JP2006216622A

JP2006216622A - 積層コンデンサ

Info

Publication number: JP2006216622A
Application number: JP2005025602A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Kuroda; 誉一黒田; Yoshio Kawaguchi; 慶雄川口; Masaaki Taniguchi; 政明谷口
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2005-02-01
Filing date: 2005-02-01
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2025-02-01
Also published as: JP4650007B2

Abstract

【課題】広い周波数帯域において通過特性が良好な積層コンデンサを提供する。
【解決手段】静電容量形成用の内部電極１ａ，１ｂと、誘電体層２とが積層された積層体３と、積層体３の表面に配設された外部電極４ａ，４ｂとを備え、内部電極１ａ，１ｂは、その主面が実装面と直交するように配設されており、かつ、内部電極１ａ，１ｂから引き出された引出電極５ａ，５ｂを介して、外部電極４ａ，４ｂと電気的に接続された積層コンデンサにおいて、積層体３を内部電極１ａ，１ｂと誘電体層２の積層方向についてみた場合に、最外層となる内部電極の外層側に、その主面が実装面と略直交するように配設された外層誘電体層の厚みを６０μm以下とする。
また、外層誘電体層を厚み４０μm以下で存在させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、積層コンデンサに関し、詳しくは、高周波回路において用いるのに適した積層コンデンサに関する。

近年、高速通信の拡大に伴って、光ファイバ通信などに代表される高速光通信が急速に進展している。このような光通信等の高速通信に用いられるＤＣカットコンデンサとしては、広い周波数帯域（例えば１０ｋＨｚ〜４０ＧＨｚの範囲）において良好な通過特性を備えたコンデンサが必要とされている。

これに対して、図５(ａ)，(ｂ)に示すように、静電容量形成用の内部電極５１ａ，５１ｂと、誘電体層５２とが積層された積層体５３と、積層体５３の表面に配設された外部電極５４ａ，５４ｂとを備え、内部電極５１ａ，５１ｂが、その主面が実装面と直交するように配設されており、かつ、内部電極５１ａ，５１ｂから引き出された引出電極５５ａ，５５ｂを介して、外部電極５４ａ，５４ｂと電気的に接続された構造を有する積層コンデンサにおいて、引出電極間距離Ａの値と、引出電極５５ａ，５５ｂの引き出し長さＢの値とを近づけることにより、等価直列インダクタンス（ＥＳＬ）を低下させ、通過帯の広域化を図った積層コンデンサがある（特許文献１）。

しかしながら、近年の高速通信の高周波化に伴って、１５ＧＨｚ程度までの帯域における通過特性をさらに平坦な特性にすることが望まれるようになると、上述のように、引出電極や内部電極の構造を適宜設定する手法では、さらに等価直列インダクタンス（ＥＳＬ）を低下させ、周波数−通過特性の平坦化を十分に図ることが困難になるに至り、さらに特性の良好な積層コンデンサが求められようになっているのが実情である。
特開２００４−１４０１８３号公報

本発明は、上記問題点を解決するものであり、広い周波数帯域において良好な通過特性を備えた積層コンデンサを提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明（請求項１）の積層コンデンサは、
静電容量形成用の内部電極と、誘電体層とが積層された積層体と、前記積層体の表面に配設された外部電極とを備え、前記内部電極と前記誘電体層は、その主面が実装面と略直交するように配設されており、かつ、前記内部電極は、該内部電極から引き出された引出電極を介して、前記外部電極と電気的に接続された構造を有する積層コンデンサにおいて、
前記積層体を、前記内部電極と前記誘電体層の積層方向についてみた場合に、最外層となる内部電極の外層側にその主面が実装面と略直交するように配設された外層誘電体層の厚みが６０μm以下であること
を特徴としている。

また、請求項２の積層コンデンサは、請求項１記載の発明の構成において、前記外層誘電体層が厚み４０μm以下で存在することを特徴としている。

本発明（請求項１）の積層コンデンサのように、内部電極と誘電体層とが積層された積層体と、積層体の表面に配設された外部電極とを備え、内部電極と誘電体層が実装面と略直交するような姿勢で配設され、かつ、内部電極が引出電極を介して外部電極に接続された構造を有する積層コンデンサにおいて、積層体を内部電極と誘電体層の積層方向についてみた場合に、最外層となる内部電極の外層側にその主面が実装面と略直交するように配設された外層誘電体層の厚みを６０μm以下とした場合、等価直列インダクタンス（ＥＳＬ）を低下させることが可能になるばかりでなく、外層誘電体層における損失を小さくすることが可能になり、１５ＧＨｚまでの広い周波数帯域において良好な通過特性を得ることができる。したがって、例えば、光通信などの高周波回路のＤＣカットコンデンサとして用いた場合に、ノイズを広い周波数帯域において除去することが可能となる。

なお、外層誘電体層の厚みは、電界を集中させて、等価直列インダクタンス（ＥＳＬ）を低下させ、広い周波数帯域において良好な通過特性を確保する見地からは、薄いほど好ましいが、製品である積層コンデンサの耐候性、外部との衝撃などに対する耐性などの信頼性を確保する見地からは、通常１０μm程度の厚みがあることがより望ましい。

また、請求項２の積層コンデンサのように、外層誘電体層を厚み４０μm以下で存在させた場合、１５ＧＨｚまでの広い周波数帯域においてさらに良好な通過特性を得ることが可能になり、例えば、光通信等の高周波回路のＤＣカットコンデンサとして用いた場合、ノイズを広い周波数帯域において除去することが可能になる。さらに、１５ＧＨｚまでの広い周波数帯域において平坦な通過特性を得ることが可能になり、安定したレベルでノイズを除去することができるため、高周波回路の回路設計が容易になる。

以下に本発明の実施例を示して、本発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。

図１は本発明の一実施例にかかる積層コンデンサを示す図、図２は本発明の一実施例にかかる外層誘電体層の厚みが４０μmの積層コンデンサの側面断面を示す概略図、図３は外層誘電体層の厚みが１００μmの積層コンデンサの側面断面を示す概略図である。

この積層コンデンサは、図１および図２に示すように、静電容量形成用の内部電極１ａ，１ｂと、誘電体層２とが積層された積層体３と、積層体３の表面に配設された外部電極４ａ（４ａ₁，４ａ₂）および４ｂ（４ｂ₁，４ｂ₂）とを備えている。

なお、積層体３の同一端側の下面側の外部電極４ａ₁と上面側の外部電極４ａ₂、および積層体３の逆側端の下面側の外部電極４ｂ₁と上面側の外部電極４ｂ₂は、実装時に、積層体３の表裏の方向性を問わずに実装することができるように、積層体３の下面側と上面側の両方に形成されたものであり、それぞれ同じ機能を果たすように構成されている。

また、内部電極１ａ，１ｂは、その主面が実装面６と直交するように配設されており、かつ、内部電極１ａ，１ｂから引き出された引出電極５ａ，５ｂを介して、外部電極４ａ，４ｂに電気的に接続されている。
なお、内部電極１ａの一対の引出電極５ａ，５ａを互いに一方の対角側の位置に配設し、内部電極１ｂの一対の引出電極５ｂ，５ｂを、内部電極１ａの引出電極５ａ，５ａとは異なる他方の対角側の位置に配設するようにしたのは、例えば、図１に示す外部電極４ｂ₁，４ｂ₂の２端子（あるいは、外部電極４ａ₁，４ａ₂の２端子）でコンデンサ特性を測定することが可能になり、検査工程の簡略化を図ることができることによる。したがって、場合によれば、内部電極１ａの一対の引出電極５ａ，５ａを同一端部側の上下の位置に配設し、内部電極１ｂの一対の引出電極５ｂ，５ｂを、内部電極１ａの引出電極５ａ，５ａとは逆側の同一端部側の上下の位置に配設することも可能である。

また、この積層コンデンサを構成する積層体３においては、積層体３を、内部電極１ａ，１ｂと誘電体層２の積層方向（図１および図２において矢印Ｘで示す方向）についてみた場合に、最外層となる内部電極１ａ₁および１ｂ₁の外層側には、外層誘電体層１２，１２（図２参照）が配設されている。

なお、図１および図２に示した積層コンデンサの条件・仕様、および寸法は以下の通りである。なお、誘電体層の構成材料としては、内部電極間の誘電体層および外層誘電体層に同じ誘電体材料を用いている。

(１)積層コンデンサの条件・仕様
誘電体層の構成材料：ＢａＴｉＯ₃（主成分）
誘電体層の膜厚：３μm
誘電体層の比誘電率：２５００
内部電極の構成材料：Ｎｉ
内部電極の積層枚数：１００
取得静電容量：３３０ｐＦ

(２)積層コンデンサの各部の寸法
以下の寸法の値は、図１および図２に示した各部の寸法、すなわち、長さ（Ｌ）、幅（Ｗ）、高さ（Ｔ）、引出電極間距離（Ａ）、垂直方向の引出電極５ａ，５ｂの長さ（Ｂ）、端子電極間距離（Ｃ）、内部電極の垂直方向の寸法（Ｄ）、内部電極の水平方向の寸法（Ｅ）、内部電極間の誘電体層の厚み（Ｆ）（図２）、および外層誘電体層の厚み（Ｇ）（図２）の値である。
長さ（Ｌ）：１．０mm
幅（Ｗ）：０．４８〜０．６０mm
高さ（Ｔ）：０．８mm
引出電極間距離（Ａ）：０．３５mm
垂直方向の引出電極の長さ（Ｂ）：０．１mm
端子電極間距離（Ｃ）：０．１５mm
内部電極の垂直方向の寸法（Ｄ）：０．６mm
内部電極の水平方向の寸法（Ｅ）：０．８mm
内部電極間の誘電体層の厚み（Ｆ）（図２）：３μm
外層誘電体層の厚み（Ｇ）（図２）：２０〜１００μm

そして、この実施例では、上記外層誘電体層１２の厚み（Ｇ）を０μm、１０μm、４０μm、６０μm、８０μm、１００μmと変化させて積層コンデンサを作製し、それぞれの積層コンデンサについて、周波数１０ＧＨｚおよび１５ＧＨｚにおける通過特性（Ｓ２１）を測定するとともに、周波数１０〜１５ＧＨｚの範囲における周波数と通過特性（Ｓ２１）の関係（傾き）を調べた。
その結果を表１に示す。

表１に示すように、外層誘電体層の厚み（Ｇ）が８０μmの場合および１００μmの場合（すなわち、図３に示すように、外層誘電体層の厚み（Ｇ）が本発明の範囲より厚い場合）、１０ＧＨｚおよび１５ＧＨｚのいずれの周波数の場合にも、通過特性（Ｓ２１）（ｄＢ）の絶対値が、外層誘電体層の厚み（Ｇ）を０μm、１０μm、４０μm、６０μmとした場合よりも大きくなっている。特に、１５ＧＨｚにおいては、外層誘電体層の厚み（Ｇ）が６０μm以下の場合、厚み（Ｇ）が８０μmおよび１００μmの場合と比較すると、通過特性（Ｓ２１）（ｄＢ）の絶対値が低いため、信号が通過しやすい。したがって、外層誘電体層の厚み（Ｇ）を６０μm以下にした場合、外層誘電体層の厚み（Ｇ）を８０μmおよび１００μmとした場合と比較すると、例えば、光通信などの高周波回路のＤＣカットコンデンサとして用いた場合、ノイズをよりよく除去することができる。

また、外層誘電体層を厚み４０μm以下で存在させた（０μmを含まない）場合、１０〜１５ＧＨｚにおける通過特性（Ｓ２１）（ｄＢ）の値を、−０．５ｄＢ以下にすることが可能になるとともに、１０〜１５ＧＨｚにおける傾きも小さいため、安定して光通信などの高周波回路に用いることができる。

次に、外層誘電体層の厚み（Ｇ）を０〜１００μmの間で変化させた場合の、５〜２０ＧＨｚにおける、周波数と通過特性（Ｓ２１）の関係を図４に示す。

図４に示すように、外層誘電体層の厚み（Ｇ）が８０μmの場合および１００μmの場合、１０ＧＨｚ〜１５ＧＨｚの間いずれの周波数の場合にも、通過特性（Ｓ２１）（ｄＢ）の絶対値が、外層誘電体層の厚み（Ｇ）を０μm、１０μm、４０μm、６０μmとした場合よりも大きくなっている。したがって、外層誘電体層の厚み（Ｇ）を６０μm以下にした場合、例えば、１０ＧＨｚ〜１５ＧＨｚを使用周波数帯域に含むような光通信などの高周波回路のＤＣカットコンデンサとして用いた場合、１０ＧＨｚ〜１５ＧＨｚにおけるノイズを良好に除去することができる。

また、図４に示すように、特に、外層誘電体層を厚み（Ｇ）４０μm以下で存在させた（０μmを含まない）場合、１０〜１５ＧＨｚにおける通過特性（Ｓ２１）（ｄＢ）の値を、−０．５ｄＢ以下にすることができるため、１０ＧＨｚ〜１５ＧＨｚにおけるノイズをさらに良好に除去することができる。
さらに、図４に示すように、外層誘電体層の厚み（Ｇ）を４０μm以下で存在させた（０μmを含まない）場合、１０〜１５ＧＨｚにおけるグラフの傾きが小さく平坦である。したがって、高周波回路の共振などで多少周波数が変動した場合にも、安定してノイズを除去することができる。一方、外層誘電体層の厚み（Ｇ）を０μmにした場合、すなわち、外層誘電体層が存在しない場合、通過特性（Ｓ２１）（ｄＢ）の絶対値は、比較的良好な値を示しているが、１５ＧＨｚにおいて急激に低下しており、グラフの傾きが大きいことがわかる。このような場合、高周波回路回路の共振などで周波数が変動した場合、除去すべきノイズを通過させてしまうおそれがあり、これを防止するために高周波回路の設計が複雑になるという可能性がある。

上記実施例の結果（表１および図４に示す結果）から、外層誘電体層の厚みを６０μm以下に制御することにより、外層誘電体層における損失を小さくすることが可能になり、１５ＧＨｚまでの広い周波数帯域において良好な通過特性が得られることが確認された。また、外層誘電体層を厚み４０μm以下で存在させることにより、さらに良好な通過特性を得ることが可能になり、しかも平坦な通過特性が得られることが確認された。

なお、本発明の積層コンデンサは、上記実施例の構成に限定されるものではなく、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。

特に、内部電極や引出電極の形状、外部電極の配設位置や形状などに特別の制約はない。
また、積層体内にはコンデンサ以外に他の素子が内蔵された複合電子部品にも本発明を適用することが可能である。

上述のように、本発明によれば、等価直列インダクタンス（ＥＳＬ）が低く、広い周波数帯域において通過特性（Ｓ２１）が良好な積層コンデンサを得ることが可能になる。
したがって、本発明は、高速光通信に用いられるＤＣカットコンデンサなどに広く適用することが可能である。

本発明の一実施例にかかる積層コンデンサの構成を示す図である。本発明の一実施例にかかる積層コンデンサの構成を示す側面断面図である。外層誘電体層の厚みを薄くしていない状態の積層コンデンサを示す図である。本発明の一実施例にかかる積層コンデンサにおいて、外層誘電体層の厚みを０μm、１０μm、４０μm、６０μm、８０μm、１００μmと変化させた場合の、５〜２０ＧＨｚにおける、周波数と通過特性（Ｓ２１）の関係を示す図である。 (ａ)は従来の積層コンデンサの構成を示す図、(ｂ)は側面断面図である。

符号の説明

１ａ，１ｂ静電容量形成用の内部電極
１ａ₁，１ｂ₁ 最外層となる内部電極
２誘電体層
３積層体
４ａ（４ａ₁，４ａ₂）外部電極
４ｂ（４ｂ₁，４ｂ₂）外部電極
５ａ，５ｂ引出電極
６実装面
１２外層誘電体層
Ａ引出電極間距離
Ｂ垂直方向の引出電極の長さ
Ｃ端子電極間距離
Ｄ内部電極の垂直方向の寸法
Ｅ内部電極の水平方向の寸法
Ｆ内部電極間の誘電体層の厚み
Ｇ外層誘電体層の厚み
Ｘ誘電体層の積層方向

Claims

静電容量形成用の内部電極と、誘電体層とが積層された積層体と、前記積層体の表面に配設された外部電極とを備え、前記内部電極と前記誘電体層は、その主面が実装面と略直交するように配設されており、かつ、前記内部電極は、該内部電極から引き出された引出電極を介して、前記外部電極と電気的に接続された構造を有する積層コンデンサにおいて、
前記積層体を、前記内部電極と前記誘電体層の積層方向についてみた場合に、最外層となる内部電極の外層側に、その主面が実装面と略直交するように配設された外層誘電体層の厚みが６０μm以下であること
を特徴とする積層コンデンサ。
前記外層誘電体層が厚み４０μm以下で存在することを特徴とする請求項１記載の積層コンデンサ。