专利名称：芯片元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及搭载在印制电路板等上使用的无导线式(leadless type)的芯片元件(chip element)，尤其涉及芯片电阻元件及芯片电感元件。
背景技术：
通常，作为安装在印制电路布线板上的部件，广泛使用被芯片化的芯片电阻器、芯片电感器、芯片电容器等芯片元件。如此的芯片元件能够提高每单位面积的安装密度。
这些部件通过在氧化铝或铁素体等的陶瓷基板上形成用于实现功能的布线结构，用玻璃或树脂等覆盖这些布线结构，并且在布线结构的端部形成电极来完成。
如此，作为覆盖布线结构的封装材料采用陶瓷，是为了在向玻璃环氧等的印制电路布线板等上安装时具有能承受焊料回流工序等200℃～300℃的高温工序的热耐力。
另外，如此的芯片元件也可以用作安装在印制电路布线板上、且例如作为信号传送线路而广泛采用的微波传输带线路等的终端电阻、或便携式电话等的高频信号的匹配元件。在此种情况下，所述的信号传送线路的特性阻抗通常采用50Ω。
另一方面，为了从LSI等有源元件向如此的50Ω系的布线供给充分的信号，例如，在LSI的输入输出部形成缓冲电路，用该缓冲电路产生大电流，由此驱动该50Ω系的布线。
总之，可预测此种芯片元件也能在更高的频率区域、即1GHz以上的频带使用。
另一方面，作为此种芯片元件，在特开平11-162719号公报(专利文献1)、特开平10-233302号公报(专利文献2)、及专利第2739334号公报(专利文献3)中有记载。其中，在专利文献1中，公开了通过热固性的不饱和聚酯树脂对电阻器及与该电阻器连接的2个电极端子进行插入成型修整而成的芯片电阻器。另一方面，在专利文献2中，公开了通过在液晶聚合物制的绝缘芯片状基板上形成由基座电极及氧化钌构成的薄膜电阻器而成的芯片电阻器。另外，在专利文献3中，公开了采用磁性体的阻抗元件及其制造方法，所述磁性体由混合混炼有强磁体粉末、结合树脂和溶剂的磁性糊膏挤压成形。
但是，在以往使用的芯片元件中，尤其在芯片电阻元件或芯片电感元件中，存在在1GHz～10GHz的高频区域中阻抗偏离设计值的问题。
该问题在芯片电阻元件中尤其在超过100欧姆的高电阻区域中是显著的，在芯片电感元件中尤其在超过1nH的高电感区域中是显著的。
此外，专利文献1公开了耐热性及成形效率良好的芯片电阻器及其制造方法，因此，在热固性的不饱和聚酯树脂中插入成形电阻体。因此，专利文献1完全没有暗示在GHz频带使用芯片电阻器的情况，也没有指出其对策。
另外，专利文献2提出了为了抑制采用了陶瓷基板时的成本上升，而采用液晶聚合物制的芯片状基板，但在该专利文献2中，也完全没有暗示以GHz频带的高频使用该芯片电阻器及此时的问题。
此外，在专利文献3中，没有与使高频特性良好所需要的磁性体粉的粒径或树脂的电容率相关的记述，完全没有暗示以高频使用的阻抗元件，也没有指出其对策。此外，由于挤压成形导体层，所以产生无法形成线圈等的复杂电路图案的问题。
发明内容
本发明指出在GHz频带的高频频带使用芯片元件时产生的问题，并对解决该问题。
本发明的目的在于提供一种能在GHz频带的使用中降低寄生电容、寄生电感的影响的芯片电阻元件。
本发明的另一目的在于提供一种也能在GHz频带中使用的芯片电感元件。
本发明的具体目的在于提供一种芯片电阻元件，其能够降低伴随芯片元件的寄生电容，能够以数百Ω～1kΩ左右以上的程度使用以往在10GHz左右以上时只能以数十Ω左右的程度使用的芯片电阻元件。
本发明的另一具体目的在于提供一种芯片电感元件，其能够以数10GHz左右以上的频率实现数十nH左右以上的电感值。
根据本发明的一实施方式，可得到一种芯片元件，其在基板上形成有电感元件和与该电感元件连接的多个电极，其特征在于，所述基板由具有能够降低GHz频带中的寄生电容的低电容率的低电容率材料形成。此处，芯片元件是芯片电阻元件或芯片电感元件，低电容率材料是在按JISC3005测定时，具有1kΩcm以上的比电阻的绝缘材料。
此外，优选所述低电容率材料是有机材料的树脂。在此种情况下，所述树脂从由氟树脂、丙烯树脂、环氧树脂、液晶树脂、酚醛树脂、聚酯树脂、改性联苯醚树脂(変性ポリフエニルエ一テル樹脂)、双马来酰亚胺·三嗪树脂(ビスマレイド·トリアジン樹脂)、改性聚苯醚树脂(変性ポリフエニレンオキサイド樹脂)、硅树脂、苯环丁烯树脂(べンゾシクロブテン樹脂)、聚萘二甲酸乙二醇酯树脂、聚环烯烃树脂、聚烯烃树脂、氰酸酯树脂(シアネ一トエステル樹脂)、及三聚氰酰胺树脂构成的组中选择即可。另外，所述低介质材料优选具有4以下的电容率。
图1(a)及(b)是用于指出芯片电阻元件及芯片电感元件的问题的电路图。
图2是表示本发明的第1实施例的芯片电阻元件的结构的剖面图。
图3是表示电容率和基板的电阻变化的图表。
图4是表示本发明的第2实施例的芯片电感元件的概略结构图。
图5是进行比较而示出本发明的芯片电感元件和以往的芯片电感元件的频率特性的特性图。
具体实施例方式
首先，参照图1(a)及(b)，指出伴随芯片元件的问题，并且说明本发明的原理。
图1(a)及(b)示出芯片元件的等效电路，(a)表示芯片电阻元件的情况，(b)表示为芯片电感元件的情况。
如图1(a)所示，芯片电阻元件由采用激光修整等调整到所希望的直流电阻值的本征电阻成分R、与其串联连接的寄生电感成分Lp及与其并联连接的寄生电容成分Cp构成。寄生电感成分Lp及寄生电容成分Cp的阻抗采用各频率ω，分别用ωL及1/(ωC)表示。因此，如果频率变高，则对于寄生电感成为高阻抗，对于寄生电容成为低阻抗。如此的寄生成分的大小通常对于寄生电感Lp在数百pH～数nH左右，另一方面，对于寄生电容Cp在数十fF～数百fF左右。如果将该值换算为例如10GHz的阻抗，则对于寄生电感Lp在数Ω～数十Ω左右，对于寄生电容Cp在数kΩ～数百Ω左右。
在这些寄生成分形成图1(a)所示的等效电路的结构时，在电阻值R的值比与基于寄生电感成分Lp的阻抗同等的程度小时，寄生电感成分Lp处于支配地位，无法减小阻抗的值。同样，在电阻值R的值比与基于寄生电容成分Cp的阻抗同等的程度大时，电容成分处于支配地位，无法增大阻抗的值。其结果是，芯片电阻能够在高频区域使用的值为数十Ω左右。
另一方面，图1(b)所示的芯片电感元件由调整到所希望的电感成分的本征电感成分L、与其串联连接的寄生电阻成分Rp、及与其并联连接的寄生电容成分Cp构成。表示电感的高频特性的指标即自共振频率采用本征电感L、寄生电容Cp，用f＝1/(2π√(LCp))表示。
该自共振频率表示电感器能够作为电感使用的上限频率，在比该频率高的频率区域，电感性消失，作为电容进行作用。
芯片电感器为得到高电感值，通常通过经由介质叠层导体薄膜来形成，在此种情况下，由于在导体薄膜间形成寄生电容，所以整体的寄生电容值大于芯片电阻元件的情况，达到数百fF～数pF左右。因此，在超过数nH的电感值的情况下，产生自共振频率达到数GHz～10GHz左右以下，无法以10GHz以上的高频作为电感器使用的问题。因此，能在10GHz中使用的电感的上限至多是数nH左右的值，如果将其换算为阻抗则为数十Ω左右。
另外，由于所述的芯片电感器为了增大电感值而采用铁素体等介质材料，所以材料的磁滞损耗等大，能够使用的频率在100MHz左右以下。
如此，因寄生成分的存在，难以实现可在10GHz左右以上使用的芯片电阻器或芯片电感器，被限定为在数十Ω左右的阻抗下的使用。其结果是，由于形成于将它们作为匹配元件或终端元件使用的布线板上的信号传播线路的特性阻抗不得不限定在数十Ω左右，所以使特性阻抗高阻抗化、减小在信号传播线路中流动的电流成分从而降低消耗电力是困难的。
鉴于所述问题，本发明着眼于芯片元件的基板，作为该基板，采用了具有4以下的电容率的低介质材料的树脂材料即塑料。如此可知，通过采用低介质材料的基板，能够减小芯片电阻器或芯片电感器的并联寄生电容，形成即使在GHz频带的高频区域阻抗特性的劣化也小的元件。
另外，如本发明所述可知，由于在形成于低介质材料的基板上的芯片电阻元件中，并联寄生电容被降低，所以能够形成即使在GHz频带的高电阻区域阻抗特性的劣化也小的优质芯片电阻元件。
此外，在本发明的芯片电感元件中，由于并联寄生电容被降低，所以能够形成即使在高电感区域阻抗特性的劣化也小的元件。另外，在本发明的芯片电感元件中，由于在介质中分散有微小磁性体，并作为超顺磁性体进行动作，因而能够提高导磁率，同时减小磁滞损耗等，所以能够形成小型且低损耗的电感器。
以下，说明本发明的实施例。
(实施例1)参照图2说明本发明的实施例1的芯片电阻元件。图2是表示本实施例1的芯片电阻元件的一例的剖面图，具有低电容率基板101、形成于该低电容率基板上的电阻体102、用于与电阻体进行电接触的第1电极103、保护电阻体表面的保护膜104、和用于与第1电极进行电接触的第2电极105。
优选所述低电容率基板的电容率在4以下，更优选在3以下，进一步优选在2.5以下。如此可知，通过使用低电容率基板，例如以往不能在1GHz以上使用的1kΩ的芯片电阻元件也能在1GHz程度以上的频率充分使用。
以下，说明其理由。
图3以普通的芯片电阻器即1mm×0.5mm尺寸时的基板电容率为横轴，并以通常用作高频元件的性能指标的电压驻波比表示相对于直流电阻的高频阻抗。电压驻波比在1.2左右以下形成良好的连接，更优选在1.1以下。
如图3明示，只要是100～200Ω左右的电阻Rdc，则即使在电容率为10左右时，也可得到1.1以下的电压驻波比，但如果电阻Rdc从500Ω向1000Ω增大，则电压驻波比急剧增大。由此说明，电压驻波比依赖于芯片元件的基板所使用的材料的电容率。
在本发明中，基于此见解而发现了如下情况通过作为芯片元件基板选择电容率低的材料，可得到即使在GHz频带也能使用的芯片元件。具体是，如图3明示，优选基板的介质的电容率在4以下，更优选在3以下，进一步优选在2.5以下。
另外，优选构成基板的材料的介质损耗在1×10-2以下，更优选在1×10-3以下，进一步优选在1×10-4以下。此外，优选热特性的指标之一即玻化温度在100℃以上，更优选在150℃以上，进一步优选在200℃以上。
作为满足所述条件的材料，有电容率为2～3、tanδ＝2×10-4～9×10-3、玻化温度为200～300℃的聚环烯烃树脂或聚烯烃树脂。另外，也可以使用电容率为2～2.5、tanδ＝1×10-3左右、玻化温度为150℃左右的氟树脂。此外，也可以使用电容率为2.5～3、tanδ＝1×10-3左右、玻化温度为200～300℃左右的液晶树脂等。
本发明的芯片电阻器，由于作为基板采用低电容率基板，所以与以往相比能够减小寄生电容，因而能够形成即使在高频区域电阻值的劣化也小的芯片电阻器。由于本实施例1的芯片电阻器显示出寄生电容成分小、即使在高频区域也没有电阻值劣化的特性，所以能够形成特性劣化小的高频电路。另外，由于作为基板材料采用耐热性高的所述树脂，所以即使在焊料回流等高温工序中，也没有热耐性的劣化。
(实施例2)采用图4说明本发明的实施例2的芯片电感元件。图4所示的芯片电感元件如下形成在低电容率绝缘体基板201上叠层由通过印刷导电性糊膏等而形成的布线202、和在具有下层布线时用于相互连接的通孔(ビアホ一ル连接孔)203构成的单位基板，并在单面上形成电极204。
低电容率绝缘体基板201，从降低布线间的寄生电容的观点出发，优选电容率低，作为电容率，只要小于现有的陶瓷系材料(电容率10左右或其以上)，就能够得到本实施例的效果，但优选在4以下，更优选在3以下，进一步优选在2.5以下。作为如此的低电容率绝缘体基板，优选低电容率且介质损耗小的材料，可例示环烯烃树脂或聚烯烃树脂、特氟隆(テフロン注册商标)树脂、丙烯树脂、环氧树脂、液晶树脂、氟树脂等，但优选环烯烃树脂或聚烯烃树脂、氟树脂、电容率为2.5～3的液晶树脂等。由于与以往的陶瓷系材料相比为低电容率，所以能够减小寄生电容，能够提高电感器的自共振频率。
图5是比较按本实施例形成的芯片电感元件和以往的芯片电感元件的例。图5是表示芯片电感元件的频率特性的特性图，横轴为信号频率，纵轴为规格化电感值，表示用各频率除高频阻抗而得的值。比较在氧化铝陶瓷基板上形成电感器的情况、和在环烯烃基板上形成电感器的情况下的特性。低频时的规格化电感值为10nH，在氧化铝陶瓷基板的情况下，寄生电容为50fF，自共振频率为7.1GHz。另一方面，在环烯烃基板的情况下，寄生电容为12.5fF，自共振频率为14.3GHz。通过采用低电容率基板，可提高自共振频率，提高作为电感元件的可使用频率。
(实施例3)再次参照图4说明本发明的实施例3的芯片电感元件。图4所示的芯片电感元件如下形成在磁性介质基板201上叠层由通过印刷导电性糊剂等而形成的布线202、和在具有下层布线时用于相互连接的通孔(连接孔)203构成的单体基板，并在端面上形成电极204。
磁性介质201可通过在低电容率的树脂中分散微小磁性体得到。微小磁性体由于与表皮深度或磁畴尺寸相比十分小，在1GHz～10GHz左右的信号频率的情况下，优选在1μm以下，更优选在100nm以下，所以如果采用例如由数十nm左右的尺寸构成的微小磁性体，则有助于消除磁滞损耗、提高介质的导磁率。因此，与用以往的铁素体等的陶瓷构成的芯片电感器相比能形成为低损耗且小型的芯片电感器。另外，由于构成磁性介质基板的介质材料通过采用塑料材料，与以往的铁素体材料的10～15的电容率相比能够充分减小电容率，所以能够降低布线间的寄生电容，提高电感器的自共振频率。
作为分散在磁性介质201中的微小磁性体，例如可利用气体中蒸发法或雾化法、化学合成法等，以比磁畴尺寸小的例如数10nm左右的尺寸，形成Fe、Co、Ni的磁性金属或铁素体等的金属氧化物磁性体、或用其它方法形成的强磁性体。由于显示出超顺磁性体的特性，所以没有磁滞损耗，能够提高电感的Q值。
另外，作为形成磁性介质201本身的介质材料，可以是环烯烃系树脂或特氟隆(注册商标)树脂、丙烯树脂、环氧树脂等，由于与以往的陶瓷类材料相比为低电容率，所以能够减小寄生电容，能够提高电感器的自共振频率。
此外，所述那样的介质材料，耐热温度高，在焊料回流等短时间的热处理中特性不变化。在电感值为数nm左右等、即使不使用磁性介质也能确保充分的电感值时，也可以采用降低电容率、降低寄生电容影响的树脂基板，优选使用实施例1所用的树脂。
如以上说明所述，作为芯片元件的基板材料，使用低介质材料的有机树脂材料、塑料，由此能够减小芯片电阻器及芯片电感器的并联寄生电容，其结果是，能够构成即使在GHz频带的高频区域阻抗特性的劣化也小的芯片元件。因此，在本发明中，能够在1GHz左右以上的频率充分使用以往难以在1GHz以上使用的1kΩ的芯片电阻元件，能够构成即使在高电感区域阻抗特性劣化也小的芯片电感元件。
在本发明中，通过作为芯片元件的基板材料，使用低介质材料的树脂，能够减轻高频时的寄生电容，由此，可得到即使在GHz频带的高频区域阻抗特性的劣化也小的芯片元件，尤其，可得到芯片电阻元件或芯片电感元件。
(产业上的可利用性)由于本发明的芯片元件能够用作GHz频带中的元件，所以能够适用于在GHz频带中工作的便携式电话机或计算机等各种电气设备。
权利要求
1.一种芯片元件，其在基板上形成有阻抗元件、和与该阻抗元件连接的多个电极，其特征在于，所述基板由具有能够降低GHz频带的寄生电容的低电容率的低电容率材料形成。
2.如权利要求1所述的芯片元件，其中，所述低电容率材料包括有机材料。
3.如权利要求2所述的芯片元件，其中，所述有机材料包括树脂。
4.如权利要求3所述的芯片元件，其中，所述树脂包括从由氟树脂、丙烯树脂、环氧树脂、液晶树脂、酚醛树脂、聚酯树脂、改性联苯醚树脂、双马来酰亚胺·三嗪树脂、改性聚苯醚树脂、硅树脂、苯环丁烯树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯树脂、聚环烯烃树脂、聚烯烃树脂、氰酸酯树脂、及三聚氰酰胺树脂构成的组中选择的树脂。
5.如权利要求1～4中任一项所述的芯片元件，其中，所述低介质材料具有4以下的电容率。
6.如权利要求1～5中任一项所述的芯片元件，其中，所述阻抗元件是芯片电阻元件及芯片电感元件中任一种。
7.如权利要求6所述的芯片元件，其中，所述芯片元件是芯片电感元件，所述基板含有磁性体粉末。
8.如权利要求7所述的芯片元件，其中，所述磁性体粉末的粒径在1μm以下。
全文摘要
本发明提供一种芯片元件，其即使在GHz频带的高频区域，也可得到如设计值所设计的电阻值、电感值。本发明的芯片元件由电容率在4以下、介质损耗低、并且热特性优异的树脂材料构成基板的材料。由此，可降低芯片元件的寄生电容，进而达到所述目的。
文档编号H01F17/00GK101027732SQ20048004409
公开日2007年8月29日 申请日期2004年9月29日 优先权日2004年9月29日
发明者大见忠弘, 森本明大 申请人:财团法人国际科学振兴财团