JP4748177B2 - 積層コンデンサ - Google Patents

Description

本発明は、積層コンデンサ、特に、光通信モジュール等の高周波回路に用いられ、広帯域での通過特性を有する積層コンデンサに関する。

近年、高速通信の拡大に伴って、光ファイバ通信などに代表される高速光通信が急速に進展している。このような高速光通信用の電子部品については、１０ｋＨｚ〜４０ＧＨｚという広い周波数帯域における通過特性が必要とされている。

光通信で高速伝送を行うデバイスには、電気信号と光信号とを変換するＥ／Ｏモジュールと、広帯域で高周波信号を増幅する増幅器が必要である。このようなデバイスを用いた回路に使用されるコンデンサは広帯域でのカップリング能力が要求されている。

従来、この種の高周波回路には、単板のマイクロチップコンデンサが用いられていた。しかし、単板のマイクロチップコンデンサはその構造からインダクタンスを低く設定できるが、静電容量を大きくとることができないという問題点を有していた。しかも、基板上の配線との接続にはワイヤや金属板を必要とするため、結果的にインダクタンスが大きくなっていた。

一方、誘電体層と静電容量を形成するための内部電極とを積層した積層コンデンサが種々提供されており、一般的な積層コンデンサでは大きな静電容量を確保できるが、インダクタンスをあまり低くすることができないという問題点を有している。入出力端子を多端子構造にすることでインダクタンスを低くする対策が考えられているが、基板の配線が複雑になり、基板の配線におけるインダクタンスが大きくなるという新たな問題点が発生している。それゆえ、二端子の単純な構造で、高容量、低インダクタンスの積層コンデンサが要望されている。

ところで、特許文献１には、基板への実装面に外部接続用の電極を設けた積層コンデンサが提案されている。この積層コンデンサの場合、積層体の両端面に外部電極が形成されている従来の一般的な積層コンデンサと比べて、外部電極が実装面に位置することによって、インダクタンスを低減できる効果を奏する。

一方、コンデンサの通過特性は、コンデンサの共振周波数より低い帯域では静電容量が影響し、高い帯域ではインダクタンスが影響する。そして、１０ｋＨｚ〜４０ＧＨｚの広い周波数帯域に用いるコンデンサにあっては、例えば、静電容量が０．１μＦで、インダクタンス（等価直列インダクタンス、以下単にＥＳＬと称する）が２５０ｐＨの特性が必要とされる。

前記特許文献１に記載の積層コンデンサでは、他の一般的な積層コンデンサに比べてＥＳＬを低くすることが可能ではあるが、それでもＥＳＬ２５０ｐＨ以下を実現することはできないのが現状である。
特開平１１−２８８８３９号公報（図１、図２、図３）

そこで、本発明の目的は、高容量を確保できることは勿論、広い周波数帯域に用いるのに必要とされる２５０ｐＨ以下のＥＳＬを実現できる積層コンデンサを提供することにある。

以上の目的を達成するため、本発明は、誘電体層と静電容量を形成するための内部電極とが積層されており、該内部電極が実装面と直交する方向に位置し、該内部電極から引き出された引出電極が積層体の表面に設けた外部電極と電気的に接続されている積層コンデンサにおいて、
前記積層体は、前記実装面に対向する上面と、前記実装面及び前記上面を結ぶ第１の側面と、前記実装面及び前記上面を結びかつ前記第１の側面と対向する第２の側面と、を有し、
前記内部電極は互いに対向する第１及び第２の内部電極を有し、第１及び第２の内部電極は前記積層体の角部には引き出されておらず、
前記外部電極は、前記実装面において前記第１の内部電極の引出電極と電気的に接続される一つの第１の外部電極と、前記実装面において前記第２の内部電極の引出電極と電気的に接続される一つの第２の外部電極と、を有し、
前記第１の外部電極は、前記実装面と前記第１の側面と前記上面とに跨って配置され、かつ、前記第１の内部電極の引出電極と前記実装面、前記上面及び前記第１の側面で電気的に接続され、該第１の側面においては高さ方向の中央部分で引出電極と電気的に接続され、
前記第２の外部電極は、前記実装面と前記第２の側面と前記上面とに跨って配置され、かつ、前記第２の内部電極の引出電極と前記実装面、前記上面及び前記第２の側面で電気的に接続され、該第２の側面においては高さ方向の中央部分で引出電極と電気的に接続され、
前記第１の外部電極において前記第１の側面に配置されて前記第１の側面と平行になった面は、前記第１の内部電極の面及び前記第２の内部電極の面と直交し、
前記第２の外部電極において前記第２の側面に配置されて前記第２の側面と平行になった面は、前記第１の内部電極の面及び前記第２の内部電極の面と直交し、
前記第１及び第２の側面を結ぶ方向において、前記実装面での前記第１の外部電極の前記第２の側面寄り端部が、前記実装面での前記第１の内部電極の引出電極と前記第１の外部電極との接続部の前記第２の側面寄り端部よりも、前記第２の側面に近く位置し、
前記第１及び第２の側面を結ぶ方向において、前記実装面での前記第２の外部電極の前記第１の側面寄り端部が、前記実装面での前記第２の内部電極の引出電極と前記第２の外部電極との接続部の前記第１の側面寄り端部よりも、前記第１の側面に近く位置し、
互いに対向する第１及び第２の内部電極のそれぞれの引出電極の距離ａと、第１の内部電極から実装面までの距離ｂ₁と、第２の内部電極から実装面までの距離ｂ₂との関係が以下の式を満足すること、
１．６４ａ＋（ｂ₁＋ｂ₂）≦０．８５
但し、ａ，ｂ₁，ｂ₂の単位はｍｍ
を特徴とする。

本発明者は、積層コンデンサに関して種々の実験を行って検討した結果、互いに対向する第１及び第２の内部電極の一方の引出電極と他方の引出電極との距離ａと、第１及び第２の内部電極から実装面までの距離ｂ₁，ｂ₂がインダクタンスに大きな影響を与えていることを見出した。

即ち、ＥＳＬの値を固定して、距離ａ，ｂ₁，ｂ₂の関係を検討した結果、特に、距離ａの影響が大きく、かつ、ＥＳＬの値に拘わりなく１．６４の係数が存在することを見出した。そこで、前記式を満足することにより、広い周波数帯域でＥＳＬが２５０ｐＨ以下の特性を実現することができた。

本発明によれば、誘電体層と静電容量を形成するための内部電極を、該内部電極が実装面と直交する方向に位置するように積層した積層コンデンサにおいて、内部電極及びその引出電極を前記式を満足するように設定したため、高容量であることは勿論、広い周波数帯域に用いるのに必要とされる２５０ｐＨ以下のＥＳＬを実現することができる。

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

（第１実施形態、図１〜図３参照）
本発明の第１実施形態である積層コンデンサは、図１に示すように、長さＬが１．０ｍｍ、幅Ｗが０．５ｍｍのサイズを有している。この積層コンデンサは、複数の誘電体層と静電容量を形成するための複数の内部電極１１，２１…とを積層したもので、内部電極１１，２１…は必要とされるスペックに応じて所定の枚数が内蔵される。また、この積層コンデンサでは、内部電極１１，２１…は積層体１の実装面２と直交する方向に位置している。

よく知られているように、誘電体層はセラミックグリーンシートとして形成され、該シート上に所定形状の内部電極１１，２１…と引出電極１２，２２を厚膜技術ないし薄膜技術で形成して積層／圧着され、焼成された後、所定の寸法に切り出される。切り出された積層体１の表面には、外部電極３１，３２が導電ペーストの塗布、焼き付け等によって形成される。

内部電極は互いに対向する一対の間に静電容量を形成し、ここでは一対の内部電極１１，２１に関して説明するが、他の内部電極に関しても同様である。内部電極１１，２１は同じ面積で積層体１の同じ位置に設けられており（従って、図１（Ｂ）では内部電極１１，２１は重なって図示されている）、第１の内部電極１１の引出電極１２は外部電極３１と電気的に接続され、第２の内部電極２１の引出電極２２は外部電極３２と電気的に接続されている。

本発明者らは、前記サイズの積層体１内に、内部電極１１，２１の容量有効寸法Ｃを０．３ｍｍとして、引出電極１２，２２の距離ａ、内部電極１１，２１から実装面２までの垂直距離ｂ（但し、ｂ＝ｂ₁＋ｂ₂、ｂ₁＝ｂ₂）を種々の値に変更したものを作製し、ＥＳＬを求めた。なお、高さＴは垂直距離ｂ₁，ｂ₂に応じて変化する。

その結果を以下の表１に示す。表１からは、ＥＳＬが２００ｐＨ、２５０ｐＨ、３００ｐＨになる引出電極間距離ａと垂直距離ｂの組合せを読み取ることができる。

表１の結果を得た実験は、引出電極間距離ａを０．０５ｍｍ間隔で０．１０〜０．５０ｍｍに設定し、それぞれの距離ａにおいて垂直距離ｂを振り分け、ネットワークアナライザを用いて周波数特性を測定した。表１の垂直距離ｂは、ＥＳＬが２００ｐＨ、２５０ｐＨ、３００ｐＨになったときの値を示している。

図２は、表１の結果をグラフして示したもので、上段の直線はＥＳＬが３００ｐＨ、中段の直線は２５０ｐＨ、下段の直線は２００ｐＨに関するそれぞれの数値関係を示している。図２から明らかなように、距離ａ，ｂの関係は直線を示し、以下の式（１）で近似できる。

１．６４ａ＋ｂ＝Ｋ …（１）
ａ：引出電極間距離（ｍｍ）
ｂ：垂直距離（ｍｍ）、ｂ₁＋ｂ₂であり、かつ、ｂ₁＝ｂ₂

式（１）において、係数ＫはＥＳＬの数値によって変動し、２００ｐＨのときは約０．５７であり、２５０ｐＨのときは約０．８５であり、３００ｐＨのときは約１．１２である。

次に、ＥＳＬの値と前記係数Ｋとの関係を図３のグラフに示す。ＥＳＬとＫは以下の式（２）で求めることができる。
ＥＳＬ（ｐＨ）＝１８０×Ｋ＋９７ …（２）

以上の考察から、以下の式（３）を満足することにより、ＥＳＬが２５０ｐＨ以下の積層コンデンサを得ることができる。静電容量に関しては積層コンデンサの一般的な特性として高容量を確保できることは勿論である。

１．６４ａ＋（ｂ₁＋ｂ₂）≦０．８５ …（３）
但し、ａ，ｂ₁，ｂ₂の単位はｍｍ

（変形例、図４参照）
前記第１実施形態においては、引出電極１２，２２の位置や形状及び外部電極３１，３２の位置や形状に関して、種々の変形例を採用することができる。図４にこのような変形例のいくつかを示す。なお、図４に付した符号は図１に付した符号と同じ部材、部分を示している。

（第２及び第３実施形態、図５、図６参照）
前記第１実施形態及びその変形例は引出電極の形状が矩形のものを示した。引出電極は矩形以外であってもよく、そのような実施形態を以下に示す。

図５に示す第２実施形態である積層コンデンサ及び図６に示す第３実施形態である積層コンデンサは、それぞれ、引出電極１２，２２に根元に向かって拡がる三角形状部分１２’，２２’を付加したものである。これらの積層コンデンサにおいても前記式（３）を満足することにより、ＥＳＬが２５０ｐＨ以下の積層コンデンサを得ることができた。なお、図５、図６に付した符号は図１に付した符号と同じ部材、部分を示している。

（他の実施形態）
なお、本発明に係る積層コンデンサは前記実施形態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できる。

特に、内部電極やその引出電極の形状の細部、外部電極の位置、形状等は任意である。また、積層体内にはコンデンサ以外に他の素子が内蔵されており、複合電子部品を構成していてもよい。

本発明に係る積層コンデンサの第１実施形態を模式的に示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は正面図。 本発明に係る積層コンデンサにおける引出電極間距離ａと垂直距離ｂとの関係を示すグラフ。 本発明に係る積層コンデンサにおける係数ＫとＥＳＬとの関係を示すグラフ。 前記第１実施形態の種々の変形例を示す正面図。 本発明に係る積層コンデンサの第２実施形態を模式的に示す正面図。 本発明に係る積層コンデンサの第３実施形態を模式的に示す正面図。

符号の説明

１…積層体
２…実装面
１１…第１の内部電極
１２…引出電極
２１…第２の内部電極
２２…引出電極
３１，３２…外部電極

Claims (1)

1. 誘電体層と静電容量を形成するための内部電極とが積層されており、該内部電極が実装面と直交する方向に位置し、該内部電極から引き出された引出電極が積層体の表面に設けた外部電極と電気的に接続されている積層コンデンサにおいて、
   前記積層体は、前記実装面に対向する上面と、前記実装面及び前記上面を結ぶ第１の側面と、前記実装面及び前記上面を結びかつ前記第１の側面と対向する第２の側面と、を有し、
   前記内部電極は互いに対向する第１及び第２の内部電極を有し、第１及び第２の内部電極は前記積層体の角部には引き出されておらず、
   前記外部電極は、前記実装面において前記第１の内部電極の引出電極と電気的に接続される一つの第１の外部電極と、前記実装面において前記第２の内部電極の引出電極と電気的に接続される一つの第２の外部電極と、を有し、
   前記第１の外部電極は、前記実装面と前記第１の側面と前記上面とに跨って配置され、かつ、前記第１の内部電極の引出電極と前記実装面、前記上面及び前記第１の側面で電気的に接続され、該第１の側面においては高さ方向の中央部分で引出電極と電気的に接続され、
   前記第２の外部電極は、前記実装面と前記第２の側面と前記上面とに跨って配置され、かつ、前記第２の内部電極の引出電極と前記実装面、前記上面及び前記第２の側面で電気的に接続され、該第２の側面においては高さ方向の中央部分で引出電極と電気的に接続され、
   前記第１の外部電極において前記第１の側面に配置されて前記第１の側面と平行になった面は、前記第１の内部電極の面及び前記第２の内部電極の面と直交し、
   前記第２の外部電極において前記第２の側面に配置されて前記第２の側面と平行になった面は、前記第１の内部電極の面及び前記第２の内部電極の面と直交し、
   前記第１及び第２の側面を結ぶ方向において、前記実装面での前記第１の外部電極の前記第２の側面寄り端部が、前記実装面での前記第１の内部電極の引出電極と前記第１の外部電極との接続部の前記第２の側面寄り端部よりも、前記第２の側面に近く位置し、
   前記第１及び第２の側面を結ぶ方向において、前記実装面での前記第２の外部電極の前記第１の側面寄り端部が、前記実装面での前記第２の内部電極の引出電極と前記第２の外部電極との接続部の前記第１の側面寄り端部よりも、前記第１の側面に近く位置し、
   互いに対向する第１及び第２の内部電極のそれぞれの引出電極の距離ａと、第１の内部電極から実装面までの距離ｂ₁と、第２の内部電極から実装面までの距離ｂ₂との関係が以下の式を満足すること、
   １．６４ａ＋（ｂ₁＋ｂ₂）≦０．８５
   但し、ａ，ｂ₁，ｂ₂の単位はｍｍ
   を特徴とする積層コンデンサ。

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