JP4561836B2 - チップ素子 - Google Patents

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Description

この発明は誘電体基板に回路パターンを構成したチップ素子に関するものである。
従来からチップ素子の製造方法として、誘電体基板上に感光性導電ペーストを印刷し、露光、現像することで精度の高い回路パターンを形成するフォトリソグラフィ法が知られている。(特許文献1参照。)
フォトリソグラフィ法により回路パターンを形成したチップ素子は、誘電体基板に対する回路パターンの密着強度が弱く、熱的要因、力学的要因により、回路パターンの剥落が生じることがあった。回路パターンに剥落が生じると、回路パターンの導通が損なわれるためチップ素子の信頼性が低下する問題があった。
そこで、回路パターンの剥落を防ぐとともに、湿気や温度、力学的損傷などに対する耐環境性を改善するため、誘電体基板と回路パターンとを覆うように絶縁体ペーストを塗布し、焼成により絶縁層(ガラス層)を形成する技術が公知である。この技術では、誘電体基板に対しての密着強度が回路パターンよりも大きい絶縁層により回路パターンを被覆することで、回路パターンの剥落を防ぐことができる。
特開2001−210541号公報
一般に、絶縁層を構成する絶縁体と回路パターンを構成する導体とは線膨張係数が異なる。また、絶縁体と誘電体基板を構成する誘電体との線膨張係数も異なる。そのため、絶縁層によりチップ素子を被覆する場合、熱処理時の熱ストレスにより絶縁層に応力が残留する。また、絶縁体ペーストに含有される樹脂剤の燃焼などにより生じるガスの気泡が絶縁層内に残留すると、この気泡近傍に大きな応力が残留する。
残留応力が回路パターンに作用すると、回路パターンの変形や回路パターンの部分的な剥離を招く。これにより、チップ素子の電気的特性は劣化する。特に高周波数帯域で素子を用いる場合、周波数特性が大きく変化し、所望の周波数特性を得ることが困難になる。また、製品(チップ素子)ごとの回路パターンの変形や回路パターンの部分的な剥離位置などのバラツキにより、製品間での電気的特性や周波数特性などのバラツキが生じ、良品率の低下を引き起こす。
そこで、この発明の目的は回路パターンの変形や部分的な剥離を従来よりも低減したチップ素子を提供することにある。
(1)この発明は、誘電体基板と前記誘電体基板の主面に絶縁体を塗布し焼成されてなる第1絶縁層と、前記第1絶縁層の主面に絶縁体を塗布し焼成されてなる第2絶縁層と、前記誘電体基板と前記第1絶縁層との層間に設けた回路パターンとを備え
導電体を含まず第2絶縁層に覆われる孔を、前記回路パターンの縁部分より内側に相対するように前記第1絶縁層に設ける。
第1絶縁層に導電体を含まない孔を設けているため、第1絶縁層の焼成時等に生じるガスが孔から抜け、焼成後の孔近傍の気泡の数と大きさが低減される。また、第1絶縁層の焼成時やその後の熱処理による第1絶縁層の変形が孔に吸収され、第1絶縁層に残留する応力が小さなものになる。したがって、第1絶縁層から回路パターンに作用する応力も小さなものになる。これにより回路パターンの変形が従来よりも低減でき、回路パターンの部分的な剥離が抑制できる。
第2絶縁層を設けることにより、前記第1絶縁層の前記孔から露出する回路パターンおよび第1絶縁層を被覆する。したがって、回路パターンおよび第1絶縁層の耐環境性能を高められる。
前記孔を回路パターンに相対する位置に設けることにより、第1絶縁層の回路パターン付近に残留する応力や気泡を効果的に低減できる。また、孔の外縁部分で回路パターンの縁部分を押さえることにより、回路パターン外側の境界部分から回路パターン内側に向かって進行する回路パターンの剥離が防げる。
)また、この発明のチップ素子は、線路電極を備え、複数の前記孔を、前記線路電極の延設方向に沿って配列したものである。
この構成では、第1絶縁層の変形を回路パターンに沿って低減することができる。
)また、この発明のチップ素子は、前記線路電極の縁部分より内側であって前記孔に重ならない位置に電極非形成部を有し、前記電極非形成部を介して前記誘電体基板と前記絶縁層とを当接させたものである。
一般に第1絶縁層を構成する絶縁体と誘電体基板を構成する誘電体との密着強度に比べて、第1絶縁層を構成する絶縁体と回路パターンを構成する導体との密着強度は劣る。従って、回路パターンの内側に電極非形成部を設けておくことで、回路パターンの内側に大きな密着強度を分布させることができ、回路パターンの剥離を効果的に抑制できる。
)また、この発明のチップ素子は、少なくとも前記誘電体基板および前記第1絶縁層の側面に側面電極を設けたものである。
一般に側面電極を設ける場合、誘電体基板への第1絶縁層の焼成後に側面電極の焼成が行われる。したがって側面電極の焼成時に第1絶縁層に熱ストレスがかかる。しかし、本発明の構成を採用することで、側面電極を設ける場合であっても回路パターンの変形や剥離を抑制できる。
)また、この発明のチップ素子は、前記回路パターンによりストリップライン型共振器の共振線路を構成したものである。
一般にストリップライン型共振器では、回路パターンの変形や剥離による共振特性の変動が大きい。したがって、この構成により、ストリップライン型共振器を含むチップ素子の共振特性の変動を抑制することができる。
この発明によれば、回路パターンの変形や剥離を低減したチップ素子を提供できる。また、製品間での電気的特性や周波数特性などのバラツキや、良品率の低下を防ぐことができる。
チップ素子の一例を示す斜視図である。 同チップ素子の分解斜視図である。 同チップ素子の3面図である。 同チップ素子の製造工程を説明する図である。 チップ素子の他の構成を説明する図である。
符号の説明
1−誘電体基板
2−第1ガラス層
3−第2ガラス層
4,5−側面電極
12−回路パターン
13−下面電極
14,15,24,25,34,35−側面電極パターン
16−端子電極
31,32−はみ出し電極
100−チップ素子
101−誘電体母基板
131−円形電極
H−孔
この発明の第1の実施形態に係るチップ素子について各図を参照して説明する。ここでは、図中に示す直交座標系(X−Y−Z軸)を説明に用いる。
図1はチップ素子100の外観図である。同図(A)はチップ素子100の正面を左手前向きに配置した斜視図である。また、同図(B)は、チップ素子100を同図(A)の状態からY軸を中心に180°回転させた斜視図である。
本実施形態で説明に用いるチップ素子100は、直方体状のチップフィルタ素子であり、矩形平板状の誘電体基板1の上主面側を、第1ガラス層2で被覆し、第1ガラス層の上主面側を、第2ガラス層3で被覆したものである。誘電体基板1と第1ガラス層2との層間には、ストリップライン共振器の回路パターン(不図示)を設けてフィルタを構成している。回路パターンの構成については後述する。
このチップ素子100は誘電体基板1の基板厚み(Z軸寸法)は500μm、第1ガラス層2の厚み(Z軸寸法)は15〜30μm、第2ガラス層3の厚み(Z軸寸法)は15〜30μmであり、チップ素子100の外形寸法はX軸寸法が約9.5mm、Y軸寸法が約2.2mm、Z軸寸法が約0.56mmであり、GHz帯のフィルタ特性を実現する小型のチップ素子である。
誘電体基板1は、酸化チタン等のセラミックの誘電体からなる比誘電率110の基板である。
また、第1ガラス層2は、結晶性SiOおよび硼珪酸ガラス等の絶縁体からなる。この第1ガラス層2はフォトリソグラフィ法により形成するようにしている。また、組成の調整により誘電体基板1を構成する誘電体の線膨張係数と略等しい線膨張係数を実現し、誘電体基板1と第1ガラス層2との間での熱応力を小さなものにしている。
また、第2ガラス層3は、結晶性SiOおよび硼珪酸ガラス等の絶縁体にAl等の無機顔料を含有させてなる。ここでは、第2ガラス層3に無機顔料を含有させることで第2ガラス層3を遮光性にしている。遮光性を持たせることで表面への製品名等(不図示)の印字が可能になる。
なお、第2ガラス層3は、エンボス状の印字を行うようにしても好適である。また、第2ガラス層3と第1ガラス層2とに紫外線をよく吸収する色の無機顔料を含有させてもよい。紫外線等の吸収効率を高めることで、フォトリソグラフィ法による微細パターンの成形が容易になる。しかし、無機顔料の種類によっては所定の線膨張係数を実現できなくなるため注意する必要がある。また、誘電体基板1、第1ガラス層2、第2ガラス層3それぞれの組成および寸法は、必要なフィルタ特性や耐環境性、誘電体基板とガラス層との密着度などを考慮して適宜設定すればよい。
第2ガラス層3の上主面には複数のはみ出し電極31A〜31F,32A〜32Eが形成される。はみ出し電極31A〜31F,32A〜32Eは後述する側面電極の印刷時に主面にはみ出した電極である。これらの電極は、印刷条件によっては生じない場合もある。また、チップ素子100の裏主面にも、側面電極の印刷時に電極がはみ出す。裏主面にはみ出した電極は下面電極13や端子電極16A,16Bに一体化する。
基板1の表主面側にガラス層2およびガラス層3を積層しているため、はみ出し電極31A〜31F,32A〜32Eが、主面パターンの接続不要部分に短絡してしまうことが防げる。また、ガラス層2およびガラス層3により、外部からの力学的要因や使用時の熱的要因などに対する素子100の耐環境性能が高まる。
誘電体基板1の下主面には下面電極13と端子電極16A,16Bとを設けている。下面電極13はチップ素子100を実装基板に実装する際に接地電位に接続するものである。また、端子電極16A,16Bはチップ素子100を実装基板に実装する際に高周波信号入出力端子に接続するものである。下面電極13は誘電体基板1の下主面側の略全面に設けており、端子電極16A,16Bは左側面に接する2隅付近にそれぞれ下面電極13とは分離して配している。下面電極13と端子電極16A,16Bとは導電体ペーストをスクリーン印刷等で印刷し焼成により形成した、厚み(Z軸方向)約15μmの電極である。
チップ素子100の右側面と左側面にはそれぞれ、側面電極4A〜4Fと側面電極5A〜5Eとを設けている。側面電極4A〜4F,5A〜5Eは、誘電体基板1および第1ガラス層2の層間に設けた回路パターン(不図示)と、下面電極13または端子電極16A,16Bとを導通する。これらの電極の厚み(X軸寸法)は約15μmである。これらの電極は、誘電体基板1の下主面から第2ガラス層3の上主面に架けてZ軸方向に延びる長方形状であり、スクリーン印刷等により印刷し焼成したものである。側面電極4A〜4Fはそれぞれはみ出し電極31A〜31Fと下面電極13とに導通する。また、側面電極5B〜5Dはそれぞれはみ出し電極32B〜32Dと下面電極13とに導通する。側面電極5A,5Eはそれぞれはみ出し電極32A,32Eと端子電極16A,16Bとに導通する。なお、側面電極4A〜4F,5A〜5Eを設けずに誘電体基板1を貫通するスルーホールを設けて、回路パターンと下面電極13または端子電極16A,16Bとを導通するように構成してもよい。
次に、チップ素子100の分解斜視図を図2に、チップ素子100の3面図を図3に示す。図3(A)は上主面図、図3(B)が正面図、図3(C)が右側面図である。
まず、誘電体基板1の構成について説明する。
誘電体基板1の右側面には、側面電極4A〜4Fを構成する側面電極パターン14A〜14Fを設けている。また、左側面には、側面電極5A〜5Eを構成する複数の側面電極パターン15A〜15Eを設けている。また、誘電体基板1の上主面側には回路パターン12A〜12Gを形成している。回路パターン12A〜12Gそれぞれは電極厚み(Z軸寸法)約6μmの銀電極であり、感光性銀ペーストのフォトリソグラフィにより形成した電極である。回路パターン12A〜12Gそれぞれは、1/4波長共振器を構成する。
回路パターン12Aは銀電極である。具体的には、2本の長方形電極を平行に形成し、誘電体基板1の上主面の右側面側で接続した形状である。また、2本の長方形電極は側面電極パターン14A,14Bをそれぞれ同じ幅のまま上主面に延設した形状である。この2本の長方形電極はそれぞれ、下面電極13とともにマイクロストリップライン共振器を構成する。これらの長方形電極は、側面電極パターン14A、14Bを介して下面電極13に導通することで、互いにコムライン結合する。回路パターン12Aの2つのストリップライン型共振器のうち正面側のストリップライン型共振器は、側面電極パターン15Aを介して、開放端側を端子電極16Aに導通させている。
回路パターン12Gも回路パターン12Aと略同じ形状の銀電極である。具体的には、2本の長方形電極を平行に形成し、誘電体基板1の上主面の右側面側で接続した形状である。また、2本の長方形電極は側面電極パターン14E,14Fをそれぞれ同じ幅のまま上主面に延設した形状である。この2本の長方形電極はそれぞれ、下面電極13とともにマイクロストリップライン共振器を構成する。これらの長方形電極はそれぞれ、側面電極パターン14E、14Fを介して下面電極13に導通することで、互いにコムライン結合する。回路パターン12Gの2つのストリップライン型共振器のうち背面側のストリップライン型共振器は、側面電極パターン15Eを介して、開放端側を端子電極16Bに導通させている。
回路パターン12B〜12Fはそれぞれ長方形状の銀電極であり、下面電極13とともにマイクロストリップライン共振器を構成している。回路パターン12C,12Eは、それぞれ側面電極パターン14C,14Dを介して下面電極13に導通する。回路パターン12B,12D,12Fは、それぞれ側面電極パターン15B,15C,15Dを介して下面電極13に導通する。
回路パターン12A〜12GのY軸方向の電極寸法(線路幅)やY軸方向の配置間隔(線路間隔)は、必要とする周波数特性を実現するために調整したものであり、線路幅や線路間隔は必ずしも等しいとは限らない。ここでは両端以外のストリップラインの線路幅を約1000μmとしている。
回路パターン12Aの2つのマイクロストリップライン共振器は互いにコムライン結合する。回路パターン12Aの背面側のマイクロストリップライン共振器は、回路パターン12Bのマイクロストリップライン共振器とインターディジタル結合する。回路パターン12Bのマイクロストリップライン共振器は、回路パターン12Cのマイクロストリップライン共振器とインターディジタル結合する。回路パターン12Cのマイクロストリップライン共振器は、回路パターン12Dのマイクロストリップライン共振器とインターディジタル結合する。回路パターン12Dのマイクロストリップライン共振器は、回路パターン12Eのマイクロストリップライン共振器とインターディジタル結合する。回路パターン12Eのマイクロストリップライン共振器は、回路パターン12Fのマイクロストリップライン共振器とインターディジタル結合する。回路パターン12Fのマイクロストリップライン共振器は、回路パターン12Gの正面側のマイクロストリップライン共振器とインターディジタル結合する。回路パターン12Gの2つのマイクロストリップライン共振器は互いにコムライン結合する。
従ってこのチップ素子は、9段の共振器を備えた帯域通過フィルタを構成する。なお、回路パターン12A〜12Gの形状は製品仕様に応じたものである。各パターンは製品仕様に応じたどのような形状であっても良い。またフィルタ以外にも、多様な構成の回路パターンに適用できる。特に、回路パターンによる共振を利用する素子、例えばフィルタ素子やバラン素子、発振素子、LC共振素子などに適用すると好適である。
次に、第1ガラス層2の構成について説明する。
第1ガラス層2の右側面には、側面電極4A〜4Fを構成する側面電極パターン24A〜24Fを設けている。また、左側面には、側面電極5A〜5Eを構成する側面電極パターン25A〜25Eを設けている。
また、この第1ガラス層2には、誘電体基板1に設けた回路パターン12A〜12Gそれぞれに対応する位置に複数の孔Hを設けている。この第1ガラス層2は感光性ガラスペーストのフォトリソグラフィにより形成したものであり、感光性ガラスペーストを用いることで、露光による孔Hの形成を可能にしている。ここでは、各回路パターン(ストリップライン)それぞれの長手方向に、3つの孔Hを配列している。また、各孔Hは、主面側からみた縦横寸法が回路パターンの短手方向の寸法1000μmよりも小さい約800μmの正方形の外形状であり、四隅にアールをつけている。各孔Hは回路パターンの短手方向の両縁それぞれから約100μm離れた位置に配置し、外側のガラスで回路パターンの短手方向の縁を押さえるようにしている。
このように孔Hを設けた第1ガラス層2を誘電体基板1に積層し密着させることにより、本実施形態のチップ素子100では、孔H近傍の気泡(不図示)が小さく且つ少ないものとなっている。また、回路パターン近傍の応力が小さなものになっている。したがって、誘電体基板1と回路パターン12A〜12Gとの密着が保たれている。また、回路パターン12A〜12Gの湿気や温度、力学的損傷などに対する耐環境性能も高いものになっている。この本発明の構成による効果は、第1ガラス層2の厚みがどのようなものであっても等質にえられる。なお、孔Hの形状は、正方形にこだわらず、正方形以外の矩形、円形、多角形などでもよい。
なお、孔Hを設けない場合、回路パターンの短手方向の寸法が約400μm以上であれば、第1ガラス層2と誘電体基板1との密着強度が特に小さくなり、チップ素子100のフィルタ特性を現実的なものにすることが困難になるが、本発明のように孔Hを用いることでチップ素子100のフィルタ特性を現実的なものにできる。
次に、第2ガラス層3の構成について説明する。
第2ガラス層3は、ガラスペーストのスクリーン印刷と焼成により形成した遮光性のあるガラス層である。その右側面には、側面電極4A〜4Fを構成する側面電極パターン34A〜34Fを設けている。また、左側面には、側面電極5A〜5Eを構成する複数の側面電極パターン35A〜35Eを設けている。また、上主面には、はみ出し電極31A〜31F,32A〜32Eが形成されている。この第2ガラス層3を遮光性にすることで、表面への印字が可能になっている。また、回路パターン等が表面から見えなくなり機密保持性が高いものになっている。
以上のような誘電体基板1と第1ガラス層2と第2ガラス層3とにより本実施形態のチップ素子100を構成する。回路パターン12A〜12Gを覆うように第1ガラス層2および第2絶縁層を形成しているため、湿気や温度、力学的損傷などに対する耐環境性能が高いチップ素子を構成している。また、複数の孔Hを設けることにより、素子チップ100における回路パターンの変形や剥離を低減している。
次に、チップ素子100の製造工程を説明する。図4は製造工程の各段階でチップ素子100を説明する図である。
チップ素子100の製造工程では、
(A)まず、誘電体母基板101の上主面側に、フォトリソグラフィ法を用いた印刷、露光、現像を経て感光性銀ペーストのパターンを形成し、焼成により銀電極の回路パターン12を形成する。また、下主面側にスクリーン印刷を用いて導電体ペーストのパターンを形成し、焼成により下面電極13と端子電極〈不図示〉とを形成する。
(B)次に、誘電体母基板101の上主面側に、フォトリソグラフィ法を用いた印刷、露光、現像を経て感光性ガラスペーストのパターンを形成し、焼成により第1ガラス層2を形成する。露光時に孔Hとなる位置を除いて紫外線の照射を行い、現像時に、孔Hの位置のガラスペーストを洗浄、除去する。焼成時には、焼成ガスが孔Hから抜け、各孔H近傍、即ち回路パターン12A〜12G近傍での気泡の発生が抑制される。また、感光性ガラスペーストの膨張が孔Hで吸収される。したがって、その後の硬化時に生じる応力が低減したものになる。
(C)次に、第1ガラス層2の上主面側にスクリーン印刷を用いてガラスペーストを積層し、焼成により第2ガラス層3を形成する。この焼成時には、熱ストレスにより第1ガラス層2が膨張するが、第1ガラス層2の膨張は孔Hで吸収される。したがって、この熱ストレスにより生じる応力が低減したものになる。
(D)次に、上記のようにして構成した誘電体母基板101から多数のチップ素子100を切り出す。
(E)最後に、チップ素子100の側面に対して、スクリーン印刷を用いて銀ペーストのパターンを形成し、焼成により側面電極4,5を形成する。この焼成時には、熱ストレスにより第1ガラス層2が膨張するが、第1ガラス層2の膨張は孔Hで吸収される。したがって、この熱ストレスにより生じる応力が低減したものになる。
以上の各工程により本実施形態のチップ素子100を製造し、製品(チップ素子)間での電気的特性や周波数特性などのバラツキや良品率の低下を防いでいる。
次に第2の実施形態について図5に基づいて説明する。同図(A)は本実施形態の素子チップ200の上面透過図であり、同図(B)は誘電体基板1の斜視図である。
本実施形態のチップ素子200は、回路パターン12A〜12Gの境界より内側に複数の電極非形成部Sを設けた点で素子100と構成が異なる。
誘電体基板1に設けた回路パターン12A〜12Gそれぞれには、孔Hに相対しないように、4つの電極非形成部Sを設けている。
複数の電極非形成部Sそれぞれは円形であり、それぞれ電極の中央部分に設けている。中央部に設けるのは、電流集中が生じる回路パターンの外縁部分を避けるためである。これにより電極非形成部Sを設けることによる回路パターンの電気特性変動を抑制している。また、電極非形成部Sを介して誘電体基板1と第1ガラス層2とが当接することになり、回路パターンの内側に大きな密着強度を分布させることができる。なお、電極非形成部Sは、円形にこだわらず、矩形、菱形、楕円などでもよい。
したがって、第1の実施形態よりもさらに、素子チップにおける回路パターンの変形や剥離を低減している。
以上の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

Claims (5)

  1. 誘電体基板と前記誘電体基板の主面に絶縁体を塗布し焼成されてなる第1絶縁層と、前記第1絶縁層の主面に絶縁体を塗布し焼成されてなる第2絶縁層と、前記誘電体基板と前記第1絶縁層との層間に設けた回路パターンとを備え
    導電体を含まず第2絶縁層に覆われる孔を、前記回路パターンの縁部分より内側に相対するように前記第1絶縁層に設けたチップ素子。
  2. 前記回路パターンは線路電極を備え、
    複数の前記孔を、前記線路電極の延設方向に沿って配列した請求項1に記載のチップ素子。
  3. 前記線路電極は、その縁部分より内側であって前記孔に重ならない位置に電極非形成部を有し、前記電極非形成部を介して前記誘電体基板と前記第1絶縁層とを当接させた請求項に記載のチップ素子。
  4. 少なくとも前記誘電体基板および前記第1絶縁層の側面に側面電極を設けた請求項1〜3のいずれか1項に記載のチップ素子。
  5. 前記回路パターンによりストリップライン型共振器の共振線路を構成した請求項1〜4のいずれか1項に記載のチップ素子。
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