JP4107352B2

JP4107352B2 - 積層コンデンサ

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Publication number: JP4107352B2
Application number: JP2007215720A
Authority: JP
Inventors: 寛和高島; 浩上岡; 義一高木
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2007-08-22
Filing date: 2007-08-22
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2025-11-22
Also published as: JP2007329504A

Description

この発明は、積層コンデンサに関するもので、特に、高周波回路において有利に適用される積層コンデンサに関するものである。

数ＧＨｚのような高周波領域において、ＭＰＵ（マイクロプロセッシングユニット）等のための電源回路に用いられるデカップリングコンデンサとして、たとえば特開平１１−１４４９９６号公報（特許文献１）に記載のような構造の積層コンデンサが知られている。この積層コンデンサによれば、多端子構造にしながら、隣り合う端子を逆極性にすることによって、正極から負極への電流の流れを短くし、電流の流れを多様にし、さらに、電流の方向を互いに逆方向に向けるようにして磁束の相殺を行ない、それによって、ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）の低減が図られている。

しかしながら、上記特許文献１に記載の積層コンデンサによれば、ＥＳＬの低下に伴って、ＥＳＲ（等価直列抵抗）も低下する。そのため、周波数‐インピーダンス特性が急峻になってしまう。

他方、特開２００１−２８４１７０号公報（特許文献２）では、コンデンサ本体の内部に静電容量を形成するために設けられる内部電極の各々について、コンデンサ本体の表面にまで引き出されかつ外部端子電極に電気的に接続される引き出し部の数を単に１つとすることによって、積層コンデンサのＥＳＲを高めることが提案されている。

しかしながら、特許文献２に記載の構造によれば、ＥＳＲを高くすることができるものの、それに伴って、ＥＳＬが高くなり、特許文献１に記載のものに比べて、高周波側の特性が劣化するという問題がある。

また、特許文献２に記載の積層コンデンサによれば、周波数‐インピーダンス特性については、共振点が低周波側にずれるだけであるので、インピーダンスを低くできる帯域については、特許文献１の場合と実質的に変わらず、インピーダンスを低くできる帯域を広げることはできない。
特開平１１−１４４９９６号公報特開２００１−２８４１７０号公報

そこで、この発明の目的は、低ＥＳＬ化を図りながらも、高ＥＳＲ化を図ることができるとともに、インピーダンスを低くできる帯域を広げることができる、積層コンデンサを提供しようとすることである。

この発明に係る積層コンデンサは、積層された複数の誘電体層をもって構成される積層構造を有し、相対向する２つの主面および主面間を連結する４つの側面を有するコンデンサ本体と、コンデンサ本体の側面上にそれぞれ形成される第１の外部端子電極、第２の外部端子電極、第３の外部端子電極および第４の外部端子電極とを備えている。この発明では、上述した技術的課題を解決するため、積層コンデンサが、次のように構成されることを特徴としている。

すなわち、第１および第２の外部端子電極は上記側面上において交互に配置される。また、積層コンデンサに備えるコンデンサ本体は、２つの第１のコンデンサ部および前記２つの第１のコンデンサ部によって積層方向に挟まれるように配置される１つの第２のコンデンサ部を構成している。

第１のコンデンサ部は、静電容量を形成するように所定の誘電体層を介して互いに対向する少なくとも１対の第１および第２の内部電極を含み、第２のコンデンサ部は、静電容量を形成するように所定の誘電体層を介して互いに対向する少なくとも１対の第３および第４の内部電極を含む。

第１および第２の内部電極は、それぞれ、コンデンサ本体の外表面にまで引き出されかつ第１および第２の外部端子電極に電気的に接続される第１および第２の引出し部を有し、第３および第４の内部電極は、それぞれ、コンデンサ本体の外表面にまで引き出されかつ第３および第４の外部端子電極に電気的に接続される第３および第４の引出し部を有している。

第３および第４の引出し部の各々の数は、第１および第２の引出し部の各々の数より少なくされる。その結果、第１のコンデンサ部の共振周波数は、第２のコンデンサ部の共振周波数より高くされ、また、第２のコンデンサ部に含まれる１組の第３および第４の内部電極ならびにその間の誘電体層により与えられる１層あたりの等価直列抵抗は、第１のコンデンサ部に含まれる１組の第１および第２の内部電極ならびにその間の誘電体層により与えられる１層あたりの等価直列抵抗より高くされる。

そして、第１のコンデンサ部に含まれるすべての第１および第２の内部電極ならびにそれらの各間の誘電体層により与えられる合成等価直列抵抗は、第２のコンデンサ部に含まれるすべての第３および第４の内部電極ならびにそれらの各間の誘電体層により与えられる合成等価直列抵抗と同等またはほぼ同等とされることを特徴としている。

この発明に係る積層コンデンサによれば、第１のコンデンサ部の共振周波数を第２のコンデンサ部の共振周波数より高くしているので、第１のコンデンサ部によって低ＥＳＬ化を図ることができる。他方、第２のコンデンサ部の１層あたりのＥＳＲを第１のコンデンサ部の１層あたりのＥＳＲよりも高くしているので、第２のコンデンサ部によって高ＥＳＲ化を図ることができる。

これらのことから、積層コンデンサの特性は、第１のコンデンサ部による低ＥＳＬ特性と第２のコンデンサ部による高ＥＳＲ特性とを複合した特性となり、その結果、低ＥＳＬ化および高ＥＳＲ化の双方を満足させる積層コンデンサを得ることができる。

また、第１のコンデンサ部と第２のコンデンサ部とで共振周波数が異なり、かつ、第１のコンデンサ部により与えられる合成ＥＳＲが、第２のコンデンサ部により与えられる合成ＥＳＲと同等またはほぼ同等とされるので、積層コンデンサ全体の特性としては、低周波側の第２のコンデンサ部の共振点から高周波側の第１のコンデンサ部の共振点まで同等またはほぼ同等のインピーダンス値で連続した、広帯域な周波数‐インピーダンス特性を得ることができる。

図１ないし図６は、この発明の一実施形態による積層コンデンサ１を説明するためのものである。ここで、図１は、積層コンデンサ１の外観を示す斜視図であり、図２は、積層コンデンサ１の内部構造を示す正面図である。なお、図２において、積層コンデンサ１は、後述する図３および図４の線ＩＩ−ＩＩに沿う断面をもって示されている。

積層コンデンサ１は、相対向する２つの主面２および３ならびにこれら主面２および３間を連結する４つの側面４、５、６および７を有する直方体状のコンデンサ本体８を備えている。コンデンサ本体８は、主面２および３の方向に延びる、たとえば誘電体セラミックからなる積層された複数の誘電体層９をもって構成される積層構造を有している。

コンデンサ本体８は、図２に示すように、第１および第２のコンデンサ部１１および１２を構成している。この実施形態では、図６により明瞭に示されているように、第１のコンデンサ部１１と第２のコンデンサ部１２とは、積層方向に並ぶように配置され、しかも、１つの第２のコンデンサ部１２が２つの第１のコンデンサ部１１によって積層方向に挟まれるように配置されている。その結果、第１のコンデンサ部１１は、コンデンサ本体８における積層方向での両端に位置される。

図２に示すように、第１のコンデンサ部１１は、静電容量を形成するように所定の誘電体層９を介して互いに対向する少なくとも１対の第１および第２の内部電極１３および１４を備えている。他方、第２のコンデンサ部１２は、静電容量を形成するように所定の誘電体層９を介して互いに対向する少なくとも１対の第３および第４の内部電極１５および１６を備えている。

なお、図６において、参照符号「４１」を付した部分は、いずれの内部電極も形成されない外層部を示している。また、図６の下側に配線基板等によって与えられる実装面が位置している。

この実施形態では、より大きな静電容量を得るため、第１および第２の内部電極１３および１４の対の数ならびに第３および第４の内部電極１５および１６の対の数は、複数とされる。

図３は、第１のコンデンサ部１１の内部構造を示す平面図であり、（ａ）は、第１の内部電極１３が通る断面を示し、（ｂ）は、第２の内部電極１４が通る断面を示している。

図３（ａ）に示すように、第１の内部電極１３には、コンデンサ本体８の外表面、すなわち側面４〜７にまで引き出される複数、たとえば７つの第１の引出し部１７が形成されている。また、図３（ｂ）に示すように、第２の内部電極１４には、コンデンサ本体８の外表面、すなわち側面４〜７にまで引き出される複数、たとえば７つの第２の引出し部１８が形成されている。

コンデンサ本体８の側面４〜７の各々上には、第１の引出し部１７にそれぞれ電気的に接続される複数、たとえば７つの第１の外部端子電極１９、ならびに第２の引出し部１８にそれぞれ電気的に接続される複数、たとえば７つの第２の外部端子電極２０が形成されている。第１および第２の外部端子電極１９および２０は、図１および図２に示されるように、側面４〜７上から主面２および３の各々の一部上にまで延びるように形成されている。

第１の引出し部１７がそれぞれ引き出される側面４〜７上での各位置は、第２の引出し部１８がそれぞれ引き出される各位置と異なっており、したがって、第１の外部端子電極１９が設けられる側面４〜７上での各位置は、第２の外部端子電極２０の各位置と異なっている。そして、第１の外部端子電極１９と第２の外部端子電極２０とは、側面４〜７上において、交互に配置されている。

図４は、第２のコンデンサ部１２の内部構造を示す平面図であり、（ａ）は、第３の内部電極１５が通る断面を示し、（ｂ）は、第４の内部電極１６が通る断面を示している。

図４（ａ）に示すように、第３の内部電極１５には、コンデンサ本体８の外表面、すなわち側面５および７にまで引き出される少なくとも１つ、たとえば２つの第３の引出し部２１が形成されている。また、図４（ｂ）に示すように、第４の内部電極１６には、コンデンサ本体８の外表面、すなわち側面５および７にまで引き出される少なくとも１つ、たとえば２つの第４の引出し部２２が形成されている。

この実施形態では、第３の引出し部２１は、前述した第１の外部端子電極１９に電気的に接続され、第４の引出し部２２は、前述した第２の外部端子電極２０に電気的に接続されている。すなわち、第１の外部端子電極１９のいくつかは、第３の引出し部２１に電気的に接続されるべき第３の外部端子電極と共通であり、第２の外部端子電極２０のいくつかは、第４の引出し部２２に電気的に接続されるべき第４の外部端子電極と共通である。

上述のように、第３および第４の引出し部２１および２２が、それぞれ、第１および第２の引出し部１７および１８と共通する第１および第２の外部端子電極１９および２０に電気的に接続されていると、積層コンデンサ１自身において、第１のコンデンサ部１１と第２のコンデンサ部１２とを並列に接続した状態とすることができる。

なお、第３および第４の引出し部２１および２２にそれぞれ接続されるべき第３および第４の外部端子電極を、第１および第２の外部端子電極とは別に設けてもよい。

以上説明した実施形態では、各々１つの第３および第４の内部電極１５および１６についての第３および第４の引出し部２１および２２の各々の数は、各々１つの第１および第２の内部電極１３および１４についての第１および第２の引出し部１７および１８の各々の数より少ない。すなわち、前者が２つであり、後者が７つである。そのため、内部電極１３〜１６の材料等の他の条件が同じであれば、第１のコンデンサ部１１のＥＳＬを、第２のコンデンサ部１２のＥＳＬよりも低くすることができ、その結果、第１のコンデンサ部１１の共振周波数を、第２のコンデンサ部１２の共振周波数よりも高くすることができる。

他方、前述したように、第３および第４の引出し部２１および２２の各々の数が、第１および第２の引出し部１７および１８の各々の数より少ないため、内部電極１３〜１６あるいは引出し部１７、１８、２１および２２がＥＳＲに及ぼす影響が第１のコンデンサ部１１と第２のコンデンサ部１２とで変わらないとすれば、第２のコンデンサ部１２に含まれる１組の第３および第４の内部電極１５および１６ならびにその間の誘電体層９により与えられる１層あたりのＥＳＲを、第１のコンデンサ部１１に含まれる１組の第１および第２の内部電極１３および１４ならびにその間の誘電体層９により与えられる１層あたりのＥＳＲより高くすることができる。

以上のようなことから、積層コンデンサ１の特性は、第１のコンデンサ部１１による低ＥＳＬ特性が有効に働くとともに、第１のコンデンサ部１１のＥＳＲ特性と第２のコンデンサ部１２のＥＳＲ特性とが反映された高ＥＳＲ特性となる。したがって、積層コンデンサ１によれば、低ＥＳＬ化および高ＥＳＲ化の双方を実現することができる。

また、積層コンデンサ１において、前述したように、第１のコンデンサ部１１の共振周波数は、第２のコンデンサ部１２の共振周波数より高く、かつ、第１のコンデンサ部１１に含まれるすべての第１および第２の内部電極１３および１４ならびにそれらの各間の誘電体層９により与えられる合成ＥＳＲは、第２のコンデンサ部１２に含まれるすべての第３および第４の内部電極１５および１６ならびにそれらの各間の前記誘電体層９により与えられる合成ＥＳＲと同等またはほぼ同等とされている。

そのため、この積層コンデンサ１全体の特性としては、第１および第２のコンデンサ部１１および１２の両者の特性が合成され、低周波側の第２のコンデンサ部の共振点から高周波側の第１のコンデンサ部の共振点まで同等またはほぼ同等のインピーダンス値で連続した、広帯域な周波数‐インピーダンス特性を得ることができる。より具体的には、図５に示すように、インピーダンスを低くできる帯域を広くした、広帯域な周波数‐インピーダンス特性とすることができる。なお、図５では、周波数およびインピーダンスをそれぞれ示す各軸の目盛および数値は省略しているが、図５は、周波数‐インピーダンス特性の一般的な傾向を示していると理解すればよい。

以上、この発明を図示した実施形態に関連して説明したが、この発明の範囲内において、その他種々の変形例が可能である。

たとえば、内部電極に形成される引出し部の位置や数あるいは外部端子電極の位置や数については、種々に変更することができる。

また、図示の実施形態では、第１および第２の内部電極１３および１４が第１のコンデンサ部１１を構成するためだけに設けられ、かつ第３および第４の内部電極１５および１６が第２のコンデンサ部１２を構成するためだけに設けられたが、第１のコンデンサ部と第２のコンデンサ部との境界部に位置する内部電極が、第１および第２のコンデンサ部の双方のための内部電極として、すなわち、第１または第２の内部電極と第３または第４の内部電極とを兼ねる内部電極として設けられてもよい。

また、第１のコンデンサ部１１の共振周波数を第２のコンデンサ部１２の共振周波数より高くするため、前述した実施形態では、第１および第２の引出し部１７および１８の数（あるいは対の数）を第３および第４の引出し部２１および２２の数（あるいは対の数）より多くしたが、このような方法に加えて、内部電極１３〜１６の材料、パターンおよび／または積層数の変更による方法を採用してもよい。

また、前述した実施形態では、第２のコンデンサ部１２における１層あたりのＥＳＲを第１のコンデンサ部１１における１層あたりのＥＳＲより高くするため、第３および第４の引出し部２１および２２の数を第１および第２の引出し部１７および１８の数より少なくしたが、このような方法に加えて、第３および／または第４の内部電極１５および／または１６の材料を比抵抗のより高いものにしたり、第３および／または第４の内部電極１５および／または１６の厚みをより薄くしたり、第３および／または第４の引出し部２１および／または２２の幅または厚みを小さくしたりする方法を採用してもよい。

次に、この発明による効果を確認するために実施した実験例について説明する。

この実験例では、周知のように、複数のセラミックグリーンシートを用意し、特定のセラミックグリーンシート上に、引出し部を有する内部電極を導電性ペーストの印刷によって形成し、内部電極が形成されたセラミックグリーンシートを含む複数のセラミックグリーンシートを積層し、得られた積層体を焼成してコンデンサ本体を得、このコンデンサ本体の外表面上に外部端子電極を導電性ペーストの焼付けによって形成するという各工程を経て、表１に示した各試料に係る積層コンデンサを作製した。

各試料に係る積層コンデンサについて、コンデンサ本体の寸法は２．０ｍｍ×１．２５ｍｍ×０．５ｍｍとし、内部電極の総積層数を６４とし、静電容量の設計値を０．６８μＦとし、図１等に示した実施形態の場合と同様、外部端子電極の数を１４とし、第１のコンデンサ部における各１つの第１および第２の内部電極についての第１および第２の引出し部の各々の数を７とし、第２のコンデンサ部における各１つの第３および第４の内部電極についての第３および第４の引出し部の各々の数を２とした。また、内部電極の厚みを１μｍとし、引出し部の厚みを１μｍとし、引出し部の幅を１００μｍとした。

表１において、「第１のコンデンサ部」および「第２のコンデンサ部」の各欄には、「積層数」、「共振周波数」、「１層あたりＥＳＲ」および「全体合成ＥＳＲ」が示されている。

ここで、「全体合成ＥＳＲ」は、第１のコンデンサ部については、そこに含まれるすべての第１および第２の内部電極ならびにそれらの各間の誘電体層により与えられる合成ＥＳＲであり、第２のコンデンサ部については、そこに含まれるすべての第３および第４の内部電極ならびにそれらの各間の誘電体層により与えられる合成ＥＳＲである。

「１層あたりＥＳＲ」は、次のように求めたものである。コンデンサのＥＳＲは、電極１層あたりの抵抗をＲ、積層数をＮとしたとき、以下の式で表すことができる。
コンデンサのＥＳＲ＝Ｒ（４Ｎ−２）／Ｎ²
たとえば、第１のコンデンサ部では、第１のコンデンサ部全体のＥＳＲをコンデンサのＥＳＲとして逆算して、電極１層あたりの抵抗Ｒを算出し、このＲの値を上記数式に代入し、かつＮ＝２（コンデンサ１層は内部電極２枚が対向して形成される。）を上記数式に代入することにより、「１層あたりＥＳＲ」を算出している。

また、「合成ＥＳＲ差」は、第１のコンデンサ部の「全体合成ＥＳＲ」と第２のコンデンサ部の「全体合成ＥＳＲ」との差の絶対値を示している。

なお、表１において、試料１および７は、比較例である。ここで、試料１は、引出し部の数が７とされた第１のコンデンサ部のみを備えるもので、前述した特許文献１に記載の構造に対応している。他方、試料７は、引出し部の数が２とされた第２のコンデンサ部のみを備えるもので、前述した特許文献２に記載の構造に対応している。

試料２〜６については、「第１のコンデンサ部」の「共振周波数」が、「第２のコンデンサ部」の「共振周波数」より高いという条件と、「第２のコンデンサ部」の「１層あたりＥＳＲ」が、「第１のコンデンサ部」の「１層あたりのＥＳＲ」より高いという条件とを満たしている。

これら試料２〜６について、「合成ＥＳＲ差」を見ると、試料２および６では、比較的大きな値となっているが、試料３〜５では、極めて小さい値となっている。すなわち、試料３〜５では、第１のコンデンサ部の「全体合成ＥＳＲ」と第２のコンデンサ部の「全体合成ＥＳＲ」とがほぼ同等である。

このような状況の下、試料１〜７の各々について、周波数‐インピーダンス特性を求めたところ、それぞれ、図７〜図１３に示すような結果が得られた。なお、図７〜図１３に示したグラフにおいて、横軸の周波数および縦軸のインピーダンスは、ともに対数目盛で示されている。

図７〜図１３を比較すればわかるように、比較例である試料１（図７）および試料７（図１３）ならびに「合成ＥＳＲ差」が比較的大きい試料２（図８）および試料６（図１２）では、インピーダンスの低い帯域がそれほど広くはないが、「合成ＥＳＲ差」が極めて小さい試料３〜５（図９〜図１１）では、インピーダンスの低い帯域を比較的広くすることができた。

この発明の一実施形態による積層コンデンサ１の外観を示す斜視図である。図１に示した積層コンデンサ１の内部構造を示す正面図であり、図３および図４の線ＩＩ−ＩＩに沿う断面をもって示している。図２に示した第１のコンデンサ部１１の内部構造を示す平面図であり、（ａ）は、第１の内部電極１３が通る断面を示し、（ｂ）は、第２の内部電極１４が通る断面を示している。図２に示した第２のコンデンサ部１２の内部構造を示す平面図であり、（ａ）は、第３の内部電極１５が通る断面を示し、（ｂ）は、第４の内部電極１６が通る断面を示している。この発明に従って広帯域化された積層コンデンサの共振周波数を図解する、周波数‐インピーダンス特性図である。図１に示した積層コンデンサ１に備えるコンデンサ本体８における第１のコンデンサ部１１と第２のコンデンサ部１２との積層配置状態を示す図である。この発明による効果を確認するために実施した実験例において作製した試料１についての周波数‐インピーダンス特性を示す図である。上記実験例において作製した試料２についての周波数‐インピーダンス特性を示す図である。上記実験例において作製した試料３についての周波数‐インピーダンス特性を示す図である。上記実験例において作製した試料４についての周波数‐インピーダンス特性を示す図である。上記実験例において作製した試料５についての周波数‐インピーダンス特性を示す図である。上記実験例において作製した試料６についての周波数‐インピーダンス特性を示す図である。上記実験例において作製した試料７についての周波数‐インピーダンス特性を示す図である。

符号の説明

１積層コンデンサ
２，３主面
４〜７側面
８コンデンサ本体
９誘電体層
１１第１のコンデンサ部
１２第２のコンデンサ部
１３第１の内部電極
１４第２の内部電極
１５第３の内部電極
１６第４の内部電極

Claims

積層された複数の誘電体層をもって構成される積層構造を有し、相対向する２つの主面および前記主面間を連結する４つの側面を有するコンデンサ本体と、前記コンデンサ本体の側面上にそれぞれ形成される第１の外部端子電極、第２の外部端子電極、第３の外部端子電極および第４の外部端子電極とを備え、
前記第１および第２の外部端子電極は前記側面上において交互に配置され、
前記コンデンサ本体は、２つの第１のコンデンサ部および前記２つの第１のコンデンサ部によって積層方向に挟まれるように配置される１つの第２のコンデンサ部を構成していて、
前記第１のコンデンサ部は、静電容量を形成するように所定の前記誘電体層を介して互いに対向する少なくとも１対の第１および第２の内部電極を含み、
前記第２のコンデンサ部は、静電容量を形成するように所定の前記誘電体層を介して互いに対向する少なくとも１対の第３および第４の内部電極を含み、
前記第１および第２の内部電極は、それぞれ、前記コンデンサ本体の外表面にまで引き出されかつ前記第１および第２の外部端子電極に電気的に接続される第１および第２の引出し部を有し、
前記第３および第４の内部電極は、それぞれ、前記コンデンサ本体の外表面にまで引き出されかつ前記第３および第４の外部端子電極に電気的に接続される第３および第４の引出し部を有し、
前記第３および第４の引出し部の各々の数は、前記第１および第２の引出し部の各々の数より少なく、
前記第１のコンデンサ部の共振周波数は、前記第２のコンデンサ部の共振周波数より高く、
前記第２のコンデンサ部に含まれる１組の前記第３および第４の内部電極ならびにその間の前記誘電体層により与えられる１層あたりの等価直列抵抗は、前記第１のコンデンサ部に含まれる１組の前記第１および第２の内部電極ならびにその間の前記誘電体層により与えられる１層あたりの等価直列抵抗より高くされ、かつ、
前記第１のコンデンサ部に含まれるすべての前記第１および第２の内部電極ならびにそれらの各間の前記誘電体層により与えられる合成等価直列抵抗は、前記第２のコンデンサ部に含まれるすべての前記第３および第４の内部電極ならびにそれらの各間の前記誘電体層により与えられる合成等価直列抵抗と同等またはほぼ同等である、
積層コンデンサ。