JP5974653B2

JP5974653B2 - 積層コンデンサの使用方法

Info

Publication number: JP5974653B2
Application number: JP2012133217A
Authority: JP
Inventors: 良直西岡
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2012-06-12
Filing date: 2012-06-12
Publication date: 2016-08-23
Anticipated expiration: 2032-06-12
Also published as: JP2013258278A

Description

本発明は、積層コンデンサの使用方法、特に、複数の誘電体層を積層してなる積層体に複数のコンデンサ電極を誘電体層を介して互いに対向して配置し、積層体の表面に各コンデンサ電極と接続した外部電極を設けた積層コンデンサの使用方法に関する。

近年、携帯電話機やノート型パソコンなどのモバイル型電子機器の高性能化に伴って、それらに搭載されているＣＰＵなどの高性能化が進んでいる。そのため、消費電力を低くすることが困難になってきている。他方、モバイル型電子機器はバッテリーでより長時間駆動可能であることが求められている。そのため、電源装置の変換効率の向上が強く求められている。この種の電源装置としては、変換効率において優れているＤＣ−ＤＣコンバーターが広く用いられている。ＤＣ−ＤＣコンバーター回路では、入力部分や出力部分にコンデンサが用いられており、入力部分に用いられるコンデンサは、電源ノイズを除去するために用いられるため、等価直列抵抗が低いこと、及び、静電容量が高いことが望ましい。

また、ＤＣ−ＤＣコンバーターでは、その動作原理によりリップル電圧が不可避的に生じる。このリップル電圧は、出力側のコンデンサのインピーダンスに依存している。そのため、リップル電圧を抑制するには、出力側に配置されるコンデンサの等価直列インダクタンス及び等価直列抵抗が低いことが望ましい。

電源装置のさらなる小型化のためには、それに用いられるコンデンサに対してもさらなる小型化が求められている。そこで、大きな静電容量、低い等価直列抵抗、低い等価直列インダクタンスを実現でき、さらなる小型化が可能な積層セラミックコンデンサが用いられている。

ところで、誘電体層とコンデンサ電極とが積層されてなる積層コンデンサでは、リップル成分を含む電圧を印加すると容量部において電歪現象が発生し、積層体が伸縮する。積層コンデンサの小型化・薄層化の進展に伴い、誘電体への印加電界が強くなり、電歪現象が無視できなくなってきた。回路基板に搭載（はんだ付け）された積層コンデンサに伸縮振動が生じると、回路基板に伝搬されて回路基板が振動し、その振動数が可聴域である２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚになると人間の耳に「基板鳴き」として認識される。

このような「基板鳴き」を防止・低減するために従来様々な提案がなされている。例えば、特許文献１には、二つの積層コンデンサを回路基板の表面に並置し、二つの積層コンデンサに印加される充放電のリップル成分によって発生する振動波の振幅動作を、ほぼ逆相の等振幅関係となるように構成することを提案している。

しかしながら、一般的な積層コンデンサは角柱であることが多く、実装のためにマウンターで吸着する際に９０°回転し、コンデンサ電極が実装面と平行になったり、垂直になったりした状態で実装されるおそれがある。従って、特許文献１に記載の実装形態では、実装方向の食い違いによって電歪現象で二つのコンデンサに生じる振動が狙いからずれてしまうという問題点を有している。また、二つのコンデンサを回路基板上に実装する必要があるので、回路設計の自由度が損なわれたり、実装効率が低下するという問題点もあった。

特開２００２−２３２１１０号公報

本発明の目的は、単一の素子で基板鳴きを低減することのできる積層コンデンサの使用方法を提供することにある。

本発明の一形態である積層コンデンサの使用方法は、
複数の誘電体層を積層してなる直方体状の積層体と、前記積層体の内部に配置された第１コンデンサ電極、第２コンデンサ電極及び第３コンデンサ電極と、前記積層体の外面に配置されて第１コンデンサ電極、第２コンデンサ電極及び第３コンデンサ電極のそれぞれと接続された第１外部電極、第２外部電極及び第３外部電極と、を備え、
第１コンデンサ電極と第２コンデンサ電極とが誘電体層を挟んで対向して第１容量部を形成し、第２コンデンサ電極と第３コンデンサ電極とが誘電体層を挟んで第２容量部を形成し、
前記第２コンデンサ電極は、前記積層体における対向する２つの面で前記第２外部電極に引き出される引き出し部を有する、
積層コンデンサの使用方法であって、
第１容量部に印加する第１交流電圧の位相と第２容量部に印加する第２交流電圧の位相とがずれるように、第１外部電極、第２外部電極及び第３外部電極を外部回路に接続すること、
を特徴とする。

前記積層コンデンサの使用方法においては、第１容量部に印加する第１交流電圧の位相と第２容量部に印加する第２交流電圧の位相とがずれているため、第１容量部と第２容量部で発生する積層体の伸縮が打ち消し合うことになり、積層コンデンサが実装された回路基板が振動することが抑制され、その結果、基板鳴きが抑制される。

本発明によれば、単一の積層コンデンサのみで積層体の伸縮が基板に伝達されるのを抑制できる。それゆえ、回路設計において高い自由度を保持し、実装効率を低下させることなく、基板鳴きを低減することができる。

一実施例である積層コンデンサの内部構造を示す斜視図である。前記積層コンデンサを示す断面図である。前記積層コンデンサの等価回路図である。前記積層コンデンサを用いたＤＣ−ＤＣコンバーターの回路を示すブロック図である。

以下、本発明に係る積層コンデンサの実施例について添付図面を参照して説明する。

図１及び図２に示す積層コンデンサ１は、複数の誘電体層を積層してなる積層体１０と、該積層体１０の内部に配置された第１コンデンサ電極１１、第２コンデンサ電極１２及び第３コンデンサ電極１３と、積層体１０の外面に配置されて第１コンデンサ電極１１、第２コンデンサ電極１２及び第３コンデンサ電極１３のそれぞれと接続された第１外部電極２１、第２外部電極２２及び第３外部電極２３と、を備えている。

詳しくは、第１コンデンサ電極１１は、積層体１０の上半分部分に３層積層されており、右側端部１１ａにおいて積層体１０の右側端部に形成された第１外部電極２１と接続されている。第３コンデンサ電極１３は、積層体１０の下半分部分に３層積層されており、左側端部１３ａにおいて積層体１０の左側端部に形成された第３外部電極２３と接続されている。第１及び第３外部電極２１，２３はそれぞれ積層体１０の左右端面から隣接する上下面及び両側面に若干量だけ折り返された状態で形成されている。

第２コンデンサ電極１２は、前記第１及び第３コンデンサ電極１１，１３と誘電体層を挟んで対向するように積層されており、両側部に形成した引出し部１２ａにおいて第２外部電極２２と接続されている。第２外部電極２２は、積層体１０の下面から両側面に立ち上がり、上面に若干量だけ折り返された状態で形成されている。

第１コンデンサ電極１１と第２コンデンサ電極１２とが誘電体層を挟んで対向して第１容量部Ｃ１を形成し、第２コンデンサ電極１２と第３コンデンサ電極１３とが誘電体層を挟んで第２容量部Ｃ２を形成している。この積層コンデンサ１において、積層体１０の下面が図示しない回路基板への実装面となる。

以上の構成からなる積層コンデンサは、図３に示す等価回路を備えている。即ち、第１及び第２コンデンサ電極１１，１２で形成される第１容量部Ｃ１と、第２及び第３コンデンサ電極１２，１３で形成される第２容量部Ｃ２とが直列に接続されている。

第１及び第２外部電極２１，２２には第１電源３１が接続され、第２及び第３外部電極２２，２３には第２電源３２が接続される。そして、第１電源３１からは第１容量部Ｃ１に第１の直流に交流が重畳された第１交流電圧が印加され、第２電源３２からは第２容量部Ｃ２に第２の直流に交流が重畳された第２交流電圧が印加される。この場合、第１交流電圧の位相と第２交流電圧の位相とは所定量ずれるように調整されている。

このように、第１容量部Ｃ１に印加する第１交流電圧（直流に交流が重畳された電圧）の位相と第２容量部Ｃ２に印加する第２交流電圧（直流に交流が重畳された電圧）の位相とがずれているため、それぞれの直流電圧に交流のリップル成分が含まれていても、第１容量部Ｃ１と第２容量部Ｃ２で発生する積層体１０の伸縮が打ち消し合うことになる。即ち、第１容量部Ｃ１が積層方向に対して伸びる方向に変位するとき、第２容量部Ｃ２は積層方向に対して電圧非印加状態に近づく方向に変位し、また、第２容量部Ｃ２が積層方向に対して伸びる方向に変位するとき、第１容量部Ｃ１は積層方向に対して電圧非印加状態に近づく方向に変位する。それゆえ、積層コンデンサ１が実装された回路基板が振動することが抑制され、結果的に基板鳴きが抑制されることになる。

第１交流電圧と第２交流電圧との位相差は特に限定されるものではない。１８０°の位相差であれば振動を最も好ましく減衰させることができる。本発明者によれば、１８０°±９０°の位相差であっても十分な減衰効果を得ることが確認されている。また、直流に重畳される交流は、矩形波、三角波であったとしても、基板鳴き抑制効果がある。

（他の実施形態）
なお、本発明に係る積層コンデンサの使用方法は、前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。

特に、積層体やコンデンサ電極の細部の形状は任意である。コンデンサの容量も任意であるが、通常は１μＦ以上の容量のコンデンサが鳴くことが知られている。また、前記実施例では容量部Ｃ１，Ｃ２を直列に接続したものを示したが、並列に接続してもよい。あるいは、２以上の任意の数の容量部が積層されていてもよい。

また、本発明に係る積層コンデンサは、図４に示すようなＤＣ−ＤＣコンバーターの回路で使用することが好ましい。具体的には、直流電源４０と電圧変換回路４１との間に設けられた第１容量部Ｃ３に、電圧変換回路４１によって入力直流電圧に交流のリップル電圧が重畳された電圧が印加され、電圧変換回路４１と負荷回路４２との間に設けられた第２容量部Ｃ４に、出力直流電圧に交流のリップル電圧が重畳された電圧が印加されるような回路である。このような回路設計では、基板鳴きが発生しやすいため、本発明に係る積層コンデンサの使用が特に有用である。

以上のように、本発明は、積層コンデンサの使用において有用であり、特に、単一の素子で基板鳴きを低減することができる点で優れている。

１…積層コンデンサ
１０…積層体
１１，１２，１３…コンデンサ電極
２１，２２，２３…外部電極
３１，３２…電源
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４…容量部

Claims

複数の誘電体層を積層してなる直方体状の積層体と、前記積層体の内部に配置された第１コンデンサ電極、第２コンデンサ電極及び第３コンデンサ電極と、前記積層体の外面に配置されて第１コンデンサ電極、第２コンデンサ電極及び第３コンデンサ電極のそれぞれと接続された第１外部電極、第２外部電極及び第３外部電極と、を備え、
第１コンデンサ電極と第２コンデンサ電極とが誘電体層を挟んで対向して第１容量部を形成し、第２コンデンサ電極と第３コンデンサ電極とが誘電体層を挟んで第２容量部を形成し、
前記第２コンデンサ電極は、前記積層体における対向する２つの面で前記第２外部電極に引き出される引き出し部を有する、
積層コンデンサの使用方法であって、
第１容量部に印加する第１交流電圧の位相と第２容量部に印加する第２交流電圧の位相とがずれるように、第１外部電極、第２外部電極及び第３外部電極を外部回路に接続すること、
を特徴とする積層コンデンサの使用方法。
第１交流電圧の位相と第２交流電圧の位相とが１８０°又は１８０°±９０°ずれるように、第１外部電極、第２外部電極及び第３外部電極を外部回路に接続すること、を特徴とする請求項１に記載の積層コンデンサの使用方法。