JP3319464B2 - レーザートリマブルコンデンサ - Google Patents

レーザートリマブルコンデンサ

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和男 岩岡
千尋 佐伯
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電気、電子機器に使
用されるレーザートリマブルコンデンサに関する。
【0002】
【従来の技術】近年利用が進んだ携帯電話やページャー
などの携帯情報機器には、発振回路の周波数設定調整の
ため可変容量のコンデンサが使用される。更に昨今は従
来のメカトリマーコンデンサに変え、経時変化や落下時
の衝撃による容量ずれのないレーザートリマブルコンデ
ンサが使用されることが多くなってきている。図2は、
誘電体にセラミックを用いた従来のレーザートリマブル
コンデンサを示す。構造は、上部にレーザーによるトリ
ミングにより除去可能な上部電極1を持ち、素子内部の
下部電極3−aと3−bの間で所定の容量を得る物であ
る。また外部電極4は素子の側面より下部電極3−aと
3−bと接続し素子の下部と上部に被っている。更に前
記上部電極1は素子の平面上で前記外部電極の被り部と
の間に0.2〜0.3ミリの隙間を持ち、また同様に対
向する外部電極と直角方向の素子端部からも0.2〜
0.3ミリ内部に形成されている。
【0003】この構造によると、コンデンサの容量は上
部電極1と、下部電極3−aと3−bの間で発生する
が、この2つのコンデンサの直列合成容量となり、上部
電極1の面積の1/4以下の電極面積に相当する容量し
か発生しない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レーザ
ートリマブルコンデンサが使用される携帯電話やページ
ャーなどの携帯情報機器の小型軽量化の要求は高く、よ
り実装面積の縮小をはかる為、素子形状で1.6×0.
8mmや1.0×0.5mmの物が必要となる。
【0005】これに対応し、レーザートリマブルコンデ
ンサはより小型化をはかり容量を拡大する必要がある。
【0006】しかしながら第3図のコンデンサにおいて
も、容量は上部電極1と、下部電極3−aと3−bの間
で発生する2つのコンデンサの直列合成容量となり、上
部電極1の面積の1/4以下の電極面積に相当する容量
しか発生しない点は、前記セラミックコンデンサと同等
である。
【0007】これに対し、セラミックコンデンサをベー
スに小型化をはかる為の構造案として図4の構造が考え
られる。
【0008】図中において1は上部電極であり、これは
片側の外部電極4に直接接続されている。又誘電体2を
挟んで下部電極3を持つ。この構造ではコンデンサ容量
は上部電極1と下部電極3の1つの対向部で発生するの
みで、前記図2及び図3の構造が2つのコンデンサの直
列合成容量となり、上部電極1の面積の1/4以下の電
極面積に相当する容量しか発生しないことに比較する
と、小型で大容量のコンデンサを得る事ができる。
【0009】しかし、図4の構造のセラミックコンデン
サを製造する上では、外部電極を構成する主成分となる
銀ペーストと、上部電極及び下部電極を形成するAg−
Pdペーストとの異種金属間の電気的腐食の課題があ
る。またこの構造においても、上部に外部電極が2箇所
露出しており、又上部電極をトリミングするためのレー
ザーパワーが、素子を実装している回路基板の銅パター
ンを加工するのに等しいパワーを必要とすることから、
回路基板にダメージを与えない為必ず素子上でレーザー
のトリミングを終了する必要があり、そのため対抗する
外部電極と直角方向の素子端部から上部電極を0.2〜
0.3ミリ内部に形成する必要があるという点に変わり
なく、素子を小型化する場合、コンデンサの容量寄与面
積の拡大が不十分である。
【0010】このほか、回路基板としてガラスエポキシ
基板を用い、セラミックを材料とする従来のレーザート
リマブルコンデンサを用いた場合には、素子基板の熱膨
張係数がレーザートリマブルコンデンサのセラミック材
料と大きく異なるので、実装時や使用時の温度変化によ
るストレスが大きく、コンデンサの割れや、はんだのク
ラックを生じるという問題点もあった。
【0011】本発明は、従来のレーザートリマブルコン
デンサの小型容量拡大や割れなどの課題を解決し、誘電
体に有機フィルム用いた薄型で、信頼性の高いレーザー
トリマブルコンデンサを提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する、本
発明に係るレーザートリマブルコンデンサは、互いに絶
縁された1対の外部電極4が基板5の側面から下面にか
けて形成されていると共に基板5の上面に互いに絶縁さ
れた1対の下部電極3が形成されており、レーザーによ
りトリミングされる上部電極1が誘電体2を間に挟んで
下部電極3上に形成されているレーザートリマブルコン
デンサであって、誘電体2がPPS、シンジオタクチッ
クポリスチレンなどの有機フィルムからなり、基板5が
ポリイミドなどの有機フィルムからなると共に、下部電
極3が、銅が設けられた有機フィルムからなる基板5に
ニッケルおよび金メッキすることにより形成されている
ことを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態につい
て、図1から図3を用いて説明する。図1は、本発明の
レーザートリマブルコンデンサの構造を示す。
【0014】図1において上部電極1は、下部電極3−
aと共に誘電体2を挟みコンデンサの容量を形成する。
又上部電極1は、下部電極3−bとは接続部7を通して
電気的に接続される。
【0015】下部電極3−aと3−bはマージン8によ
り電気的に絶縁されている。又3−bの寸法は前記接続
部7を構成するのに最小限必要な寸法に限定される。
【0016】本発明の一実施例では、前記接続部7を直
径0.1mmの円状に数箇所誘電体を除去し、更に前記上
部電極をこの上にスパッタ法で形成することにより、3
−bの寸法を0.2mmの最小寸法とした。
【0017】又下部電極3−aはコンデンサの容量を形
成する部分であり、製品の長さから3−bとマージン8
の寸法及び上部電極の製品外形とのクリアランスを除い
た最大の寸法を取る。ここで前記クリアランスとは、上
部電極1が製品端面にはみ出し、実装時に半田により外
部電極と接続されないようにするための隙間であり、本
案の一実施例では0.05mm以下の微少な寸法で良い。
【0018】この下部電極3−aと3−b及び上部電極
1の構成により、製品上部表面には外部電極を持たず、
上部電極1と下部電極3−aの間に誘電体2を挟みコン
デンサの容量を形成する事ができる。
【0019】この構造によると、コンデンサの容量は上
部電極1と、下部電極3−bとの間では発生せず、上部
電極1と下部電極3−a間の1つのコンデンサであり、
図2及び図3の物が2つのコンデンサの直列合成容量と
なり、上部電極1の面積の1/4以下の電極面積に相当
する容量しか発生しない点と比較し、同一製品寸法でも
3倍以上の容量を得ることができる。
【0020】又上部電極1はレーザー光線により電極面
積をトリミングしコンデンサの容量を可変する作用を行
うもので、この金属は高周波領域での高いQ値を得るた
めの導電性と、レーザー光線での加工性を考慮し、本案
の一実施例では厚さ0.2〜0.25ミクロンのアルミ
スパッタ金属で形成した。
【0021】なお上部電極1は厚さ0.1〜0.5ミク
ロンの薄膜金属で形成され、その材質が金、銀、アル
ミ、銅及びそれらを主成分とする材料であっても同等の
効果が得られる。
【0022】この上部電極の構成によれば、トリミング
はYAGレーザーの基本波及び第2高調波の出力100
mw以下で可能となる。
【0023】また図1において、誘電体2は1MHz〜
1GHzの誘電体損失が0.01以下で、厚みが10ミ
クロン以下の有機物であり、その材質は、本案の一実施
例ではPPSとしたが、シンジオタクチィクポリスチレ
ンであっても同様の効果が得られる。
【0024】またこの誘電体は、下部電極3−aと3−
bの上部を前面に覆い下部電極が誘電体の上部に現れな
いよう配置され接合される。
【0025】さらに図1において、基板5は基板の熱膨
張係数が、20〜60×10-6/℃の有機フィルムであ
り、本案の一実施例ではポリイミドとした。
【0026】これにより誘電体材料を構成する有機フイ
ルムとの組み合わせにより、素子の厚みが0.4ミリ以
下でも、その柔軟性から割れを生じない。
【0027】またこの構成により、回路基板としてガラ
スエポキシ基板を用いても、素子基板の熱膨張係数がセ
ラミックを材料とする従来の物に比べて上記回路基板と
近い為実装時や使用時の温度変化によるストレスが小さ
く、コンデンサの割れや、はんだのクラックを生じない
という作用を有する。
【0028】また図1において、保護膜6は前記厚さ
0.1〜0.5ミクロンの薄膜金属で形成された上部電
極1及び厚みが10ミクロン以下の有機物で構成された
誘電体を実装時のダメージから保護する作用を有する物
で、本発明ではアクリル系樹脂からなる絶縁物の保護膜
を設けた。
【0029】なお本発明では、保護膜の材質をアクリル
系樹脂としたが、レーザー光線の透過性の良いその他の
絶縁物例えばSiO2等でもよい。
【0030】(実施の形態)図1を用いて本発明の1実
施の形態を説明する。
【0031】図1において本発明のレーザートリマブル
コンデンサは大きさ1.6ミリ×0.8ミリである。
【0032】上部電極1は、厚さ0.2ミクロンのAl
スパッタ薄膜であり、誘電体2は厚み1.5ミクロンの
PPSである。
【0033】3−aと3−bの下部電極は銅にニッケル
及び金メッキを行っており、3−aの寸法は製品の長さ
1.6mmに対して1.2mmある。
【0034】この構造により、本発明のレーザートリマ
ブルコンデンサは大きさ1.6ミリ×0.8ミリで容量
17pFを有し、これは、図3の本願発明者等が発明し
た誘電体に有機フィルム用いた従来のレーザートリマブ
ルコンデンサが3.2ミリ×2.5ミリで容量21pF
である事と比較して格段の小型化を実現している。
【0035】またQ値は図3の構造のものと同等で、2
00MHzで20以上を得ることができる。
【0036】レーザートリミングに要するレーザーパワ
ーも図3の構造のものと同等で、YAGレーザーの第二
高調波出力の場合20〜60mWで加工可能である。
【0037】また基板5はポリイミドの厚み75ミクロ
ンであり、熱膨張係数が、20〜30×10-6/℃の有
機フィルムである。
【0038】また保護膜6は厚さ10〜20ミクロンの
アクリル系樹脂膜であり、上部電極1を保護するがレー
ザー光線の透過性が良好でありレーザーのトリミング性
には影響を与えない。
【0039】次に、図5及び図6を用いて、従来のセラ
ミックコンデンサを実装しトリミングする場合と、本発
明の構造によるレーザートリマブルコンデンサを実装し
レーザートリミングする状態を比較し、本発明の構造が
そのトリミング性から小型化、大容量化が可能な理由を
説明する。
【0040】図4に、従来のセラミックコンデンサから
なるレーザートリミングコンデンサを回路基板に実装
し、レーザートリミングする状態を模式的に示す。
【0041】容量拡大もしくは小型化のためには、誘電
体の厚みを薄くするか、又は上部電極を大きくする方法
がある。
【0042】セラミックコンデンサでは上部電極を大き
くする為の弊害として、素子上部に露出している外部電
極との隙間が必要な点と、上部電極をトリミングするた
めのレーザーパワーが、1W程度と素子を実装している
回路基板10の銅パターンを加工するのに等しいパワー
を必要とすることから、回路基板10にダメージを与え
ない為必ず素子上でレーザー光線9によるトリミングの
開始と終了をする必要があり、そのため対抗する外部電
極と直角方向の素子端部から上部電極を0.2〜0.3
ミリ内部に形成する必要があるという点の2点から、実
際は素子面積の約50%程度しか使用できないという限
界がある。
【0043】図6は本発明の構造によるレーザートリマ
ブルコンデンサを実装しレーザートリミングする状態を
模式的に示す。
【0044】本発明の構造によれば、外部電極が誘電体
に覆われ上部に露出しないため、上部電極は対向する外
部電極方向に素子の長さと同等まで拡大できる。また本
発明の上部電極の構成によれば、トリミングはYAGレ
ーザーの基本波及び第2高調波の出力100mw以下で
可能なため、上部電極が対向する外部電極方向と直角方
向の素子の幅一杯に形成されていて、図中で示すように
レーザー光が素子以外の回路基板に照射されトリミング
が開始されても、回路基板に何らダメージが無い。この
ため本発明のレーザートリマブルコンデンサは上部電極
の面積を素子の面積とほぼ同じ大きさまで広げることが
できる。
【0045】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、また素子
の厚みが0.4ミリ以下でも、その柔軟性から割れを生
じず、また素子の熱膨張係数が回路基板と近い為、実装
時や使用時の温度変化によるストレスによるコンデンサ
の割れや、はんだのクラックを生じないという効果が得
られ信頼性の高いコンデンサを提供することができる。
【0046】また、下部電極の構造を片側は上部電極と
共に誘電体2を挟みコンデンサの容量を形成し、又片側
は接続部を通して上部電極と電気的に接続する構造にす
ることにより、従来構造に比較して同一上部電極面積に
対し大きな容量を得ることができ、又従来構造と同じく
上部電極の面積を素子の面積とほぼ同じ大きさまで広げ
ることができるため、容量拡大もしくは小型化が可能と
なる。
【0047】
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)本発明の一実施例の形態によるレーザー
トリマブルコンデンサの平面図 (b)同断面図 (c)同底面図
【図2】(a)従来のセラミックレーザートリマブルコ
ンデンサの平面図 (b)同断面図 (c)同底面図
【図3】(a)従来の有機フィルムレーザートリマブル
コンデンサの平面図 (b)同断面図 (c)同底面図
【図4】(a)セラミックレーザートリマブルコンデン
サの小形化案の平面図 (b)同断面図 (c)同底面図
【図5】従来のレーザートリマブルコンデンサの実装さ
れてトリミングされる状態を示す図
【図6】本発明のレーザートリマブルコンデンサの実装
されてトリミングされる状態を示す図
【符号の説明】
1上部電極 2誘電体 3下部電極 4外部電極 5基板 6保護膜 7上部電極と下部電極との接続部 8下部電極のマージン部 9レーザー光 10回路基板
フロントページの続き (72)発明者 砂流 伸樹 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−34522(JP,A) 特開 平3−12958(JP,A) 特開 昭56−104430(JP,A) 特開 平2−98911(JP,A) 実開 昭63−33619(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01G 4/255

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いに絶縁された1対の外部電極(4)
    が基板(5)の側面から下面にかけて形成されていると
    共に基板(5)の上面に互いに絶縁された1対の下部電
    極(3)が形成されており、レーザーによりトリミング
    される上部電極(1)が誘電体(2)を間に挟んで前記
    下部電極(3)上に形成されているレーザートリマブル
    コンデンサであって、 前記誘電体(2)がPPS、シンジオタクチックポリス
    チレンなどの有機フィルムからなり、前記基板(5)が
    ポリイミドなどの有機フィルムからなると共に、前記下
    部電極(3)が、銅が設けられた有機フィルムからなる
    基板(5)にニッケルおよび金メッキすることにより形
    成されていることを特徴とする、レーザートリマブルコ
    ンデンサ。
  2. 【請求項2】 前記互いに絶縁された1対の下部電極
    (3)のいずれか一方の下部電極(3−b)が接続部
    (7)を介して前記上部電極(1)と電気的に接続され
    ている、請求項1に記載のレーザートリマブルコンデン
    サ。
  3. 【請求項3】 前記基板(5)を構成する有機フィルム
    がポリイミドからなる、請求項1または2のいずれかに
    記載のレーザートリマブルコンデンサ。
  4. 【請求項4】 前記基板(5)を構成する有機フィルム
    の熱膨張係数が20〜60×10-6/℃である、請求項
    1から3までのいずれかに記載のレーザートリマブルコ
    ンデンサ。
  5. 【請求項5】 厚みが0.4ミリ以下である、請求項1
    から4までのいずれかに記載のレーザートリマブルコン
    デンサ。
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