JP2004031855A

JP2004031855A - 高周波用チップコンデンサ

Info

Publication number: JP2004031855A
Application number: JP2002189288A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Hayashi; 林　克彦
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】１ＧＨｚを越す高周波帯で使用される高周波用チップコンデンサに関し、量産時におけるコンデンサ容量値のばらつきを低減し、安定的に且つ高精度にコンデンサ容量値を形成できる高周波用チップコンデンサを提供する。
【解決の手段】高周波用チップコンデンサを構成する第１の誘電体シート上に複数のライン状導体からなる第１の電極パターンを形成し、高周波用チップコンデンサを構成する第２の誘電体シート上に複数のライン状導体からなる第２の電極パターンを形成して、前記第２の電極パターンの各ライン状導体は、前記高周波用チップコンデンサの積層方向から透視して、前記第１の電極パターンで各ライン状パターン間に形成されるスペース領域に配置される構成とした。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば携帯電話、自動車電話等の無線機器の回路部等において、特に高周波回路部で使用される高周波用チップコンデンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、１ＧＨｚを越す高周波帯の回路ではそれよりも低い周波数帯の回路に比べ、使用されるコイル及びコンデンサの定数は小さな値となる。これは周波数が高くなるために、コイルやコンデンサが発現するインピーダンスが大きくなるためであり、２〜３ＧＨｚの帯域で既に時定数用のコンデンサでは１ｐＦ、またはそれ以下の定数を使用することになる。
【０００３】
図７は従来の高周波帯で使用される高周波用チップコンデンサ１０の構造を説明した分解斜視図であり、図８は高周波用チップコンデンサ１０の長手方向に外部電極３１、３２をつけてチップ部品にした際の前記長手方向の断面の構造を示した図である。図において、高周波用チップコンデンサ１０は各誘電体シート１１〜１５からなり、誘電体シート１４上に２つの電極２１、２２が対向する端部１４１、１４２にそれぞれ接した構造で形成されている。また、電極２１、２２に対向する電極として誘電体シート１２上に電極２５が端部１２１、１２２に接しない構造で形成されている。この構造により電極２１、２２と２５は誘電体シート１２、及び１３を誘電体層としてコンデンサを形成し、電極２１、２２は高周波用チップコンデンサ１０の側面に付加される外部電極３１、３２に電気的に接続している。図８はその状況を説明している。
【０００４】
形成されるコンデンサ容量について詳細に説明すると、高周波用チップコンデンサ１０は電極２１と２５からなるコンデンサＣ１（容量値Ｃ１）と電極２２と２５からなるＣ２（容量値Ｃ２）の２つのコンデンサからなり、外部電極３１、３２から見るとコンデンサＣ１とＣ２の直列回路を構成する。そのコンデンサ容量値はＣ１・Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２）となり、Ｃ１及びＣ２よりも小さな値となる。
【０００５】
高周波用のコンデンサに要求される特性は、小さな容量値を精度よく形成することである。仮に前記コンデンサ容量Ｃ１、Ｃ２が等しい（値容量Ｃ）場合、前記高周波用チップコンデンサ１０の容量値は１／２・Ｃとなり前記コンデンサＣ１、Ｃ２の半分になる。しかし、例えばコンデンサの誘電層を形成する誘電体シート１２、１３のシート成形時にｄ％の厚みずれを生じた場合に、コンデンサＣ１、Ｃ２の容量値もｄ％それぞれずれる。このときコンデンサＣ１、Ｃ２は直列回路を構成するため、合成容量のずれ分としては１／２・ｄ％となるが、前記高周波用チップコンデンサ１０の容量値は１／２・Ｃであるので、結局コンデンサ容量値のずれはｄ％となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の高周波用チップコンデンサは基本的に電極間誘電体の厚みによって変動しやすいことには変わりがなく、厳しいシートの厚み管理が要求される。従来の高周波用チップコンデンサ１０は厚膜技術と積層技術を応用し、誘電体層を構成するセラミック材料と電極層を構成する金属材料とを同時に焼成してチップコンデンサとしていたため、量産時は各誘電体シートの形成時の厚みの変動や、焼成工程における各材料の焼成収縮のばらつき等で、形成される高周波用チップコンデンサの容量値のばらつきは±５％以上になりやすかった。これはコンデンサを構成する誘電体層の厚み変化で約±１０％程度のばらつきになっていた。
【０００７】
更に、形成される容量値自体が小さいため、特に１ｐＦ以下の低容量のコンデンサとなると、僅かな電極形状のばらつきであっても、電極面同士が対向する構造であるため形成されるコンデンサ容量値に影響を与えやすかった。
【０００８】
そのため、低容量の高周波用チップコンデンサになるほどに定数がばらつきやすく、歩留まりの悪い製品となる傾向があった。
【０００９】
一方、特開平１１−１３５３６１号公報において高周波用コンデンサの形成方法の開示がなされているが、通常の機器の回路で汎用的に使用されるセラミックチップコンデンサの形状への適用にまで言及されていない。特にコンデンサ用の電極として示されている櫛形電極は、小型の高周波用チップコンデンサを構成するにはスペース的に無駄になる部分を有している。
【００１０】
本発明は、これらの不都合に鑑みてなされたものであり、特に量産時において高いコンデンサ容量値の精度を実現できる高周波用チップコンデンサを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本願第１の発明は、複数の誘電体層及び電極パターンを積層し、側面部に外部電極を付加した高周波用チップコンデンサであって、前記高周波用チップコンデンサを構成する第１の誘電体層上に少なくとも２本以上の複数本のライン状導体を第１の電極パターンとし、前記第１誘電体とは異なる前記高周波用チップコンデンサを構成する第２誘電体層上に１本又は複数本のライン状導体を第２の電極パターンとし、前記第２の電極パターンの少なくとも１本のライン状導体は、積層方向から透視して、前記第１の電極パターンに形成される各ライン状導体間のスペース領域に位置する構成の高周波用チップコンデンサとした。
【００１２】
この構成により、コンデンサ容量を形成する前記第１の電極パターンと前記第２の電極パターンの各ライン状導体は積層方向から斜めにずれた方向で対向し、前記第１の電極パターンの各ライン状導体のエッジ部周辺と前記第２の電極パターンの各ライン状導体のエッジ部周辺とで目的のコンデンサ容量を形成させることができる。これにより後述する機能により特に量産時において本願発明に係る高周波用チップコンデンサの容量値のばらつきを低減することが可能となる。
【００１３】
本願第２の発明に係る高周波用チップコンデンサは、本願第１の発明において、前記第１の電極パターンの各ライン状導体はそれぞれ平行の関係であって、且つ前記第２の電極パターンの各ライン状導体とも平行関係であり、前記第１の電極パターンに形成される各ライン状導体間の各スペース領域の幅（Ｗ１）は、前記第２の電極パターンの各ライン状導体の幅（Ｗ２）よりも広い（Ｗ１＞Ｗ２）関係とした高周波用チップコンデンサであることを特徴とする。
【００１４】
この構成により、後述する機能により特に量産時において本願発明に係る高周波用チップコンデンサの容量値のばらつきを低減することが可能となる。
【００１５】
本願第３の発明に係る高周波用チップコンデンサは、本願第１又は第２の発明において、前記第１の電極パターンの各ライン状導体及び、第２の電極パターンの各ライン状導体パターンは略同一間隔で形成された高周波用チップコンデンサであることを特徴とする。
【００１６】
この構成により、本願発明に係る高周波用チップコンデンサで設計する容量値に対して、前記第１及び第２の電極パターンを小型化させることが可能となる。
【００１７】
本願第４の発明に係る高周波用チップコンデンサは、本願第１乃至３の発明において、前記第１の電極パターン又は前記第２の電極パターンの各ライン状導体はそれぞれライン方向に少なくとも１個の間欠部を有する高周波用チップコンデンサであることを特徴とする。
【００１８】
この構成により、前記第１及び第２の電極パターンで形成される複数のコンデンサが直列接続して、本発明に係る高周波用チップコンデンサの容量値が形成されるので、コンデンサ容量値を低容量に設計できると共に、量産の際、前記コンデンサの容量値のばらつきを低減することが可能となる。
【００１９】
本願第５の発明に係る高周波用チップコンデンサは、本願第１乃至３発明において、前記第１の電極パターン又は前記第２の電極パターンのいずれか一方の電極パターンの各ライン状導体はそれぞれライン方向に１個の間欠部を有すると共に、前記各ライン状導体の前記間欠部とは異なる２つの側は、前記高周用波チップコンデンサの側面部に付加される外部電極に電気的に接続する高周波用チップコンデンサであることを特徴とする。
【００２０】
この構成により、前記第１及び第２の電極パターンで形成される複数のコンデンサが直列接続して、本発明に係る高周波用チップコンデンサの容量値が形成されるので、コンデンサ容量値を低容量に設計できると共に、量産の際、前記コンデンサ容量値のばらつきを低減することが可能となる。更に、特に小型の高周波用チップコンデンサにおいて簡易な構造として適用することが可能である。
【００２１】
本願第６の発明に係る高周波用チップコンデンサは、本願第１乃至５の発明において、前記誘電体層は１０００℃以下で焼成可能な低温焼成誘電体からなり、前記第１及び第２電極パターンは銀又は銅を主体とした導体からなる高周波用チップコンデンサであることを特徴とする。
【００２２】
前記低温焼成誘電体により、高周波帯で低損失である銀又は銅を主体とした導体を前記第１、及び第２の導体パターンに用いることが可能となり、Ｑ値の高い高周波用チップコンデンサを形成することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る高周波用チップコンデンサの実施の形態を図面に従って説明する。
【００２４】
図１は本発明に係る高周波用チップコンデンサ１００の第１の実施の形態を説明した分解斜視図である。また、図２は本発明に係る高周波用チップコンデンサ１００の製品外観を示した図である。
【００２５】
図１に示すように高周波用チップコンデンサ１００は誘電体シート５１〜５７からなり、誘電体シート５５上に一方がシートの端部５５１及び５５２に接し、且つ他方がシートの内側に延びたライン状導体７１１〜７１４及び７２１〜７２４を形成し、これらが誘電体シート５５上の第１の電極パターンを形成している。
【００２６】
ライン状導体７１１〜７１４及び７２１〜７２４はそれぞれ平行に形成されており、各ライン状導体７１１及び７２１、７１２及び７２２、７１３及び７２３、７１４及び７２４はそれぞれ一本のライン状導体が誘電体シート５５上の略中央部で間欠部を有した形態で形成されている。
【００２７】
尚、ライン状導体７１１〜７１４及び７２１〜７２４は同一間隔で形成されており、例えばライン幅５０μｍ、ペース幅１００μｍで形成する。
【００２８】
次に、誘電体シート５４上にはシートの端部５４１及び５４２との間にそれぞれスペース部を有したライン状導体６１〜６３を形成し、それらが誘電体シート５４上の第２の電極パターンを形成する。ライン状導体６１〜６３はそれぞれ平行に形成されており、同一間隔で形成されている。
【００２９】
図３は図１の積層体を積層方向から前記第１及び第２の電極パターを透視した図である。図に示すように、第２の電極パターンのライン状導体６１〜６３は、第１の電極パターンのライン状導体７１１〜７１４及び７２１〜７２４のスペース部分に位置するように形成されている。このときライン状導体６１〜６３も例えばライン幅５０μｍ、ペース幅１００μｍで形成する。
【００３０】
このとき誘電体シート５４は、前記第１の電極パターンと前記第２の電極パターンの間に形成される誘電体層となるので、必要なコンデンサ容量を得るために図１に示すように他の誘電体層よりも厚みを薄く設定することが可能である。また他の誘電体層と同一であってもよく、更に他の誘電体層よりも厚く設定することも可能である。これは設計するコンデンサの容量値に合わせて任意に設計することができる。例として、誘電体シート５４の厚みを４０μｍ程度に設定することができる。
【００３１】
また、図１における誘電体シート１５〜５３や５５〜５７は本発明に係る高周波用チップコンデンサの部品としての強度を担当する部分であり、必要とされる強度と部品全体の厚みを考慮して決められる。複数の誘電体シートを積層しているのは必要とする厚みを設計している例として示している。
【００３２】
尚、前記誘電体は焼成温度が１０００℃以下の低温焼成誘電体が好ましい。低温焼成誘電体は例えばガラス材料とセラミックス材料等との混合材料であるが、これを用いることにより、高周波帯で低損失である銀、銅を主体とした導体材料との同時焼成が可能となる。従って前記第１及び第２の電極パターンを銀、銅を主体とした導体とすることが可能となり、Ｑ値の高い高周波用チップコンデンサを形成することができる。
【００３３】
図１に示す各誘電体シートを積層し焼成した後、端部に外部電極１１０、１２０をつけて図２に示す本発明に係る高周波用チップコンデンサが完成する。前記ライン状導体７１１〜７１４及び７２１〜７２４は外部電極１１０及び１２０にそれぞれ電気的に接続している。
【００３４】
図４に本発明に係る高周波用チップコンデンサ１００のＹ１−Ｙ２における断面を矢印方向に見た図である。本発明に係る高周波用チップコンデンサの容量は、前記第２の電極パターンのライン状導体６１〜６３の各エッジ部周辺と、それに斜めに対向する前記第１の電極パターンのライン状導体７１１〜７１４の各エッジ部周辺により形成されるコンデンサ容量と、図示されていないが、前記第２の電極パターンのライン状導体６１〜６３の各エッジ部周辺と、それに斜めに対向する前記第１の電極パターンのライン状導体７２１〜７２４の各エッジ部周辺により形成されるコンデンサ容量の直列接続した合成容量である。
【００３５】
本発明に係る高周波用チップコンデンサの構造の特徴について説明する。先ず斜めに対向する上下のライン状導体の位置関係において僅かな積層ずれ等で水平方向にずれを生じた場合を考察する。
【００３６】
形成されるコンデンサ容量に対する影響は、図３においてＸ方向のずれに関しては殆ど影響はない。またＹ方向に関しては、図３及び図４に示すように、第１の電極パターンのライン状導体７１１〜７１４が形成する各導体間のスペース幅（Ｗ１）は第２電極パターンの各導体幅（Ｗ２）よりも広く設計されている。（Ｗ１＞Ｗ２）また、前記第１及び第２の電極パターンのライン状導体の対向するエッジ部の水平距離をＥ１、Ｅ２とすると、
Ｗ１＝Ｗ２＋Ｅ１＋Ｅ２なる関係となる。
【００３７】
理想的にはＥ１＝Ｅ２（実施の形態の例では２５μｍとなる。）となり、ずれを生じた場合必ず
Ｅ１＜Ｅ２又はＥ１＞Ｅ２となる。
【００３８】
このとき、Ｅ１＋Ｅ２は一定であるので、距離が小さくなった側に形成されるコンデンサ容量値は上昇するが、距離が大きくなった側に形成されるコンデンサ容量値は減少する。このとき、本発明に係る高周波用チップコンデンサが形成する容量値はそれらの合成容量となるので、前記増減した各コンデンサ容量値がバランスして本発明に係る高周波用チップコンデンサの容量値の変化を押さえることができる。よって水平方向に関する僅かな積層ずれ等が発生しても形成される容量に影響を生じない構造となる。
【００３９】
次に誘電体層の厚みが変化した場合について考察する。図４において第１の電極パターンのライン状導体と第２の電極パターンのライン状導体の対向する各エッジ部の垂直距離Ｄ１（誘電体層の厚みとなる。）が変化を受けた場合であるが、本発明に係る高周波用チップコンデンサは同図に示す前記第１の電極パターンのライン状導体と第２の電極パターンのライン状導体の各エッジ部の斜めに対向する距離Ｄ２により形成されるコンデンサ容量値が決まる。
【００４０】
前記実施の形態においてＤ１に当たる誘電体シートの厚みを４０μｍと設定したのでこれを用いて計算すると、図５の（ｂ）に示すように斜めの距離Ｄ２は約４７．２μｍとなる。ここでシート厚みが−１０％ずれた場合を計算した結果が（ａ）であり、＋１０％ずれた結果（ｃ）であり、それぞれ距離Ｄ２は約５０．６μｍと約４３．８μｍで±約７％の変化となり、距離Ｄ２の変化幅は距離Ｄ１の変化幅に比べ約３０％減ることがわかる。
【００４１】
一方、図１に示す構造は極めて簡易な構造であるので、外形寸法が例えば１．０×０．５×０．３（ｍｍ）程度の形状の極小のチップコンデンサにも応用が可能である。
【００４２】
（その他の実施の形態）
（１）図１の誘電体シート５４、５５上に形成したライン状パターンについて、上記実施の形態において１層分の組み合わせで示しているが、更に多層化してもよく、例えば、誘電体シート５４上に形成した電極パターンを誘電体シート５６形成したり、また誘電体シート５５上に形成した電極パターンを誘電体シート５３形成したり等、設計するコンデンサ容量値に合わせて多層化することができる。
【００４３】
（２）図１の誘電体シート５４、５５上に形成したライン状導体について、図６に示すように２個以上のコンデンサが直列接続する構造としてもよい。
【００４４】
図６では、誘電体シート５５上に一方がシートの端部５５１及び５５２に接し、且つシートの内側に延びたライン状導体９１１〜９１４及び９３１〜９３４を形成し、更に、ライン状導体９２１〜９２４を形成して、誘電体シート５５上の第１の電極パターンを形成する。ライン状導体９１１〜９１４及び９２１〜９２４、９３１〜９３４はそれぞれ平行に形成されており、各ライン状導体９１１〜９３１、９１２〜９３２、９１３〜９３３、９１４〜９３４はそれぞれ一本のライン状導体が複数の間欠部を有した形態で形成している。また、ライン状導体９１１〜９１４及び９２１〜９２４、９３１〜９３４は同一間隔で形成されている。
【００４５】
誘電体シート５４上には、シートの対向する両端部５４１、５４２との間にそれぞれスペース部を有したライン状導体８１１〜８１３及び８２１〜８２３を形成し、それらが誘電体シート５４上の第２の電極パターンを形成する。ライン状導体８１１〜８１３及び８２１〜８２３はそれぞれ平行に形成されており、各ライン状導体８１１及び８２１、８１２及び８２２、８１３及び８２３はそれぞれ一本のライン状導体が間欠部を有した形態で形成している。また、ライン状導体８１１〜８１３及び８２１〜８２３は同一間隔で形成されている。
【００４６】
前記実施の形態と同様に第２の電極パターンのライン状導体８１１〜８１３及び８２１〜８２３は、積層方向から透視して、第１の電極パターンのライン状導体９１１〜９１４及び９２１〜９２４、９３１〜９３４のスペース部分に位置するように形成されている。
【００４７】
この構成により、形成できるコンデンサ容量値を更に小さく設計することが可能となり、小容量のコンデンサの設計の自由度が広がる。
【００４８】
その他の効果は前記実施の形態と実質同様であるので説明を省略する。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
【００５０】
（１）低コンデンサ容量値にして高精度の高周波用チップコンデンサを提供できる。
【００５１】
（２）量産時における誘電体シートの積層ずれに対し、それに影響を受けない高周波用チップコンデンサを提供できる。
【００５２】
（３）量産時における誘電体シートの厚みばらつきに対し、その影響を小さくできる高周波用チップコンデンサを提供できる。
【００５３】
（４）小型形状の高周波用チップコンデンサにも適用可能な構造である。
【００５４】
（５）低温焼成誘電体との組み合わせにより高周波帯で低損失の銀及び銅を主体とした導体材料を使用できるので、Ｑの高い高周波コンデンサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高周波用チップコンデンサの構造を説明した分解斜視図である。
【図２】本発明に係る高周波用チップコンデンサの外観図である。
【図３】本発明に係る高周波用チップコンデンサの電極構造を説明した積層方向から透視した図である。
【図４】本発明に係る高周波用チップコンデンサの断面を示した図である。
【図５】本発明に係る高周波用チップコンデンサの電極間距離の変化の状況を説明した図である。
【図６】本発明に係る高周波用チップコンデンサの構造に関し、他の実施の形態を説明した分解斜視図である。
【図７】従来の高周波用チップコンデンサの構造を説明した分解斜視図である。
【図８】従来の高周波用チップコンデンサの断面を示した図である。
【符号の説明】
５１〜５７、１１〜１５　誘電体シート
１０、１００　高周波用チップコンデンサ
３１、３２、１１０、１２０　外部電極
６１〜６３、８１１〜８１３、８２１〜８２３　第１の電極パターン
７１１〜７１４、７２１〜７２４、９１１〜９１４、９２１〜９２４、９３１〜９３４　第２の電極パターン
２１、２２、２５　電極

Claims

複数の誘電体層及び電極パターンを積層し、側面部に外部電極を付加した高周波用チップコンデンサであって、前記高周波用チップコンデンサを構成する第１の誘電体層上に少なくとも２本以上の複数本のライン状導体を第１の電極パターンとし、前記第１誘電体とは異なる前記高周波用チップコンデンサを構成する第２誘電体層上に１本又は複数本のライン状導体を第２の電極パターンとし、前記第２の電極パターンの少なくとも１本のライン状導体は、積層方向から透視して、前記第１の電極パターンに形成される各ライン状導体間のスペース領域に位置する構成の高周波用チップコンデンサ。
前記第１の電極パターンの各ライン状導体はそれぞれ平行の関係であって、且つ前記第２の電極パターンの各ライン状導体とも平行関係であり、前記第１の電極パターンに形成される各ライン状導体間の各スペース領域の幅（Ｗ１）は、前記第２の電極パターンの各ライン状導体の幅（Ｗ２）よりも広い（Ｗ１＞Ｗ２）関係とした請求項１に記載の高周波用チップコンデンサ
前記第１の電極パターンの各ライン状導体及び、第２の電極パターンの各ライン状導体パターンは略同一間隔で形成された請求項１又は２に記載の高周波用チップコンデンサ。
前記第１の電極パターン又は前記第２の電極パターンの各ライン状導体はそれぞれライン方向に少なくとも１個の間欠部を有する請求項１乃至３に記載の高周波用チップコンデンサ。
前記第１の電極パターン又は前記第２の電極パターンのいずれか一方の電極パターンの各ライン状導体はそれぞれライン方向に１個の間欠部を有すると共に、前記各ライン状導体の前記間欠部とは異なる２つの側は、前記高周用波チップコンデンサの側面部に付加される外部電極に電気的に接続する請求項１乃至３に記載の高周波用チップコンデンサ。
前記誘電体層は１０００℃以下で焼成可能な低温焼成誘電体からなり、前記第１及び第２電極パターンは銀又は銅を主体とした導体からなる請求項１乃至５に記載の高周波用チップコンデンサ。