JP6764658B2 - 電子部品 - Google Patents
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Description
本発明は、電子部品に関する。
従来、電子部品としては、特開２００８−３４６２６号公報（特許文献１）に記載されたものがある。この電子部品は、基板と、基板上に設けられたコンデンサ用下部電極と、基板上に設けられたコイルと、コイル、基板および下部電極を覆う無機誘電体層と、無機誘電体層上に設けられ、無機誘電体層を介して下部電極に対向するコンデンサ用上部電極とを有する。無機誘電体層の厚みは、一定であり、無機誘電体層は、コイル、基板および下部電極の形状に追従して、形成される。
ところで、前記従来の電子部品を実際に製造して使用しようとすると、次の問題があることを見出した。
無機誘電体層を一定の厚みで下部電極の形状に追従して形成しようとすると、下部電極のエッジ部において無機誘電体層によるカバレッジの悪化が生じる。このため、熱歪等が生じると、無機誘電体層における下部電極のエッジ部を覆う部分に応力が集中して、無機誘電体層にクラック等の構造欠陥が生じる。したがって、品質の信頼性が低下する。一方、品質を確保するために、無機誘電体層の厚みを一律に増加すると、電極間距離が大きくなり、コンデンサの容量の低下を招いて、性能の劣化を生じるという課題を有する。
そこで、本発明の課題は、無機誘電体層のクラック等の構造欠陥を防止して、品質の信頼性の低下を抑制することができる電子部品を提供することにある。
前記課題を解決するため、本発明の電子部品は、
基板と、
前記基板上に設けられたコンデンサ用下部電極と、
前記下部電極を覆うように前記基板上に設けられた無機誘電体層と、
前記無機誘電体層上に直接設けられ、前記無機誘電体層を介して前記下部電極に対向するコンデンサ用上部電極と、
前記下部電極または前記上部電極に電気的に接続されたコイルと
を備え、
前記無機誘電体層の上面は、平坦である。
基板と、
前記基板上に設けられたコンデンサ用下部電極と、
前記下部電極を覆うように前記基板上に設けられた無機誘電体層と、
前記無機誘電体層上に直接設けられ、前記無機誘電体層を介して前記下部電極に対向するコンデンサ用上部電極と、
前記下部電極または前記上部電極に電気的に接続されたコイルと
を備え、
前記無機誘電体層の上面は、平坦である。
ここで、平坦であるとは、無機誘電体層の上面の凹凸がコンデンサ用下部電極の上面の位置よりも高い位置にあることをいう。
本発明の電子部品によれば、無機誘電体層は、下部電極を覆うように基板上に設けられ、無機誘電体層の上面は、平坦であるので、無機誘電体層は、下部電極に沿った形状とならない。これにより、無機誘電体層における下部電極のエッジ部を覆う部分の膜厚を厚くすることができる。したがって、無機誘電体層による下部電極のエッジ部のカバレッジの悪化を防止できて、熱歪等が生じても、無機誘電体層における下部電極のエッジ部を覆う部分のクラック等の構造欠陥を防止できる。したがって、品質の信頼性の低下を抑制することができる。
また、電子部品の一実施形態では、前記無機誘電体層は、無機誘電体材料と、前記無機誘電体材料の軟化点よりも低い軟化点を有するガラス材料とを含む。
前記実施形態によれば、無機誘電体層は、無機誘電体材料と、無機誘電体材料の軟化点よりも低い軟化点を有するガラス材料とを含む。これにより、無機誘電体層の製造時（印刷時および焼成時）に、無機誘電体材料が焼結する前にガラス材料が軟化することにより、無機誘電体層の流動性がよくなる。これにより、無機誘電体層のレベリング性が向上して、無機誘電体層の上面が平滑に形成される。
また、電子部品の一実施形態では、前記無機誘電体層に含まれる前記ガラス材料の比率は、１５ｗｔ％以上で、かつ、３５ｗｔ％以下である。
前記実施形態によれば、無機誘電体層に含まれるガラス材料の比率は、１５ｗｔ％以上で、かつ、３５ｗｔ％以下であるので、無機誘電体層の誘電率が向上する。これに対して、ガラス材料の比率が小さいと、流動性が低下し、焼結性が低下して、誘電率が低下する。一方、ガラス材料の比率が大きいと、無機誘電体材料の比率が低下して、誘電率が低下する。
また、電子部品の一実施形態では、
前記コイルの少なくとも一部は、前記下部電極と同一層に設けられ、
前記無機誘電体層は、前記下部電極と前記コイルの少なくとも一部とを覆い、
前記無機誘電体層の上面は、前記下部電極の上面より高い位置にある。
前記コイルの少なくとも一部は、前記下部電極と同一層に設けられ、
前記無機誘電体層は、前記下部電極と前記コイルの少なくとも一部とを覆い、
前記無機誘電体層の上面は、前記下部電極の上面より高い位置にある。
前記実施形態によれば、無機誘電体層の上面は、下部電極の上面より高い位置にあるので、下部電極の露出を確実に抑制することができて、無機誘電体層による下部電極のエッジ部のカバレッジやクラック等の構造欠陥を防止できる。
本発明の電子部品によれば、無機誘電体層のクラック等の構造欠陥を防止して、品質の信頼性の低下を抑制することができる。
以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の電子部品の第１実施形態を示す断面図である。図２Ａは、図１のＡ−Ａ断面図である。図２Ｂは、図１のＢ−Ｂ断面図である。図２Ｃは、図１のＣ−Ｃ断面図である。図３は、電子部品の等価回路図である。
図１は、本発明の電子部品の第１実施形態を示す断面図である。図２Ａは、図１のＡ−Ａ断面図である。図２Ｂは、図１のＢ−Ｂ断面図である。図２Ｃは、図１のＣ−Ｃ断面図である。図３は、電子部品の等価回路図である。
図１と図２Ａ〜図２Ｃと図３に示すように、電子部品１０は、コイル２およびコンデンサ３を有するＬＣ複合型の電子部品である。電子部品１０は、例えば、パソコン、ＤＶＤプレーヤー、デジカメ、ＴＶ、携帯電話、カーエレクトロニクスなどの電子機器に搭載される。電子部品１０は、例えば、低域透過フィルタ、高域透過フィルタ、帯域透過フィルタ、トラップフィルタ等のＬＣフィルタとして用いられる。
電子部品１０は、基板１と、基板１上に設けられ互いに電気的に接続されたコイル２およびコンデンサ３と、コイル２およびコンデンサ３を覆う絶縁体４とを有する。コイル２の一端は、第１端子６１に接続される。コイル２の他端は、第２端子６２に接続される。コンデンサ３の一端は、コイル２の他端および第２端子６２に接続される。コンデンサ３の他端は、第３端子６３に接続される。
基板１は、セラミックやガラス、半導体、有機材料と無機材料のコンポジット材などで構成される。この実施形態では、基板１は、例えば、アルミナを主体とするセラミック基板を用いる。
コイル２は、２層の第１コイル部２１および第２コイル部２２を含む。第１、第２コイル部２１，２２は、下層から上層に順に、配置される。第１、第２コイル部２１，２２は、積層方向に電気的に接続されている。第１、第２コイル部２１，２２は、それぞれ、平面においてスパイラル状に形成されている。第１、第２コイル部２１，２２は、例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕなどの低抵抗な金属によって構成される。好ましくは、後述するセミアディティブ（ＳＡＰ：Semi Additive Process）工法によって形成されるＣｕめっきを用いることで、低抵抗でかつ狭ピッチなスパイラル配線を形成できる。
第１、第２コイル部２１，２２は、同一軸を中心として、配置されている。第１コイル部２１と第２コイル部２２とは、軸方向（積層方向）からみて、同一方向に巻き回されている。
第１コイル部２１は、内周端部２１ａと外周端部２１ｂとを有する。第２コイル部２２は、内周端部２２ａと外周端部２２ｂとを有する。第１コイル部２１の内周端部２１ａと第２コイル部２２の内周端部２２ａとは、積層方向に延在するビア配線２３を介して、電気的に接続される。第１コイル部２１の外周端部２１ｂは、第２端子６２に電気的に接続される。第２コイル部２２の外周端部２２ｂは、第１端子６１に電気的に接続される。
コンデンサ３は、２層の下部電極３１および上部電極３２を含む。下部電極３１および上部電極３２は、下層から上層に順に、配置される。下部電極３１と上部電極３２は、積層方向に離隔して配置される。下部電極３１および上部電極３２は、それぞれ、平板状に形成されている。下部電極３１および上部電極３２は、例えば、第１、第２コイル部２１，２２と同じ材料から構成される。
下部電極３１は、平面方向に延在する引出配線２４を介して、第３端子６３に電気的に接続される。上部電極３２は、平面方向に延在する引出配線２４を介して、第２端子６２に電気的に接続される。
絶縁体４は、３層の第１〜第３絶縁層４１〜４３を含む。第１〜第３絶縁層４１〜４３は、下層から上層に順に、配置される。第１〜第３絶縁層４１〜４３は、例えば、エポキシやフェノール、ポリイミド、ビスマレイミド、ＬＣＰなどを主たる成分とする有機材料や、ガラス、窒化珪素などの無機材料により構成される。この実施形態では、例えば、第１絶縁層４１にガラスを用い、第２、第３絶縁層４２，４３にポリイミド樹脂を用いる。
第１絶縁層４１と第２絶縁層４２との間には、無機誘電体層５が設けられている。無機誘電体層５は、好ましくは、無機誘電体材料と、無機誘電体材料の軟化点よりも低い軟化点を有するガラス材料とを含む。無機誘電体層５に含まれるガラス材料の比率は、好ましくは、１５ｗｔ％以上で、かつ、３５ｗｔ％以下である。
無機誘電体材料は、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、シリカ、窒化ケイ素、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウムストロンチウム及びジルコン酸チタン酸鉛等である。ガラス材料は、例えば、ホウ硅酸ガラス等の軟化点７００℃以下の低軟化点ガラスである。
この実施形態では、例えば、無機誘電体層５に、チタン酸バリウム（Ｂａ，Ｔｉ，Ｏ）とホウ硅酸ガラス（Ｂ，Ｓｉ，Ｂａ，Ｏ）を含んだ材料を用いる。また、ガラス材料の比率は、例えば、２０ｗｔ％である。
基板１上に、第１絶縁層４１が設けられ、第１絶縁層４１上に、コンデンサ用下部電極３１が設けられる。下部電極３１を覆うように、第１絶縁層４１上に、無機誘電体層５が設けられる。
無機誘電体層５上に、コンデンサ用上部電極３２が直接設けられ、上部電極３２は、無機誘電体層５を介して下部電極３１に対向する。このように、下部電極３１と、上部電極３２と、下部電極３１と上部電極３２との間の無機誘電体層５とが、コンデンサ３を構成する。
無機誘電体層５の上面５ａは、平坦である。ここで、平坦であるとは、無機誘電体層５の上面５ａの凹凸がコンデンサ用下部電極３１の上面の位置よりも高い位置にあることをいう。
無機誘電体層５上に、第１コイル部２１が設けられ、第１コイル部２１は、上部電極３２に電気的に接続される。上部電極３２および第１コイル部２１を覆うように、無機誘電体層５上に、第２絶縁層４２が設けられる。第２絶縁層４２上に、第２コイル部２２が設けられ、第２コイル部２２を覆うように、第２絶縁層４２上に、第３絶縁層４３が設けられる。
次に、電子部品１０の製造方法について説明する。
図４Ａに示すように、基板１上に第１絶縁層４１を積層する。この実施形態では、基板１は、アルミナを主とするセラミックス基板であり、第１絶縁層４１は、ホウ硅酸ガラスとバインダとの混合ペースト材料を印刷工法により基板１に塗膜したのち、およそ８００℃の焼成プロセスにより焼付けて、形成される。なお、無機誘電体層５の形成時の焼成温度が高い場合、焼成プロセスにより結晶化するガラス材料を選択し、再溶融温度を高温化するのが望ましい。
その後、図４Ｂに示すように、第１絶縁層４１上に、コンデンサ用下部電極３１を設ける。この実施形態では、ＴｉおよびＣｕからなるメッキ給電膜（シード層）をスパッタ工法により成膜したのち、感光性フォトレジストにより、Ｃｕ配線のパターニングを行う。そして、パターン部に選択的に電解Ｃｕメッキを施したのち、感光性レジストの剥離、シード膜のエッチングを実施し、下部電極３１を形成する。以後、この配線形成工程を、ＳＡＰ（Semi Additive Process）工法という。
その後、図４Ｃに示すように、下部電極３１を覆うように、第１絶縁層４１上に、無機誘電体層５を設ける。この実施形態では、ホウ硅酸ガラスとＴｉＢａＯ、焼結助剤、バインダから構成されたペーストを印刷工法により塗膜し、およそ９００℃〜１０００℃の焼成プロセスにより焼付けて、無機誘電体層５を構成する。印刷時および焼成時に生じる無機誘電体層５の厚みのレベリングにより、下部電極３１による第１絶縁層４１上の凹凸が平坦化され、基板１に対し平坦な無機誘電体層５が形成される。すなわち、下部電極３１上の無機誘電体層５の厚みよりも、それ以外の部位の無機誘電体層５の厚みを厚く形成することが可能となる。必要に応じて、グラインド加工やポリッシング、ラッピング加工などにより、機械的に下部電極３１上の無機誘電体層５を選択的に薄化、平坦化してもよい。
その後、図４Ｄに示すように、無機誘電体層５上に、コンデンサ用上部電極３２および第１コイル部２１を設ける。この実施形態では、上部電極３２および第１コイル部２１をＳＡＰ工法により形成する。
その後、図４Ｅに示すように、上部電極３２および第１コイル部２１を覆うように、無機誘電体層５上に、第２絶縁層４２を設ける。この実施形態では、ポリイミドを塗布後キュアして、第２絶縁層４２を形成する。
その後、図４Ｆに示すように、第２絶縁層４２上に、第２コイル部２２を設ける。このとき、第２絶縁層４２にレーザ加工などによりビアホールを形成し、ビアホールにビア配線２３を形成する。これにより、第２コイル部２２は、ビア配線２３を介して、第１コイル部２１に電気的に接続される。第２コイル部２２およびビア配線２３は、ＳＡＰ工法により形成される。
そして、第２コイル部２２を覆うように、第２絶縁層４２上に、第３絶縁層４３を設ける。この実施形態では、ポリイミドを塗布後キュアして、第３絶縁層４３を形成する。
その後、基板１を部品サイズで、ダイシングやスクライブにより個片化して、図１に示す電子部品１０を形成する。
前記電子部品１０によれば、無機誘電体層５は、下部電極３１を覆うように基板１上に設けられ、無機誘電体層５の上面５ａは、平坦であるので、無機誘電体層５は、下部電極３１に沿った形状とならない。
これにより、無機誘電体層５における下部電極３１の下エッジ部３１ａおよび上エッジ部３１ｂを覆う部分の膜厚を厚くすることができる。したがって、無機誘電体層５による下部電極３１の上下エッジ部３１ａ，３１ｂのカバレッジの悪化を防止できて、熱歪等が生じても、無機誘電体層５における下部電極３１の上下エッジ部３１ａ，３１ｂを覆う部分のクラック等の構造欠陥を防止できる。したがって、品質の信頼性の低下を抑制することができる。
また、下部電極３１と上部電極３２の間の無機誘電体層５の厚みを薄くできて、コンデンサ３の容量の低下を防止できる。したがって、コンデンサ３の容量の低下による性能の劣化を防止できる。
また、コイル２は、無機誘電体層５上にあるので、コイル２の性能を悪化させない。これに対して、コイル２を無機誘電体層５で覆うと、コイル（インダクタ）の配線間の浮遊容量が無機誘電体層５において増加するおそれがある。
また、下部電極３１は、第１コイル部２１と同一層に設けられていないので、下部電極３１の厚みのみを薄く形成することができ、インダクタ特性に影響を与えずに薄型化と誘電体の構造欠陥の低減を図ることができる。これに対して、第１コイル部２１と下部電極３１を同一層に設けるとき、下部電極３１の厚みを薄く形成すると、第１コイル部２１の厚みも薄くなり、インダクタの直流抵抗が増加する。また、コイル２を下部電極３１と同一層に設けないことで、コイル２の厚みを下部電極３１の厚みよりも厚くできて、キャパシタの特性、品質を悪化させることなく、インダクタの直流抵抗を下げることができる。
前記電子部品１０によれば、好ましくは、無機誘電体層５は、無機誘電体材料と、無機誘電体材料の軟化点よりも低い軟化点を有するガラス材料とを含む。これにより、無機誘電体層５の製造時（印刷時および焼成時）に、無機誘電体材料が焼結する前にガラス材料が軟化することにより、無機誘電体層５の流動性がよくなる。これにより、無機誘電体層５のレベリング性が向上して、無機誘電体層５の上面５ａが平滑に形成される。
前記電子部品１０によれば、好ましくは、無機誘電体層５に含まれるガラス材料の比率は、１５ｗｔ％以上で、かつ、３５ｗｔ％以下であるので、無機誘電体層５の誘電率が向上する。これに対して、ガラス材料の比率が小さいと、流動性が低下し、焼結性が低下して、誘電率が低下する。一方、ガラス材料の比率が大きいと、無機誘電体材料の比率が低下して、誘電率が低下する。
図５は、ガラス材料の比率と、無機誘電体層の断面空隙率および誘電率との関係を示す。横軸にガラス材料の比率［ｗｔ％］を示し、左側の縦軸に断面空隙率［％］を示し、右側の縦軸に誘電率εを示す。実線は、ガラス材料の比率と無機誘電体層の断面空隙率との関係を示し、点線は、ガラス材料の比率と無機誘電体層の誘電率との関係を示す。
断面空隙率［％］は、無機誘電体層を研磨やイオンミリング等により断面を露出させ、ＳＥＭ等の高倍率観察が可能な設備で観察し、画像解析により試料断面の無機誘電体材料部と空隙部の面積を算出し、観測領域の空隙比率を断面空隙率とした。
誘電率εは、無機誘電体層の上下表面に電極材料を形成し、電圧・周波数を印加して電極間に蓄えられる電気容量を測定することで算出した比誘電率に真空の誘電率を乗算した値である。
図５の実線に示すように、ガラス材料の比率が小さくなると、無機誘電体層の断面空隙率は大きくなる。つまり、無機誘電体層の断面空隙率が大きくなると、無機誘電体層の流動性が低下する。また、図５の点線に示すように、ガラス材料の比率が一定値よりも小さく、または、大きくなると、無機誘電体層の誘電率は小さくなる。したがって、ガラス材料の比率が、１５ｗｔ％以上で、かつ、３５ｗｔ％以下であると、無機誘電体層の誘電率を高くできる。
ここで、ガラス材料の比率と無機誘電体層の誘電率との関係において、誘電率の最大値は、無機誘電体材料の種類に応じて異なるが、誘電率の最大値は、無機誘電体材料の種類に関わらず、ガラス材料の比率の１５ｗｔ％〜３５ｗｔ％の範囲に存在する。
（第２実施形態）
図６は、本発明の電子部品の第２実施形態を示す断面図である。第２実施形態は、第１実施形態とは、コイルの位置のみが相違する。この相違する構成を以下に説明する。なお、第２実施形態において、第１実施形態と同一の符号は、第１実施形態と同じ構成であるため、その説明を省略する。
図６は、本発明の電子部品の第２実施形態を示す断面図である。第２実施形態は、第１実施形態とは、コイルの位置のみが相違する。この相違する構成を以下に説明する。なお、第２実施形態において、第１実施形態と同一の符号は、第１実施形態と同じ構成であるため、その説明を省略する。
図６に示すように、第２実施形態の電子部品１０Ａにおいて、コイル２の第１コイル部２１は、下部電極３１と同一層に設けられる。なお、図６では、コイル２の第２コイル部２２を省略して描いており、第２コイル部２２を、無機誘電体層５上に設けてもよく、または、第２絶縁層４２上に設けてもよい。
第１コイル部２１の上面と下部電極３１の上面は、同一の高さである。無機誘電体層５は、下部電極３１と第１コイル部２１を覆う。無機誘電体層５の上面５ａは、下部電極３１の上面より高い位置にある。
つまり、無機誘電体層５の上面５ａは、第１実施形態で説明したように、平坦であるため、無機誘電体層５における第１コイル部２１と下部電極３１の間の部分に、凹部が生じても、この凹部の底面は、下部電極３１の上面や第１コイル部２１の上面よりも高い位置にある。
したがって、無機誘電体層５の上面５ａは、下部電極３１の上面より高い位置にあるので、下部電極３１の露出を確実に抑制することができて、無機誘電体層５による下部電極３１の上下エッジ部３１ａ，３１ｂのカバレッジやクラック等の構造欠陥を防止できる。
なお、コイルは、３層以上のコイル部から構成されるようにしてもよく、このとき、コイルの少なくとも一部（少なくとも１層のコイル部）は、下部電極と同一層に設けられ、無機誘電体層は、下部電極とコイルの少なくとも一部とを覆う。また、コイルは、１層のコイル部から構成されるようにしてもよく、このとき、コイルは、下部電極と同一層に設けられ、無機誘電体層は、下部電極とコイルを覆う。
なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。例えば、第１、第２実施形態のそれぞれの特徴点を様々に組み合わせてもよい。
前記実施形態では、コイルを構成するコイル部の数量は、２つであるが、１つまたは３つ以上でもよい。また、コイルは、どの位置にあってもよい。
前記実施形態では、絶縁体は、第１〜第３絶縁層から構成されているが、第１絶縁層を省略してもよく、また、絶縁体は、１層、２層または４層以上から構成されてもよい。
前記実施形態では、コイルは、上部電極に電気的に接続されているが、下部電極に電気的に接続されてもよい。
１ 基板
２ コイル
２１ 第１コイル部
２１ａ 内周端部
２１ｂ 外周端部
２２ 第２コイル部
２２ａ 内周端部
２２ｂ 外周端部
２３ ビア配線
２４ 引出配線
３ コンデンサ
３１ 下部電極
３１ａ 下エッジ部
３１ｂ 上エッジ部
３２ 上部電極
４ 絶縁体
４１〜４３ 第１〜第３絶縁層
５ 無機誘電体層
５ａ 上面
１０，１０Ａ 電子部品
６１〜６３ 第１〜第３端子
２ コイル
２１ 第１コイル部
２１ａ 内周端部
２１ｂ 外周端部
２２ 第２コイル部
２２ａ 内周端部
２２ｂ 外周端部
２３ ビア配線
２４ 引出配線
３ コンデンサ
３１ 下部電極
３１ａ 下エッジ部
３１ｂ 上エッジ部
３２ 上部電極
４ 絶縁体
４１〜４３ 第１〜第３絶縁層
５ 無機誘電体層
５ａ 上面
１０，１０Ａ 電子部品
６１〜６３ 第１〜第３端子
Claims (3)
- 基板と、
前記基板上に設けられたコンデンサ用下部電極と、
前記下部電極を覆うように前記基板上に設けられた無機誘電体層と、
前記無機誘電体層上に直接設けられ、前記無機誘電体層を介して前記下部電極に対向するコンデンサ用上部電極と、
前記下部電極または前記上部電極に電気的に接続され前記無機誘電体層上に設けられたコイルと、
前記上部電極および前記コイルを覆う絶縁層と
を備え、
前記無機誘電体層の上面は平坦であり、
前記コイルは、第１コイル部と第２コイル部とを含み、前記第１コイル部と前記第２コイル部は、下層から上層に順に同一軸に配置されて、積層方向に電気的に接続され、
前記第１コイル部は、前記上部電極と同一層に配置され、
前記絶縁層は、前記上部電極、前記第１コイル部および前記第２コイル部を直接覆うように、前記無機誘電体層上に設けられ、有機材料により構成されている、電子部品。 - 前記無機誘電体層は、無機誘電体材料と、前記無機誘電体材料の軟化点よりも低い軟化点を有するガラス材料とを含む、請求項１に記載の電子部品。
- 前記無機誘電体層に含まれる前記ガラス材料の比率は、１５ｗｔ％以上で、かつ、３５ｗｔ％以下である、請求項２に記載の電子部品。
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