JPH06176958A - 貫通形積層セラミックコンデンサの実装構造 - Google Patents

貫通形積層セラミックコンデンサの実装構造

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JPH06176958A
JPH06176958A JP4353425A JP35342592A JPH06176958A JP H06176958 A JPH06176958 A JP H06176958A JP 4353425 A JP4353425 A JP 4353425A JP 35342592 A JP35342592 A JP 35342592A JP H06176958 A JPH06176958 A JP H06176958A
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JP
Japan
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capacitor
grounding
substrate
ceramic capacitor
side surfaces
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JP4353425A
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Fumio Uchikoba
文男 内木場
Taku Ito
卓 伊藤
Makoto Furubayashi
眞 古林
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TDK Corp
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/0213Electrical arrangements not otherwise provided for
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/18Printed circuits structurally associated with non-printed electric components
    • H05K1/181Printed circuits structurally associated with non-printed electric components associated with surface mounted components

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  • Ceramic Capacitors (AREA)
  • Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】貫通形積層セラミックコンデンサにおいて、共
振周波数を上昇させることのできる実装構造を提供す
る。 【構成】基板10のコンデンサ搭載面に接地用パターン
16を形成し、該接地用パターン16と基板10の前記
搭載面以外の部分に設けられた接地層13とを基板に設
けた1つ以上のスルーホール17を介して接続する。前
記搭載面の接地用パターン16にコンデンサの接地用外
部電極6を少なくとも相対する2つの側面において接続
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高周波用貫通形積層セ
ラミックコンデンサの実装構造に関する。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】移動
体通信、衛星通信等の例を初めとして電子通信における
高周波、デジタル化は一つの傾向として定着してきてい
る。これに伴い、電子部品も高周波対応が盛んに行われ
てきた。コンデンサ素子については、かっての円盤形素
子から積層チップタイプに移行しており、これにより、
リード線が廃止された分の寄生インダクタンスの低減が
達成できるので、積層チップタイプへの移行は、高周波
対応という立場から考えると傾向に添ったものである。
すなわち、通常、コンデンサ素子の高周波側での使用限
界はこの寄生インダクタンスによって説明されることか
ら、積層チップタイプとすることは、高周波化に寄与す
ることになる。このことを以下に数式を用いて説明す
る。
【0003】コンデンサのインピーダンスZは、理想的
な場合、静電容量をC、信号周波数をf、複素記号をi
として、 Z=1/2πfCi (1) で記述される。しかしながら、実際にはリード線の有
無、電極の構造素子の実装方法などに応じてコンデンサ
素子は寄生インダクタンスを有し、また、それに応じた
純抵抗成分をも有する。従って、実際にはそのインピー
ダンスZは、寄生インダクタンスをLとし、純抵抗分を
Rとした場合、 Z=2πfLi+1/2πfCi+R (2) と記述できる。この式から分かるように、信号周波数が
低周波の場合は第1項の寄与は少なく、理想に近いと考
えられるが、周波数が上昇するにつれ、第1項の寄与が
顕著になり、もはやコンデンサとしては機能せず、むし
ろインダクターとして機能する領域に達する。このイン
ピーダンスの周波数特性を(2)式に従って考えると、
低周波側では周波数の上昇に伴いインピーダンスが単調
減少を示すが、 1/f=2π(LC)1/2 (3) を満たす共振周波数でインピーダンスの最小値Rを示
し、以降周波数の上昇に伴い単調増加を示す。また、位
相も共振周波数を前後に−i(1−δ)からi(1+
δ):(0<δ<1)に変化する。
【0004】以上議論したように、コンデンサ素子にお
いては、高周波に対する性能の指標の一つに自己共振周
波数が広く使われている。前述のように、積層チップコ
ンデンサはリード線がなく、寄生インダクタンスが円盤
形コンデンサよりも小さい特長を有し、高周波化にとっ
て優れた特性を示す。しかしながら、この場合でも寄生
インダクタンスがあり、昨今の著しい高周波化のもとで
はやはり高周波側での限界が見えてきている。つまり、
自己共振周波数を上げるためになるべく静電容量の小さ
くてすむような回路設計がその対処法となっていて、お
おかたの目安として、1GHzでは10pF以下の定数のも
のを使うようになっている。
【0005】こうしたなかで、実開昭49−12736
号公報において、図4(A)の斜視図およびそのE−
E、F−F断面図である(B)、(C)に示す構造の貫
通形積層コンデンサが提案されている。この貫通形積層
コンデンサは、接地用内部電極1と信号用内部電極2と
が誘電体層3を挟んでほぼ直角に交差して1組以上積層
され、前記信号用内部電極2は誘電体層3を貫通し、相
対する2つ側面に到達して該2つの側面に形成した信号
用外部電極4、5に接続され、前記接地用内部電極1は
誘電体層3を貫通して前記2つの側面にそれぞれ隣接し
かつ相対する2つの側面に到達して該2面に形成された
接地用外部電極6に接続したものである。また、図5
は、該図4の構造をベースとして提案され、特公昭64
−10927号公報において開示されたもので、接地用
外部電極6をコンデンサの全周に形成したものである。
図4、図5に示す貫通形積層コンデンサは、従来の積層
セラミックコンデンサに比べて自己共振周波数が2倍程
度あり、高周波に用いるコンデンサとして優れている。
【0006】本発明者は、上記した貫通形積層セラミッ
クコンデンサにおいて、共振周波数を上昇させることの
できる実装構造の提供を目的として鋭意研究し、特にコ
ンデンサの接地用外部電極と基板の接地回路との位置関
係によって100MHz以上の周波数領域では高周波化が
顕著になることを見いだし、ここにその実装構造を提案
するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板のコンデ
ンサ搭載面に接地用パターンを形成し、該接地用パター
ンと基板の前記搭載面以外の部分に設けられた接地層と
を基板に設けた1つ以上のスルーホールを介して接続
し、前記搭載面の接地用パターンに前記コンデンサの前
記接地用外部電極を少なくとも前記相対する2つの側面
において接続したことを特徴とする。前記コンデンサの
側面の接地用外部電極と前記スルーホールとの距離は5
mm以下とすることが好ましく、さらに3mm以下とするこ
とがより好ましい。
【0008】
【作用】本発明においては、コンデンサの接地用外部電
極が、基板上の接地用パターンとスルーホールを介して
基板の安定した接地層に短い距離で接地され、これによ
り、従来構造より共振周波数が上昇する。
【0009】
【実施例】特性測定を行うコンデンサの作製に当たって
は、積層セラミックコンデンサの作製技術を踏襲した。
すなわち、誘電体となる粉体を樹脂成分溶媒とともにス
ラリー状とし、このスラリーからドクターブレード法に
よってグリーシートを得た。このシートに貫通形積層コ
ンデンサとなるように、図4、5で示した接地用内部電
極1、信号用内部電極2をスクリーン印刷法により形成
した。印刷後のシートを適当な圧力で積層し、素子1個
ごとに分割し、その後焼成した。その後、外部電極4〜
6を形成してコンデンサを得た。これらのコンデンサは
その外形の信号用内部電極2の長さ方向の外形寸法
(縦)を3.2mm、横を1.6mmとし、高さを種々に変
化させた。作製したコンデンサの一覧を表1に示す。表
1における形状の欄において、従来の形状とは、接地用
内部電極がコンデンサ内部で貫通しない形状の積層セラ
ミックコンデンサである。
【0010】 表1(実施例に用いた積層コンデンサ) 静電容量 電極間距離 高さ寸法 試料番号 (pF) 形状 内部電極数 (μm) (mm) 1 120 図4 4 50 0.5 2 120 図5 4 50 0.5 3 280 図4 10 50 0.8 4 280 図5 10 50 0.8 5 560 図4 20 50 1.0 6 560 図5 20 50 1.0 7 1000 図4 38 50 1.2 8 3300 図4 50 15 1.5 9 420 図4 10 30 0.8 10 130 図4 10 100 0.8 11 130 図5 10 100 0.8 12 120 従来 4 50 0.5 13 280 従来 10 50 0.8 14 560 従来 20 50 1.0 これらの試料に対して、図3(A)に示す平面図および
(B)の側面図に示すように、本発明によるコンデンサ
の実装構造を採用した場合の特性測定のため、絶縁材で
なる基板10に図1(A)〜(C)、図2(A)に示す
ようにそれぞれ異なる態様のスルーホールを設けるか、
あるいは図2(B)に示すようにスルーホールを設けな
いものを用いてコンデンサ9を実装し、共振周波数を測
定する試験を行った。この基板10は、その表面に導体
膜でなるストリップライン11、12を形成し、裏面に
は接地層13を形成し、各ストリップライン11、12
間に試作したコンデンサ9を搭載し、各ストリップライ
ン11、12の端部をSMAコネクタ14、15に接続
してなるものである。
【0011】図1(A)〜(C)に示す本発明によるコ
ンデンサの実装構造をより詳しく説明すると、図1
(A)〜(C)の各図は、図4に示したように、接地用
外部電極6がコンデンサの側面2面に形成された構造を
持つものについて示す断面図であり、図1(A)は、基
板10上にコンデンサ9の接地用外部電極6に対応して
それぞれ接地用パターン16を形成し、基板10の裏面
の接地層13と各接地用パターン16とを、接地用外部
電極6になるべく近い2箇所に設けたスルーホール17
により接続し、前記各接地用パターン16にコンデンサ
9の接地用外部電極6を半田18によって接続したもの
である。図1(B)は、2箇所のスルーホール17をコ
ンデンサ9の接地用外部電極6からW(W=3mm)に示
す距離だけ離した例である。図1(C)は、図1(A)
の変形例であり、前記接地用パターン16を、コンデン
サ9の下面を横切るように配置した例である。
【0012】また、図2(A)の比較例は、図1(A)
の例のように、接地用外部電極6の直下にスルーホール
17を設けたものにおいて、一方の外部電極6のみにつ
いて半田18による接地用パターン16への接続を行っ
た例である。図2(B)は、スルーホール17を設け
ず、基板10の表面の接地用パターン16を側面導体1
9を介して裏面の接地層13に接続した例であり、従来
の実装構造を踏襲した構造である。
【0013】前記表1の素子各々ついて、図1、図2の
実装構造を採用し、共振周波数を測定した。この測定に
はマイクロ波ネットワークアナライザーを用いてS21
パラメーターの減衰特性から自己共振周波数を求めた。
ただし、従来からあるチップコンデンサは端子電極の形
状から図2(A)の実装構造で評価した。表2は表1に
示した各試料(図1(B)における例ではW=3mmの場
合を示す)を用いて図1、図2にそれぞれ示した実装構
造を採用した場合の共振周波数を示すものである。 表2(各実装構造と共振周波数の結果) 共振周波数(MHz) 試料番号 図1(A) 図1(B) 図1(C) 図2(A) 図2(B) 1 4000 3900 4050 2100 1980 2 4000 3950 4020 1950 1960 3 2300 2100 2300 1250 1100 4 2200 2000 2400 1150 1000 5 1200 1100 1210 450 400 6 1100 1150 1150 420 410 7 500 500 510 210 200 8 210 200 220 110 105 9 2000 2050 2010 600 600 10 2100 1900 2100 800 750 11 2200 2100 2250 820 800 12 − − − 1000 − 13 − − − 800 − 14 − − − 500 − なお、図1(B)の例において、W=5mmとした場合に
ついては表2で記述していないが、試料番号9の試料に
おいて、W=5mmとした場合は共振周波数が900MHz
となり、図2(B)に示す従来の実装構造の場合の60
0MHzよりかなり共振周波数が上昇した。
【0014】上記の試験結果から次のことが判明した。
スルーホール17はコンデンサ9の接地用外部電極6に
なるべく近いことが共振周波数を高くする上でより有効
であり、共振周波数を高くする意味で、図1(B)に示
す距離Wを5mm以下にすることが好ましく、より好まし
い距離は3mm以下である。また、図示を省略したが、ス
ルーホール17を2つではなく1つ設けた例についても
試験したところ、前記距離Wが3mm以内にあれば共振周
波数を高める上で有効であることが分かった。また、図
1(A)のように、基板10上の接地用パターン16を
分割した場合よりも、図1(C)のように、コンデンサ
9の真下を横切るように一連に形成することがより有効
であることが分かった。
【0015】また、静電容量が10000pF以上のコン
デンサは、自己共振周波数が100MHzよりも小さく、
実施例で示したように、スルーホール17を設けた場合
と、図2(B)のようにスルーホール17を設けない場
合とで同等の特性となった。このことから、本発明は、
10000pF未満の静電容量、または、100MHz以上
の周波数成分の除去を行う場合に効果的である。
【0016】上記実施例においては、基板10の裏面に
接地層13を設けた例を示したが、基板10の中間層に
接地層13を設けた多層基板を用いてその中間接地層と
コンデンサ搭載面の接地用パターン16とをスルーホー
ル17により接続する構造としてもよい。
【0017】
【発明の効果】請求項1によれば、自己共振周波数の高
い貫通形積層セラミックコンデンサにおいて、共振周波
数の高い実装構造が提供できることができるから、より
高い高周波化の要求に応えることが可能となる。
【0018】請求項2、3によれば、さらに高い共振周
波数の実装構造を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)、(B)、(C)はそれぞれ本発明によ
るコンデンサの実装構造の実施例を示す断面図である。
【図2】(A)、(B)はそれぞれ本発明の比較例の実
装構造を示す断面図である。
【図3】(A)、(B)はそれぞれ本発明の実装構造の
特性測定に用いた基板の構成を示す平面図及び側面図で
ある。
【図4】(A)は貫通形積層セラミックコンデンサの一
例を示す斜視図、(B)、(C)はそれぞれ(A)のE
−E、F−F断面図である。
【図5】貫通形積層セラミックコンデンサの他の例を示
す斜視図である。
【符号の説明】
1 接地用内部電極 2 信号用内部電極 3 誘電体層 4、5 信号用外部電極 6 接地用外部電極 9 コンデンサ 10 基板 11、12 ストリップライン 13 接地層 14、15 SMAコネクタ 16 接地用パターン 17 スルーホール 18 半田

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】接地用内部電極と信号用内部電極とが誘電
    体層を挟んでほぼ直角に交差して1組以上積層され、前
    記信号用内部電極は誘電体層を貫通し、コンデンサの相
    対する2つ側面に到達して該2つの側面に形成した信号
    用外部電極に接続され、前記接地用内部電極は誘電体層
    を貫通し、前記2つの側面に隣接しかつ相対する2つの
    側面に到達して少なくとも該2つの側面に形成された接
    地用外部電極に接続されてなる貫通形積層セラミックコ
    ンデンサにおいて、基板のコンデンサ搭載面に接地用パ
    ターンを形成し、該接地用パターンと基板の前記搭載面
    以外の部分に設けられた接地層とを基板に設けた1つ以
    上のスルーホールを介して接続し、前記搭載面の接地用
    パターンに前記コンデンサの前記接地用外部電極を少な
    くとも前記相対する2つの側面において接続したことを
    特徴とする貫通形積層セラミックコンデンサの実装構
    造。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記コンデンサの側面
    の接地用外部電極と前記スルーホールとの距離を5mm以
    下にしたことを特徴とする貫通形積層セラミックコンデ
    ンサの実装構造。
  3. 【請求項3】請求項1または2において、前記基板の前
    記搭載面の接地用パターンが、コンデンサの直下を横切
    るように形成されていることを特徴とする貫通形積層セ
    ラミックコンデンサの実装構造。
JP4353425A 1992-12-10 1992-12-10 貫通形積層セラミックコンデンサの実装構造 Pending JPH06176958A (ja)

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Effective date: 20020104