JP4618206B2

JP4618206B2 - Ｌｃフィルタ

Info

Publication number: JP4618206B2
Application number: JP2006195864A
Authority: JP
Inventors: 知一伊藤; 武史奥村
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2006-07-18
Filing date: 2006-07-18
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2026-07-18
Also published as: JP2008028464A

Description

本発明は、ＬＣフィルタに関し、特に、分布定数型のＬＣフィルタの導体パターンの構造に関するものである。

携帯電話、ノートパソコン等の電子機器のノイズを除去するフィルタ回路としてＬＣフィルタが広く用いられている。ＬＣフィルタには、巻き線タイプ、積層タイプ等、種々の構造のものが存在している。そのうち巻線タイプのＬＣフィルタでは、インダクタ素子Ｌに対してキャパシタ素子Ｃが外付けとなるため、必然的に集中定数型のフィルタ構造となり、小型化にも限界がある。一方、積層タイプのＬＣフィルタによれば、分布定数型のフィルタを構成することも可能である。

積層タイプのＬＣフィルタとしては、例えば特許文献１に示すものがある。このＬＣフィルタは、複数のセグメントから構成される絶縁層を積層して形成された積層体と、絶縁層の層間に、一の層間のセグメントから他の層間のセグメントにかけて同方向に連続して周回する第１の導電性エレメントを設け、所定ターン数のコイルを形成する第１の導体と、絶縁層の層間に、第１の導電性エレメント絶縁層を介して相対向する第２の導電性エレメントを設け、第１の導体との間にキャパシタンスを形成する第２の導体とを備えている。
特許第３２２３５０９号公報

しかしながら、特許文献１に示した従来のＬＣフィルタにおいてインダクタンスＬを大きくするためには、絶縁層の積層数を増やさなければならず、積層数を増やした場合には部品が大型化するという問題がある。また、インダクタの直流抵抗を十分に低くするには導体をある程度厚くする必要があるが、この場合も積層体の厚みを増大させる結果となり、部品の大型化を招くことになる。また、キャパシタの容量を大きくするためには、絶縁層を薄くする必要があり、絶縁層として絶縁薄膜を用いることも可能であるが、絶縁薄膜を薄くすればそのカバレッジが悪くなるため、第１の導体と第２の導体との間で耐圧不良が発生するという問題がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、小型・薄型でありながらフィルタ特性の良好なＬＣフィルタを提供することにある。

本発明の上記目的は、第１のスパイラル導体と、第１のスパイラル導体の上面に形成された誘電体薄膜と、誘電体薄膜を介して第１のスパイラル導体と対向配置された第２のスパイラル導体とを備え、第２のスパイラル導体は、第１のスパイラル導体のエッジ部を避けた平面領域に形成されていることを特徴とするＬＣフィルタによって達成される。

本発明のＬＣフィルタは、二つのスパイラル導体がキャパシタを構成すると共に、少なくとも一方のスパイラル導体がインダクタとなることから、分布定数型のＬＣフィルタを構成することができる。また、キャパシタ電極間の誘電体をスパッタリングで形成することができるため、薄く均一な成膜が可能である。また、上層のスパイラル導体の幅を下層のスパイラル導体よりも細くしているので、誘電体薄膜の欠陥が生じやすい下層のスパイラル導体のエッジ部を避けた構造とすることができ、耐圧性の向上を図ることができる。

本発明のＬＣフィルタは、第１のスパイラル導体と接続されたコンタクトホールをさらに備え、第２のスパイラル導体は、第１のスパイラル導体とコンタクトホールとの接続部をさらに避けた領域に形成されていることが好ましい。これによれば、コンタクトホールの形成部の耐圧性の向上を図ることができる。

本発明のＬＣフィルタは、第１のスパイラル導体、誘電体薄膜、及び第２のスパイラル導体の表面を覆う、誘電体薄膜よりも誘電率の低い絶縁層をさらに備えることが好ましい。これによれば、意図していない浮遊容量の発生を抑制することができ、インダクタの周波数特性の向上を図ることができる。

本発明において、第１のスパイラル導体の厚みは、第２のスパイラル導体より厚いことが好ましい。これによれば、第１のスパイラル導体を特性の良好なインダクタとして機能させることができる。

本発明において、第２のスパイラル導体の一端が開放端であることが好ましい。これによれば、第１のインダクタ導体の低抵抗化を図りつつ、第２のスパイラル導体の厚みを薄くすることができ、小型・薄型で高性能な３端子型のＬＣフィルタを実現することができる。

このように、本発明によれば、小型・薄型でありながらフィルタ特性の良好なＬＣフィルタを提供することができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るＬＣフィルタの構成を示す略斜視図である。また、図２は、ＬＣフィルタの構成を模式的に示す略平面図である。

図１に示すように、このＬＣフィルタ１０は、第１の絶縁層１１と、第１の絶縁層１１上に形成された引き出し電極１２、１３と、第１の絶縁層１１上に形成された第２の絶縁層１６と、第２の絶縁層１６の上面に形成された第１のスパイラル導体１７と、第１のスパイラル導体１７上に形成された誘電体薄膜１８と、誘電体薄膜１８を介して第１のスパイラル導体１７と対向配置された第２のスパイラル導体１９と、第２のスパイラル導体１９上に形成された第３の絶縁層２１と、第３の絶縁層２１の上面に形成された引き出し電極２２とを備えている。

第１のスパイラル導体１７は、インダクタとしての役割を果たすと共に、第２のスパイラル導体１９と共に一対の平行平板電極を構成し、キャパシタとしての役割を果たす。そのため、第１のスパイラル導体１７はある程度の厚みを有し、その抵抗値は十分に低いことが好ましいが、あまり厚すぎるとその後の加工が困難となるため、１０〜２０μｍ程度の厚みであることが好ましい。このような第１のスパイラル導体１７は、スパッタリング及び電解メッキにより形成することができる。第１のスパイラル導体１７の材料としては、メッキにより形成可能な材料であれば特に限定されず、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケルクロム合金（Ｎｉ−Ｃｕ）、半田、スズ（Ｓｎ）などを用いることができる。中でも、コストや電気導電性などを考慮すれば、銅（Ｃｕ）を用いることが非常に好ましい。第１のスパイラル導体１７の内周側の一端１７ａは、第２の絶縁層１６を貫通するコンタクトホール１４を介して第１の引き出し電極１２の一端１２ａに接続されている。また、外周側の一端１７ｂは、第２の絶縁層１６を貫通するコンタクトホール１５を介して第２の引き出し電極１３の一端１３ａに接続されている。

第２のスパイラル導体１９もまた、インダクタとしての役割を果たすと共に、第１のスパイラル導体１７と共にキャパシタとしての役割を果たす。第２のスパイラル導体１９は、第１のスパイラル導体１７と同等の厚みを有し、第１のスパイラル導体１７と同様に形成することが好ましい。図２に示すように、第２のスパイラル導体１９は、第１のスパイラル導体１７と略同一の平面形状を有しているが、そのサイズは第１のスパイラル導体１７よりも一回り小さく、第１のスパイラル導体１７のエッジ部分と、第１のスパイラル導体１７とコンタクトホール１４、１５との接続部とを逃げた平面領域を覆う形状となっている。第２のスパイラル導体１９の内周側の一端１９ａは開放され、外周側の一端１９ｂは第３の絶縁層２１を貫通するコンタクトホール２０を介して第３の引き出し電極２２の一端２２ａに接続されている。

誘電体薄膜１８は、第１のスパイラル導体１７と第２のスパイラル導体１９とで構成されるキャパシタ電極間の誘電体であることから、その厚みはできるだけ薄い方がよく、例えば０．１〜５μｍであることが好ましい。そのため、本実施形態の誘電体薄膜１８はスパッタリングにより形成される。誘電体薄膜１８の材料については、スパッタリングで成膜可能な比誘電率の高い材料であれば特に限定されないが、例えばアルミナ（比誘電率ε_０＝１０）等の金属酸化物を用いることができる。このように、誘電体薄膜１８の膜厚が非常に薄いことから、キャパシタ電極間の距離を十分に近づけることができ、小型で大容量なキャパシタを実現することができる。

第１乃至第３の絶縁層１１、１６、２１の材料については特に限定されないが、比誘電率ε_０＝３〜３．５のものを用いることが好ましい。そのような絶縁材料としては、ポリイミド樹脂を用いることができる。ポリイミドは絶縁材料として好ましい特性を有し、低コストで加工性に優れる反面、熱分解温度が５００℃前後であるという特徴を有している。誘電体材料としてはセラミックがよく知られているが、セラミックの焼成温度が１０００℃前後であることから、誘電体材料としてセラミックを用いた場合にはポリイミドを用いることができない。しかし、本実施形態のようにキャパシタ電極間の誘電体としてアルミナを採用し、アルミナをスパッタリングで形成する場合には、ポリイミドにダメージを与えることがないため、絶縁材料として優れたポリイミドを用いることが可能である。

引き出し電極１２の他端１２ｂは、信号ラインの入出力端子の一方となり、引き出し電極１３の他端１３ｂは、信号ラインの入出力端子の他方となる。また、引き出し電極２２の他端２２ｂは、グランド端子として用いられ、グランドに接続される。こうして、本実施形態のＬＣフィルタ１０は、３端子型のＬＣフィルタとして使用される。

図３は、図２のＸ−Ｘ線に沿ったスパイラル導体１７及び１９の積層構造を詳細に示す略断面図である。

図３に示すように、第１のスパイラル導体１７の表面を含む絶縁層１６の略全面は誘電体薄膜１８に覆われており、第２のスパイラル導体１９は誘電体薄膜１８を介して第１のスパイラル導体１７と対向配置されている。ここで、誘電体薄膜１８をスパッタリングにより形成する場合、その膜厚を薄くすればするほど下地面に対するカバレッジが悪くなり、第１のスパイラル導体１７のエッジ部Ｅに形成される誘電体薄膜１８の膜厚は不均一になる。特に、本実施形態においては第１のスパイラル導体１７の厚みが比較的厚いことから、絶縁層１６の表面と第１のスパイラル導体１７の上面の段差が大きく、カバレッジの悪化は顕著となる。しかし、図示のように、第２のスパイラル導体１９がこのエッジ部Ｅを逃げた平坦領域に形成されていることから、キャパシタ電極間の耐圧不良を防止することができる。なお、第２のスパイラル導体１９が第１のスパイラル導体１７と重ならない部分のマージンをあまり広く取りすぎると電極面積が小さくなり、容量の低下をもたらすため、第１のスパイラル導体のエッジ部に形成される誘電体薄膜１８の膜質を考慮してマージンを決定する必要がある。

図４は、ＬＣフィルタ１０の製造工程を模式的に示す略断面図である。

図４に示すように、ＬＣフィルタ１０の製造では、まず絶縁層１１が形成された基体を用意し、絶縁層１１上に引き出し電極１２、１３を形成する（図４（ａ））。引き出し電極１２、１３は、磁性基板１１の略全面に電極材料をスパッタリングにより成膜した後、フォトレジストを用いて電極材料をパターニングすることにより形成してもよい。また、メタルマスクを用いたスパッタリングを行うことにより、電極パターンを選択的に成膜しても構わない。

次に、引き出し電極１２、１３の表面を含む第１の絶縁層１１の全面に第２の絶縁層１６を形成する（図４（ｂ））。第２の絶縁層１６は、ポリイミド樹脂をスピンコート法により塗布し、硬化させることにより形成される。その後、第２の絶縁層１６の所定の位置にコンタクトホール１４、１５を形成する。

次に、第２の絶縁層１６の上面に第１のスパイラル導体１７をスパッタリング及び電解メッキにより形成した後（図４（ｃ））第１のスパイラル導体１７の表面を含む第２の絶縁層１６の略全面に、アルミナ等を材料とする誘電体薄膜１８を形成する（図４（ｄ））。

次に、誘電体薄膜１８が成膜された第１のスパイラル導体１７の上面であって、第１のスパイラル導体１７のエッジ部を逃げた平坦領域に、第１のスパイラル導体１７よりも一回り小さいサイズの第２のスパイラル導体１９を形成する（図４（ｅ））。第２のスパイラル導体１９は、第１のスパイラル導体１７と同様、誘電体薄膜１８の略全面に電極材料をスパッタリングにより成膜した後、フォトレジストを用いて電極材料をパターニングすることにより形成してもよい。また、メタルマスクを用いたスパッタリングを行うことにより、電極パターンを選択的に成膜しても構わない。

次に、第２のスパイラル導体１９の表面を含む誘電体薄膜１８の全面に第３の絶縁層２１を形成した後、第３の絶縁層２１の所定の位置にコンタクトホール２０を形成する（図４（ｆ））。第３の絶縁層２１は、ポリイミド樹脂をスピンコート法により塗布し、硬化させることにより形成される。その後、引き出し電極２２を形成することにより（図４（ｇ））、本実施形態のＬＣフィルタ１０が完成する。

図５は、ＬＣフィルタ１０の等価回路図である。

図５に示すように、ＬＣフィルタ１０は、第１のスパイラル導体１７によって構成された伝送線路３１と、第２のスパイラル導体１９によって構成された接地線路３２とが容量的に結合し、分布定数型のＬＣフィルタとして構成されている。そして、第１のスパイラル導体１７の両端１７ａ、１７ｂ（引き出し電極１２ｂ、１３ｂ）を信号ラインとし、第２のスパイラル導体１９の一端１９ａを開放端とし、第２のスパイラル導体１９の外周側の一端１９ｂ（引き出し電極２２ｂ）をグランド端子とすることで、３端子型のＬＣフィルタが構成される。

このように、本実施形態のＬＣフィルタ１０は、二つのスパイラル導体１７、１９が誘電体薄膜１８を介して対向配置されることで、ＬとＣが連続的に分布する分布定数型のノイズフィルタとして構成されることから、従来の集中定数型ＬＣフィルタでは回路インピーダンスに左右されて充分な効果が得られなかった特定の帯域においても所望の減衰量を得ることができ、広帯域の減衰特性を得ることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、二つのスパイラル導体でキャパシタを形成すると共に、少なくとも一方のスパイラル導体がインダクタとなることから、分布定数型のＬＣフィルタを構成することができる。誘電体層をスパッタリング等の薄膜工法で形成することができるため、薄く均一な成膜が可能である。また、上層のスパイラル導体の幅を下層のスパイラル導体よりも細くしているので、誘電体材料の欠陥が生じやすい下層のスパイラル導体のエッジ部を避けた構造とすることができ、耐圧性の向上を図ることができる。

本発明は、以上の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加えることが可能であり、これらも本発明の範囲内に包含されるもの出ることは言うまでもない。

例えば、上記実施形態においては、３端子型のＬＣフィルタを構成しているが、第２のスパイラル導体１９の内周側の一端１９ａに、スルーホールを介してリード電極を接続することにより、４端子型のＬＣフィルタを構成することも可能である。

また、上記実施形態においては、第１及び第２のスパイラル導体１７、１９が共に略円形のスパイラル導体として形成されているが、本発明においてスパイラル導体の形状は特に限定されず、例えば略矩形状のスパイラル導体であっても構わない。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るＬＣフィルタの構成を示す略斜視図である。図２は、ＬＣフィルタの構成を模式的に示す略平面図である。図３は、図２のＸ−Ｘ線に沿ったスパイラル導体１７及び１９の積層構造を詳細に示す略断面図である。図４は、ＬＣフィルタ１０の製造工程を模式的に示す略断面図である。図５は、ＬＣフィルタ１０の等価回路図である。

符号の説明

１０ＬＣフィルタ
１１第１の絶縁層
１２引き出し電極
１２ａ引き出し電極の一端
１２ｂ引き出し電極の他端
１３引き出し電極
１３ａ引き出し電極の一端
１３ｂ引き出し電極の他端
１４コンタクトホール
１５コンタクトホール
１６第２の絶縁層
１７第２のスパイラル導体
１７ａ第１のスパイラル導体の内周側の一端
１７ｂ第１のスパイラル導体の外周側の一端
１８誘電体薄膜
１９第２のスパイラル導体
１９ａ第２のスパイラル導体の内周側の一端
１９ｂ第２のスパイラル導体の外周側の一端
２０コンタクトホール
２１第３の絶縁層
２２引き出し電極
２２ａ引き出し電極の一端
２２ｂ引き出し電極の他端
３１伝送線路
３２接地線路
Ｃキャパシタ素子
Ｅエッジ部
Ｌインダクタ素子

Claims

絶縁層と、
前記絶縁層の上面に形成された第１のスパイラル導体と、
前記絶縁層を貫通し、前記第１のスパイラル導体の下面と接続されたコンタクトホールと、
前記第１のスパイラル導体の上面に形成された誘電体薄膜と、
前記誘電体薄膜を介して前記第１のスパイラル導体と対向配置された第２のスパイラル導体とを備え、
前記第２のスパイラル導体は、前記第１のスパイラル導体のエッジ部及び前記第１のスパイラル導体と前記コンタクトホールとの接続部を避けた平面領域に形成されていることを特徴とするＬＣフィルタ。
前記第１のスパイラル導体、前記誘電体薄膜、及び前記第２のスパイラル導体の表面を覆う別の絶縁層をさらに備え、
前記別の絶縁層の誘電率は、前記誘電体薄膜の誘電率よりも低いことを特徴とする請求項１に記載のＬＣフィルタ。
前記第１及び第２のスパイラル導体が、分布定数型のインダクタ及びキャパシタを構成していることを特徴とする請求項１又は２のいずれか一項に記載のＬＣフィルタ。
前記第２のスパイラル導体の一端がグランド端子であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＬＣフィルタ。