JPH04106909A - 高周波用チップインダクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、インダクター、特に高周波用のチップインダ
クターに関する。

〈従来の技術〉 高周波用に用いるチップインダクタとしては、従来、空
芯コイルや高周波用に改良されたバルク体フェライトコ
アをボビンにしたコイルが使用されている。

このフェライトコアを使用するものは空芯コイルを用い
るものに対して、透磁率が大きく、コイル巻回数を少な
くできるので小型化が一般に可能である。

しかしながら高周波用に用いる場合には、コイル巻き線
を流れる高周波電流がμｒｅｆｆ　（フェライトコアの
巻線が実効的に受ける比透磁率）とεｒｅｆｆ（巻線が
実効的に受ける比誘電率）より、波長短縮λｇ−λＯ／
７τＦＴｒコｈｉ汀をうけるため、高周波域ではインダ
クタと機能しなくなる。また巻き線間に起因する浮遊静
電容量（ストレー・キャパシタンス）が無視できな（な
るため、自己共振周波数が比較的低周波側で発生するこ
とによって同様に高周波域ではインダクタとして機能し
なくなるという問題点があった。

そもそもフェライトの透磁率は周波数特性を有するため
、高周波帯において広帯域に使用することはできない。

この為、従来はフェライトコアを用いる場合には、透磁
率を下げ透磁率の周波数特性を広帯域化させた材料を使
用して高周波化をはかっていた。

しかし、５００ＭＨｚ以上の周波数では、透磁率の低下
と磁気損失の増加は避けられないものであった。

一方、ボビンを用いたコイルでは、インダクタンス値の
調整を、コア径とコイルの巻回数により調整を行ってい
たが、Ｅ２４系（ＪＩＳ規格）のようにインダクタンス
を細かくシリーズ化させる場合には、コイル巻回数を、
無段階に制御するか、コア径を複数設ける必要があり複
雑な工程を伴うという問題点があった。また、フェライ
トをコアとしたコイルでは、フェライト材料の周波数特
性をうける為、高周波用としても、５００〜７００ＭＨ
ｚ程度までしか使用する事ができなかった。

他方、空芯コイルを用いる場合は、誘電率による波長短
縮の影響は少ないため、周波数特性は良好であるが、必
要なインダクタンス値を得るためにはフェライトコアに
比べ巻回数が多くなり、コイル径を大きくしたりする必
要があった。

また他方、従来のチップインダクターとして、時開５５
−９１８０４号公報に示されるごと（、フェライｌ−ｍ
板にスルーホールを設け、該スルーホールを通してコイ
ルパターンを設けたチップインダクターも知られている
。しかしながら、このようなグリーンシート法によるフ
ェライト素材を用いたチップインダクターでは、材料上
の制約から従来１００ＭＨｚ以上の周波数で使用できる
ものはなかった。また、アルミナ等を用いて、仮りに、
同様なチップインダクターを構成した場合も、アルミナ
の焼成温度が高い事から、使用できる導体材料は導電率
の低いタングステン・モリブデン等に限られてしまうた
め、高Ｑ化を図る事ができなかった。

く課題を解決するための手段） このような目的は、下記の本発明により達成される。

即ち、本発明は、絶縁体基板と、前記基板に設けられた
電極部を直列に接続する厚膜コイル導体パターンを有す
るチップインダクタにおいて、前記基板が低温焼成誘電
体材料で形成されたものであり、厚膜コイル導体パター
ン付近の基板の誘電率が１５以下であることを特徴とす
る高周波用チップインダクタである。

〈作用〉 本発明では、絶縁体基板と、前記基板に設けられた電極
部を直列に接続する周囲厚膜導電性パターンを有するチ
ップインダクタにおいて、厚膜コイル導体パターン付近
の基板の誘電率を１５以下、好ましくは１０以下とする
。

このためインダクタ部の波長短縮が少なく、また自己共
振周波数を高域側へシフトをさせることができ、高周波
帯域（１００Ｍｚ程度以上Ｉ　ＧＨ２程度まで）での使
用が可能となり、小型の高周波チップインダクタが実現
する。

また、多数のコアや金型が不要なため、設計および製造
が容易となる。

そしてまた、このように誘電率の低い基板を用いること
により厚膜コイル導体パターン間の浮遊静電容量が小さ
いため極めて良好な周波数特性が得られる。

更に、本発明では、１０００°Ｃ程度以下で焼成可能な
低温焼成材料で基板を形成するので、低抵抗ではあるが
、焼成温度が低いために、従来アルミナ基板等には使用
できなかった、Ａｇ、　Ａｇ−Ｐｄ　、　Ｃｕ、Ａｕ、
　Ｐｔ等を導体材料として使用できる。この為、高周波
帯域での使用に際して問題となる表皮効果による抵抗値
増加の影響を少なくすることができる。

〈具体的構成〉 以下、本発明の具体的構成を詳細に説明する。

本発明のチップインダクタは少なくとも絶縁体基板と前
記基板に設けられた電極部を直列に接続する厚膜導電性
コイルパターンにより構成される。

本発明において用いる基板の誘電率は、１５以下、好ま
しくは１０以下である。

基板の誘電率をこのような範囲とするのは、下記の理由
による。

インダクタシス部Ｓこおける信号の波長５二よる影響を
防くためには、コイルパターンを構成する導体の長さを
波長の１／８程度以下、好ましくは１／１０程度以下と
する必要がある。

ところが、コイルパターンを構成する導体付近の基板の
誘電率に依存して、波長の短縮が生しる。

このため、高誘電率の基板を用いると、著しく導体長さ
を短くしなければ信号の波長による影響を防ぐことはで
きない。しかし、導体長さが余りにも短くなると、必要
とされるコイルの巻き数を得ることが不可能になる。

しかし、低誘電率の基板を用いれば、導体長さをそれほ
ど短くしなくても信号の波長による影響を防ぐことがで
きるため、コイルパターンの形成が容易となる。本発明
が通用されるＩ　ＧＨｚ程度までの帯域ではコイルのイ
ンダクタンス値はそれほど大きい必要はない（例えば３
０ｎＨ程度以下）ため、本発明ではｔｇ誘電率上限を１
５とした。

また、基板の誘電率を１５以下とすることにより、コイ
ル付近の基板に発生する浮遊静電容量が低下するため、
コイルの自己共振周波数を使用周波数より高周波側にで
きるので、使用周波数において良好な周波数特性が得ら
れる。

なお、基板の誘電率は、ＪＩＳ　　Ｃ２）４１やキャビ
ティを用いる共振法に基づいて測定すればよい。

基板の構成材料に制限はないが、上記誘電率を実現し、
また、後述するような低温にて焼成可能とするためには
、セラミック骨材とガラスとのコンポジット構造である
ことが好ましい。

基板中におけるガラスの含有率は、５０体積％以上、特
に６０〜７０体積％であることが好ましい。ガラスの含
有率が前記範囲未満であると、コンポジット構造となり
にくく、強度および成形性が低下し、また、後述するよ
うな低温焼成が困難となる。

セラミック骨材に特に制限はなく、目的とする誘電率や
焼成温度等に応じ、例えば、アルミナ、マグネシア、ス
ピネル、ムライト、フォルステライト、ステアタイト、
コージェライト、ジルコニア等から１種以上を適宜選択
すればよい。

また、ガラスにも特に制限はなく、ホウケイ酸ガラス、
鉛ホウケイ酸ガラス、ホウケイ酸バリウムガラス、ホウ
ケイ酸カルシウムガラス、ホウケイ酸ストロンチウムガ
ラス、ホウケイ酸亜鉛ガラス等の一般にガラスフリット
として用いられているものが挙げられ、特に鉛ホウケイ
酸ガラス、ホウケイ酸ストロンチウムガラス等が好適で
ある。

そして、ガラス組成としては下記のものが好ましい。

ＳｉＯ□：５０〜６５重量％、 ｕｚｏｚ：５〜１５重量％、 ＢｚＯ＝：８重量％以下、 ＣａＯ１ＳｒＯ５ＢａＯおよび ＭｇＯの１〜４種＝１５〜４４１％ ＰｂＯ：３０重量％以下、 なお、上記組成には、さらにＢｉｚＯｉ、Ｔｉ０ｚ、Ｚ
ｒＯ３、ｙ、ｏ、等から選ばれる１種以上が５重量％以
下含有されていてもよい。

このようなセラミック骨材とガラスとを含存する基板材
料は低温焼成が可能であり、コイルの導体やコンデンサ
電極と同時焼成することができる。

コイルの導体材料およびコンデンサの電極材料に特に制
限はないが、本発明によれば、Ａｕ、　Ａｇ、八ｇ−Ｐ
ｄ、　ＣｕＳＰｔ等、１０００’Ｃ程度以下の温度で焼
成する必要がある低抵抗の導電性材料を使用することが
できる。

コイルの導体パターンに特に制限はなく、例えばスパイ
ラル状やヘリカル状等いずれであってもよい。

コイルのインダクタンスはコイルの巻数およびコイルの
開口面積によって所望の値に設定することができる。

本発明のチップインダクタの製造方法には、特に制限は
なく、絶縁体グリーンシート上に導体パターンを形成し
積層するグリーンシート法や絶縁体ペーストと導体ペー
ストを交互に厚膜印刷する印刷多層法等を用いる事がで
きる。

但し、本発明のチップインダクタでは浮遊容量の増力を
防止するためにコイルパターンの層間を適当に大きくと
る必要があり、層間を簡易安定に形成できるグリーンシ
ート法が好ましい。

グリーンノート法では、まず、基板材料となるグリーン
シートを作製する。

前述した基板構成材料、すなわち、セラミック骨材の粒
子およびガラスのフリットを混合し、これにバインダー
、溶剤等のビヒクルを加え、これらを混練してペースト
（スラリー）とし、このペーストを用いて、例えばドク
ターブレード法、押し出し法等により、好ましくは０．
１〜１．０ａ程度の厚さのグリーンシートを所定枚数作
製する。

この場合、ガラスの粒径は、０．１〜５μｍ程度、セラ
ミック骨材粒子の粒径は、１〜８μｍ程度であることが
好ましい。

ビヒクルとしては、エチルセルロース、ポリビニルブチ
ラールや、メタクリル樹脂、ブチルメタアクリレート等
のアクリル系樹脂等のバインダーエチルセルロース、テ
ルピネオール、ブチルカルピトール等の溶剤、その他各
種分散剤、活性剤、可塑剤等から、目的に応して適宜選
択すればよい。

次に、パンチングマシーンや金型プレスを用いて、グリ
ーンシートに必要に応してスルーポールを形成する。

その後、導体ペーストを各グリーンノート上に例えばス
クリーン印刷法により１０〜３０μｍ程度の厚さに印刷
し、コイル導体パターンを形成するとともにスルーホー
ル内に充填する。

このような導体べ′−ストは、前記したような導電性粒
子とガラスフリットとを混合し、これに前記と同様のビ
ヒクルを加え、これらを混練してスラリー化することに
より作製することが好ましい。

なお、前記導電性粒子の含有率は、８０〜９５重量％程
度であることが好ましい。また、導電性粒子の平均粒径
は、０．０１〜５μｍ程度であることが好ましい。焼成
後の導体や電極の厚さは、通常、５〜２０μｍ程度であ
る。

第１図及び第２図は、本発明のチップインダクタのコイ
ルパターンを示す分解斜視図である。

１ａ〜ＩＣは絶縁体グリーンシート、２ａ〜２Ｃは導体
パターン、３ａ〜３ｂは、スルーホール部導体を示す。

第１図のパターンは、各絶縁体グリーンソート（ｌａ〜
ＩＣ）上に、ヘリカル状コイルの一部を分割したパター
ン（２ａ〜２ｃ）を設け、各層を、スルーホール部導体
（３ａ〜３ｂ）で直列に接続したものである。これによ
り、一体として、基板に対し、縦方向に、ヘリカル状コ
イルを形成している。

第２図は、絶縁基板の第１層（１ａ）と第３層（１ｃ）
に複数の直線状導電体パターンを（２ａ、２ｃ）形成し
、各導体パターンを第２層（１ｂ）に設けたスルーホー
ル部導体（３ａ、３ｂ）で直列に接続したものである。

これにより一体として、基板に対し横方向にヘリカルコ
イルを形成している。

バターニングは、この他スパイラル状の導体パターンを
、内部層となるグリーンシート状に設けても良い。

しかし、高インダクタンスとチップの小型化を図る点で
は、第１図に示す、縦形のヘリカルパターンが好ましい
。

次に、各グリーンシートを重ね合わせ、約４０〜１２０
°Ｃ１５０〜１００１００Ｏ／ｃｄ程度で熱プレスし、
グリーンシートの積層体とする。

尚、チップインダクタの表面には、コイルパターンが露
出しない事がマイグレーション及び、部品実装時の半田
の付着をさける等の点で好ましく最外層には導体パター
ンのないグリーンシート層を設ける事が好ましい。

次いで、必要に応じ脱バインダー処理、切断用溝の形成
等を行なう。

その後、導体ペーストが印刷されたグリーンシートの積
層体を、下記の条件で同時焼成する。

焼成温度は、１０００’Ｃ以下、好ましくは８００〜１
０００’Ｃ程度、さらに好ましくは８５０〜９００°Ｃ
程度である。

焼成時間は、１〜３時間程度、最高温度での保持時間は
、ｌＯ〜１５分間程度が好ましい。

焼成雰囲気としては、空気、０□、あるいはＮ８等の不
活性ガス等を挙げることができるが、特に、簡易で、低
コストであるという点で空気が好ましい。ただし、導電
体材料とじてＣｕを用いるときには、不活性ガス中で焼
成することが好ましい。

この後端子電極を厚膜印刷焼成、めっき等の手法で形成
する。

く変形例〉 本発明には以上の他にも種々の変形例が可能である。

（１）第１図、第２図では、各グリーンシートにスルー
ホール充填、導体印刷後に積層を行っているが、これに
変えて、第３図に示す如く、絶縁体グリーンシート（ｌ
ａ、１ｂ、ｌｃ）をスタックし積層体（４）とした後、
両面貫通スルーホール（３）を形成して、その後、導体
ペーストによるスルーホール充填、パターン（２）印刷
を行う事もできる。

また更に、焼成した絶縁体ブロックを用い、その周囲を
周回するコイルパターンを厚膜印刷形成する事も適用可
能である。

（２）また、最外層を、グリーンシートによる絶縁層で
設けるかわりに、オーバーグレーズガラス焼付や、樹脂
コートにより、表面の導体パターンを被覆する事もでき
る。

〈効果〉 本発明によれば厚膜コイル導体パターン付近の基板の誘
電率を１５以下、好ましくは１０以下とする事により、
波長短縮の影響を小さくし、自己共振周波数を使用周波
数より高周波数側にできるので高周波帯（１００ＭＨ２
〜ｌ　ＧＨｚ帯）での使用可能な、小型チップインダク
タを得る事ができ、また、極めて良好な周波数特性が得
られる。

低温焼成基板を用いる為、導電性の高いＡｇ、Ｃｕ、Ａ
ｕ、Ｐｔまたはこれらの合金等の導体が使用可能であり
、高周波帯域で問題となる表皮効果による抵抗増加の影
響を少なくすることができる。

従って本発明のチップインダクタは１００ＭＨｚ程度以
上の高周波に好適であり、更には３００ＭＨｚ程度以上
、ｌ　ＧＨｚ程度までの周波数にも良好に適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のコイルパターン構成を示す分解斜視
図。第２図は、本発明の他のコイルパターン構成を示す
、分解斜視図。第３図は、本発明の他の例の製造方法を
示す斜視図。 １．１ａ、■ｂ、１ｃ・・・・・・絶縁体グリーンシー
ト２．２ａ、２ｂ、２ｃ・・・・・・導体パターン３．
３ａ、３ｂ　　　　・・・・・・スルーホール４、　　
　　　　　　　・・・・・・グリーンシート積層体−Ｏ
Ｑ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁体基板と、前記基板に設けられた電極部を直
   列に接続する厚膜コイル導体パターンを有するチップイ
   ンダクタにおいて、前記基板が低温焼成誘電体材料で形
   成されたものであり、厚膜コイル導体パターン付近の基
   板の誘電率が１５以下であることを特徴とする高周波用
   チツプインダクタ。
2. （２）１００ＭＨｚ以上の周波数帯域において使用され
   る請求項１に記載された高周波チップインダクタ。