CN111354571A - 电容器单元 - Google Patents
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Abstract
一种电容器单元，该电容器单元具备一对或多对电容器，该电容器具有：介电体；形成于介电体的第一电极；以及形成于介电体的第二电极，在该电容器单元中，分别将反方向的电压施加于互相成对的两个电容器中的各自的第一电极和第二电极之间。
Description
技术领域
本发明涉及一种电容器单元。
背景技术
随着电子设备的小型化，电子设备内允许的电子部件的安装空间倾向于缩小。电容器(capacitor)(在日本的许多情况下称为“电容器(condenser)”)是安装于许多电子设备上的电子部件。因此，小型化或薄型化是必不可少的。薄膜电容器与通过现有的厚膜法制造的层叠陶瓷电容器相比，形成有介电体的基材、电介质层和绝缘膜变薄，并且可以更加薄型化、低背化。因此，薄膜电容器作为安装到低背且小空间的电子部件备受期待。此外，近年来已经开发出埋入于电子部件基板的电容器。
薄膜电容器的电容量与现有的层叠陶瓷电容器相比多为电容量小的电容器。作为电容量的提高的方法之一，有使电介质层的膜厚变薄的方法。然而，当使电介质层的膜厚变薄时，即使在实际的使用时施加的直流电压不改变，直流电场强度也变大。因此，在使用BaTiO3等的铁电体的情况下，存在由于直流电压而导致的相对介电常数变化大，且有效静电容量变化大(后文中称为DC偏置特性)的问题。作为用于解决该问题的方法，例如，在专利文献1中，提出通过使用在电介质层中含有K、Sr、Mg和Nb的钨青铜型复合氧化物来抑制由直流电压导致的介电常数的降低。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-49045号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
然而，近年来，存在电容器的DC偏置特性存在极性的问题。DC偏置特性的极性例如是由电容器的制造过程引起的晶体的偏差，或是由电极和电介质层的界面状态等引起而产生的偏差。存在由于DC偏置特性的极性而导致安装时的操作变得不稳定的问题，以及由于需要指定施加电压方向而耗费成本、劳力的问题。
本发明是为了解决上述的技术问题而完成的，其目的在于提供一种可以改善DC偏置特性的电容器单元。
用于解决技术问题的手段
本发明的一个方面涉及一种具备一对或多对电容器的电容器单元，该电容器具有：介电体；形成于介电体的第一电极；以及形成于介电体的第二电极，并且在互相成对的两个电容器的各个第一电极和第二电极之间，分别施加有反方向的电压。
根据这样的结构，在具备一对或多对的具有介电体、形成于介电体的第一电极、以及形成于介电体的第二电极的电容器的电容器单元中，分别将反方向的电压施加于互相成对的两个电容器中的各自的第一电极和第二电极之间。因此，互相成对的两个电容器的DC偏置特性的极性互相抵消，并且可以改善DC偏置特性的极性。
在这种情况下，在电容器中，一部分的互相成对的两个电容器的各自的第一电极和第二电极可以分别以并联的方式连接。
根据这样的结构，由于在电容器中互相成对的两个电容器的各自的第一电极和第二电极分别以并联的方式连接，因此可以使容量增大。
在这种情况下，具备多对电容器，并且互相以并联的方式连接的多对电容器的各自的第一电极和第二电极，可以分别以并联的方式连接。
根据这样的结构，由于具备多对电容器并且互相以并联的方式连接的多对电容器的各自的第一电极和第二电极分别以并联的方式连接，因此可以使容量进一步增大。
另外，电容器中的互相成对的两个电容器中的各自的第一电极和第二电极，可以分别以串联的方式连接。
根据这样的结构，由于电容器中的互相成对的两个电容器的各自的第一电极和第二电极，分别以串联的方式连接，因此可以使可靠性提高。
【发明的效果】
根据本发明的一个方面的电容器单元，可以改善DC偏置特性的极性。
附图说明
图1(A)是示出第一实施方式所涉及的电容器单元的电容器的连接的概念的图，图1(B)是示出图1(A)的实际的结构的概略的图。
图2(A)是示出直流电压被施加于电容器的状态的图，图2(B)是示出图2(A)中的DC偏置特性的图表，图2(C)是示出在与图2(A)相反方向上直流电压被施加于电容器的状态的图，图2(D)是示出图2(C)中的DC偏置特性的图表。
图3是示出在第一实施方式的电容器单元中改善DC偏置特性的极性的概念的图。
图4(A)是示出第二实施方式所涉及的电容器单元的电容器的连接的概念的图，图4(B)是示出图4(A)的实际的结构的概略的图。
图5(A)是示出第三实施方式所涉及的电容器单元的电容器的连接的概念的图，图5(B)是示出图5(A)的实际的结构的概略的图。
图6(A)是示出第四实施方式所涉及的电容器单元的电容器的连接的概念的图，图6(B)是示出图6(A)的实际的结构的概略的图。
图7(A)是示出第五实施方式所涉及的电容器单元的电容器的连接的概念的图，图7(B)是示出图7(A)的实际的结构的概略的图。
图8(A)是示出第六实施方式所涉及的电容器单元的电容器的连接的概念的图，图8(B)是示出图8(A)的实际的结构的概略的图。
图9(A)是示出第七实施方式所涉及的电容器单元的电容器的连接的概念的图，图9(B)是示出图9(A)的实际的结构的概略的图。
图10是示出实验例中的第七实施方式所涉及的电容器单元的DC偏置特性的图表。
图11是示出实验例中的第三实施方式所涉及的电容器单元的DC偏置特性的图表。
图12(A)是示出比较例中的电容器单元的电容器的连接的概念的图，图12(B)是示出图12(A)中的DC偏置特性的图表。
【符号的说明】
1A、1B、1C、1D、1E、1F、1G……电容器单元
2A、2B……电容器
3……介电体
4……第一电极
5……第二电极
10……电容器单元。
具体实施方式
在下文中，将参考附图对本发明的实施方式进行详细说明。如图1(A)和图1(B)所示，本实施方式的电容器单元1A具备一对或多对具有：介电体3、形成于介电体3的第一电极4、以及形成于介电体3的第二电极5的电容器2A、2B。在本实施方式中，电容器单元1A具备一对电容器2A和电容器2B。电容器2A、2B是薄膜电容器。介电体3例如是包含作为由ABO3表示的钙钛矿晶体结构的介电体的薄膜层，其中A元素是Ba、Ca、Sr、Pb等的至少一种，B元素是Ti、Zr、Sn等的至少一种。第一电极4和第二电极5例如是包含Pt、Ru、Rh、Pd、Ir、Au、Ag、Cu、Ni等的金属或它们的合金等的金属层。
电容器2A、2B的结构和组成可以是相同的。通过电容器2A、2B的结构和组成是相同的，从而DC偏置特性的极性容易消失。电容器2A、2B的结构和组成可以不一定是相同的，但在本实施方式中，电容器2A、2B的结构和组成是相同的。在本实施方式中，为了便于说明，将互相成对的电容器2A和电容器2B区别称呼。然而，如后所述，在电容器2A和电容器2B中，在从第一电极4至第二电极5的方向上施加直流电压时的DC偏置特性是相同的。另外，在电容器2A和电容器2B中，在从第二电极5至第一电极4的方向上施加直流电压时的DC偏置特性是相同的。
如图1(A)所示，在本实施方式中，在电容器2A、2B中互相成对的两个电容器2A、2B中的各自的第一电极4和第二电极5分别以并联的方式连接。互相成对的两个电容器2A、2B中的各自的第一电极4和第二电极5以相反方向的方式并联地连接。因此，在互相成对的两个电容器2A、2B中的各自的第一电极4和第二电极5之间，分别施加有反方向的电压。
在本实施方式的电容器单元1A中，例如在从第一电极4至第二电极5的方向上对电容器2A施加直流电压时，在从第二电极5至第一电极4的方向上对电容器2B施加直流电压。此外，在以下的说明中，原则上将在从第一电极4至第二电极5的方向上对电容器2A施加直流电压，并且在从第二电极5至第一电极4的方向上对电容器2B施加直流电压。
如图1(B)所示，在电容器单元1A的实际的结构中，一层介电体3兼作电容器2A、2B中的各自的介电体3。电容器2A、2B中的各自的第一电极4和第二电极5分别分割并形成于一层介电体3的表背面。然而，通过经由通孔等形成于介电体3的配线，在互相成对的两个电容器2A、2B的各自的第一电极4和第二电极5之间，分别施加有反方向的电压。
在本实施方式中，在具备一对或多对具有介电体3、形成于介电体3的第一电极4、以及形成于介电体3的第二电极5的电容器2A、2B的电容器单元1A中，在互相成对的两个电容器2A、2B的各自的第一电极4和第二电极5之间分别施加相反方向的电压。因此，互相成对的两个电容器2A、2B的DC偏置特性的极性可以互相抵消，并且可以改善DC偏置特性的极性。
如图2(A)所示，当在从第一电极4至第二电极5的方向上对电容器2A施加直流电压时，产生如图2(B)所示的DC偏置特性的极性。另一方面，如图2(C)所示，当在从第二电极5至第一电极4的方向上对电容器2B施加直流电压时，如图2(D)所示产生与图2(B)相反的DC偏置特性的极性。因此，如图3所示，在本实施方式中，是分别将相反方向的电压施加于互相成对的两个电容器2A、2B的各自的第一电极4和第二电极5之间。由此，互相成对的两个电容器的DC偏置特性的极性可以互相抵消，并且可以改善DC偏置特性的极性。
另外，在本实施方式中，由于电容器2A、2B中的互相成对的两个电容器2A、2B中的各自的第一电极4和第二电极5，分别以并联的方式连接，因此可以使容量增大。
在下文中，将对本发明所涉及的第二实施方式进行说明。如图4(A)所示，本实施方式的电容器单元1B的电容器2A、2B的连接的概念，与上述第一实施方式的电容器单元1A相同。如图4(B)所示，在本实施方式的电容器单元1B的实际的结构中，互相成对的电容器2A、2B中的各自具有作为个别的薄膜的介电体3。
电容器2A、2B的各自的第一电极4和第二电极5分别形成于作为个别的薄膜的介电体3的表背面。其一部分通过穿过介电体3、第一电极4和第二电极5的外部的配线，在互相成对的两个电容器2A、2B的各自的第一电极4和第二电极5之间，分别施加有反方向的电压。如本实施方式所示，互相成对的两个电容器2A、2B的各自可以个别构成。
在下文中，将对本发明的第三实施方式进行说明。如图5(A)和5(B)所示，本实施方式的电容器单元1C具备多对电容器2A和电容器2B。在图5(A)和5(B)的例子中，本实施方式的电容器单元1C具备两对电容器2A和电容器2B，但是也可以具备两对以上的电容器2A和电容器2B。
在本实施方式中，两对电容器2A、2B中互相成对的两个电容器2A、2B的各自的第一电极4和第二电极5，分别以并联的方式连接。两对电容器2A、2B中互相成对的两个电容器2A、2B的各自的第一电极4和第二电极5以成为相反方向的方式并联连接。
另外，在本实施方式中，互相以并联的方式连接的两对电容器2A、2B中的各自的第一电极4和第二电极5，分别以并联的方式连接。因此，在本实施方式中，全部的互相成对的两个电容器2A、2B的各自的第一电极4和第二电极5之间，分别施加有相反方向的电压。
在本实施方式的电容器单元1C的实际的结构中，如图5(B)所示，电容器单元1C具备：从图中的下方开始，以第二电极5、介电体3、第一电极4(第二电极5)、介电体3和第一电极4依次层叠五层的一对层叠体。两个层叠体中分别形成有电容器2A、2B。一对层叠体的各自的图中下起第三层，兼作电容器2A和电容器2B的第一电极4和第二电极5。由通过介电体3、第一电极4和第二电极5的外部的配线，在互相成对的两个电容器2A、2B的各自的第一电极4和第二电极5之间，分别施加有相反方向的电压。
在本实施方式中，具备多对电容器2A、2B并且互相以并联的方式连接的多对电容器2A、2B的各自的第一电极4和第二电极5，分别以并联的方式连接。因此，可以使容量进一步增大。
在下文中，将对本发明的第四实施方式进行说明。如图6(A)所示，如图6(A)和图6(B)所示，本实施方式的电容器单元1D具备两对电容器2A和电容器2B。在本实施方式中，两对电容器2A、2B中的互相成对的电容器2A、2B的各自的第一电极4和第二电极5，分别以并联的方式连接。在两对电容器2A、2B中相互成对的电容器2A、2B中的各自的第一电极4和第二电极5以成为相反方向的方式并联连接。
互相并联连接的一方的电容器2A、2B的电容器2A和互相并联连接的另一方的电容器2A、2B的电容器2A中的各自的第一电极4和第二电极5，分别以串联的方式连接。互相并联连接的一方的电容器2A、2B的电容器2B和互相并联连接的另一方的电容器2A、2B的电容器2B中的各自的第一电极4和第二电极5，分别以串联的方式连接。串联连接的两个电容器2A、2B中的各自的第一电极4和第二电极5以朝向相同方向的方式串联连接。
在本实施方式的电容器单元1D的实际的结构中，如图6(B)所示，电容器单元1D具备：从图中的下方开始，以第二电极5、介电体3、第一电极4(第二电极5)、介电体3和第一电极4的顺序层叠五层的一对层叠体。一方的层叠体中形成有两个电容器2A，另一方的层叠体中形成有两个电容器2B。一方的层叠体的图中的下起第三层，兼作两个电容器2A的第一电极4和第二电极5。另一方的层叠体的图中的下起的第三层，兼作两个电容器2B的第一电极4和第二电极5。
由通过介电体3、第一电极4和第二电极5的外部的配线，在互相成对并且并联连接的两个电容器2A、2B的各自的第一电极4和第二电极5之间，分别施加有相反方向的电压。在串联连接的两个电容器2A和两个电容器2B中的各自的第一电极4和第二电极5之间，分别施加有相同方向的电压。此外，在本实施方式中，在串联连接的两个电容器2A和两个电容器2B的各自的第一电极4和第二电极5之间，可以分别施加有相反方向的电压。
在本实施方式中，由于在多对电容器2A、2B中一部分的互相成对的两个电容器2A、2B的各自的第一电极4和第二电极5，分别以并联的方式连接，因此可以使容量增大。
在下文中，将对本发明的第五实施方式进行说明。如图7(A)所示，本实施方式的电容器单元1E具备一对电容器2A和电容器2B。在本实施方式中，在电容器2A、2B中互相成对的两个电容器2A、2B中的各自的第一电极4和第二电极5，分别以串联的方式连接。在一对电容器2A、2B中互相成对的两个电容器2A、2B中的各自的第一电极4和第二电极5以朝向相反的方向串联连接。因此，在本实施方式中，在互相成对的两个电容器2A、2B的各自的第一电极4和第二电极5之间，分别施加有相反方向的电压。
在本实施方式的电容器单元1E的实际的结构中，如图7(B)所示，一层第二电极5以及一层介电体3，兼作电容器2A、2B中的各个的第二电极5和介电体3。作为一层薄膜的第二电极5形成于作为一层薄膜的介电体3的背面，分割为二的第一电极4形成于作为一层薄膜的介电体3的表面。
在本实施方式中，由于在电容器2A、2B中互相成对的两个电容器2A、2B中的各自的第一电极4和第二电极5，分别以串联的方式连接，因此可以使可靠性提高。
在下文中，将对本发明的第六实施方式进行说明。如图8(A)所示，本实施方式的电容器单元1F的电容器2A、2B的连接的概念，与上述第五实施方式的电容器单元1E相同。如图8(B)所示，在本实施方式的电容器单元1F的实际的结构中，互相成对的电容器2A、2B中各自具有作为个别的薄膜的介电体3。与上述第五实施方式的电容器单元1E相同地，一层第二电极5兼作电容器2A、2B中的各自的第二电极5。如本实施方式那样，互相成对的电容器2A、2B的介电体3中的各自可以个别地构成。
在下文中，将对本发明的第七实施方式进行说明。如图9(A)和图9(B)所示，本实施方式的电容器单元1G具备两对电容器2A和电容器2B。在本实施方式中，在两对电容器2A、2B中互相成对的两个电容器2A、2B的各自的第一电极4和第二电极5，分别以串联的方式连接。
在两对电容器2A、2B中互相成对的两个电容器2A、2B的各自的第一电极4和第二电极5以相反方向的方式串联连接。另外，在本实施方式中，互相以串联方式连接的两对电容器2A、2B的各自的第一电极4和第二电极5，分别以串联的方式连接。因此，在本实施方式中，在全部的互相成对的两个电容器2A、2B的各自的第一电极4和第二电极5之间，分别施加有相反方向的电压。
在本实施方式的电容器单元1G的实际的结构中，如图9(B)所示，电容器单元1F具有：图中的从下开始，以在共通的第二电极5之上，分割为二的介电体3、第一电极4(第二电极5)、介电体3和第一电极4的顺序层叠五层的层叠体。层叠体的图中的最下层兼作电容器2A和电容器2B的第二电极5。另外，分割为二的层叠体的图中的下起第三层的一方，兼作两个电容器2A的第一电极4和第二电极5。分割为二的层叠体的图中的下起第三层的另一方，兼作两个电容器2B的第一电极4和第二电极5。通过这样的结构，在互相成对的两个电容器2A、2B的各自的第一电极4和第二电极5之间，分别施加有相反方向的电压。
在本实施方式中，由于在多对电容器2A、2B中互相成对的两个电容器2A、2B中的各自的第一电极4和第二电极5，分别以串联的方式连接，因此可以使可靠性进一步提高。
如上所述，尽管已经对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明不限于上述实施方式，可以以各种方式实施。例如，在上述的电容器单元1A、1B、1C、1D、1E、1F、1G中，在互相成对的两个电容器2A、2B的各自的第一电极4和第二电极5之间，只要分别施加有反方向的电压即可，电容器2A、2B的各自的介电体3、第一电极4和第二电极5的结构、配置和配线可以进行适当地变更。
(实施例)
在下文中，将对本发明的实验例进行说明。测量如图9(A)和图9(B)所示的本发明的第七实施方式所涉及的电容器单元1G的DC偏置特性。如图10所示，在第七实施方式所涉及的电容器单元1G中，几乎没有识别出偏置特性的极性。接着，测量如图5(A)和图5(B)所示的本发明的第三实施方式所涉及的电容器单元1C的DC偏置特性。如图11所示，在第三实施方式所涉及的电容器单元1C中，几乎没有识别出偏置特性的极性。
另一方面，作为比较例，测量了如图12(A)所示的电容器单元10的DC偏置特性。在电容器单元10中，在一对电容器2A、2B中全部的互相成对的两个电容器2A、2B的各自的第一电极4和第二电极5，分别以串联的方式连接。与一对电容器2A、2B中互相成对的两个电容器2A、2B中的各自的第一电极4和第二电极5以朝向相同方向的方式串联连接。因此，在电容器单元10中，在互相成对的两个电容器2A、2B各自的第一电极4和第二电极5之间，分别施加有相同方向的电压。如图12(B)所示，在比较例的电容器单元10中，识别出大的偏置特性的极性。
Claims (4)
1.一种电容器单元，其特征在于，
具备一对或多对电容器，
该电容器具有：
介电体；
形成于所述介电体的第一电极；以及
形成于所述介电体的第二电极，
在互相成对的两个所述电容器中的各自的所述第一电极和所述第二电极之间，分别施加有反方向的电压。
2.根据权利要求1所述的电容器单元，其特征在于，
在所述电容器中互相成对的两个所述电容器的各自的所述第一电极和所述第二电极，分别以并联的方式连接。
3.根据权利要求2所述的电容器单元，其特征在于，
具备多对所述电容器，
互相以并联的方式连接的多对所述电容器的各自的所述第一电极和所述第二电极，分别以并联的方式连接。
4.根据权利要求1所述的电容器单元，其特征在于，
所述电容器中互相成对的两个所述电容器中的各自的所述第一电极和所述第二电极，分别以串联的方式连接。
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| CN86201707U (zh) * | 1986-03-20 | 1988-06-08 | 西安交通大学 | 一种串联式陶瓷电容器 |
| JPH03235317A (ja) * | 1990-02-10 | 1991-10-21 | Nippon Columbia Co Ltd | コンデンサ |
| CN1222788A (zh) * | 1997-12-08 | 1999-07-14 | 杨泰和 | 单极性电容器的交流或双极性等值或非等值应用电路 |
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