(57)【要約】【課題】  コイル内蔵ガラスセラミック基板の上下面に搭載された半導体チップやチップ部品に対する、コイル用導体に発生する電気力線による接地導体層との結合による影響を大幅に抑制することができるコイル内蔵ガラスセラミック基板を提供すること。【解決手段】  コイル内蔵ガラスセラミック基板は、複数のガラスセラミック絶縁層が積層されて成る絶縁基体の内部に、ガラスセラミック絶縁層と同時焼成されて形成されるとともに内部に複数層のコイル用導体３が埋設され、ガラスセラミック絶縁層と同じ大きさのフェライト層２と、フェライト層２の上下面にコイル用導体３に対向するようにそれぞれ形成された接地導体層４とが設けられており、コイル用導体３間の距離をＴ１、コイル用導体３と接地導体層４との間の距離をＴ２としたとき、Ｔ１＜Ｔ２である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のガラスセラミック絶縁層が積層されて成る絶縁基体の内部に、前記ガラスセラミック絶縁層と同時焼成されて形成されるとともに内部に複数層のコイル用導体が埋設され、前記ガラスセラミック絶縁層と同じ大きさのフェライト層と、該フェライト層の上下面に前記コイル用導体に対向するようにそれぞれ形成された接地導体層とが設けられており、前記コイル用導体間の距離をＴ１、前記コイル用導体と前記接地導体層との間の距離をＴ２としたとき、Ｔ１＜Ｔ２であることを特徴とするコイル内蔵ガラスセラミック基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスセラミックス焼結体から成る絶縁基体の内部に、ガラスセラミック絶縁層と同時焼成されて形成されるとともに内部にコイル用導体が埋設されたインダクタンス値を上げるためのフェライト層が設けられたコイル内蔵ガラスセラミック基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、携帯電話機を始めとする移動体通信機器等の電子機器には、多数の電子装置が組み込まれている。かかる携帯電話機等の通信機器は、近年小型化が急激に進んでおり、これに搭載される各種電子装置も小型化、薄型化が要求されている。例えば、ガラスセラミック基板の内部にコイルを内蔵した構成のＬＣフィルタが知られている。このＬＣフィルタの場合、従来チップ部品のコイルを用いていたのをガラスセラミック基板の内部に内蔵することで小型化、薄型化ができるという利点を有する。
【０００３】
しかしながら、コイル内蔵ガラスセラミック基板では、サイズの制約上１００ｎＨを超えるコイルの内蔵は困難であった。そこで、近年ではガラスセラミック基板の内部にフェライト層を内蔵させることにより１００ｎＨを超えるコイルを内蔵することができ、これによりチップコイルの表面実装工程の簡略化およびコイル内蔵ガラスセラミック基板の小型化が図られている。
【０００４】
例えば、携帯電話機に使用されるフェライト層を内蔵したコイル内蔵ガラスセラミック基板は、一般に、たとえば図１に断面図で示すように、複数のガラスセラミック絶縁層から成る絶縁基体１の内部に、コイル用導体３と、コイル用導体３の上下面を覆うとともにガラスセラミック絶縁層と同じ大きさのフェライト層２と、フェライト層２の上下面にコイル用導体３に対向するようにそれぞれ形成された接地導体層４によって形成されている。
【０００５】
このようなコイル内蔵ガラスセラミック基板においては、今後さらに小型化、薄型化、高機能化を行なっていくためには、内部にフェライト層２を設けたコイル内蔵ガラスセラミック基板の上面や下面に半導体チップやチップ部品を表面実装する必要がある。そして、コイル用導体３の上下の接地導体層４によって、コイル用導体３に発生する電気力線がコイル内蔵ガラスセラミック基板の上面や下面に搭載される半導体チップやチップ部品に電気的な影響を与えることがなく、その結果、コイル内蔵ガラスセラミック基板に形成された回路の誤動作を防ぐことができる。
【０００６】
また、フェライト層を内蔵したコイル内蔵ガラスセラミック基板では、コイル用導体に発生する電気力線がコイル用導体の上下の接地導体層間に閉じ込められて電気力線が安定することから、電気力線の乱れによって生じるフェライト層の磁気飽和が起きにくくなるため、大きな電流を流した際のインダクタンスの低下を防ぐことができる。
【特許文献１】特開平６−２０８３９号公報
【特許文献２】特開平６−２１２６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、コイル用導体は、コイル用導体間の各層の厚みによってはコイル用導体の上下の接地導体層と電磁的な結合が強くなり、高いインダクタンス値や重畳特性といった電気特性が劣化する。
【０００８】
また、コイル用導体と接地導体層の結合が更に強くなれば、コイル用導体と接地導体層との間に生じた浮遊容量とコイル用導体の持つインダクタンスによって、共振現象が生じ、コイルとしての特性が出ない状態になる。
【０００９】
本発明は以上のような従来の技術における問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、コイル内蔵ガラスセラミック基板内部のコイル用導体が接地導体層に影響を受けにくくかつコイルとして高いインダクタンス特性や重畳特性を得ることができるコイル内蔵ガラスセラミック基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のコイル内蔵ガラスセラミック基板は、複数のガラスセラミック絶縁層が積層されて成る絶縁基体の内部に、前記ガラスセラミック絶縁層と同時焼成されて形成されるとともに内部に複数層のコイル用導体が埋設され、前記ガラスセラミック絶縁層と同じ大きさのフェライト層と、該フェライト層の上下面に前記コイル用導体に対向するようにそれぞれ形成された接地導体層とが設けられており、前記コイル用導体間の距離をＴ１、前記コイル用導体と前記接地導体層との間の距離をＴ２としたとき、Ｔ１＜Ｔ２であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のコイル内蔵ガラスセラミック基板によれば、複数のガラスセラミック絶縁層が積層されて成る絶縁基体の内部に、ガラスセラミック絶縁層と同時焼成されて形成されるとともに内部に複数層のコイル用導体が埋設され、ガラスセラミック絶縁層と同じ大きさのフェライト層と、フェライト層の上下面にコイル用導体に対向するようにそれぞれ形成された接地導体層とが設けられており、コイル用導体間の距離をＴ１、コイル用導体と接地導体層との間の距離をＴ２としたとき、Ｔ１＜Ｔ２であることから、コイル用導体とその上下の接地導体層と電磁的な結合が弱くなり、コイル用導体と接地導体層との間に生じる浮遊容量を抑え、高いインダクタンス値や重畳特性といった電気特性が得られる。また、コイル用導体と接地導体層との間に生じた浮遊容量とコイル用導体の持つインダクタンスによる使用周波数における共振現象を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明のコイル内蔵ガラスセラミック基板（以下、基板ともいう）を図面に基づいて以下に詳細に説明する。図１は本発明の基板の実施の形態の一例を示す断面図であり、１は複数のガラスセラミック絶縁層から成る絶縁基体、２はフェライト層、３はコイル用導体、４はコイル用導体３の上下に設けられた接地導体層、５は半導体チップやチップ部品を搭載する搭載用電極、６は基板を外部電気回路に電気的に接続するための電極パッドである。
【００１３】
複数のガラスセラミック絶縁層を積層して成る絶縁基体１は、まず、ガラス粉末およびフィラー粉末（セラミック粉末）、さらに有機バインダ，可塑剤，有機溶剤等を混合してスラリーを得て、このスラリーを用いてドクターブレード法，圧延法，カレンダーロール法等によってガラスセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）を製作し、このグリーンシートを複数積層した後、大気中または加湿窒素雰囲気中で８００〜１１００℃の温度で焼成することによって作製される。
【００１４】
上記のガラス粉末としては、例えばＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系，ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系，ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（但し、Ｍ１およびＭ２は同じまたは異なっていて、Ｃａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（但し、Ｍ１およびＭ２は上記と同じである），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｍ３２Ｏ系（但し、Ｍ３はＬｉ，ＮａまたはＫを示す），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ３２Ｏ系（但し、Ｍ３は上記と同じである），Ｐｂ系ガラス，Ｂｉ系ガラス等を用いることができる。
【００１５】
また、フィラー粉末としては、例えばＡｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＺｒＯ２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物や、ＴｉＯ２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物，Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２から選ばれる少なくとも１種を含む複合酸化物（例えばスピネル，ムライト，コージェライト）等を用いることができる。
【００１６】
本発明において、コイル用導体３間の距離をＴ１、コイル用導体３と接地導体層４との間の距離をＴ２としたとき、Ｔ１＜Ｔ２である。
【００１７】
具体的には、Ｔ１はコイル用導体３間のインダクタンスの安定の点で０．１ｍｍ未満がよく、Ｔ２は接地導体層４に吸収される電気力線の関係で０．１ｍｍ以上がよい。Ｔ１が０．１ｍｍを超えると、コイル用導体３間から漏れ磁束が発生し、インダクタンスが安定化しないこととなる。Ｔ２が０．１ｍｍ未満では、接地導体層４に電気力線が吸収されて電磁的な結合が増え、コイル用導体３と接地導体層４とでの共振現象が起きる。
【００１８】
このフェライト層２は、内部にコイル用導体３が埋設された状態で絶縁基体１の内部に形成されており、９９重量％以上のフェライトおよび１重量％以下のガラスから成るものである。フェライト層２のフェライトとしては、ＺｎＦｅ２Ｏ４，ＭｎＦｅ２Ｏ４，ＦｅＦｅ２Ｏ４，ＣｏＦｅ２Ｏ４，ＮｉＦｅ２Ｏ４，ＢａＦｅ１２Ｏ４，ＳｒＦｅ１２Ｏ４およびＣｕＦｅ２Ｏ４のうちの少なくとも１種のフェライトを用いることが、より高い透磁率を得られる点で好ましい。
【００１９】
また、コイル用導体３間のフェライト層２と、コイル用導体３と接地導体層４との間のフェライト層２とで、それらの透磁率を異なるようにしてもよい。例えば、コイル用導体３間のフェライト層２の透磁率が、コイル用導体３と接地導体層４との間のフェライト層２の透磁率よりも小さくなるようにしてもよい。この場合、コイル用導体３間で磁束の方向が異なり打ち消しあうため、フェライト層２の透磁率を低くすることで磁束の打ち消しあう力を弱め、重畳特性を向上させることができるという利点がある。
【００２０】
フェライト層２の形成は、まずフェライト粉末に適当な有機バインダ，可塑剤，有機溶剤等を混合してスラリーを得て、このスラリーを用いてドクターブレード法，圧延法，カレンダーロール法等によってフェライトグリーンシートを製作する。次に、フェライトグリーンシートをコイル用導体３を覆うものとしてガラスセラミックグリーンシートと同じ大きさの同形状にカットし、ガラスセラミックグリーンシート積層体の内部に、フェライトグリーンシート間にコイル用導体３となるパターンを形成して、コイル用導体３の上下面を覆うようにして積層する。
【００２１】
フェライト層２となるフェライトグリーンシートを形成するのに用いるフェライト粉末は、仮焼済みのフェライト粉末で、粒径が均一で球形状に近いものがよい。これは、均一な焼結状態を得ることができるからであり、例えばフェライト粉末のなかに部分的に小さい粒径のものが存在した場合、その部分のみ結晶粒の成長が低下し、焼結後に得られるフェライト層２の透磁率が安定しにくい傾向がある。
【００２２】
フェライト層２は、１重量％以下のガラスを含んで成るものである。ただし、この１重量％以下のガラスは焼成時にガラスセラミック絶縁層から拡散して混入するものであり、焼成前のフェライトグリーンシートには含まれない。
【００２３】
メタライズ配線層から成るコイル用導体３は、フェライト層２に上下面を覆われてフェライト層２に埋設されており、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ａｇ合金等の金属粉末に、適当な有機バインダ，溶剤を混練して作製した導体ペーストを、スクリーン印刷法やグラビア印刷法等によりフェライトグリーンシートの表面に塗布し、ガラスセラミックグリーンシートおよびフェライトグリーンシートと同時焼成されて形成される。
【００２４】
メタライズ層から成る搭載用電極５は、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ａｇ合金等の金属粉末に、適当な有機バインダ，溶剤を混練して作製した導体ペーストを、スクリーン印刷法やグラビア印刷法等によりガラスセラミックグリーンシートの表面に塗布しておくことによって、絶縁基体１の上面や下面に形成される。
【００２５】
なお、搭載用電極５は、半田等による半導体チップやチップ部品，外部電気回路の配線導体との接合を強固なものにするために、その表面にニッケル層および金層をメッキ法により順次被着するとよい。
【００２６】
外部電気回路に電気的に接続されるメタライズ配線層から成る電極パッド６は、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ａｇ合金等の金属粉末に適当な有機バインダ，溶剤を混練して作製した導体ペーストを、スクリーン印刷法やグラビア印刷法等によりガラスセラミックグリーンシートの表面に塗布しておくことによって、絶縁基体１の上面、下面の少なくとも一方に形成されている。
【００２７】
なお、メタライズ配線層から成る電極パッド６は、半田等による半導体チップやチップ部品，外部電気回路の配線導体との接合を強固なものにするために、その表面にニッケル層および金層をメッキ法により順次被着するとよい。
【００２８】
本発明の基板において、接地導体層４は、フェライト層２の上下面に少なくともコイル用導体３に対向するようにそれぞれ形成されている。メタライズ層から成る接地導体層４は、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ａｇ合金等の金属粉末に適当な有機バインダ，溶剤を混練して作製した導体ペーストを、スクリーン印刷法やグラビア印刷法等によりガラスセラミックグリーンシートまたはフェライトグリーンシートの表面に塗布し、ガラスセラミックグリーンシートおよびフェライトグリーンシートと同時焼成されて形成される。
【００２９】
本発明の基板におけるコイル用導体（内蔵コイル）３の重畳特性を図２のグラフに示す。図２において、横軸は電流（単位：ｍＡ）を、縦軸はインダクタンス（単位：μＨ）を表し、実線の直線はインダクタンス規格値２μＨ、破線の特性曲線は従来の基板における内蔵コイルの重畳特性、実線の特性曲線は本発明の基板における内蔵コイルの重畳特性を示している。
【００３０】
図２において、従来の基板はＴ１（０．２ｍｍ）＞Ｔ２（０．１ｍｍ）、本発明の基板はＴ１（０．１ｍｍ）＜Ｔ２（０．２ｍｍ）となっており、本発明の基板は一般に携帯電話機の電源用回路で使用される最大電流である３００ｍＡでのインダクタンス値が、規格値である２μＨ以上を十分に満たすことが可能である。すなわち、本発明の基板は、コイル用導体３に発生する電気力線が接地導体層４に吸収され、電磁的な結合が生じることを防ぐようにコイル用導体３と接地導体層４との間の距離を十分に取れるため、コイル用導体３に電流を流した際のフェライト層２の磁気飽和が起きにくくなり、重畳特性の劣化を防ぐことができる。
【００３１】
また、図３は横軸は周波数（単位：ＭＨｚ）を、縦軸はインダクタンス（単位：μＨ）を表し、実線の直線は一般的に携帯電話機の電源回路に使用される最高周波数である５ＭＨｚ、破線の特性曲線は従来の基板における内蔵コイルの周波数特性、実線の特性曲線は本発明の基板における内蔵コイルの周波数特性を示している。
【００３２】
図３において、従来の基板はＴ１（０．２ｍｍ）＞Ｔ２（０．１ｍｍ）、本発明の基板はＴ１（０．１ｍｍ）＜Ｔ２（０．２ｍｍ）となっており、本発明の基板は一般的に携帯電話機の電源回路に使用される最高周波数である５ＭＨｚで安定したインダクタンス値が得られている。これは、本発明の基板は、コイル用導体３に発生する電気力線が接地導体層４に吸収によって電磁的な結合によって生じる浮遊容量が減少するため、この浮遊容量とインダクタンス値によって起きる共振周波数（１０ＭＨｚ）がより高くなり、フェライト層内の浮遊容量に対する距離が十分に確保されており、５ＭＨｚにおいて使用可能となっている。
【００３３】
また、コイル用導体３に発生する電気力線の放射を接地導体層４によって閉じ込める閉磁路となり重畳特性が改善されることから、電気力線の放射が抑制されているため、本発明の基板の上面や下面に搭載される半導体チップやチップ部品に対する電磁的な影響も抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明のコイル内蔵ガラスセラミック基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】本発明のコイル内蔵ガラスセラミック基板における内蔵コイルの重畳特性を示すグラフである。
【図３】本発明のコイル内蔵ガラスセラミック基板における内蔵コイルの周波数特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３５】
１：絶縁基体
２：フェライト層
３：コイル用導体
４：接地導体層
５：搭載用電極
６：電極パッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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