JP2009206236A

JP2009206236A - 複合コンデンサ、その実装基板、及び電子機器

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Publication number: JP2009206236A
Application number: JP2008045581A
Authority: JP
Inventors: Yuji Ishida; 裕司石田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2008-02-27
Filing date: 2008-02-27
Publication date: 2009-09-10
Anticipated expiration: 2028-02-27
Also published as: JP5073532B2

Abstract

【課題】複合コンデンサにおいて広帯域、特に高周波帯域での十分なノイズ減衰量を達成する。
【解決手段】誘電材料層１５、１６、１７中に、第１の主容量を形成する内部電極１０、第２の主容量を形成する一対の内部電極１１、１４、第３の主容量を形成する一対の内部電極１２、１３を設ける。一対の内部電極１１、１４は内部電極１０に対して対角配置とし、また、一対の内部電極１２、１３も内部電極１０に対して対角配置とする。上下面いずれが実装面となっても、同一のコンデンサ部の配置となると共に、内部電極１１、１４の一方及び内部電極１２、１３の一方の配線のインピーダンスが、必ず小さくなる。
【選択図】図４

Description

本発明は、容量の異なる複数のコンデンサ部を１つのパッケージに形成した複合コンデンサ、その実装基板、及びその実装基板を搭載した電子機器に関する。

一般に、無線機器たとえば携帯電話機には、無線送受信回路及び信号処理回路が混在しており、信号処理回路から無線送受信回路の受信部へ発生するノイズが原因となり、受信性能が低下する、いわゆる、自家中毒現象がある。
このノイズの原因は、電気回路(回路基板)からの伝達及び空中経路（輻射）からの伝達の２つの伝播経路に起因することが知られている。

上述のノイズ対策としては、ノイズを避ける配線パターン設計、電源線／接地線の引回し設計、及びノイズフィルタ、バイパスコンデンサの追加等がある。
バイパスコンデンサは、信号線及び電源線の不要な周波数成分を除去するために、複数の適所に配置される。

バイパスコンデンサを配置する場合、広帯域にわたる十分なノイズ減衰量を達成するために、複数のバイパスコンデンサを並列配置する必要があり、この場合、実装コストの増大及び実装面積の増大を招く。

また、広帯域特に周波帯域成分のノイズを減衰させるためには、ノイズ発生源とリターン電源（ＧＮＤ）とを最短経路でバイパスしなければならないが、複数のバイパスコンデンサを並列配置すると、経路が延長されてインダクタンス成分の増大となり、所望周波数帯域での十分なノイズ減衰量が得られない。

そこで、容量の異なる複数のコンデンサ部を一つの絶縁体（１つのパッケージ）に横方向に並列配置した複合コンデンサが知られている（参照；特許文献１、２、３）。
特開平８−１６２３６８号公報特開平８−８８４７３号公報特公平６−３０３２３号公報

しかしながら、複数のコンデンサ部を並列配置すると、複合コンデンサの横方向が長くなるという課題がある。
これを解決するために、複数のコンデンサ部を縦方向に配置することも考えられるが、この場合、たとえば、容量の小さいコンデンサ部を容量の大きいコンデンサ部の上方に配置した場合、容量の小さいコンデンサ部は複合コンデンサの外部端子から距離が遠くなり、容量の小さいコンデンサ部のインダクタンスは増大する恐れがある。この結果、特定の周波数帯域でのノイズの減衰量が得られないことがある。

従って、本発明の目的は、広帯域特に高周波帯域での十分なノイズ減衰量を達成できる複合コンデンサ及び、これを実装した実装基板、これを搭載した電子機器を提供することにある。

上述の課題を解決するために本発明の第１の観点の複合コンデンサは、絶縁体の表面に形成された一対の外部端子と、前記絶縁体の内部に、それぞれが前記外部端子に接続された複数のコンデンサ部と、前記複数のコンデンサ部の各々と前記外部端子とを電気的に接続する複数の電極配線と、を備え、前記複数のコンデンサ部のうち、相対的に容量の小さな第１コンデンサ部に接続される前記複数の電極配線のうち、一対の第１電極配線のインダクタンスは、相対的に容量の大きな第２コンデンサ部に接続される一対の第２電極配線のインダクタンスよりも小さく形成されている。

好適には、前記一対の第１電極配線は、前記一対の第２電極配線に比べて前記外部端子から各コンデンサ部までの配線長を短く形成されていること、あるいは、前記一対の第１電極配線は、前記一対の第２電極配線に比べて断面積を大きく形成されていることによって、前記一対の第１電極配線のインダクタンスが、前記一対の第２電極配線のインダクタンスよりも小さい。

本発明の第２の観点の複合コンデンサは、絶縁体の一方の面に形成された一対の一方の側の外部端子と、該一方の側の外部端子の一方の側に配線された第１コンデンサ部と、該第１コンデンサ部と前記一方の側の外部端子とを接続する一対の第１電極配線と、前記絶縁体の他方の面に形成された一対の他方の側の外部端子と、該他方の側の外部端子の他方に配置され、前記第１コンデンサ部と実質的に同じ容量の第２コンデンサ部と、該第２コンデンサ部と前記他方の側の外部端子とを接続する一対の第２電極配線と、前記第１コンデンサ部よりも容量の大きな第３コンデンサ部と、該第３コンデンサ部と前記一方の側の外部端子との間を接続する一対の下側第３電極配線と、前記第３コンデンサ部と前記他方の側の外部端子との間を接続する一対の上側第３電極配線と、を備え、前記第１電極配線のインダクタンス及び前記第２電極配線のインダクタンスは、前記下側第３電極配線のインダクタンス及び前記他方の側の第３電極配線のインダクタンスよりも大きく形成してあり、前記第１コンデンサ部と前記第２コンデンサ部とは、前記第３コンデンサ部に対して、互いに回転対称となる位置に配置されている。

好適には、前記一方の側の外部端子の上方に配置された第４コンデンサ部と、該第４コンデンサと前記一方の側の外部端子とを接続する一対の第４電極配線と、前記他方の側の外部端子の下方に配置され、前記第４コンデンサ部と実質的に同じ容量の第５コンデンサ部と、該第５コンデンサ部と前記他方の側の外部端子とを接続する一対の第５電極配線と、を備え、前記第４コンデンサ部は、前記第３コンデンサ部よりも容量が小さくなしており、前記第４電極配線のインダクタンス及び前記第５電極配線のインダクタンスは、前記一方の側の第３電極配線のインダクタンス及び前記上側第３電極配線のインダクタンスよりも大きく形成してあり、前記第４コンデンサ部と前記第５コンデンサ部とは、前記第３コンデンサ部に対して、回転対称となる位置に配置されている。

好適には、前記絶縁体は、セラミックス層を積層させて圧着した積層体からなり、前記コンデンサ部の各々は、互いに異なる極性が付与される一対のメタライズ電極を、間にセラミックス層を介在させて対向させてなる。

好適には、前記第１コンデンサ部と前記第２コンデンサ部とは、上下方向において互いに重畳しない位置に配置されている。

好適には、前記第４コンデンサ部と前記第５コンデンサ部とは、上下方向において互いに重畳しない位置に配置されている。

さらに、本発明に係る実装基板は、基板と、該基板に実装され、電源端子とグランド端子とを備えた回路と、上述の複合コンデンサと、を備える。

さらに、本発明に係る電子機器は、上述の実装基板を備える。

本発明によれば、広帯域のノイズを十分に減衰できる。

図１は本発明の一例に係る複合コンデンサと比較するための単体コンデンサを示す図でである。

図１において、１は絶縁体としての誘電材料層、２は主容量Ｃ１１を形成するための内部電極（メタライズ層）３、３'は外部電極（電極配線）、４、４'は端子電極（外部端子）を示し、積層セラミックスコンデンサが形成されている。
尚、内部電極２は異なる極性が付与される少なくとも一対のメタライズ層にセラミックス層を介在させた積層セラミックスコンデンサを形成する。

図２は図１の単体コンデンサの等価回路図である。図２に示すように、内部電極２によって形成される主容量Ｃ１１以外に、配線（内部電極３、外部端子３'、端子電極４、４'）の面積、実装パッド位置Ｐ、Ｐ’までの距離に依存するインダクタンス成分Ｌ１１、Ｌ１２が付加されている。この結果、図１の単体コンデンサのインピーダンスＺ１１は、
Z11=1/ωC11+ω(L11+L12)
となり、図３のごとくなる。
尚、図３の周波数ω１１は主容量Ｃ１１に対応する。

図４は本発明に係る複合コンデンサの一実施の形態を示す図であって、図４（Ａ）は正面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図、図４（Ｃ）は平面図である。

図４において、１０は主容量Ｃ１１を形成するための内部電極（メタライズ層）、１１は主容量Ｃ２１を形成するための内部電極（メタライズ層）、１２は主容量Ｃ３１を形成するための内部電極（メタライズ層）、１３は主容量Ｃ３１を形成するための内部電極(メタライズ層)、１４は主容量Ｃ２１を形成するための内部電極(メタライズ層)、１５、１６、１７は絶縁体としての誘電材料層、１８、１８'は外部電極（電極配線）、１９、１９'は端子電極(外部端子)をそれぞれ示している。
尚、各内部電極は異なる極性が付与される少なくとも一対のメタライズ層にセラミックス層を介在させた積層セラミックスコンデンサ部を、形成する。また、誘電材料１５、１７は、主容量Ｃ１１を主容量Ｃ２１、Ｃ３１間の寄生容量を小さくするために低誘電体シートとすることができる。

図４における主容量Ｃ１１、Ｃ２１、Ｃ３１（Ｃ１１＞Ｃ３１＞Ｃ２１）は誘電材料１５、１６、１７及び内部電極１０、１１、１２、１３、１４によって構成される積層セラミックスコンデンサ部である。
ここで、第１コンデンサ部（Ｃ１１）は１つ、第２コンデンサ部（Ｃ２１）は２つ、第３コンデンサ部（Ｃ３１）は２つである。

また、第２コンデンサ部（Ｃ２１）、第３コンデンサ部（Ｃ３１）は第１コンデンサ部（Ｃ１１）に対して回転対称となっており、つまり、２つの第２コンデンサ部（Ｃ２１）は第１コンデンサ部（Ｃ１１）に対して対角配置し、２つの第３コンデンサ部（Ｃ３１）は第１コンデンサ部（Ｃ１１）に対して対角配置し、上下面、正面、裏面のいずれが実装面になっても同一のコンデンサ部の配置となる。
さらに、上下面、正面、裏面のいずれが実装面となっても、内部電極１１、１４の一方及び内部電極１４、１５の一方が内部電極１０より実装面に近い側に位置するので、内部電極１１、１４の一方及び内部電極１４、１５の一方の配線のインダクタンスが内部電極１０の配線のインダクタンスより小さくなるように配置できる。

そして、インダクタンスの影響を大きく受けやすい容量の小さな第１コンデンサ部において、インダクタンスが小さくできることから、第１コンデンサ部の共振周波数が所望の規定値からずれることが抑制でき、或いはずれを小さくでき、これにより、たとえば特定周波数帯のノイズを、より減衰させることが可能となる。

また、第１コンデンサ部と第２コンデンサ部とは、第３コンデンサ部に対して、回転対称となる位置に配置されていることから、上下面、正面、裏面いずれの面が実装面になっても、同じコンデンサ部の配置が得られる。また、上下面、正面、裏面いずれの面が実装面になっても、第１電極配線或いは第２電極配線が、第３電極配線に対して実装面に近い側にくるように配置できることから、第１電極配線或いは第２電極配線のインダクタンスを、容易に第３電極配線のインダクタンスよりも小さくできる。

さらに、第１コンデンサ部と第２コンデンサ部、及び第４コンデンサ部と第５コンデンサ部とは、第３コンデンサ部に対して、それぞれ回転対称となる位置に配置されていることから、上下面いずれの面が実装面になっても、同じコンデンサ部の配置が得られる。また、上下面、正面、裏面いずれの面が実装面になっても、第１電極配線、第２電極配線、第４電極配線、第５電極配線が、常に下側或いは上側第３電極配線に対して実装面に近い側にくるように配置できることから、第１電極配線、第２電極配線、第４電極配線、第５電極配線のインダクタンスを、容易に第３電極配線のインダクタンスよりも小さくできる。

また、セラミックス層及びメタライズ層を用いることから、容易に複数のコンデンサ部を有する複合コンデンサが得られる。

また上下方向において互いに重畳する位置に第１コンデンサ部と第２コンデンサ部とを配置した場合に比較して、絶縁体の端部において、セラミックス層同士のデラミネーションが生じにくい。

さらにまた、第２コンデンサ部（Ｃ２１）と第３コンデンサ部（Ｃ３１）とは上下方向において互い重畳しない場合、この結果、誘電材料層１５、１６、１７の端部のセラミックス積層同士のデラミネーションが生じにくくなる。

図５は図４の複合コンデンサの等価回路図である。

図５に示すように、誘電材料層１５、１６、１７及び内部電極１０、１１、１２、１３、１４によって構成される主容量Ｃ１１、Ｃ２１、Ｃ３１以外に、外部端子（外部電極１８、配線（外部電極１８、１８'、端子電極１９、１９'）の面積、実装パッド位置Ｐ、Ｐ’までの距離に依存するインダクタンス成分Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ３１、Ｌ３２が付加されている。
また、第１コンデンサ部（Ｃ１１）、第２コンデンサ部（Ｃ２１），第３コンデンサ部（Ｃ３１）間にはコンデンサ部間隔、介在誘電材料に依存する寄生容量Ｃ１２１、Ｃ１２２、Ｃ１３１、Ｃ１３２が存在する。尚、寄生容量が大きいと、リーク電流が増加し、ノイズ減衰量が低下する。この結果、図４の複合コンデンサのインピーダンスＺaryは、
Ｚary=1/ωC11+ω(L11+L12)+ 1/ωC21+ω(L21+L22)+ 1/ωC31+ω(L31+L32)
となり、図６のごとくなる。
尚、周波数ω１１、ω２１、ω３１は主容量Ｃ１１、Ｃ２１、Ｃ３１に対応する。つまり、図６に示すように、広帯域、特に周波数ω１１より高周波帯域成分のノイズを減衰できる。

図７は図４の複合コンデンサを実装基板へ搭載した図である。

図７に示すように、図４の複合コンデンサはテーピング、バルク状態からプリント配線板２１へ部品実装パッド２２を介して搭載する際に、図４の複合コンデンサは上下面、正面、裏面いずれの方向へ搭載しても、インダクタンス成分は少なくなる。

図８は図４の複合コンデンサを電子機器、たとえば携帯電話機に搭載した図である。

たとえば、無線送受信回路３１、信号処理回路３２等が実装基板に実装されている場合、図４の複合コンデンサをバイパスコンデンサとして実装基板の表面もしくは裏面に設ける。

尚、上述の実施の形態においては、一対の第２コンデンサ部（Ｃ２１），一対の第３コンデンサ部（Ｃ３１）を設けてあるが、いずれか一方の一対のコンデンサ部のみを設けてもよい。
また、内部電極１１〜１５の配線（外部端子１８、端子電極１９）のインダクタンスを配線長で調整しているが、断面積で調整してもよい。

本発明に係る複合コンデンサと比較するための単体コンデンサを示す図であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（Ｃ）は平面図である。図１の単体コンデンサの等価回路図である。図１の単体コンデンサのインピーダンス特性図である。本発明に係る複合コンデンサの実施の形態を示す図であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（Ｃ）は平面図である。図４の複合コンデンサの等価回路図である。図４の複合コンデンサのインピーダンス特性図である。図４の複合コンデンサを実装基板へ搭載した図である。図４の複合コンデンサを携帯電話機へ搭載した図である。

符号の説明

１：誘電材料層
２：内部電極（Ｃ１１）
３、３'：外部電極
４、４'：端子電極
１０：内部電極（Ｃ１１）
１１：内部電極（Ｃ２１）
１３：内部電極（Ｃ３１）
１４：内部電極（Ｃ２１）
１５：誘電材料層
１６：誘電材料層
１７：誘電材料層
１８、１８'：外部電極
１９、１９'：端子電極

Claims

絶縁体の表面に形成された一対の外部端子と、
前記絶縁体の内部に、それぞれが前記外部端子に接続された複数のコンデンサ部と、
前記複数のコンデンサ部の各々と前記外部端子とを電気的に接続する複数の電極配線と、を備え、
前記複数のコンデンサ部のうち、相対的に容量の小さな第１コンデンサ部に接続される前記複数の電極配線のうち、一対の第１電極配線のインダクタンスは、相対的に容量の大きな第２コンデンサ部に接続される一対の第２電極配線のインダクタンスよりも小さく形成されている
複合コンデンサ。
前記一対の第１電極配線は、前記一対の第２電極配線に比べて前記外部端子から各コンデンサ部までの配線長を短く形成されていること、
あるいは、
前記一対の第１電極配線は、前記一対の第２電極配線に比べて断面積を大きく形成されていることによって、
前記一対の第１電極配線のインダクタンスが、前記一対の第２電極配線のインダクタンスよりも小さい
請求項１に記載の複合コンデンサ。
絶縁体の一方の面に形成された一対の一方の側の外部端子と、
該一方の側の外部端子の一方の側に配線された第１コンデンサ部と、
該第１コンデンサ部と前記一方の側の外部端子とを接続する一対の第１電極配線と、
前記絶縁体の他方の面に形成された一対の他方の側の外部端子と、
該他方の側の外部端子の他方に配置され、前記第１コンデンサ部と実質的に同じ容量の第２コンデンサ部と、
該第２コンデンサ部と前記他方の側の外部端子とを接続する一対の第２電極配線と、
前記第１コンデンサ部よりも容量の大きな第３コンデンサ部と、
該第３コンデンサ部と前記一方の側の外部端子との間を接続する一対の下側第３電極配線と、
前記第３コンデンサ部と前記他方の側の外部端子との間を接続する一対の上側第３電極配線と、を備え、
前記第１電極配線のインダクタンス及び前記第２電極配線のインダクタンスは、前記下側第３電極配線のインダクタンス及び前記他方の側の第３電極配線のインダクタンスよりも大きく形成してあり、
前記第１コンデンサ部と前記第２コンデンサ部とは、前記第３コンデンサ部に対して、互いに回転対称となる位置に配置されている
複合コンデンサ。
前記一方の側の外部端子の上方に配置された第４コンデンサ部と、
該第４コンデンサと前記一方の側の外部端子とを接続する一対の第４電極配線と、
前記他方の側の外部端子の下方に配置され、前記第４コンデンサ部と実質的に同じ容量の第５コンデンサ部と、
該第５コンデンサ部と前記他方の側の外部端子とを接続する一対の第５電極配線と、を備え、
前記第４コンデンサ部は、前記第３コンデンサ部よりも容量が小さくなしており、
前記第４電極配線のインダクタンス及び前記第５電極配線のインダクタンスは、前記一方の側の第３電極配線のインダクタンス及び前記上側第３電極配線のインダクタンスよりも大きく形成してあり、
前記第４コンデンサ部と前記第５コンデンサ部とは、前記第３コンデンサ部に対して、回転対称となる位置に配置されている
請求項３に記載の複合コンデンサ。
前記絶縁体は、セラミックス層を積層させて圧着した積層体からなり、
前記コンデンサ部の各々は、互いに異なる極性が付与される一対のメタライズ電極を、間にセラミックス層を介在させて対向させてなる
請求項３または請求項４に記載の複合コンデンサ。
前記第１コンデンサ部と前記第２コンデンサ部とは、上下方向において互いに重畳しない位置に配置されている
請求項５に記載の複合コンデンサ。
前記第４コンデンサ部と前記第５コンデンサ部とは、上下方向において互いに重畳しない位置に配置されている
請求項６に記載の複合コンデンサ。
基板と、
該基板に実装され、電源端子とグランド端子とを備えた回路と、
請求項１から請求項７のいずれかに記載の複合コンデンサと、を備えた実装基板。
請求項８に記載の実装基板を具備する電子機器。