herstellung des Chipkügelchens gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
12 ist eine Schnittansicht, die entlang der Linie 12-12 gemäß 11 aufgenommen ist;
13 illustriert den Herstellungsschritt, der nach dem in den 11 und 12 illustrierten Schritt implementiert wird;
14 ist eine Schnittansicht, die entlang der Linie 14-14 gemäß 13 aufgenommen ist;
15 illustriert den Herstellschritt, der nach dem Schritt implementiert wird, welcher in den 13 und 14 illustriert ist;
16 ist eine Schnittansicht, die entlang der Linie 16-16 gemäß 15 aufgenommen ist;
17 illustriert den Herstellschritt, der nach dem Schritt, der in den 15 und 16 illustriert ist, implementiert wird;
18 ist eine Schnittansicht, die entlang der Linie 18-18 gemäß 17 aufgenommen ist;
19 illustriert den Herstellschritt, der nach dem Schritt implementiert wird, der in den 17 und 18 illustriert ist;
20 illustriert den Herstellschritt, der nach dem Schritt, der in 19 illustriert ist, implementiert wird;
21 illustriert den Herstellschritt, der nach dem Schritt, der in 20 illustriert ist, implementiert wird;
22 illustriert den Herstellschritt, der nach dem Schritt, der in 21 illustriert ist, implementiert wird;
23 illustriert den Herstellschritt, der nach dem Schritt, der in 22 illustriert ist, implementiert wird;
24 illustriert den Herstellschritt, der nach dem Schritt, der in 23 illustriert ist, implementiert wird;
25 illustriert einen Schritt zum Schneiden des Produkts, das durch die Schritte erhalten wird, die in den 11 bis 24 illustriert sind;
26 illustriert den Herstellschritt, der von dem Dickfilmbogenlaminierverfahren umfasst ist, das für die Herstellung der Chipkügelchen gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt wird;
27 ist eine Schnittansicht, die entlang der Linie 27-27 gemäß 26 aufgenommen ist;
28 illustriert einen anderen Herstellschritt, der von dem Dickfilmbogenlaminierverfahren umfasst ist, das für die Herstellung des Chipkügelchens gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt wird;
29 ist eine Schnittansicht, die entlang Linie 29-29 gemäß 28 aufgenommen ist;
30 zeigt noch einen anderen Herstellschritt, der von dem Dickfilmbogenlaminierverfahren umfasst ist, das für die Herstellung des Chipkügelchens gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt wird;
31 ist eine Schnittansicht, die entlang der Linie 31-31 gemäß 30 aufgenommen ist;
32 illustriert noch einen anderen Herstellschritt, der von dem Dickfilmbogenlaminierverfahren umfasst ist, das für die Herstellung des Chipkügelchens gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt wird;
33 ist eine Schnittansicht, die entlang der Linie 33-33 gemäß 32 aufgenommen ist;
34 illustriert noch einen anderen Herstellungsschritt, der von dem Dickfilmbogenlaminierverfahren umfasst ist, das für die Herstellung des Chipkügelchens gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt wird;
35 ist eine Schnittansicht, die entlang der Linie 35-35 gemäß 34 aufgenommen ist; und
36 illustriert einen Schritt, während dessen die Dickfilmbögen, die durch die in den 26 bis 35 illustrierten Schritte erhalten wurden, laminiert und gecrimpt werden;
37 zeigt die Impedanzfrequenzeigenschaften, die von der Ausführungsform 11 erreicht werden;
38 zeigt die Impedanzfrequenzeigenschaften, die von der Ausführungsform 12 erreicht werden;
39 zeigt die Impedanzfrequenzeigenschaften, die von dem Vergleichsbeispiel 11 erreicht werden; und
40 zeigt die Impedanzfrequenzeigenschaften, die von dem Vergleichsbeispiel 12 erreicht werden.
BESTE WEISE DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 umfasst ein Chipkügelchen einen isolierenden Körper 1 und mindestens einen Signalleiter 2. Der isolierende Körper 1 wird von einem Verbundmaterial ausgebildet, das durch Mischen von Ferritpulver und eines isolierenden Harzes erzielt wird. In dem Ausführungsbeispiel ist der Signalleiter 2 in Spiralform in den isolierenden Körper 1 eingebettet.
Der isolierende Körper 1 ist mit einem Paar von Anschlusselektroden 51 und 52 für den externen Anschluss an zwei Enden versehen, die einander gegenüberliegen. so kann das Chipkügelchen als eine Chipkomponente für die Oberflächenmontage verwendet werden. Der Signalleiter 2 ist gewunden, um in Intervallen in einer Richtung senkrecht zu der Richtung voranzuschreiten, in der die Anschlussleiter 51 und 52 vorgesehen sind. Die beiden Enden des Signalleiters 2 sind jeweils an die Anschlusselektroden 51 und 52 angeschlossen.
Da der isolierende Körper aus einem Verbundmaterial ausgebildet ist, das durch Mischen von Ferritpulver und eines isolierenden Harzes erzielt wird, können unerwünschte Hochfrequenzkomponenten im Hochfrequenzbereich, die in einem Frequenzsignal, das durch den Signalleiter 2 hindurchtritt, enthalten sind, durch die absorbierenden Effekte des isolierenden Körpers 1 mit einem hohen Maß an Zuverlässigkeit absorbiert werden. Genauer gesagt wird ein Chipkügelchen erreicht, das einen Absorptionseffekt in einem Hochfrequenzbereich von 1 GHz oder höher (Hochfrequenzblockierung) zeigt und das es einem Signal, das in einen niedrigeren Frequenzbereich gehört, zu passieren erlaubt (Tiefpass). So ist das Chipkügelchen für Anwendungen als Tiefpassfilter geeignet.
Dieses Chipkügelchen, welches Ferritpulver enthält, erreicht breite hochfrequenzblockierende Eigenschaften. Als Ergebnis wird verglichen mit einem Chipkügelchen, das ferromagnetisches Metallpulver verwendet, ein Chipkügelchen mit breiteren frequenzblockierenden Eigenschaften erhalten.
Weiterhin wird ein hohes Maß an Vereinfachung bei der Struktur erreicht, da der isolierende Körper 1, der die Hochfrequenzkomponente absorbiert, aus einem Verbundmaterial ausgebildet ist, welches durch Mischen eines Ferritpulvers und eines isolierenden Harzes erhalten wird, und der Signalleiter 2 in Spiralform in den isolierenden Körper 1 eingebettet ist.
Das Chipkügelchen verwendet den remanenten Verlust des Ferritmaterials und die niedrige dielektrische Konstante, die von dem organischen isolierenden Harz erreicht wird. Der Mechanismus, durch den das Tiefpassverhalten und die Hochfrequenzblockierung bei dem Chipkügelchen erreicht werden, wird unten beschrieben.
Die Reflektionsverstärkung S11 (ω) und die Transmissionsverstärkung S21 (ω) bei einem Transmissionspfad werden bei den Gleichungen unten durch den Reflektionsgrad und den Transmissionsgrad des Elements ausgedrückt, die mit Γ bzw. Τ bezeichnet sind.
S11 (ω) = (1 – T2)Γ/(1 – Τ2Γ2)
S21 (ω) = (1 – Γ2)Τ/(1 – Τ2Γ2)
Γ = {(μeff/εeff)1/2 – Zo}/{(μeff/εeff)1/2 + Zo}
Τ = exp{–iω(εeffμeff)1/2x}
Bei diesen Gleichungen steht ε_eff für die komplexe effektive dielektrische Konstante des Materials und μ_eff für die komplexe effektive Permeabilität des Materials. Die komplexe effektive dielektrische Konstante ε_eff und die komplexe effektive magnetische Permeabilität μ_eff werden durch zusätzliche Berücksichtigung des Formfaktors neben der komplexen dielektrischen Konstante und der komplexen magnetischen Permeabilität des Materials konkret berechnet. Zo gibt die charakteristische Impedanz der Schaltung an.
Zuerst muss, um die Absorption in dem Hochfrequenzbereich zu bewirken, der Transmissionsgrad nahe null sein. Dieses Erfordernis ist erfüllt, wenn (ε_eff μ_eff) imaginäre Zahlen oder negative reale Zahlen sind. Mit anderen Worten steigt das Maß an Absorption in dem Transmissionspfad an, wenn ein Imaginäranteil bei entweder einem oder beiden von ε_eff und μ_eff vorliegt, und wenn der Wert größer wird. Dies bedeutet, dass, wenn diese Bedingungen erfüllt werden, der Verlustwinkel (tan δ) des Materials bei hohen Frequenzen ansteigt.
Zusätzlich muss, um die Reflektion über den gesamten Frequenzbereich zu reduzieren (um S11 zu reduzieren), der Reflektionsgrad Γ nahe Null sein. So muss sich (μ_eff/ε_eff)^1/2 über den gesamten Frequenzbereich an die charakteristische Impedanz Zo annähern.
Das verwendete Verbundmaterial erreicht eine deutliche Absorption beginnend bei ungefähr 1 GHz und es erreicht bei 20 GHz oder höher immer noch Absorption, die außerdem mit dielektrischer Absorption verbunden ist.
Allgemein gesagt werden der Realanteil der dielektrischen Konstante ε und der magnetischen Permeabilität μ proportional zu der Frequenz in dem Bereich reduziert, in dem die Absorption auftritt. So ändert sich, wenn Absorption bewirkt wird, die charakteristische Impedanz Zo des Chipkügelchens mit der Frequenz, und als Ergebnis wird der Reflektionsgrad Γ größer, was in eine deutliche Reflektion resultiert.
Während die magnetische Permeabilität reduziert wird, wenn die Frequenz bei dem Verbundmaterial höher wird, wird die dielektrische Konstante zur gleichen Zeit ebenfalls reduziert, was zu einer Reduktion bei der Impedanzänderung beitragen wird, so dass letztlich die Reflektion reduziert ist. So kann ein Chipkügelchen, das in der Lage ist, einen Tiefpassfilter zu erzielen, der einen Hochfrequenzblockiereffekt durch Absorption in dem Hochfrequenzbereich zeigt, während die Reflektion niedrig gehalten wird, erreicht werden.
Während keine spezifischen Anforderungen bezüglich des Typs des isolierenden Harzes gegeben sind, das mit dem Ferritpulver zu vermischen ist, ist bestätigt worden, dass wünschenswerte Eigenschaften erreicht werden, wenn ein Epoxidgruppenharz, ein Phenolgruppenharz, ein Gummigruppenharz, ein Acrylgruppenharz oder ein Teflongruppenharz verwendet wird. Eines dieser isolierenden Harze kann als solches verwendet werden, oder sie können in Kombination verwendet werden. Durch Verwenden dieser Harze kann ein Produkt bei niedriger Temperatur in dem Bereich von 100 bis 200°C anstelle von Hochtemperatur (ungefähr 900°C) hergestellt werden, wie sie im Stand der Technik erforderlich ist, so dass der isolierende Körper 1 mit Leichtigkeit hergestellt werden kann, ohne dass Beschränkungen eingehalten werden müssen, die bezüglich der Brenntemperatur und der Brennatmosphäre bestehen.
Verschiedene Typen von Materialien können verwendet werden, um das Ferritpulver auszubilden, das von dem isolierenden Körper 1 umfasst wird. Ferritmaterialien, wie beispielsweise NiCuZn, MnZn, MnMgZn und NiZn sind Beispiele für solche Materialien. Es ist wünschenswert, das isolierende Harz in einem Bereich von 5 bis 90 Gewichtsanteilen relativ zu dem Gewicht des Ferritpulvers hinzuzufügen.
Durch Variieren des Ferritpulvergehalts innerhalb dieses Bereichs können μ und ε des isolierenden Körpers 1 frei gewählt werden, um das Festlegen der Hochfrequenzrauschabsorptionseigenschaften zu erleichtern.
Wenn der Anteil an isolierendem Harz relativ zu dem Ferritpulver 90 Gewichtsteile überschreitet, kann ein ausreichender Grad an Blockierung nicht erreicht werden. Zusätzlich wird es, wenn der Gehalt an dem isolierenden Harz relativ zu dem Ferritpulver kleiner als 5 Gewichtsanteile ist, es schwierig, das Harz mit dem Ferritpulver zu durchmischen, was in eine reduzierte Festigkeit der Komponente und in eine dramatische Herabsetzung bei dem Isolationswiderstand zwischen den Elektroden resultiert.
Das Chipkügelchen, das in den 1 und 2 illustriert ist, kann durch Laminieren eines Beschichtungsmaterials oder eines Dickfilmbogens, das bzw. der durch Mischen des Ferritpulvers und des isolierenden Harzes ausgebildet wird, und einer leitenden Paste oder einer Metallfolie unter Anwendung von Drucktechnologie oder Dickfilmbogenlaminierverfahren oder dergleichen erzielt werden. Als ein Ergebnis wird eine herausragende Massenherstellbarkeit erreicht.
3 ist ein elektrisches Ersatzschaltbild des Chipkügelchens gemäß den 1 und 2. Wie in 3 illustriert ist, erreicht das in den 1 und 2 illustrierte Chipkügelchen eine Ersatzschaltung, die durch Einsetzen einer Leitungsinduktivität L, die durch den Signalleiter 2 zwischen den Anschlüssen 51 und 52 erzeugt wird, gebildet wird.
Da der magnetische Verlust des Chipkügelchens, das von der Schaltung gemäß 3 wiedergegeben wird, proportional zu der Leitungsinduktivität L ist, steigt der Verlust in dem Frequenzbereich an, in dem die Leitungsimpedanz L gleich oder größer als die Ausgangsimpedanz der (nicht gezeigten) Treiberschaltung ist, wodurch sich Eigenschaften ergeben, die äquivalent denen eines Tiefpassfilters sind. Anders als ein Tiefpassfilter, der durch ein normales Schaltungselement mit geringem Verlust gebildet wird, absorbiert es jedoch die Signalenergie innerhalb des Elements und erlaubt es der Signalenergie nicht, in dem Blockierband reflektiert zu werden. So wird durch Einbetten des Signalleiters 2 in den isolierenden Körper 1, welcher Ferritpulver mit kleiner Teilchengröße enthält, ein Chipkügelchen realisiert, das einen großen magnetischen Verlust zeigt und ungewünschte Frequenzkomponenten über ein breites Frequenzband absorbiert.
Als nächstes gibt Tabelle I die Impedanzspitzenwerte sowie die entsprechenden Frequenzen wieder, die von Vergleichsbeispielen 1 und 2 und Ausführungsformen 1 bis 6 erreicht wurden, welche durch Variieren der Zusammensetzung des isolierenden Körpers 1 erzielt wurden. In den Vergleichsbeispielen 1 und 2 ist der Signalleiter in das Ferrit eingebettet.
Tabelle I
Wie die Ergebnisse, die in Tabelle Iwiedergegeben sind, anzeigen, zeigen sich Impedanzspitzenwerte in dem Hochfrequenzbereich von 1 GHz oder höher bei den Ausführungsformen 1 bis 6, die jeweils einen isolierenden Körper verwenden, der aus einem Verbund aus NiCuZn-Ferrit und Harz besteht, während sich ein Impedanzspitzenwert bei ungefähr 700 MHz in den Vergleichsbeispielen 1 und 2 zeigt, die jeweils einen isolierenden Körper verwenden, der nur NiCuZn-Ferrit ohne Harzgehalt enthält.
4 stellt einen Vergleich der elektromagnetischen Eigenschaften des Vergleichsbeispiels 1 und der Ausführungsform 6 dar. Wie 4 illustriert, zeigt das Vergleichsbeispiel 1 Eigenschaften, bei denen sich der Impedanzspitzenwert bei einer Frequenz von ungefähr 700 MHz zeigt, während das Ausführungsbeispiel 6 Eigenschaften zeigt, bei denen ein Impedanzspitzenwert bei einer Frequenz von ungefähr 3 GHz auftritt. Diese Ergebnisse beweisen, dass das Harz-Ferrit-Verbundmaterial einen Blockierbereich höherer Frequenz als der gesinterte Ferritkörper hat.
5 stellt einen Vergleich von elektrischen Eigenschaften L2 dar, die von einem Chipkügelchen erreicht werden, das unter Verwendung von Carbonyleisen zur Ausbildung des magnetischen Metallpulvers hergestellt wurde, und von elektromagnetischen Eigenschaften, die von einem Chipkügelchen erreicht werden, das unter Verwendung eines NiCuZn-Ferrits hergestellt wurde. In 5 gibt die horizontale Achse die Frequenz und die vertikale Achse den Impedanzwert |Z| wieder. 5 zeigt an, dass das Rauschen durch Verwenden des Ferritmaterials über einen breiteren Frequenzbereich abgeschnitten werden kann als durch Verwenden des magnetischen Metallpulvers. Dies bedeutet, dass das Chipkügelchen, welches Ferritpulver verwendet, den remanenten Widerstand des Ferritpulvers vorteilhaft nutzt, um den Frequenzblockierbereich auszuweiten, ungleich der Technologie aus dem Stand der Technik, die in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 78218/1996 offenbart ist und die ferromagnetisches Metallpulver verwendet. Ferritpulver, das eine polykristalline Substanz ist, zeigt verglichen mit ferromagnetischem Metallpulver einen remanenten Verlust über einen breiteren Frequenzbereich. Die vorliegende Endung nutzt diese Eigenschaften, die Ferritpulver hat, effektiv aus.
Darüber hinaus wird verglichen mit magnetischem Metallpulver, wie beispielsweise Carbonyleisen, ein Vorteil dahingehend erreicht, dass ein weiter Bereich von magnetischen Eigenschaften ausgebildet werden kann, um bestimmten Zwecken zu dienen, da die Auswahl aus einem weiten Bereich von Ferritgruppenmaterialien und einem weiten Bereich von Ferritzusammensetzungen getroffen werden kann, um das Ferritpulver auszubilden.
Weiterhin muss, wenn ein Verbundmaterial, das durch Mischen von magnetischem Metallpulver (Carbonyleisen) und einem Harz erreicht wird, verwendet wird (japanische Offenlegungsschrift Nr. 78218/1996), die Oberfläche des Carbonyleisens einer oxidierenden Behandlung unterzogen werden, um einen Hochwiderstandsfilm auszubilden, um eine Isolationseigenschaft sicherzustellen. Im Gegensatz dazu kann, da solch eine Vorbehandlung bei der vorliegenden Erfindung, die Ferrit verwendet, nicht erforderlich ist, die Länge des Herstellungsprozesses reduziert werden.
6 ist eine Schnittansicht eines anderen Chipkügelchens. In der Figur sind den Komponenten, die identisch zu denjenigen in den 1 und 2 sind, dieselben Bezugszeichen zugeordnet, um die Notwendigkeit einer detaillierten Beschreibung derselben zu erübrigen. Bei dem Chipkügelchen in 6 ist der Signalleiter 2 in den isolierenden Körper 1 eingebettet, wobei er sich um die Richtung dreht, in der die Anschlussleiter 51 und 52 vorgesehen sind. Wie bereits erläutert wurde, ist der isolierende Körper 1 aus einem Verbundmaterial ausgebildet, das durch Mischen von Ferritpulver und eines isolierenden Harzes ausgebildet ist.
7 ist eine perspektivische Ansicht, die die Signalleiter illustriert, welche von dem Chipkügelchen gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst werden, und 8 ist eine Schnittansicht des Chipkügelchens. In den Figuren sind den Komponenten, die mit denjenigen identisch sind, welche in den 1 und 2 illustriert sind, dieselben Bezugszeichen zugeordnet. Das Chipkügelchen, das in den 7 und 8 illustriert ist, umfasst einen isolierenden Körper 1, der aus einer Mehrzahl von Verbundelementen 11 und 12, Signalleitern 21 und 22 und Anschlusselektroden 51 und 52 zum Herausführen des Signals auf die Außenseite aufgebaut ist.
Die Verbundelemente 11 und 12 sind jeweils durch Mischen von Ferritpulver und eines isolierenden Harzes und Härten der Mischung ausgebildet. Die Signalleiter 21 und 22 sind in Spiralform in die Verbundelemente 11 bzw. 12 eingebettet. Das Paar von Anschlusselektroden 21 und 22 zur Signalherausführung ist an den zwei Enden des isolierenden Körpers 1 vorgesehen, die einander gegenüberliegen. So kann dieses Chipkügelchen als eine Chipkomponente zur Oberflächenmontage verwendet werden.
Die Signalleiter 21 und 22 sind gewunden, um in der Richtung anzusteigen, die senkrecht zu den Anschlusselektroden 51 und 52 verläuft. Die Signalleiter 21 und 22 sind gewunden, um in der Richtung voranzuschreiten, die senkrecht zu den Anschlusselektroden 51 und 52 verläuft. Die Bahnen jedes der Signalleiter 21 und 22 sind an das Paar von parallelen Elektroden 51 bzw. 52 angeschlossen. Die Anzahl der Verbundelemente 11 und 12 kann frei gewählt werden. Es ist wünschenswert, dass mindestens eines aus der Mehrzahl von Verbundelementen 11 und 12 elektromagnetische Eigenschaften zeigt, die unterschiedlich zu denjenigen der anderen Verbundelemente sind. Es ist noch wünschenswerter, wenn jedes aus der Mehrzahl der Verbundelemente 11 und 12 andere elektromagnetische Eigenschaften aufweist.
Durch diese Struktur ist ein Chipkügelchen realisiert, das verglichen mit einem Chipkügelchen, welches einen isolierenden Körper 1 aufweist, der aus einem einzigen Verbundmaterial ausgebildet ist (s. 1 bis 3), Rauschabsorptionseigenschaften über einen noch breiteren Bereich aufweist, in dem die Frequenzeigenschaften der Mehrzahl von Verbundelementen 11 und 12 mit unterschiedlichen elektromagnetischen Eigenschaften zum Vorteil ausgenutzt werden.
Weiterhin kann das Chipkügelchen in dem Ausführungsbeispiel, das die Verbundelemente 11 und 12 verwendet, welche jeweils durch Mischen von Ferritpulver und eines isolierenden Harzes erhalten werden, im Gegensatz zu einem gesinterten Körper durch Hitzehärtung oder Reaktionshärtung ausgebildet werden. So ist das Chipkügelchen bei dem Ausführungsbeispiel völlig frei von Problemen, die auftreten, wenn unterschiedliche keramische Materialien laminiert und gesintert werden, wie beispielsweise Rissbildung, Verwertung, Kupferoxyd, das an den Grenzflächen abgelagert wird, und dergleichen.
Da ein Produkt mit den bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Harzen, die innerhalb dieses Temperaturbereichs gehärtet werden, bei einer Temperatur in dem Bereich von 100 bis 200°C erhalten werden kann, ist es nicht notwendig, ein Brennen bei einer hohen Temperatur (ungefähr 900 °C) durchzuführen oder die Brennatmosphäre zu kontrollieren, wie dies im Stand der Technik erforderlich ist. Entsprechend kann der isolierende Körper 1, der durch Laminieren der Mehrzahl der Verbundelemente 11 und 12 ausgebildet wird, mit Leichtigkeit hergestellt werden.
Wünschenswerte Typen von Ferritpulver und isolierendem Harz für die Verbundelemente 11 und 12 und deren wünschenswerte Inhalte sind bereits erläutert worden.
9 ist ein elektrisches Ersatzschaltbild des Chipkügelchens, das in den 7 und 8 gezeigt ist. Wie in 9 illustriert ist, erreicht das Chipkügelchen, welches in den 7 und 8 illustriert ist, eine Ersatzschaltung, die durch Einsetzen einer Leitungsinduktivität L01, welche von dem Signalleiter 21 erzeugt wird, und einer Leitungsinduktivität L02, die von dem Signalleiter 22 erzeugt wird, zwischen die Anschlüsse 51 und 52 ausgebildet wird.
10 ist eine Schnittansicht, die ein anderes Ausführungsbeispiel des Chipkügelchens gemäß der vorliegenden Erfindung illustriert. Bei dem Chipkügelchen, das in 10 illustriert ist, sind die Signalleiter 21 und 22 in den isolierenden Körper eingebettet, der von den Verbundelementen 11 und 12 ausgebildet wird, wobei sie sich um die Richtung winden, in der die Anschlussleiter 51 und 52 vorgesehen sind.
Das Chipkügelchen gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch Anwenden des Drucklaminierverfahrens oder des Dickfilmbogenlaminierverfahrens hergestellt werden. Wenn das Drucklaminierverfahren angewendet wird, werden das Aufdrucken eines Beschichtungsmaterials, das Ferritpulver und Harz enthält, und das Aufdrucken einer leitfähigen Paste wiederholt, um einen laminierten Körper herzustellen. Dann durchläuft der laminierte Körper einer Wärmebehandlung, und dann wird der laminierte Körper geschnitten. Externe Anschlusselektroden werden durch Aufbringen einer Leiterpaste auf die Endoberflächen ausgebildet, die einander gegenüberliegen und an denen die Signalleiter des Elements, die durch das Schneiden herausgeführt wurden, freiliegen, und durch Plattieren der Oberflächen.
Die 11 bis 25 illustrieren die Schritte, die von dem Drucklaminierverfahren umfasst werden. Zuerst werden das Ferritpulver und das isolierende Harz abgemessen, um sie in spezifischen Mengen bereit zu haben. Das Ferritpulver und das isolierende Harz, die so abgemessen worden sind, werden unter Verwendung einer dreiteiligen Walze, eines Kneters oder eines Mischers vermischt, um ein Ferritbeschichtungsmaterial herzustellen. Dann wird unter Verwendung des so erzielten Ferritbeschichtungsmaterials ein Dickfilmbogen durch Beschichtung oder Extrusion ausgeformt.
Als nächstes wird, wie in den 11 und 12 illustriert ist, eine Leiterpaste durch Aufdrucken auf die Oberfläche des erhaltenen Dickfilmbogens 100 aufgetragen, um ein Signalleitermuster 200 auszubilden. Die Figuren illustrieren ein Beispiel, in dem eine Anzahl von Signalleitermustern 200 auf der einen Oberfläche eines einzigen Dickfilmbogens 100 auf einmal ausgebildet wird.
Als nächstes wird, wie in den 13 und 14 illustriert ist, ein Ferritbeschichtungsmaterial, das in ähnlicher Weise hergestellt ist, durch Aufdrucken aufgetragen, um einen Bereich jedes Signalleitermusters 200 abzudecken, um Ferritbeschichtungsmaterialschichten 101 auszubilden.
Danach wird, wie in den 15 und 16 illustriert ist, ein Signalleitermuster, das einer halben Windung entspricht, durch Aufdrucken auf der Oberfläche des Dickfilmbogens 100 und über jede Ferritbeschichtungsmaterialschicht 101 ausgebildet. Ein Ende jedes Signalleitermusters 201 wird durchgängig mit einem Ende des Signalleitermusters 200 gemacht.
Als nächstes wird, wie in den 17 und 18 illustriert ist, eine andere Ferritbeschichtungsmaterialschicht 102 auf die Oberfläche des Dickfilmbogens 101 aufgetragen. Die Signalleitermuster 200 (s. 15), die an der Oberfläche des Dickfilmbogens 100 ausgebildet sind, werden so mit den Ferritbeschichtungsmaterialschichten 102 abgedeckt.
Dann wird, wie in 19 illustriert ist, ein Signalleitermuster 202, das einer halben Windung entspricht, durch Aufdrucken auf die Oberfläche jeder Ferritbeschichtungsmaterialschicht 101 und die benachbarte Ferritbeschichtungsmaterialschicht 102 ausgebildet. Ein Ende des Signalleitermusters 202 wird durchgängig mit dem Ende des entsprechenden Signalleitermusters 201 gemacht. Die oben beschriebenen Schritte werden wiederholt, wie in den 20 bis 23 illustriert ist, um einen gedruckten laminierten Körper herzustellen, der Signalleiter mit einer spezifischen Anzahl von Windungen enthält.
In dem Schritt, der in 20 illustriert ist, wird eine andere Ferritbeschichtungsmaterialschicht 103 auf die Oberfläche jeder Ferritbeschichtungsmaterialschicht 101 benachbart zu einer entsprechenden Ferritbeschichtungmaterialschicht 102 aufgedruckt. Die Signalleitermuster 201 und 202, die an der Oberfläche jeder Ferritbeschichtungsmaterialschicht 101 ausgebildet sind, werden so von der Ferritbeschichtungsmaterialschicht 103 abgedeckt.
Bei dem Prozess, der in 21 illustriert ist, wird ein Signalleitermuster 203, das einer halben Windung entspricht, durch Aufdrucken auf die Oberfläche jeder Ferritbeschichtungsmaterialschicht 102 und über die benachbarte Ferritbeschichtungsmaterialschicht 103 ausgebildet. Ein Ende des Signalleitermusters 203 wird mit einem Ende des entsprechenden Signalleitermusters 202 durchgängig gemacht.
In dem Schritt, der in 22 illustriert ist, wird eine andere Ferritbeschichtungsmaterialschicht 104 an der Oberfläche jeder Ferritbeschichtungsmaterialschicht 102 benachbart der entsprechenden Ferritbeschichtungsmaterialschicht 103 aufgedruckt. Die Signalleitermuster 202 und 203, die an der Oberfläche jeder Ferritbeschichtungsmaterialschicht 104 ausgebildet sind, werden so von der Ferritbeschichtungsmaterialschicht 104 abgedeckt.
In dem Schritt, der in 23 illustriert ist, wird ein Signalleitermuster 204, das einer halben Windung entspricht, durch Aufdrucken auf die Oberfläche jeder Ferritbeschichtungsmaterialschicht 103 und über die benachbarte Ferritbeschichtungsmaterialschicht 104 ausgebildet. Ein Ende des Signalleitermusters 204 wird durchgängig mit einem Ende des entsprechenden Signalleitermusters 203 gemacht. Die in den 20 bis 23 illustrierten Schritte werden in der erforderlichen Anzahl wiederholt.
24 illustriert die Signalleitermuster 20n in der letzten Stufe. Nachfolgend wird eine andere (nicht gezeigte) Ferritbeschichtungsmaterialschicht aufgebracht, um die Signalmuster 20n abzudecken. Um ein Chipkügelchen mit einer Mehrzahl von Verbundelementen zu erreichen (siehe 7 bis 9), werden mindestens einige der Ferritbeschichtungsmaterialschichten 201 bis 20n durch Verwendung eines unterschiedlichen Ferritbeschichtungsmaterials ausgebildet.
Der gedruckte laminierte Körper, der wie oben beschrieben erhalten wird, wird dann bei einer Temperatur im Bereich von beispielsweise 100 bis 200°C gehärtet. Dann wird er, wie in 25 illustriert ist, in Stücke spezifischer Größe entlang von Schneidlinien X-X und Y-Y zerschnitten, um Chipelementanordnungen auszubilden. Bei jeder der Chipelementanordnungen werden durch Auftragen einer Leiterpaste auf die einander gegenüberliegenden Oberflächen, an denen der Signalleiter frei liegt, und durch Plattieren der Oberfläche externe Anschlusselektroden ausgebildet.
Jetzt, beim Herstellungsverfahren, das das Dickfilmbogenlaminierungsverfahren anwendet, wird ein Dickfilmbogen, der Ferritpulver und ein isolierendes Harz enthält, erstellt. Als nächstes werden Leiter, um die Signalleiter auszubilden, auf dem Dickfilmbogen ausgeformt. Eine Mehrzahl von Dickfilmbögen, die jeweils Leiter aufweisen, die ausgeformt sind, um die Signalleiter auszubilden, werden dann laminiert. Der laminierte Körper, der von den Dickfilmbögen ausgebildet wird, wird dann gecrimpt und wärmebehandelt. Der laminierte Körper, der so erhalten wird, wird dann geschnitten. Eine Leiterpaste wird auf die einander gegenüberliegenden Endoberflächen aufgetragen, wo die Signalleiter bei den Elementen frei liegen, die von dem Schneideprozess kommen, und ihre Oberflächen werden dann plattiert, um externe Anschlusselektroden auszubilden.
Die 26 bis 36 illustrieren die Schritte, die von dem Dickfilmlaminierverfahren umfasst werden. Zuerst werden das Ferritpulver und das isolierende Harz abgemessen, um sie in den spezifischen Mengen bereitzuhaben. Das Ferritpulver und das isolierende Harz, die abgemessen worden sind, werden unter Verwendung einer dreiteiligen Walze, eines Kneters oder eines Mischers vermischt, um ein Ferritbeschichtungsmaterial auszubilden. Dann wird unter Verwendung des so erhaltenen Ferritbeschichtungsmaterials ein Dickfilmbogen durch Beschichtung oder Extrusion ausgeformt.
Als nächstes werden, wie in den 26 und 27 illustriert ist, Signalleiter auf einer Oberfläche des Dickfilmbogens 110, welcher so erhalten wurde, durch Mittel wie beispielsweise eine Leiterpastenauftragung oder einer Metallfolienanbindung ausgebildet. Die Figuren illustrieren ein Beispiel, in dem eine große Anzahl von Signalleitern 210 auf einmal an einer Oberfläche eines einzelnen Dickfilmbogens 110 ausgeformt wird.
Eine Mehrzahl von Dickfilmbögen werden in Abstimmung mit dem Muster und dergleichen der Signalleiter hergestellt, wie oben beschrieben ist. Während eine Gesamtzahl von fünf Dickfilmgestaltungen, d. h. ein Dickfilmbogen 120, der in den 28 und 29 illustriert ist, ein Dickfilmbogen 130, der in den 30 und 31 illustriert ist, ein Dickfilmbogen 140, der in den 32 und 33 illustriert ist, und ein Dickfilmbogen 150, der in den 34 und 35 illustriert ist, sowie der Dickfilmbogen 110, der in den 30 und 31 illustriert ist, bei diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, kann es mehr oder weniger als fünf Dickfilmbögen geben.
Der Dickfilmbogen 120 in den 28 und 29 ist mit Halbwindungssignalleitern 220 versehen, die jeweils ein Muster aufweisen, das durch Verwinden der Signalleiter 210 auf dem Dickfilmbogen 110 um ungefähr 90° erreicht wird.
Der Dickfilmbogen 130 in den 30 und 31 ist mit Halbwindungssignalleitern 230 versehen, die jeweils ein Muster aufweisen, das durch Verwinden der Signalleiter 220 auf dem Dickfilmbogen 120 um ungefähr 90° erreicht wird.
Der Dickfilmbogen 140 in den 32 und 33 ist mit Halbwindungssignalleitern 240 versehen, die jeweils ein Muster aufweisen, das durch Verwinden der Signalleiter 230 auf dem Dickfilmbogen 130 um ungefähr 90° erreicht wird.
Der Dickfilmbogen 150 in den 34 und 35 ist mit Halbwindungssignalleitern 250 versehen, die jeweils ein Muster aufweisen, das durch Verwinden der Signalleiter 240 auf dem Dickfilmbogen 140 um ungefähr 90° erreicht wird.
Als nächstes werden die Dickfilmbögen 110 bis 150 mit den ausgeformten Signalleitern 210 bis 250, wie in 36 illustriert ist, in der erforderlichen Anzahl von Schichten laminiert. Dann wird der laminierte Körper, der von den Dickfilmbögen ausgebildet wird, gecrimpt und durch eine Wärmebehandlung verarbeitet, bevor der laminierte Körper geschnitten wird. Externe Anschlusselektroden werden durch Auftragen einer Leitpaste auf die einander gegenüberliegenden Endoberflächen, an denen die Signalleiter bei jeder Elementanordnung frei liegen, und durch Plattieren der Oberflächen ausgebildet. Die Signalleiter 210 bis 250 an den benachbarten Dickfilmbögen 110 bis 150 werden durch Lochleiter oder dergleichen, die durch die Dickfilmbögen 110 bis 150 in der Richtung ihrer Dicke hindurchtreten, miteinander in Kommunikation gebracht.
Um ein Chipkügelchen mit einer Mehrzahl von Verbundelementen (siehe 7 bis 9) zu erreichen, wird mindestens einer der Dickfilmbögen 110 bis 150 durch Verwendung eines unterschiedlichen Ferritbeschichtungsmaterials ausgebildet.
Als nächstes werden ein spezifisches Herstellungsverfahren und die Impedanzfrequenzeigenschaften, die durch ein Chipkügelchen erreicht werden, welches nach diesem Verfahren erhalten wird, beschrieben.
Ausführungsform 11
10 Gewichtsteile eines Phenolharzes und 50 Gewichtsteile Butylcarbitol wurden zu 100 Gewichtsteilen NiCuZn-Ferritpulver mit einer magnetischen Permeabilität von 200 hinzugegeben, und eine Druckpaste A wurde unter Verwendung einer dreiteiligen Walze zubereitet. In gleicher Weise wurden 10 Gewichtsteile des Phenolharzes und 50 Gewichtsteile Butylcarbitol zu 100 Gewichtsteilen NiCuZn-Ferritpulver mit einer magnetischen Permeabilität von 5000 hinzugegeben, und eine Druckpaste B wurde durch Kneten der Mischung mit einer dreiteiligen Walze zubereitet.
Als nächstes wurden 4 Gewichtsteile Ethylcellulose und 30 Gewichtsteile Butylcarbitol zu 100 Gewichtsteilen Silberpulver hinzugegeben, und eine Leiterpaste wurde unter Verwendung einer dreiteiligen Walze zubereitet.
Das Laminieren wurde durch das Drucklaminierverfahren unter Verwendung der Druckpaste A und der Leiterpaste ausgeführt, um einen laminierten Körper mit einem Signalleiter mit 1,5 Windungen herzustellen, und als nächstes wurden 1,5 Windungen eines Signalleiters unter Verwendung der Druckpaste B und der Leiterpaste laminiert. Der so erhaltene laminierte Körper wurde in Stücke geschnitten, die jeweils Abmessungen von 2 × 1,6 mm hatten. Diese Chips durchliefen dann eine Wärmbehandlung für 10 Stunden bei 280°C, wobei eine Aushärtereaktion zwischen dem lösungsmittelentfernenden Mittel und dem Harz erreicht wurde, und ein Dreiwindungschipkügelchen wurde durch Auftragen der Leiterpaste auf die Oberflächen, an denen die Signalleiter frei lagen, und durch Härten bei 150°C hergestellt. Die Chipkügelchen haben jeweils Abmessungen von 2,0 mm in der Länge und 1,2 mm in der Breite.
Die Impedanzeigenschaften der so erhaltenen Chipkügelchen erreichen einen relativ hohen Impedanzwert im Bereich von 100 MHz bis 2 GHz, wie in 37 illustriert ist.
Ausführungsform 12
15 Gewichtsteile eines Phenolharzes und 50 Gewichtsteile Butylcarbitol wurden zu 100 Gewichtsteilen NiCuZn-Ferritpulver mit einer magnetischen Permeabilität von 50 hinzu gegeben, und eine Druckpaste C wurde unter Verwendung einer dreiteiligen Walze zubereitet.
Die Laminierung wurde durch das Drucklaminierverfahren unter Verwendung der Druckpaste A und der Leiterpaste bewirkt, um einen laminierten Körper mit Signalleitern mit 1,5 Windungen herzustellen, und dann wurden unter Verwendung der Druckpaste C und der Leiterpaste Signalleiter mit 1,5 Windungen laminiert. Dann wurde ein laminierter Körper mit 1,5 Windungen unter Verwendung der Druckpaste B und der Leiterpaste oben auf dieser Anordnung hergestellt. 4,5 Windungschip-Kügelchen wurden aus dem so erhaltenen laminierten Körper durch das Verfahren hergestellt, das bei der Ausführungsform 11 angewendet wurde. Die Chipkügelchen haben ebenfalls Abmessungen von 2,0 mm in der Länge und 1,2 mm in der Breite.
Die Impedanzeigenschaften dieser so erhaltenen Chipkügelchen haben hohe Impedanzwerte noch über 2 GHz, wie in 38 gezeigt ist.
Vergleichsbeispiel 11
Die Laminierung wurde durch das Drucklaminierverfahren unter Verwendung der Druckpaste A und der Leiterpaste implementiert, um einen laminierten Körper mit Signalleitern mit 1,5 Windungen herzustellen. Dann wurde der so erhaltene laminierte Körper durch das Verfahren zu 1,5 Windungschip-Kügelchen geformt, das bei der Ausführungsform 11 verwendet wurde. Die Chipkügelchen haben jeweils Abmessungen von 2,0 mm in der Länge und 1,2 mm in der Breite.
Die Impedanzeigenschaften der so erhaltenen Chipkügelchen erreichen einen niedrigen Impedanzwert in dem niedrigen Bereich, und der Impedanzwert ist in der Nähe von 2 GHz immer noch niedrig, wie in 39 gezeigt ist.
Vergleichsbeispiel 12
3,8 Gewichtsteile Ethylcellulose und 70 Gewichtsteile Butylcarbitol wurden zu 100 Gewichtsteilen NiCuZn-Ferritpulver mit einer magnetischen Permeabilität von 15 hinzugegeben, und eine magnetische Paste wurde durch Kneten der Mischung mit einer dreiteiligen Walze zubereitet. Ein laminierter Körper mit 1,5 Windungen wurde durch das Drucklaminierverfahren unter Verwendung der magnetischen Paste und der Leiterpaste hergestellt. Der so erhaltene laminierte Körper wurde dann in Stücke von 2 mm × 1,2 mm geschnitten, und diese wurden bei 870°C für 2 Stunden in einer Standardatmosphäre gebrannt. Dann wurden Endelektroden aufgeschichtet und bei 600°C gebrannt, um Chipkügelchen mit 1,5 Windungen herzustellen, die jeweils Abmessungen von 2,0 mm in der Länge und 1,2 mm in der Breite aufweisen.
Wie in 40 angedeutet ist, wird, während die Impedanzeigenschaften des so erhaltenen Chipkügelchens einen relativ hohen Impedanzwert in dem niedrigen Bereich erreichen, der Wert in dem hohen Frequenzbereich drastisch reduziert.
Es ist offensichtlich, dass die Ausführungsform 11, die den isolierenden Verbundkörper verwendet, welcher aus dem Verbundelement, das aus dem MnZn-Ferritpulver und dem Phenolharz besteht, und aus dem Verbundelement, das aus NiCuZm-Ferrit und einem Phenolharz besteht, gebildet ist, und die Ausführungsform 12, die durch Laminieren von drei unterschiedlichen Verbundelementen, d. h. dem Verbundelement, das aus MnZn-Ferrit und dem Phenolharz besteht, dem Verbundelement, das aus NiCuZm-Ferrit und dem Phenolharz besteht, und einem Verbundelement, das aus NiCuZn-Ferrit und einem Phenolharz besteht (wobei die Harzanteile unterschiedlich sind), ausgebildet ist, eine höhere Impedanz in einem breiteren Band zeigen, während die Impedanzfrequenzeigenschaften des Vergleichsbeispiels 11, das einen isolierenden Verbundkörper verwendet, der aus dem NiCuZn-Ferritmaterial und dem Phenolharz besteht, verwendet, steil sind.
Anders als die Technologie, die in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 78218/1996 offenbart ist und die ferromagnetisches Metallpulver verwendet, nutzt das Chipkügelchen gemäß der vorliegenden Erfindung, das Ferritpulver verwendet, den remanenten Verlust des Ferritpulvers vorteilhaft aus. Zusätzlich zeigt das Ferritpulver, das eine polykristalline Substanz ist, verglichen mit ferromagnetischem Metallpulver einen remanenten Verlust über einen breiteren Frequenzbereich. Die vorliegende Erfindung nutzt diese Eigenschaften von Ferritpulver effektiv aus.
Weiterhin ist es ein zusätzlicher Vorteil, dass verglichen mit einem magnetischen Metallpulver, wie beispielsweise Carbonyleisen, eine Auswahl aus einem größeren Bereich von Materialien und Zusammensetzungen für das Ferritmaterial getroffen werden kann, um das Ferritpulver auszubilden, wobei die elektromagnetischen Eigenschaften über einen breiteren Bereich ausgelegt werden können, um spezifische Anforderungen zu bedienen.
Weiterhin muss bei Verwendung eines Verbundmaterials (japanische Offenlegungsschrift Nr. 78218/1996), das durch Mischen von magnetischem Metallpulver (Carbonyleisen) und Harz erhalten wird, die Oberfläche des Carbonyleisens eine Oxidationsbehandlung durchlaufen, um eine Schicht mit guten isolierenden Eigenschaften auszubilden, um Isolierung sicherzustellen. Im Gegensatz dazu ist eine solche Vorbehandlung bei der vorliegenden Erfindung, die Ferrit verwendet, nicht erforderlich, wodurch eine Reduktion bei der Länge des Herstellprozesses erreicht wird.

Claims

Chipkügelchen mit einem isolierenden Körper (1) und mindestens einem Signalleiter (2), wobei der isolierende Körper (1) ein Verbundmaterial umfasst, das durch Mischen von Ferritpulver und eines isolierenden Harzes erhalten wird und eine Struktur aufweist, die durch Laminieren einer Mehrzahl von Verbundelementen erhalten wird, wobei der mindestens eine Signalleiter (2) in den isolierenden Körper (1) eingebettet ist, wobei das Chipkügelchen dadurch gekennzeichnet ist, dass mindestens eines der mehreren Verbundelemente elektromagnetische Eigenschaften zeigt, die unterschiedlich zu den elektromagnetischen Eigenschaften anderer Verbundelemente sind.
Chipkügelchen nach Anspruch 1, wobei das Ferritpulver eines oder mehrere Ferritmaterialien enthält, die aus NiCuZn-Ferrit, MnZn-Ferrit, MnNgZn-Ferrit und NiZn-Ferrit ausgewählt sind.
Chipkügelchen nach Anspruch 1, wobei das isolierende Harz ein oder mehrere Harze enthält, die aus einem Epoxidharz, einem Phenolharz, einem Acrylharz, einem Teflonharz und einem Gummiharz ausgewählt sind.
Chipkügelchen nach Anspruch 1, wobei der Gehalt an isolierendem Harz 5 bis 90 Gewichts-% relativ zu dem Gewicht des Ferritpulvers beträgt.
Chipkügelchen nach Anspruch 1, das weiterhin mit mindestens einem Paar von Anschlusselektroden versehen ist, wobei die Anschlusselektroden jeweils an einem von zwei Enden des isolierenden Körpers vorgesehen sind, die sich einander gegenüberliegen, und wobei die Anschlusselektroden jeweils an eines von zwei Enden des Signalleiters angeschlossen sind.
Chipkügelchen nach Anspruch 1, wobei der Signalleiter in Spiralform ausgebildet ist.
Chipkügelchen nach Anspruch 6, wobei der Signalleiter in einer Richtung fortschreitend gewunden ist, die sich senkrecht zu der Richtung erstreckt, in der die Anschlusselektronen vorgesehen sind.
Chipkügelchen nach Anspruch 1, wobei der Signalleiter aus einem Leiter ausgebildet ist, der durch Aushärten einer Leiterpaste erhalten wird.
Chipkügelchen nach Anspruch 1, wobei der Signalleiter aus einer Metallfolie ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Chipkügelchens, das einen isolierenden Körper, welcher ein Verbundmaterial, das durch Mischen von Ferritpulver und eines isolierenden Harzes erhalten wird, umfasst, und mindestens einen Signalhalter, der in den isolierenden Körper eingebettet ist, aufweist, mit: einem Schritt, in dem das Drucken einer Beschichtungsmaterialschicht, die Ferritpulver und ein Harz enthält, und das Drucken einer Leitpaste wiederholt werden, wobei mindestens eine der Beschichtungsmaterialschichten elektromagnetische Eigenschaften zeigt, die sich von den elektromagnetischen Eigenschaften anderer Beschichtungsmaterialschichten unterscheiden, um einen laminierten Körper herzustellen; einem Schritt, in dem der laminierte Körper einer Wärmebehandlung unterzogen wird; und einem Schritt, in dem der laminierte Körper nach der Wärmebehandlung geschnitten wird.
Verfahren zur Herstellung eines Chipkügelchens, das einen isolierenden Körper aufweist, der ein Verbundmaterial umfasst, welches durch Mischen von Ferritpulver und eines isolierenden Harzes erhalten wird, und bei dem mindestens ein Signalleiter in den isolierenden Körper eingebettet ist, mit: einem Schritt, in dem ein Dickfilmbogen, der Ferritpulver und ein Harz enthält, hergestellt wird; einem Schritt, in dem eine Leitpaste, die zur Ausbildung des Signalleiters vorgesehen ist, auf den Dickfilmbogen gedruckt wird; einem Schritt, in dem eine Mehrzahl von Dickfilmbögen mit der darauf aufgetragenen Leitpaste laminiert wird, wobei mindestens einer der Dickfilmbögen elektromagnetische Eigenschaften zeigt, die sich von den elektromagnetischen Eigenschaften anderer Dickfilmbögen unterscheiden; einem Schritt, in dem ein laminierter Körper aus den Dickfilmbögen gecrimpt und wärmebehandelt wird; und ein Schritt, in dem ein laminierter Körper, der durch Crimpen und Wärmebehandlung erreicht wird, geschnitten wird.