JP4564431B2 - キャパシタのトリミング方法及びプリント基板 - Google Patents

Description

本発明は、キャパシタのトリミング方法及びプリント基板に関するものである。

プリント基板に配置された電気部品要素のうちの平行平板キャパシタ（以下、キャパシタという）のキャパシタンスを小さくする方法として、トリミングによってキャパシタの一部を除去し、キャパシタンスを小さくする方法が知られている。

まず、図６を参照して、キャパシタのキャパシタンスを小さくする手順を説明する。図６（Ａ）は、キャパシタにレーザビームを照射する光学系の模式図である。図６（Ａ）において、キャパシタは平面図で示している。図６（Ｂ）は、キャパシタのＡＡ断面図である。
図において点線で囲まれた３０はキャパシタである。キャパシタ３０は、プリント基板６の一部分である。
１はレーザ発振器であり、ＹＡＧレーザの第３高調波のレーザビームを出力する。４はガルバノスキャナであり、回転可能に支持しているミラーの角度を変える。５は制御装置であり、レーザ発振器１及びガルバノスキャナ４を制御する。

４１１はミラーであり、中立位置のときに紙面右方向から入射するレーザビームを紙面手前方向に反射する。ミラー４１１は、ガルバノスキャナ４によって角度を変えられ、レーザビームの進路を図において左右方向に変化させる。

４２２はミラーであり、中立位置のときに紙面奥方向から入射するレーザビームを紙面下方向に反射する。ミラー４２２は、ガルバノスキャナ４によって角度を変えられ、レーザビームの進路を図において上下方向に変化させる。ミラー４２２で反射されたレーザビームは、キャパシタに照射される。

３１はキャパシタの上側電極である。３２はキャパシタの下側電極である。上側電極３１と下側電極３２は、通常、銅でできている。上側電極３１と下側電極３２の大きさは、例えば、それぞれ縦３ｍｍ×横２ｍｍ程度である。３３は絶縁のための誘電体である。誘電体３３は、エポキシ樹脂等がよく用いられる。そして、上側電極３１と下側電極３２は、誘電体３３を挟み高さ方向に重なるように積層されている。

通常、上側電極３１の下面３４と下側電極３２の上面３５は、誘電体３３との接着力を増すためそれぞれ積層される際に粗面化されている。

２４は上側基幹パターンであり、キャパシタ３０を含むプリント基板６に配置された複数の電気部品要素を電気的に接続している。２５は下側基幹パターンであり、キャパシタ３０を含むプリント基板６に配置された複数の電気部品要素を電気的に接続している。２２は上側接続パターンであり、上側電極３１と上側基幹パターン２４とを電気的に接続している。２３は下側接続パターンであり、下側電極３２と下側基幹パターン２５とを電気的に接続している。

上側電極３１及び下側電極３２は、プリント基板６の一部分である。そして、上述したプリント基板６の各配線パターンは、上側電極３１及び下側電極３２と同時に、主にエッチング処理によって形成される。

プリント基板６においては、例えば、キャパシタ３０を含む電気部品要素で決まる回路の発振周波数を目標となる発振周波数に調整する必要がある。

この場合、上側基幹パターン２４及び下側基幹パターン２５に接続されているテストピン（図示せず）を介して、回路の発振周波数を測定する。そして、回路の発振周波数が許容範囲内にない場合には、キャパシタ３０のキャパシタンスを小さくすることによって、回路の発振周波数を調整する。

キャパシタ３０のキャパシタンスは、極板面積に比例する。そこで、図６（Ａ）は、トリミングによって、上側電極３１の一部を除去し、キャパシタ３０のキャパシタンスを小さくする方法を示す（例えば、特許文献１）。図６（Ａ）においては、レーザビームによって電極の除去された部分が斜線で示されている。
特開２００２−１２４８２８号公報

上述したトリミングによってキャパシタのキャパシタンスを小さくする方法においては、高精度でキャパシタンスを調整することができるが、この方法では、金属に対する吸収率は大きいが高出力を出し難いレーザ（例えば、ＹＡＧレーザの第３高調波）で電極の一部を除去しなければならない。従って、キャパシタンスを調整するのに時間がかかってしまう。

本発明の目的は、キャパシタのキャパシタンスを短時間で調整することである。

本発明は、誘電体と、この誘電体を挟み高さ方向に重ねて積層され下側電極の上面と上側電極の下面が粗面化された一対の電極とから構成されるキャパシタの一部をレーザビームによって除去することによって、前記キャパシタのキャパシタンスを小さくするキャパシタのトリミング方法であって、前記上側電極に設けられたレーザビーム入射口に、レーザビームを入射させて下側電極の上面と上側電極の下面で乱反射させ、前記レーザビーム入射口の直下よりも広い範囲の誘電体を除去し、前記キャパシタのキャパシタンスを小さくすることを特徴とする。
本発明のトリミング方法によれば、銅でできた電極よりも除去し易い樹脂でできた誘電体を除去することによって、キャパシタンスを小さくするので、キャパシタンスを短時間で調整できる。

本発明によれば、キャパシタのキャパシタンスを短時間で調整することができる。

以下、本発明のトリミング方法について図面に基づいて説明する。図１（Ａ）は、本発明に係るキャパシタにレーザビームを照射する光学系の模式図である。図１（Ａ）において、本発明に係るキャパシタは平面図で示している。図１（Ｂ）は、本発明に係るキャパシタのＢＢ断面図である。図１において、図６に示されるのと同一の部品は、同一の符号を付けてある。
１１はレーザ発振器であり、高出力を出し易い炭酸ガスレーザ、あるいは、ＹＡＧレーザの基本波等のレーザビームを出力する。レーザ発振器１１から出力されたレーザビームは、ミラー４１１及びミラー４２２で反射され、キャパシタに照射される。

３１１は本発明に係るキャパシタ３０の上側電極である。上側電極３１１にはレーザ入射口３１１−ｍ（ｍ＝１〜ｎ）が形成されている。レーザ入射口３１１−ｍは、ここでは、上側電極３１１を貫く貫通穴として説明する。以下、上側電極に形成されるレーザ入射口のことをウィンドウという。ウィンドウは、上側電極とプリント基板の配線パターンがエッチング処理によって形成されるときに、同時に形成される。
ウィンドウは、上側電極が形成された後に、上側電極にレーザ加工、あるいは、イオンビーム加工等を施すことによっても形成できる。

次に、誘電体の一部分を除去することについて図面に基づいて説明する。図２（Ａ）は、図１（Ｂ）のウィンドウ部分の拡大断面図である。
図２（Ａ）に示すように上側電極３１１にウィンドウ３１１−ｍを形成した場合であっても、ウィンドウ３１１−ｍの直径が誘電体３３の厚さ以下であれば電束線３６の乱れは少ない。よって、直径が誘電体の厚さ以下のウィンドウ３１１−ｍは、キャパシタのキャパシタンスへは、ほとんど影響を及ぼさない。従って、上側電極３１１に形成されたウィンドウ３１１−ｍの面積分だけ上側電極３１１の面積を広げる必要はない。ウィンドウの直径の大きさのキャパシタンスへの影響をより低減させるためには、ウィンドウ３１１−ｍの直径は、誘電体３３の厚さの半分以下であることが好ましい。

ウィンドウ３１１−ｍにレーザビームが入射した状況について図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）を参照して説明する。図２（Ｂ）は、下側電極３２の上面及び上側電極３１１の下面がほぼ鏡面である場合に、ウィンドウ直下の誘電体が除去された状態を示す図である。図２（Ｃ）は、上面３５及び下面３４が粗面である場合に、ウィンドウ直下よりも広い範囲の誘電体が除去された状態を示す図である。
図２（Ｂ）に示すように、ウィンドウ直下の誘電体３３は、ウィンドウ３１１−ｍに入射したレーザビームによって除去される。
また、本発明のトリミング方法は、電極の表面状態を利用することにより、より効果的に誘電体を除去することができる。図２（Ｃ）に示すように、ウィンドウ３１１−ｍに入射したレーザビームが粗面である上面３５及び下面３４によって乱反射されることによって、ウィンドウ直下よりも広い範囲の誘電体３３が、除去される。

以上においては、ウィンドウ３１１−ｍは、貫通穴として説明した。しかしながら、ウィンドウは、レーザビームが入射してその下部の誘電体が除去できるのであれば、貫通穴でなくてもよい。

ここで、１つのウィンドウにレーザビームが入射して誘電体が除去されることによるキャパシタンスの減少量について説明する。キャパシタンスの減少量をΔＣ、除去された誘電体の面積をＳ_０、電極の間隔をｄ、比誘電率をε、真空の誘電率をε_０とする。この場合、ΔＣは、式（１）で与えられる。
ΔＣ＝εε_０Ｓ_０／ｄ−ε_０Ｓ_０／ｄ＝（ε−１）ε_０Ｓ_０／ｄ…（１）
さらに、キャパシタンスの減少量ΔＣのキャパシタンスＣに対する割合について説明する。但し、キャパシタの面積をＳとする。この場合、ΔＣ／Ｃは、式（２）で与えられる。
ΔＣ／Ｃ＝（ε−１）Ｓ_０／εＳ…（２）
誘電体３３が、プリント基板の絶縁層としてよく用いられるエポキシ樹脂である場合には、εは約３．０である。この場合には、ΔＣ／Ｃは、２Ｓ_０／３Ｓで与えられる。

一方、電極の一部を除去した場合におけるキャパシタンスの減少量ΔＣのキャパシタンスＣに対する割合は、式（３）で与えられる。但し、この場合のＳ_０は、除去された電極の面積である。
ΔＣ／Ｃ＝Ｓ_０／Ｓ…（３）

式（２）と式（３）を比較すると分かるように、誘電体３３が、比誘電率が３．０と比較的小さいエポキシ樹脂である場合であっても、誘電体を除去することによって電極の一部を除去した場合と同じように、キャパシタンスを減少させることができる。
さらに、誘電体３３の比誘電率が大きい場合には、誘電体を除去することによるキャパシタンスの減少量は、電極の一部を除去することによるキャパシタンスの減少量とほとんど変わらなくなる。

〔実施例１〕
以下、実施例１について図面に基づいて説明する。図１（Ａ）は、実施例１に係るキャパシタにレーザビームを照射する光学系の模式図である。図１（Ａ）において、実施例１に係るキャパシタは平面図で示している。図１（Ｂ）は、実施例１に係るキャパシタのＢＢ断面図である。図１において、図６に示されるのと同一の部品は、同一の符号を付けてある。
図において点線で囲まれた３０はキャパシタである。３１１はキャパシタの上側電極である。上側電極３１１は銅を用いた。上側電極３１１の大きさは、縦３ｍｍ×横２ｍｍとした。誘電体３３は、エポキシ樹脂を用いた。誘電体３３の厚さは、約６０μｍとした。そして、上側電極３１１の図における下半分にはウィンドウ３１１−ｍ（ｍ＝１〜２００）を格子状に形成した。ウィンドウ３１１−ｍは、直径約３０μｍの円とした。
また、図１（Ｂ）に示す上側電極３１１の下面３４と下側電極３２の上面３５は、誘電体３３との接着力を増すためそれぞれ積層される際に粗面化されている。

このようにウィンドウが格子状に形成されたキャパシタの製造方法について説明する。まず、銅板にフォトレジスト等の感光剤を薄く均一に塗布することによって、銅板に感光性を持たせた。次に、ウィンドウが格子状に形成された部分を含むフォトマスクを露光して、フォトマスクのパターンを銅板に焼き付けた。最後に、格子状にウィンドウを形成した。

ウィンドウの位置は、制御装置５の内蔵するメモリに予め記憶させた。従って、制御装置５は、ウィンドウの位置を読み出し、誘電体の一部分を除去するためにレーザ発振器１１からウィンドウに向けてレーザビームを出力させることができる。

ここで、キャパシタに形成されるウィンドウの数について説明する。予備テストによれば、１つのウィンドウにレーザビームを入射させることによって、直径が約６０μｍの円柱に対応する部分のエポキシ樹脂からなる誘電体が除去された。この場合、キャパシタのキャパシタンスを設計上５％減少させるには、式（２）によれば１６０個のウィンドウの下部の誘電体を除去すればよい。図１（Ａ）に示す例においては、キャパシタンスを５％減少させるのに十分な数である２００個のウィンドウを上側電極３１１の図における下半分に格子状に形成した。

次に、図３に示すフローチャートを参照して、トリミングの手順について説明する。図３は、制御装置５が実行するトリミングの手順のフローチャートである。
まず、ステップＳ１０の処理において、テストピンを介して、回路の発振周波数を測定する。

ステップＳ１２の処理において、回路の発振周波数が許容範囲内にあるか否かを判定する。

回路の発振周波数が許容範囲内にない場合、ステップＳ１４の処理において、内蔵するメモリからレーザビームがまだ入射していない隣接するウィンドウの位置を読み出す。
始めにウィンドウ３１１−１にレーザビームを入射させれば、ウィンドウ３１１−２の位置を読み出す。

ステップＳ１６の処理において、レーザ発振器１１からレーザビームを出力させ、読み出された位置のウィンドウにレーザビームを入射させる。

ウィンドウに入射したレーザビームは、誘電体の一部を除去する。このようにして、キャパシタのキャパシタンスは小さくなる。また、各ウィンドウ毎にレーザビームを入射させ誘電体を除去するので、キャパシタのキャパシタンスを高精度で小さくすることができる。さらに、隣接したウィンドウに順番にレーザビームを入射させていくことによって、ミラー４１１及びミラー４２２の角度を変えるのに要する時間が短くなり、キャパシタを短時間でトリミングすることができる。

ステップＳ１８の処理において、レーザビームが入射したウィンドウの位置をメモリに記憶させる。そして、処理はステップＳ１０に戻り、再び、以後の処理が繰り返し実行される。ステップＳ１２の処理において、回路の発振周波数が許容範囲内にあると判断された場合、トリミングは終了する。

このように、本実施例によるトリミングにおいては、レーザビームによって加工性の良い誘電体の一部を除去するので、加工性の悪い銅でできた電極の一部を除去するのに比べて、キャパシタを短時間でトリミングすることができる。

〔実施例２〕
図４は、実施例２に係るキャパシタの平面図である。図４において、図１に示されるのと同一の部品は、同一の符号を付けてある。
図において点線で囲まれた３０はキャパシタである。３１２は実施例２に係るキャパシタの上側電極である。上側電極３１２の全面にウィンドウ３１２−ｍ（ｍ＝１〜２００）を格子状に形成した。
実施例１においては、制御装置５は、隣接したウィンドウに順番にレーザビームを入射させていった。しかしながら、ウィンドウにレーザビームを入射させる順番はこの順番に限らない。
制御装置５は、できるだけ離れたウィンドウを選択してレーザビームを入射させていくこともできる。図４に示す例においては、制御装置５は、始めにウィンドウ３１２−１、次にウィンドウ３１２−２００といったように、できるだけ離れたウィンドウを選択してレーザビームを入射させた。

このようにすることによって、レーザビームが照射されることによる熱を上側電極全面に分散させることができた。従って、レーザビームが照射されることによる熱が上側電極の一部分に集中し、熱が集中した部分の上側電極が歪み誘電体から剥がれることによって、キャパシタがその性能を発揮できなくなるのを防止することができた。

また、以上においては、各ウィンドウ毎にレーザビームを入射させ誘電体を除去する場合について説明した。しかしながら、レーザビームのビーム径を広げ、複数のウィンドウに同時にレーザビームを入射させ誘電体を除去してもよい。このようにすることによって、トリミングの精度は下がるもののより短時間でキャパシタをトリミングすることができる。

〔実施例３〕
図５は、上側電極に矩形の切り欠きを形成したキャパシタの平面図である。図５において、図１と同一の部品は、図１と同一の符号を付けてある。
図５において、３１３はキャパシタの上側電極である。そして、上側電極３１３には、約３０μｍの幅の矩形の切り欠き３１３−ｍ（ｍ＝１〜ｎ）をそれぞれ所定の間隔を空けて形成した。このように、ウィンドウは円に限らなくてもよい。

制御装置５は、レーザビームを矩形の切り欠きに入射させ切り欠きの下部の誘電体を除去することによって、キャパシタのキャパシタンスを小さくする。レーザビームが誘電体に入射できるのであれば、ウィンドウは、どのような形状であってもかまわない。

本発明に係る実施例１の説明図である。 図２（Ａ）は、図１（Ｂ）のウィンドウ部分の拡大断面図であり、図２（Ｂ）は、ウィンドウ直下の誘電体が除去された状態を示す図であり、図２（Ｃ）は、ウィンドウ直下よりも広い範囲の誘電体が除去された状態を示す図である。 トリミングの手順のフローチャートである。 実施例２に係るキャパシタの平面図である。 上側電極に矩形の切り欠きを形成したキャパシタの平面図である。 従来技術の説明図である。

符号の説明

４ ガルバノスキャナ
５ 制御装置
６ プリント基板
１１ レーザ発振器
２２ 上側接続パターン
２３ 下側接続パターン
２４ 左側基幹パターン
２５ 右側基幹パターン
３０ キャパシタ
３２ 下側電極
３３ 誘電体
３４ 下面
３５ 上面
３１１ 上側電極
３１１−ｍ（ｍ＝１〜ｎ） レーザ入射口
４１１ ミラー
４２２ ミラー

Claims (2)

1. 誘電体と、この誘電体を挟み高さ方向に重ねて積層され下側電極の上面と上側電極の下面が粗面である一対の電極とから構成されるキャパシタの一部をレーザビームによって除去することによって、前記キャパシタのキャパシタンスを小さくするキャパシタのトリミング方法であって、
   前記上側電極に設けられたレーザビーム入射口に、レーザビームを入射させて下側電極の上面と上側電極の下面で乱反射させ、
   前記レーザビーム入射口の直下よりも広い範囲の誘電体を除去し、前記キャパシタのキャパシタンスを小さくすることを特徴とするキャパシタのトリミング方法。
2. 請求項１に記載のキャパシタのトリミング方法において、
   レーザビーム入射口のひとつに、レーザビームを入射させ、直前にレーザビームを入射させたレーザビーム入射口からできるだけ離れたレーザビーム入射口を選択して、レーザビームを入射させることを特徴とするキャパシタのトリミング方法。

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