JP2008027982A

JP2008027982A - Ｌｃ複合部品

Info

Publication number: JP2008027982A
Application number: JP2006195863A
Authority: JP
Inventors: Tomokazu Ito; 知一伊藤; Takeshi Okumura; 武史奥村
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2006-07-18
Filing date: 2006-07-18
Publication date: 2008-02-07

Abstract

【課題】小型で大容量なキャパシタ部を有するＬＣ複合部品を提供する。
【解決手段】ＬＣ複合部品１０は、磁性基板１１と、磁性基板１１上に形成されたキャパシタ層１２と、キャパシタ層１２上に形成されたインダクタ層１３と、インダクタ層１３上に形成された第２の磁性基板１４とを備えている。キャパシタ層１２は、磁性基板１１上に形成された下部電極１５Ａ、１５Ｂと、下部電極１５Ａ、１５Ｂの表面を含む磁性基板１１の略全面を覆う誘電体薄膜１６と、誘電体薄膜１６を介してキャパシタ下部電極１５Ａ、１５Ｂと対向配置された上部電極１７Ａ、１７Ｂとを備えている。上部電極１７Ａのサイズは下部電極１５Ａよりも一回り小さく、下部電極１５Ａの上面のエッジ部を避けた平面領域のみを覆うように形成されている。誘電体薄膜１６はスパッタリングにより成膜される。
【選択図】図１

Description

本発明は、通信機器や電子機器のフィルタ回路として好ましく用いられるＬＣ複合部品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複合部品が広く用いられている。ＬＣ複合部品の構造としては種々のものがあるが、例えば特許文献１に示すＬＣ複合部品は、コイル導体が形成された複数のシート状材料を積層して構成されたコイル部の上下両面に、磁性材料よりなる中間層を介して、キャパシタ導体が形成されたシート状材料を積層して構成されたコンデンサ部を配置し、これらのコイル導体及びキャパシタ導体をアレイ化した構造を有している。

このＬＣ複合部品の場合、キャパシタ導体間にシート状の誘電体層が設けられているが、ＬＣ複合部品のさらなる小型化、大容量化を図るためには、誘電体層をさらに薄くする必要がある。そのため、特許文献２に示された従来のＬＣ複合部品においては、誘電体材料としてチタン酸バリウム等の溶液を用い、これらの溶液をスピンコート法によって塗布し、乾燥させて、誘電体層として成膜することにより、誘電体層のさらなる薄型化を図っている。
特開２００５−８０２３１号公報特開２００５−８５８１２号公報

しかしながら、スピンコート法によって誘電体薄膜を形成する場合、誘電体層を均一に薄く形成することは非常に難しく、３〜５μｍ程度まで薄くした場合には、平坦性が極めて悪くなり、電極間がショートする危険性がある。また、スピンコート法では、必要な箇所にのみ選択的に誘電体層を形成することが難しいという問題もある。また、誘電体層をスピンコート法で形成すると、平面方向に隣接する導体間に誘電体が埋まってしまうため、導体間に無駄な浮遊容量が発生し、インダクタ特性が悪化するという問題もある。

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、小型で大容量なキャパシタ部を有するＬＣ複合部品を提供することにある。

本発明の上記目的は、第１の基体と、第１の基体上に形成された下部電極と、第１の基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下部電極と対向配置された上部電極と、上部電極の表面を覆う誘電体薄膜よりも比誘電率が低い絶縁層と、絶縁層上に形成されたコイル導体とを備え、下部電極、誘電体薄膜、及び上部電極によってキャパシタが構成されており、上部電極は、下部電極のエッジ部を避けた平面領域上に形成されていることを特徴とするＬＣ複合部品によって達成される。ここに、「誘電体薄膜」とは、スパッタリング、蒸着法等の真空成膜工法により形成された誘電体膜のこといい、スピンコート法やスクリーン印刷により形成された誘電体膜とは区別される。

本発明のＬＣ複合部品によれば、キャパシタを構成する平行平板電極間の耐圧性の向上を図ることができ、小型・薄型で大容量のキャパシタ部を有するＬＣ複合部品を提供することができる。

本発明においては、コイル導体上に設けられた第２の磁性体と、コイル導体の内周部を貫通して第１の磁性体と第２の磁性体とを接続する第３の磁性体とをさらに備えることが好ましい。これによれば、インダクタにより発生する磁界の閉磁路を形成することができ、高インダクタンス特性となる。

本発明においては、キャパシタを複数備えることが好ましい。これによれば、複数の入力ラインに複数のキャパシタが直列接続されたＬＣフィルタ回路を構成有するＬＣ複合部品を実現することができる。

本発明においては、磁性体がそれぞれのキャパシタ間に設けられていることが好ましい。これによれば、キャパシタ間の浮遊容量を十分に低減することができる。

本発明においては、インダクタを複数備え、それぞれのインダクタは互いに磁気結合しており、且つ、複数のキャパシタと電気的に接続されていることが好ましい。これによれば、キャパシタと接続されたコモンモードフィルタを提供することができる。

このように、本発明によれば、小型で大容量なキャパシタ部を有するＬＣ複合部品を提供することができる。また、誘電体層をスパッタリングにより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、上層のコイル導体の幅を下層のコイ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電極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。

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複合部品の構成を示す略分解斜視図である。また、図２は、図１のＷ−Ｗ線に沿ったＬＣ複合部品の略断面図であって、ＬＣ複合部品の完成状態を示すものである。

図１に示すように、このＬＣ複合部品１０は、第１の磁性基板１１と、磁性基板１１上に形成されたキャパシタ層１２と、キャパシタ層１２上に形成されたインダクタ層１３と、インダクタ層１３上に形成された第２の磁性基板１４とを備えている。第１及び第２の磁性基板１１、１４の材料については特に限定されないが、透磁率の高い材料、例えばフェライトなどを用いることができる。

キャパシタ層１２は、第１の磁性基板１１上に形成されたキャパシタ下部電極１５Ａ、１５Ｂと、キャパシタ下部電極１５Ａ、１５Ｂの表面を含む磁性基板１１の略全面を覆う誘電体薄膜１６と、誘電体薄膜１６を介してキャパシタ下部電極１５Ａ、１５Ｂと対向配置された上部電極１７Ａ、１７Ｂとを備えている。そして、第１の下部電極１５Ａ、誘電体薄膜１６、第１の上部電極１７Ａによって第１のキャパシタ部Ｃ１が構成され、第２の下部電極１５Ｂ、誘電体薄膜１６、第２の上部電極１７Ｂによって第２のキャパシタ部Ｃ２が構成されている。

インダクタ層１３は、絶縁層１８の上面に形成された第１のコイル導体１９と、絶縁層２０上に形成された第２のコイル導体２１と、第２のコイル導体２１を覆う絶縁層２２との積層構造を有している。コイル導体１９、２１は、絶縁層１８、２１の表面にそれぞれ形成されたスパイラル状の導体であり、チョークコイルとしての役割を果たす。そのため、コイル導体１９、２１の抵抗値は十分低いことが好ましく、導体の厚みはキャパシタ部の下部電極１５Ａ、１５Ｂや上部電極１７Ａ、１７Ｂに比べて十分に厚いほうが好ましい。そのため、本実施形態のコイル導体１９、２１はスパッタリング及び電解メッキにより形成される。

コイル導体１９、２１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−Ｃｒ）、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。コイル導体の材料として銅（Ｃｕ）を選択する場合には、メッキ液として硫酸銅溶液等を用いればよい。

コイル導体１９、２１の内周部には磁性コア部材２３が設けられている。磁性コア部材２３は、コイル導体１９、２１の内周部を貫通しており、上下の磁性基板１１、１４と連結している。したがって、コイル導体１９、２１より発生する磁界の閉磁路を形成することができ、インダクタンス特性を高めることができる。

コイル導体１９、２１を基板面に垂直な一方向（矢印Ａ方向）から見た場合、内周側の一端１９ａ、２１ａを始点として両者は共に右回り（時計回り）に巻回されている。したがって、コイル導体１９、２１それぞれの内周側の一端１９ａ、２１ａを入力側とすれば、第１及び第２のコイル導体１９、２１は互いに同一方向に磁気結合することになる。ここで、「互いに同一方向に磁気結合する」とは、同相成分に対しては磁束を打ち消し合うように磁気結合していることをいう。なお、第１及び第２のコイル導体１９、２１の巻回方向は、互いに同一方向である限り特に限定されず、内周側の一端１９ａ、２１ａを始点として両方とも左回り（反時計回り）であっても構わない。こうして、２つのチョークコイルが磁性コア部材２３に対して同一方向に巻回されることにより、コモンモードノイズを除去するコモンモードフィルタＦＩＬが構成される。

本実施形態においては、キャパシタ下部電極１５Ａ、１５Ｂにはリード電極２４Ａ、２４Ｂが接続されており、これらのリード電極２４Ａ、２４ＢがＬＣ複合部品１０の一対の入力端子を構成している。また、キャパシタ上部電極１７Ａ、１７Ｂは、絶縁層１８を貫通するコンタクトホール２５Ａ、２５Ｂを介して第１及び第２のコイル導体１９、２１の内周側の一端１９ａ、２１ａにそれぞれ接続されている。コイル導体１９、２１の外周側の一端は、端子電極１９ｂ、２１ｂを構成している。

図３は、キャパシタ部Ｃ１の構造を詳細に示す図であって、（ａ）は略平面図、（ｂ）はそのＸ−Ｘ線に沿った略断面図である。なお、キャパシタ部Ｃ２もキャパシタ部Ｃ１と同様の構造を有することから、ここではキャパシタ部Ｃ１についてのみ説明し、キャパシタ部Ｃ２の説明は省略する。

図３に示すように、キャパシタ部Ｃ１は、下部電極１５Ａ、誘電体薄膜１６及び上部電極１７Ａからなり、下部電極１５Ａの表面を含む磁性基板１１の略全面が誘電体薄膜１６で覆われている。下部電極１５Ａ及び上部電極１７Ａの材料としては、特に限定されるものではないが、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等を用いることができ、スパッタリングにより形成することができる。

本実施形態においては、誘電体薄膜１６もまたスパッタリングにより成膜される。したがって、誘電体薄膜１６の厚みを０．１〜５μｍ程度にすることができ、キャパシタ電極間の距離を十分に近づけることができる。誘電体薄膜１６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１６の膜厚が非常に薄いことから、小型で大容量のキャパシタ部を形成することができる。

上部電極１７Ａは、誘電体薄膜１６を介して下部電極１５Ａの上面に形成されており、下部電極１５Ａと上部電極１７Ａは一対の平行平板電極を構成している。ただし、上部電極１７Ａのサイズは下部電極１５Ａよりも一回り小さく、下部電極１５Ａの上面のうちエッジ部Ｅを避けた平面領域のみを覆うように形成されている。誘電体薄膜１６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、下部電極１５Ａのエッジ部Ｅに形成される誘電体薄膜１６の膜厚は特に不均一となるが、図示のように、上部電極１７Ａはこのエッジ部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、上部電極１７Ａが下部電極１５Ａ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、下部電極１５Ａ、１５Ｂのエッジ部に形成される誘電体薄膜１６の膜質を考慮して決定する必要がある。

絶縁層１８、２０及び２２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。

図４は、ＬＣ複合部品１０の製造工程を示す略断面図である。

図４に示すように、ＬＣ複合部品１０の製造では、まず磁性基板１１を用意し、磁性基板１１上に下部電極１５Ａ、１５Ｂを形成する（図４（ａ））。下部電極１５Ａ、１５Ｂは、磁性基板１１の略全面に下部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下部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、下部電極パターンを選択的に成膜しても構わない。

次に、下部電極１５Ａ、１５Ｂの表面を含む磁性基板１１の略全面に、アルミナ等を材料とする誘電体薄膜１６をスパッタリングにより形成する（図４（ｂ））。次に、誘電体薄膜１６が成膜された下部電極１５Ａ、１５Ｂの上面であって、下部電極１５Ａ、１５Ｂのエッジ部Ｅを逃げた平坦領域に、下部電極１５Ａ、１５Ｂよりも一回り小さいサイズの上部電極１７Ａ、１７Ｂをそれぞれ形成する（図４（ｃ））。上部電極１７Ａ、１７Ｂは、下部電極１５Ａ、１５Ｂと同様、誘電体薄膜１６の略全面に上部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上部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、下部電極パターンを選択的に成膜しても構わない。こうして、下部電極１５Ａ、誘電体薄膜１６、上部電極１７Ａからなる第１のキャパシタ部Ｃ１と、下部電極１５Ｂ、誘電体薄膜１６、上部電極１７Ｂからなる第２のキャパシタ部Ｃ２が完成する。

次に、キャパシタ部Ｃ１、Ｃ２の表面を含む磁性基板１１の略全面に絶縁層１８を形成する（図４（ｄ））。絶縁層１８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。これにより、ポリイミド樹脂は第１のキャパシタ部Ｃ１と第２のキャパシタ部Ｃ２の間にも充填され、キャパシタ層１２の上面は平坦化される。

次に、絶縁層１８上の所定の位置にコンタクトホール２５Ａ（不図示）を形成し、絶縁層１８の上面に第１のコイル導体１９をスパッタリング及び電解メッキにより形成した後、第１のコイル導体１９上に絶縁層２０をスピンコート法により形成する。さらに、絶縁層２０上の所定の位置にコンタクトホール２５Ｂ（不図示）を形成し、絶縁層２０の上面に第２のコイル導体２１をスパッタリング及び電界メッキにより形成した後、第２のコイル導体２１上に絶縁層２２をスピンコート法により形成する。こうして、第１及び第２のコイル導体１９、２１を含むインダクタ層１３が完成する（図４（ｅ））。

次に、コイル導体１９、２１の内周部において誘電体薄膜１６並びに絶縁層１８、２０及び２２を貫通する貫通孔をフォトリソグラフィ及びドライエッチングにより形成した後、貫通孔の内部を磁性材料で埋めることにより、コイル導体１９、２１の内周部を貫通して磁性基板１１まで到達する磁性コア部材２３を形成する（図４（ｆ））。その後、インダクタ層１３上に磁性基板１４を形成することにより（図４（ｇ））、本実施形態のＬＣ複合部品１０が完成する。

図５は、ＬＣ複合部品１０の等価回路図である。

図５に示すように、ＬＣ複合部品１０は、コモンモードフィルタＦＩＬと、その一対の入力ラインの一方に直列接続された第１のキャパシタＣ１と、他方に直列接続された第２のキャパシタＣ２とを備えて構成されている。このＬＣ複合部品１０によれば、コモンモードフィルタＦＩＬの入力信号に含まれる不要な低周波成分を第１及び第２のキャパシタＣ１、Ｃ２で予め除去することができるので、小型で高性能なコモンモードフィルタを実現することができる。

以上説明したように、本実施形態のＬＣ複合部品１０によれば、キャパシタ電極間の誘電体としてスパッタリングにより成膜された誘電体薄膜を用いるので、平行平板電極間の距離を均一、且つ十分小さくすることができる。また、キャパシタ電極間の誘電体としてスパッタリングにより成膜された誘電体薄膜を用いると共に、誘電体薄膜の欠陥が生じやすい下部電極の段差部を逃げた平面領域にキャパシタ上部電極が形成されているので、キャパシタ電極間の絶縁不良の発生を回避することができ、小型・薄型で特性の良好なＬＣ複合部品を実現することができる。

図６は、キャパシタ部の構造の他の例を示す略分解斜視図である。

図６に示すように、このキャパシタ部Ｃ３は、下部電極１５Ｃが下層のコンタクトホール２７に接続された構造を有していることから、下部電極１５Ｃの上面にコンタクトホール２７によるエッジ部Ｅ２が生じている。そのため、上部電極１７Ｃは、下部電極１５Ａ、１５Ｂの外周部分のエッジ部Ｅ１のみならず、コンタクトホール２７の開口によるエッジ部Ｅ２を逃げるように形成されている。したがって、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様、キャパシタ電極間の絶縁不良の発生を回避することができ、小型・薄型で特性の良好なＬＣ複合部品を実現することができる。

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。

また、上記実施形態においては、スパイラル上のコイル導体の内周部を磁性コア部材２３が貫通しているが、本発明において磁性コア部材は必須でなく、磁性コア部材のない構造を採用することも可能である。

また、上記実施形態においては、２つのキャパシタ部及び２つのコイル導体を備えたＬＣ複合部品を例に挙げたが、本発明においてキャパシタ部の数やインダクタ部の数は特に限定されない。また、上記実施形態においては、キャパシタの下部電極１５Ａ、１５Ｂと上部電極１７Ａ、１７Ｂとの関係について説明したが、本発明はこのような場合に限定されるものではなく、上下の導体間距離を十分に小さくする必要がある種々の積層構造に対して適用することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るＬＣ複合部品の構成を示す略分解斜視図である。また、図２は、図１のＷ−Ｗ線に沿ったＬＣ複合部品の略断面図であって、ＬＣ複合部品の完成状態を示すものである。図３は、キャパシタ部Ｃ１の構造を詳細に示す図であって、（ａ）は略平面図、（ｂ）はそのＸ−Ｘ線に沿った略断面図である。図４は、ＬＣ複合部品１０の製造工程を示す略断面図である。図５は、ＬＣ複合部品１０の等価回路図である。図６は、キャパシタ部の構造の他の例を示す略斜視図である。

符号の説明

１０複合部品
１１第１の磁性基板
１２キャパシタ層
１３インダクタ層
１４第２の磁性基板
１５Ａ下部電極
１５Ｂ下部電極
１５Ｃ下部電極
１６誘電体薄膜
１７Ａ上部電極
１７Ｂ上部電極
１７Ｃ上部電極
１８絶縁層
１９コイル導体
１９ａコイル導体の内周側の一端
１９ｂコイル導体の外周側の一端（端子電極）
２０絶縁層
２１コイル導体
２１ａコイル導体の内周側の一端
２１ｂコイル導体の外周側の一端（端子電極）
２２絶縁層
２３磁性コア部材
２４Ａリード電極
２４Ｂリード電極
２５Ａコンタクトホール
２５Ｂコンタクトホール
２７コンタクトホール
Ｃ１キャパシタ部
Ｃ１キャパシタ部
Ｃ３キャパシタ部
Ｅ下部電極の外周のエッジ部
Ｅ１下部電極の外周のエッジ部
Ｅ２コンタクトホールによるエッジ部
ＦＩＬコモンモードフィルタ

Claims

第１の基体と、
前記第１の基体上に形成された下部電極と、
前記下部電極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下部電極と対向配置された上部電極と、
前記下部電極、前記誘電体薄膜、及び前記上部電極により構成されるキャパシタ部の表面を覆う前記誘電体薄膜よりも比誘電率が低い絶縁層と、
前記絶縁層上に形成された少なくとも一つのコイル導体とを備え、
前記上部電極は、前記下部電極のエッジ部を避けた平面領域上に形成されていることを特徴とするＬＣ複合部品。
前記コイル導体上に設けられた第２の基体をさらに備え、
前記第１及び前記第２の基体は共に磁性体からなることを特徴とする請求項１に記載のＬＣ複合部品。
前記コイル導体の内周部を貫通して前記第１の基体と前記第２の基体とを接続する磁性コア部材をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のＬＣ複合部品。
前記キャパシタ部を複数備えることを特徴とする請求項３に記載のＬＣ複合部品。
前記磁性コア部材が前記複数のキャパシタ部間に設けられていることを特徴とする請求項４に記載のＬＣ複合部品。
前記コイル導体により構成されるインダクタを複数備え、前記複数のインダクタは互いに磁気結合しており、且つ、前記複数のキャパシタと電気的に接続されていることを特徴とする請求項４又は５に記載のＬＣ複合部品。