專利名稱：傳送線路型元件及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及傳送線路型元件的構造及其制作方法，特別是涉及微帶線路的構造及其制作方法。
背景技術：
近幾年，個人電腦等電子系統(tǒng)搭載的LSI的數(shù)量有增加的傾向。結(jié)果，為了使電子系統(tǒng)穩(wěn)定地動作，就需要在板上實裝多個用于防止LSI彼此互相干涉的去耦電容器。還有，LSI不斷向高速化發(fā)展，其時鐘頻率有的超過了1GHz。另一方面，很多時候在相同板上仍然使用低速動作的LSI。在該場合，為了覆蓋從數(shù)十kHz的低頻率到數(shù)GHz程度的高頻段，需要在板上組合實裝多個容量不同的電容器。
為了滿足這些要求，有的例如在主板等上使用1000多個電容器。這使得印刷基板上的部件布置非常難。
為了解決這種問題，有人提出了代替電容器的具有出色的去耦特性的稱作屏蔽帶線路型元件的元件。日本特開2003-101311號公報(以下稱為文獻1)、日本特開2003-124066號公報(以下稱為文獻2)披露了這種屏蔽帶線路型元件。
然而，文獻1、2所披露的屏蔽帶線路型元件有幾個問題點。
第1問題點是與現(xiàn)有芯片電容器等相比其外形大。因此，不僅不能大幅度降低在印刷基板上去耦元件占據(jù)的面積，也不能期待從根本上消除布置困難的問題。
第2問題點是頻率為100MHz以上的話去耦特性就會劣化。其原因主要是在印刷基板等上實裝所必要的引出電極和作為材料來使用的導電性高分子都在100MHz程度以上的高頻區(qū)域具有高阻抗。即，引出電極自身具有電感。把電感設為L，把頻率設為f的話，其阻抗Z由Z＝j2πfL來表示。因此，頻率越高，引出電極的阻抗就越高。還有，處于電介質(zhì)層和電極之間的導電性高分子在高頻區(qū)域其導電性也會變低，成為具有高阻抗的寄生電感。結(jié)果，去耦特性就會劣化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種不會占有印刷基板上的實裝面積，跨數(shù)十kHz程度的低頻率到數(shù)GHz程度的高頻段的寬帶而具有出色的去耦特性的傳送線路型元件及其制作方法。
本發(fā)明的其他目的在于提供一種能內(nèi)置于印刷基板的傳送線路型元件及其制作方法。
本發(fā)明的優(yōu)選方式所涉及的傳送線路型元件包含成為基板的由金屬構成的第1電極層；氧化或氮化或者氧氮化該第1電極層而形成的電介質(zhì)層；在該電介質(zhì)層上形成的導電體層；以及在該導電體層上形成的第2電極層。導電體層至少由導體納米粒子和粘合劑樹脂組成。另外，第2電極層也可以不要，在該場合，傳送線路型元件包含第1電極層、電介質(zhì)層和導電體層，導電體層作為第2電極層來使用。
導電體層由以下部分組成由丙烯樹脂、環(huán)氧樹脂等有機樹脂，或多噻吩、多吡咯等導電性高分子，或者聚硅烷等有機無機混合樹脂組成的粘合劑層；以及互相均勻地分散于該粘合劑層的導體納米粒子。把導電體層設為以上構成，就能在寬廣的頻帶中給出大體上一定的導電性，能減小傳送線路型元件的去耦特性的頻率依賴性。
另一方面，本發(fā)明的優(yōu)選方式所涉及的傳送線路型元件的作成方法是，在第1電極層上使導電體層成膜，以給定的溫度進行熱處理，從而在第1電極層和導電體層之間制作電介質(zhì)層。即，對第1電極層進行氧化或氮化或者氧氮化，從而與上述導電體層同時形成上述電介質(zhì)層，使得元件制作的工序簡化、元件制作的低成本化成為可能。熱處理溫度優(yōu)選的是大于等于250C小于等于600℃。
根據(jù)本發(fā)明，能以低成本制作在數(shù)十kHz到數(shù)GHz程度的寬帶給出出色的去耦特性的傳送線路型元件。
此外，本發(fā)明所涉及的傳送線路型元件能內(nèi)置于印刷基板，在印刷基板實裝中部件數(shù)量的降低、實裝布置的簡化，進而在電子設備、電設備的低成本化這些方面在產(chǎn)業(yè)上帶來的效果甚大。


圖1是表示本發(fā)明的第1實施方式所涉及的元件的立體圖，圖2是圖1所示的元件的剖視圖，圖3A到圖3E是表示本發(fā)明的第1實施方式所涉及的元件的制作過程的工序圖，圖4是本發(fā)明的第2實施方式所涉及的元件的剖視圖。
具體實施例方式在說明本發(fā)明的實施方式之前，對于原理進行說明。
在傳送線路型元件中為了在低頻率到高頻的寬帶中實現(xiàn)出色的去耦特性，需要減小傳送線路附帶的寄生電感及寄生電阻，并且減小傳送線路的特性阻抗。必須減小寄生電感的理由如上所述。還有，電阻成分會直接成為阻抗成分，因而寄生電阻變大的話，阻抗也會增加。阻抗的增加與去耦特性的降低有關，因而與寄生電感一樣，也需要減小寄生電阻。同樣，傳送線路的特性阻抗低者會給出出色的去耦特性。
通常，微帶線路這樣的傳送線路型元件是在第1電極層上按順序形成電介質(zhì)層、導電體層、第2電極層而成的。在這樣的微帶線路中，把導電體層及第2電極層的寬度設為W，把電介質(zhì)層的厚度設為h，把電介質(zhì)層的相對介電常數(shù)設為εr的話，W/h＞1時的微帶線路的特性阻抗Z由下式表示(例如，根據(jù)E.Hammerstad and O.Jensen「AccurateModels for Microstrip Computer-Aided Design」，1980 IEEE MTT-SDigest，pp 407-709)。
Z＝(120π/εeff1/2){W/h+1.393+0.667ln(W/h+1.444)}εeff＝(εr+1)/2+(εr-1)/2(1+12h/W)1/2根據(jù)上式，在電介質(zhì)層的相對介電常數(shù)εr一定的場合，W/h越大，即相對于導電體層及第2電極層的寬度W，電介質(zhì)層的厚度h越薄，微帶線路的特性阻抗就越小。
特性阻抗變小的話，與連接于傳送線路的電源線的阻抗失配就會變大。結(jié)果，在傳送線路端面上高頻功率就被反射，無法穿過傳送線路。這確實是去耦效果，因而需要減小傳送線路的特性阻抗。還有，根據(jù)微帶線路的特性阻抗的式子可知，特性阻抗不依賴于頻率而是一定的。因而，利用了該失配的去耦效果一直到高頻區(qū)域都是有效的。
另一方面，把微帶線路看作由第1電極層、電介質(zhì)層、導電體層及第2電極層組成的電容器時，W/h大只能導致其電容器的靜電容量大。電容器的容量增加的話，在微帶線路不能看作傳送線路的低頻率區(qū)域的去耦特性就會提高。因而，特性阻抗越小，微帶線路的去耦特性就越能提高。具體而言，使特性阻抗降低到1Ω以下的程度，就能得到充分的去耦效果。
根據(jù)以上觀點，在本發(fā)明中，減薄電介質(zhì)層的厚度，或者把導電體層的導電率一直到高頻率都維持在高導電率，從而實現(xiàn)寬帶的去耦元件。
參照圖1來說明把本發(fā)明適用于傳送線路型元件，特別是微帶線路的第1實施方式。
在第1電極層10上夾介電介質(zhì)層20而配置導電體層30和第2電極層40，形成微帶線路構造。導電體層30包含粘合劑層31和導體納米粒子32。如下所述，在第1電極層10的表面形成導電體層30，使得在第1電極層10的表面近旁只有導電體層的構成物質(zhì)存在，能從第1電極層10的表面近旁排除氧分子、氮分子。因此借助于通過導電體層30而被微量地供給的氧或者氮，第1電極層10的氧化或氮化或者氧氮化就會慢慢地進行，結(jié)果，就能控制很好地薄地形成電介質(zhì)層20的膜厚。
還有，關于構成粘合劑層31的樹脂的導電率的頻率依賴性，不論是有機樹脂、導電性高分子、有機無機混合樹脂中的哪個，都表現(xiàn)出顯著的頻率依賴性，特別是在高頻區(qū)域?qū)щ娐首冃?。不過，金屬、金屬氧化物的導體納米粒子32的導電率為數(shù)十萬S/cm的程度且?guī)缀鯖]有頻率依賴性，因而使導體納米粒子32互相均勻地分散于粘合劑層31而作為導電體層30，導電體層30就能跨寬廣的頻率區(qū)域而維持大體上一定的高導電率。
因此，本發(fā)明所涉及的傳送線路型元件能做成跨數(shù)十kHz到數(shù)GHz的寬帶的去耦元件。
參照圖1，作為本發(fā)明所涉及的傳送線路型元件的一個例子，給出了微帶線路。圖2是圖1的剖視圖。
在第1電極層10上夾介電介質(zhì)層20而配置導電體層30和第2電極層40，形成微帶線路構造。導電體層30由以下部分組成由有機樹脂、導電性高分子或者有機無機混合樹脂組成的粘合劑層31；以及互相地均勻分散于粘合劑層31的導體納米粒子32。
第1電極層10優(yōu)選的是氧化或者氮化或者氧氮化后的相對介電常數(shù)高的材料，例如鈦、鉭、鉻、鈮等，特別優(yōu)選的是氧化或者氮化或者氧氮化后的相對介電常數(shù)為10以上的材料。第1電極層10的厚度沒有特別限制，不過，在把本發(fā)明所涉及的元件內(nèi)置于印刷基板的場合，第1電極層10的厚度優(yōu)選的是10μm至100μm的程度。
電介質(zhì)層20通過對第1電極層10進行氧化或氮化或者氧氮化而形成。電介質(zhì)層20的膜厚越薄，微帶線路的特性阻抗越會降低，結(jié)果就能實現(xiàn)出色的去耦特性。另一方面，電介質(zhì)層20的厚度影響到微帶線路的耐電壓，太薄的話，耐電壓就會變低，產(chǎn)生短路不良。因而，電介質(zhì)層20的厚度優(yōu)選的是10nm至100nm的程度。
導電體層30由粘合劑層31和導體納米粒子32組成，粘合劑層31用于作為膜來保持導體納米粒子32。此時的導體納米粒子32優(yōu)選的是導電體層30的大于等于10重量％小于100重量％。如果是該范圍，粘合劑層31就保持良好的薄膜狀態(tài)，并且作為粘合劑層的導電率不會降低。還有，如果是上述組成范圍，就能把導電體層30的導電率一直到高頻區(qū)域都維持在高導電率，粘合劑層31的導電率沒有特別限定，不過，優(yōu)選的是可用涂布等方法容易地形成的有機樹脂、導電性高分子、有機無機混合樹脂。或者也可以是氧化或氮化或者氧氮化了的有機樹脂、導電性高分子、有機無機混合樹脂。
作為導電性高分子的具體例，優(yōu)選的是聚乙炔、對聚苯、對聚苯乙烯撐、聚縮醛、對聚苯乙炔、多吡咯、多苯胺、聚亞噻吩基亞乙烯基、聚甘菊環(huán)、聚異苯并噻吩、多噻吩等。
還有，有機無機混合樹脂優(yōu)選的是聚硅烷、有機硅化合物、有機鈦化合物、有機鋁化合物等。
作為有機樹脂，優(yōu)選的是丙烯樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等。
本發(fā)明的傳送線路型元件為了實現(xiàn)出色的去耦特性，優(yōu)選的是導電體層30的導電率對頻率依賴性小而跨全頻帶一定的東西。
導體納米粒子32是直徑(平均粒子徑)為1nm至500nm的程度的金屬粒，要求具有能互相均勻地分散于粘合劑層31特性。還有，必須在燒成時按整面均勻地凝結(jié)，與第2電極層40一起成為構成微帶線路的電極的一部分。適合這樣的條件的材料例是金、銀、銅、氧化銀、氧化銅、氧化錫、氧化鋅、氧化銦、氧化釩、氧化鎢、氧化鉬、氧化鈮、氧化銠、氧化鋨、氧化銥、氧化錸中的至少1個，或者其中2組及其以上的組合的化合物。另外，氧化銀、氧化銅等金屬氧化物本來是絕緣體，因而在燒成時或燒成后需要實施還原處理而回到金屬。
第2電極層40優(yōu)選的是金、銀、鋁等單體穩(wěn)定的，或者表面經(jīng)氧化、硫化后穩(wěn)定的材料，不過，不限于此。還有，在導電體層30燒成后的導電率與金屬的導電率大體上相等的場合，即使不形成第2電極層40也不損害本發(fā)明的效果。
在第1電極層10至第2電極層40形成后，就能把本發(fā)明所涉及的元件內(nèi)置于積層印刷基板。
根據(jù)到現(xiàn)在為止的說明可知，本發(fā)明所涉及的元件在第1電極層10上形成了微帶線路。因此，能把本發(fā)明所涉及的元件的第1電極層10作為處于積層印刷基板內(nèi)的1層布線層而置入積層印刷基板內(nèi)。把微帶線的兩端作為輸入端子及輸出端子，在例如按LSI的電源端子的去耦用途來使用的場合，一方微帶線路端通過通路等而與LSI的電源端子連接，另一方微帶線路端與電源線路連接。這樣就能在積層印刷基板內(nèi)組裝本發(fā)明所涉及的元件，不必實裝此前在印刷基板上實裝的很多電容器等去耦元件。結(jié)果，不但能削減與電容器等去耦元件相當?shù)牧康某杀?，而且印刷基板上的布置也特別容易進行，這是其優(yōu)點。
還有，在LSI等噪聲產(chǎn)生源正下面的印刷基板內(nèi)配置本發(fā)明所涉及的元件成為可能，不必從噪聲產(chǎn)生源到去耦元件繞設布線。結(jié)果，不會從繞設的布線泄漏噪聲，有效的去耦成為可能，這是其優(yōu)點。
再有，現(xiàn)有電容器等表面實裝型的去耦元件需要用于實裝的導線、電極，該導線、電極具有的寄生電感，會使去耦元件的高頻特性劣化。然而，在印刷基板中內(nèi)置本發(fā)明所涉及的元件，就不必在去耦元件上附帶導線、電極，能消除寄生電感的影響。結(jié)果就能實現(xiàn)越過GHz的高頻區(qū)域的出色的去耦特性。
其次，參照圖3A到圖3E來說明第1實施方式的微帶線路的制作方法。圖3A到圖3E是按其工藝順序來表示微帶線路的制作過程的剖視圖。
開始，未圖示，作成用于形成導電體層30的混合物。該混合物是使導體納米粒子32互相分散于作為粘合劑層31的材料的有機樹脂或者導電性高分子或者有機無機混合樹脂而形成的。分散的方法有超聲波分散、3輥研磨分散等，手法沒有特別的講究，但要使導體納米粒子32充分均勻地分散于粘合劑。在這里，分散不充分的話，就不能形成均勻的導電體層30。
其次，如圖3A所示，準備第1電極層10。然后，如圖3B所示，在第1電極層10上采用旋涂、帶涂和網(wǎng)版印刷等各種濕式成膜法涂布用于形成上述導電體層30的混合物。此后，燒成第1電極層10上涂布的混合物而形成導電體層30。
在形成導電體層30的同時，使與導電體層30相接的第1電極層10的表面氧化或氮化或者氧氮化，如圖3C所示，形成電介質(zhì)層20。此時，導電體層30形成在第1電極層10上，因而對于第1電極層10的表面不供給充分的氧分子或者氮分子。結(jié)果，第1電極層10的表面的氧化或氮化或者氧氮化就會慢慢地進行，能把所獲得的電介質(zhì)層20的膜厚控制得薄些。此時，粘合劑層31中其構成物的一部分也可以氧化或氮化或者氧氮化。
導電體層30的燒成溫度優(yōu)選的是大于等于250℃小于等于600℃。在不到250℃的溫度下，在第1電極層10的表面只能部分地形成電介質(zhì)層20而不是完全的膜。另一方面，在600℃以上的溫度下，在第1電極層10的表面形成的電介質(zhì)層20的膜厚過厚，超過100nm，電介質(zhì)層20的靜電容量就會變小。在這里，在600℃以上的燒成溫度的場合，為了把所形成的電介質(zhì)層20的厚度維持在希望的厚度而加厚導電體層30的話，導電體層30的導電率就會變小。因此，導電體層30的燒成溫度如上所述，優(yōu)選的是大于等于250℃小于等于600℃。
這樣，根據(jù)上述方法，能在導電體層30形成的同時，進行電介質(zhì)層20的形成，因而工序·成本削減等在產(chǎn)業(yè)上是有益的。
此后，如圖3D所示，在導電體層30上采用真空蒸鍍法、濺射法、電鍍法等形成金屬層作為第2電極層40?；蛘撸部梢栽趯щ婓w層30上涂布銀膏等導電性膏。
在使用本發(fā)明所涉及的元件作為去耦元件的場合，在導電體層30和第2電極層40中會流過直流電流?？紤]到這一點，導電體層30和第2電極層40的厚度應該是其合成電阻為數(shù)mΩ的厚度。作為一個例子，導電體層30為0.5μm，第2電極層40為10μm的程度。
形成第2電極層40后，用金屬掩膜、光掩膜等進行圖形形成，通過蝕刻來消除不要的部分，如圖3E所示，形成希望的帶線路形狀。
其次，參照圖4來說明本發(fā)明的第2實施方式。第2實施方式是在半導體基板上形成本發(fā)明所涉及的元件。
圖4是本發(fā)明所涉及的第2實施方式的元件的剖視圖。在半導體基板50上積層了第1電極層60、電介質(zhì)層70、導電體層80和第2電極層90。導電體層80由以下部分組成由導電性高分子或者有機無機混合樹脂組成的粘合劑層81；以及在粘合劑層內(nèi)均勻分散的導體納米粒子82。
半導體基板50不但可以是硅、砷化鎵等現(xiàn)在一般使用的半導體晶片，不用說，硅鍺、磷化銦、氮化鎵、炭化硅等其他半導體晶片也沒有問題。在該半導體基板50上采用真空蒸鍍法、濺射法等形成白金、金、鈦、鎢等單體穩(wěn)定的金屬單層膜或者其積層膜，作為第1電極層60。
此后，采用CVD法、濺射法等形成電介質(zhì)層70。形成的電介質(zhì)層70是氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、STO(SrTiO3)、BST(BaSrTiO3)、PZT(PbZrTiO3)。不過，不限于這些材料，優(yōu)選的是盡可能具有高的相對介電常數(shù)的材料，還有，其厚度優(yōu)選的是數(shù)nm至100nm的程度。還有，電介質(zhì)層70的形成方法也不只限于CVD法、濺射法，只要是能形成電介質(zhì)薄膜的方法，其他方法也可以。
此后，采用旋涂來涂布用于形成導電體層80的混合物，進行燒成而形成導電體層80。導電體層80由粘合劑層81和導體納米粒子82組成。
此后，利用影印石版術工藝、干刻工藝、濕刻工藝、研磨工藝等，把電介質(zhì)層70及導電體層80按希望的帶線路構造進行圖形形成。
圖形形成后，在導電體層80上采用真空蒸鍍法、濺射法、電鍍法等形成白金、金、銀、銅、鋁、鈦、鎢等單體穩(wěn)定的或者表面氧化、硫化后穩(wěn)定的金屬單層膜或者其積層膜，作為第2電極層90。
在使用本發(fā)明所涉及的元件作為去耦元件的場合，在導電體層80和第2電極層90中會流過直流電流?？紤]到這一點，導電體層80和第2電極層90的厚度應該是其合成電阻為數(shù)mΩ的厚度。
其次，參照圖3以具體的實施例說明第1實施方式所涉及的元件的制作方法。
開始，未圖示，作成形成導電體層30的混合物。該混合物是使作為粘合劑層31的材料的硅酮B8248(東芝硅樹脂公司制)7重量百分比和氧化錫納米粒子32(三菱材料公司制)65重量百分比及玻璃微粒子28重量百分比互相分散而形成的。分散是使用3輥研磨來進行的。
其次，準備由鈦箔組成的第1電極層10(圖3A)，在其上采用帶涂來涂布用于形成導電體層30的混合物(圖3B)。此后，以500℃燒成涂布在第1電極層10上的混合物，在形成導電體層30的同時，使作為與導電體層30相接的第1電極層10的鈦箔的表面氧化，形成電介質(zhì)層20(圖3C)。此時導電體層30的膜厚為0.5μm。
此后，在導電體層30上真空蒸鍍金，形成第2電極層40(圖3D)。此時，第2電極層40的膜厚為10μm的程度，大小是1×30mm。
把制作出的元件作為電容器來評價的話，靜電容量為2μF。
采用網(wǎng)絡分析儀評價了按以上方式制作出的微帶線路的S參數(shù)，S21在1MHz為-51dB，在10MHz為-91dB，在100MHz以上為-110dB以下。-110dB的值是測量儀的測量界限，實際比-110dB還小，未能評價正確的值。
其次，參照圖4用具體的實施例說明第2實施方式所涉及的元件的制作方法。
在硅基板50上積層由金組成的第1電極層60、由STO組成的電介質(zhì)層70、導電體層80和由金組成的第2電極層90。導電體層80是與第1實施方式中的導電體層30相同的材料。
在硅基板50上采用真空蒸鍍法形成金，作為第1電極層60。此后，采用濺射法以STO形成了10nm的膜，作為電介質(zhì)層70。此后，采用旋涂來涂布用于形成導電體層80的混合物，進行燒成而形成導電體層80。在導電體層80上采用真空蒸鍍法形成金，作為第2電極層90。
此后，對電介質(zhì)層70及導電體層80按希望的帶線路構造，采用影印石版術工藝、干刻工藝按10μm×300μm進行圖形形成。
把制作出的元件作為電容器來評價的話，靜電容量為1μF。
權利要求
1.一種微帶線路，在1第1電極層上，至少按順序配置電介質(zhì)層、導電體層而成，其特征在于，所述導電體層至少由導體納米粒子和粘合劑樹脂組成。
2.根據(jù)權利要求1所述的微帶線路，其特征在于，所述導體納米粒子包含金、銀、銅、氧化銀、氧化銅、氧化錫、氧化鋅、氧化銦中的至少1種，并且該導體納米粒子的平均粒子徑大于等于1nm小于等于500nm，并且導電體層中的該導體納米粒子的含有量大于等于10重量％小于100重量％。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的微帶線路，其特征在于，特性阻抗小于等于1Ω。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的微帶線路，其特征在于，在所述導電體層上配置了第2電極層。
5.一種權利要求1或2所述的微帶線路的制作方法，其特征在于，在所述第1電極層上使所述導電體層成膜，以大于等于250℃小于等于600℃的溫度進行熱處理，從而在所述第1電極層和所述導電體層之間制作所述電介質(zhì)層。
6.根據(jù)權利要求5所述的微帶線路的制作方法，其特征在于，所述電介質(zhì)層是氧化或者氮化或者氧氮化所述第1電極層而形成的。
全文摘要
一種微帶線路，在由成為基板的金屬構成的第1電極層(10)上形成對第1電極層(10)進行氧化或氮化或氧氮化而形成的電介質(zhì)層(20)、在電介質(zhì)層(20)上形成的導電體層(30)和在導電體層(30)上形成的第2電極層(40)，構成微帶線路元件。導電體層(30)至少由導體納米粒子(32)和粘合劑樹脂(31)組成。
文檔編號H01P3/18GK1930728SQ20058000775
公開日2007年3月14日 申請日期2005年3月11日 優(yōu)先權日2004年3月11日
發(fā)明者若林良昌, 遠矢弘和, 山口浩一, 樋口章二, 山田憲司 申請人:日本電氣株式會社