JP2007035877A

JP2007035877A - 積層コンデンサ

Info

Publication number: JP2007035877A
Application number: JP2005216358A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Takahashi; 明裕高橋
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2005-07-26
Filing date: 2005-07-26
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2025-07-26
Also published as: US20070025053A1; JP4637674B2; US7394645B2

Abstract

【課題】有効周波数帯域が広く、デカップリング回路内で他のコンデンサとの並列共振点のインピーダンスが低く抑えられる積層コンデンサを提供する。
【解決手段】本発明の積層コンデンサ10は、積層体１と、複数の第１の内部電極３および第２の内部電極４と、複数の第１の引出部５および第２の引出部６と、複数の第１の端子電極７および第２の端子電極８とを備え、第１の引出部５および第２の引出部６は、それぞれ積層体１の対向する一対の側面のうち一方に引き出された第１の一方側面側引出部５ａおよび第２の一方側面側引出部６ａが他方に引き出された第１の他方側面側引出部５ｂおよび第２の他方側面側引出部６ｂよりも長い。異なる周波数で直列共振点が形成された２つの電気特性を合成した電気特性を持つようになるので、有効周波数帯域が広く、デカップリング回路内で他のコンデンサとの並列共振点のインピーダンスが低く抑えられる。
【選択図】図２

Description

本発明はＩＣに電力を供給するデカップリング回路等に好適に用いられる積層コンデンサに関するものである。

従来から、デカップリング回路に積層コンデンサが好適に用いられている。

デカップリング回路はＩＣと電源との間に接続され、電源から供給される電流の変動を抑制する回路である。電流の変動に対してすばやく充電や放電をする機能はインピーダンスを低くすることにより得られるが、デカップリング回路はこのインピーダンスが低い周波数の帯域が広く形成された電気特性を有しており、電流の変動が低周波で発生したとき、もしくは高周波で発生したときのどちらに対してもその変動を抑制することができるようになっている。このようなデカップリング回路はインピーダンスが低い有効周波数帯域がそれぞれ異なる複数のコンデンサを並列に接続することにより構成することができる。

デカップリング回路に用いられる従来の積層コンデンサとしては、例えば、複数の誘電体層を積層して成る積層体の内部に誘電体層を挟んで互いに対向するように交互に配置された複数の第１の内部電極および第２の内部電極から複数の第１の引出部および第２の引出部をそれぞれ複数箇所で積層体の側面に引き出し、積層方向の上下に位置する第１の引出部同士および第２の引出部同士をそれぞれ電気的に接続しつつ積層体の側面に積層方向に渡って第１の端子電極および第２の端子電極を形成したものが知られている。（例えば、特許文献１を参照。）。

上記従来の積層コンデンサは、内部電極から引き出された引出部を複数形成して流れる電流の経路を短くしたことにより等価直列インダクタンスが小さなものとなるので、直列共振点が高周波側でインピーダンスの極小値として形成された電気特性を有したものとなる。この直列共振点の付近がインピーダンスの低い有効周波数帯域となるため、かかる積層コンデンサは、デカップリング回路においては高周波側で機能するコンデンサとして用いることができる。
特表２００２−５０８１１４号公報

デカップリング回路に用いる積層コンデンサは、インピーダンスが低い有効周波数帯域が広く形成されたものが好ましい。例えば、引出部の数を増やした積層コンデンサは、等価直列インダクタンスがより小さくなり、有効周波数帯域が高周波側に広げられたものとなる。

しかしながら、かかる積層コンデンサは、等価直列インダクタンスが低くなることにより直列共振点のインピーダンスが大きく低下したものとなるので、デカップリング回路内において他のコンデンサとの並列共振点のインピーダンスが高く形成され、デカップリング回路の電気特性において一部の周波数帯域でインピーダンスが規格値よりも高くなる場合があった。このように、有効周波数帯域を広く形成した積層コンデンサは、デカップリング回路に用いた場合には他のコンデンサとの並列共振点のインピーダンスが高くなりやすいという問題点があった。

本発明は上記のような従来の積層コンデンサにおける問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、有効周波数帯域が広く、デカップリング回路内で他のコンデンサとの並列共振点のインピーダンスが低く抑えられる積層コンデンサを提供することにある。

本発明の積層コンデンサは、複数の誘電体層を積層して成る直方体状の積層体と、該積層体の内部で前記誘電体層を挟んで互いに対向するように交互に配置された複数の第１の内部電極および第２の内部電極と、前記第１の内部電極および前記第２の内部電極からそれぞれ複数箇所で前記積層体の対向する一対の側面に引き出された複数の第１の引出部および第２の引出部と、前記積層体の側面に積層方向に渡って形成され、積層方向の上下に位置する前記第１の引出部同士および前記第２の引出部同士をそれぞれ電気的に接続する複数の第１の端子電極および第２の端子電極とを備える積層コンデンサにおいて、前記誘電体層を挟んで対向する前記第１の内部電極および第２の内部電極から引き出された前記第１の引出部および第２の引出部が接続されている前記第１の端子電極および第２の端子電極のうち隣り合うものは、前記積層体の同じ側面に配置されており、前記第１の引出部および第２の引出部は、それぞれ前記積層体の対向する一対の側面のうち一方に引き出された第１の一方側面側引出部および第２の一方側面側引出部が他方に引き出された第１の他方側面側引出部および第２の他方側面側引出部よりも長いことを特徴とするものである。

また本発明の積層コンデンサは、上記構成において、前記第１および第２の内部電極は、それぞれ前記積層体の対向する一対の側面のうち一方の側の第１の領域および他方の側の第２の領域に電気的に２分割されており、前記第１の領域が前記第２の領域よりも面積が大きいことを特徴とするものである。

本発明の積層コンデンサによれば、誘電体層を挟んで対向する第１の内部電極および第２の内部電極から引き出された第１の引出部および第２の引出部が接続されている第１の端子電極および第２の端子電極のうち隣り合うものは、積層体の同じ側面に配置されており、第１の引出部および第２の引出部は、それぞれ積層体の対向する一対の側面のうち一方に引き出された第１の一方側面側引出部および第２の一方側面側引出部が他方に引き出された第１の他方側面側引出部および第２の他方側面側引出部よりも長いことから、積層体の対向する一対の側面のうち一方に形成された端子電極に入出力する電流のインダクタンスよりも他方に形成された端子電極に入出力する電流のインダクタンスのほうが低いものとなる。従って、端子電極に入出力する電気特性はそれぞれの側面側で直列共振点が異なったものとなるので、これらを合成した全体の電気特性、即ち本発明の積層コンデンサの電気特性は、インピーダンスが低い有効周波数帯域が広く形成されたものとなる。また本発明の積層コンデンサは、異なる周波数で直列共振点が形成された２つの電気特性を合成したものであることから、直列共振点のインピーダンスが大きく低下することがないので、これを用いたデカップリング回路内で他のコンデンサとの並列共振点のインピーダンスが低く抑えられたものとすることができる。

また本発明の積層コンデンサによれば、第１および第２の内部電極が、それぞれ積層体の対向する一対の側面のうち一方の側の第１の領域および他方の側の第２の領域に電気的に２分割されており、第１の領域が第２の領域よりも面積が大きいときには、積層体の対向する一対の側面のうち一方に形成された端子電極に入出力する電流の電気特性が、他方に形成された端子電極に入出力する電流の電気特性に比べてキャパシタンスも大きくなるので、端子電極に入出力する電気特性はそれぞれの側面側で直列共振点の周波数の差が大きくなり、これらを合成した電気特性はインピーダンスの低い有効周波数帯域をより広く形成することができる。

以下に、本発明の積層コンデンサについて添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は本発明の積層コンデンサの実施の形態の一例を示す外観斜視図であり、図２は図１の積層コンデンサを一部分解した斜視図であり、図３（ａ）および（ｂ）はそれぞれ図１の積層コンデンサの第１の内部電極が形成された誘電体層および第２の内部電極が形成された誘電体層を上方から見た平面図である。これらの図に示す本発明の積層コンデンサ10は、積層体１、複数の第１の内部電極３および第２の内部電極４、複数の第１の端子電極７および第２の端子電極８を備える。

積層体１は、矩形状の複数の誘電体層２ａ，２ｂを、例えば、70層〜600層積層することによって形成された直方体状の誘電体である。なお、図２においては本例を簡略化して説明するために誘電体層２ａ，２ｂの積層数を省略した例について示した。

誘電体層２ａ，２ｂは、例えば、チタン酸バリウム，チタン酸カルシウム，チタン酸ストロンチウム等を主成分とする誘電体材料によって１層あたり１μｍ〜３μｍの厚みに形成されている。

積層体１の内部には、誘電体層２ｂを挟んで互いに対向するように交互に第１の内部電極３および第２の内部電極４が複数配置されており、対向領域では静電容量が形成されている。なお、誘電体層２ｂは静電容量を形成する有効層として機能し、内部電極３，４により挟まれない誘電体層２ａは保護層として積層体１の主面側にそれぞれ配置される。

この内部電極３，４は、例えば、ニッケル，銅，ニッケル−銅，銀−パラジウム等の金属を主成分とする導体材料によって、例えば0.5μｍ〜２μｍの厚みに形成される。また内部電極３，４の外周は積層体１の側面から離れているので、両内部電極３，４の対向面積は、例えば、各誘電体層２ｂの面積が2.3ｍｍ^２である場合であれば、1.7ｍｍ^２〜２ｍｍ^２に設定される。

また第１の内部電極３および第２の内部電極４から、それぞれ複数箇所で積層体１の対向する一対の側面の両方に引き出された複数の第１の引出部５および第２の引出部６が形成されている。

第１の端子電極７および第２の端子電極８は、積層体１の側面に積層方向に渡って例えば２μｍ〜70μｍの厚みに形成されており、積層方向の上下に位置する第１の引出部７および第２の引出部８同士をそれぞれ電気的に接続する。

また端子電極７，８は、例えば、ニッケル，銅，銀，パラジウム等の金属を主成分とする導体材料によって、例えば0.5μｍ〜２μｍの厚みに形成される。なお端子電極７，８の表面には、外部の配線基板の配線等との接続を良好にする目的で錫，ハンダもしくは金等の導体材料によって被膜を形成するのが好ましい。

このように構成される積層コンデンサ10は、第１の端子電極７と第２の端子電極８との間に所定の電圧が印加されると、第１の内部電極３と第２の内部電極４との間に位置する誘電体層２ｂの誘電率，厚み，対向面積および層数に対応した静電容量が形成される。

本発明の積層コンデンサ10は、誘電体層２ｂがチタン酸バリウムを主成分とする誘電体材料から成る場合であれば、チタン酸バリウムの粉末に適当な有機溶剤、ガラスフリット、有機バインダ等を添加・混合して泥漿状になすとともに、これをドクターブレード法等によって所定形状、所定厚みのセラミックグリーンシートを複数形成する工程と、この各セラミックグリーンシートの一主面に、例えば、ニッケルの粉末に適当な有機溶剤、ガラスフリット、有機バインダ等を添加・混合して得た導体ペーストをスクリーン印刷法等によって所定パターンに印刷・塗布する工程と、得られたセラミックグリーンシートを所定の枚数だけ積層し圧着させることにより複数のセラミックグリーンシートからなる積層シートを形成し、これを個々の積層コンデンサに対応する個片の積層体に切断分離する工程と、この個片の積層体を、例えば、1100℃〜1400℃の温度で焼成して積層体１を得る工程と、積層体１の側面に上記導体ペーストをスクリーン印刷法等によって積層方向に渡って帯状に印刷・塗布・焼き付けして端子電極７，８を形成する工程とを含む製造方法を用いて製作される。また端子電極７，８上の被膜は、例えば、無電解メッキ処理により形成される。この製造方法のうち焼成する工程においては、セラミックグリーンシートおよび導体ペーストは焼成によりそれぞれ誘電体層２および内部電極３，４へと化体される。なお、この製造方法において使用されるセラミックグリーンシートの焼成に伴う収縮率は、例えば、10％〜20％程度に設定される。また導体ペースト中には、セラミックグリーンシート中に含有されている誘電体材料を添加・混合しておくようにしても構わない。

このようにして製作された積層コンデンサ10は、内部電極３，４から引き出された引出部５，６を複数形成することによって流れる電流の経路を短くしたことから等価直列インダクタンスが小さくなり直列共振点が高周波側でインピーダンスの極小値として形成された電気特性を有したものとなる。この直列共振点の付近がインピーダンスの低い有効周波数帯域となるため、かかる積層コンデンサ10は、デカップリング回路においては高周波側で機能するコンデンサとして用いることができる。

そして、本発明の積層コンデンサ10においては、誘電体層２ｂを挟んで対向する第１の内部電極３および第２の内部電極４から引き出された第１の引出部５および第２の引出部６が接続されている第１の端子電極７および第２の端子電極８のうち隣り合うものは、積層体１の同じ側面に配置されており、第１の引出部５および第２の引出部６は、それぞれ積層体１の対向する一対の側面のうち一方に引き出された第１の一方側面側引出部５ａおよび第２の一方側面側引出部６ａが他方に引き出された第１の他方側面側引出部５ｂおよび第２の他方側面側引出部６ｂよりも長いことから、積層体１の対向する一対の側面のうち一方に形成された端子電極７に入出力する電流のインダクタンスよりも他方に形成された端子電極８に入出力する電流のインダクタンスのほうが低いものとなる。従って、端子電極７，８に入出力する電気特性はそれぞれの側面側で直列共振点が異なったものとなるので、これらを合成した全体の電気特性、即ち本発明の積層コンデンサ10の電気特性は、インピーダンスが低い有効周波数帯域が広く形成されたものとなる。また本発明の積層コンデンサ10は、異なる周波数で直列共振点が形成された２つの電気特性を合成したものであることから、直列共振点のインピーダンスが大きく低下することがないので、これを用いたデカップリング回路内で他のコンデンサとの並列共振点のインピーダンスが低く抑えられたものとすることができる。

また、図１および図２に示すように、第１の端子電極７および第２の端子電極８を積層体１の側面で交互に配置したときには、隣り合う第１の端子電極７および第２の端子電極８のそれぞれの電流の向きが逆方向になるので、それぞれの電流により発生する磁束がお互いに相殺しあってインダクタンスが大きく低減される。このような構成は、特に直列共振点を高周波側で形成する場合に有効なものとなる。

また、図３（ａ）および（ｂ）と同様に、本発明の積層コンデンサの実施の形態の他の例について第１の内部電極３が形成された誘電体層２ｂおよび第２の内部電極４が形成された誘電体層２ｂを図４（ａ）および（ｂ）に上方から見た平面図で示すように、内部電極３，４が、積層体１の対向する一対の側面のうち一方の側の第１の領域３Ｌ，４Ｌおよび他方の側の第２の領域３Ｓ，４Ｓに電気的に２分割されており、第１の領域３Ｌ，４Ｌが第２の領域３Ｓ，４Ｓよりも面積が大きいときには、積層体１の対向する一対の側面のうち一方に形成された第１および第２の端子電極７，８に入出力する電流の電気特性が、他方に形成された第１および第２の端子電極７，８に入出力する電流の電気特性に比べてキャパシタンスも大きくなるので、第１および第２の端子電極７，８に入出力する電気特性はそれぞれの側面側で直列共振点の周波数の差が大きくなり、これらを合成した電気特性はインピーダンスの低い有効周波数帯域をより広く形成することができる。

この場合、それぞれの側面側での直列共振点のインピーダンスの差が大きくなる場合には、第１および第２の引出部５，６の幅を変えることにより等価直列抵抗値を調整することによって、有効周波数帯域の全域でのインピーダンスを揃えることができる。例えば、第１の引出部５の幅を広くした場合には、等価直列抵抗値は小さくなるので第１の引出部５を通過する電流のインピーダンスが低いものとなる。

なお、本発明は上述した実施の形態の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において種々の変更，改良等が可能である。

例えば、上述した実施の形態の例においては、第１および第２の端子電極７，８は塗布した導体ペーストを焼き付けることにより形成したものであるが、これ以外にも例えば、無電解メッキ処理により形成することも可能であり、この方法を用いた場合には側面で露出する部位に対して精度良く形成できるという利点がある。

また、上述した実施の形態の例においては、第１および第２の引出部５，６は積層体１の対向する一対の側面のみに引き出されているが、図３（ａ）および（ｂ）と同様に、本発明の積層コンデンサの実施の形態のさらに他の例において第１の内部電極３が形成された誘電体層２ｂおよび第２の内部電極４が形成された誘電体層２ｂを図５（ａ）および（ｂ）に上方から見た平面図で示すように、もう一対の側面に引き出した第１および第２の引出部５ｃ，５ｄ，６ｃ，６ｄを形成するようにしてもよい。さらに、このような構成において、第１の引出部５ｃ，５ｄおよび第２の引出部６ｃ，６ｄを、それぞれ積層体１の対向するもう一対の側面のうち一方に引き出された第１の一方側面側引出部５ｃおよび第２の一方側面側引出部６ｃが、他方に引き出された第１の他方側面側引出部５ｄおよび第２の他方側面側引出部６ｄよりも長いものとした場合には、第１および第２の端子電極に入出力する電気特性はそれぞれの側面側で直列共振点が異なったものとなる。

また上記構成において、第１の引出部５ａ，５ｂ，５ｄ，５ｄ、もしくは第２の引出部６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄをそれぞれ異なる長さにしておけば、直列共振点の数が増えるので、積層コンデンサ10全体の電気特性は、インピーダンスの低い有効周波数帯域が特に広く形成されることとなる。

チタン酸バリウムを主成分とする誘電体材料から成る誘電体層を複数積層して成る、縦が2.0ｍｍ、横が1.2ｍｍ、高さが0.85ｍｍの積層体１の内部に、ニッケルから成る第１の内部電極および第２の内部電極を誘電体層を挟んで対向するようにそれぞれ交互に50層ずつ形成し、側面に銅を焼き付けて第１の端子電極７および第２の端子電極８を形成した積層コンデンサを製作した。引出部については、図２ならびに図３（ａ）および（ｂ）に示すように、積層体の対向する一対の側面へそれぞれ２箇所ずつ引き出し、引出方向に対する幅を100μｍとし、引出方向の長さおよび内部電極の形状を次の３通りとした。

本発明の第１の積層コンデンサについては、積層体１の対向する一対の側面のうち一方に引き出された第１の一方側面側引出部および第２の一方側面側引出部の引出方向の長さを200μｍとし、他方に引き出された第１の他方側面側引出部および第２の他方側面側引出部の引出方向の長さを120μｍとした。なお、内部電極の分割は行なわなかった。

本発明の第２の積層コンデンサについては、引出部の引出方向の長さを上記第１の積層コンデンサと同様のものとし、内部電極を積層体の対向する一対の側面のうち一方の側の第１の領域および他方の側の第２の領域に電気的に２分割して第１の領域を第２の領域よりも面積が大きいものとした。

そして、比較例として製作した従来の積層コンデンサについては、引出部の引出方向の長さをすべて160μｍとし、内部電極の分割は行なわなかった。

以上の各積層コンデンサについて、インピーダンス特性を測定した結果を図６に示す。図６は積層コンデンサのインピーダンス特性を示す線図である。図６において、横軸は周波数（単位：ＭＨｚ）を示し、縦軸はインピーダンス（単位：ｍΩ）を示す。インピーダンスの測定は１ＭＨｚ〜数100ＭＨｚの周波数帯において行なった。図中の特性曲線Ｘは本発明の第１の積層コンデンサのインピーダンス特性を示し、また特性曲線Ｙは本発明の第２の積層コンデンサのインピーダンス特性を示し、さらに特性曲線Ｚは従来の積層コンデンサのインピーダンス特性を示す。なお、本実施例においては、インピーダンスの規格値を15ｍΩとし、インピーダンスがこの値よりも低い周波数帯域を有効周波数帯域としている。

図６に示す結果から分かるように、本発明の第１の積層コンデンサのインピーダンス特性は、従来の積層コンデンサのものに比べてインピーダンスの低い有効周波数帯域が広く形成されたものとなっている。また、本発明の第２の積層コンデンサのインピーダンス特性は、本発明の第１の積層コンデンサのものに比べてインピーダンスの最小値が若干高いものの、有効周波数帯域は広く形成されたものとなっている。すなわち、本発明の積層コンデンサによれば、第１の引出部および第２の引出部を、それぞれ積層体の対向する一対の側面のうち一方に引き出された第１の一方側面側引出部および第２の一方側面側引出部が他方に引き出された第１の他方側面側引出部および第２の他方側面側引出部よりも長いものにすることによって、異なる周波数で直列共振点が形成された２つの電気特性を合成した電気特性を持つようになるので、有効周波数帯域が広く、デカップリング回路内で他のコンデンサとの並列共振点のインピーダンスが低く抑えられることが確認できた。

本発明の積層コンデンサの実施の形態の一例を示す外観斜視図である。図１に示す積層コンデンサの分解斜視図である。（ａ）および（ｂ）は、それぞれ図１の積層コンデンサの第１の内部電極が形成された誘電体層および第２の内部電極が形成された誘電体層を上方から見た平面図である（ａ）および（ｂ）は、本発明の積層コンデンサの実施の形態の他の例を示す上方から見た平面図である。（ａ）および（ｂ）は、本発明の積層コンデンサの実施の形態のさらに他の例を示す上方から見た平面図である。本発明の積層コンデンサおよび従来の積層コンデンサのインピーダンス特性を示す線図である。

符号の説明

１・・・積層体
２ａ・・・誘電体層（保護層）
２ｂ・・・誘電体層（有効層）
３・・・第１の内部電極
４・・・第２の内部電極
５，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ・・・第１の引出部
６，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ・・・第２の引出部
７・・・第１の端子電極
８・・・第２の端子電極
10・・・積層コンデンサ

Claims

複数の誘電体層を積層して成る直方体状の積層体と、
該積層体の内部で前記誘電体層を挟んで互いに対向するように交互に配置された複数の第１の内部電極および第２の内部電極と、
前記第１の内部電極および前記第２の内部電極からそれぞれ複数箇所で前記積層体の対向する一対の側面に引き出された複数の第１の引出部および第２の引出部と、
前記積層体の側面に積層方向に渡って形成され、積層方向の上下に位置する前記第１の引出部同士および前記第２の引出部同士をそれぞれ電気的に接続する複数の第１の端子電極および第２の端子電極とを備える積層コンデンサにおいて、
前記誘電体層を挟んで対向する前記第１の内部電極および第２の内部電極から引き出された前記第１の引出部および第２の引出部が接続されている前記第１の端子電極および第２の端子電極のうち隣り合うものは、前記積層体の同じ側面に配置されており、
前記第１の引出部および第２の引出部は、それぞれ前記積層体の対向する一対の側面のうち一方に引き出された第１の一方側面側引出部および第２の一方側面側引出部が他方に引き出された第１の他方側面側引出部および第２の他方側面側引出部よりも長いことを特徴とする積層コンデンサ。
前記第１および第２の内部電極は、それぞれ前記積層体の対向する一対の側面のうち一方の側の第１の領域および他方の側の第２の領域に電気的に２分割されており、前記第１の領域が前記第２の領域よりも面積が大きいことを特徴とする請求項１に記載の積層コンデンサ。