JP2006286842A

JP2006286842A - コンデンサ構造及び実装基板

Info

Publication number: JP2006286842A
Application number: JP2005103319A
Authority: JP
Inventors: Takashi O; 俊王
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-10-19

Abstract

【課題】
引出電極ないし外部電極及び内部電極のいずれにおいてもＥＳＬを効果的に低減することができるコンデンサ構造を提供する。
【解決手段】
引出電極２０では矢印ＦＡ方向に電流が流れるのに対し、引出電極２２では逆の矢印ＦＤ方向に電流が流れる。引出電極２０，２２は、同軸構造となっているため、矢印ＦＡ方向の電流によって生ずる磁束と、矢印ＦＤ方向に流れる電流によって生ずる磁束が効果的に相殺されるようになる。内部電極１２では矢印ＦＢ方向に電流が流れるのに対し、内部電極１６では逆の矢印ＦＣ方向に電流が流れる。内部電極１２，１６は、誘電体層１４を挟んで対向するように形成されているため、矢印ＦＢ方向の電流によって生ずる磁束と、矢印ＦＣ方向に流れる電流によって生ずる磁束が効果的に相殺されるようになる。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンデンサ構造及び実装基板に関し、更に具体的には、ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）ないし寄生インダクタンスを低減するようにしたコンデンサ構造の改良に関するものである。

ＥＳＬの低減を目的としたコンデンサ構造としては、下記特許文献１，２に記載されたものがある。これらのうち、まず特許文献１の積層コンデンサは、セラミックスグリーンシートの積層体に、電極のない領域を貫通するように、スルーホール（もしくはビアホール）を設け、同一極性の内部電極を互に接続する。そして、これらスルーホールを積層体の外部に引出すことにより、引出電極が内部電極から取り出された状態，すなわち、実質的に引出電極がほとんどない状態となって、外部電極に起因するインダクタンス及び抵抗が低減される。一方、特許文献２記載の積層コンデンサは、同極性となる一方の内部電極群を端部の外部電極に接続する一方、他方の内部電極群を端部電極近傍の柱状接続部材で互いに接続することにより、寄生インダクタンスを低減している。
特開平５−２０５９６６号公報特開平８−５５７５８号公報

しかしながら、以上のような従来技術には、次のような不都合がある。
(1)まず、特許文献１記載の積層コンデンサの場合、引出電極の長さが短縮されることによるＥＳＬの低減効果は期待できるが、コンデンサの内部電極における電流の流れに対しては配慮されていない。このため、コンデンサ内部におけるＥＳＬの低減効果は限定的である。
(2)次に、特許文献２記載の積層コンデンサの場合、内部電極における電流の流れを極性の異なる電極間で相反させており、これによるＥＳＬの低減効果は期待できるが、外部電極におけるＥＳＬの低減効果は限定的である。

本発明は、以上の点に着目したもので、引出電極ないし外部電極及び内部電極のいずれにおいてもＥＳＬを効果的に低減することができるコンデンサ構造及び実装基板を提供することを、その目的とするものである。

前記目的を達成するため、本発明のコンデンサ構造は、一方の極性の内部電極と他方の極性の内部電極が平行に形成されており、前記一方の極性の内部電極はその電極面から延びる柱状の一方の極性の引出電極を有し、前記他方の極性の内部電極はその電極面を前記一方の極性の引出電極と隔離するギャップ部を有し、該ギャップ部近傍にその電極面から延びる柱状の他方の極性の引出電極を有することを特徴とする。

本発明の実装基板は、内部に電源層とＧＮＤ層を有する実装基板であって、一方の極性の内部電極と他方の極性の内部電極が平行に形成されており、前記一方の極性の内部電極はその電極面から延びる柱状の一方の極性の引出電極を有し、前記他方の極性の内部電極はその電極面を前記一方の極性の引出電極と隔離するギャップ部を有し、該ギャップ部近傍にその電極面から延びる柱状の他方の極性の引出電極を有するコンデンサ構造の引出電極のうち、一方を前記電源層に接続するとともに、他方を前記ＧＮＤ層に接続したことを特徴とする。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。

本発明によれば、一方の極性の内部電極と他方の極性の内部電極を平行に形成するとともに、前記一方の極性の内部電極はその電極面から延びる柱状の一方の極性の引出電極を有し、前記他方の極性の内部電極はその電極面を前記一方の極性の引出電極と隔離するギャップ部を有し、該ギャップ部近傍にその電極面から延びる柱状の他方の極性の引出電極を有するので、電極を流れる電流によって誘起される磁束が相殺されるようになり、ＥＳＬが効果的に低減されるようになる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。

最初に、図１〜図２を参照しながら、本発明の実施例１を説明する。図１には、実施例１のコンデンサ構造が示されている。同図(A)は平面図であり、その＃Ａ−＃Ａ線に沿って矢印方向に見た断面が同図(B)である。また、電極部分のみを取り出して示すと、同図(C)のようになる。本例は、単層コンデンサの例で、支持基板１０の主面上には、一方の内部電極１２が形成される。内部電極１２上には誘電体層１４が形成され、更にその上に他方の内部電極１６が形成される。内部電極１２，１６間に誘電体層１４を挟み込むことで、コンデンサを構成している。以上の各部の外側には、保護層１８が形成されている。

ところで、本実施例では、コンデンサの略中央において、内部電極１２から誘電体層１４を貫通して上面側に露出する引出電極２０が形成されている。そして、この引出電極２０と同軸になるように、内部電極１６から上面側に引出電極２２が形成されている。すなわち、円柱状の引出電極２０を囲むように円筒状の引出電極２２が形成された構造となっている。

図２には、以上のようなコンデンサ構造の製造プロセスの一例が示されている。まず、同図(A)に示すように、Ｓｉ基板１００の主面上にＳｉＯ_２膜１０２を形成し、その上にスパッタによってＴｉＮＯｘ層１０４，Ｐｔ層１０６を順次積層形成する。このＰｔ層１０６が一方の内部電極となる。次に、スパッタもしくはゾルゲル製膜の方法で、ＢＴ（チタン酸バリウム）層１０８を形成する。このＢＴ層１０８が誘電体層となる。このＢＴ層１０８上には、他の内部電極となるＰｔ層１１０がスパッタによって形成される。

次に、図２(B)に示すように、Ｐｔ層１１０，ＢＴ層１０８の一部がエッチングされて、凹部１１２が形成される。そして、図２(C)に示すように、ＳｉＮｘ層１１４，ＰＩ（ポリイミド）樹脂層１１６が、主面上に順次積層形成される。次に、図２(D)に示すように、適宜のマスク（図示せず）を利用して、引出電極形成用のホール１１８，１２０を形成する。なお、ホール１１８は円柱状であり、ホール１２０は、ホール１１８を囲むように同軸の円筒状に形成される。ホール１１８は、前記凹部１１２の略中央であって、Ｐｔ層１０６に達するように形成され、一方、ホール１２０は、Ｐｔ層１１０に達するように形成される。

次に、図２(E)に示すように、前記ホール１１８，１２０に、Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｕなどが埋め込まれ、引出層１２２，１２４が形成される。図２(F)には、平面の様子が示されている。これらの引出層１２２，１２４が、上述した引出電極２０，２２に対応する。

次に、図１に戻って、本実施例の作用を説明する。例えば、引出電極２０側の極性がプラス，引出電極２２側の極性がマイナス（ＧＮＤ）であるとすると、電流は、矢印ＦＡ〜ＦＤで示すようになる。これらのうち、まず、引出電極部分に着目すると、引出電極２０では矢印ＦＡ方向に電流が流れるのに対し、引出電極２２では逆の矢印ＦＤ方向に電流が流れる。しかも、引出電極２０，２２は、同軸構造となっている。このため、矢印ＦＡ方向の電流によって生ずる磁束と、矢印ＦＤ方向に流れる電流によって生ずる磁束が効果的に相殺されるようになり、この部分におけるＥＳＬは良好に低減される。

次に、内部電極部分に着目すると、内部電極１２では矢印ＦＢ方向に電流が流れるのに対し、内部電極１６では逆の矢印ＦＣ方向に電流が流れる。しかも、内部電極１２，１６は、誘電体層１４を挟んで対向するように形成されている。このため、矢印ＦＢ方向の電流によって生ずる磁束と、矢印ＦＣ方向に流れる電流によって生ずる磁束が効果的に相殺されるようになり、この部分におけるＥＳＬも良好に低減される。

以上のように、本実施例によれば、引出電極及び内部電極のいずれにおいても、ＥＳＬが良好に低減されるようになり、いわゆるノイズカット効果の向上を図ることができる。

次に、本実施例に関係するコンデンサの試作例を示す。内部電極１２，１６としてＰｔを使用し、大きさを２mm×２mm，厚みを０．２μmとした。また、誘電体層１４の材料としてBaTiO₃を使用し、厚みを０．３μmとした、大きさは前記内部電極と同じである。また、引出電極２０の外径を１５０μｍ，引出電極２２の内径を２００μｍ，外径を３００μｍとした。なお、貫通穴径（図２のホール１１８の直径）は１００μｍである。このような試作例につき、ＥＳＬを計測したところ、３０ｐＨであった。また、コンデンサとしての容量は５０ｎＦであった。

一方、上述した特許文献２に記載の積層コンデンサであって、大きさを２mm×２mmとしたものを作製し、ＥＳＬを計測したところ、５０ｐＨであった。また、市販の標準低ＥＳＬコンデンサ(ＡＶＸ社製ＩＤＣ)であって、大きさを２ｍｍ×１．２ｍｍとしたところ、ＥＳＬは１００ｐＨであった。

次に、図３を参照しながら、本発明の実施例３について説明する。本実施例は、誘電体層が２層の例である。図３(A)は平面図であり、その＃Ｂ−＃Ｂ線に沿って矢印方向に見た断面が同図(B)である。また、内部電極部分のみを取り出してパターンを示すと、同図(C)，(D)のようになる。これらの図において、支持基板３０の主面上には、一方の内部電極３２が形成される。内部電極３２上には第１の誘電体層３４が形成され、更にその上に他方の内部電極３６が形成される。内部電極３６上には、第２の誘電体層３８が形成され、更にその上に内部電極４０が形成される。内部電極３２，３６間に誘電体層３４を挟み込むとともに、内部電極３６，４０間に誘電体層３８を挟み込むことで、それぞれコンデンサを構成している。以上の各部の外側には、保護層４２が形成されている。

加えて本実施例では、コンデンサの略中央において、内部電極３６から誘電体層３８を貫通して上面側に露出する引出電極４４が形成されている。そして、この引出電極４４と同軸になるように、内部電極３２，４０から上面側に引出電極４６が形成されている。

これを平面から見ると、最下層の内部電極３２は四角形状である。次の内部電極３６は、図３(C)に示すような平面形状となっており、略中央に扇状の切除部３６Ａが複数形成されている。次の内部電極４０は、略中央に円形の切除部４０Ａが形成されている。内部電極３６の切除部３６Ａに囲まれた中央部３６Ｂに接続する引出電極４４は、円柱状に延設されて、主面に露出する。一方、最下層の内部電極３２に接続する引出電極４６は、次の内部電極３６の切除部３６Ａ内を通過して次の内部電極４０に接続する。そして、内部電極４０から円筒状に延設されて、主面に露出する。すなわち、本実施例においても、円柱状の引出電極４４を囲むように円筒状の引出電極４６が形成された構造となっている。

次に、本実施例の作用について説明する。例えば、中央の引出電極４４にプラスの電圧が印加されるとすると、電流は、まず矢印ＦＧ方向に流れ、更に矢印ＦＨで示すように中央の内部電極３６に流れる。一方、下側の内部電極３２では矢印ＦＩ方向に電流が流れ、上側の内部電極４０では矢印ＦＪ方向に電流が流れる。これらの電流は、引出電極４６を矢印ＦＫ方向に流れる。このように、本実施例においても、引出電極４４と引出電極４６との間で電流の流れる方向が逆になっており、内部電極３６と内部電極３２，４０との間で電流の流れる方向は逆になっている。このため、前記実施例１と同様に、ＥＳＬが効果的に低減されるようになる。

次に、本実施例に関係するコンデンサの試作例を示す。内部電極３２，３６，４０としてＰｔを使用し、大きさを２mm×２mm，厚みを０．２μmとした。また、誘電体層３４，３８の材料としてBaTiO3を使用し、厚みを０．３μmとした。大きさは前記内部電極と同じである。また、引出電極４４の外径を１５０μｍ，引出電極４６の内径を２００μｍ，外径を３００μｍとした。なお、貫通穴径（図２のホール１１８の直径）は１００μｍである。このような試作例につき、ＥＳＬを計測したところ、２０ｐＨであった。また、コンデンサとしての容量は０．１μＦであった。

次に、図４を参照しながら、本発明の実施例３について説明する。この実施例は、上述した実施例２のコンデンサの実装例である。図４(A)に示すように、コンデンサ５０は、ＬＳＩ５２が実装された基板５４に取り付けられる。詳述すると、基板５４には、電力層５６とＧＮＤ層５８が設けられている。電力層５６は、配線６０によってコンデンサ５０の引出電極４４に接続されており、ＧＮＤ層５８は、配線６２によってコンデンサ５０の引出電極４６に接続されている。配線６０は円柱状に形成されており、これと同軸になるように円筒状に配線６２が形成されている。

一方、図４(B)には、通常の構造のコンデンサの場合の実装例が示されている。同図において、コンデンサ７０は、外部電極７２に接続する内部電極７４と、外部電極７６に接続する内部電極７８の間に誘電体層８０が挟まれた構成となっている。外部電極７６は配線８０によって電力層５６に接続されており、外部電極７２は配線８２によってＧＮＤ層５８に接続されている。

両者の配線を比較すると、本発明の実装例の場合、配線６０，６２が同軸状に近接しているため、矢印ＦＧ，ＦＫで示す逆方向の電流の流れによる磁束の低減効果を得ることができ、ＥＳＬが低減されるようになる。これに対し、従来の実装例の場合、配線８０，８２が離れた位置となってしまう。このため、矢印ＦＬ，ＦＭで示す逆方向の電流の流れがあっても、磁束の打ち消しが弱くなってしまい、ＥＳＬの低減が期待できない。

なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)前記実施例では、一つのコンデンサに一組の引出電極を設けたが、多数組の引出電極を設けるようにしてもよい。図５(A)にはその一例が示されており、基板２００上の内部電極２０２は、円柱状の引出電極２０４，２０６に接続されている。また、内部電極２０２と誘電体層２０８を挟んで対向する内部電極２１０は、円筒状の引出電極２１２，２１４に接続されている。引出電極２０４と引出電極２１２は同軸状となっており、引出電極２０６と引出電極２１４は同軸状となっている。もちろん、更に多数形成することを妨げるものではない。
(2)前記実施例では、引出電極を円形としたが、他の形状としてよい。図５(B)に平面を示す例は、引出電極２２０，２２２を四角状とした例である。

(3)前記実施例では、内側の引出電極を外側の引出電極が囲むようにしたが、必ずしも全体を取り囲む必要はなく、一部に開口があってもよい。図６(A)にはその一例が示されており、コンデンサ１５０の一方の引出電極１５２は、前記実施例と同様に円柱状に形成されている。しかし、この引出電極１５２を誘電体層１５４を挟んで同軸状に取り囲む他方の引出電極１５６には、片側に開口１５８が形成されている。図６(B)に示すコンデンサ１６０では、同様に円柱状に形成された引出電極１６２が誘電体層１６４を挟んで同軸状に他方の引出電極１６６に取り囲まれている。そして、この引出電極１６６の両側に、開口１６８，１７０が形成されている。内部電極は、前記実施例と同様である。これらの実施例でも、内側の引出電極と外側の引出電極で電流の向きが逆になり、磁束の相殺効果を期待することができる。もちろん、開口の大きさや数は、必要に応じて適宜設定してよい。

(4)更に、図７に示すように、２つの引出電極を近接して設けるようにしてもよい。同図(A)は主要断面図であり、電極部分を取り出して示すと、同図(B)のようになる。これらの図において、支持基板３００の主面上には、一方の内部電極３０２が形成される。内部電極３０２上には誘電体層３０４が形成され、更にその上に他方の内部電極３０６が形成される。内部電極３０２，３０６間に誘電体層３０４を挟み込むことで、コンデンサを構成している。以上の各部の外側には、保護層３０８が形成されている。そして、コンデンサの略中央において、一方の極性の内部電極３０２から誘電体層３０４を貫通して上面側に露出する引出電極３１０が形成されている。以上の点は、上述した実施例と同様である。他方の極性の内部電極３０６の引出電極３１２は、前記引出電極３１０に対してギャップ３１４を有する近傍位置に、上面に延びる柱状に形成されている。このように、柱状の引出電極を近接して配置するだけでも、引出電極同士を結ぶ直線上に内部電極が交差する部分がなければ、電流による磁束が相殺されるようになり、ＥＳＬの低減が期待できる。電力層やＧＮＤ層に接続される配線３２０，３２２についても同様である。

本発明によれば、内部電極及び引出電極のいずれにおいても、電流による磁束が相殺されるようになり、ＥＳＬが効果的に低減されるので、例えば高速LSI電源用デカップリング用のコンデンサ、高周波回路用コンデンサに好適である。

(A)は本発明の実施例１を示す平面図，(B)は前記(A)を＃Ａ−＃Ａ線に沿って矢印方向に見た断面図，(C)は電極部分を取り出して示す斜視図である。前記実施例１の主要な製造プロセスを示す図である。 (A)は本発明の実施例２を示す平面図，(B)は前記(A)を＃Ｂ−＃Ｂ線に沿って矢印方向に見た断面図，(C)及び(D)は内部電極の平面図である。本発明の実施例３を示す主要断面図である。本発明の他の実施例を示す主要断面図及び平面図である。本発明の他の実施例を示す主要平面図である。本発明の他の実施例を示す主要断面図及び電極部分を取り出して示す斜視図である。

符号の説明

１０：支持基板
１２，１６：内部電極
１４：誘電体層
１８：保護層
２０，２２：引出電極
３０：支持基板
３２，３６，４０：内部電極
３４，３８：誘電体層
３６Ａ：切除部
３６Ｂ：中央部
４０Ａ：切除部
４２：保護層
４４：引出電極
４６：引出電極
５０：コンデンサ
５２：ＬＳＩ
５４：基板
５６：電力層
５８：ＧＮＤ層
６０，６２：配線
６２：配線
７０：コンデンサ
７２：外部電極
７４：内部電極
７６：外部電極
７８：内部電極
７９：誘電体層
８０，８２：配線
１００：Ｓｉ基板
１０２：ＳｉＯ_２膜
１０４：ＴｉＮＯ_Ｘ層
１０６，１１０：Ｐｔ層
１０８：ＢＴ層
１１２：凹部
１１４：ＳｉＮ_Ｘ層
１１６：ＰＩ樹脂層
１１８，１２０：ホール
１２２，１２４：引出層
１５０，１６０：コンデンサ
１５２，１６２：引出電極
１５４，１６４：誘電体層
１５６，１６６：引出電極
１５８，１６８，１７０：開口
２００：基板
２０２：内部電極
２０４，２０６：引出電極
２０８：誘電体層
２１０：内部電極
２１２，２１４：引出電極
２２０，２２２：引出電極
３００：支持基板
３０２，３０６：内部電極
３０４：誘電体層
３０８：保護層
３１０，３１２：引出電極
３１４：ギャップ
３２０，３２２：配線

Claims

一方の極性の内部電極と他方の極性の内部電極が平行に形成されており、前記一方の極性の内部電極はその電極面から延びる柱状の一方の極性の引出電極を有し、前記他方の極性の内部電極はその電極面を前記一方の極性の引出電極と隔離するギャップ部を有し、該ギャップ部近傍にその電極面から延びる柱状の他方の極性の引出電極を有することを特徴とするコンデンサ構造。
前記一方の極性の内部電極の引出電極を、前記他方の極性の内部電極の引出電極が取り囲むように、同軸状に形成したことを特徴とする請求項１記載のコンデンサ構造。
前記一方の極性の内部電極と他方の極性の内部電極を、誘電体を挟んで交互に複数積層したことを特徴とする請求項１記載のコンデンサ構造。
前記各極性の引出電極を、それぞれ複数有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のコンデンサ構造。
内部に電源層とＧＮＤ層を有する実装基板であって、
一方の極性の内部電極と他方の極性の内部電極が平行に形成されており、前記一方の極性の内部電極はその電極面から延びる柱状の一方の極性の引出電極を有し、前記他方の極性の内部電極はその電極面を前記一方の極性の引出電極と隔離するギャップ部を有し、該ギャップ部近傍にその電極面から延びる柱状の他方の極性の引出電極を有するコンデンサ構造の引出電極のうち、一方を前記電源層に接続するとともに、他方を前記ＧＮＤ層に接続したことを特徴とする実装基板。
前記引出電極と前記電源層を接続する第１の配線と、前記引出電極と前記ＧＮＤ層を接続する第２の配線を、前記第２の配線が前記第１の配線を囲むように、同軸状に形成したことを特徴とする請求項５記載の実装基板。
前記コンデンサ構造が、前記一方の極性の内部電極と他方の極性の内部電極を、誘電体を挟んで交互に複数積層したことを特徴とする請求項５記載の実装基板。
前記コンデンサ構造が、前記各極性の引出電極を、それぞれ複数有することを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の実装基板。