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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein unbedrahtetes Chipelement, das
auf eine gedruckte Leiterplatte oder dgl. montiert verwendet wird,
und insbesondere ein Chipwiderstandselement und ein Chipinduktanzelement.
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Hintergrund
der Erfindung
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Im
Allgemeinen werden Chipelemente, wie beispielsweise Chipwiderstände, Chipdrosselspulen und
Chipkondensatoren, die jeweils als ein Chip ausgebildet sind, in
breitem Umfang als Komponenten verwendet, die auf gedruckten Leiterplatten
montiert werden. Solche Chipelemente können die Montagedichte pro
Flächeneinheit
verbessern.
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Diese
Komponenten werden jeweils fertig gestellt, indem auf einem Keramiksubstrat
aus Aluminiumoxid, Ferrit oder dgl. eine Verdrahtungsstruktur ausgebildet
wird, die so vorgesehen ist, dass dessen Struktur realisiert wird,
die Verdrahtungsstruktur mit einem Glas einem Harz oder dgl. abgedeckt
wird und and den Endteilen der Verdrahtungsstruktur Elektroden ausgebildet
werden.
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Der
Grund für
die Verwendung der Keramik als Packungsmaterial, welches die Verdrahtungsstruktur
abdeckt, ist die Bildung eines Wärmewiderstandes
gegen einen Hochtemperaturvorgang bei 200°C bis 300°C, wie beispielsweise einem
Rückflusslötvorgang,
der zum Zeitpunkt des Befestigens auf einer gedruckten Leiterplatte
aus Glasepoxid hat oder dgl., durchgeführt wird.
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Ferner
wird ein solches Chipelement auf einer gedruckten Leiterplatte montiert
und beispielsweise als ein Anschlusswiderstand einer Mikrostreifenleitung,
die im breiten Umfang als Signalübertragungsleitung
verwendet wird, oder dgl. oder als ein Abgleichelement für Hochfrequenzsignale
eines Mobiltelefons oder dgl. verwendet. In diesem Fall werden im
Allgemeinen 50 Ω als
eine charakteristische Impedanz der vorhergehenden Signalübertragungsleitung
verwendet.
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Um
andererseits der Verdrahtung eines derartigen 50 Ω-Systems
von einem aktiven Element, wie beispielsweise LSI, ein ausreichendes
Signal zuzuführen,
sind beispielsweise Pufferschaltungen an den Eingangs-/Ausgangsteilen
des LSI ausgebildet, und durch die Pufferschaltungen wird ein großer Strom
erzeugt, wodurch die Verdrahtung des 50 Ω-Systems getrieben wird.
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In
jedem Fall ist zu erwarten, dass Chipelemente dieser Bauart in einem
Bereich höherer
Frequenz verwendet werden, d.h. sogar in einem Frequenzband von
1 GHz oder darüber.
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Andererseits
sind als Chipelemente dieser Bauart diejenigen bekannt, die in der
ungeprüften
japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung
(JP-A) Nr. H11-162719 (Patentdokument 1), der ungeprüften japanischen
Patentanmeldungsveröffentlichung (JP-A)
Nr. H10-233302 (Patentdokument
2) und dem japanischen Patent (JP-B) Nr. 2739334 (Patentdokument
3) beschrieben sind. Unter diesen offenbart das Patentdokument 1
einen Chipwiderstand, bei dem ein Widerstand und zwei Elektrodenanschlüsse, die an
den Widerstand angeschlossen sind, mit einem wärmehärtbaren ungesättigten
Polyesterharz eingegossen sind. Andererseits offenbart das Patentdokument
2 einen Chipwiderstand, bei dem eine Basiselektrode und ein Filmwiderstand
aus Rutheniumoxid auf einem isolierenden Chipsubstrat, bestehend
aus Flüssigkristallpolymer,
ausgebildet sind. Ferner offenbart das Patentdokument 3 ein Impedanzelement, das
ein Magnetmaterial verwendet, welches aus einer magnetischen Paste
Stranggegossen ist, die durch Mischen und Kneten eines ferromagnetischen Pulvers,
eines Bindeharzes und eines Lösungsmittels
erhalten wurde, und ein Herstellungsverfahren hierfür.
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Es
wurde jedoch herausgefunden, dass das Problem auftritt, dass im
Fall eines herkömmlich
verwendeten Chipelementes insbesondere eines Chipwiderstandselementes
oder eines Chipinduktanzelementes sich die Impedanz von einem Auslegungswert
in einem Hochfrequenzbereich von 1 GHz bis 10 GHz ändert.
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Dieses
Problem ist in einem Hochwiderstandsbereich, der 100 Ω übersteigt,
für den
Fall des Chipwiderstandelementes besonders deutlich und ist im Fall
des Drosselspulenelementes insbesondere in einem Hochinduktanzbereich,
der 1 nH überschreitet,
deutlich.
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Das
Patentdokument 1 offenbart den Widerstand mit ausgezeichnetem Wärmewiderstand
und Formeffizienz und dessen Herstellungsverfahren, wobei der Widerstand
in dem wärmeaushärtbaren ungesättigten
Polyesterharz durch Insert-Technik geformt ist. Daher schlägt das Patentdokument
1 nichts bezüglich
der Verwendung des Chipwiderstandes in einem GHz-Bandes vor und
gibt auch keine Maßnahme
hierfür
an.
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Ferner
schlägt
das Patentdokument 2 die Verwendung des Flüssigkristallpolymerchipsubstrats vor,
um die steigenden Kosten bei der Verwendung eines Keramiksubstrates
zu unterdrücken,
aber dieses Patentdokument 2 schlägt ebenfalls nichts bezüglich der
Verwendung des Chipwiderstandes bei Hochfrequenzen im GHz-Band und
ein Problem für diesen
Fall vor.
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Das
Patentdokument 3 hat keine Beschreibung bezüglich der Partikelgröße des Magnetpulvers und
der Dielektrizitätskonstante
des Harzes, was notwendig ist, um eine ausgezeichnete Hochfrequenzcharakteristik
zu erlangen, schlägt
nichts bezüglich eines
Impedanzelementes zur Verwendung der Hochfrequenzen vor und gibt
keine Maßnahme
hierfür
an. Da ferner eine Leiterschicht stanggegossen ist, tritt das Problem
auf, dass kein kompliziertes Schaltungsmuster wie beispielsweise
eine Spule ausgebildet werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung weist auf ein Problem hin, welches auftritt,
wenn ein Chipelement in einem Hochfrequenzband, beispielsweise einem GHz-Band,
verwendet wird und hat das Ziel, dieses zu lösen.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Chipwiderstandselement
zu schaffen, bei dem bei Verwendung in einem GHz-Band der Einfluss
der parasitären
Kapazität
und der parasitären Induktanz
verringert werden kann.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Chipinduktanzelement
zu schaffen, das sogar in einem GHz-Band verwendet werden kann.
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Es
ist eine spezifische Aufgabe der vorliegenden Erfindung die einem
Chipelement inhärente parasitäre Kapazität zu reduzieren,
wodurch ein Chipwiderstandselement geschaffen wird, das mit ungefähr mehreren
hundert Ω bis
1 kΩ oder
darüber bei
ungefähr
10 GHz oder darüber
verwendet werden kann, während
herkömmlicherweise
ein Chipwiderstandselement mit nur mehreren zehn Ω verwendet werden
kann.
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Eine
weitere spezifische Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein
Chipinduktanzelement zu schaffen, das einen Induktanzwert von ungefähr mehreren
zehn nH oder darüber
bei einer Frequenz von ungefähr
mehreren zehn GHz oder darüber
realisieren kann.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Chipelement erhalten,
bei dem ein Impedanzelement und eine Anzahl von Elektroden, die
mit dem Impedanzelement verbunden sind, auf einem Substrat ausgebildet
sind, wobei das Chipelement dadurch gekennzeichnet ist, dass das
Substrat aus einem Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante
gebildet ist, dessen Dielektrizitätskonstante niedrig genug ist,
um die parasitäre
Kapazität
in einem GHz-Band zu reduzieren. Hierbei ist das Chipelement ein
Chipwiderstandselement oder ein Chipinduktanzelement und das Material
mit niedriger Dielektrizitätskonstante
ist ein isolierendes Material mit einem spezifischen Widerstand
von 1 kΩcm
oder darüber
gemessen gemäß JISC3005.
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Ferner
ist das Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante vorzugsweise ein
Harz, das ein organisches Material oder organische Verbindungen ist.
In diesem Fall kann das Harz ausgewählt sein aus der Gruppe, bestehend
aus einem Fluorharz, einem Acrylharz, einem Epoxydharz, einem Flüssigkristallharz,
einem Phenolharz, einem Polyesterharz, einem denaturierten Polyphenyletherharz,
einem Bismaleidtriazinharz, einem denaturierten Polyphenylenoxidharz,
einem Silikonharz, einem Benzozyklobutenharz, einem Polyethylennaphthalatharz,
einem Polyzykloolefinharz, einem Zyanatesterharz und einem Melaminharz.
Ferner hat das Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante
vorzugsweise eine relative Dielektrizitätskonstante von vier oder darunter.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1(a) u. (b) sind Schaltbilder zum Aufzeigen
der Probleme eines Chipwiderstandselementes und eines Chipinduktanzelementes.
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2 ist
eine Ansicht im Schnitt der Struktur eines Chipwiderstandelementes
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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3 ist
eine graphische Darstellung der Änderungen
der relativen Dielektrizitätskonstante und
des Substratwiderstandes.
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4 ist
eine schematische Darstellung, die ein Chipinduktanzelement gemäß einer
weiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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5 ist
eine graphische Darstellung eines Vergleich der Frequenzcharakteristika
zwischen einem Chipdrosselspulenelement gemäß der vorliegenden Erfindung
und einem herkömmlichen
Chipdrosselspulenelement.
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Beste Art der Durchführung der
Erfindung
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Zunächst werden
anhand der 1(a) und (b) die Probleme,
welche Chipelemente inhärent sind,
aufgezeigt und es wird ein Prinzip der vorliegenden Erfindung erläutert.
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1(a) und (b) zeigen jeweils Äquivalenzschaltungen
von Chipkomponten, wobei (a) den Fall eines Chipwiderstandselementes
und (b) den Fall eines Chipdrosselspulenelements zeigt.
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Wie
in der 1(a) gezeigt, hat das Chipwiderstandselement
eine wahre Widerstandskomponente R, die auf einen gewünschten
DC-Widerstandswert unter Verwendung eines Laserabgleichs oder dgl.
eingestellt ist, parasitäre
Drosselspulenkomponenten Lp, die mit diesen in Reihe geschaltet sind,
und eine parasitäre
Kapazitätskomponente
Cp, die parallel dazu geschaltet ist. Die Impedanzen der parasitären Drosselspulenkomponente
Lp und der parasitären
Kapazitätskomponente
Cp sind jeweils unter Verwendung der Winkelfrequenz ω durch ωL bzw. 1/(ωC) repräsentiert.
Wenn die Frequenz steigt, steigt daher die Impedanz mit Bezug auf
die parasitäre
Induktanz, während
sie mit Bezug auf die parasitäre
Kapazität
sinkt. Die Größen solcher
parasitärer Komponenten
betragen normalerweise ungefähr mehrere
hundert pH bis mehrere nH mit Bezug auf die parasitäre Induktanz
Lp und ungefähr
mehrere zehn fF bis mehrere hundert fF mit Bezug auf die parasitäre Kapazität Cp. Wenn
diese Werte berechnet werden, um beispielsweise Impedanzen bei 10
GHz herzuleiten, werden die Impedanzen ungefähr mehrere Ω bis zu mehrere zehn Ω mit Bezug
auf die parasitäre
Induktanz Lp und ungefähr
mehrere kΩ bis mehrere
einhundert Ω mit
Bezug auf die parasitäre Kapazität Cp.
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Für den Fall,
dass diese parasitären
Komponenten wie in der 1(a) gezeigt
die Äquivalentschaltung
bilden, wird die parasitäre
Induktanzkomponente Lp dominant, und somit kann der Wert der Impedanz
nicht verringert werden, wenn ein Wert des Widerstandswertes R kleiner
als eine Annäherung der
Impedanz durch die parasitäre
Induktanzkomponente Lp ist. Wenn in gleicher Weise ein Wert des
Widerstandswertes R größer als
eine Annäherung
an die Impedanz durch die parasitäre Kapazitätskomponente Cp ist, wird die
Kapazitätskomponente
dominant, und somit kann der Wert der Impedanz nicht erhöht werden.
Als Ergebnis beträgt
ein Wert, der von den Chipwiderstand in einem Hochfrequenzbereich verwendbar
ist, nur ungefähr
mehrere zehn Ω.
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Andererseits
hat das in der 1(b) gezeigte Chipinduktionsspulenelement
eine echte Induktanzkomponente L, die auf eine gewünschte Induktanzkomponente
eingestellt ist, parasitäre
Widerstandskomponenten Rp, die mit dieser in Reihe geschaltet sind,
und eine parasitäre
Kapazitätskomponente
Tp, die parallel hierzu geschaltet ist. Eine Selbstresonanzfrequenz
ist ein Index, der Hochfrequenzcharakteristika der Induktanz anzeigt,
und ausgedrückt
ist durch f = 1/(2π√(LCp)) , und zwar unter Verwendung
einer wahren Induktanz L und einer parasitären Kapazität Cp.
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Diese
Selbstresonanzfrequenz repräsentiert eine
obere Grenzfrequenz, bei der eine Induktionsspule als eine Induktanz
verwendet werden kann. In einem Frequenzbereich, der höher als
diese Frequenz ist, verliert die Induktionsspule ihre induktiven Eigenschaften
und arbeitet als Kapazität.
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Eine
Chipinduktionsspule wird im Allgemeinen durch übereinander Anordnen von dünnen leitenden
Filme und einem Dielektrikum gebildet, um einen hohen Induktanzwert
zu erzielen. Da in diesem Fall zwischen den dünnen Leiterfilmen eine parasitäre Kapazität gebildet
ist, wird der gesamte parasitäre Kapazitätswert ungefähr mehrere
hundert fF bis mehrere pF, was verglichen mit dem Fall eines Chipwiderstandselementes
größer ist.
Daher wird im Fall, dass ein Induktanzwert mehrere nH überschreitet, die
Selbstresonanzfrequenz ungefähr
mehrere GHz bis 10 GHz oder darunter, und somit tritt das Problem auf,
dass sie bei Hochfrequenzen von 10 GHz oder darüber nicht als eine Induktionsspule
verwendet werden kann. Als Ergebnis wird als Induktanz, die bei 10
GHz zu verwenden ist, ein Wert von ungefähr maximal mehreren nH die
obere Grenze, was ungefähr mehrere
zehn Ω ist,
gerechnet in Termen der Impedanz.
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Da
ferner die vorstehende Chipinduktionsspule ein dielektrisch Material,
wie beispielsweise Ferrit verwendet, um einen Induktanzwert zu erhöhen, ist
der Hystereseverlust oder dgl. des Materials groß, und somit
wird die verwendbare Frequenz ungefähr 100 MHz oder darunter.
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Wie
vorstehend beschrieben ist es infolge der Anwesenheit von parasitären Komponenten schwierig,
einen Chipwiderstand oder eine Chipinduktionsspule zu realisieren,
die bei ungefähr
10 GHz oder mehr verwendbar ist, und die Verwendung ist auf die
Impedanz von ungefähr
mehreren zehn Ω begrenzt.
Als Ergebnis sollte die charakteristische Impedanz einer Signalausbreitungsleitung,
die auf einer Verdrahtungsplatte unter Verwendung des Chipelementes
als einem Abgleichelement oder einem Anschlusselement ausgebildet
ist, auf mehrere zehn Ω begrenzt
sein, und daher war es schwierig, die charakteristische Impedanz
zu erhöhen,
um die Stromkomponente zu verringern, welche in der Signalausbreitungsleitung
fließt,
um dadurch den Stromverbrauch zu verringern.
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Angesichts
der vorstehenden Punkte wurde bei dieser Erfindung auf das Substrat
eines Chipelementes die Aufmerksamkeit gerichtet, und es wurde als
Substrat ein Kunststoff, d. h. ein Harzmaterial, verwendet, das
ein Material mit niedriger Dielektrizität, mit einer Dielektrizitätskonstante
von 4 oder darunter ist. Es wurde herausgefunden, dass bei Verwendung
des Substrats aus einem Material mit niedriger Dielektrizität wie vorstehend
beschrieben es möglich
ist, die parallele parasitäre
Kapazität
eines Chipwiderstandes oder einer Chipinduktionsspule zu reduzieren,
um dadurch ein Element mit nur einer geringen Verschlechterung der
Impedanzcharakteristika sogar in einem Hochfrequenzbereich, d.h.
einem GHz-Band, zu bilden.
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Da
ferner gemäß der vorliegenden
Erfindung die parallele parasitäre
Kapazität
in einem Chipwiderstandselement reduziert ist, welches unter Verwendung
eines Substrats aus einem Material mit niedriger Dielektrizität gebildet
ist, wurde herausgefunden, das es möglich ist, ein Chipwiderstandselement
mit guter Qualität
mit nur einer geringen Verschlechterung der Impedanzcharakteristika
selbst in einem Hochwiderstandsbereich von einem GHz-Band zu schaffen.
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Da
ferner die parallele parasitäre
Kapazität
in einem Chip Induktionsspulenelement der vorliegenden Erfindung
reduziert ist, ist es möglich,
ein Element mit nur einer geringen Verschlechterung der Impedanzcharakteristika
selbst in einem Hochinduktanzbereich zu schaffen. Da ferner in einem
Dielektrikum feine magnetische Materialien dispergiert sind und
sich als superparamagnetische Materialien in einem Chipinduktionsspulenelement
der vorliegenden Erfindung verhalten, ist es möglich, den Hystereseverlust
oder dgl. zu reduzieren, während
die Permeabilität
erhöht
wird, und daher ist es möglich,
eine kleine Induktanz mit geringem Verlust zu schaffen.
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Im
Folgenden werden Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung beschrieben.
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(Ausführungsform 1)
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Anhand
der 2 wird ein Chipwiderstandselement gemäß der Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung beschrieben. 2 ist eine
Ansicht im Schnitt eines Beispiels des Chipwiderstandselementes
gemäß der Ausführungsform
1, wobei das Chipwiderstandselement ein Substrat 101 mit niedriger
Dielektrizität,
einen Widerstand 102, der auf dem Substrat mit niedriger
Dielektrizität
ausgebildet ist, eine erste Elektrode 103 für den elektrischen
Kontakt mit dem Widerstand, einen Schutzfilm 104 zum Schützen der
Oberfläche
des Widerstandes, und eine zweite Elektrode 105 zum elektrischen
Kontakt mit der ersten Elektrode aufweist.
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Die
relative Dielektrizität
des Substrats mit niedriger Dielektrizität ist vorzugsweise 4 oder weniger,
insbesondere 3 oder weniger und bevorzugt 2,5 oder weniger. Es wurde
herausgefunden, dass die Verwendung eines derartigen Substrats mit
niedriger Dielektrizität
für beispielsweise
ein 1 kΩ-Chipwiderstandselement,
das herkömmlicherweise
nicht bei 1 GHz oder darüber
verwendet werden kann, bei einer Frequenz von ungefähr 1 GHz
oder darüber
ausreichend zu verwenden ist.
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Im
Folgenden wird der Grund hierfür
erläutert.
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3 zeigt
die Hochfrequenzimpendanz relativ zu dem Gleichstromwiderstand in
Termen des Spannungs-Stehwellenverhältnisses, das normalerweise
als ein Index für
die Leistung eines Hochfrequenzelementes verwendet wird, wobei die
Achse der Abszisse die Elektrizitätskonstante des Substrats für den Fall
eines allgemeinen Chipwiderstandes mit einer Größe von 1 mm × 0,5 mm
repräsentiert.
Anzugeben ist, dass das Spannungs-Stehwellenverhältnis eine ausgezeichnete Verbindung
schafft, wenn es ungefähr
1,2 oder darunter ist und insbesondere 1,1 oder darunter ist.
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Wie
klar aus der 3 zu ersehen ist, wird zu dem
Fall eines Widerstandes Rdc von ungefähr 100 bis 200 Ω ein Spannungs-Stehwellenverhältnis von
1,1 oder darunter erzielt, selbst mit einer relativen Dielektrizitätkonstante
von ungefähr
10, wobei, wenn der Widerstand Rdc auf 500 Ω bis 1000 Ω steigt, das Spannungs-Stehwellenverhältnis schnell größer wird.
Dies zeigt, dass das Spannungs-Stehwellenverhältnis von der relativen Dielaktrizitätskonstante
eines Materials, welches für
ein Substrat eines Chipelementes verwendet wird, abhängt.
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Bei
dieser Erfindung wurde basierend auf dieser Kenntnis herausgefunden,
dass ein Chipelement, das sogar in GHz-Band verwendbar ist, erhalten
wird, indem ein Material mit einer niedrigen relativen Dielektrizitätskonstante
als das Substrat des Chipelementes gewählt wird. Im Einzelnen ist,
wie aus der 3 zu ersehen ist, die relative
Dielektrizitätskonstante
eines Substatdielektrikums vorzugsweise 4 oder kleiner, insbesondere
3 oder kleiner und bevorzugt 2,5 oder kleiner.
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Ferner
ist der dielektrische Verlust eines Materials, das ein Substrat
bildet, vorzugsweise 1 × 10-2 oder kleiner, insbesondere 1 × 10-3 oder kleiner und vorzugsweise 1 × 10-4 oder kleiner. Ferner ist die Glasübergangstemperatur,
die ein Index der thermischen Eigenschaften ist, vorzugsweise 100°C oder höher, insbesondere
150°C oder
höher und
vorzugsweise 200°C
oder höher.
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Als
ein Material, welches die vorstehenden Bedingungen erfüllt, ist
Polyzykloolefinharz oder ein Polyolefinharz zu nennen, mit einer
Dielektrizitätskonstante
von 2 bis 3, tanδ =
2 × 10-4 bis 9 × 10-3 und einer
Glasübergangstemperatur
von 200 bis 300°C. Ferner
kann auch ein Fluorharz mit einer Dielektrizitätkonstante von 2 bis 2,5, tanδ = ungefähr 1 × 10-3 und einer Glasübergangstemperatur von ungefähr 150°C verwendet
werden. Ferner kann auch ein Flüssigkristallharz
oder dgl. verwendet werden mit einer Dielektrizitätskonstante
von 2,5 bis 3, tanδ =
ungefähr
1 × 10-3 und einer Glasübergangstemperatur von ungefähr 200 bis
300°C.
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Da
ein Chipwiderstand der vorliegenden Erfindung ein Substrat mit niedriger
Dielektrizitätskonstante
als Substrat verwendet, kann die parasitäre Kapazität verglichen mit einem herkömmlichen
vermindert werden, und daher ist es möglich, einen Chipwiderstand
ohne Verschlechterung des Widerstandswertes selbst im Hochfrequenzbereich
auszubilden. Da der Chipwiderstand gemäß der vorliegenden Ausführungsform
1 eine kleine Größe der parasitären Kapazitätskomponente
hat und Charakteristika ohne Verschlechterung des Widerstandswertes
selbst im Hochfrequenzbereich zeigt, ist es möglich, eine Hochfrequenzschaltung
mit nur leichter Verschlechterung der Charakteristika zu bilden.
Da ferner das vorstehende Harz, welches einen hohen Wärmewiderstand
hat, als Substratmaterial verwendet wird, besteht keine Verschlechterung
des Wärmewiderstandes
selbst bei einem Hochtemperaturvorgang, wie beispielsweise einem
Rückflusslötvorgang.
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(Ausführungsform 2)
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Anhand
der 4 wird ein Chipinduktionsspulenelement gemäß der Ausführungsform
2 der vorliegenden Erfindung geschrieben. Das in der 4 gezeigte
Chipinduktionsspulenelement ist durch übereinander anordnen von Substrateinheiten gebildet,
jeweils mit einer Verdrahtung 202, die auf einem isolierenden
Substrat 201 mit niedriger Dielektrizitätskonstante durch Aufdrucken
einer leitfähigen Paste
oder dgl. ausgebildet ist, und einem Durchgangsloch (Verbindungsloch) 203 zur
gegenseitigen Verbindung, wenn eine darunterliegende Verdrahtung
vorhanden ist, und mit einer Elektrode 204 an einer Endfläche.
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Das
isolierende Substrat 201 mit niedriger Dielektrizitätskonstante
hat vorzugsweise eine geringe Dielektrizitätskonstante, um die parasitäre Kapazität zwischen
den Verdrahtungen zu reduzieren und die relative Dielektrizitätskonstante
ist 4 oder darunter, insbesondere 3 oder darunter oder vorzugsweise 2,5
oder darunter, wobei die Wirkung dieser Ausführungsform erzielt werden kann,
wenn sie verglichen mit einem derzeit verwendeten, auf Keramik basierenden
Material (relative Dielektrizitätskonstante
ungefähr
10 oder darüber)
kleiner ist. Als ein derartiges isolierendes Substrat mit niedriger
Dielektrizitätskonstante
ist ein Material mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante
und einem geringen dielektrischen Verlust vorzuziehen, und es ist
ein Zykloolefinharz, ein Polyolefinharz, ein Teflon(registriertes
Warenzeichen)-Harz ein Acrylharz, ein Epoxydharz, ein Flüssigkristallharz,
ein Fluorharz oder dgl. anzugeben. Das Zykloolefinharz, das Polyolefinharz,
das Fluorharz, das Flüssigkristallharz,
die eine relative Dielektrizitätskonstante
von 2,5 bis 3 haben oder dgl., sind vorzuziehen. Da die Dielektrizitätskonstante
verglichen mit dem herkömmlichen,
auf Keramik basierenden Material niedriger ist, ist es möglich, die
parasitäre
Kapazität
zu verringern und somit die Selbstresonanzfrequenz der Induktionsspule
zu verbessern.
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5 zeigt
ein Vergleichsbeispiel zwischen dem Chipinduktionsspulenelement,
das gemäß dieser
Ausführungsform
gebildet ist, und einem herkömmlichen
Chipinduktionsspulenelement. 5 ist eine
graphische Darstellung der Frequenzcharakteristika des Chipinduktionsspulenelementes,
wobei die Achse der Abszisse die Signalfrequenz und die Achse der
Ordinate die Werte wie normierte Induktanzwerte zeigt, die jeweils
durch Teilen einer Hochfrequenzimpedanz durch eine Frequenz abgeleitet worden
sind. Es wurde zwischen dem Fall, bei dem eine Induktionsspule unter
Verwendung eines Aluminiumoxidkeramiksubstrats gebildet war, und
dem Fall, bei dem eine Induktionsspule unter Verwendung eines Zykloolefinsubstrats
gebildet war, verglichen. Der normierte Induktanzwert bei niedrigen
Frequenzen betrug 10 nH und im Fall des Aluminiumoxidkeramiksubstrats
betrug die parasitäre
Kapazität
50 fF und die Selbstresonanzfrequenz 7,1 GHz. Im Fall des Zykloolefinsubstrats
andererseits betrug die parasitäre
Kapazität
12,5 fF und die Selbstresonanzfrequenz betrug 14,3 GHz. Es ist zu
ersehen, dass die Verwendung des Substrats mit niedriger Dielektrizitätskonstante
die Selbstresonanzfrequenz verbessert hat, und somit waren die Frequenzen,
die für
ein Induktanzelement verwendbar sind, verbessert.
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(Ausführungsform 3)
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Wiederum
unter Bezug auf die 4 wird ein Chipinduktionsspulenelement
gemäß der Ausführungsform
3 beschrieben. Das in der 4 gezeigte Chipinduktionsspulenelement
ist durch übereinander Anordnen
von Substrateinheiten gebildet, jeweils mit einer Verdrahtung 202,
die auf einem magnetischen dielektrischen Substrat 201 durch
Aufdrucken einer leitfähigen
Paste oder dgl. gebildet ist, und einem Durchgangsloch (Verbindungsloch) 203 für die gegenseitige
Verbindung, wenn eine darunterliegende Verdrahtung vorhanden ist,
und mit einer Elektrode 204 an einer Endfläche.
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Das
magnetische Dielektrikum 201 wird durch Dispergieren von
feinen Magnetmaterialien in einem Harz mit geringer Dielektrizitätskonstante
erhalten. Vorzugsweise ist die Größe des feinen Magnetmaterials
ausreichend kleiner als eine Eindringtiefe und ausreichend kleiner
als die Größe eines Weiß'chen Bezirks. Für den Fall,
das eine Signalfrequenz von ungefähr 1 GHz bis 10 GHz verwendet wird,
ist die Größe vorzugsweise
1 μm oder
kleiner und insbesondere 100 nm oder kleiner. Wenn demgemäß beispielsweise
feine magnetische Materialien mit einer Größe von ungefähr mehreren
zehn nm verwendet werden, tragen sie allein zur Erhöhung der Dielektrizitätskonstante
des Dielektrikums ohne jeglichen Hystereseverlust bei. Daher ist
es möglich,
verglichen mit einer herkömmlichen
Chipinduktionsspule, die aus einer Keramik wie beispielsweise Ferrit gebildet
ist, eine Chipinduktionsspule mit einem geringeren Verlust und einer
kleineren Größe zu schaffen.
Ferner kann unter Verwendung eines Kunststoffmaterials als einem
dielektrischen Material, aus welchem das magnetische dielektrische
Substrat gebildet ist, die relative Dielektrizitätskonstante verglichen mit
der relativen Dielektrizitätskonstante
von 10 bis 15 eines herkömmlichen
Ferritmaterials ausreichend kleiner gemacht werden. Daher kann die
parasitäre Kapazität zwischen
den Verdrahtungen verringert werden, um dadurch die Selbsstresonanzfrequenz der
Induktionsspule zu verbessern.
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Als
feine Magnetmaterialien oder ein feines magnetisches Pulver, welches
in dem magnetischen Dielektrikum 201 dispergiert ist, wird
beispielsweise ein magnetisches Metall, wie beispielsweise Fe, Co oder
Ni, ein magnetisches Metalloxidmaterial, wie beispielsweise Ferrit
oder ein ferromagnetisches Material, das durch ein anderes Verfahren
gebildet ist, verwendet. Ein solches Material wird durch ein Gasverdampfungsverfahren,
ein Atomisierverfahren, ein chemisches Syntheseverfahren oder dgl.
so ausgebildet, dass es eine Größe kleiner
als die Größe des Weiß'chen Bezirks hat,
beispielsweise die Größe von ungefähr mehreren
zehn nm. Da die Eigenschaften von superparamagnetischen Materialien
gezeigt werden, gibt es keinen Hystereseverlust, und somit kann der
Q-Wert der Induktanz verbessert werden.
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Ferner
kann als dielektrisches Material, welches das magnetische Dielektrikum 201 selbst
bildet, ein auf Zykloolefin basierendes Harz, ein Teflon (registriertes
Warenzeichen)-Harz, ein Acrylharz, ein Epoxydharz oder dgl. verwendet
werden. Da verglichen mit dem herkömmlichen auf Keramik basierenden
Material die Dielektrizitätskonstante
niedriger ist, ist es möglich,
die parasitäre
Kapazität
zu reduzieren und somit die Selbstresonanzfrequenz der Induktionsspule
zu verbessern.
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Ferner
hat das vorstehend beschriebene dielektrische Material eine hohe
Wärmewiderstandstemperatur,
und daher ändern
sich seine Eigenschaften nicht bei einer kurzzeitigen Wärmebehandlung wie
beispielsweise einer Rückflusslötung. Wenn
ein ausreichender Induktanzwert ohne die Verwendung des magnetischen
Dielektrikums sichergestellt werden kann, wie im Fall, bei dem der
Induktanzwert ungefähr
mehrere nm ist, kann ein Harzsubstrat mit einer verringerten Dielektrizitätskonstante
und einem verringerten Einfluss auf die parasitäre Kapazität verwendet werden, und es
kann das Harz, welches bei der Ausführungsform 1 verwendet wird,
auf geeignete Weise verwendet werden.
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Wie
vorstehend beschrieben ist es durch die Verwendung eines Kunststoffes
als dem Substratmaterial eines Chipelementes, d.h. einem organischen Harzmaterial
oder organischen Harzverbindungen, die ein Material mit niedriger
Dielektrizität
sind, möglich,
die parallele parasitäre
Kapazität
eines Chipwiderstandes oder einer Chipinduktionsspule zu verringern,
und als Ergebnis ist es möglich,
das Chipelement mit nur einer geringen Verschlechterung der Impedanzcharakteristika
selbst in einem Hochfrequenzbereich, beispielsweise einem GHz-Band,
auszubilden. Daher wird gemäß der vorliegenden
Erfindung ein 1 kΩ- Chipwiderstandselement,
dessen Verwendung herkömmlicherweise
bei 1 GHz oder darüber schwierig
war, bei einer Frequenz von ungefähr 1 GHz oder höher zufriedenstellend
zu verwenden, und es ist möglich,
ein Chipinduktanzelement mit nur einer geringen Verschlechterung
der Impedanzcharakteristika selbst in einem Hochinduktanzbereich
zu schaffen.
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Bei
dieser Erfindung ist es durch die Verwendung eines Harzes, das ein
Material mit niedriger Dielektrizität ist, als Substratmaterial
eines Chipelementes möglich,
die parasitäre
Kapazität
bei Hochfrequenzen zu reduzieren und somit wird ein Chipelement
insbesondere ein Chipwiderstandselement oder ein Chipinduktanzelement
erzielt, das selbst in einem Hochfrequenzbereich, d.h. einem GHz-Band, eine
geringe Verschlechterung der Impendanzcharakteristika hat.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Chipelemente
gemäß dieser
Erfindung können
als Elemente in einem GHz-Band verwendet werden und sind somit in
verschiedene elektrischen Geräten,
wie beispielsweise einem Mobiltelefon und einem Computer, der in
GHz-Band arbeitet, verwendbar.
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Zusammenfassung
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Ein
Chipelement gemäß der vorliegenden Erfindung
kann den Einfluss der parasitären
Kapazität
und der parasitären
Induktanz bei Verwendung in einem GHz-Band reduzieren. Ein Substrat
ist aus einem Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante gebildet,
mit einer Dielektrizitätskonstante,
die niedrig genug ist, um die parasitäre Kapazität in einem GHz-Band reduzieren.
Die dem Chipelement inhärente
parasitäre
Kapazität
wird reduziert.