JP3514195B2 - 積層コンデンサ、配線基板、デカップリング回路および高周波回路 - Google Patents
積層コンデンサ、配線基板、デカップリング回路および高周波回路Info
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サ、配線基板、デカップリング回路および高周波回路に
関するもので、特に、高周波回路において有利に適用さ
れ得る積層コンデンサ、ならびに、この積層コンデンサ
を用いて構成される、配線基板、デカップリング回路お
よび高周波回路に関するものである。
サは、たとえばセラミック誘電体からなり、積層される
複数の誘電体層、ならびに複数個のコンデンサユニット
を形成するように特定の誘電体層を介して互いに対向し
ながら誘電体層の積層方向に交互に配置される複数対の
第1および第2の内部電極を有する、コンデンサ本体を
備えている。コンデンサ本体の第1および第2の端面に
は、それぞれ、第1および第2の外部端子電極が形成さ
れる。第1の内部電極は、コンデンサ本体の第1の端面
上にまで延び、ここで第1の外部端子電極に電気的に接
続され、また、第2の内部電極は、第2の端面上にまで
延び、ここで第2の外部端子電極に電気的に接続され
る。
2の外部端子電極から第1の外部端子電極へと流れる電
流は、第2の外部端子電極から第2の内部電極へと流
れ、この第2の内部電極から誘電体層を通って第1の内
部電極に至り、次いで、この第1の内部電極内を通って
第1の外部端子電極へと至る。
量をC、等価直列インダクタンス(ESL)をL、等価
直列抵抗(ESR)と呼ばれる主に電極の抵抗をRとし
たとき、直列にCLRが接続された回路で表わされる。
は、f0 =1/〔2π×(L×C)1/ 2 〕となり、共振
周波数より高い周波数では、コンデンサとして機能しな
くなる。言い換えると、LすなわちESL値が小さけれ
ば、共振周波数(f0 )は高くなり、より高周波で使用
できることになる。なお、マイクロ波領域で使うために
は、より一層の低ESL化が図られたコンデンサが必要
となる。
ンピュータ等のマイクロプロセッシングユニット(MP
U)のMPUチップに電源を供給する電源回路に接続さ
れるデカップリングコンデンサとして用いられるコンデ
ンサにおいても、低ESL化が求められている。
に関する接続構成の一例を図解的に示すブロック図であ
る。
プ(ベアチップ)3およびメモリ4を備える。電源部2
は、MPUチップ3に電源を供給するためのもので、電
源部2からMPUチップ3に至る電源回路には、デカッ
プリングコンデンサ5が接続されている。また、MPU
チップ3からメモリ4側には、信号回路が構成されてい
る。
れるデカップリングコンデンサ5の場合でも、通常のデ
カップリングコンデンサと同様、ノイズ吸収や電源の変
動に対する平滑化のために用いられるが、さらに、最近
では、MPUチップ3において、その動作周波数が50
0MHzを超えて1GHzにまで達するものが計画され
ており、このようなMPUチップ3に関連して高速動作
が要求される用途にあっては、クイックパワーサプライ
としての機能(立ち上がり時等の電力が急に必要な時
に、コンデンサに充電された電気量から数ナノ秒の間に
電力を供給する機能)が必要である。
グコンデンサ3にあっても、インダクタンス成分ができ
るだけ低い、たとえば10pH以下であることが必要と
なってきており、このようにインダクタンス値の低いコ
ンデンサの実現が望まれている。
プ(動作クロック周波数約500MHz)3では、DC
約2.0Vが供給され、消費電力は約24W、すなわち
12A位の電流が流れる設計になっている。その消費電
力の低減化のために、MPU1が動作していない時はス
リープモードとして、消費電力を1W以下にまで落とす
仕様が採用されている。スリープモードからアクティブ
モードへの変換時、MPUチップ3には、その動作数ク
ロックのうちにアクティブモードに必要な電力が供給さ
れる必要がある。動作周波数500MHzでは、スリー
プモードからアクティブモードへの変換時において、4
〜7ナノ秒という時間の間に電力を供給する必要があ
る。
源部2からでは間に合わないため、電源部2から電源を
供給するまでの時間、MPUチップ3近傍に置くデカッ
プリングコンデンサ5に充電されている電荷を放電する
ことによってMPUチップ3に電源を供給することが行
なわれる。
っては、このような機能を満足させるために、MPUチ
ップ3近傍のデカップリングコンデンサ5のESLは、
少なくとも10pH以下であることが必要となる。
Lは、500〜800pH程度であり、上述したような
10pH以下には程遠い。このように、インダクタンス
成分が積層コンデンサにおいてもたらされるのは、積層
コンデンサにおいて流れる電流の方向によってその方向
が決まる磁束が誘起され、この磁束に起因して自己イン
ダクタンス成分が生じるためである。
り得る積層コンデンサの構造が、たとえば、特開平2−
159008号公報、米国特許第5880925号、特
開平11−144996号公報等において提案されてい
る。
デンサにおいて誘起される磁束の相殺によるもので、こ
のような磁束の相殺が生じるようにするため、積層コン
デンサにおいて流れる電流の方向を多様化することが行
なわれている。そして、この電流の方向の多様化のた
め、コンデンサ本体の外表面上に形成される外部端子電
極の数を増やすことによって、これと内部電極とを電気
的に接続するように内部電極から引き出される引出電極
の数を増やすことが行なわれている。このようにして、
内部電極に流れる電流をいくつかの方向に分岐させるこ
とによって、生じ得る磁束を抑制して低ESL化が図ら
れる。
た積層コンデンサによっても、10pH以下のESLを
実現することは困難である。そのため、このような積層
コンデンサを、たとえば、図7に示したMPU1の電源
部2に接続されるデカップリングコンデンサ5として用
いる場合には、10pH以下といったESLを実現する
ため、複数個の積層コンデンサを並列に接続した状態と
して、配線基板に実装することが行なわれている。
デンサにおいて、内部電極に流れる電流については、特
定の方向性をなくすことによって、低ESL化が図られ
るが、、各引出電極においては、電流が一方向に流れる
ため、さらなる低ESL化のためには、各引出電極の部
分で流れる電流によって生じるインダクタンス成分を無
視することはできない。
示したMPU1の電源部2に接続されるデカップリング
コンデンサ5のような用途に向けられる場合、低ESL
化が図られた積層コンデンサにおいては、複数個の外部
端子電極の配列ピッチは、たとえば0.8mm(±0.
1mm)程度と小さくされることが多い。そして、各外
部端子電極に接続される複数個の引出電極間の間隔は、
外部端子電極の配列ピッチに合わせる必要があるため、
各引出電極の幅方向寸法も小さくなる。このことも、E
SLの低減の妨げになり得る。
の形態に着目しながら低ESL化をより効果的に図り得
るように改良された積層コンデンサを提供しようとする
ことである。
層コンデンサを用いて構成される、配線基板、デカップ
リング回路および高周波回路を提供しようとすることで
ある。
デンサは、相対向する2つの主面およびこれら主面間を
連結する4つの側面を有する直方体状のコンデンサ本体
を備えている。
方向に延びる複数の誘電体層、およびコンデンサユニッ
トを形成するように特定の誘電体層を介して互いに対向
する複数対の第1および第2の内部電極を備えている。
から前記側面の少なくとも1つにまで引き出される第1
の引出電極、および第2の内部電極から側面の少なくと
も1つにまで引き出される第2の引出電極を備えてい
る。そして、これら第1の引出電極と第2の引出電極と
は、各々複数個あり、主面の周方向に見たとき、交互に
配置される。
が引き出された側面上には、第1および第2の引出電極
にそれぞれ電気的に接続される第1および第2の外部端
子電極が設けられる。
め、この発明では、第1および第2の引出電極の各々の
長さ方向寸法Lと幅方向寸法Wとの比率L/Wが、0.
4以上かつ3.0以下であることを特徴としている。
3以下であることが好ましい。
は、少なくとも相対向する2つの側面の各々上にまで引
き出され、また、好ましくは、4つの前記側面の各々上
に、第1および第2の引出電極の少なくとも一方が引き
出される。
ロプロセッシングユニットに備えるMPUチップのため
の電源回路に接続されるデカップリングコンデンサとし
て有利に用いられる。
ンデンサが実装された、配線基板にも向けられる。
けられる場合、その具体的な一実施態様では、この配線
基板には、マイクロプロセッシングユニットに備えるM
PUチップがさらに実装される。
コンデンサを備える、デカップリング回路にも向けられ
る。
コンデンサを備える、高周波回路にも向けられる。
1の実施形態による積層コンデンサ11を示している。
ここで、図1は、積層コンデンサ11の外観を示す斜視
図であり、図2は、積層コンデンサ11の内部構造を特
定の断面をもって示す平面図であり、図2において、
(1)と(2)とは互いに異なる断面を表わしている。
示すように、相対向する2つの主面12および13なら
びにこれら主面12および13間を連結する4つの側面
14、15、16および17を有する、直方体状のコン
デンサ本体18を備えている。
3の延びる方向に延びる、たとえばセラミック誘電体か
らなる複数の誘電体層19、ならびにコンデンサユニッ
トを形成するように特定の誘電体層19を介して互いに
対向する複数対の第1および第2の内部電極20および
21を備えている。
断面を示し、また、図2(2)は、第2の内部電極21
が通る断面を示している。
電極20から3つの側面15〜17の各々上にまで引き
出される、5個の第1の引出電極22を備えるととも
に、第2の内部電極21から3つの側面14、15およ
び17の各々上にまで引き出される5個の第2の引出電
極23を備えている。
出された各位置は互いに異なっており、第2の引出電極
23が引き出された各位置は、第1の引出電極22が引
き出された位置の間に挟まれた位置となっている。そし
て、第1の引出電極22と第2の引出電極23とは、主
面12および13の周方向に見たとき、交互に配置され
ている。
側面15〜17の各々上には、これら第1の引出電極2
2の各々に電気的に接続される第1の外部端子電極24
が設けられる。また、第2の引出電極23が引き出され
た側面14、15および17の各々上には、これら第2
の引出電極23の各々に電気的に接続される第2の外部
端子電極25が設けられている。
いては、4つの側面14〜17の各々上に、第1および
第2の引出電極22および23の少なくとも一方が引き
出され、そのため、第1および第2の外部端子電極24
および25の少なくとも一方が設けられている。
2の引出電極23とは、主面12および13の周方向に
見たとき、交互に配置されているので、4つの側面14
〜17上において、すべての第1の外部端子電極24
は、第2の外部端子電極25と隣り合うように配置され
ることになる。別の観点から説明すると、すべての外部
端子電極24および25のいずれもが、これに接続され
る内部電極を共通にするものとは隣り合わないように配
置されている。
れば、各々複数個の第1および第2の引出電極22およ
び23が設けられているので、内部電極20および21
の各々において流れる電流を種々の方向に向けることが
でき、そのため、これら電流によって誘起される磁束が
効果的に相殺され、ESLの低減を図ることができる。
第2の引出電極22および23が、それぞれ、3つの側
面15〜17または3つの側面14、15および17の
各々上にまで引き出されるようにしたり、4つの側面1
4〜17の各々上に、第1および第2の引出電極22お
よび23の少なくとも一方が引き出されるようにした
り、第1の引出電極22と第2の引出電極23とが、主
面12および13の周方向に見たとき、交互に配置され
るようにしたりすることは、ESLの低減にとってより
有効である。
大きな静電容量を得るため、第1の内部電極20と第2
の内部電極21との対向する部分の数は複数とされ、複
数個のコンデンサユニットを形成するようにされる。そ
のため、たとえば、第1および第2の内部電極20およ
び21の組の数が複数とされる。そして、このように形
成された複数個のコンデンサユニットは、第1および第
2の外部端子電極24および25によって並列接続され
る。
この発明では、第1および第2の引出電極22および2
3の各々の長さ方向寸法Lと幅方向寸法Wとの比率L/
Wは、0.4以上かつ3.0以下とされることを特徴と
している。この比率L/Wは、好ましくは、0.4以上
かつ1.3以下に選ばれる。このような比率L/Wの範
囲は、以下のような実験によって求められたものであ
る。
ンサ11は、3.2mm×1.6mmの大きさの主面1
2および13を有するコンデンサ本体18を備えるもの
で、以下の表1の「長さ」に示すような種々の長さ方向
寸法Lおよび「幅」に示すような種々の幅方向寸法Wを
それぞれ有する引出電極22および23を形成している
積層コンデンサ11を作製した。
ついて、ESL値を共振法によって求めた。表1には、
これらESL値(pH)が示されている。
3.0以下であるとき、80pH以下のESL値が得ら
れ、さらに、L/Wの比率が1.3以下であれば、40
pH以下のESL値が得られている。
ESL値は、L/Wの比率に関係していることがわか
る。すなわち、引出電極22および23の各々に流れる
電流の方向は一方向であるため、これらの部分で生じる
インダクタンス成分の割合が比較的大きくなるととも
に、この引出電極22および23の各々の長さ方向寸法
Lとび幅方向寸法Wとの関係により、内部電極20およ
び21に流れる電流に及ぼす影響も無視できない。
下、あるいは1.3以下とし、引出電極22および23
の各々の幅方向寸法Wを比較的広くすることによって、
電荷がチャージされたコンデンサユニットの部分から引
出電極22および23へ向かう電流を、内部電極20お
よび21において円滑に流すことができる。
は、0.4未満では、長さ方向寸法Lが小さくなりす
ぎ、これに応じて幅方向寸法Wが大きくなりすぎること
によって、絶縁性や耐湿性などの点で不良が生じやすい
ためである。
積層コンデンサ11aを示す、図2に相当する図であ
る。図3において、図2に示す要素に相当する要素には
同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
ては、コンデンサ本体18の側面14および16上には
何らの外部端子電極も設けられず、したがって、第1お
よび第2の引出電極22および23のいずれもが側面1
4および16には引き出されていない。
出電極22と第2の引出電極23とは、主面12および
13(図1参照)の周方向に見たとき、交互に配置され
ていて、したがって、第1の外部端子電極24と第2の
外部端子電極25とについても、交互に並んでいる。
て、前述した第1の実施形態の場合と同様の方法によっ
て、引出電極22および23の各々の長さ方向寸法Lお
よび幅方向寸法Wを種々に変えた試料を作製し、各試料
についてESL値を求めた。その結果が以下の表2に示
されている。
3.0以下であれば、120pH以下のESL値が得ら
れ、L/Wの比率が1.3以下であれば、80pH以下
のESL値が得られている。
ESL値は、引出電極22および23の各々の長さ方向
寸法Lおよび幅方向寸法Wと関係していることがわか
る。
積層コンデンサ11bを示す、図2に相当する図であ
る。図4において、図2に示した要素に相当する要素に
は同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
ては、コンデンサ本体18は、実質的に正方形の主面形
状を有していて、第1および第2の内部電極20および
21についても、実質的に正方形のパターンをそれぞれ
有している。
は、それぞれ、4つの側面14〜17上にまで引き出さ
れ、側面14〜17の各々に引き出される第1の引出電
極22と第2の引出電極23とが、側面14〜17の各
々上で交互に配置されているばかりでなく、コンデンサ
本体18の主面12および13(図1参照)の周方向に
見たときにも、すべての第1の引出電極22とすべての
第2の引出電極23とが、交互に配置されている。
び23の数が増え、かつ4つの側面14〜17の各々上
に第1および第2の引出電極22および23が引き出さ
れているので、ESLのさらなる低減を図ることができ
る。
出電極22および23の各々の長さ方向寸法Lと幅方向
寸法Wとの比率L/Wが、0.4以上かつ3.0以下、
好ましくは、0.4以上かつ1.3以下とされる。
図示したいくつかの実施形態に関連して説明したが、内
部電極の数、引出電極の数および位置、あるいは、外部
端子電極の数および位置については、種々に変更するこ
とができる。上述した引出電極の数および位置について
言えば、この発明の範囲内にある積層コンデンサは、各
々複数個の第1の引出電極および第2の引出電極を備
え、第1の引出電極と第2の引出電極とが、主面の周方
向に見たとき、交互に配置されているものであればよ
い。
ば、前述の図7に示したMPU1に備えるデカップリン
グコンデンサ5として有利に用いることができる。この
ように、この発明に係る積層コンデンサをデカップリン
グコンデンサとして用いているMPUの構造について、
図5および図6を参照して以下に説明する。
ば多層構造を有する配線基板32を備え、配線基板32
の上面には、MPUチップ(ベアチップ)33が表面実
装されている。
ップ33の近傍には、デカップリングコンデンサとして
機能する積層コンデンサ34が表面実装されている。こ
の積層コンデンサ34としては、低ESL化が図られた
前述の積層コンデンサ11、11aまたは11bを用い
ることができる。
4が配線基板32上に実装された状態が示されている。
4個の積層コンデンサ34は、互いに並列に接続される
ことによって、たとえば10pH以下といったESLを
実現するようにされる。
に、その外部端子電極35が配線基板32上の導電パッ
ド36に対して半田37によって半田付けされる。これ
ら積層コンデンサ34間の接続および積層コンデンサ3
4とMPUチップ33との接続を達成するため、図示し
ないが、導電パッド36を介してのビアホール接続が適
用される。
33との間での配線に伴うインダクタンス成分をも低減
できるようにするため、積層コンデンサ34は、MPU
チップ33のすぐ横に配置されるのが好ましい。そし
て、図5に示すように、4個の積層コンデンサ34が実
装される場合には、矩形の平面形状を有するMPUチッ
プ33の各辺の近傍に1個ずつ配置されることが好まし
い。
PUチップ33の各辺の近傍にバランス良く積層コンデ
ンサ34を配置しようとする場合、積層コンデンサ34
の個数は4の整数倍であることが好ましい。
のESLを実現しようとするとき、MPUチップ33の
各辺の近傍に1個ずつ、合計4個の積層コンデンサ34
を配置する場合には、ESL値が40pH以下の積層コ
ンデンサ34を用いることができ、各辺の近傍に2個ず
つ、合計8個の積層コンデンサ34を配置する場合に
は、ESL値が80pH以下の積層コンデンサ34を用
いることができ、各辺の近傍に3個ずつ、合計12個の
積層コンデンサ34を用いる場合には、ESL値が12
0pH以下の積層コンデンサ34を用いることができ
る。
デンサによれば、内部電極に流れる電流を種々の方向へ
向けるように引出電極が形成されているとともに、引出
電極の各々の長さ方向寸法Lと幅方向寸法Wとの比率L
/Wが、0.4以上かつ3.0以下に選ばれているの
で、内部電極や引出電極に流れる電流によって誘起され
る磁束を効果的に相殺する効果が現れ、ESLのより低
減化を図ることができる。
つ1.3以下とされたときには、一層の低ESL化を図
ることができる。
いて、互いに対向する第1および第2の内部電極からそ
れぞれ引き出される第1および第2の引出電極が、コン
デンサ本体の少なくとも相対向する2つの側面の各々上
にまで引き出されたり、4つの側面の各々上に第1およ
び第2の引出電極の少なくとも一方が引き出されたりす
ると、さらなる低ESL化を図ることができる。
振周波数を高周波化することができ、積層コンデンサが
コンデンサとして機能する周波数域を高周波化すること
ができ、この発明に係る積層コンデンサによれば、電子
回路の高周波化に十分対応することができ、たとえば、
高周波回路におけるバイパスコンデンサやデカップリン
グコンデンサとして有利に用いることができる。
用されるデカップリングコンデンサにあっては、クイッ
クパワーサプライとしての機能が要求されるが、この発
明に係る積層コンデンサは、ESLが低いので、このよ
うな用途に向けられても、高速動作に十分対応すること
ができる。
サ11の外観を示す斜視図である。
示す平面図であり、(1)は第1の内部電極20が通る
断面をもって示し、(2)は第2の内部電極21が通る
断面をもって示している。
サ11aを示す、図2に相当する図である。
サ11bを示す、図2に相当する図である。
をデカップリングコンデンサとして用いている、MPU
31を図解的に示す平面図である。
2との接続部分を拡大して示す斜視図である。
部2に関する接続構成を図解的に示すブロック図であ
る。
Claims (9)
- 【請求項1】 相対向する2つの主面およびこれら主面
間を連結する4つの側面を有する直方体状のコンデンサ
本体を備え、 前記コンデンサ本体は、前記主面の延びる方向に延びる
複数の誘電体層、およびコンデンサユニットを形成する
ように特定の前記誘電体層を介して互いに対向する複数
対の第1および第2の内部電極を備え、 前記コンデンサ本体は、さらに、前記第1の内部電極か
ら前記側面の少なくとも1つにまで引き出される第1の
引出電極、および前記第2の内部電極から前記側面の少
なくとも1つにまで引き出される第2の引出電極を備
え、前記第1の引出電極と前記第2の引出電極とは、各
々複数個あり、前記主面の周方向に見たとき、交互に配
置され、 前記第1および第2の引出電極が引き出された前記側面
上には、前記第1および第2の引出電極にそれぞれ電気
的に接続される第1および第2の外部端子電極が設けら
れ、 前記第1および第2の引出電極の各々の長さ方向寸法L
と幅方向寸法Wとの比率L/Wは、0.4以上かつ3.
0以下であることを特徴とする、積層コンデンサ。 - 【請求項2】 前記比率L/Wは、0.4以上かつ1.
3以下であることを特徴とする、請求項1に記載の積層
コンデンサ。 - 【請求項3】 前記第1および第2の引出電極は、少な
くとも相対向する2つの前記側面の各々上にまで引き出
される、請求項1または2に記載の積層コンデンサ。 - 【請求項4】 4つの前記側面の各々上に、前記第1お
よび第2の引出電極の少なくとも一方が引き出される、
請求項1ないし3のいずれかに記載の積層コンデンサ。 - 【請求項5】 マイクロプロセッシングユニットに備え
るMPUチップのための電源回路に接続されるデカップ
リングコンデンサとして使用される、請求項1ないし4
のいずれかに記載の積層コンデンサ。 - 【請求項6】 請求項1ないし5のいずれかに記載の積
層コンデンサが実装された、配線基板。 - 【請求項7】 マイクロプロセッシングユニットに備え
るMPUチップがさらに実装されている、請求項6に記
載の配線基板。 - 【請求項8】 請求項1ないし5のいずれかに記載の積
層コンデンサを備える、デカップリング回路。 - 【請求項9】 請求項1ないし5のいずれかに記載の積
層コンデンサを備える、高周波回路。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP37080399A JP3514195B2 (ja) | 1999-12-27 | 1999-12-27 | 積層コンデンサ、配線基板、デカップリング回路および高周波回路 |
US09/501,087 US6292350B1 (en) | 1997-11-10 | 2000-02-09 | Multilayer capacitor |
US09/501,081 US6266228B1 (en) | 1997-11-10 | 2000-02-09 | Multilayer capacitor |
US09/501,084 US6266229B1 (en) | 1997-11-10 | 2000-02-09 | Multilayer capacitor |
TW89103554A TW463190B (en) | 1999-12-27 | 2000-03-01 | Monolithic capacitor, wiring substrate, decoupling circuit, and high frequency circuit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP37080399A JP3514195B2 (ja) | 1999-12-27 | 1999-12-27 | 積層コンデンサ、配線基板、デカップリング回路および高周波回路 |
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