JP3897192B2 - 積層マイクロ波誘導素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＶＨＦ帯、ＵＨＦ帯、マイクロ波帯等の高周波帯域で用いられる積層マイクロ波誘導素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
積層マイクロ波誘導素子は、積層技術によって一体焼結した誘導素子であって特にマイクロ波帯等の高周波での使用に適した素子である。この積層マイクロ波誘導素子は、インダクタとして使用したり、容量素子と組み合わせてフィルターとして使用したり、あるいは２次側の導体線路を加えて相互誘導を利用したトランスとして使用し、これらは例えばＶＨＦ帯、ＵＨＦ帯、マイクロ波帯等の高周波帯域を利用した携帯電話や自動車電話等に代表される移動体通信機器の様々な部分に使用される。
【０００３】
上述のような積層マイクロ波誘導素子は従来より種々提案されてきた。第１の従来例として厚膜印刷法による積層インダクタがある。図３は該積層インダクタの部分透視斜視図であり図４はそのＡＢＣＤ断面図である。当該積層インダクタの構造を図３、図４を用いて説明する。なお以下のすべての図において同一機能の部分には同一符号を付けるものとする。この積層インダクタは、表面に導体線路（２）を厚膜印刷法などで形成した磁性体や誘電体などの複数の絶縁体層（１）を積層し、この導体線路は絶縁体層（１）に設けたスルーホール（図示せず）などを介して電気的に接続し周回するコイル状線路を形成する。このようにして得た積層体を焼結した後、積層体の外周に導電ペーストなどを塗布もしくは印刷し焼き付けて外部端子（３）を形成する。
【０００４】
第２の従来例として、特公平−０２１６１１号公報に記載の積層インダクタがある。この構造を図５の断面図を用いて説明する。本従来例では導体線路（２）の少なくとも上下に隣接した部分の大部分を、互いにくい違いに配置している。
【０００５】
第３の従来例として、特開平０５−００６８２３号公報に記載のインダクタがある。この構造を図６の断面図を用いて説明する。本従来例では、導体線路（２）の周囲に低誘電率の誘電体層（４）を形成している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
第１の従来例のインダクタは、導体線路が積層方向に周回するコイルを形成する構造であるので、絶縁層を介し積層方向に隣り合う導体線路間で容量（浮遊容量Ｃf）が形成される。前記浮遊容量Ｃfは絶縁層間で対向する導体線路の重畳する部分の面積Ｓと、絶縁層間で対向する導体線路の間隔ｄと、絶縁体層の比誘電率εrによって決まる。
【０００７】
式１は浮遊容量Ｃfを表す関係式である。
Ｃf＝εo・εr・Ｓ／ｄ （式１）
ここでεoは真空中での誘電率である。
【０００８】
一般的に第１の従来例のインダクタは等価的に並列共振回路とされ、その自己共振周波数ｆrは、インダクタンスＬと浮遊容量Ｃfとで表される。
式２は自己共振周波数ｆrを表す関係式である。
ｆr＝１／（２・π・（Ｌ・Ｃf）1/2） （式２）
【０００９】
マイクロ波帯などの高周波帯域で使用するインダクタは、少なくとも自己共振周波数ｆrがインダクタの使用周波数よりも高くなければ部品としての機能をはたさない。よって誘導成分、容量成分ともに小さいことが必要である。
【００１０】
しかしながら、第１の従来例では導体線路が幅広く平滑に形成されているという構造上、大きな浮遊容量Ｃfが発生し、自己共振周波数ｆrが使用周波数よりも低周波数側に現れる。また浮遊容量Ｃfの変化率が直接自己共振周波数ｆrに影響し、電気的特性もこれに伴いばらつく。このように高周波での使用に適さない種々の問題があり、浮遊容量Ｃfを低減し、かつそのばらつきも低減する必要があった。
【００１１】
第２の従来例で説明した積層インダクタは、積層方向に隣接した導体線路を食い違いに配置し、層間で対向する導体線路の面積Ｓを小さくすることで第１の従来例で問題となった浮遊容量Ｃfの低減を提案している。しかし導体線路を食い違いに配置する事で該導体線路の配置面積が増加し、これにともなって部品の外形寸法が大きくなってしまうこと、漏れ磁束が増加すること、磁束が通過する面積（有効断面積）が狭くなりインダクタンスが減少するなどインダクタとしての特性が著しく劣るものであった。さらに浮遊容量のＣfばらつきを抑える手段としては無力であった。
【００１２】
第３の従来例で説明したインダクタは、低誘電率の誘電体層を生成させるための拡散剤を添加した導電ペーストで導体線路を印刷し、焼結時に低誘電率の誘電体層（４）を導体線路の周囲に形成することで、導体線路間の絶縁体層の誘電率εrを小さくし浮遊容量Ｃfの低減を提案している。しかし低誘電率の誘電体層を再現性よく精密に導体線路の周囲に形成するのは至難であり、デラミネーションなどの構造欠陥を誘発しやすく、また導体線路の導電性などに著しい悪影響を及ぼし、さらに浮遊容量Ｃfのばらつきがきわめて大となることが明白であり、ほとんど現実性のない提案であった。
【００１３】
上述のように、従来マイクロ波帯などの高周波数帯域での使用に適した、すなわち浮遊容量Ｃfが小さく、そのばらつきも小さい積層マイクロ波誘導素子はなかった。本発明の目的は上記従来例の問題を解消し、容易に浮遊容量Ｃfとそのばらつきをともに減少させ、マイクロ波帯等の高周波数帯での使用に適した積層マイクロ波誘導素子を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために鋭意研究の結果、発明者らは著しく構造を改善した積層マイクロ波誘導素子に想到したものである。
すなわち、第１の発明は、表面に導体線路を形成した絶縁体からなる複数のシートを積層し一体焼結した積層体で、前記導体線路が前記絶縁体からなるシートの縁部もしくは該シートに設けられたスルーホールを介して電気的に接続し、周回するコイル状線路を形成する積層マイクロ波誘導素子であって、当該コイル状線路は断面形状が扁平であって、かつ当該コイル状線路の表面が凸面であり、前記コイル状線路断面の最厚部の厚さをｔ、幅をＷとした時、当該コイル状線路断面の面積Ａが、（ｔ・Ｗ／２）≦Ａ＜（ｔ・Ｗ−０．２１５・ｔ 2 ）の範囲内である積層マイクロ波誘導素子である。
また、本発明は、表面に導体線路を形成した絶縁体からなる複数のシートを積層し一体焼結した積層体で、前記導体線路が前記絶縁体からなるシートの縁部もしくは該シートに設けられたスルーホールを介して電気的に接続し、周回するコイル状線路を形成する積層マイクロ波誘導素子であって、当該コイル状線路は断面形状が扁平であって、かつ当該コイル状線路の表面が凸面であり、前記コイル状線路断面の最厚部の厚さをｔ、幅をＷとした時、絶縁体層を挟んで隣接するコイル状線路の最短距離をｄ 0 とし、少なくともコイル状線路の幅方向の面部より幅方向にｔ／２内側の位置で、前記コイル状線路の絶縁体層を挟んで隣接する距離ｄが、ｄ 0 ＜ｄ≦（ｔ−ｔ 2 ／Ｗ＋ｄ 0 ）の範囲内にある積層マイクロ波誘導素子である。
【００１５】
なおここに言うところの、断面形状が扁平であって、かつ表面が凸面であるコイル状線路とは、図７に示すような変形した楕円形の断面を有するコイル状線路である。
【００１６】
第２発明は、表面に導体線路を形成した絶縁体からなる複数のシートを積層し一体焼結した積層体で、前記導体線路が前記絶縁体からなるシートの縁部もしくは該シートに設けられたスルーホールを介して電気的に接続し、周回するコイル状線路を形成する積層マイクロ波誘導素子であって、当該コイル状線路の断面形状が扁平であって、かつ当該コイル状線路の一面は凸面でその対向部を凹面とした積層マイクロ波誘導素子である。
【００１７】
なおここに言うところの、断面形状が扁平であって、かつ一面が凸面でその対向部が凹面であるコイル状線路とは、図８に示すような変形したＵ形の断面を有するコイル状線路である。
【００１８】
第１の発明、第２の発明において、コイル状線路のその表面の一部もしくは全体を平坦でなくすることで、隣接するコイル状線路間の電界を一様でなくし、コイル状線路間での電位差を小さくして容量成分を減じせしめる（端面効果）のであるから、前記断面形状は例えば図７、図８に示すような左右対称でなくてもよいし、表面の一部が平坦であってもよいし、凸面の一部が凹部であってもよいし、断面の幅方向の端部に若干のバリがあってもよいし、端部が切り落としになっていても、発明の効果は変わることがない。
【００１９】
また、コイル状線路の断面の厚さｔ、幅Ｗの比Ｗ／ｔである扁平率が、小さく扁平でないと浮遊容量Ｃfが小さく実用上問題とならないこと、また逆に大きく扁平すぎると、端面効果がうすく発明の効果が少ないので、前記扁平率は２から３０であることが好ましい。さらに好ましくは７．５から２０である。
【００２０】
また、コイル状線路の厚さと幅によって決まる断面積Ａが小さいと、抵抗成分が増加し損失が増加すること、大きいと端面効果がうすく発明の効果が少ないので、前記断面積は、ｔ・Ｗ／２以上、ｔ・Ｗ−０．２１５・ｔ2未満であることが好ましい。
【００２１】
また、コイル状線路が絶縁層を挟んで隣接する距離ｄは、幅方向に大きくなることが好ましく、さらに好ましくは端面部よりｔ／２内側では少なくとも隣接する最短距離ｄ0よりも大きく、ｔ−ｔ2／Ｗ＋ｄ0以下である。
【００２２】
【作用】
研究において種々試行した結果、コイル状線路の端部の断面は上下面に接する円弧よりも曲率半径が小である長円であることを要する。一方端面断面は、菱形よりも丸み付けされていること、すなわち菱形の対角線の長さが上記幅Ｗと厚さｔに一致する菱形よりも膨らんだ形状とする事が望ましいと言うことが判明した。ここに上記長円の断面積ａは、
ａ＝ｔ・Ｗ−０．２１５・ｔ2
であり、上記菱形の断面積ｂは、
ｂ＞ｔ・Ｗ／２
であり ａ＞ｂ であることが望ましい。最も理想的には、長径Ｗと短径ｔの楕円であることが判明している。かかる知見をもとに、発明の実施を行った。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る積層マイクロ波誘導素子の概要をインダクタを例にとって説明する。図１はその部分透視斜視図であり図２はそのＡＢＣＤ断面である。
【００２４】
このインダクタは、絶縁体層（１）、断面が略楕円形状であるコイル状線路（２）、前記コイル状線路の引き出し端に形成する外部端子（３）およびスルーホール（図示せず）などの接続部を有する。
【００２５】
本発明では、コイル状線路（２）の断面を扁平な略楕円形とし、端面効果によって隣接するコイル状線路間での浮遊容量Ｃfを低減している。断面が扁平で略楕円形のコイル状線路（２）は、絶縁体層の導体線路形成部にあらかじめ凹部を形成し、この上から例えば、ＡｇやＣｕといった高い導電率を有する金属材料をペースト状にした導体を印刷し、精密に再現性よく形成している。上記絶縁層は、前記金属材料と一体焼結可能な例えば低温焼結可能なＮｉ−Ｚｎ系フェライトなどの磁性体やＡｌ2Ｏ3を主成分とした誘電体からなるグリーンシートによって形成する。また前記凹部を形成するときに、グリーンシートを加熱加圧する事でその厚さを均一化している。このようにして、マイクロ波誘導素子の性能を減じることなく浮遊容量Ｃf及び、そのばらつきを低減している。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明に係る積層マイクロ波誘導素子の実施例について詳細に説明する。実施例は８００ＭＨｚでのインピーダンスが５０オームとなるインダクタである。
【００２７】
（実施例１）
まずＡｌ2Ｏ3を主成分とした誘電体グリーンシートをドクターブレード法で約０．１ｍｍの厚さとなるように成形した後、所定の外形寸法に切断した。該グリーンシートを、位置決め溝を有し中央部がグリーンシートの外形よりわずかに小さく四角形に抜かれたステンレスの枠に貼付けた。
【００２８】
以降グリーンシートはステンレスの枠に貼付けた状態で加工する。よって以下状態が変わる迄は特にステンレス枠については説明を省く。また、以降はステンレス枠に設けた位置決め溝を加工基準としている。
【００２９】
前記グリーンシートを、直径が約０．１ｍｍの打ち抜きピンを有する金型に配置して打ち抜き、スルーホールを形成した。該グリーンシートを導体線路パターンと同形状の凸部を有する金型に配置した。前記金型はグリーンシートが適度な柔軟性を持つように８０℃から１２０℃に温度調節している。前記グリーンシートを０．５Ｋｇ／ｃｍ2から１Ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で加圧し、グリーンシート片側表面に、断面がＵ形状で表面形状が導体線路パターンである凹部を深さ約０．０３ｍｍで転写した。
【００３０】
次に、再現性よく精密に印刷可能な印刷機の作業テーブルにグリーンシートを配置した。前記作業テーブルには吸引機構がもうけられていて、グリーンシートのほぼ全面を吸着しグリーンシートにたわみや歪みを生じないようにしている。前記グリーンシートの凹部上から、Ａｇペーストを厚さ約０．００８ｍｍ、幅約０．０９ｍｍで、この上に厚さ約０．００８ｍｍ、幅約０．１７ｍｍで、さらに厚さ約０．００８ｍｍ、幅約０．０９ｍｍで印刷し、略楕円形状の導体線路を形成した。なおスルーホール部には前記吸引機構によって印刷と同時にペーストが吸引充填される。
【００３１】
導体線路パターンを印刷した複数のグリーンシートを乾燥後、グリーンシートをステンレスの枠より打ち抜き、導体線路が周回する２．５ターンのコイル状線路（２）となるように重ね１００℃から１４０℃で加熱圧着した。つぎに、焼結後の外形寸法が３．２ｍｍ×１．６ｍｍとなるように切断し焼結した。この後、焼結体の外周部にＡｇを主成分とした導体ペーストを塗布し、導体外部電極（３）を形成した後焼き付けし、本実施例のインダクタを得た。本実施例ではコイル状線路の扁平率を７．５とした場合の実施例である。なおあわせて扁平率が、２、２０、３０となる試料もあわせて作製した。
【００３２】
（実施例２）
実施例１と同様の方法で準備した凹部を有するグリーンシートを印刷機の印刷テーブルに配置した。前記グリーンシートの凹部上に厚さ約０．０２４ｍｍ、幅約０．１７ｍｍでＡｇペーストを印刷し略Ｕ型の導体線路パターンを形成した。以下実施例１と同様なのでその説明を省く。
【００３３】
（比較例）
本発明に係る実施例との比較用として、第１の従来例の試料を作製した。比較例では、凹部を形成していないグリーンシート上に厚さ約０．０２４ｍｍ、幅約０．１７ｍｍでＡｇペーストを印刷し長方形状の導体線路を形成した。他は実施例１、２と同様なのでその説明を省く。
【００３３】
このようにして得たインダクタのインピーダンスが無限大となる共振周波数をベクトルネットワークアナライザによって測定した。その結果を表１に示す。
【００３４】
【表１】
【００３５】
表１中、扁平率の異なる試料を１から４の番号を付して区別している。また、表中の共振周波数の比とは、実施例試料の共振周波数ｆr’、比較例試料の共振周波数ｆrであらわされ、ｆr’／ｆrである。本発明の実施例１、実施例２のインダクタの共振周波数は比較例のインダクタと比較し、それぞれ約１．０２倍から約１．１８倍となった。また共振周波数のばらつきは、比較例に対し約０．６倍から約０．７倍となった。
【００３６】
なお、これらの実施例においては導体線路を積層方向に重ね周回するように配置しコイル状線路を形成したが、導体線路を同一層上に配置するミアンダラインやスパイラルラインであっても、隣接するコンデンサパターンやアースパターン間で発生する浮遊容量Ｃfが端面効果により小さくできることから、本発明の効果が変わらないことは言うまでもない。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、容易に浮遊容量とそのばらつきをともに減少させ、マイクロ波帯等の高周波数帯での使用に適した積層マイクロ波誘導素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る積層マイクロ波誘導素子の部分透視斜視図である。
【図２】本発明の一実施例に係るＡＢＣＤ断面図である。
【図３】第１の従来例の部分透視斜視図である。
【図４】第１の従来例のＡＢＣＤ断面図である。
【図５】第２の従来例のＡＢＣＤ断面図である。
【図６】第３の従来例のＡＢＣＤ断面図である。
【図７】本発明に係るコイル状線路の断面図である。
【図８】本発明に係るコイル状線路の他の断面図である。
【符号の説明】
１ グリーンシート、２ 導体線路
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＶＨＦ帯、ＵＨＦ帯、マイクロ波帯等の高周波帯域で用いられる積層マイクロ波誘導素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
積層マイクロ波誘導素子は、積層技術によって一体焼結した誘導素子であって特にマイクロ波帯等の高周波での使用に適した素子である。この積層マイクロ波誘導素子は、インダクタとして使用したり、容量素子と組み合わせてフィルターとして使用したり、あるいは２次側の導体線路を加えて相互誘導を利用したトランスとして使用し、これらは例えばＶＨＦ帯、ＵＨＦ帯、マイクロ波帯等の高周波帯域を利用した携帯電話や自動車電話等に代表される移動体通信機器の様々な部分に使用される。
【０００３】
上述のような積層マイクロ波誘導素子は従来より種々提案されてきた。第１の従来例として厚膜印刷法による積層インダクタがある。図３は該積層インダクタの部分透視斜視図であり図４はそのＡＢＣＤ断面図である。当該積層インダクタの構造を図３、図４を用いて説明する。なお以下のすべての図において同一機能の部分には同一符号を付けるものとする。この積層インダクタは、表面に導体線路（２）を厚膜印刷法などで形成した磁性体や誘電体などの複数の絶縁体層（１）を積層し、この導体線路は絶縁体層（１）に設けたスルーホール（図示せず）などを介して電気的に接続し周回するコイル状線路を形成する。このようにして得た積層体を焼結した後、積層体の外周に導電ペーストなどを塗布もしくは印刷し焼き付けて外部端子（３）を形成する。
【０００４】
第２の従来例として、特公平−０２１６１１号公報に記載の積層インダクタがある。この構造を図５の断面図を用いて説明する。本従来例では導体線路（２）の少なくとも上下に隣接した部分の大部分を、互いにくい違いに配置している。
【０００５】
第３の従来例として、特開平０５−００６８２３号公報に記載のインダクタがある。この構造を図６の断面図を用いて説明する。本従来例では、導体線路（２）の周囲に低誘電率の誘電体層（４）を形成している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
第１の従来例のインダクタは、導体線路が積層方向に周回するコイルを形成する構造であるので、絶縁層を介し積層方向に隣り合う導体線路間で容量（浮遊容量Ｃf）が形成される。前記浮遊容量Ｃfは絶縁層間で対向する導体線路の重畳する部分の面積Ｓと、絶縁層間で対向する導体線路の間隔ｄと、絶縁体層の比誘電率εrによって決まる。
【０００７】
式１は浮遊容量Ｃfを表す関係式である。
Ｃf＝εo・εr・Ｓ／ｄ （式１）
ここでεoは真空中での誘電率である。
【０００８】
一般的に第１の従来例のインダクタは等価的に並列共振回路とされ、その自己共振周波数ｆrは、インダクタンスＬと浮遊容量Ｃfとで表される。
式２は自己共振周波数ｆrを表す関係式である。
ｆr＝１／（２・π・（Ｌ・Ｃf）1/2） （式２）
【０００９】
マイクロ波帯などの高周波帯域で使用するインダクタは、少なくとも自己共振周波数ｆrがインダクタの使用周波数よりも高くなければ部品としての機能をはたさない。よって誘導成分、容量成分ともに小さいことが必要である。
【００１０】
しかしながら、第１の従来例では導体線路が幅広く平滑に形成されているという構造上、大きな浮遊容量Ｃfが発生し、自己共振周波数ｆrが使用周波数よりも低周波数側に現れる。また浮遊容量Ｃfの変化率が直接自己共振周波数ｆrに影響し、電気的特性もこれに伴いばらつく。このように高周波での使用に適さない種々の問題があり、浮遊容量Ｃfを低減し、かつそのばらつきも低減する必要があった。
【００１１】
第２の従来例で説明した積層インダクタは、積層方向に隣接した導体線路を食い違いに配置し、層間で対向する導体線路の面積Ｓを小さくすることで第１の従来例で問題となった浮遊容量Ｃfの低減を提案している。しかし導体線路を食い違いに配置する事で該導体線路の配置面積が増加し、これにともなって部品の外形寸法が大きくなってしまうこと、漏れ磁束が増加すること、磁束が通過する面積（有効断面積）が狭くなりインダクタンスが減少するなどインダクタとしての特性が著しく劣るものであった。さらに浮遊容量のＣfばらつきを抑える手段としては無力であった。
【００１２】
第３の従来例で説明したインダクタは、低誘電率の誘電体層を生成させるための拡散剤を添加した導電ペーストで導体線路を印刷し、焼結時に低誘電率の誘電体層（４）を導体線路の周囲に形成することで、導体線路間の絶縁体層の誘電率εrを小さくし浮遊容量Ｃfの低減を提案している。しかし低誘電率の誘電体層を再現性よく精密に導体線路の周囲に形成するのは至難であり、デラミネーションなどの構造欠陥を誘発しやすく、また導体線路の導電性などに著しい悪影響を及ぼし、さらに浮遊容量Ｃfのばらつきがきわめて大となることが明白であり、ほとんど現実性のない提案であった。
【００１３】
上述のように、従来マイクロ波帯などの高周波数帯域での使用に適した、すなわち浮遊容量Ｃfが小さく、そのばらつきも小さい積層マイクロ波誘導素子はなかった。本発明の目的は上記従来例の問題を解消し、容易に浮遊容量Ｃfとそのばらつきをともに減少させ、マイクロ波帯等の高周波数帯での使用に適した積層マイクロ波誘導素子を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために鋭意研究の結果、発明者らは著しく構造を改善した積層マイクロ波誘導素子に想到したものである。
すなわち、第１の発明は、表面に導体線路を形成した絶縁体からなる複数のシートを積層し一体焼結した積層体で、前記導体線路が前記絶縁体からなるシートの縁部もしくは該シートに設けられたスルーホールを介して電気的に接続し、周回するコイル状線路を形成する積層マイクロ波誘導素子であって、当該コイル状線路は断面形状が扁平であって、かつ当該コイル状線路の表面が凸面であり、前記コイル状線路断面の最厚部の厚さをｔ、幅をＷとした時、当該コイル状線路断面の面積Ａが、（ｔ・Ｗ／２）≦Ａ＜（ｔ・Ｗ−０．２１５・ｔ 2 ）の範囲内である積層マイクロ波誘導素子である。
また、本発明は、表面に導体線路を形成した絶縁体からなる複数のシートを積層し一体焼結した積層体で、前記導体線路が前記絶縁体からなるシートの縁部もしくは該シートに設けられたスルーホールを介して電気的に接続し、周回するコイル状線路を形成する積層マイクロ波誘導素子であって、当該コイル状線路は断面形状が扁平であって、かつ当該コイル状線路の表面が凸面であり、前記コイル状線路断面の最厚部の厚さをｔ、幅をＷとした時、絶縁体層を挟んで隣接するコイル状線路の最短距離をｄ 0 とし、少なくともコイル状線路の幅方向の面部より幅方向にｔ／２内側の位置で、前記コイル状線路の絶縁体層を挟んで隣接する距離ｄが、ｄ 0 ＜ｄ≦（ｔ−ｔ 2 ／Ｗ＋ｄ 0 ）の範囲内にある積層マイクロ波誘導素子である。
【００１５】
なおここに言うところの、断面形状が扁平であって、かつ表面が凸面であるコイル状線路とは、図７に示すような変形した楕円形の断面を有するコイル状線路である。
【００１６】
第２発明は、表面に導体線路を形成した絶縁体からなる複数のシートを積層し一体焼結した積層体で、前記導体線路が前記絶縁体からなるシートの縁部もしくは該シートに設けられたスルーホールを介して電気的に接続し、周回するコイル状線路を形成する積層マイクロ波誘導素子であって、当該コイル状線路の断面形状が扁平であって、かつ当該コイル状線路の一面は凸面でその対向部を凹面とした積層マイクロ波誘導素子である。
【００１７】
なおここに言うところの、断面形状が扁平であって、かつ一面が凸面でその対向部が凹面であるコイル状線路とは、図８に示すような変形したＵ形の断面を有するコイル状線路である。
【００１８】
第１の発明、第２の発明において、コイル状線路のその表面の一部もしくは全体を平坦でなくすることで、隣接するコイル状線路間の電界を一様でなくし、コイル状線路間での電位差を小さくして容量成分を減じせしめる（端面効果）のであるから、前記断面形状は例えば図７、図８に示すような左右対称でなくてもよいし、表面の一部が平坦であってもよいし、凸面の一部が凹部であってもよいし、断面の幅方向の端部に若干のバリがあってもよいし、端部が切り落としになっていても、発明の効果は変わることがない。
【００１９】
また、コイル状線路の断面の厚さｔ、幅Ｗの比Ｗ／ｔである扁平率が、小さく扁平でないと浮遊容量Ｃfが小さく実用上問題とならないこと、また逆に大きく扁平すぎると、端面効果がうすく発明の効果が少ないので、前記扁平率は２から３０であることが好ましい。さらに好ましくは７．５から２０である。
【００２０】
また、コイル状線路の厚さと幅によって決まる断面積Ａが小さいと、抵抗成分が増加し損失が増加すること、大きいと端面効果がうすく発明の効果が少ないので、前記断面積は、ｔ・Ｗ／２以上、ｔ・Ｗ−０．２１５・ｔ2未満であることが好ましい。
【００２１】
また、コイル状線路が絶縁層を挟んで隣接する距離ｄは、幅方向に大きくなることが好ましく、さらに好ましくは端面部よりｔ／２内側では少なくとも隣接する最短距離ｄ0よりも大きく、ｔ−ｔ2／Ｗ＋ｄ0以下である。
【００２２】
【作用】
研究において種々試行した結果、コイル状線路の端部の断面は上下面に接する円弧よりも曲率半径が小である長円であることを要する。一方端面断面は、菱形よりも丸み付けされていること、すなわち菱形の対角線の長さが上記幅Ｗと厚さｔに一致する菱形よりも膨らんだ形状とする事が望ましいと言うことが判明した。ここに上記長円の断面積ａは、
ａ＝ｔ・Ｗ−０．２１５・ｔ2
であり、上記菱形の断面積ｂは、
ｂ＞ｔ・Ｗ／２
であり ａ＞ｂ であることが望ましい。最も理想的には、長径Ｗと短径ｔの楕円であることが判明している。かかる知見をもとに、発明の実施を行った。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る積層マイクロ波誘導素子の概要をインダクタを例にとって説明する。図１はその部分透視斜視図であり図２はそのＡＢＣＤ断面である。
【００２４】
このインダクタは、絶縁体層（１）、断面が略楕円形状であるコイル状線路（２）、前記コイル状線路の引き出し端に形成する外部端子（３）およびスルーホール（図示せず）などの接続部を有する。
【００２５】
本発明では、コイル状線路（２）の断面を扁平な略楕円形とし、端面効果によって隣接するコイル状線路間での浮遊容量Ｃfを低減している。断面が扁平で略楕円形のコイル状線路（２）は、絶縁体層の導体線路形成部にあらかじめ凹部を形成し、この上から例えば、ＡｇやＣｕといった高い導電率を有する金属材料をペースト状にした導体を印刷し、精密に再現性よく形成している。上記絶縁層は、前記金属材料と一体焼結可能な例えば低温焼結可能なＮｉ−Ｚｎ系フェライトなどの磁性体やＡｌ2Ｏ3を主成分とした誘電体からなるグリーンシートによって形成する。また前記凹部を形成するときに、グリーンシートを加熱加圧する事でその厚さを均一化している。このようにして、マイクロ波誘導素子の性能を減じることなく浮遊容量Ｃf及び、そのばらつきを低減している。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明に係る積層マイクロ波誘導素子の実施例について詳細に説明する。実施例は８００ＭＨｚでのインピーダンスが５０オームとなるインダクタである。
【００２７】
（実施例１）
まずＡｌ2Ｏ3を主成分とした誘電体グリーンシートをドクターブレード法で約０．１ｍｍの厚さとなるように成形した後、所定の外形寸法に切断した。該グリーンシートを、位置決め溝を有し中央部がグリーンシートの外形よりわずかに小さく四角形に抜かれたステンレスの枠に貼付けた。
【００２８】
以降グリーンシートはステンレスの枠に貼付けた状態で加工する。よって以下状態が変わる迄は特にステンレス枠については説明を省く。また、以降はステンレス枠に設けた位置決め溝を加工基準としている。
【００２９】
前記グリーンシートを、直径が約０．１ｍｍの打ち抜きピンを有する金型に配置して打ち抜き、スルーホールを形成した。該グリーンシートを導体線路パターンと同形状の凸部を有する金型に配置した。前記金型はグリーンシートが適度な柔軟性を持つように８０℃から１２０℃に温度調節している。前記グリーンシートを０．５Ｋｇ／ｃｍ2から１Ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で加圧し、グリーンシート片側表面に、断面がＵ形状で表面形状が導体線路パターンである凹部を深さ約０．０３ｍｍで転写した。
【００３０】
次に、再現性よく精密に印刷可能な印刷機の作業テーブルにグリーンシートを配置した。前記作業テーブルには吸引機構がもうけられていて、グリーンシートのほぼ全面を吸着しグリーンシートにたわみや歪みを生じないようにしている。前記グリーンシートの凹部上から、Ａｇペーストを厚さ約０．００８ｍｍ、幅約０．０９ｍｍで、この上に厚さ約０．００８ｍｍ、幅約０．１７ｍｍで、さらに厚さ約０．００８ｍｍ、幅約０．０９ｍｍで印刷し、略楕円形状の導体線路を形成した。なおスルーホール部には前記吸引機構によって印刷と同時にペーストが吸引充填される。
【００３１】
導体線路パターンを印刷した複数のグリーンシートを乾燥後、グリーンシートをステンレスの枠より打ち抜き、導体線路が周回する２．５ターンのコイル状線路（２）となるように重ね１００℃から１４０℃で加熱圧着した。つぎに、焼結後の外形寸法が３．２ｍｍ×１．６ｍｍとなるように切断し焼結した。この後、焼結体の外周部にＡｇを主成分とした導体ペーストを塗布し、導体外部電極（３）を形成した後焼き付けし、本実施例のインダクタを得た。本実施例ではコイル状線路の扁平率を７．５とした場合の実施例である。なおあわせて扁平率が、２、２０、３０となる試料もあわせて作製した。
【００３２】
（実施例２）
実施例１と同様の方法で準備した凹部を有するグリーンシートを印刷機の印刷テーブルに配置した。前記グリーンシートの凹部上に厚さ約０．０２４ｍｍ、幅約０．１７ｍｍでＡｇペーストを印刷し略Ｕ型の導体線路パターンを形成した。以下実施例１と同様なのでその説明を省く。
【００３３】
（比較例）
本発明に係る実施例との比較用として、第１の従来例の試料を作製した。比較例では、凹部を形成していないグリーンシート上に厚さ約０．０２４ｍｍ、幅約０．１７ｍｍでＡｇペーストを印刷し長方形状の導体線路を形成した。他は実施例１、２と同様なのでその説明を省く。
【００３３】
このようにして得たインダクタのインピーダンスが無限大となる共振周波数をベクトルネットワークアナライザによって測定した。その結果を表１に示す。
【００３４】
【表１】
表１中、扁平率の異なる試料を１から４の番号を付して区別している。また、表中の共振周波数の比とは、実施例試料の共振周波数ｆr’、比較例試料の共振周波数ｆrであらわされ、ｆr’／ｆrである。本発明の実施例１、実施例２のインダクタの共振周波数は比較例のインダクタと比較し、それぞれ約１．０２倍から約１．１８倍となった。また共振周波数のばらつきは、比較例に対し約０．６倍から約０．７倍となった。
【００３６】
なお、これらの実施例においては導体線路を積層方向に重ね周回するように配置しコイル状線路を形成したが、導体線路を同一層上に配置するミアンダラインやスパイラルラインであっても、隣接するコンデンサパターンやアースパターン間で発生する浮遊容量Ｃfが端面効果により小さくできることから、本発明の効果が変わらないことは言うまでもない。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、容易に浮遊容量とそのばらつきをともに減少させ、マイクロ波帯等の高周波数帯での使用に適した積層マイクロ波誘導素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る積層マイクロ波誘導素子の部分透視斜視図である。
【図２】本発明の一実施例に係るＡＢＣＤ断面図である。
【図３】第１の従来例の部分透視斜視図である。
【図４】第１の従来例のＡＢＣＤ断面図である。
【図５】第２の従来例のＡＢＣＤ断面図である。
【図６】第３の従来例のＡＢＣＤ断面図である。
【図７】本発明に係るコイル状線路の断面図である。
【図８】本発明に係るコイル状線路の他の断面図である。
【符号の説明】
１ グリーンシート、２ 導体線路
Claims (6)
- 表面に導体線路を形成した絶縁体からなる複数のシートを積層し一体焼結した積層体で、前記導体線路が前記絶縁体からなるシートの縁部もしくは該シートに設けられたスルーホールを介して電気的に接続し、周回するコイル状線路を形成する積層マイクロ波誘導素子であって、当該コイル状線路は断面形状が扁平であって、かつ当該コイル状線路の表面が凸面であり、前記コイル状線路断面の最厚部の厚さをｔ、幅をＷとした時、当該コイル状線路断面の面積Ａが、（ｔ・Ｗ／２）≦Ａ＜（ｔ・Ｗ−０．２１５・ｔ 2 ）の範囲内であることを特徴とする積層マイクロ波誘導素子。
- 表面に導体線路を形成した絶縁体からなる複数のシートを積層し一体焼結した積層体で、前記導体線路が前記絶縁体からなるシートの縁部もしくは該シートに設けられたスルーホールを介して電気的に接続し、周回するコイル状線路を形成する積層マイクロ波誘導素子であって、当該コイル状線路は断面形状が扁平であって、かつ当該コイル状線路の表面が凸面であり、前記コイル状線路断面の最厚部の厚さをｔ、幅をＷとした時、絶縁体層を挟んで隣接するコイル状線路の最短距離をｄ 0 とし、少なくともコイル状線路の幅方向の面部より幅方向にｔ／２内側の位置で、前記コイル状線路の絶縁体層を挟んで隣接する距離ｄが、ｄ 0 ＜ｄ≦（ｔ−ｔ 2 ／Ｗ＋ｄ 0 ）の範囲内にあることを特徴とする積層マイクロ波誘導素子。
- 表面に導体線路を形成した絶縁体からなる複数のシートを積層し一体焼結した積層体で、前記導体線路が前記絶縁体からなるシートの縁部もしくは該シートに設けられたスルーホールを介して電気的に接続し、周回するコイル状線路を形成する積層マイクロ波誘導素子であって、当該コイル状線路は断面形状が扁平であって、かつ当該コイル状線路の一面が凸面でその対向部は凹面であることを特徴とする積層マイクロ波誘導素子。
- 前記コイル状線路断面の最厚部の厚さをｔ、幅をＷとした時、Ｘ＝Ｗ／ｔで表す扁平率Ｘが、２≦Ｘ≦３０の範囲内にあることを特徴とする請求項３に記載の積層マイクロ波誘導素子。
- 前記コイル状線路断面の最厚部の厚さをｔ、幅をＷとした時、前記コイル状線路断面の面積Ａが、
（ｔ・Ｗ／２）≦Ａ＜（ｔ・Ｗ−０．２１５・ｔ2）
の範囲内であることを特徴とする請求項３に記載の積層マイクロ波誘導素子。 - 前記コイル状線路断面の最厚部の厚さをｔ、幅をＷとした時、絶縁体層を挟んで隣接するコイル状線路の最短距離をｄ0とし、少なくともコイル状線路の幅方向の面部より幅方向にｔ／２内側の位置で、前記コイル状線路の絶縁体層を挟んで隣接する距離ｄが、
ｄ0＜ｄ≦（ｔ−ｔ2／Ｗ＋ｄ0）
の範囲内にあることを特徴とする請求項３に記載の積層マイクロ波誘導素子。
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