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JP2000182878A - コンデンサ - Google Patents

コンデンサ

Info

Publication number
JP2000182878A
JP2000182878A JP10361454A JP36145498A JP2000182878A JP 2000182878 A JP2000182878 A JP 2000182878A JP 10361454 A JP10361454 A JP 10361454A JP 36145498 A JP36145498 A JP 36145498A JP 2000182878 A JP2000182878 A JP 2000182878A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
divided
electrode layer
capacitor
layer
layers
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10361454A
Other languages
English (en)
Inventor
Naonori Nagakari
尚謙 永仮
Masahiro Sadakane
昌宏 貞金
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
Priority to JP10361454A priority Critical patent/JP2000182878A/ja
Publication of JP2000182878A publication Critical patent/JP2000182878A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】幅広い周波数領域でデカップリングコンデンサ
として機能し得る、大容量でかつ低インダクタンス構造
を有するコンデンサを提供する。 【解決手段】絶縁基板1の下側電極層3上に、誘電体層
5、上側電極層7を順次積層したコンデンサにおいて、
上側電極層7および誘電体層5を、積層方向に形成され
た分割溝9により複数に分割して、複数の分割上側電極
層7a、7b、複数の分割誘電体層5a、5bを形成
し、分割溝9底面に下側電極層3を露出せしめるととも
に、分割溝9底面の下側電極層3上に第1端子電極11
を形成し、分割上側電極層7a、7b上にそれぞれ第2
端子電極17、19を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はコンデンサに関し、
例えば、高速動作する電気回路に配設され、高周波ノイ
ズのバイパス用として、もしくは電源電圧の変動防止用
に供される、大容量、低インダクタンスのコンデンサに
関するものである。
【0002】
【従来技術】近年、電子機器の小型化、高機能化に伴
い、電子機器内に設置される電子部品にも小型化、薄型
化、高周波対応などの要求が強くなってきている。
【0003】特に、大量の情報を高速に処理する必要の
あるコンピュータの高速デジタル回路では、パーソナル
コンピュータレベルにおいても、CPUチップ内のクロ
ック周波数は400MHzから1GHz、チップ間バス
のクロック周波数も75MHzから100MHzという
具合に高速化が顕著である。
【0004】一方、IC回路の高速動作に伴う諸問題は
各素子の小型化よりも一層深刻な問題である。このう
ち、コンデンサの役割である高周波ノイズの除去機能に
おいて、特に重要となるのは、論理回路の同時切り替え
が同時に発生したときに生ずる電源電圧の瞬間的な低下
を、コンデンサに蓄積されたエネルギーを瞬時に供給す
ることにより低減する機能であり、いわゆるデカップリ
ングコンデンサと称されるものである。
【0005】このデカップリングコンデンサに要求され
る性能は、クロック周波数よりも速い負荷部の電流変動
に対して、いかにすばやく電流を供給できるかにある。
従って、100MHzから1GHzにおける周波数領域
に対してコンデンサとして確実に機能しなければならな
い。
【0006】この周波数領域で確実に機能させるために
は、デカップリングコンデンサ素子自身の持つインピー
ダンスを高周波の領域においても減少させ、貯えられた
電荷を瞬時に必要な電流として供給できる性能を有する
ことが非常に重要である。
【0007】必要な周波数領域でコンデンサ素子のイン
ピーダンスを最小にするためには、コンデンサ素子自身
の静電容量成分を大きくし、抵抗成分並びにインダクタ
ンス成分を小さくするか、等価直列インダクタンスES
Lと静電容量Cとで決定される共振周波数f0 =1/2
π(ESL・C)1/2 を必要周波数に合わせるように静
電容量を下げればよい。
【0008】前者の手法は、まず静電容量に関しては、
上述したように電極に狭持された誘電体層の厚みを薄く
することがもっとも有効である。抵抗成分は誘電体の誘
電損失および電極部の抵抗により決定され、電極部の抵
抗については数GHz以上で顕著になる表皮効果を別に
すれば、ほぼ一定値と考えればよい。
【0009】インダクタンスを減少させる方法としては
以下に示す3つの方法がある。第1の方法は電流経路の
長さを最小にする方法、第2は電流経路をループ構造と
しループ断面積を最小にする方法、第3は電流経路をn
個に分配して実効的なインダクタンスを1/nにする方
法である。これらの3つの方法は、特開昭60−947
16号公報、特公昭62−2449号公報、特開平4−
211191号公報等に開示されている。
【0010】しかしながら、積層型チップコンデンサに
おいては、電流の向きが同一方向であるため、各電極電
流が形成する磁場が重畳される。つまり相互インダクタ
ンスが大きくなるため、実効的な全インダクタンスを十
分に低減することはできなかった。
【0011】このようにコンデンサ素子のインダクタン
ス低減により、素子のインピーダンスを低減させる試み
はなされているが、使用できる領域はコンデンサの静電
容量とインダクタンスで決定される共振周波数付近のみ
である。これ以上の周波数領域で容量を下げて使用した
場合、上記共振周波数±数十MHz程度の領域でしか機
能しないコンデンサ素子になってしまう。
【0012】共振周波数付近でしかインピーダンスが下
がらない点を克服し、広い周波数領域において低インピ
ーダンスで機能するコンデンサ素子を実現する方法とし
ては、容量の異なるコンデンサ素子を並列接続する手段
が考えられている。
【0013】例えば、特開平6−77083号公報で開
示されているように、比誘電率の異なる複数の誘電体材
料を並列に配列し、大容量でかつ高周波特性に優れるコ
ンデンサを得る試みもある。
【0014】積層セラミックコンデンサにおいては、特
開平8−162368号公報に記載されているように、
1つのチップコンデンサ内で電極面積および誘電体層厚
みを変えることにより、容量の異なる2つのコンデンサ
を並列接続し、単一の部品で広い周波数領域でノイズ吸
収機能を発現される試みがなされている。このコンデン
サでは容量の異なる2つのコンデンサ素子の共振点で低
インピーダンスにすることができる。
【0015】また、特開平9−246098号公報に
は、各容量が異なるように各層の電極を形成し、各段を
インダクタ素子を介して並列接続することによっても同
様に広い周波数領域でノイズ吸収機能を発現させる試み
がなされている。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
6−77083号公報の薄膜コンデンサでは、コンデン
サ素子の外部端子電極を1対のままで、内部構造のコン
デンサを平面内で分割しても、等価回路は単一のコンデ
ンサ素子と何ら変わらないため、材料の誘電特性の並列
効果のみで、等価回路上の効果は現れていないと考えら
れる。
【0017】また、特開平8−162368号公報の並
列コンデンサでは、等価回路上は並列回路であるが、チ
ップ内の2つのコンデンサ素子の自己インダクタンスが
大きいと、その並列接続の大きな効果を得ることができ
ない。さらに、この構造では2つのコンデンサ素子自身
には同一方向の電流が流れてしまうため、2つのコンデ
ンサ間の相互インダクタンスが大きくなり、並列接続の
効果を期待することはできない。
【0018】また、特開平9−246098号公報の並
列コンデンサの間にインダクタ素子を挿入するコンデン
サでは、素子全体のインダクタンスが増大してしまい低
インピーダンス化に逆行する。さらに重要な問題とし
て、各共振点間には並列共振によるインピーダンスの極
大点が存在してしまう点が上げられる。この並列共振を
抑えないと100MHz以上の広い周波数領域でインピ
ーダンスを下げることはできない。
【0019】本発明は、上述の従来の諸問題を解消し、
幅広い周波数領域でコンデンサとしてデカップリングコ
ンデンサとして機能し得る、大容量でかつ低インダクタ
ンス構造を有するコンデンサを提供することを目的とす
る。
【0020】
【課題を解決するための手段】本発明のコンデンサは、
絶縁基板に形成された下側電極層上に、誘電体層、上側
電極層を順次積層したコンデンサにおいて、前記上側電
極層および前記誘電体層を、積層方向に形成された分割
溝により複数に分割して、複数の分割上側電極層、複数
の分割誘電体層を形成するとともに、前記分割溝底面に
前記下側電極層を露出せしめ、前記分割溝底面の前記下
側電極層上に第1端子電極を形成し、前記分割上側電極
層上にそれぞれ第2端子電極を形成したものである。こ
こで、上側電極層が2分割され、2つの長方形状の分割
上側電極層が形成されており、分割溝に沿った前記分割
上側電極層の長さをL、幅をWとすると、L/W≧2を
満足することが望ましい。
【0021】また、本発明のコンデンサは、絶縁基板に
形成された下側電極層上に、誘電体層と電極層とを交互
に積層してなり、前記電極層が下側から交互に偶数電極
層または奇数電極層とされたコンデンサにおいて、前記
偶数電極層、前記奇数電極層、および前記誘電体層を、
積層方向に形成された分割溝により複数に分割して、複
数の分割偶数電極層、複数の分割奇数電極層、および複
数の分割誘電体層を形成するとともに、前記分割溝底面
に前記下側電極層を露出せしめ、前記分割溝に沿った延
設部を介して前記分割奇数電極層を前記下側電極層に接
続し、かつ前記分割偶数電極層同士を接続し、さらに、
前記分割溝底面の前記延設部上に第1端子電極を形成
し、最上層の前記分割偶数電極層上にそれぞれ第2端子
電極を形成したものである。
【0022】
【作用】本発明のコンデンサでは、まず第1端子電極か
ら下側電極層を介して入力された電流は、複数に分割さ
れた分割上側電極層(分割偶数電極層、分割奇数電極
層)に流れるために、相互インダクタンスの影響を受け
ずに2方向以上に確実に分流されるとともに、等価回路
上、並列接続の効果が現れ、実効的なインダクタンスを
減少させることができる。
【0023】また、上側電極層が2分割され、2つの長
方形状の分割上側電極層が形成されており、分割溝に沿
った分割上側電極層の長さをL、幅をWとすると、L/
W≧2を満足することにより、2方向に分流された入力
電流がL/W比が2以上の分割上側電極層でさらに分流
され、素子全体の実効的なインダクタンスを大幅に減少
することができる。
【0024】この並列接続と分流効果を充分に発揮する
ことによって、幅広い周波数領域で低インピーダンス特
性を示すことが可能となる。
【0025】
【発明の実施の形態】図1は本発明のコンデンサの模式
図を示すもので、このコンデンサは、絶縁基板1上に下
側電極層3が形成され、この下側電極層3上に、誘電体
層5、上側電極層7を順次積層して構成されている。
【0026】そして、上側電極層7および誘電体層5
が、積層方向に形成された分割溝9により2つに分割さ
れ、2つの長方形状の分割上側電極層7a、7b、2つ
の分割誘電体層5a、5bが形成され、分割溝9の底面
に下側電極層3が露出されている。
【0027】また、分割溝9の底面の下側電極層3上に
は、5個の第1端子電極11が所定間隔を置いて形成さ
れ、分割上側電極層7a、7bにはそれぞれ電極引出部
13、15が5個形成され、これらの電極引出部13、
15上にはそれぞれ第2端子電極17、19が形成され
ている。5個の第1端子電極11と5個の第2端子電極
17、19は、分割誘電体層5a、5bを介して対向し
て形成されている。
【0028】これらの第1端子電極11、第2端子電極
17、19が、基板に形成された電極に接続され、本発
明のコンデンサが基板に搭載されることになる。
【0029】そして、分割溝9に沿った分割上側電極層
7a、7bの辺の長さをL、この辺と直交する幅をWと
すると、L/W≧2を満足している。
【0030】尚、第1端子電極11と第2端子電極1
7、19間の絶縁性を確保するため、作製されたコンデ
ンサの上面に絶縁性の保護膜を形成することが望まし
い。この場合には、先ず、第1端子電極11、第2端子
電極17、19を形成する前に、これらの端子電極1
1、17、19の形成位置には保護膜が形成されないよ
うに予めマスクを施し、保護膜を形成した後に、端子電
極11、17、19を形成する。
【0031】また、分割溝9の幅Bは、第1端子電極1
1と第2端子電極17、19が電気的に接続されなけれ
ばよく、特に限定されないが、分割溝9の幅Bが広すぎ
ると第1端子電極11と第2端子電極17、19の距
離、並びにコンデンサの外形寸法が大きくなり、全イン
ダクタンスが増大してしまうので、分割溝9の幅Bは
0.2mm以下であることが望ましい。
【0032】さらに、絶縁基板1としてはアルミナ、サ
ファイア、窒化アルミ、MgO単結晶、SrTiO3
結晶、表面酸化シリコン、ガラス、石英等から選択され
るもので特に限定されない。
【0033】また、電極層材料としては、白金(P
t)、金(Au)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)、
低抵抗のCu、Ni等が好適に使用可能であり、誘電体
層との反応性が小さい材料であれば特に限定されず、ス
クリーン印刷、スパッタ等の手法で形成可能であればよ
い。
【0034】また、第1端子電極11と第2端子電極1
7、19は、半田ボール若しくは半田ペースト等により
形成される半田バンプやAg−Pd等のペーストのスク
リーン印刷、Ni−半田メッキ、Ni−Snメッキ等の
公知の技術で形成可能であればよい。
【0035】さらに、誘電体層材料は、高周波領域にお
いて高い誘電率を有するものであれば良いが、Pb、M
g、Nbを含むペロブスカイト型酸化物結晶からなる誘
電体や、それ以外のPZT、PLZT、BaTiO3
SrTiO3 、Ta2 5 や、これらに他の金属を添加
したり、置換した化合物であってもよく、特に限定され
るものではない。また、薄膜タイプの場合、膜厚は高い
容量と絶縁性を確保するため、0.3〜1.0μm、特
に0.4〜0.8μmの膜厚が望ましい。
【0036】以上のように構成されたコンデンサでは、
まず第1端子電極11から下側電極層3を介して入力さ
れた電流は、図1に示すように、2つに分割された分割
上側電極層7a、7bに流れるために、相互インダクタ
ンスの影響を受けずに2方向に確実に分流されるととも
に、等価回路上、並列接続の効果が現れ、実効的なイン
ダクタンスを減少することができる。
【0037】また、分割溝9に沿った分割上側電極層7
a、7bの長さをL、幅をWとすると、L/W≧2を満
足しているため、第1端子電極11に入力された電流が
分割上側電極層7a、7bにおいて大きく分流すること
ができ、全体の実効的なインダクタンスを大幅に減少す
ることができる。
【0038】そして、並列接続と分流効果を充分に発揮
することによって、幅広い周波数領域で低インピーダン
ス特性を示すコンデンサを得ることができる。
【0039】尚、上記例では、上側電極層7および誘電
体層5を分割溝9により2つに分割した例について説明
したが、3つ以上に分割しても良いことは勿論である。
【0040】図2は本発明の積層型のコンデンサの模式
図を示すもので、このコンデンサは、絶縁基板37上に
形成された下側電極層38上に、誘電体層39と電極層
とを交互に積層してなり、電極層が下側から交互に偶数
電極層41または奇数電極層43とされている。
【0041】偶数電極層41、奇数電極層43、および
誘電体層39は、積層方向に形成された分割溝45によ
り2つに分割され、2つの分割偶数電極層41a、41
b、2つの分割奇数電極層43a、43b、および2つ
の分割誘電体層39a、39bが形成され、分割溝45
の底面には下側電極層38が露出している。
【0042】そして、分割奇数電極層43a、43bに
は、分割溝45に沿った延設部49が接続されており、
分割奇数電極層43a、43bは、延設部49により下
側電極層38に接続されている。この延設部49は、分
割奇数電極層43a、43bを作製する際に同時に形成
することもできる。この延設部49上には第1端子電極
51が形成されている。
【0043】また、分割偶数電極層41a、41b同士
は、電極引出部52、53で接続され、最上層の分割偶
数電極層41a、41b上にはそれぞれ第2端子電極5
4、55が形成されている。
【0044】このコンデンサでは、第1端子電極51、
第2端子電極54、55の形成位置を除いて、上面に絶
縁性の保護膜57が形成されており、この保護膜57に
形成されたホール内に第1端子電極51、第2端子電極
54、55が形成されている。尚、第1端子電極51
は、保護膜57に形成されたホール内に導体が充填さ
れ、この導体により下側電極層38と接続されている。
【0045】また、このコンデンサでも、上記例と同様
に、分割溝45に沿った分割電極層41a、41b、4
3a、43bの長さをL、幅をWとすると、L/W≧2
を満足している。
【0046】以上のように構成された積層型のコンデン
サでも、上記例と同様の効果を得ることができるが、こ
のコンデンサではさらに静電容量を増加できる。
【0047】
【実施例】各電極層の形成は高周波マグネトロンスパッ
タ法を用いた。まず、スパッタ用ガスとしてプロセスチ
ャンバー内にArガスを導入し、真空排気により圧力は
6.7Paに維持した。スパッタ時には成膜する材料種
のターゲット位置に基板ホルダーを移動させ、基板−タ
ーゲット間距離は60mmに固定した。
【0048】次に、基板ホルダーとターゲット間には外
部の高周波電源により13.56MHzの高周波電圧を
印加し、ターゲット背面に設置された永久磁石により形
成されたマグネトロン磁界により、ターゲット近傍に高
密度のプラズマを生成させてターゲット表面のスパッタ
を行った。
【0049】本実施例では、基板に最近接のターゲット
にのみ印加してプラズマを生成した。基板ホルダーはヒ
ータによる加熱機構を有しており、スパッタ成膜中の基
板温度は一定となるよう制御した。また、基板ホルダー
に設置された基板のターゲット側には厚さ0.1mmの
金属マスクが設置されており、成膜パターンに応じて必
要なマスクが基板成膜面にセットできる構造とした。
【0050】誘電体層は全てゾルゲル法にて作製した。
即ち、酢酸MgとNbエトキシドを1:2のモル比で秤
量し、1,3−プロパンジオール中で還流操作(約12
4℃で6時間)を行い、MgNb複合アルコキシド溶液
(Mg=5.0mmol、Nb=10.0mmol、
1、3−プロパンジオール100mmol)を合成し
た。次にこのMgNb複合アルコキシド溶液に酢酸鉛
(三水和物)15mmolを添加し、60℃で溶解さ
せ、Pb(Mg1/3 Nb2/3 )O3 (PMN)前駆体溶
液を合成した。
【0051】そして、図1に示す下側電極層(0.9m
m×1.0mm)のマスクパターンにより、0.3μm
厚みのAu電極が形成された厚さ0.25mmのアルミ
ナの基板上に、前記塗布溶液をスピンコーターで塗布
し、乾燥させた後、約400℃で熱処理を1分間行い、
ゲル膜を作製した。
【0052】塗布溶液の塗布−熱処理の操作を繰り返し
た後、約800℃で2分間(大気中)の焼成を行い、膜
厚0.7μmのPMN薄膜を得た。得られた薄膜のX線
回折結果より、ペロブスカイト生成率を計算するとそれ
ぞれ約95%であった。その後、フォトレジスト工程に
より、誘電体膜のパターニングを行った。
【0053】この誘電体層表面に、図1の上側電極層の
マスクパターンによってAu電極をスパッタ蒸着した。
分割上側電極層間の距離は0.2mm、個々の分割上側
電極層の面積は1.0mm×0.35mmであり、L/
W比は2.85であった。
【0054】また、L/W比の異なる試料も同様に作製
した。それぞれの素子形成後、光感光性樹脂を用い、ビ
アホールを有する保護膜を形成し、そのビアホール内
に、半田ペーストのスクリーン印刷により、半田ペース
トを印刷した後、リフロー処理によって、直径0.1m
mの半田バンプを15個形成し、第1端子電極および第
2端子電極(端子間距離0.6mm)を形成し、図1に
示したような薄膜コンデンサを得た。
【0055】作製した薄膜コンデンサの1MHzから
1.8GHzでのインピーダンス特性をインピーダンス
アナライザー(ヒューレットパッカード社製HP429
1A)とマイクロ波プローブ(ピコプローブ社製)を用
いて、静電容量およびインダクタンスを測定した。この
結果を表1に示す。
【0056】
【表1】
【0057】この表1から、L/W比が2以上の場合に
は、静電容量が大きく、またインダクタンスも小さいこ
とが判る。尚、図3に、表1の試料No.1のインピーダ
ンス特性を示した。この試料では、広い周波数領域で低
いインピーダンス特性を有することが判る。
【0058】尚、表1における静電容量は1MHzの
値、インダクタンスはL=1/(2πfo)2 ×Cから
計算した値である。
【0059】
【発明の効果】本発明のコンデンサでは、下側電極層か
ら入力された電流は2つ以上に分割された分割上側電極
層に流れるために、相互インダクタンスの影響を受けず
に2方向以上に確実に分流されるとともに、等価回路
上、並列接続の効果が現れ、実効的なインダクタンスを
減少させることができる。さらに2方向に分流された入
力電流がL/W比が2以上の分割上側電極層上でさらに
分流され、実効的な素子全体のインダクタンスを大幅に
減少することができる。この並列接続と分流効果を充分
に発揮することによって、幅広い周波数領域で低インピ
ーダンス特性を示すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のコンデンサを示すもので、(a)は平
面図、(b)は(a)のA−A線に沿った断面図であ
る。
【図2】本発明の積層型のコンデンサの断面図である。
【図3】試料No.1の薄膜コンデンサのインピーダンス
特性を示す図である。
【符号の説明】
1、37・・・絶縁基板 3、38・・・下側電極層 5、39・・・誘電体層 5a、5b、39a、39b・・・分割誘電体層 7・・・上側電極層 7a、7b・・・分割上側電極層 9、45・・・分割溝 11、51・・・第1端子電極 17、19、54、55・・・第2端子電極 41a、41b・・・分割偶数電極層 43a、43b・・・分割奇数電極層 49・・・延設部

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁基板に形成された下側電極層上に、誘
    電体層、上側電極層を順次積層したコンデンサにおい
    て、前記上側電極層および前記誘電体層を、積層方向に
    形成された分割溝により複数に分割して、複数の分割上
    側電極層、複数の分割誘電体層を形成するとともに、前
    記分割溝底面に前記下側電極層を露出せしめ、前記分割
    溝底面の前記下側電極層上に第1端子電極を形成し、前
    記分割上側電極層上にそれぞれ第2端子電極を形成した
    ことを特徴とするコンデンサ。
  2. 【請求項2】上側電極層が2分割され、2つの長方形状
    の分割上側電極層が形成されており、分割溝に沿った前
    記分割上側電極層の長さをL、幅をWとすると、L/W
    ≧2を満足することを特徴とする請求項1記載のコンデ
    ンサ。
  3. 【請求項3】絶縁基板に形成された下側電極層上に、誘
    電体層と電極層とを交互に積層してなり、前記電極層が
    下側から交互に偶数電極層または奇数電極層とされたコ
    ンデンサにおいて、前記偶数電極層、前記奇数電極層、
    および前記誘電体層を、積層方向に形成された分割溝に
    より複数に分割して、複数の分割偶数電極層、複数の分
    割奇数電極層、および複数の分割誘電体層を形成すると
    ともに、前記分割溝底面に前記下側電極層を露出せし
    め、前記分割溝に沿った延設部を介して前記分割奇数電
    極層を前記下側電極層に接続し、かつ前記分割偶数電極
    層同士を接続し、さらに、前記分割溝底面の前記延設部
    上に第1端子電極を形成し、最上層の前記分割偶数電極
    層上にそれぞれ第2端子電極を形成したことを特徴とす
    るコンデンサ。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100450331B1 (ko) * 2000-08-30 2004-10-01 알프스 덴키 가부시키가이샤 온도 보상용 박막 콘덴서
JP2007201464A (ja) * 2006-01-26 2007-08-09 Hanwang Technology Co Ltd 容量が変化する装置及び手書き入力機器

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