DE69837516T2

DE69837516T2 - Vielschichtkondensator

Info

Publication number: DE69837516T2
Application number: DE69837516T
Authority: DE
Inventors: Yasuyuki Nagaokakyo-shi Naito; Masaaki Nagaokakyo-shi Taniguchi; Yoichi Nagaokakyo-shi Kuroda; Takanori Nagaokakyo-shi Kondo
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1997-11-14
Filing date: 1998-03-18
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2018-03-19
Also published as: US6462932B1; DE69837516D1; US20020109958A1; EP0917165A2; TW429385B; EP0917165B1; EP0917165A3; US6034864A; US6370011B1; US6496354B2

Description

Hintergrund der Erfindung 1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Mehrschichtkondensator und insbesondere auf einen Mehrschichtkondensator, der vorteilhaft bei Hochfrequenzschaltungen verwendet werden kann.
2. Beschreibung der verwandten Technik
7 zeigt eine schematische Schnittansicht eines typischen Mehrschichtkondensators 1 des Stands der Technik, der einen Hauptkörper 5 umfasst, der eine Mehrzahl von Schichten 2 aus keramischem dielektrischen Material aufweist, die übereinander gestapelt sind. Ein Satz von ersten internen Elektroden 3 und ein Satz von zweiten internen Elektroden 4 sind abwechselnd angeordnet, wobei eine jeweilige Schicht 2 aus dielektrischem Material zwischen benachbarten Paaren von Elektroden 3 und 4 positioniert ist, um eine Mehrzahl von Kondensatoreinheiten zu bilden.
Jede der ersten internen Elektroden 3 ist elektrisch mit einer ersten externen Anschlusselektrode 8 gekoppelt, die an einer ersten Endfläche 6 des Hauptkörpers 5 gebildet ist. Jede der zweiten internen Elektroden 4 ist elektrisch mit einer zweiten externen Elektrode 9 gekoppelt, die an einer zweiten Endoberfläche 7 des Hauptkörpers 5 gebildet ist. Folglich sind die elektrostatischen Kapazitäten, die jeweils durch die Mehrzahl von Kondensatoreinheiten geliefert werden, durch die erste und die zweite externe Anschlusselektrode 8 und 9 parallel geschaltet.
Der Mehrschichtkondensator 1, der in 7 gezeigt ist, zeigt ein Problem, das unten erörtert wird.
9 ist eine schematische geschnittene Draufsicht, die eine der Elektroden 3 von 7 zeigt. In dieser Figur geben Pfeile den Weg und die Richtung typischer Ströme 22 an, die in jeder ersten internen Elektroden 3 des Mehrschichtkondensators 1 fließen. In dem gezeigten Zustand (die Richtungen der Ströme wechseln mit der Zeit, wenn ein AC-Signal an den Kondensator angelegt ist) fließen die Ströme 22 von der zweiten externen Elektrode 9 zu den zweiten internen Elektroden 4 (in 9 nicht gezeigt), vertikal zu den ersten internen Elektroden 3 durch die Schichten 2 aus dielektrischem Material hindurch und dann zu der ersten externen Anschlusselektrode 8 durch die ersten internen Elektroden 3 hindurch. Es gibt einen allgemeinen Fluss von Strömen in sowohl den internen Elektroden 3 als auch 4 von rechts nach links, d. h. in die gleiche Richtung, wie es in 9 zu sehen ist.
Wie es gut bekannt ist, induziert der Strom 22 einen magnetischen Fluss in eine Richtung, die durch die Richtung des Stroms 22 bestimmt ist, wodurch eine Selbstinduktivitätskomponente erzeugt wird. Da die Ströme 22 in die Längsrichtung der internen Elektroden 3 fließen, erzeugt der Mehrschichtkondensator 1 eine relativ hohe Äquivalentreiheninduktivität (ESL = Equivalent Series Inductance) und funktioniert eventuell in einem Hochfrequenzband nicht ordnungsgemäß, wenn derselbe als ein Entkopplungskondensator oder Umgehungskondensator verwendet wird.
Dieses Problem wird zum Teil unter Verwendung der Struktur überwunden, die schematisch in 8 gezeigt ist. Diese Struktur ist in der ungeprüften Japanischen Patentveröffentlichung Nr. H7-201651 beschrieben.
Wie der Mehrschichtkondensator 1, der in 7 gezeigt ist, umfasst der Mehrschichtkondensator 11 einen Hauptkör per 15, der eine Mehrzahl von Schichten 12 aus dielektrischem Material aufweist, die aufeinander gestapelt sind. Eine Mehrzahl von ersten internen Elektroden 13 und eine Mehrzahl von zweiten internen Elektroden 14 sind an jeweiligen Schichten 12 aus dielektrischem Material angeordnet, um Paare von überlappenden Elektroden zu bilden, wobei jedes Paar von überlappenden Elektroden durch eine jeweilige Schicht 12 aus dielektrischem Material getrennt ist, derart, dass eine Mehrzahl von Kondensatoreinheiten gebildet ist.
Bei diesem Mehrschichtkondensator 11 sind die erste und die zweite externe Anschlusselektrode 18 und 19 an einer ersten bzw. einer zweiten Hauptoberfläche 16 bzw. 17 gebildet und erstrecken sich parallel zu den internen Elektroden 13 und 14.
Eine Mehrzahl von ersten Verbindungsabschnitten 20, die elektrisch von den zweiten internen Elektroden 14 getrennt sind, sind vorgesehen, um die ersten internen Elektroden 13 sowohl mit der ersten externen Anschlusselektrode 18 als auch miteinander elektrisch zu verbinden.
Eine Mehrzahl von zweiten Verbindungsabschnitten 21, die elektrisch von den ersten internen Elektroden 13 getrennt sind, sind vorgesehen, um die zweiten internen Elektroden 14 sowohl mit der zweiten externen Anschlusselektrode 19 als auch miteinander elektrisch zu verbinden.
Somit sind die elektrostatischen Kapazitäten, die durch die Mehrzahl der Kondensatoreinheiten bereitgestellt sind, die durch die jeweiligen Paare von internen Elektroden 13 und 14 gebildet sind, durch die Verbindungsabschnitte 20 und 21 parallel gekoppelt und sind an den externen Anschlusselektroden 18 bzw. 19 kombiniert.
Verglichen mit dem Kondensator des Stands der Technik von 7 reduziert der Mehrschichtkondensator 11, der in 8 gezeigt ist, die Äquivalentreiheninduktivität (ESL) und ist für eine Verwendung bei einem Hochfrequenzband geeignet.
In 10 geben die Pfeile den Weg und die Richtung von typischen Strömen 23 an, die beispielsweise in den ersten internen Elektroden 13 des Mehrschichtkondensators 11 fließen. In dem gezeigten Zustand (die Richtungen der Ströme wechseln mit der Zeit, wenn ein AC-Signal an den Kondensator angelegt ist) fließen die Ströme 23 von den zweiten internen Elektroden 14 (in 10 nicht gezeigt) in einer Front-zu-Front-Beziehung (Face-to-Face-Beziehung) mit den ersten internen Elektroden 13 zu den ersten internen Elektroden 13 durch die zweiten Verbindungsabschnitte 21 hindurch. Dann fließen die meisten der Ströme zu dem nächsten ersten Verbindungsabschnitt 20 und weiter zu der ersten externen Anschlusselektrode 18 durch den ersten Verbindungsabschnitt 20 hindurch.
Wenn ein derartiger Fluss der Ströme 23 unter Beachtung des Bereichs um die Verbindungsabschnitte 20 oder 21 herum betrachtet wird, da die Ströme 23 in verschiedene Richtungen fließen, werden Komponenten eines magnetischen Flusses, die durch die Ströme 23 erzeugt werden, vorteilhaft durch einander aufgehoben, um die Erzeugung eines Nettomagnetflusses zu unterdrücken. Da ferner die Längen der Wege der Ströme 23, die durch die internen Elektroden 13 oder 14 fließen, auf die Intervalle zwischen benachbarten Verbindungsabschnitten 20 und 21 begrenzt sind, ist die Länge von jedem der Stromwege relativ kurz und sind deshalb die erzeugten Selbstinduktivitätskomponenten reduziert.
Die Reduzierung der ESL bei dem Mehrschichtkondensator 11 wird lediglich für Magnetflusskomponenten erreicht, die durch die Ströme 23 in die Richtung induziert werden, in die sich die internen Elektroden 13 und 14 erstrecken. 11 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Mehrschichtkondensators 11, der in 8 gezeigt ist, und bei dem Ströme 24 und 25 durch die Verbindungsabschnitte 20 bzw. 21 des Mehrschichtkondensators 11 fließen und durch die gestrichelten Pfeile angegeben sind.
Wenn Ströme beispielsweise von der zweiten externen Anschlusselektrode 19 zu der ersten externen Anschlusselektrode 18 fließen, fließen mit Bezug auf 11 aufwärts gerichtete Ströme 24, 25 durch sowohl die ersten Verbindungsabschnitte 20 als auch durch die zweiten Verbindungsabschnitte 21.
Die Ströme 24, die durch den ersten Verbindungsabschnitt 20 fließen, und die Ströme 25, die durch den zweiten Verbindungsabschnitt 21 fließen, erzeugen jeweilige Magnetflusskomponenten 26 und 27, wie es in 12 gezeigt ist. Die Ströme, die durch die jeweiligen Verbindungsabschnitte 20 und 21 fließen, fließen von der Rückseite zu der Vorderseite der Ebene von 12 (d. h. dieselben fließen aus der Seite heraus). Die Richtung der resultierenden Magnetflusskomponenten 26 und 27 ist in den Bereichen zwischen den Verbindungsabschnitten 20 und 21 entgegengesetzt. Folglich ist der Magnetfluss zwischen den Verbindungsabschnitten 20 und 21 aufgehoben.
Der Magnetfluss 28, der die Magnetflusskomponenten 26 und 27 umgibt, ist jedoch nicht aufgehoben. Anstelle dessen neigt der Magnetfluss 28 dazu, größer zu sein als jeder einzelne Magnetfluss 26, 27, und erhöht deshalb die ESL.
Folglich werden die Magnetflusskomponenten 26 und 27, die durch die Ströme 24 und 25 erzeugt werden, die durch die Verbindungsabschnitte 20 und 21 fließen, nicht wirksam aufgehoben und erhöhen die Selbstinduktivität des Kondensators 11. Somit ist die ESL nicht ausreichend reduziert und eine Hochfrequenzleistungsfähigkeit ist nicht ausreichend verbessert.
Die JP-A-08 181 245 offenbart ein Wärmesenkenelement mit einem eingebauten Kondensator, bei dem alternative innere Elektroden, die die gleiche Polarität aufweisen, durch säulenförmige Verbindungsbauglieder mit äußeren Elektroden verbunden sind und alternative innere Elektroden, die die gleiche andere Polarität aufweisen, durch säulenförmige Verbindungsbauglieder mit äußeren Elektroden verbunden sind.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Mehrschichtkondensator zu schaffen, der eine reduzierte ESL aufweist.
Diese Aufgabe wird durch einen Kondensator gemäß Anspruch 1 gelöst.
Zusammenfassung der Erfindung
Um die oben beschriebenen technischen Probleme zu lösen, weist ein Mehrschichtkondensator gemäß der vorliegenden Erfindung einen Kondensatorkörper; m Paare einer ersten und einer zweiten allgemein planaren internen Elektrode auf, die in dem Kondensatorkörper positioniert sind, wobei jedes Paar von internen Elektroden durch eine jeweilige dielektrische Schicht getrennt ist, um eine jeweilige kapazitive Einheit zu definieren, wobei m eine positive Ganzzahl größer oder gleich 1 ist. Der Mehrschichtkondensator weist ferner n erste externe Elektroden, die an einer ersten Oberfläche des Kondensatorkörpers positioniert sind, wobei n eine Ganzzahl größer oder gleich 1 ist; p zweite externe Elektroden, die an der ersten Oberfläche des Kondensatorköpers positioniert sind, wobei p eine Ganzzahl größer oder gleich 1 ist; n erste Verbindungsabschnitte, die wirksam sind, um die ersten internen Elektroden miteinander und mit einer jeweiligen der ersten externen Elektroden zu verbinden, wobei jeder der ersten Verbindungsabschnitte elektrisch von den zweiten internen Elektroden isoliert ist; und p zweite Verbindungsabschnitte auf, die wirksam sind, um die zweiten internen Elektroden miteinander und mit einer jeweiligen der zweiten externen Elektroden elektrisch zu verbinden, wobei jeder der zweiten Verbindungsabschnitte elektrisch von den ersten internen Elektroden isoliert ist.
Gemäß der Erfindung sind die ersten und die zweiten Verbindungsabschnitte angeordnet, derart, dass dieselben nicht mehr als 2 mm voneinander weg sind. Vorzugsweise sind dieselben nicht mehr als etwa 1 mm auseinander positioniert. Mit anderen Worten ist das Intervall zwischen den ersten und den zweiten Verbindungsabschnitten vorzugsweise so klein wie möglich.
Gemäß der Erfindung ist es ferner bevorzugt, dass eine Mehrzahl von ersten und zweiten Verbindungsabschnitten vorgesehen ist.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das oben beschrieben ist, ist die Mehrzahl von ersten Verbindungsabschnitten und die Mehrzahl von zweiten Verbindungsabschnitten bevorzugter angeordnet, derart, dass die Verbindungsabschnitte, die jedem ersten Verbindungsabschnitt am nächsten sind, zweite Verbindungsabschnitte sind.
Bevorzugter sind die Mehrzahl von ersten Verbindungsabschnitten und die Mehrzahl von zweiten Verbindungsabschnitten abwechselnd angeordnet.
Ferner sind die erste und die zweite interne Elektrode vorzugsweise in einer im Wesentlichen quadratischen Konfiguration angeordnet und sind in den Bereichen der vier Ecken des Quadrats abgerundet. Außerdem weist jeder der ersten und der zweiten Verbindungsabschnitte vorzugsweise eine im Wesentlichen runde Konfiguration auf und die Rundheit an den Ecken der ersten und der zweiten internen Elektroden ist als ein Bogen vorgesehen, der im wesentlichen mit der Schnittkonfiguration der ersten und der zwei ten Verbindungsabschnitte konzentrisch ist, die am nächsten an den relevanten Ecken liegen.
Gemäß der Erfindung befinden sich zudem die ersten und die zweiten externen Anschlusselektroden vorzugsweise in einer im Wesentlichen punktähnlichen Konfiguration.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Mehrzahl von ersten und zweiten internen Elektroden vorgesehen, derart, dass dieselben abwechselnd in die Stapelrichtung der Schichten aus dielektrischem Material angeordnet sind; wobei der erste Verbindungsabschnitt sich ferner durch die zweiten internen Elektroden hindurch erstreckt, um die Mehrzahl von ersten internen Elektroden miteinander zu verbinden; und sich der zweite Verbindungsabschnitt ferner durch die ersten internen Elektroden hindurch erstreckt, um die Mehrzahl von zweiten internen Elektroden elektrisch miteinander zu verbinden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zum Zweck des Darstellens der Erfindung ist in der Zeichnung eine Form gezeigt, die gegenwärtig bevorzugt ist, wobei jedoch klar ist, dass die Erfindung nicht auf die präzise gezeigte Anordnung und Instrumentalität begrenzt ist.
1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Mehrschichtkondensators 31 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 ist eine schematische Querschnittsansicht des in 1 gezeigten Mehrschichtkondensators 31, die eine erste interne Elektrode 33 zeigt.
3 ist eine schematische Querschnittsansicht des in 1 gezeigten Mehrschichtkondensators 31, die eine zweite interne Elektrode 34 zeigt.
4 ist eine Ansicht einer unteren Oberfläche des Mehrschichtkondensators 31, der in 1 gezeigt ist.
5 ist eine schematische Ansicht des in 1 gezeigten Mehrschichtkondensators 31, die Ströme 44 und 45 zeigt, die durch erste bzw. zweite Verbindungsabschnitte 40 bzw. 41 desselben fließen.
6 ist eine schematische Ansicht, die Magnetflusskomponenten 46 und 47 darstellt, die durch die Ströme induziert werden, die durch die ersten bzw. die zweiten Verbindungsabschnitte 40 bzw. 41 fließen, die in 5 gezeigt sind.
7 ist eine vordere schematische Ansicht eines herkömmlichen Mehrschichtkondensators 1, die eine interne Struktur desselben in der Form eines vertikalen Schnitts zeigt.
8 ist eine vordere schematische Ansicht eines anderen herkömmlichen Mehrschichtkondensators 11, die eine interne Struktur desselben in der Form eines vertikalen Schnitts zeigt.
9 ist eine schematische Ansicht, die Ströme 22 darstellt, die durch interne Elektroden 3 des Mehrschichtkondensators 1 fließen, genommen entlang Linien 9-9 von 7.
10 ist eine Teilquerschnittsansicht, die Ströme 23 darstellt, die durch interne Elektroden 13 des in 8 gezeigten Mehrschichtkondensators 11 fließen.
11 ist eine schematische Ansicht des in 8 gezeigten Mehrschichtkondensators 11, die Ströme 24 und 25 darstellt, die durch erste bzw. zweite Verbindungsabschnitte 20 bzw. 21 fließen.
12 ist eine schematische Ansicht, die Magnetflusskomponenten 26 und 27 darstellt, die durch die Ströme induziert werden, die durch die ersten bzw. die zweiten Verbindungsabschnitte 20 bzw. 21 fließen, die in 11 gezeigt sind.
Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
Unter jetziger Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente angeben, ist in 1 bis 4 ein Mehrschichtkondensator gezeigt, der gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung aufgebaut und allgemein als 31 bezeichnet ist.
Der Mehrschichtkondensator 31 umfasst einen Kondensatorhauptkörper 35, der eine Mehrzahl von Schichten 32 aus dielektrischem Material (1) aufweist, die vorzugsweise aus einem keramischen dielektrischen Material hergestellt sind, und eine Mehrzahl von Paaren einer ersten und einer zweiten gegenüberliegenden internen Elektrode 33 und 34, wobei jedes derartige Paar von gegenüberliegenden internen Elektroden eine Schicht 32 aus dielektrischem Material aufweist, die zwischen denselben angeordnet ist, um eine Mehrzahl von Kondensatoreinheiten zu bilden.
Der Kondensatorhauptkörper 35 kann beispielsweise durch ein Bilden der internen Elektroden 33 und 34 an einer Mehrzahl von Keramikgrünschichten, ein Stapeln derselben aufeinander und ein anschließendes Pressen und Schneiden der Keramikgrünschichten, um rohe Chips zu erhalten, die jeweils eine Größe aufweisen, die einem Kondensatorhauptkörper 35 ent spricht, und ein anschließendes Backen derselben hergestellt werden.
Wie der Mehrschichtkondensator von 8 koppelt der Mehrschichtkondensator 31 die erste und die zweite interne Elektrode elektrisch unter Verwendung einer Mehrzahl von Verbindungsabschnitten 40, 41. Ungleich dem Mehrschichtkondensator von 8 sind die externen Elektroden 38, 39, die mit den Verbindungsabschnitten 40 bzw. 41 gekoppelt sind, an der gleichen äußeren Oberfläche 37 des Kondensatorkörpers 35 gebildet, um einen Gegenstromfluss in den Verbindungsabschnitten 40, 41 sicherzustellen und dadurch die ESL zu reduzieren.
Wie es am besten in 1 zu sehen ist, erstrecken sich die ersten Verbindungsabschnitte 40 durch die dielektrischen Schichten 32 hindurch und sind elektrisch mit jeder der ersten internen Elektroden 33 gekoppelt. Wie es am besten in 1 und 2 zu sehen ist, durchlaufen die ersten Verbindungsabschnitte 40 Öffnungen 43 in den zweiten internen Elektroden 34 und sind elektrisch von denselben isoliert.
Auf ähnliche Weise erstrecken sich die zweiten Verbindungsabschnitte 42 durch die dielektrischen Schichten 32 hindurch und sind elektrisch mit jeder der zweiten internen Elektroden 34 gekoppelt. Wie es am besten in 1 und 3 zu sehen ist, durchlaufen die zweiten Verbindungsabschnitte 41 Öffnungen 42 in den ersten internen Elektroden 34 und sind elektrisch von denselben isoliert.
Die Verbindungsabschnitte 40 und 41 können beispielsweise durch ein Bilden von Löchern in den Keramikgrünschichten, bevor dieselben zusammenlaminiert werden, und ein Füllen der Löcher mit einer leitfähigen Paste, bevor dieselben aufeinander gestapelt werden, gebildet werden.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel fließen Ströme durch die internen Elektroden 33 und 34 auf im Wesentlichen die gleiche Weise, wie bei dem Stand der Technik von 8 (d. h. wie es in 10 gezeigt ist). Da die Ströme in der Region um jeden der Verbindungsabschnitte 40 und 41 herum in verschiedene Richtungen fließen, werden Magnetflusskomponenten, die durch die Ströme erzeugt werden, vorteilhaft aufgehoben und die Erzeugung eines Nettomagnetflusses wird unterdrückt. Da ferner die Längen der Wege der Ströme, die durch die internen Elektroden 33 und 34 fließen, auf die Intervalle zwischen benachbarten Verbindungsabschnitten 40 und 41 begrenzt sind, sind alle Stromlängen relativ kurz und sind deshalb die Selbstinduktivitätskomponenten, die bei derartigen Intervallen erzeugt werden, reduziert.
Wie es am besten in 2 und 3 zu sehen ist, weisen ferner die erste und die zweite interne Elektrode 33 und 34 des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine im Wesentlichen rechteckige Konfiguration auf. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Regionen der vier Ecken des Rechtecks mit einem Bogen abgerundet, der im Wesentlichen konzentrisch zu der Mitte der ersten oder zweiten Verbindungsabschnitte 40 und 41 ist, die der relevanten Ecke am nächsten liegen. Somit ist der Abstand zwischen der Kante von jeder der Ecken der ersten und der zweiten internen Elektrode 33 und 34 und dem ersten oder zweiten Verbindungsabschnitt 40 oder 41, der sich am nächsten an der Ecke befindet, kleiner als wenn die Ecken nicht abgerundet sind. Dies resultiert ebenfalls in einer Reduzierung der Stromlänge und trägt zu einer Reduzierung der ESL bei.
Wo es nicht notwendig ist, die Induktivität zu minimieren, können die Elektroden mit internen Elektroden 33a und 34a ersetzt sein, deren Ecken nicht abgerundet sind, wie es durch die imaginären Linien in 2 und 3 angegeben ist.
5 ist eine vergrößerte schematische Ansicht eines Teils des Mehrschichtkondensators 31, der in 1 gezeigt ist. Dieselbe ist eine Ansicht entsprechend 11, in der die gestrichelten Pfeile Ströme 44 und 45 angeben, die durch die Verbindungsabschnitte 40 bzw. 41 des Mehrschichtkondensators 31 fließen.
Wenn ein Strom beispielsweise von der ersten externen Anschlusselektrode 38 zu der zweiten externen Anschlusselektrode 39 fließt, fließen nach oben gerichtete Ströme 44 durch die ersten Verbindungsabschnitte 40, während nach unten gerichtete Ströme 45 durch die zweiten Verbindungsabschnitte 41 fließen. Das heißt, die Ströme 44, die durch die erste Verbindungsabschnitte 40 fließen, fließen in die entgegengesetzte Richtung mit Bezug auf die Ströme 45, die durch die zweiten Verbindungsabschnitte 41 fließen.
Folglich erzeugen die jeweiligen Ströme 44 und 45, die durch die ersten bzw. die zweiten Verbindungsabschnitte 40 und 41 fließen (6), jeweilige Magnetflusskomponenten 46 und 47, die in entgegengesetzte Richtungen verlaufen. In 6 fließt der Strom 44, der durch die ersten Verbindungsabschnitte 40 fließt, von der Rückseite zu der Vorderseite der Ebene des Papiers und fließen die Ströme 45, die durch die zweiten Verbindungsabschnitte 41 fließen, von der Vorderseite zu der Rückseite der Ebene des Papiers.
Deshalb werden die Magnetflusskomponenten 46 und 47 außerhalb der Verbindungsabschnitte 40 und 41 wirksam durch einander aufgehoben. Die Magnetflusskomponenten 46 und 47 erstrecken sich in den Bereichen zwischen den Verbindungsabschnitten 40 und 41 in die gleiche Richtung und überlappen sich deshalb in diesen begrenzten Bereichen. Da jedoch diese Bereiche relativ klein sind, weisen dieselben lediglich eine begrenzte Magnetflussdichte auf, mit dem Ergebnis, dass die Magnetflusskomponenten 46 und 47 als Ganzes betrachtet durch einander wirksam aufgehoben werden.
Um den Grad der Aufhebung zwischen den Magnetflusskomponenten 46 und 47, die oben beschrieben sind, zu verbessern, ist es bevorzugt, dass die Intervalle (oder Abstände) zwischen den ersten und den zweiten Verbindungsabschnitten 40 und 41 klein sind, vorzugsweise etwa 2 mm oder weniger. Es werden sogar noch bessere Ergebnisse erzielt, falls die Intervalle etwa 1 mm oder weniger betragen.
Somit macht es das vorliegende Ausführungsbeispiel möglich, die Magnetflusskomponenten wirksam aufzuheben, die durch die Ströme, die durch die internen Elektroden 33 und 34 fließen, und diese induziert werden, die durch die Verbindungsabschnitte 40 und 41 fließen. Deshalb ist es möglich, die ESL des Mehrschichtkondensators 31 in höheren Maße zu unterdrücken, als es bei dem herkömmlichen Mehrschichtkondensator 11 möglich ist, der in 8 gezeigt ist.
Es wurden Muster des Mehrschichtkondensators 31 gemäß der vorliegenden Erfindung („vorliegendes Ausführungsbeispiel"), des herkömmlichen Mehrschichtkondensators 1, der in 7 gezeigt ist („Vergleichsbeispiel 1") und des herkömmlichen Mehrschichtkondensators 11, der in 8 gezeigt ist („Vergleichsbeispiel 2"), und die ESLs derselben ausgewertet.
Bei jedem der Muster betrugen die Außenabmessungen der internen Elektroden 5 mm × 5 mm und waren insgesamt vierzig (40) interne Elektroden aufeinander gestapelt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel und dem Vergleichsbeispiel 2 waren die ersten und die zweiten Verbindungsabschnitte vorgesehen, um fünf Zeilen und fünf Spalten für insgesamt fünfundzwanzig (25) Verbindungsabschnitte zu bilden. Die Intervalle zwischen jedem der ersten und der zweiten Verbindungsabschnitte (der mittlere laterale Abstand zwischen jedem Paar von benachbarten Verbindungsabschnitten) betrug 1 mm.
Die ESL jedes Musters wurde unter Verwendung des Resonanzverfahrens erhalten. Das Resonanzverfahren ist ein Verfahren, bei dem die Impedanzfrequenzcharakteristika jedes Mustermehrschichtkondensators gemessen werden und die ESL durch ein Messen einer Frequenz f₀ bei einem minimalen Resonanzpunkt (als der Reihenresonanzpunkt der Kapazitätskomponente C_g und der ESL des Kondensators bezeichnet) erhalten wird. Die folgende Gleichung wird dann verwendet, um die ESL zu berechnen: ESL = 1/[(2πf0)2 × Cg]
Der gemessene Wert der ESL von jedem der Muster ist in Tabelle 1 unten gezeigt.
Tabelle 1
Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, dass die ESL mit der Struktur des vorliegenden Ausführungsbeispiels wirksamer reduziert wurde, als mit der Struktur eines der Vergleichsbeispiele 1 oder 2. Während ersichtlich ist, dass die Magnetflusskomponenten, die durch Ströme induziert werden, die durch die internen Elektroden des Vergleichsbeispiels 2 fließen, effizienter aufgehoben wurden als bei dem Vergleichsbeispiel 1, ist zu verstehen, dass dasselbe verglichen mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine hohe Selbstinduktivität aufwies. Dies ist so, weil die Ströme bei dem Vergleichsbeispiel 2 durch die ersten und zweiten Verbindungsabschnitte hindurch in die gleiche Richtung fließen. Umgekehrt fließen die Ströme bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch die ersten und zweiten Verbindungsabschnitte hindurch in entgegengesetzte Richtungen.
Um die beste Anordnung der Verbindungsabschnitte 40, 41 der vorliegenden Erfindung zu bestimmen, wurden zusätzliche Tests durchgeführt. Bei jedem der Testmuster wurde ein Mehrschichtkondensator 31 mit der gleichen Anzahl von gestapelten Schichten unter Verwendung des gleichen Fertigungsverfahrens gefertigt. Es wurden vier Muster 1 bis 4 gefertigt, bei denen die Anordnung der Verbindungsabschnitte 40 und 41 verändert wurde, d. h. die Anzahlen der Zeilen und Spalten und die Intervalle (Beabstandung) der Verbindungsabschnitte 40 und 41 wurden verändert, wie es in Tabelle 2 (unten) gezeigt ist. Bei jedem dieser Muster war das Intervall zwischen den äußersten Verbindungsabschnitten und den peripheren Kanten der inneren Elektroden auf 0,5 mm festgelegt, um bis zu dem möglichen Ausmaß die Wirkung irgendeiner Variation dieses Intervalls zu beseitigen.
Für die Muster 1, 3 und 4 waren die Außenabmessungen jeder internen Elektrode z. B. auf 5 mm × 5 mm festgelegt und wurde das Intervall der Verbindungsabschnitte variiert, wie es in Tabelle 2 gezeigt ist. Das Muster 4 entspricht dem in 1–4 gezeigten Ausführungsbeispiel. Für das Muster 2 wurden die Außenabmessungen jeder internen Elektrode kleiner als diese des Musters 1 (d. h. 4 mm × 4 mm) gemacht und war die Anzahl der Verbindungsabschnitte auf „2 × 2" festgelegt, derart, dass ein Intervall von 3 mm erhalten wurde, wie es in Tabelle 2 gezeigt ist.
Tabelle 2 zeigt einen ESL-Wert, der für jedes der oben beschriebenen Muster unter Verwendung des Resonanzverfahrens gemessen wird.
Tabelle 2
Wie es aus Tabelle 2 ersichtlich ist, bewirken Veränderungen bei der Anordnung der Verbindungsabschnitte, insbesondere Veränderungen bei dem Intervall zwischen denselben, Veränderungen bei den Weglängen der Ströme, die durch die internen Elektroden hindurch fließen, und deshalb ist die Stärke der Magnetflusskomponenten, die durch dieselben induziert werden, gleichermaßen verändert. Dies trägt den Unterschieden zwischen den gemessenen ESL-Werten für die Muster Rechnung. Während ein Intervall von 3 mm oder mehr zwischen den Verbindungspunkten (wie bei den Mustern 1 und 2) eine weniger erhebliche Reduzierung der ESL liefert, resultiert ein Intervall von 2 mm oder weniger (wie bei den Mustern 3 und 4) aufgrund der Aufhebung der Magnetflusskomponenten in einer erheblichen Reduzierung des ESL-Werts. Das Ergebnis ist sogar noch günstiger, wenn das Intervall 1 mm oder weniger beträgt, wie bei dem Muster 4.
Während die vorliegende Erfindung durch ein Beispiel mit Bezug auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, ist es möglich, Folgendes zu verändern: die Anzahl der internen Elektroden, die Anzahl und Positionen der Verbindungsabschnitte und die Anzahl und Positionen der externen Anschlusselektroden, und immer noch innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung zu bleiben. Ferner können der Typ des dielektrischen Materials, das für die dielektrischen Schichten verwendet wird, und der Typ des leitfähigen Materials, das für die internen Elektroden und externen Anschlusselektroden verwendet wird, wie geeignet verändert werden.
Wie es oben beschrieben ist, weist ein Mehrschichtkondensator gemäß der vorliegenden Erfindung einen Kondensatorhauptkörper auf, der eine Mehrzahl von Schichten aus dielektrischem Material, die aufeinander gestapelt sind, und zumindest ein Paar einer ersten und einer zweiten internen Elektrode umfasst, die sich in einer Front-zu-Front-Beziehung miteinander befinden, wobei sich Schichten aus dielektrischem Material zwischen dieselben eingefügt sind.
Erste und zweite externe Anschlusselektroden sind an einer Hauptoberfläche des Kondensatorhauptkörpers gebildet und erstrecken sich parallel zu der Ebene der internen Elektroden. Ein erster Verbindungsabschnitt durchdringt die Schichten aus dielektrischem Material, derart, dass derselbe die erste interne Elektrode und die erste externe Anschlusselektrode elektrisch verbindet, während derselbe von den zweiten internen Elektroden elektrisch isoliert ist. Ein zweiter Verbindungsabschnitt ist benachbart zu dem ersten Verbindungsabschnitt angeordnet und durchdringt die Schichten aus dielektrischem Material, derart, dass derselbe die zweiten internen Elektroden und die zweite externe Anschlusselektrode elektrisch verbindet, während derselbe von den ersten internen Elektroden elektrisch isoliert ist.
Durch ein Richten der Ströme in jeder der internen Elektroden in verschiedene Richtungen um die Verbindungsabschnitte herum können folglich Magnetflusskomponenten wirksam aufgehoben werden und können die Längen, über die Ströme fließen müssen, verkürzt werden, um die ESL zu unterdrücken. Da zusätzlich sowohl die erste als auch die zweite externe Anschlusselektrode an der gleichen Hauptoberfläche des Kondensatorhauptkörpers gebildet sind, fließen die Ströme, die die ersten Verbindungsabschnitte durchfließen, in eine Richtung entgegengesetzt zu diesen, die durch die benachbarten zweiten Verbindungsabschnitte fließen. Dies macht es möglich, die Magnetflusskomponenten, die durch die Ströme induziert werden, die durch die Verbindungsabschnitte fließen, wirksam aufzuheben und die ESL weiter zu reduzieren.
Folglich kann eine hohe Resonanzfrequenz erreicht werden und der Kondensator kann bei einer Hochfrequenzschaltung verwendet werden. Folglich kann ein Mehrschichtkondensator gemäß der Erfindung bei elektronischen Schaltungen verwendet werden, die bei höheren Frequenzen wirksam sind, und kann vorteilhaft als ein Umgehungskondensator oder Entkopplungskondensator bei einer Hochfrequenzschaltung verwendet werden. Aufgrund der niedrigen ESL wird die Erfindung als eine schnelle Leistungsversorgung fungieren, die Leistung aus Elektrizität liefert, die in dem Kondensator gespeichert ist, wenn es einen plötzlichen Bedarf nach Leistung gibt, beispielsweise während eines Einschaltens (Power-Up). An sich kann die Erfindung als ein Entkopplungskondensator bei einer CPU (Mikroverarbeitungseinheit) verwendet werden.
Gemäß der Erfindung ist der Grad, zu dem ein Magnetfluss in dem Kondensator aufgehoben wird, erheblich verbessert, wenn das Intervall zwischen den ersten und den zweiten Verbindungsabschnitten 2 mm oder weniger beträgt. Der Grad der Magnetflussaufhebung ist weiter verbessert, wenn das Intervall auf 1 mm oder weniger reduziert ist, was ermöglicht, dass der ESL-Wert auf 30 pH oder weniger reduziert wird.
Bei Hochgeschwindigkeits-CPUs wird ein Betrieb bei mehr als 1 GHz betrachtet. Es besteht ein Bedarf nach Entkopplungskondensatoren, die einen ESL-Wert von 30 pH oder weniger aufweisen, was im Stand der Technik für eine Verwendung in der Nähe derartiger Prozessoreinheiten unerreichbar war. Ein Mehrschichtkondensator gemäß der Erfindung kann einem derartigen Bedarf ausreichend genügen, weil die ESL desselben auf 30 pH oder weniger reduziert werden kann.
Wenn eine Mehrzahl von ersten und zweiten Verbindungsabschnitten vorgesehen ist, ist es gemäß der Erfindung möglich, die Ströme einfacher in jeder internen Elektrode in verschiedenen Richtungen um die Verbindungsabschnitte herum zu richten, die mit denselben verbunden sind, und die Längen der Stromwege zu verkürzen.
Wenn die Verbindungsabschnitte angeordnet sind, derart, dass jeder erste Verbindungsabschnitt am nächsten an einem entsprechenden zweiten Verbindungsabschnitt positioniert ist, können die Magnetflusskomponenten, die durch die Ströme induziert werden, die durch die Verbindungsabschnitte fließen, wirksamer aufgehoben werden. Wenn die Mehrzahl von ersten und zweiten Verbindungsabschnitten abwechselnd angeordnet ist, kann die wirksamste Aufhebung von Magnetflusskomponenten erreicht werden.
Wenn die Form der internen Elektroden im Wesentlichen quadratisch ist mit abgerundeten Ecken, kann der Abstand zwischen der Eckkante der internen Elektroden und dem Verbindungsabschnitt, der am nächsten an der Eckkante positioniert ist, gegenüber diesem minimiert werden, wenn die Ecke nicht abgerundet ist. Dies ist wirksam, um die Längen der Stromwege weiter zu reduzieren, und trägt deshalb weiter zu der Reduzierung der ESL bei.
Diese Wirkung kann durch ein Bilden von jedem der ersten und zweiten Verbindungsabschnitte mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt und durch ein Bilden der abgerundeten Ecken der internen Elektroden in einem Bogen, der im Wesentlichen konzentrisch zu dem kreisförmigen Querschnitt des Verbindungsabschnitts ist, der sich am nächsten an der Ecke befindet, weiter verstärkt werden.
Wenn ferner die erste und die zweite externe Anschlusselektrode der Erfindung höckerähnlicher Form sind, kann eine Höckerverbindung vorteilhaft verwendet werden, um den Mehrschichtkondensator an einer Schaltungsplatine zu befestigen. Es gibt einen Trend hin zu der Verwendung derartiger Höckerverbindungen bei Halbleiterchips (wie beispielsweise CPUs, „Flip-Chips" oder dergleichen), wobei die Chips höhere Betriebsfrequenzen aufweisen. Die Konfiguration der externen Anschlusselektroden, wie oben beschrieben, ist konsistent mit diesem Trend. Eine derartige Höckerverbindung ermöglicht ein Befestigen mit hoher Dichte und macht es möglich, die Erzeugung von Induktivitätskomponenten an den Verbindungen zu unterdrücken.
Während eine Mehrzahl von ersten und zweiten internen Elektroden abwechselnd in die Stapelrichtung der Schichten aus dielektrischem Material angeordnet ist, um die gelie ferte elektrostatische Kapazität zu erhöhen, können zusätzlich die oben beschriebenen Wirkungen bei einem Mehrschichtkondensator, der eine derartige erhöhte Kapazität aufweist, durch ein Bilden der ersten Verbindungsabschnitte, derart, dass dieselben nicht die zweiten internen Elektroden sondern die Mehrzahl von ersten internen Elektroden elektrisch miteinander verbinden, und durch ein Bilden der zweiten Verbindungsabschnitte, derart, dass dieselben nicht die ersten internen Elektroden sondern die Mehrzahl von zweiten internen Elektroden elektrisch miteinander verbinden, erreicht werden.

Claims

Ein Kondensator (31), der folgende Merkmale aufweist: einen Kondensatorkörper (35), der eine erste und eine zweite gegenüberliegende, allgemein parallele, planare Oberfläche aufweist; m Paare einer ersten und einer zweiten allgemein planaren internen Elektrode (33, 34), die in dem Kondensatorkörper (35) positioniert sind, wobei jedes Paar von internen Elektroden (33, 34) durch eine jeweilige dielektrische Schicht (32) getrennt ist, um eine jeweilige kapazitive Einheit zu definieren, wobei m eine positive Ganzzahl größer oder gleich Eins ist; n erste externe Elektroden (38), wobei n eine Ganzzahl größer oder gleich 1 ist; p zweite externe Elektroden (39), wobei p eine Ganzzahl größer oder gleich 1 ist; n erste Verbindungsabschnitte (40), die wirksam sind, um die ersten internen Elektroden (33) miteinander und mit einer jeweiligen der ersten externen Elektroden (38) elektrisch zu verbinden, wobei jeder der ersten Verbindungsabschnitte (40) von den zweiten internen Elektroden (34) elektrisch isoliert ist; p zweite Verbindungsabschnitte (41), die wirksam sind, um die zweiten internen Elektroden (34) miteinander und mit einer jeweiligen der zweiten externen Elektroden (39) elektrisch zu verbinden, wobei jeder der zweiten Verbindungsabschnitte (41) von den ersten internen Elektroden (33) elektrisch isoliert ist, wobei die ersten und die zweiten Verbindungsabschnitte (40, 41) abwechselnd in eine Spaltenrichtung und in eine Zeilenrichtung angeordnet sind, um sowohl in mittleren Regionen als auch in peripheren Regionen der jeweiligen internen Elektroden (33, 34) gebildet zu sein; dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die n ersten externen Elektroden (38) als auch die p zweiten externen Elektroden (39) an der ersten planaren Oberfläche (37) des Kondensatorkörpers (35) positioniert sind, die n ersten externen Elektroden (38) und die p zweiten externen Elektroden (39) nicht an der zweiten planaren Oberfläche gebildet sind, die der ersten planaren Oberfläche (37) des Kondensatorkörpers (35) gegenüberliegt, die Verbindungsabschnitte (40, 41) angeordnet sind, derart, dass eine laterale Beabstandung zwischen benachbarten der Verbindungsabschnitte (40, 41) in etwa 2 mm oder weniger beträgt, die ersten und die zweiten externen Elektroden (38, 39) abwechselnd in die Spaltenrichtung und in die Zeilenrichtung an der ersten planaren Oberfläche (37) angeordnet sind.
Der Kondensator gemäß Anspruch 1, der ferner einen inneren Abschnitt des Kondensatorkörpers (35) aufweist, bei dem die ersten und die zweiten Verbindungsabschnitte (40, 41) nicht benachbart zueinander sind, wobei der innere Abschnitt eine Dicke aufweist, die gleich der Gesamtdicke einer internen Elektrode und einer dielektrischen Schicht ist.
Der Kondensator gemäß Anspruch 1, bei dem die ersten und die zweiten Verbindungsabschnitte (40, 41) angeordnet sind, derart, dass, wenn ein Wechselstrom an die ersten und die zweiten externen Elektroden (38, 39) angelegt ist, Komponenten eines Flusses (46, 47), die durch Ströme (44, 45) erzeugt werden, die in den ersten und den zweiten Verbindungsabschnitten (40, 41) fließen, einander entgegengesetzt sind.
Der Kondensator (31) gemäß Anspruch 1, bei dem die Verbindungsabschnitte (40, 41) sich parallel zueinander erstrecken.
Der Kondensator (31) gemäß Anspruch 1, bei dem die laterale Beabstandung zwischen benachbarten der Verbindungsabschnitte (40, 41) in etwa 1 mm oder weniger beträgt.
Der Kondensator (31) gemäß Anspruch 1, wobei n und p positive Ganzzahlen größer 1 sind und die ersten und die zweiten Verbindungsabschnitte (40, 41) angeordnet sind, derart, dass jeder der ersten Verbindungsabschnitte (40) benachbart zu zumindest einem der zweiten Verbindungsabschnitte (41) positioniert ist, und ein Strom (44, 45) durch die ersten und die zweiten Verbindungsabschnitte (40, 41) in entgegengesetzte Richtungen fließt, wenn ein Wechselstrom an die ersten und die zweiten externen Elektroden (38, 39) angelegt ist.
Der Kondensator (31) gemäß Anspruch 1, bei dem der Kondensatorkörper (35) eine allgemein parallelepipedförmige Form aufweist.
Der Kondensator (31) gemäß Anspruch 4, bei dem jeder der ersten Verbindungsabschnitte (40) benachbart zu zumindest einem der zweiten Verbindungsabschnitte (41) positioniert ist.
Der Kondensator (31) gemäß Anspruch 8, bei dem jeder der ersten Verbindungsabschnitte (40) lateral näher an jeweiligen der zweiten Verbindungsabschnitte (41) positioniert ist, als dieselben zu irgendwelchen verbleibenden ersten Verbindungsabschnitten (40) liegen.
Der Kondensator (31) gemäß Anspruch 4, bei dem jeder der Verbindungsabschnitte (40, 41) sich in eine Richtung erstreckt, die senkrecht zu den allgemein planaren ersten und zweiten internen Elektroden (33, 34) ist.
Der Kondensator (31) gemäß Anspruch 1, bei dem jede der ersten und der zweiten internen Elektroden (33, 34) abgerundete Ecken aufweist.
Der Kondensator (31) gemäß Anspruch 1, bei dem jede der ersten und der zweiten internen Elektroden (33, 34) im Allgemeinen eine rechteckige Form aufweist und vier Ecken aufweist, wobei jede der Ecken abgerundet ist.
Der Kondensator (31) gemäß Anspruch 12, bei dem jede der abgerundeten Ecken einen jeweiligen ersten oder zweiten Verbindungsabschnitt (40, 41) aufweist, der benachbart zu derselben positioniert ist.
Der Kondensator (31) gemäß Anspruch 13, bei dem ein Abschnitt jedes Verbindungsabschnitts (40, 41), der benachbart zu einer der abgerundeten Ecken positioniert ist, einen runden Querschnitt umfasst, der eine Mitte aufweist, die im Wesentlichen konzentrisch mit einem Radius der benachbarten abgerundeten Ecke ist.
Der Kondensator (31) gemäß Anspruch 1, bei dem die ersten Verbindungsabschnitte (40) jeweilige Löcher (43) durchlaufen, die in den zweiten internen Elektro den (34) gebildet sind, und die zweiten Verbindungsabschnitte (41) jeweilige Löcher (42) durchlaufen, die in den ersten internen Elektroden (33) gebildet sind.
Der Kondensator (31) gemäß Anspruch 15, bei dem ein dielektrisches Material zwischen Abschnitten der ersten und der zweiten Verbindungsabschnitte (40, 41) positioniert ist, die die Löcher (42, 43) in den zweiten internen Elektroden (34) bzw. den ersten internen Elektroden (33) durchlaufen.
Der Kondensator (31) gemäß Anspruch 1, bei dem m, n und p alles positive Ganzzahlen größer 1 sind.
Der Kondensator (31) gemäß Anspruch 1, bei dem jede der externen Elektroden (38, 39) eine knopfähnliche Form aufweist.