JP2010192466A - 広帯域容量素子 - Google Patents

Abstract

【課題】低周波数帯域のキャパシタンスを小さくせず、容量性部品の使用周波数の上限を高周波帯域に広げた広帯域容量素子を提供する。
【解決手段】電極板１０１の上に、組成の異なる誘電体板１１１、１１２が形成され、その上に電極板１０２が形成される。誘電体板１１１、１１２の内少なくとも一方は、対象周波数帯域において、分極の特異点を有する。例えば、誘電体１１１を炭化珪素ＳｉＣ、誘電体１１２を酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３で形成し、誘電体１１１は、２４６ＭＨｚにおいて分極の特異点を有する。即ち、２４６ＭＨｚを境に誘電率が大きく変化する。
【選択図】図２

Description

本発明は、広帯域容量素子に関し、特に電源線路を介して伝播する高周波ノイズを低減しまた電源電圧を安定化するために用いられる広帯域容量素子に関する。

電子機器の高機能化に伴い、高密度化と動作高速化が進行し、現在数GHzのクロックを用いることが一般化している。急速なスイッチング動作によって、電源回路の充放電が繰り返され、電源電圧が変動する。一定以上の電源電圧の変動（例えば１０％以上の変動）は、動作不安定を招き誤動作の原因となる。また、高密度実装、動作高速化によって電源回路の高周波電流が増大してその電磁輻射が増大し、漏洩電磁波は容易に多数の信号配線に結合し信号品質を劣化させる。そして、高性能ディジタル機器では、高速で動作する高速回路と低速で動作する低速回路が混在しているため、電源分配回路に漏洩する電磁波のスペクトラムは、最近においては数百ｋＨｚから数十ＧＨｚもの非常に広い帯域に分布する。このためデカップリング用の容量素子に対しては広い周波数範囲に渡って低インピーダンスであることが求められるようになってきている。一方で、容量素子には等価直列インダクタンス（ＥＳＬ）が寄生するため、自己共振現象が発生し、そして自己共振周波数以上の周波数では誘導性の素子として動作することになるため、その使用周波数範囲が限定されていた。

広帯域で低インピーダンスで動作する容量素子として単一容量素子内に二つのコンデンサを並列に作り込む技術が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。図２５は、特許文献１にて開示された容量素子の配線基板への接続状態を示す断面図である。この容量素子は、誘電体部１１の下面に下層電極１４ａ、１４ｂを、上面に上層電極１４ｃを形成し、下層電極１４ａ、１４ｂ間に平面型コンデンサ１７を形成し、さらに電極１４ａ−１４ｃ間に抵抗皮膜１８を形成したものである。そして、下層電極１４ａ、１４ｂを、電気的接合部１５を介して基板１６上のランド１３ａ、１３ｂに接続すると共に、上層電極１４ｃをワイヤ１２を介して基板１６上のランドに接続する。この接続構造では、ワイヤ１２のインダクタンス成分と下層電極１４ａ、１４ｂ−上層電極１４ｃ間に形成されるキャパシタンス成分による直列共振と、二つの電気的接合部１５に形成されるインダクタンス成分と平面型コンデンサ１７に形成されるキャパシタンス成分による直列共振とにより、２周波付近でインピーダンスが低下し、広帯域に渡って低いインピーダンス特性を実現することができる。
一方、特許文献２に開示された容量素子では、図２６に示されるように、内周電極２４と外周電極２６との間に、誘電率の異なる第１の誘電体２５と第２の誘電体２９とを配置し、内周電極２４と中心導体２２とを接続し、外周導体２６と金属ケース端子２７とを接続する。この容量素子においても、第１の誘電体２５によるコンデンサのキャパシタンスに基づく自己共振と、第２の誘電体２９によるコンデンサのキャパシタンスに基づく自己共振との２周波での直列共振が得られ、広帯域で容量性インピーダンスを得ることができる。
特開２００１−１４３９６４号公報 特開平０９−３３２４６９号公報

上記の特許文献１、２に記載されたものは、共振周波数の異なるコンデンサを複数組み合わせる手法を用いることにより、広い帯域での容量性キャパシタンスを実現するものではあったが、近年、電子機器の高速動作化の傾向が一段と強まり電源分配回路に漏洩する電磁波のスペクトラムが広くなったため、今や単に複数のコンデンサを組み合わせた、特許文献１、２に記載された従来例では、十分に対応することができなくなってきている。

ところで、電源配線に流れる高周波電力を抑制し、また電源電圧を安定化するため、容量性部品の容量成分（キャパシタンス）が利用される。容量性部品の作用は、電源等の配線のインピーダンスに比べて、容量性部品のインピーダンスを低くすることで、前記の「高周波電力の抑制」「電圧の安定化」を実現することである。容量性部品のインピーダンスを低くするには、容量性部品のキャパシタンスを利用すればよい。容量性部品のインピーダンスは「キャパシタンスと周波数の積」の逆数である。キャパシタンスが大きいほど低いインピーダンスを実現できる。このキャパシタンスが高周波まで利用できることが理想である。しかしながら、電気配線には必ず寄生のインダクタンス成分（以下、寄生インダクタンスと表記する）も生じてしまう。容量性部品も例外ではない。そのため、キャパシタンスと寄生インダクタンスによって、直列共振が生じる。この直列共振周波数を容量性部品の自己共振周波数と呼ぶ。自己共振周波数と同程度か、それより低い周波数帯域で容量性部品を使用するならば、寄生インダクタンスの影響は矮小であり、容量性部品は所望の特性で動作する。しかし、自己共振周波数を超えると寄生インダクタンスの影響が次第に大きくなり、容量性部品のインピーダンスが配線のインピーダンスと同等か、それより大きくなる高周波数帯域において、容量性部品は所望の作用を発揮できない。すなわち、自己共振周波数を超える高周波数帯域では容量性部品に期待する前記の作用が実現しないという問題があった。言い換えると、容量性素子の使用周波数帯域の上限に制限があったということで、容量性部品に求められている課題の一つは「容量性部品の使用周波数の上限を高周波帯域に広げること」である。
自己共振周波数は「キャパシタンスと寄生インダクタンスの積」の平方根に反比例する。したがって、自己共振周波数を高周波へ遷移させるには、キャパシタンスを小さくすればよい。しかしながら、キャパシタンスを小さくすると、低周波での特性が劣化してしまう。自己共振周波数より低い低周波数帯域での特性を劣化させないために、「低周波数帯域のキャパシタンスを小さくしないこと」も容量性素子の重要な課題である。よって、本発明の課題は、「低周波数帯域のキャパシタンスを小さくせず、容量性部品の使用周波数の上限を高周波帯域に広げる」ことである。つまり、本発明の目的は、使用周波数帯域でのキャパシタンスを小さくせず、容量性部品の使用周波数の上限を高周波数帯域に広げた広帯域容量素子を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明によれば、第１の電極と第２の電極との間に、組成の異なる２つ以上の誘電体物が並列して設置され、前記誘電体物のうち少なくとも１つは対象周波数帯域において分極の特異点を有することを特徴とする広帯域容量素子、が提供される。
ここで、対象周波数帯域とは、当該容量素子が用いられる電子回路において扱われる周波数の範囲のことである。

［作用］
容量性部品、例えば、一般的なコンデンサの等価回路を図２４に示す。コンデンサのキャパシタンスをC、寄生インダクタンスをL、等価直列抵抗（ＥＳＲ）をＲ、角周波数をω、コンデンサのインピーダンスをZcとすると、インピーダンスZcは式（１）で表される。

ここで、インピーダンスＺcが極小となるのは、式（１）の虚部が零となる条件においてである。すなわち、ωL＝１／ωCを満たす角周波数ωにおいてである。このときのωを、自己共振角周波数ωcと呼ぶ。自己共振角周波数ωcは式（２）で表される。

なお、角周波数ωと周波数ｆは、ω＝２πｆの関係がある。したがって、自己共振周波数ｆcと同等か、それより低い周波数では、寄生インダクタンスLの影響を無視でき、コンデンサはキャパシタンスCが支配的に機能する。しかし、自己共振周波数ｆcより高い周波数では、ωL＞１／ωCとなり寄生インダクタンスLの影響が無視できなくなり、更に高い周波数ではコンデンサとして機能しなくなる。したがって、コンデンサなどの容量性部品の使用周波数帯域を高周波へ広げるためには、共振周波数ｆcを高周波に遷移させる必要がある。
使用周波数帯域をより高い周波数へ広げるには、式（２）から寄生インダクタンスLまたはキャパシタンスCのいずれかを小さくすればよいことが分かる。しかし、寄生インダクタンスLを小さくする試みは従前から当業者により積極的に行われてきており、現状ではこれ以上の改善は困難である。そこで、キャパシタンスＣを小さくすることを検討した。しかしながら、単純にキャパシタンスＣを小さくすることは自己共振周波数ｆcより低い周波数帯域での特性劣化（インピーダンス増大）を招いてしまう。低周波ではキャパシタンスCが大きく、高周波でキャパシタンスCが小さくなる材料が見つかれば、前述の特性劣化を回避できる。

キャパシタンスCは容量素子を形成する一対の電極の寸法、形状と、その間隙に充填される誘電体の材料定数、例えば誘電率εにより決定される。電極の寸法、形状を対象周波数により変化させるのは困難である。そこで電極間に充填される誘電体材料の誘電率εが対象周波数帯域の高周波帯域で小さくなる条件を検討した結果、誘電率εが、特定の周波数で小さくなる現象に気づいた。誘電率εは分極の大きさで決定されることから、誘電率εが小さくなるのは分極が小さくなるからである。この変化する周波数帯域を分極の特異点と呼ぶことにする。誘電率の変化については、例えば、塩嵜 忠 監修、「絶縁・誘電セラミックスの応用技術」、シーエムシー出版、2003年8月18日出版、pp.20−25
などに示されている。誘電率の周波数依存性を図２３に示す。横軸は周波数ｆ、縦軸は誘電率εである。分極の特異点Fa、Fb、Fc、Fdは誘電体の物性で決まる。特異点Ｆａは界面分極、特異点Ｆｂは配向分極、特異点Ｆcはイオン分極、特異点Fdは電子分極の限界点である。すなわち、分極が一定の周波数を超える変化に追従できなくなる現象である。誘電緩和とも呼ばれる。注目すべきことは、周波数の上昇に伴って誘電率εが減少することである。誘電率εが減少すればキャパシタンスCも減少する。
ここで、共振周波数はキャパシタンスCの1/2乗に反比例する。重要なことは分極の特異点が対象周波数帯域の高周波数帯域付近に存在するか否かである。分極の特異点を有さない誘電体で構成した容量性部品の自己共振周波数よりも、分極の特異点が遙かに高い場合は、容量性部品の使用周波数帯域を広げる効果を期待できない。分極の特異点が自己共振周波数ｆcより低いか、または同程度である場合に自己共振周波数ｆcを高周波へ遷移させることが期待できる。

第1の効果は、誘電体の分極の特異点を利用して、低い周波数ではキャパシタンスＣを減少させることなく、高い周波数でキャパシタンスＣを減少させ、容量性部品の自己共振周波数を高周波へ遷移させることができ、使用周波数範囲を高周波へ広げた広帯域容量素子を提供することができる。
第2の効果は、複数の誘電体を組み合わせることで、低周波でより大きなキャパシタンスＣを実現し、かつ、自己共振周波数ｆcを高周波へ遷移させることができるので、従来の容量性部品複数個を組み合わせて実現していたのと同等の効果を本発明の広帯域容量素子単体で実現できる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１（ａ）は、本発明の一実施の形態を示す断面図である。本発明による広帯域容量素子は、図１（ａ）に示すように、第１の電極１と第２の電極２との間に、組成の異なる２つの誘電体物３、４が並列して設置される。図示された例では、二つの誘電体物が設置されているが、二つに限定されず、三個以上の誘電体物が並列設置されていてもよい。さらに、これら誘電体物のうち少なくとも１つは、複数の誘電体物を積層したものであってもよい。そして、これら誘電体物のうち少なくとも１つは対象周波数帯域、例えば、１０ＭＨｚ〜１０ＧＨｚにおいて分極の特異点を有する。
第１の電極１と第２の電極２および誘電体物３、４を、板状体とすることができる。この場合、二つの電極板間に誘電体板を挟み込むことになる。必要であれば、電極板と誘電体板を導電性接着剤ないし絶縁性接着剤を介して接着するようにしてもよい。また、誘電体物３、４の内一方のみを板状体とし、他方をいずれかの電極上、例えば第１の電極１上に成膜した誘電体としてもよい。図１（ａ）に示した容量素子をスルーホール挿入型素子とするために、第１の電極１および第２の電極２上に引出線（リード線）を接続してもよい。また、表面実装型の素子を構成するには、図１（ｂ）に示されるように、一方の電極、例えば第２の電極２を誘電体物の側面を介して誘電体物の他方の面上に引き出すようにすればよい。さらに、図１（ｃ）に示されるように、成膜技術を用いて半導体基板や印刷回路基板上に形成するようにしてもよい。すなわち、薄膜技術ないし厚膜技術を用いて、基材５上に第１の電極１、誘電体物３および誘電体物４、第２の電極２を順次形成する。
以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照して説明する。

図２は、本発明の実施例１を示す斜視図である。図２に示すように、引出線１３１が接続された電極板１０１の上に、組成の異なる誘電体板１１１、１１２が形成され、それらの上に電極板１０２が形成され、その電極板１０２には引出線１３２が接続される。
本実施例では、誘電体１１１として炭化珪素ＳｉＣ化合物を常圧焼成法で製作し、誘電体１１２として酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３をスパッタ法にて形成した。電極板寸法は縦約３００μｍ、横約２０μｍとした。誘電体１１１は、縦約３００μｍ、横約９μｍ、厚み約５μｍ、分極の特異点は２４６ＭＨｚ、特異点前比誘電率は約１００、特異点後比誘電率は約１３とした。誘電体板１１２は、縦約３００μｍ、横約１１μｍ、厚み約５μｍ、比誘電率は約１０とした。

従来のコンデンサ（０．１ｐＦ）における特性を、電極板寸法を縦約３００μｍ、横約２０μｍ、比誘電率を約１０、誘電体板の厚み約５μｍで試算した。その特性図を図３に示す。横軸は周波数ｆ（GHｚ）、縦軸はインピーダンス（ｄBΩ）である。ｄBΩは１Ω（オーム）を０dBとする単位である。従来例コンデンサ（０．１ｐＦ）のインピーダンスカーブ１８１には、自己共振１９１があり、そのときの周波数は約１６ＧＨｚである。次に、本実施例による容量素子の特性図を図４に示す。実施例１のインピーダンスカーブ１８２を実線で、誘電体板１１１の分極の特異点が遙かに高い周波数に存在すると仮定した場合のインピーダンスカーブ１８３を破線で示す。自己共振１９３が高い共振周波数１９２へ遷移１９４し、約１３ＧＨｚ以上でインピーダンスが改善されている。
さらに、上述した従来のコンデンサ（０．１ｐＦ）と本発明の実施例１の特性を比較するグラフを図５に示す。コンデンサ（０．１ｐＦ）のインピーダンスカーブ１８１に比べ、本発明の実施例１のインピーダンスカーブ１８２は極低周波及び１８ＧＨｚ以上の高周波帯域で特性が改善され、使用周波数帯域が高い周波数へ広がったことが確認された。
本実施例では、二つの誘電体板を並列配置していたが、３個以上の誘電体板を並列配置するようにしてもよい。その場合、一つの誘電体板のみが対象周波数帯域において分極の特異点を持つようにしてもよく、また複数の誘電体板が対象周波数帯域において分極の特異点を持つようにしてもよい。
なお、以下の実施例を示す図において、図１に示す実施例１の部分と対応する部分には下２桁が共通する参照符号を付し、重複する説明は適宜省略する。

図６は、本発明の実施例２を示す斜視図である。上記の実施例１においては、同じ厚みの誘電体板を用いていたが、本実施例では、誘電体板２１１の厚みを誘電体板２１２に比べ厚くした。このように誘電体板２１１、２１２の厚みを互いに異ならせることにより誘電体板の特性設計の自由度が増す。すなわち、誘電体板２１１の厚みを誘電体板２１２に比べ厚くしたことで、誘電体板２１１のキャパシタンスを調整することができ、広帯域容量素子の利用周波数帯域の設計が容易となる。
３個以上の誘電体板を並列配置した場合には、１個のみを他の誘電体板と異なる厚さとしてもよいし、全ての誘電体板が互いに異なる厚みを有するようにしてもよい。

図７は、本発明の実施例３を示す斜視図である。本実施例では、誘電体板３１１、３１２、３１３の内、組成の異なる誘電体板３１１、３１３が上下に重ねられている。このように、誘電体板３１１の下部に組成が異なる誘電体板３１３を設けているので、誘電体板３１１と３１３を組み合わせてできる合成キャパシタンスを自由に設計することが可能となる。また、誘電体板３１１、３１３のいずれか一方に製造容易な材料を選定することも可能となり、製造上有利となる。
図示した例では、誘電体板３１１、３１３の合計の厚みが誘電体板３１２の厚みより厚くなされていたが、誘電体板３１２をもっと厚くして両者の厚みを揃えるようにしてもよい。そのようにすれば、平坦な電極板を用いることができる。また、実施例３では、２枚の誘電体板を重ねていたが、３枚以上の誘電体板を積層するようにしてもよい。

図８は、本発明の実施例４を示す斜視図である。本実施例では、電極板と引出線とを一体構造としている。すなわち、電極板４０１と引出線４３１を一体構造として、単一部品で構成し、誘電体板４１１、４１２を形成した後、その上に電極板４０２と引出線４３２を一体構造とした単一部品を設ける。このようにすることで、製造工程の電極板４０１と引出線４３１、電極板４０２と引出線４３２をそれぞれ接続する工程を省略することができる。
本実施例では、電極板４０１と引出線４３１、電極板４０２と引出線４３２がそれぞれ同一の幅に形成されていたが、電極板部に対し引出線部が細くなるようにしてもよい。

図９は、本発明の実施例５を示す斜視図である。本実施例おいては、誘電体板５１１、５１２が、共に対象周波数帯域で分極の特異点を有するようにした。誘電体板５１１、誘電体板５１２は、共に炭化珪素ＳｉＣ化合物を用い常圧焼成法で製作した。電極板寸法は縦約３００μｍ、横約２０μｍとした。誘電体５１１は、縦約３００μｍ、横約７μｍ、厚み約５μｍ、分極の特異点は約２４６ＭＨｚ、特異点前比誘電率は約１００、特異点後比誘電率は約１３とした。誘電体板５１２は、縦約３００μｍ、横約１３μｍ、厚み約５μｍ、分極の特異点は約６２４ＭＨｚ、特異点前比誘電率は約８５、特異点後比誘電率は約１３とした。
本実施例による容量素子の特性図を図１０に示す。実施例５のインピーダンスカーブ５８２を実線で、誘電体板５１１、５１２の分極の特異点が遙かに高い周波数に存在すると仮定した場合のインピーダンスカーブ５８３を破線で示す。自己共振５９３が高い共振周波数５９２へ遷移５９４し、２２ＧＨｚ以上でインピーダンスが改善されている。そして、図３のコンデンサ（０．１ｐＦ）のインピーダンスカーブ１８１と本発明の実施例５のインピーダンスカーブ５８２を比較すれば、極低周波及び２２ＧＨｚ以上の高周波帯域でインピーダンスが改善され、使用周波数帯域が高い周波数へ広がったことが分かる。
本実施例では、二つの誘電体板を並列配置していたが、３個以上の誘電体板を並列配置し、それぞれが対象周波数帯域において分極の特異点を有するようにしてもよい。

図１１は、本発明の実施例６を示す斜視図である。本実施例においても、誘電体板６１１、６１２は、対象周波数帯域において分極の特異点を有し、それぞれの分極の特異点が生じる周波数が異なっている。誘電体板６１１は炭化珪素ＳｉＣ化合物を用い常圧焼成法で製作した。誘電体板６１２は、高純度のＣａＯ_３、ＣｕＯ、ＴｉＯ_２から混合酸化物法により合成したチタン酸カルシウム銅ＣａＣｕ_３Ｔｉ_４Ｏ_１２とチタン酸カルシウムＣａＴｉＯ_３の混合物で形成した。電極板６０１、６０２の寸法は縦約３００μｍ、横約２０μｍとした。誘電体６１１は、縦約３００μｍ、横約１０μｍ、厚み約５μｍ、分極の特異点は２４６ＭＨｚ、特異点前比誘電率は約１００、特異点後比誘電率は約１３とした。誘電体板６１２は、縦約３００μｍ、横約１０μｍ、厚み約５μｍ、分極の特異点は約１００ＭＨｚ、特異点前比誘電率は約１０００、特異点後比誘電率は約１０とした。

本実施例による容量素子の特性図を図１２に示す。実施例６のインピーダンスカーブ６８２を実線で、誘電体板６１１、６１２の分極の特異点が遙かに高い周波数に存在すると仮定した場合のインピーダンスカーブ６８３を破線で示す。自己共振６９３が高い共振周波数６９２へ遷移６９４し、約１５ＧＨｚ以上でインピーダンスが改善されている。
そして、図３のコンデンサ（０．１ｐＦ）のインピーダンスカーブ１８１と本発明の実施例６のインピーダンスカーブ６８２を比較すれば、１２ＧＨｚ以下の低周波帯及び約１８ＧＨｚ以上の高周波帯域で特性が改善され、使用周波数帯域が高い周波数へ広がったことが分かる。

図１３は、本発明の実施例７を示す斜視図である。本実施例では、分極の特異点を有する誘電体板７１１、７１２は、高分子化合物及びその混合物からなる誘電体で構成される。すなわち、電極板７０１の上に、樹脂など、例えば、ポリフェニレンスルフィドなどの従来フィルムコンデンサの材料として利用されてきた高分子樹脂系材料のうち分極の特異点が対象周波数帯域に生じる高分子化合物、およびその混合物が形成される。これにより、従来の製造設備を最小限の改造で流用、転用することが見込め、工業的な利点がある。また、対象周波数帯域に分極の特異点を有する材料であれば、樹脂系にとらわれることなく任意の高分子化合物材料が利用可能である。

図１４は、本発明の実施例８を示す斜視図である。本実施例においては、誘電体板８１１、８１２を高分子化合物により構成し、その内一方若しくは両方を無機高分子化合物とする。このようにすることで樹脂や有機系高分子に比べ、耐熱性の高い誘電体板を構成できる。無機高分子化合物としては、雲母、アスベスト、シリコーン樹脂、ルビー等が利用可能である。

図１５は、本発明の実施例９を示す斜視図である。本実施例においては、誘電体板９１１、９１２には無機高分子化合物としての炭化珪素ＳｉＣを用いた。そして誘電体板は常圧焼成法で製作した。電極板９０１、９０２の寸法は縦約３００μｍ、横約２０μｍとした。誘電体９１１は、縦約３００μｍ、横約８μｍ、厚み約５μｍ、分極の特異点は２４６ＭＨｚ、特異点前比誘電率は約１００、特異点後比誘電率は約１３とした。誘電体板９１２は、縦約３００μｍ、横約１２μｍ、厚み約５μｍ、分極の特異点は約６２４ＭＨｚ、特異点前比誘電率は約８５、特異点後比誘電率は約１３とした。

本実施例による容量素子の特性図を図１６に示す。実施例９のインピーダンスカーブ９８２を実線で、誘電体板９１１、９１２の分極の特異点が遙かに高い周波数に存在すると仮定した場合のインピーダンスカーブ９８３を破線で示す。自己共振９９３が高い共振周波数９９２へ遷移９９４し、約１４ＧＨｚ以上でインピーダンスが改善されている。そして、図３のコンデンサ（０．１ｐＦ）のインピーダンスカーブ１８１と本発明の実施例９のインピーダンスカーブ９８２を比較すると、約１５ＧＨｚ以下の低周波及び約１９ＧＨｚ以上の高周波帯域で特性が改善され、使用周波数帯域が高い周波数へ広がったことが分かる。
本実施例においては、両方の誘電体板を炭化珪素ＳｉＣにより形成していたが、一方もしくは両方の誘電体板をＳｉＣ以外の珪素Ｓｉ若しくは炭素Ｃを含む無機高分子化合物により構成してもよい。その組み合わせは対象周波数帯域で分極の特異点を有するという条件でのみ拘束されるが、その他は自由に誘電体板を構成できる。

図１７は、本発明の実施例１０を示す斜視図である。本実施例１０では、分極の特異点を有する誘電体板１０１１、１０１２は、ペブロスカイト型化合物であるチタン酸カルシウム銅により構成される。これにより、大きな誘電率を有する誘電体を使用することができ、かつ、分極の特異点による効果で高周波まで有効に機能する広帯域容量素子を実現することができる。
本実施例では、誘電体板にチタン酸カルシウム銅を用いていたが、これに代え他のペブロスカイト型化合物を用いてもよい。例えば、チタン酸カルシウム銅以外のチタン酸カルシウム化合物などであってもよい。

図１８は、本発明の実施例１１を示す斜視図である。本実施例においては、誘電体板１１１１、１１１２をチタン酸塩に類するチタン酸カルシウム銅とチタン酸カルシウムの混合物で構成した。高純度のＣａＯ_３、ＣｕＯ、ＴｉＯ_２から混合酸化物法により合成したチタン酸カルシウム銅ＣａＣｕ_３３Ｔｉ_４Ｏ_１２とチタン酸カルシウムＣａＴｉＯ_３を作り、その後混合した。電極板１００１、１００２の寸法は縦約３００μｍ、横約２０μｍとした。誘電体１０１１は、縦約３００μｍ、横約７μｍ、厚み約５μｍ、分極の特異点は１００ＭＨｚ、特異点前比誘電率は約１０００、特異点後比誘電率は約１０とした。誘電体板１０１２は、縦約３００μｍ、横約１３μｍ、厚み約５μｍ、分極の特異点は１００ＭＨｚ、特異点前比誘電率は約１００、特異点後比誘電率は約１０とした。

本実施例による容量素子の特性図を図１９に示す。実施例１１のインピーダンスカーブ１１８２を実線で、誘電体板１１１１、１１１２の分極の特異点が遙かに高い周波数に存在すると仮定した場合のインピーダンスカーブ１１８３を破線で示す。自己共振１１９３が高い共振周波数１１９２へ遷移１１９４し、約１６ＧＨｚ以上でインピーダンスが改善されている。
そして、図３のコンデンサ（０．１ｐＦ）のインピーダンスカーブ１８１と本発明の実施例１１のインピーダンスカーブ１１８２を比較すると、約７ＧＨｚ以下の低周波帯域及び約１８ＧＨｚ以上の高周波帯域で特性が改善され、使用周波数帯域が高い周波数へ広がったことが分かる。
本実施例では、誘電体板をチタン酸カルシウム銅とチタン酸カルシウムとの混合物により形成していたが、これに代え、チタン酸カルシウム銅とチタン酸カルシウム以外のチタン酸塩との混合物や、チタン酸カルシウム銅以外のチタン酸カルシウム化合物とチタン酸塩との混合物を用いるようにしてもよい。

図２０は、本発明の実施例１２を示す斜視図である。本実施例においては、誘電体板１２１１、１２１２の材料として有機高分子化合物を用いる。有機高分子化合物としては、例えば、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリンなどが挙げられる。有機高分子化合物は分子量が大きく、また、その分子単位を調整することも容易なため、分極の特異点を自由に調整することができる。
本実施例では、両方の誘電体板を有機高分子化合物により形成していたが、いずれか一方のみに有機高分子化合物を用いるようにしてもよい。

図２１は、本発明の実施例１３を示す斜視図である。本実施例においては、誘電体板１３１１は炭化珪素ＳｉＣ化合物を用い常圧焼成法で製作した。誘電体板１３１２には、高純度のＣａＯ_３、ＣｕＯ、ＴｉＯ_２から混合酸化物法により合成したチタン酸カルシウム銅ＣａＣｕ_３Ｔｉ_４Ｏ_１２とチタン酸カルシウムＣａＴｉＯ_３の混合物を用いた。電極板１３０１、１３０２の寸法は縦約３００μｍ、横約２０μｍとした。誘電体１３１１は、縦約３００μｍ、横約７μｍ、厚み約５μｍ、分極の特異点は２４６ＭＨｚ、特異点前比誘電率は約１００、特異点後比誘電率は約１３とした。誘電体板１３１２は、縦約３００μｍ、横約１３μｍ、厚み約５μｍ、分極の特異点は約１００ＭＨｚ、特異点前比誘電率は約１０００、特異点後比誘電率は約１０とした。

本実施例による容量素子の特性図を図２２に示す。実施例１３のインピーダンスカーブ１３８２を実線で、誘電体板１３１１、１３１２の分極の特異点が遙かに高い周波数に存在すると仮定した場合のインピーダンスカーブ１３８３を破線で示す。自己共振１３９３が高い共振周波数１３９２へ遷移１３９４し、約１８ＧＨｚ以上でインピーダンスが改善されている。
そして、図３のコンデンサ（０．１ｐＦ）のインピーダンスカーブ１８１と本発明の実施例１３のインピーダンスカーブ１３８２を比較すると、約１０ＧＨｚ以下の低周波及び約２０ＧＨｚ以上の高周波帯域で特性が改善され、使用周波数帯域が高い周波数へ広がったことが分かる。

本発明の実施の形態を示す断面図。 本発明の実施例１を示す斜視図。 従来のコンデンサ（０．１ｐＦ）における特性図。 本発明の実施例１における特性図。 本発明の実施例１と従来のコンデンサ（０．１ｐＦ）の特性比較図。 本発明の実施例２を示す斜視図。 本発明の実施例３を示す斜視図。 本発明の実施例４を示す斜視図。 本発明の実施例５を示す斜視図。 本発明の実施例５における特性図。 本発明の実施例６を示す斜視図。 本発明の実施例６における特性図。 本発明の実施例７を示す斜視図。。 本発明の実施例８を示す斜視図。 本発明の実施例９を示す斜視図。 本発明の実施例９における特性図。 本発明の実施例１０を示す斜視図。 本発明の実施例１１を示す斜視図。 本発明の実施例１１における特性図。 本発明の実施例１２を示す斜視図。 本発明の実施例１３を示す斜視図。 本発明の実施例１３における特性図。 誘電体の分極の特異点を説明する図。 容量性部品の等価回路図。 従来技術の断面図（特許文献１）。 従来技術の断面図（特許文献２）。

符号の説明

１ 第１の電極
２ 第２の電極
３、４ 誘電体物
５ 基材
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１、７０１、８０１、９０１、１００１、１１０１、１２０１、１３０１、１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２、７０２、８０２、９０２、１００２、１１０２、１２０２、１３０２ 電極板
１１１、２１１、３１１、４１１、５１１、６１１、７１１、８１１、９１１、１０１１、１１１１、１２１１、１３１１、１１２、２１２、３１２、４１２、５１２、６１２、７１２、８１２、９１２、１０１２、１１１２、１２１２、１３１２ 誘電体板
１３１、２３１、３３１、４３１、５３１、６３１、７３１、８３１、９３１、１０３１、１１３１、１２３１、１３３１、１３２、２３２、３３２、４３２、５３２、６３２、７３２、８３２、９３２、１０３２、１１３２、１２３２、１３３２ 引出線
１８１ 従来例コンデンサのインピーダンスカーブ
１８２、５８２、６８２、９８２、１１８２、１３８２ 実施例のインピーダンスカーブ
１８３、５８３、６８３、９８３、１１８３、１３８３ 誘電体板の分極の特異点が遙かに高い周波数と仮定した場合のインピーダンスカーブ
１９１ 従来のコンデンサの自己共振
１９２、５９２、６９２、９９２、１１９２、１３９２ 共振周波数
１９３、５９３、６９３、９９３、１１９３、１３９３ 分極の特異点が遙かに高い周波数と仮定した場合の自己共振
１９４、５９４、６９４、９９４、１１９４、１３９４ 遷移
Ｆａ 分極の特異点（界面分極の上限）
Ｆｂ 分極の特異点（配向分極の上限）
Ｆｃ 分極の特異点（イオン分極の上限）
Ｆｄ 分極の特異点（電子分極の上限）

Claims (10)

1. 第１の電極と第２の電極との間に、組成の異なる２つ以上の誘電体物が並列して設置され、前記誘電体物のうち少なくとも１つは対象周波数帯域において分極の特異点を有することを特徴とする広帯域容量素子。
2. 第１の電極と第２の電極とにはそれぞれ電気回路と接続するための引出線が備えられていることを特徴とする請求項１に記載の広帯域容量素子。
3. 並列して設置された前記誘電体物の少なくとも一つは、他のものと厚みが異なることを特徴とする請求項１または２に記載の広帯域容量素子。
4. 並列して設置された前記誘電体物の少なくとも一つは、組成の異なる誘電体物が２つ以上積層されたものであることを特徴とする請求項１乃至２に記載の広帯域容量素子。
5. 前記分極の特異点を有する誘電体物の少なくとも一つは、高分子化合物または高分子化合物と他の高分子化合物との混合物からなることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の広帯域容量素子。
6. 前記高分子化合物は、無機高分子化合物であることを特徴とする請求項５に記載の広帯域容量素子。
7. 前記無機高分子化合物は、珪素Ｓｉまたは炭素Ｃを含む化合物であることを特徴とする請求項６に記載の広帯域容量素子。
8. 前記無機高分子化合物は、ペロブスカイト型化合物であることを特徴とする請求項６に記載の広帯域容量素子。
9. 前記ペロブスカイト型化合物は、チタン酸カルシウム銅ＣａＣｕ_３Ｔｉ_４Ｏ_１２であることを特徴とする請求項８に記載の広帯域容量素子。
10. 前記高分子化合物は、有機高分子化合物であることを特徴とする請求項５に記載の広帯域容量素子。

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