JP6032229B2 - 積層型セラミック電子部品 - Google Patents

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この発明は、積層型セラミック電子部品に関し、さらに詳しくは、シート状の誘電体に導体パターンおよび導体ビアによって内部配線や、必要に応じてインダクタ、キャパシタを形成した誘電体層を積層し、焼成した多層セラミック基板の一方主面に、電子部品を実装する実装電極と、他方主面に、外部に接続する外部電極を備え、実装電極に電子部品を実装した積層型セラミック電子部品に関する。
近時、たとえば特許文献1(特開2010−10361号公報)に開示されるような積層型セラミック電子部品が、ノート型パーソナルコンピュータや、携帯電話、スマートフォン、およびタブレット端末などのモバイル機器の信号処理に利用されている。
このような従来の積層型セラミック電子部品の一例として、図6に積層型セラミック電子部品110を示す。なお、図6は積層型セラミック電子部品110の断面図である。
積層型セラミック電子部品110は、多層セラミック基板101と、実装電極(番号なし)と、外部電極106および電子部品102〜104を備えている。
多層セラミック基板101は、複数の誘電体層108を積層して形成されている。
誘電体層108は、低温同時焼成セラミック材料と、配線導体109からなり、配線導体109によって低温同時焼成セラミック材料の表面に形成される導体パターン、低温同時焼成セラミック材料の両主面を貫通する導体ビアが形成され、多層セラミック基板101内に所定のインダクタ、キャパシタが形成される。さらに一方主面に実装電極が形成され、電子部品102〜104が実装されている。
多層セラミック基板101の他方主面に形成された外部電極106は、配線導体109によって電子部品素子102〜104と接続されている。
誘電体層108の低温同時焼成セラミック材料は、ガラスセラミックスなどからなる電気絶縁性の絶縁体である。なお、低温同時焼成セラミック材料とは、内部の配線導体が溶融しない低い温度での焼成が可能なセラミック材料をいう。すなわち、低温同時焼成セラミック材料を使用すれば、セラミック材料と内部の配線導体とを同時に焼成してセラミック多層基板101を作製することができる。
実装電極、外部電極106および配線導体109は、Cu、Agなどの金属材料からなる。
上記の積層型セラミック電子部品110は、グリーンシート状の誘電体層のそれぞれの主面に、レーザーなどで所定の導体ビアを形成し、外部電極106および配線導体109をスクリーン印刷などで所定の形状を形成する。
それぞれの誘電体層を形成した後、積層され、圧着されて所定の温度プロファイルで焼成されて多層セラミック基板1が形成される。
その後、多層セラミック基板101の実装電極に電子部品102〜104を実装して形成される。
なお、使用状態によっては、従来例の様に、積層型セラミック電子部品110をマザー基板に実装後、周囲を樹脂107で注型してもよい。
特開2010−10361号公報
上述したような特許文献1(特開2010−10361号公報)に開示された従来の積層型セラミック電子部品においては、主にリフローによって多層セラミック基板の実装電極に電子部品が実装される。
電子部品が実装電極に実装される工程では、電子部品の端子にはんだボールが形成され、または、多層セラミック基板の実装電極にはんだペーストがあらかじめ塗布され、電子部品が多層セラミック基板に搭載された後はんだが溶融して接合される。
このとき、多層セラミック基板の表面に凹凸があると、実装電極に高低差が生じる場合がある。電子部品が安定して実装される為の実装電極の高低差の許容範囲は、はんだの量に比例する。
電子部品が小型化され、端子の狭ピッチ化が進むと、はんだの量が少なくなり、実装電極間の高低差の許容範囲は狭くなる。このため、低温焼成セラミック材料と、導体パターン材料の焼成時の収縮率の差によって多層セラミック基板の表面に凹凸が生じると、実装電極間の高低差を吸収できず、実装不良となるおそれがあった。
図7に、電子部品素子105の多層セラミック基板101への実装が不良である場合を示す。
本願発明は多層セラミック基板の、電子部品を実装する部分の平坦性を確保して電子部品の実装不良のない積層型セラミック電子部品を提供する事を目的とする。その手段として、本発明の積層型セラミック電子部品においては、多層セラミック基板の実装電極が形成された主面、または、多層セラミック基板の内部層間であって、多層セラミック基板を積層方向から見た場合に、実装電極を含む領域に、誘電体層を形成する低温同時焼成セラミック材料よりも収縮率の小さい低温同時焼成セラミック材料からなり、実装電極を全て含んだ額縁状の形状であるとともに、その外周側が電子部品と平面的に同サイズの矩形である平坦部を形成した。
本発明によれば、電子部品を実装する領域に、誘電体層を形成する低温同時焼成セラミック材料より収縮率が小さい低温同時焼成セラミック材料からなる平坦部を配置することで、当該領域の誘電体層の凹凸を小さくすることができ、電子部品の実装を安定化させることができる。
また、収縮率が小さい低温同時焼成セラミック材料を用いることで、電子部品の小型化、狭ピッチ化に伴う実装電極間のピッチが狭まっても、実装電極間のショート不良を防ぐことができる。
本願発明の第1の実施形態にかかる積層型セラミック電子部品の断面図である。 図1の積層型セラミック電子部品のブロック図である。 図1の積層型セラミック電子部品の多層セラミック基板の積み図である。 本願発明の第2の実施形態にかかる積層型セラミック電子部品の多層セラミック基板の第1の誘電体層の平面図である。 図5(A)は、本願発明の第3の実施形態にかかる積層型セラミック電子部品の多層セラミック基板の、第1の誘電体層の平面図および第2の誘電体層の平面図である。図5(B)は、本願発明の第3の実施形態にかかる積層型セラミック電子部品の概略断面図である。 特許文献1にかかる従来の積層型セラミック電子部品の断面図である。 多層セラミック基板の凹凸によって生じる電子部品素子の実装不良の側面拡大図である。
以下、図面とともに、本発明の実施形態について説明する。
[第1の実施形態]
本願発明にかかる積層型セラミック電子部品を図1〜図3を用いて示す。
図1は、本願発明にかかる第一実施形態の積層型セラミック電子部品の断面図、図2は積層型セラミック電子部品のブロック図、図3は積層型セラミック電子部品に用いる多層セラミック基板の積み図である。
図1に示す積層型セラミック電子部品10は、多層セラミック基板5および電子部品2を備えている。多層セラミック基板5は、低温同時焼成セラミック材料からなる誘電体層3が積層されてなり、誘電体層3は、表面に形成される導体パターン6および両主面を貫通する導体ビア7を備える。
多層セラミック基板5の一方の主面に実装電極1が形成され、他方の主面には外部電極8が形成され、実装電極1には電子部品2が実装されている。
電子部品2は、実装電極1、多層セラミック基板5の内部の導体パターン6および導体ビア7によって外部電極8と電気的につながっている。
また、多層セラミック基板5の内部の導体パターン6および導体ビア7によって所定のインダクタ、キャパシタが形成される。
電子部品2が実装される部分には、誘電体層3より収縮率の小さい低温同時焼成セラミック材料からなる平坦部4が形成されている。
平坦部4によって焼成時に電子部品を実装する部分に凹凸がなくなるため、狭ピッチの小型の電子部品でも、安定して実装が可能となる。
図2に示す積層型セラミック電子部品10は、異なる周波数帯域を利用する複数の高周波信号を1つのアンテナで送受信するための高周波モジュールである。 積層型セラミック電子部品10は、図1の電子部品2に相当する部品として、スイッチングIC11を備えている。スイッチングIC11は、グランドに接続するためのグランド用電極PGND、共通電極P0、および個別電極P1〜P8を備えている。グランド用電極PGNDは、積層型セラミック電子部品10の外部電極EGNDに接続されている。
共通電極P0は、ESD回路を兼ねるアンテナ側整合回路12を介して積層型セラミック電子部品10のアンテナ接続用の外部電極E0に接続されている。アンテナ接続用の外部電極E0は、外部のアンテナ100に接続されている。
アンテナ側整合回路12は、積層型セラミック電子部品10のアンテナ接続用の外部電極E0と共通電極P0との間に直列接続されたインダクタL1を備えている。インダクタL1のアンテナ接続用の外部電極E0側の端部は、キャパシタC1を介して接地されている。
個別電極P1は、送信側フィルタ13Aを介して、積層型セラミック電子部品10の個別外部電極E1に接続されている。個別外部電極E1は、送信信号が外部から入力される電極である。
送信側フィルタ13Aは、個別電極P1と個別外部電極E1との間に直列接続されたインダクタL2、L3を備えている。インダクタL2の個別電極P1側の端部は、キャパシタC4を介して接地されている。インダクタL2、L3の接続点は、キャパシタC5を介して接地されている。インダクタL3の個別外部電極E1側の端部は、キャパシタC6を介して接地されている。
インダクタL2には、キャパシタC2が、インダクタL3には、キャパシタC3がそれぞれ並列接続されている。
個別電極P2は、送信側フィルタ13Bを介して、積層型セラミック電子部品10の個別外部電極E2に接続されている。個別外部電極E2は、送信信号が外部から入力される電極である。
送信側フィルタ13Bは、個別電極P2と個別外部電極E2との間に直列接続されたインダクタL4、L5を備えている。インダクタL4、L5の接続点は、キャパシタC8を介して接地されている。インダクタL5の個別外部電極E2側の端部は、キャパシタC9を介して接地されている。
インダクタL4には、キャパシタC7が並列接続され、高周波数帯域を減衰帯域とするフィルタを形成する。
個別電極P3は、SAWデュプレクサDUPLのSAWフィルタSAW1Lの不平衡端子に接続されている。SAWフィルタSAW1Lの平衡端子は、積層型セラミック電子部品10の個別外部電極E3に接続されている。個別外部電極E3は、アンテナが受信した特定の周波数の信号が出力される端子である。
個別電極P4は、SAWデュプレクサDUPLのSAWフィルタSAW2Lの不平衡端子に接続されている。SAWフィルタSAW2Lの平衡端子は、積層型セラミック電子部品10の個別外部電極E4に接続されている。個別外部電極E4は、受信信号が出力される端子である。アンテナが受信した、E3とは異なる特定の周波数の信号が出力される端子である。
個別電極P5は、SAWデュプレクサDUPHのSAWフィルタSAW1Hの不平衡端子に接続されている。SAWフィルタSAW1Hの平衡端子は、積層型セラミック電子部品10の個別外部電極E5に接続されている。個別外部電極E5は、アンテナが受信した、E3およびE4とは異なる特定の周波数の信号が出力される端子である。
個別電極P6は、SAWデュプレクサDUPHのSAWフィルタSAW2Hの不平衡端子に接続されている。SAWフィルタSAW2Hの平衡端子は、積層型セラミック電子部品10の個別外部電極E6に接続されている。個別外部電極E6は、アンテナが受信した、E3ないしE5とは異なる特定の周波数の信号が出力される端子である。
個別電極P7は、積層型セラミック電子部品10の個別外部電極E7に接続されている。個別外部電極E7は、第1のW−CDMA通信信号を入出力するための電極である。個別電極P8は、積層型セラミック電子部品10の個別外部電極E8に接続されている。個別外部電極E8は、第2のW−CDMA通信信号を入出力するための電極である。
図3を用いて、本実施形態に係る積層型セラミック電子部品10の多層セラミック基板の構造を説明する。
図3の積み図に示す多層セラミック基板は、図1の多層セラミック基板5に相当し、以下多層セラミック基板5とよぶ。
多層セラミック基板5は、12層の誘電体層を備えており、誘電体層が備える導体パターンおよび導体ビアにより、積層型セラミック電子部品10における上述の実装型のSAWデュプレクサDUPL、DUPHおよびスイッチングIC11を除く部分を実現している。また、本実施形態では詳細な配置パターンを図示していないが、多層セラミック基板の底面には、図2に示した、アンテナ接続用の外部電極E0、外部電極EGND、個別外部電極E0〜E8がそれぞれ、所定配列で形成されている。
以下では、多層セラミック基板5の天面となる最上層を第1の誘電体層aとして、下層側になるほどアルファベットが進み、最下層を第12の誘電体層lとして説明する。誘電体層との識別を容易にするため、平坦部4を斜線ハッチング、導体パターンを疎のドットハッチング、導体ビアを密のドットハッチングで示す。
なお、図3(m)は、最下層である第12の誘電体層lを裏返した状態を記載している。
最上層である第1の誘電体層aの天面、すなわち多層セラミック基板5の天面には、SAWデュプレクサDUPL、DUPHおよびスイッチングIC11を実装するための実装部が形成されている。
実装部の各電子部品の端子に対応する位置には、第1の誘電体層aを貫通し、他の誘電体層に形成された導体パターンに電気的に接続する導体ビア、または当該導体ビア上に形成された表面電極が、実装電極として配置されている。
スイッチングIC11を実装する部分には、多層セラミック基板5の誘電体層を形成する低温同時焼成セラミック材料よりも収縮率の小さい低温同時焼成セラミック材料からなる平坦部4を設けている。
本実施形態においては、実装電極として表面電極と導体ビアを併用しているが、導体ビアのみを実装電極として使用しても良い。
第2の誘電体層b及び第3の誘電体層cには導体パターンが形成されている。
第4の誘電体層dには内層のグランド電極GND1が略全面に形成されている。
第5の誘電体層eには、キャパシタC4、C6の一方の対向電極C4aおよびC6aが形成されている。これらキャパシタC4、C6の他方の対向電極C4bおよびC6bは、第4の誘電体層dのグランド電極GND1である。
第6の誘電体層f〜第8の誘電体層hには、インダクタL1〜L5をそれぞれ構成する線状電極パターンが形成されている。
第9の誘電体層iには、インダクタL1〜L3をそれぞれ構成する線状電極パターンが形成されている。
第10の誘電体層jには、キャパシタC2、C3、C7の一方の対向電極C2a、C3a、C7aが形成されている。
第11の誘電体層kには、キャパシタC1、C5、C8、C9の一方の対向電極C1a、C5a、C8a、C9aが形成されている。なお、キャパシタC5aの一方の対向電極は、キャパシタC2、C3の他方の対向電極C2b、C3bとしても機能しており、キャパシタC8の一方の対向電極は、キャパシタC7の他方の対向電極C7bとしても機能している。
第12の誘電体層lには、略全面に内層のグランド電極GND2が形成されている。このグランド電極GND2は、キャパシタC1、C5、C8、C9の他方の対向電極C1b、C5b、C8b、C9bとしても機能している。
最下層である第12の誘電体層lの裏面、すなわち多層セラミック基板5の底面mには、個別外部電極E1、アンテナ接続用外部電極E0と、外部接続用グランド電極とが配列形成されている。これらの電極は、上述の各層の電極パターンともに、図2に示したブロック図を実現するように、配列形成されている。
以上のような構造からなる第1の実施形態にかかる積層型セラミック電子部品は、従来の積層型セラミック電子部品と同様に、たとえば次の製造方法により製造することができる。
なお、以下においては、1個の積層型セラミック電子部品を製造する場合を例にして説明するが、実際の製造工程においては、複数個取りのできる大きなマザーグリーンシートを準備し、複数の多層セラミック基板を一括して製造する場合が多い。この場合には、一体となっている複数の多層セラミック基板を、製造工程のどこかの段階で、個々の多層セラミック基板に分割する。
まず、複数の誘電体グリーンシートを準備する。誘電体グリーンシートは、それぞれ、誘電体層a〜lのいずれかを形成するためのものである。
最上層の誘電体層aの平坦部は、ICと同サイズの矩形の領域に、たとえばペースト状にした上記誘電体層のグリーンシートよりも収縮率の小さい低温同時焼成セラミック材を、スクリーン印刷によって形成する。
誘電体層の低温同時焼成セラミック材料および平坦部の低温同時焼成セラミック材料は、いずれも低温焼成セラミックの代表的な材料であるBaO-Al-SiOとバインダーが混合したスラリーであり、焼成後のセラミックの組成比は、たとえば、誘電体層のグリーンシートはBaOが60重量%、Alが5重量%、SiOが35重量%、平坦部のペーストはBaOが60重量%、Alが10重量%、SiOが30重量%となっており、セラミック材料中のAlの組成比率を上げる事で平坦部の焼成時の収縮率を小さくしている。
次に、各グリーンシートに、導体ビアを形成するための孔を形成する。孔は、たとえば、レーザー光を照射することにより形成する。
その後、各グリーンシートに、導体パターン、実装電極、外部電極および導体ビアを形成する。具体的には、たとえば、誘電体層の誘電体グリーンシートのそれぞれの主面に、導電性ペーストを所定のパターン形状にスクリーン印刷などにより形成する。
上記の実装電極、外部電極、導体パターン、および導体ビアの材料は、Ag、Cu、Au、Ag−Pd等、従来から積層モジュールに使用されているものを使用することができる。
その後、全ての誘電体グリーンシートを積層し、所定のプロファイルで加圧、焼成して多層セラミック基板を形成する。この時、平坦部は周囲のセラミックよりも収縮率が小さい為、印刷して形成された形状および平坦性を保ち、ICチップを安定して接続させることができる。
上記工程を経て得られた多層セラミック基板の実装電極に、フリップチップICを搭載し、リフローによってはんだ接合され、積層型セラミック電子部品が得られる。
使用状態に応じて、積層型セラミック電子部品をマザー基板に実装後、周囲を樹脂注型する。
以上、本発明の第1の実施形態にかかる積層型セラミック電子部品および製造方法の例について説明した。しかしながら、本発明の内容が上記の内容に限定されることはなく、発明の趣旨に沿って、種々の変更をなすことができる。
たとえば、第1の実施形態にかかる積層型セラミック電子部品では、電子部品としてスイッチングICを平坦部に実装しているが、用途に応じて他の部品を実装してもよい。
また、複数の電子部品を実装するために、平坦部を複数個所設けてもよい。
また、
[第2の実施形態]
図4に、第2の実施形態にかかる積層型セラミック電子部品の第1の誘電体層a´の主面上の構成を示す。
本実施形態におけるIC実装部は、第1の実施形形態の第1層aに設けた平坦部4の、IC端子を含まない内周部に開口部を設けて額縁状にしたものである。
第2の実施形態にかかる積層型セラミック電子部品の他の誘電体層b〜mは、第1の実施形態にかかる積層型セラミック電子部品と同様であるので、省略する。
平坦部4は、スクリーン印刷で形成するのが一般的であり、大きな面積を印刷するとかすれる場合があり、この場合には塗布厚を均一にするのが難しい為、本実施形態のように額縁状にすることによりIC実装部の平坦度を安定化することができる。
また、額縁状にすることにより平坦部4の材料の使用量が削減できる。
[第3の実施形態]
図5(A)に、第3の実施形態にかかる積層型セラミック電子部品の第1の誘電体層a0、および第2の誘電体層a1の積み図を示す。
第3の実施形態にかかる積層型セラミック電子部品は、平坦部を多層セラミック基板の第2の誘電体層a1に形成したものである。第2の誘電体層a1には、平坦部の他に、第1の誘電体層a0と、図示しない第3以降の誘電体層上の所定の導体パターンとを電気的に接続する導体ビアが形成されている。(図5(B)の概略断面図を参照)。
第3の実施形態にかかる積層型セラミック電子部品の第3以降の誘電体層は、第1の実施形態にかかる積層型セラミック電子部品の第2の誘電体層b〜lと同様であるので、省略する。
第2の誘電体層a1上にある平坦部により、第1の誘電体層a0上のIC実装部の平坦性を確保することができる。また、多層セラミック基板5の表面を維持しつつ、平坦部4を形成することができる。
本願発明では、内層に平坦部を形成する例として、第2の誘電体層a1に平坦部4を形成したものを示しているが、第2の誘電体層a1に限らず、他の層に平坦部4を設けてもよい。
ただし、複数の誘電体を積層して形成される誘電体層の真ん中より電子部品を実装する実装電極に近い層のいずれかに配置されることが望ましい。
以上、第1〜3の実施例では、外周が閉じた矩形の平坦部の形状を示してきた。しかしながら、本発明の内容が上記の内容に限定されることはなく、平坦部に部分的に開放部を設けたり、平坦部の形状を電子部品の端子を含み、内部に開口部を設けた円形または楕円形にしたりするなど、発明の趣旨に沿って、種々の変更をなすことができる。
1 実装電極
2 電子部品
3 誘電体層
4 平坦部
5 多層セラミック基板
6 導体パターン
7 導体ビア
8 外部電極
10 積層型セラミック電子部品
11 スイッチングIC
12 アンテナ整合回路
13A、B 送信側フィルタ
E0〜E8 積層型セラミック電子部品の個別外部電極
P0〜P8 スイッチングICの個別電極
EGND 積層型セラミック電子部品のグランド電極
PGND スイッチングICのグランド電極

Claims (4)

  1. 低温同時焼成セラミック材料からなる複数の誘電体層が積層されて形成された多層セラミック基板と、
    電子部品と、
    前記多層セラミック基板の一方主面に形成された、前記電子部品を実装するための実装電極と、
    前記多層セラミック基板の他方主面に形成された、外部と接続するための外部電極と、を備え、
    前記電子部品が前記実装電極に実装された積層型セラミック電子部品であって、
    前記複数の誘電体層は、それぞれ、主面に形成された導体パターンおよび両主面を貫通して形成された導体ビアの少なくとも一方を備え、
    前記多層セラミック基板は、当該多層セラミック基板の前記実装電極が形成された側の主面、または、当該多層セラミック基板の内部層間であって、当該多層セラミック基板を積層方向に見た場合に、前記実装電極を含む領域に、低温同時焼成セラミック材料からなる平坦部が形成され、
    前記平坦部は、前記実装電極を全て含んだ額縁状の形状であり、
    前記平坦部の外周側は、前記電子部品と平面的に同サイズの矩形であり、
    前記誘電体層を構成する低温同時焼成セラミック材料と前記平坦部を構成する低温同時焼成セラミック材料は焼成時の収縮率が異なり、
    前記平坦部を構成する低温同時焼成セラミック材料の収縮率が、前記誘電体層を構成する低温同時焼成セラミック材料の収縮率よりも小さい積層型セラミック電子部品。
  2. 前記平坦部が前記多層セラミック基板の内部層間に形成される場合、当該平坦部は前記複数の誘電体層の真ん中よりも前記実装電極に近い側の誘電体層のいずれかの層間に形成されている、請求項1に記載の積層型セラミック電子部品。
  3. 複数の電子部品を実装する場合、各々の電子部品の端子全てを含んだ複数の平坦部を備える、請求項1または請求項2に記載の積層型セラミック電子部品。
  4. 前記実装電極が、前記多層セラミック基板の一方主面に露出した前記導体ビアである、請求項1からのいずれか1項に記載の積層型セラミック電子部品。
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