JP2010129657A - コンデンサ - Google Patents

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Abstract

【課題】 低ESLかつ高ESRで、曲げ応力に対する強度が高い、デカップリング回路に好適なコンデンサを提供する。
【解決手段】 積層体の側面への第1導出部および積層体の角部への第2導出部を有する第1内部電極と積層体の側面への第3導出部および角部への第4導出部を有する第2内部電極とが複数配置された第1ユニット部と、角部への第5導出部を有する第3内部電極と角部への第6導出部を有する第4内部電極とが複数配置された第2ユニット部とが積層され、第2導出部と第5導出部とが角部の第1接続電極で接続され、第4導出部と第6導出部とが角部の第2接続電極で接続されたコンデンサユニットを複数個、平面的に配置して、環状の金属からなる第1端子電極と第2端子電極とで接続したコンデンサである。環状の金属でコンデンサユニットを接続しているので、低ESLかつ高ESRで曲げ応力に対する強度を高くすることができる。
【選択図】 図1

Description

本発明はICの電源端子における電源電圧を安定させるデカップリング回路等に好適に用いられるコンデンサに関する。
従来から、デカップリング回路にはコンデンサが用いられており、このようなコンデンサとしては特に積層コンデンサが好適である。
デカップリング回路は、マイクロプロセッシングユニット(MPU:Micro Processing Unit)等のICチップに電力を供給する電源回路に接続されるものであり、電源ラインとグランドとの間に配置されて電源ラインとグランドとの間の交流インピーダンスを0に近づけることにより、交流成分をグランドへ流して電源ノイズや放射電磁雑音(EMIノイズ:Electromagnetic Interference Noise)を除去する役割を果たすものである。
ところで、コンデンサの等価回路は、等価直列インダクタンス(ESL:Equivalent Series Inductance),静電容量,等価直列抵抗(ESR:Equivalent Series Resistance)を用いて表わされる。この等価回路より求めることができるインピーダンスは、ESRとリアクタンスとにより構成されており、リアクタンスが0のときの周波数をそのコンデンサの自己共振周波数と呼び、この自己共振周波数においてインピーダンスが最小になる。また、自己共振周波数は、コンデンサの静電容量値の平方根に反比例し、かつESLの平方根に反比例する。
従って、コンデンサの自己共振周波数を高くして一定値以上の静電容量を維持するためには、ESLを低くする必要がある。
また、図10に断面図で示すような従来のICチップ24およびコンデンサ100の実装構造では、デカップリング回路を構成するコンデンサ100とICチップ24の電源端子用はんだバンプ25との間が配線101により接続されている(例えば、特許文献1を参照。)。
この実装構造では、配線101にもインダクタンスが存在しており、このインダクタンス成分は配線101の配線長に比例して大きくなるため、配線101を短くし、デカップリング回路全体としての低ESL化を図ることで、より高周波領域でコンデンサ100をデカップリングコンデンサとして使用することが可能となる。そのため、デカップリング回路においては、より配線101の長さが短い構造が求められている。
この要求を満たす一例として、内部電極およびセラミックスからなる誘電体層を順次積層した積層体に、はんだバンプ用貫通孔が設けられ、このはんだバンプ用貫通孔にICチップの電源端子用はんだバンプを通した構造のコンデンサが知られており、このコンデンサが支持基板とICチップとの間に配置された構造が知られている(例えば、特許文献2を参照。)。
この特許文献2に記載のコンデンサは、ICチップの直下に配置されることにより、コンデンサとICチップとの距離を最短とすることができるため、デカップリング回路の低抵抗化および低インダクタンス化を達成させることができ、これによって、ICチップの高周波領域での安定動作を実現することができるというものである。
特開2001−185442号公報 特開2006−147819号公報
しかしながら、特許文献1において提案されているコンデンサは、図10に示すように実装する必要があるため、MPUとコンデンサとが離れており、配線長も長くなるため、デカップリング回路を構成する際に、配線部分に含まれるESLが大きくなってしまうという問題点があった。
また、特許文献2において提案されているコンデンサは、全体をセラミックスで形成されたコンデンサ本体が電源端子用はんだバンプの高さ程度にまで薄く形成されていることから、外部からの曲げ応力に対する強度が低いので、実装時や製造時等においてコンデンサを搬送するときに容易に破損してしまうことがあるという問題点があった。
さらに、特許文献2において提案されているコンデンサのように、MPUとコンデンサとを配線を使わずに接続し、電流経路を短くすることによってESLを低くすると、ESRも低いものとなってしまい、インピーダンスはESRに比例するため、このような積層コンデンサでは自己共振周波数付近においてインピーダンスが極端に低くなってしまうという問題点があった。デカップリング回路にこのようなインピーダンスが極端に低い積層コンデンサを複数用いた場合には、自己共振周波数が近いコンデンサ同士によって形成される反共振周波数においてインピーダンスが極端に高くなってしまい、このことから反共振周波数付近ではノイズをグランドに十分に流すことができないという問題点があった。
本発明は、上記のような従来のコンデンサにおける問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、デカップリング回路に用いたときにデカップリング回路の低ESL化および高ESR化を図ることができるとともに、高周波領域でのデカップリング効果を得つつも曲げ応力に対する強度が高いコンデンサを提供することにある。
本発明のコンデンサは、複数の誘電体層を積層してなる積層体の内部に、前記誘電体層を挟んで交互に、前記積層体の側面への第1導出部および側面間の角部への第2導出部を有する第1内部電極ならびに前記積層体の側面への第3導出部および側面間の前記第2導出部と異なる角部への第4導出部を有する第2内部電極がそれぞれ複数配置された第1ユニット部と、複数の誘電体層を積層してなる積層体の内部に、前記誘電体層を挟んで交互に、前記積層体の側面間の前記第2導出部と同じ角部への第5導出部を有する第3内部電極および前記積層体の側面間の前記第4導出部と同じ角部への第6導出部を有する第4内部電極がそれぞれ複数配置された第2ユニット部とが積層されているとともに、前記第2導出部と前記第5導出部とが前記角部に形成された第1接続電極で接続され、前記第4導出部と前記第6導出部とが前記角部に形成された第2接続電極で接続されたコンデンサユニットを複数個、平面的に配置するとともに、環状の金属からなる複数の第1端子電極および第2端子電極を前記コンデンサユニットの間に平面的に配置して、前記第1端子電極で前記第1導出部同士を接続し、前記第2端子電極で前記第3導出部同士を接続してなることを特徴とするものである。
また、本発明のコンデンサは、上記構成において、前記コンデンサユニットの前記積層体の対向する一対の側面に前記第1導出部が導出され、前記一対の側面とは異なる他の対向する一対の側面に前記第3導出部が導出されていることを特徴とするものである。
また、本発明のコンデンサは、上記構成において、前記コンデンサユニットの前記積層体の対向する一対の側面のうちの一方に前記第1導出部が導出され、他方に前記第3導出部が導出されていることを特徴とするものである。
また、本発明のコンデンサは、上記構成において、前記コンデンサユニットの前記積層体の対向する一対の角部に前記第2導出部および前記第5導出部が導出され、前記一対の角部とは異なる他の対向する一対の角部に前記第4導出部および前記第6導出部が導出されていることを特徴とするものである。
本発明のコンデンサによれば、上記構成を備えることから、コンデンサを形成する各コンデンサユニットにおいて、第1導出部から電流が入る場合であれば第1内部電極,第2導出部,第1接続電極および第5導出部を通って第3内部電極へと電流が流れ、さらに、誘電体層を介して第4内部電極,第6導出部,第2接続電極,第4導出部および第2内部電極を通って第3導出部へと電流が流れる。そのため、コンデンサユニットにおいては電流経路が長いので、ESRを高くすることができる。さらに、第1内部電極および第2内部電極の層数に対して第3内部電極および第4内部電極の層数を調整することにより、ESRを調整することができる。従って、ESRを高くすることにより、自己共振周波数が近いコンデンサ同士によって形成される反共振周波数においてインピーダンスが極端に高くなることがないので、ノイズをグランドに十分に流すことができる。
また、本発明のコンデンサによれば、コンデンサユニットを複数個、平面的に配置して、環状の金属からなる複数の第1端子電極および第2端子電極をコンデンサユニットの間に平面的に配置して、第1端子電極で第1導出部同士を接続し、第2端子電極で第3導出部同士を接続してなることから、ICチップのデカップリング回路に用いるときにICチップの電源端子用はんだバンプを環状の第1端子電極および第2端子電極の内部に配置させることができるので、コンデンサを構成するコンデンサユニットがデカップリング回路の一部としてICチップの電源端子用はんだバンプ間に配置されることとなり、配線長が最短となって低ESL化を図ることができ、有効周波数領域を高周波側に移すことができる。
そして、ICチップの電源端子用はんだバンプ間に納まる小型のコンデンサユニット間を環状の金属からなる第1端子電極および第2端子電極によってつなぎ、平面的に一体化していることから、コンデンサユニットを電源端子用はんだバンプの高さ程度にまで薄く形成しても、製造工程における運搬時や製造後の実装時における衝撃による曲げ応力が金属部分の撓みにより緩和されるので、曲げの力に対して容易に破壊することがない一定の強度を得ることができる。
また、本発明のコンデンサによれば、コンデンサユニットの積層体の対向する一対の側面に第1導出部が導出され、一対の側面とは異なる他の対向する一対の側面に第3導出部が導出されているときには、複数の第1端子電極および複数の第2端子電極が縦横に交互に平面的に配置され、最短距離で互いに隣り合う第1端子電極間および第2端子電極間で囲まれた位置にコンデンサユニットが配置されることになるので、電源端子用はんだバンプの配置密度が高いICチップに対するデカップリング回路に好適に利用できる。
また、本発明のコンデンサによれば、コンデンサユニットの積層体の対向する一対の側面のうちの一方に第1導出部が形成され、他方に第2導出部が形成されているときには、複数の第1端子電極および複数の第2端子電極が縦横に交互に平面的に配置され、最短距離で隣り合う第1端子電極と第2端子電極とで挟まれた位置にコンデンサユニットが配置されることになり、第1端子電極と第2端子電極との間隔がコンデンサユニット一つ分になるので、ICチップの電源端子用はんだバンプ同士の間隔が広い場合の実装に対応できる。
また、本発明のコンデンサによれば、コンデンサユニットの積層体の対向する一対の角部に第2導出部および第5導出部が導出され、一対の角部とは異なる他の対向する一対の角部に第4導出部および第6導出部が導出されているときには、コンデンサユニット間で第2導出部同士および第5導出部同士をそれぞれ接続することができることから、金属により接続された部分が広くなっているので、曲げの力に対する強度を高めるのに有利である。
以下に、本発明の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。
(実施の形態の第1の例)
図1(a)は本発明のコンデンサの実施の形態の第1の例を示す外観斜視図であり、図1(b)は本発明のコンデンサの実施の形態の第1の例を上方から見た平面図である。これらの図に示すコンデンサ10は、複数のコンデンサユニット1と複数の第1端子電極2および複数の第2端子電極3により構成されたものである。
また、本例のコンデンサ10は、平面的に配置した際に複数のコンデンサユニット1および複数の第1端子電極2が前後方向または左右方向に交互に互いに接して配置されており、複数のコンデンサユニット1の第1端子電極2が配置されていない一対の面の方向に、複数の第2端子電極3と複数のコンデンサユニット1とが交互に互いに接して配置されたものである。また、それぞれの第1端子電極2には1個または2個または4個のコンデンサユニット1の外部電極が接して配置されており、それぞれの第2端子電極3には1個または2個または4個のコンデンサユニット1の外部電極が接して配置されている。ここで用いる複数の第1端子電極2および複数の第2端子電極3は、環状に形成された金属である。
次に、図2(a)は本例のコンデンサ10に用いるコンデンサユニット1を示す外観斜視図であり、図2(b)は図2(a)に示すコンデンサユニット1のA−A線断面図である。
これら図2(a)および(b)に示すコンデンサユニット1は、複数の誘電体層9を積層してなる積層体4の内部に、誘電体層9を挟んで互いに対向するように交互に複数配置された、複数の第1内部電極7および第2内部電極8が形成された第1ユニット部19と、誘電体層9を挟んで互いに対向するように交互に複数配置された、複数の第3内部電極17および第4内部電極18が形成された第2ユニット部20とが積層方向の上下に配置されて構成されたものである。
また、直方体状のコンデンサユニット1の4つの側面のうち対向する一対の側面に第1外部電極5が形成され、第1外部電極5が形成されていない一対の側面に第2外部電極6が形成され、直方体状のコンデンサユニット1の4つの角部のうち対向する一対の角部には第1接続電極21が形成され、第1接続電極21が形成されていない一対の角部に第2接続電極22が形成されている。
積層体4は、複数の方形状の誘電体層9を、例えば50層〜1000層積層して形成する。なお、図2(b)においては、簡略化して説明するために、積層体4の積層数を省略して示している。
誘電体層9は、1層当り1μm〜5μmの厚みで、上方から見て方形状に形成されている。この誘電体層9を形成する材料としては、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の比誘電率が比較的高いセラミックスを主成分とする誘電体材料が用いられる。
次に、図3(a)および(b)は、それぞれ図2に示すコンデンサユニット1の第1内部電極7が形成された誘電体層9および第2内部電極8が形成された誘電体層9を上方から見た平面図である。
第1内部電極7および第2内部電極8は、外部との絶縁性を保つために、第1導出部11,第2導出部12,第3導出部13および第4導出部14を除く周縁が誘電体層9の周縁よりも若干内側に位置するような形状で、0.5μm〜2μmの厚みに形成されている。材料としては、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が用いられる。
また、第1内部電極7の第1導出部11はコンデンサユニット1の積層体4の対向する一対の側面に配置され、第2内部電極8の第3導出部13は第1導出部11が形成された一対の側面とは異なる他の対向する一対の側面に配置される。
また、第1内部電極7の第2導出部12はコンデンサユニット1の積層体4の対向する一対の角部に配置され、第2内部電極8の第4導出部14は、第2導出部12が形成された一対の角部とは異なる他の対向する一対の角部に配置される。
次に、図4(a)および(b)は、それぞれ図2に示すコンデンサユニット1の第3内部電極17が形成された誘電体層9および第4内部電極18が形成された誘電体層9を上方から見た平面図である。
第3内部電極17および第4内部電極18は、外部との絶縁性を保つために、第5導出部15および第6導出部16を除く周縁が誘電体層9の周縁よりも若干内側に位置するような形状で、0.5μm〜2μmの厚みに形成されている。材料としては、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が用いられる。
また、第3内部電極17の第5導出部15は第2導出部12が導出された一対の角部と同じ一対の角部に配置され、第4内部電極18の第6導出部16は、第4導出部14が形成された一対の角部と同じ一対の角部に配置される。
図2(a)および(b),図3(a)および(b)ならびに図4(a)および(b)に示したコンデンサユニット1は、例えば以下に示す方法により製造される。
誘電体層9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・混合して泥漿状のセラミックスラリーとなすとともに、このセラミックスラリーをドクターブレード法等によって所定厚みに形成してセラミックグリーンシートを作製する。
次に、セラミックグリーンシートを所定形状に複数枚に分割し、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。
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て圧着することにより、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、これを個々のコンデンサユニット1に対応する個片の生積層体に切断分離する。
この切断分離した個片の生積層体を、例えば1100℃〜1400℃の温度で焼成することにより、複数の誘電体層9を積層して成る積層体4を得ることができる。
なお、本例のコンデンサ10においては、直方体状のコンデンサユニット1の積層体4の4つの側面には、銅等の金属を主成分とする導体粉末をビヒクル中に分散させてなる導体ペーストを塗布して焼き付けてなる第1外部電極5および第2外部電極6が形成されており、第1内部電極7の第1導出部11が形成された一対の側面のそれぞれに第1外部電極5が形成されて第1導出部11と接続され、第2内部電極8の第3導出部13が形成された他の対向する一対の側面のそれぞれに第2外部電極6が形成されて第3導出部13と接続されたものである。そして、本例のコンデンサ10は、図1(a)および(b)に示す第1端子電極2が第1外部電極5を介して第1内部電極7の第1導出部11と電気的に接続され、第2端子電極3が第2外部電極6を介して第2内部電極8の第3導出部13と電気的に接続されていることから、コンデンサユニット1と第1および第2接続電極との接続が積層体4に焼き付けられた第1外部電極5または第2外部電極6を介したものとなっている。そのため、コンデンサユニット1と第1端子電極2および第2端子電極3との接続が強いものとなっている。
また、直方体状のコンデンサユニット1の4つの角部には、銅等の金属を主成分とする導体粉末をビヒクル中に分散させてなる導体ペーストを塗布して焼き付けてなる第1接続電極21および第2接続電極22が形成されている。そして、第1内部電極7の第2導出部12および第3内部電極17の第5導出部15が形成された一対の角部のそれぞれに第1接続電極21が形成されて第2導出部12および第5導出部15と接続され、第2内部電極8の第4導出部12および第4内部電極18の第6導出部16が形成された他の対向する一対の角部のそれぞれに第2接続電極22が形成されて第4導出部14および第6導出部16と接続されている。このような構成を備えているので、第1導出部11から電流が入る場合であれば第1内部電極7,第2導出部12,第1接続電極21および第5導出部15を通って第3内部電極17へと流れ、さらに、第4内部電極18,第6導出部16,第2接続電極22,第4導出部14および第2内部電極8を通って第3導出部13へと電流が流れる。したがって、電流経路が長くなっており、長い電流経路の分だけ各コンデンサユニット1においてESRを高くすることができる。また、第3内部電極17および第4内部電極18の層数を調整することにより、ESRを調整することができる。
次に、図5は図1(a)に示した第1端子電極2または第2端子電極3の拡大図である。第1端子電極2および第2端子電極3は内部にはんだバンプを配置できる程度の内径の貫通孔23を有しており、例えばニッケル,銅等の金属を主成分とする導体材料によって形成されたものである。
図5に示した第1端子電極2および第2端子電極3は、例えば、ニッケル,銅等の金属を主成分とする導体材料によって、膜厚が0.1mmで内径が0.7mmの金属チューブを0.5mmの長さにカットすることにより形成されるものである。
また、第1端子電極2および第2端子電極3の貫通孔23は、コンデンサユニット1の主面と同一方向に向かって開口している。
上記のように構成されるコンデンサ10は、第1端子電極2と第2端子電極3との間に所定の電圧が印加されると、第1内部電極7と第2内部電極8との間に位置する誘電体層9の誘電率,厚み,対向面積および層数により設定される静電容量に応じた電荷が蓄積される。
上述したコンデンサ10は、デカップリングコンデンサとしてデカップリング回路に好適に用いられる。デカップリング回路は、マイクロプロセッシングユニット(MPU)等のICチップに電力を供給する電源回路に接続され、電源ラインとグランドとの間のリアクタンスを0に近付けることで、交流成分をグランドへ流し、電源ノイズや放射電磁雑音(EMIノイズ)を除去する役割を果たしている。
次に、図6(a)は本発明の実施の形態の第1の例のコンデンサ10をICチップと接続する前の断面図であり、図6(b)は本発明の実施の形態の第1の例のコンデンサ10をICチップと接続した時の断面図である。なお、図6(a)および(b)に示したコンデンサ10は、コンデンサユニット1および第1端子電極2の並びにおける断面を示している。
この場合のコンデンサ10は、例えば、実装装置を用いてコンデンサユニット1の上側に吸着ノズルを当てて持ち上げることにより運搬し、実装基板26上に載置する。しかる後に、ICチップ24を、電源端子用はんだバンプ25が第1端子電極2の貫通孔23内に配置するようにしてICチップ24を実装基板26に載置し、リフローはんだ付けを行なうことで電源端子用はんだバンプ25を溶融させて第1端子電極2の貫通孔23の内壁に接着するとともに、実装基板26とICチップ24の電源端子用はんだバンプ25とを接続する。また、図示していないが、第2端子電極3も第1端子電極2の場合と同様な手順で接続する。
このような本例のコンデンサ10では、コンデンサユニット1と第1端子電極2および第2端子電極3とは、平面的に配置したとき、前後方向および左右方向に1つ置きに配置され、それぞれが斜め方向に連続となるように配置されており、ICチップ24の端子電極間にコンデンサユニット1を高い密度で実装できるため、ICチップ24の端子電極間の通常利用されない空間を、コンデンサを配置することにより有効に利用することができる。
また、従来のデカップリング回路においてはコンデンサとICチップの電源端子との間を接続する配線にはインダクタンスが存在しており、このインダクタンス成分が配線長に比例して大きくなるため、配線を短くした構造が求められている。
この点に関して、本発明の実施の形態の第1の例のコンデンサ10によれば、ICチップ24の電源端子用はんだバンプ25を、環状の第1端子電極2および第2端子電極3の内部に配置させることができるので、コンデンサ10を構成するコンデンサユニット1が、デカップリング回路の一部としてICチップ24の電源端子用はんだバンプ25間に配置されることにより配線長が最短となり、低ESL化を図ることができ、有効周波数領域を高周波側に移すことができる。
そして、ICチップ24の電源端子用はんだバンプ25間に納まる小型のコンデンサユニット1間を環状の金属からなる第1端子電極2および第2端子電極3によってつなぎ、平面的に一体化していることから、コンデンサユニット1を電源端子用はんだバンプ25の高さ程度にまで薄く形成しても、製造工程における運搬時や製造後の実装時の衝撃による曲げ応力が金属部分の撓みにより緩和されるので、曲げの力に対して容易に破壊することがない一定の強度を得ることができる。
また、コンデンサユニット1の対向する一対の側面に第1導出部11が形成され、一対の側面とは異なる他の対向する一対の側面に第3導出部13が形成されているときには、複数の第1端子電極2および複数の第2端子電極3が縦横に交互に平面的に配置され、最短距離で隣り合う第1端子電極間3および第2端子電極間2で囲まれた位置に、コンデンサユニット1が配置されることになり、第1端子電極2と第2端子電極3との間隔をコンデンサユニット1の1つ分よりも狭くすることができるので、電源端子用はんだバンプ25の配置密度が高いICチップ24に対するデカップリング回路に好適に利用できる。
図1(a)に示すコンデンサ10は、図2に示すコンデンサユニット1と図5に示す第1端子電極2および第2端子電極3を例えば、以下に示すような方法で一体とすることにより製造される。
まず、ICチップ24の電源端子用はんだバンプ25の配列と同じ配列寸法で例えば0.5mm径の突起部を形成した絶縁体治具を準備し、絶縁体治具の突起部にICチップ24の電源端子用はんだバンプ25と同数の第1端子電極2および第2端子電極3をはめこんで配置しておいて、第1端子電極2および第2端子電極3間にコンデンサユニット1を配置し、これら全体をメッキ液に浸漬してコンデンサユニット1の第1内部電極7の第1導出部11に第1端子電極2を、コンデンサユニット1の第2内部電極8の第3導出部13に第2端子電極3を、それぞれメッキ膜で接着し一体化することによりコンデンサ10を製造する。メッキ液に用いる金属成分としては、例えば、銅やニッケル等が用いられる。
また、従来のコンデンサでは、使用するICチップの電源端子用はんだバンプ数の仕様変更が発生した場合に、設計の変更やコンデンサの製作に時間がかかり、顧客の要求に素早く対応できないといった問題点もあったが、本発明のコンデンサ10によれば、コンデンサユニット1と第1端子電極2及び第2端子電極3の組合せによって、ICチップ24の電源端子用はんだバンプ25の数の個別仕様に対応できるので、顧客の仕様変更に素早く応えることができる。
(実施の形態の第2の例)
図7は本発明のコンデンサの実施の形態の第2の例を示す平面図であり、図8(a)および(b)はそれぞれ図7に示すコンデンサユニット1の第1内部電極7が形成された誘電体層9および第2内部電極8が形成された誘電体層9を上方から見た平面図である。なお、本例においては前述した第1の例と異なる点のみについて説明し、同様の構成要素については同一の符号を用いて重複する説明を省略する。
図7に示すコンデンサ10は、複数のコンデンサユニット1と複数の第1端子電極2および第2端子電極3により構成され、平面的に配置した際に、一つのコンデンサユニット1の対向する側面に接するように第1端子電極2および第2端子電極3が配置されている。第1端子電極2および第2端子電極3の貫通孔23はコンデンサユニット1の主面と同一方向に向かって開口している。
次に、図8(a)および(b)は、それぞれ図7に示すコンデンサ10のコンデンサユニット1の第1内部電極7が形成された誘電体層9および第2内部電極8が形成された誘電体層9を上方から見た平面図である。
ここでは、コンデンサユニット1の積層体4の対向する側面の一方に第1内部電極7の第1導出部11が形成され、他方に第2内部電極8の第3導出部13が形成されており、コンデンサユニット1の対向する角部の一方に第1内部電極7の第2導出部が形成され、他方に第2内部電極8の第4導出部14が形成されている。
また、本例のコンデンサ10においては、直方体状のコンデンサユニット1の対向する一対の側面には、それぞれ第1外部電極5または第2外部電極6が焼き付けられて形成されており、コンデンサユニット1の対向する側面の一方に第1外部電極5が形成されて第1導出部11と接続され、他方に第2外部電極6が形成されて第3導出部13と接続されている。
次に、図9(a)および(b)は、それぞれ図7に示すコンデンサ10のコンデンサユニット1の第3内部電極17が形成された誘電体層9および第4内部電極18が形成された誘電体層9を上方から見た平面図である。
図9に示すように、第3内部電極17の第5導出部15は第2導出部12が導出された角部と同じ角部に配置され、第4内部電極18の第6導出部16は、第4導出部14が形成された角部と同じ角部に配置される。
また、本例のコンデンサ10においては、直方体状のコンデンサユニット1の積層体4の対向する一対の角部の一方に第1接続電極21が形成されて第2導出部12および第5導出部15と接続され、第1接続電極21が形成されていない他方の角部に第2接続電極22が形成されて第4導出部14および第6導出部16と接続されている。
このような本例のコンデンサ10は、コンデンサユニット1の積層体4の対向する一対の側面のうちの一方に第1導出部11が形成され、他方に第3導出部13が形成されており、コンデンサユニット1と第1端子電極2および第2端子電極3とは、第1導出部11および第3導出部13が形成された側面方向に、隣り合って1つ置きに配置され、第1導出部11および第3導出部13が形成されていない側面方向には第1端子電極2および第2端子電極3は配置されておらず、コンデンサ10全体に配置される第1端子電極2および第2端子電極3の配置密度が小さい構造である。この構造の場合には、コンデンサ10の第1端子電極2および第2端子電極3間の間隔を広くできる。すなわち、複数の第1端子電極2および複数の第2端子電極3が縦横にコンデンサユニット1を挟んで交互に平面的に配置され、隣り合う第1端子電極2と第2端子電極3とで挟まれた位置にコンデンサユニット1が配置されることになり、第1端子電極2と第2端子電極3との間隔がコンデンサユニット1の1つ分になるので、ICチップ24の電源端子用はんだバンプ25同士の間隔が広い場合の実装に対応できる。
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、上述の実施の形態の例では、コンデンサユニット1を形成する誘電体層9として上方から見た形状が方形状のものを用いているが、誘電体層9は方形状の角部が丸みを帯びたものを用いることも可能である。誘電体層9の角部が丸みを帯びている場合は、角部での欠けや割れを防止できる。
また、上述の実施の形態の例では、第1端子電極2および第2端子電極3には角のない円環状に形成された金属を用いているが、例えば、主面が多角形の柱状の金属で主面間に貫通孔を設けた形状のものを第1端子電極および第2端子電極として用いることも可能である。この場合は、第1端子電極および第2端子電極の外周面が複数の平面から成るため、コンデンサユニット1と第1端子電極および第2端子電極との接合が容易である。
本発明のコンデンサの実施例について説明する。
ここでは、積層体4を、チタン酸バリウムを主成分とする強誘電体セラミックスから成り、厚みが3μmの誘電体層9を50層積層する構成とし、ニッケルを主成分とする導体材料で厚みが3μmの第1内部電極7および第2内部電極8を積層体4の誘電体層9を挟んで互いに対向するよう交互に配置した第1ユニット部と、ニッケルを主成分とする導体材料で厚みが3μmの第3内部電極17および第4内部電極18を積層体4の誘電体層9を挟んで互いに対向するよう交互に配置した第2ユニット部とから構成され、第1ユニット部においては、第1内部電極7の第1導出部11はコンデンサユニット1の対向する一対の側面に形成し、第2内部電極8の第3導出部13は第1導出部11が形成された一対の側面とは異なる他の対向する一対の側面に形成して、各側面の第1導出部11または第3導出部13に接続されるように銅を主成分とする外部電極5,6を側面に焼き付け、第1内部電極7の第2導出部12はコンデンサユニット1の4つの角部のうち対向する一対の角部に形成し、第2内部電極8の第4導出部14は第2導出部12が形成された一対の角部とは異なる他の対向する一対の角部に形成して、各角部の第2導出部12または第4導出部14に接続されるように銅を主成分とする接続電極21,22を角部に焼き付けて、第2ユニット部においては、第3内部電極17の第5導出部15はコンデンサユニット1の4つの角部のうち第2導出部12が導出された一対の角部と同じ一対の角部に形成され、第4内部電極18の第6導出部16は、第4導出部14が形成された一対の角部と同じ一対の角部に形成して、各角部の第5導出部15または第6導出部16に接続されるように銅を主成分とする接続電極21,22を角部に焼き付けて、縦横の外形寸法がともに1.0mmで厚さが0.5mmの直方体状のコンデンサユニット1を4個製造した。
また、コンデンサユニット1と接続する第1端子電極2および第2端子電極3は、ニッケルを主成分とする、膜厚が0.1mmで内径が0.7mmの円筒形の金属を0.5mmの長さにカットすることにより製造した。
次に、コンデンサユニット1を、ICチップ24の電源端子用はんだバンプ25と対応する位置に0.5mm径の突起部が形成された絶縁体治具の突起部に、第1端子電極2および第2端子電極3がはまるように配置した。コンデンサユニット1間に配置された複数の第1端子電極2および第2端子電極3は、それぞれコンデンサユニット1の同じ外部電極と接続されるように配置した。そして、絶縁体治具に配置されたコンデンサユニット1と第1端子電極2および第2端子電極3とを、金属成分として銅を用いた無電解メッキ液を満たしたメッキ槽へ浸漬し、第1外部電極5および第1端子電極2、ならびに第2外部電極6および第2端子電極3が互いに近接し合う部分に無電解メッキを施して接着し、形成したメッキ膜により、コンデンサユニット1の第1内部電極7の第1導出部11と第1端子電極2とを電気的に接続するとともに、コンデンサユニット1の第2内部電極8の第3導出部13と第2端子電極3とを電気的に接続してコンデンサ10を製造した。
上記の方法により製造した本発明のコンデンサ10を評価する試験として、コンデンサユニット1の上側に吸着ノズルを当てて持ち上げることにより運搬して実装基板26上に、ICチップ24をその電源端子用はんだバンプ25がコンデンサ10の第1端子電極2および第2端子電極3の貫通孔23内に位置するようにして載置し、リフローはんだ付けを行なうことで、電源端子用はんだバンプ25を溶融させてこのはんだを第1端子電極2および第2端子電極3の貫通孔23の内壁に接着するとともに、ICチップ24の電源端子用はんだバンプ25を実装基板26に接続することにより、本発明の実施例のコンデンサ10を実装基板26上に実装した。その結果、この実装時の運搬や載置の際に、コンデンサ10に欠けや割れといった破損が発生することはなかった。
また、比較例として、実施例のコンデンサ10のコンデンサユニット1と同じ材料を用いて、3μmの厚みの誘電体層を50層積層して積層体を構成し、ニッケルを主成分とする導体材料で厚みが3μmの第1内部電極および第2内部電極を積層体の誘電体層を挟んで互いに対向するよう交互に配置し、積層体を貫通するとともに第1内部電極に接続して第2内部電極と隔てられた第1の貫通導体および第2内部電極に接続して第1内部電極と隔てられた第2の貫通導体を設けて、縦および横の長さが2.0mmで厚さが0.5mmの直方体状の従来のコンデンサを作製した。そして、この比較例を用いて、図10に示すように、第1の貫通導体および第2の貫通導体とICチップ24の電源端子用はんだバンプ25との間を配線により接続する従来の方法によって、デカップリング回路を構成した。
これら本発明の実施例であるコンデンサ10と比較例である従来のコンデンサとについて、インピーダンス特性を測定した結果を図11に示す。図11はデカップリング回路のインピーダンス特性を示す線図であり、横軸は周波数(単位:MHz)を示し、縦軸は信号の減衰量(単位:dB)を示す。ここで、インピーダンスの測定は1〜10000[MHz]の周波数帯において行なった。そして、図11における破線の特性曲線Aは比較例である従来のコンデンサを用いたデカップリング回路の減衰特性を示し、図11における実線の特性曲線Bは本発明の実施例であるコンデンサ10を用いたデカップリング回路の減衰特性を示す。
図11に示すように、実施例である本発明のコンデンサ10を用いたデカップリング回路は、比較例である従来のコンデンサを用いたデカップリング回路に比べて、入力−出力信号間の減衰量の多い領域が高周波側にまで広がって存在し、従来のコンデンサの減衰量が最大値となる周波数よりも高周波側において、本発明の実施例のコンデンサ10の測定結果の方が、減衰量が大きく、インピーダンスが低くなっており、かつインピーダンスが極端に低い部分のない結果となった。
以上の結果より、本発明のコンデンサ10によれば、ICチップ24とコンデンサ10とを接続する配線長が、従来のコンデンサを用いたデカップリング回路よりも短くなり、かつコンデンサユニット1の内部の電流経路が長いので、これによってデカップリング回路の低ESL化および高ESR化を図ることができ、その結果、共振周波数がより高周波側に現れ、インピーダンスの極端に低い部分がないことが確認できた。また、実装に際して運搬時の衝撃による曲げ応力が金属部分である第1端子電極2および第2端子電極3の撓みにより緩和されるので、曲げの力に対して容易に破壊することがない一定の強度を得ることができることも確認できた。
(a)は本発明のコンデンサの実施の形態の第1の例を示す外観斜視図であり、(b)は本発明のコンデンサの実施の形態の第1の例を上方から見た平面図である。 (a)はコンデンサユニット1の外観斜視図であり、(b)は(a)のコンデンサユニット1のA−A’線断面図である。 (a)はコンデンサユニット1の第1内部電極7が形成された誘電体層9を上方から見た平面図であり、(b)はコンデンサユニット1の第2内部電極8が形成された誘電体層9を上方から見た平面図である。 (a)はコンデンサユニット1の第3内部電極17が形成された誘電体層9を上方から見た平面図であり、(b)はコンデンサユニット1の第4内部電極18が形成された誘電体層9を上方から見た平面図である。 図1(a)に示す第1端子電極2または第2端子電極3の拡大図である。 (a)は本発明のコンデンサの実施の形態の第1の例の実装前の断面図であり、(b)は本発明のコンデンサの実施の形態の第1の例の実装時の断面図である。 本発明のコンデンサの実施の形態の第2の例を上方から見た平面図である。 (a)はコンデンサユニット1の実施の形態の第2の例における第1内部電極7が形成された誘電体層9を上方から見た平面図であり、(b)はコンデンサユニット1の実施の形態の第2の例における第2内部電極8が形成された誘電体層9を上方から見た平面図である。 (a)はコンデンサユニット1の実施の形態の第2の例における第3内部電極17が形成された誘電体層9を上方から見た平面図であり、(b)はコンデンサユニット1の実施の形態の第2の例における第4内部電極18が形成された誘電体層9を上方から見た平面図である。 従来のコンデンサを用いた実装時の断面図である。 デカップリング回路のインピーダンス特性を示す線図である。
符号の説明
1・・・コンデンサユニット
2・・・第1端子電極
3・・・第2端子電極
4・・・積層体
5・・・第1外部電極
6・・・第2外部電極
7・・・第1内部電極
8・・・第2内部電極
9・・・誘電体層
10,100・・・コンデンサ
11・・・第1導出部
12・・・第2導出部
13・・・第3導出部
14・・・第4導出部
15・・・第5導出部
16・・・第6導出部
17・・・第3内部電極
18・・・第4内部電極
19・・・第1ユニット部
20・・・第2ユニット部
21・・・第1接続電極
22・・・第2接続電極
23・・・貫通孔
24・・・ICチップ
25・・・電源端子用はんだバンプ
26・・・実装基板
101・・・配線

Claims (4)

  1. 複数の誘電体層を積層してなる積層体の内部に、前記誘電体層を挟んで交互に、前記積層体の側面への第1導出部および側面間の角部への第2導出部を有する第1内部電極ならびに前記積層体の側面への第3導出部および側面間の前記第2導出部と異なる角部への第4導出部を有する第2内部電極がそれぞれ複数配置された第1ユニット部と、複数の誘電体層を積層してなる積層体の内部に、前記誘電体層を挟んで交互に、前記積層体の側面間の前記第2導出部と同じ角部への第5導出部を有する第3内部電極および前記積層体の側面間の前記第4導出部と同じ角部への第6導出部を有する第4内部電極がそれぞれ複数配置された第2ユニット部とが積層されているとともに、前記第2導出部と前記第5導出部とが前記角部に形成された第1接続電極で接続され、前記第4導出部と前記第6導出部とが前記角部に形成された第2接続電極で接続されたコンデンサユニットを複数個、平面的に配置するとともに、環状の金属からなる複数の第1端子電極および第2端子電極を前記コンデンサユニットの間に平面的に配置して、前記第1端子電極で前記第1導出部同士を接続し、前記第2端子電極で前記第3導出部同士を接続してなることを特徴とするコンデンサ。
  2. 前記コンデンサユニットの前記積層体の対向する一対の側面に前記第1導出部が導出され、前記一対の側面とは異なる他の対向する一対の側面に前記第3導出部が導出されていることを特徴とする請求項1に記載のコンデンサ。
  3. 前記コンデンサユニットの前記積層体の対向する一対の側面のうちの一方に前記第1導出部が導出され、他方に前記第3導出部が導出されていることを特徴とする請求項1に記載のコンデンサ。
  4. 前記コンデンサユニットの前記積層体の対向する一対の角部に前記第2導出部および前記第5導出部が導出され、前記一対の角部とは異なる他の対向する一対の角部に前記第4導出部および前記第6導出部が導出されていることを特徴とする請求項1に記載のコンデンサ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2017098768A1 (ja) * 2015-12-07 2017-06-15 株式会社村田製作所 積層コンデンサの実装構造
US11170938B2 (en) 2019-08-08 2021-11-09 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Multilayer ceramic capacitor and substrate including the same

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