JP2002164630A - 電子部品とそのモジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】１ＧＨｚ以上の高周波帯において使用され、プ
リプレグの積層により製造される電子部品において、導
体パターンの位置ずれを小さく抑えることができ、かつ
成形性が優れ、損失、伝送速度の面でも有利な低誘電率
の電子部品と電子モジュールを提供する。 【解決手段】プリプレグに銅箔でなる導体パターンを固
着したものを積層することにより、基体の内部または表
面にインダクタ、コンデンサ、共振器、アンテナ素子の
いずれかかたはその複合素子を構成したものを積層して
なる。記プリプレグは、樹脂中に誘電体粉末を１５〜６
５ｖｏｌ％混合してなる。基体の誘電率は２．５〜５．
０、Ｑの値は９０以上である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、１ＧＨｚ以上の高
周波帯、特に２〜６ＧＨｚの高周波帯で使用される電子
部品と電子モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】高周波通信装置等においては、使用され
る周波数帯がＧＨｚ以上となる高周波化が図られてい
る。このような高周波信号を扱う場合、使用する電子部
品に使用される誘電体の誘電率が問題となる。すなわ
ち、信号伝送速度は誘電率の平方根に反比例するため、
伝送速度を高めるには誘電率が低いことが必要である。
また、損失は誘電率の平方根に比例するため、損失を小
さくするためには誘電率を低くする必要がある。このた
め、セラミックに比較して低誘電率の樹脂にガラス繊維
を埋設あるいは埋設しないプリプレグを銅箔パターンと
共に積層して作製される樹脂製多層構造としたものがあ
る。

【０００３】すなわち、多数個分の半硬化状のシート状
のプリプレグに銅箔を貼り付けてエッチングすることに
より導体パターンを形成し、これを加熱して樹脂を本硬
化させてコア基板とし、そのコア基板の上下にプリプレ
グを重ね、銅箔を貼り付けてエッチングし、本硬化させ
るという工程を繰り返し、個々の電子部品に切断して作
製する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のような低誘電率
樹脂製基板を用いた電子部品を作製する場合、プリプレ
グは例えば５０ｃｍ四方のシート状をなすものが用いら
れるが、これを本硬化させる際に多少収縮するため、導
体パターンの位置がずれる。この位置ずれは、プリプレ
グの中心部より周辺部で大となり、この位置ずれが特性
のばらつきを引き起こす。また、積層後にスルーホール
を形成する場合には、内部のランドの位置からスルーホ
ールがずれるおそれがあるという問題点がある。また、
このずれを防止するため、スルーホールを貫通させるた
めのランドを大きくしなければならず、小型化を阻害す
るという問題点がある。

【０００５】本発明は、上記問題点に鑑み、２〜６ＧＨ
ｚの高周波帯において使用され、プリプレグの積層によ
り製造される電子部品において、導体パターンの位置ず
れを小さく抑えることができ、かつ成形性が優れ、損
失、伝送速度の面でも有利な低誘電率の電子部品と電子
モジュールを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の電子部品は、
１ＧＨｚ以上の高周波帯で使用され、プリプレグに銅箔
でなる導体パターンを固着したものを積層することによ
り、内部または表面にインダクタ、コンデンサ、共振
器、アンテナ素子のいずれかまたはその複合素子を構成
した電子部品であって、前記プリプレグは、樹脂中に誘
電体粉末を１５〜６５ｖｏｌ％混合してなり、かつプリ
プレグの積層により得られる基体の比誘電率が２．５〜
５．０であり、Ｑが９０以上であることを特徴とする。

【０００７】請求項２の電子部品は、請求項１におい
て、前記樹脂が、ポリフマレート樹脂、ポリアリレート
樹脂、フッ素樹脂、ビニルベンジル樹脂、ポリイミド樹
脂、エポキシ樹脂のいずれかであることを特徴とする電
子部品。

【０００８】請求項３の電子モジュールは、請求項１ま
たは２の電子部品を基板としてその表面に別の電子部品
を搭載して回路を構成してなることを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１（Ａ）は本発明の電子部品の
第１の実施の形態を示す透視斜視図、図１（Ｂ）はその
断面図、図１（Ｃ）はその等価回路図である。この電子
部品はバンドパスフィルタを構成するものであり、１は
誘電体粉末を混合した樹脂製の基体であり、内部に一対
のストリップライン２Ａ、２Ｂを内蔵する。また、これ
らのストリップライン２Ａ、２Ｂにまたがって対向する
容量結合用電極３を内蔵する。ストリップライン２Ａ、
２Ｂは図１（Ｃ）のインダクタＬ１、Ｌ２を構成する。
また、電極３とストリップライン２Ａ、２Ｂとの対向に
より図１（Ｃ）の結合コンデンサＣｓが構成される。

【００１０】また、各ストリップライン２Ａ、２Ｂには
それぞれ側面の入力端子電極４と出力端子電極５にそれ
ぞれ接続された整合電極６、７が対向する。これらの整
合電極６、７とストリップライン２Ａ、２Ｂとの対向に
より図１（Ｃ）の整合容量Ｃｉ１、Ｃｉ２を形成され
る。

【００１１】また、該基体１内の上下にはストリップラ
イン２Ａ、２Ｂ、整合電極６、７、容量結合用電極３を
挟むようにグランド電極８Ａ、８Ｂが内蔵される。これ
らのグランド電極８Ａ、８Ｂの両端部は、基体の両端面
のグランド端子電極９Ａ、９Ｂに接続される。前記スト
リップライン２Ａ、２Ｂの一端は一方のグランド端子電
極９Ａに接続される。このように、ストリップライン２
Ａ、２Ｂとグランド端子電極９Ａ、９Ｂとの対向により
ストリップライン２Ａ、２Ｂとの間で共振器を構成する
装荷容量Ｃｒ１、Ｃｒ２が形成される。

【００１２】この電子部品は、図１（Ｃ）に示すように
製造される。すなわち、誘電体粉末を混合した樹脂でな
るプリプレグ１０に銅箔を貼り付けてエッチングするこ
とにより片面にストリップライン２Ａ、２Ｂとなるパタ
ーンを形成した後、加熱によって本硬化させてコア基板
を作製する。そしてこの両側にセラミック等の誘電体粉
末を混合したプリプレグ１１、１２を重ね、プリプレグ
１１に銅箔を貼り付けてエッチングすることにより、前
記結合容量Ｃｓとなる電極３を形成し、その後本硬化さ
せる。このような工程を繰り返した後、個々のチップに
切断後、側面の端子電極４、５および端面のグランド端
子電極９Ａ、９Ｂをメッキなどにより形成する。

【００１３】前記プリプレグ１０〜１２を構成する樹脂
としては、表１に示すように、誘電率が２から４程度の
ポリフマレート樹脂、ポリアリレート樹脂、フッ素樹
脂、ビニルベンジル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹
脂樹脂等が好ましい。これらは耐熱性の面でも好ましい
材質である。

【００１４】

【表１】

【００１５】また、誘電体粉末としては、樹脂との混合
によっても誘電率が５を超えないようにすることが、前
記伝送速度を低下させず、損失を大きくしない意味にお
いて好ましい。表２は樹脂としてビニルベンジル樹脂と
ポリイミド樹脂を用いた場合に、誘電体として、Ｍｇ_２
ＳｉＯ_４（誘電率ε＝７、Ｑ＝２００００）、ＭｇＴｉ
Ｏ_３（ε＝１７、Ｑ＝２２０００）、ＺｎＴｉＯ_３（ε
＝２６、Ｑ＝８００）、Ｎｄ_２Ｔｉ_２Ｏ_７（ε＝３７、
Ｑ＝３５０００）を混合した場合の誘電率を示すもので
ある。但し誘電率εおよびＱは２ＧＨｚにおける値であ
る。

【００１６】表２に示すように、ビニルベンジル樹脂、
ポリイミド樹脂の両者において、各誘電体粉末につい
て、粉末の含有率が所定値以下であれば、粉末混合の樹
脂の誘電率（ε）を５以下に抑えることができる。

【００１７】なお、誘電率を５以下にすることが好まし
い理由は次の通りである。ＧＨｚの周波数帯では、大き
な容量は必要ではなくなり、１ＧＨｚでの一般的な必要
容量は１０ｐＦ程度であり、誘電率が５の材料を使用す
れば、十分小型の電子部品を構成できる。すなわち、一
般的なコンデンサ電極の対向面積Ｓを４ｍｍ^２、層間距
離（プリプレグの厚み）ｄ＝５０μｍ、層数ｎを３、真
空の誘電率をε_０（＝８．８５４×１０^−１２Ｆ／
ｍ）、基体の比誘電率ε_ｒ＝５とすると、Ｃ＝Ｓ×ｎ×
ε_０×ε_ｒ／ｄ≒１０．６ｐＦとなり、所望の電気容量
が得られる。また、前記対向面積、層数、誘電率を変え
ることにより、電気容量を変更することができる。ま
た、２ＧＨｚ、４ＧＨｚにおける一般的な容量はそれぞ
れ５ｐＦ、２．５ｐＦであり、前記誘電率とすることで
対応できる。なお、所望の比誘電率ε_ｒは２．５以上で
ある。その理由は、ストリップラインを構成する場合、
一般的な特性インピーダンスは５０Ωであり、それを小
型で構成する場合、ある程度の誘電率は必要である。ε
_ｒ＝２．５のとき、ライン幅が１００μｍ、基板厚みが
１００μｍで特性インピーダンス約５０Ωとなる。ε_ｒ
＝２．５以下ではさらに基板厚みを薄くするか、パター
ン幅を広げる必要があるが、薄くすると伝送損失が大き
くなってしまうし、幅を広げると部品が大きくなってし
まう。また、現時点でプリプレグの最小厚みは５０μｍ
であり、それ以下にするのは難しい。

【００１８】

【表２】

【００１９】樹脂に混合する誘電体としては、前記以外
に、Ａｌ_２Ｏ_３（ε＝９．８、Ｑ＝４００００）、Ｚｎ
_２ＴｉＯ_４（ε＝１５、Ｑ＝７００）、ＴｉＯ_２（ε＝
１０４、Ｑ＝１５０００）、ＣａＴｉＯ_３（ε＝１７
０、Ｑ＝１８００）、ＳｒＴｉＯ_３（ε＝２５５、Ｑ＝
７００）、ＳｒＺｒＯ_３、（ε＝３０、Ｑ＝１２０
０）、ＢａＴｉ_２Ｏ_５（ε＝４２、Ｑ＝５７００）、Ｂ
ａＴｉ_４Ｏ_９（ε＝３８、Ｑ＝９０００）、Ｂａ_２Ｔｉ
_９Ｏ_２０（ε＝３９、Ｑ＝９０００）、Ｂａ_２（Ｔｉ，
Ｓｎ）_９Ｏ_２０（ε＝３７、Ｑ＝５０００）、ＺｒＴｉ
Ｏ_４（ε＝３９、Ｑ＝７０００）、（Ｚｒ，Ｓｎ）Ｔｉ
Ｏ_４（ε＝３８、Ｑ＝７０００）、ＢａＮｄ_２Ｔｉ_５Ｏ
_１４（ε＝８３、Ｑ＝２１００）、ＢａＳｍ_２ＴｉＯ
_１４（ε＝７４、Ｑ＝２４００）、Ｂｉ_２Ｏ_３−ＢａＯ
−Ｎｄ_２Ｏ_３−ＴｉＯ_２系（ε＝８８、Ｑ＝２００
０）、ＰｂＯ−ＢａＯ−Ｎｄ_２Ｏ_３−ＴｉＯ_２系（ε＝
９０、Ｑ＝５２００）、（Ｂｉ_２Ｏ_３，ＰｂＯ）−Ｂａ
Ｏ−Ｎｄ_２Ｏ_３−ＴｉＯ_２系（ε＝１０５、Ｑ＝２５０
０）、Ｌａ_２Ｔｉ_２Ｏ_７（ε＝４４、Ｑ＝４０００）、
（Ｌｉ，Ｓｍ）ＴｉＯ_３（ε＝８１、Ｑ＝２０５０）、
Ｂａ（Ｍｇ_１／３Ｔａ_２／３）Ｏ _３（ε＝２５、Ｑ＝３
５０００）、Ｂａ（Ｚｎ_１／３Ｔａ_２／３）Ｏ_３（ε＝
３０、Ｑ＝１４０００）、Ｂａ（Ｚｎ_１／３Ｎ
ｂ_２／３）Ｏ_３（ε＝４１、Ｑ＝９２００）、Ｓｒ（Ｚ
ｎ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３（ε＝４０、Ｑ＝４０００）
等を用いることができる。これらの誘電率ε、Ｑの値は
２ＧＨｚにおける値である。なお、Ｑ値の最高値はアル
ミナの場合の４００００である。

【００２０】前記のようなプリプレグの積層、エッチン
グ、本硬化の工程により電子部品を作製する場合、半硬
化のプリプレグの状態から本硬化により樹脂は一般的に
０．０４％程度の縮率を有する。このような縮率を有す
るため、前記のようなパターンのずれを生じる。このよ
うなずれを２５０ｍｍ□の基板で７５μｍ以下に抑制す
るには縮率が０．０３％以下とすることが望まれる。こ
のような縮率を確保するため、本発明においては、セラ
ミック等の誘電体粉末の含有率を調整する。

【００２１】図２はプリプレグの誘電体含有率と縮率と
の関係を示す相関図である。この縮率の測定において
は、樹脂としてエポキシ樹脂を使用し、誘電体粉末とし
て平均粒径が１μｍのチタン酸バリウム系セラミック材
料を用い、誘電体粉末の含有率を種々に変えてプリプレ
グ作製の際の半硬化を１００℃の熱気雰囲気で行ない、
本硬化を１８０℃で行った。

【００２２】図２から分かるように、誘電体粉末の含有
率を大きくするほど縮率の値は向上する。この縮率を
０．０３％以下とするには、誘電体粉末の含有率を１５
ｖｏｌ％以上とすることが好ましい。しかし、誘電体粉
末の含有率が６５ｖｏｌ％を超えるとプリプレグのシー
ト状の成形性が悪くなるため、誘電体粉末の含有率は１
５〜６５ｖｏｌ％とすることが好ましい。但し、基体１
の誘電率を５以下に抑えるには、混合する誘電体の材質
によっても、誘電体粉末の含有率を前記上限の含有率よ
り低く抑える必要がある。

【００２３】本発明の電子部品は前記構成のもの以外に
種々の形態において実現することができる。図３（Ａ）
は本発明の第２の実施の形態であり、図１（Ｃ）の等価
回路図で示されるバンドパスフィルタを構成するもので
ある。１３は前記誘電体粉末混合の樹脂でなる基体であ
り、該基体１３として前記縮率となるように誘電体粉末
を混合した樹脂が用いられる。基体１３の底面には側面
の端子電極１４、１５を除いた部分にグランド電極１６
が形成され、上面にストリップライン１７Ａ、１７Ｂが
形成される。各ストリップライン１７Ａ、１７Ｂの一端
側はスルーホール１８、１９によりグランド電極１６に
接続される。ストリップライン１７Ａ、１７Ｂの他端
側、すなわちホット端子側には互いに隣接する突出部に
より前記結合容量Ｃｓが形成される。また、前記端子電
極１４、１５との間に整合容量Ｃｉ２、Ｃｉ２が形成さ
れる。ストリップライン１７Ａ、１７Ｂとグランド電極
１６との間に前記装荷容量Ｃｒ１、Ｃｒ２が形成され
る。

【００２４】このようなバンドパスフィルタにおいて、
基体１３を前述のような誘電体粉末含有率の樹脂とする
ことにより、低誘電率で縮率の小さな基体１３を実現す
ることができ、スルーホール１８、１９のストリップラ
イン１７Ａ、１７Ｂとのずれを小さくすることができ、
小型化が容易となり、かつ特性のばらつきを小さくする
ことができる。

【００２５】図３（Ｂ）は本発明の第３の実施の形態を
示す透視斜視図、図３（Ｃ）はその等価回路図である。
この実施の形態は、図３（Ｃ）に示すように、２つのイ
ンダクタＬ１、Ｌ２とコンデンサＣとからなる２組のロ
ーパスフィルタ２１、２２を構成したものである。本実
施の形態においても、基体２３として前記縮率となるよ
うに誘電体粉末を混合した樹脂が用いられ、かつ比誘電
率は５以下である。基体２３の内部には３層にグランド
電極２４、２５、２６を形成する。上層のグランド電極
２４と中間層のグランド電極２５との間には前記コンデ
ンサＣを形成するコンデンサ電極２７を形成し、その両
端に前記インダクタＬ１、Ｌ２を形成するジグザグに曲
成された導体２８、２９を形成する。中間層のグランド
電極２５と下層のグランド電極２６との間にも前記コン
デンサ電極２７とインダクタ形成用導体２８、２９を形
成している。

【００２６】図４（Ａ）は本発明の第４の実施の形態で
あり、パッチアンテナを示す。該パッチアンテナは基体
３０として前記縮率となるように誘電体粉末を混合した
樹脂が用いられる。該パッチアンテナは、基体３０の裏
面にグランド電極３１を形成し、表面にアンテナ素子３
２を形成する。基体３０の側面には給電端子３３を形成
し、該給電端子３３につながる導体３４をアンテナ素子
３２の縁に対向させることにより、容量部３５を形成し
ている。

【００２７】図４（Ｂ）は本発明の第４の実施の形態で
あり、１個のチップに４個のアンテナ素子３２を形成
し、各アンテナ素子３２に基体３６の底面の端子３７に
スルーホール３８により接続し、その端子３８を避けた
底面の位置にグランド電極３９を形成したものである。
該パッチアンテナも基体３６として前記縮率となるよう
に誘電体粉末を混合した樹脂が用いられる。図４
（Ａ）、（Ｂ）の実施の形態の形態においても、縮率の
向上により、パターンのずれを小さくし、小型化も容易
となる。また、ＧＨｚ帯において、比誘電率を５以下に
抑えると共に、Ｑの値を９０以上とすることにより、伝
送速度が高く、損失の少ないパッチアンテナが提供でき
る。また、誘電体を混合することによって樹脂単独でプ
リプレグを使用する場合に比較し、誘電率を向上させ、
これによって小型化に寄与することができる。

【００２８】図４（Ｃ）は本発明の第５の実施の形態で
あり、電子モジュールとして電圧制御発振器を構成した
ものである。本実施の形態においても、基体４０として
前記縮率となるように誘電体粉末を混合した樹脂が用い
られる。基体４０の内部には対をなすストリップライン
４１Ａ、４１Ｂを形成し、両者を上下より挟むようにグ
ランド電極４２、４３を形成して共振器を構成する。共
振器の上部には電極４４、４５によりコンデンサを構成
する。基体４０の上面には導体パターンが形成され、電
子部品４６が搭載される。基体４０には電子部品４６を
覆うカバー４７が設けられる。

【００２９】このような基体上に電子部品４７を搭載し
た電子モジュールにおいても、基体４０の縮率の向上に
より、パターンのずれを小さくし、小型化も容易とな
る。また、ＧＨｚ帯において、伝送速度が高く、損失の
少ないパッチアンテナが提供できる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、１ＧＨｚ以上の高周波
帯において使用され、プリプレグの積層により製造され
る電子部品において、導体パターンの位置ずれを小さく
抑えることができ、かつ成形性が優れ、損失、伝送速度
の面でも有利な低誘電率の電子部品と電子モジュールを
提供する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明の第１の実施の形態を示す電子
部品の透視斜視図、（Ｂ）はその断面図、（Ｃ）はその
等価回路図、（Ｄ）はその製造工程の説明図である。

【図２】誘電体粉末の含有率と縮率との相関図である。

【図３】（Ａ）は本発明の第２の実施の形態を示す斜視
図、（Ｂ）は本発明の第３の実施の形態の透視斜視図、
（Ｃ）は（Ｂ）の等価回路図である。

【図４】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の第３、第４
の実施の形態を示す斜視図、（Ｃ）は本発明の第５の実
施の形態を示す断面図である。

【符号の説明】

１：基体、２Ａ、２Ｂ：ストリップライン、３：結合用
電極、４：入力端子電極、５：出力端子電極、６、７：
整合電極、８Ａ、８Ｂ：グランド電極、９Ａ、９Ｂ：グ
ランド端子電極、１０〜１２：プリプレグ、１３：基
体、１４、１５：端子電極、１６：グランド電極、２
１、２２：ローパスフィルタ、２３：基体、２４〜２
６：グランド電極、２７：コンデンサ電極、２８、２
９：インダクタ形成用導体、３０：基体、３１：グラン
ド電極、３２：アンテナ素子、３３：給電端子、３５：
容量部、３６：基体、３７：端子、３８：スルーホー
ル、３９：グランド電極、４０：基体、４１Ａ、４１
Ｂ：ストリップライン、４２、４３：グランド電極、４
４、４５：コンデンサ電極、４６：電子部品、４７：カ
バー、Ｃｉ１、Ｃｉ２：整合容量、Ｃｓ：結合容量、Ｃ
ｒ１、Ｃｒ２：装荷容量、Ｌ１、Ｌ２：インダクタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｑ 13/08 Ｈ０３Ｈ 7/09 Ｚ Ｈ０３Ｈ 7/075 Ｈ０１Ｌ 23/12 Ｎ 7/09 23/14 Ｒ Ｆターム(参考） 5J006 HA32 HA33 HB04 HB05 JA01 JA02 JA03 JA04 LA12 LA21 LA25 NA08 PA10 5J024 AA01 CA06 CA09 DA04 DA29 DA32 EA03 5J045 AA01 AB02 AB06 DA09 EA08 HA02 NA01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１ＧＨｚ以上の高周波帯で使用され、 プリプレグに銅箔でなる導体パターンを固着したものを
   積層することにより、内部または表面にインダクタ、コ
   ンデンサ、共振器、アンテナ素子のいずれかまたはその
   複合素子を構成した電子部品であって、 前記プリプレグは、樹脂中に誘電体粉末を１５〜６５ｖ
   ｏｌ％混合してなり、かつプリプレグの積層により得ら
   れる基体の比誘電率が２．５〜５．０であり、Ｑが９０
   以上であることを特徴とする電子部品。
2. 【請求項２】請求項１の電子部品において、 前記樹脂が、ポリフマレート樹脂、ポリアリレート樹
   脂、フッ素樹脂、ビニルベンジル樹脂、ポリイミド樹
   脂、エポキシ樹脂のいずれかであることを特徴とする電
   子部品。
3. 【請求項３】請求項１または２の電子部品を基板として
   その表面に別の電子部品を搭載して回路を構成してなる
   ことを特徴とする電子モジュール。