JP5570903B2 - Device containing multiple capacitor elements - Google Patents
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Description
本発明は、各種電子機器に採用されるコンデンサおよびそれを内蔵した実装用のデバイスに関するものである。 The present invention relates to a capacitor employed in various electronic devices and a mounting device incorporating the capacitor.
特許文献1には、表面に誘電体酸化皮膜層を有する平板状の弁作用金属板の一方側に陽極部を、他方側に固体電解質層、陰極引出層からなる陰極部を形成したコンデンサ素子基板を複数枚積層する積層型固体電解コンデンサにおいて、コンデンサ素子基板の陽極部が陰極部を中心に対向するように交互に積層することが記載されている。
電子機器の高周波化に伴って電子部品の一つであるコンデンサには、ノイズ除去や過渡応答性に優れた性能を得るために、広い周波数帯域で低インピーダンスにできることが要望されている。 A capacitor that is one of electronic components is required to be able to have a low impedance in a wide frequency band in order to obtain a performance excellent in noise removal and transient response as the frequency of electronic equipment increases.
本発明の一態様は、積み重ねられた複数のコンデンサ素子を有するデバイスである。それぞれのコンデンサ素子は、板状の導電性の基体と、基体の両面に誘電特性を有する層を少なくとも挟んで形成された電極層であって、基体を貫通する孔および/または基体の側面に設けられた接続層により電気的に接続された電極層とを含み、基体の一方の面(たとえば表面または上面)の端の少なくとも一部が露出して第1の接続電極部となり、電極層の少なくとも一部が第2の接続電極部となっている。さらに、これら複数のコンデンサ素子は、第1のコンデンサ素子と、第1のコンデンサ素子に積み重ねられた第2のコンデンサ素子であって、基体の面積が第1のコンデンサ素子の基体の面積より小さい第2のコンデンサ素子とを含む。 One embodiment of the present invention is a device having a plurality of stacked capacitor elements. Each capacitor element is an electrode layer formed by sandwiching at least a plate-like conductive base and layers having dielectric properties on both sides of the base, and is provided in a hole penetrating the base and / or a side surface of the base. An electrode layer electrically connected by the connection layer formed, and at least a part of an end of one surface (for example, the surface or the upper surface) of the substrate is exposed to become a first connection electrode portion, and at least the electrode layer A part is a second connection electrode portion. Further, the plurality of capacitor elements are a first capacitor element and a second capacitor element stacked on the first capacitor element, and the area of the base is smaller than the area of the base of the first capacitor element. 2 capacitor elements.
このデバイスは、基本的構成が同一で、電極層が基体を貫通する孔および/または基体の側面に設けられた接続層により接続された低ESR(等価直列抵抗)のコンデンサ素子であって、基体の面積が異なり、静電容量が異なる第1および第2のコンデンサ素子を含み、それぞれのコンデンサ素子は、第1の接続電極部を含む。したがって、複数の異なる静電容量成分(コンデンサ成分)を含むデバイスを提供することができ、広い周波数帯域でインピーダンスを低くすることが可能となる。さらに、これら第1および第2のコンデンサ素子は積み重ねることにより電極層同士が電気的に接続される。このため、簡易な構成で複数の異なるコンデンサ成分を備えたデバイスまたはコンデンサデバイスを提供できる。 This device is a low ESR (equivalent series resistance) capacitor element having the same basic configuration and having an electrode layer connected by a hole penetrating the substrate and / or a connection layer provided on a side surface of the substrate. The first and second capacitor elements having different capacitances and different capacitances are included, and each capacitor element includes a first connection electrode portion. Therefore, a device including a plurality of different capacitance components (capacitor components) can be provided, and the impedance can be lowered in a wide frequency band. Further, the electrode layers are electrically connected by stacking these first and second capacitor elements. For this reason, it is possible to provide a device or a capacitor device having a plurality of different capacitor components with a simple configuration.
第2のコンデンサ素子は、第1のコンデンサ素子の基体の一方の面の第1の接続電極部を除いた部分に積み重ねられている。デバイスにする際に、ボンディングワイヤなどにより第1のコンデンサ素子の第1の接続電極部を接続端子部に接続しやすい。 The second capacitor element is stacked on the first portion excluding the connection electrode portions of one surface of the substrate of the first capacitor element. When the device is used, the first connection electrode portion of the first capacitor element is easily connected to the connection terminal portion by a bonding wire or the like.
第1のコンデンサ素子の第1の接続電極部と、第2のコンデンサ素子の第1の接続電極部とが当該デバイスの同サイド(同じ端側)または異なるサイドに現れている。複数の接続電極部が同サイドに現れているので、デバイスにする際に、ボンディングワイヤなどを接続しやすい。 The first connection electrode portion of the first capacitor element and the first connection electrode portion of the second capacitor element appear on the same side (same end side) or different sides of the device . Since a plurality of connection electrode portions appear on the same side, it is easy to connect a bonding wire or the like when making a device.
さらに、基体の他方の面(たとえば裏面または下面)の第1の接続電極部に対峙する部分に絶縁層が設けられている。第1の接続電極部は一方の面のみに現れ、反対側の面は絶縁される。このため、第1のコンデンサ素子の一方の面に、第2のコンデンサ素子の他方の面が接触するように、第1および第2のコンデンサ素子を積み重ねることにより基体同士は絶縁でき、電極層同士を電気的に接続できる。 Further, an insulating layer is provided on a portion facing the first connection electrode portion on the other surface (for example, the back surface or the bottom surface) of the base . The first connection electrode portion appears only on one surface, and the opposite surface is insulated. Therefore, the bases can be insulated from each other by stacking the first and second capacitor elements so that the other surface of the second capacitor element is in contact with one surface of the first capacitor element. Can be electrically connected.
第1のコンデンサ素子の第1の接続電極部と、第2のコンデンサ素子の第1の接続電極部とが当該デバイスの逆サイド(異なる端側)に現れていてもよい。デバイスにする際に、異なるコンデンサ成分を流れる電流方向を変えたり、貫通型になるように接続端子部を配置することが容易であり、さらにESL(等価直列インダクタンス)を低くすることができる。 The first connection electrode portion of the first capacitor element and the first connection electrode portion of the second capacitor element may appear on the opposite side (different end side) of the device. When a device is used, it is easy to change the direction of current flowing through different capacitor components, or to arrange a connection terminal portion so as to be a through type, and to further reduce ESL (equivalent series inductance).
第1のコンデンサ素子の基体の一方の面は長方形であり、基体の一方の面の長手方向の一方の端が第1の接続電極部として現れている。これにより、コンパクトで大きな静電容量を確保しやすい。 One face of the substrate of the first capacitor element is rectangular, the longitudinal one end of one surface of the substrate appears as the first connecting electrode part. Thereby, it is easy to ensure a compact and large capacitance.
また、典型的な第1および第2のコンデンサ素子は固体電解コンデンサ素子である。固体電解コンデンサ素子は、基体は弁作用を備えた弁作用基体であり、電極層は、誘電体酸化被膜を含む誘電特性を有する層および固体電解質層を介して積層されている。 The typical first and second capacitor elements are solid electrolytic capacitor elements. In the solid electrolytic capacitor element, the base is a valve action base having a valve action, and the electrode layer is laminated via a layer having a dielectric property including a dielectric oxide film and a solid electrolyte layer.
デバイスは、第1のコンデンサ素子の誘電体酸化被膜の厚みと、第2のコンデンサ素子の誘電体酸化被膜の厚みとが異なっていてもよい。誘電体層である誘電体酸化被膜の厚みを変えることにより、静電容量をさらに制御することできる。 In the device, the thickness of the dielectric oxide film of the first capacitor element may be different from the thickness of the dielectric oxide film of the second capacitor element. Capacitance can be further controlled by changing the thickness of the dielectric oxide film, which is a dielectric layer.
本発明は、上記に記載の複数のコンデンサ素子と、第1のコンデンサ素子の第1の接続電極部に電気的に接続された第1の接続端子部と、第2のコンデンサ素子の第1の接続電極部に電気的に接続された第2の接続端子部と、第1のコンデンサ素子の電極層に電気的に接続された基準電圧用、たとえば、接地電圧用の接続端子部とを有するデバイスである。異なるコンデンサ成分を備え、広い周波数帯域でインピーダンスの低い表面実装用のデバイスを提供できる。 The present invention includes a plurality of capacitor elements as described above, a first connection terminal portion electrically connected to a first connection electrode portion of the first capacitor element, and a first capacitor element. A device having a second connection terminal portion electrically connected to the connection electrode portion and a connection terminal portion for a reference voltage, for example, a ground voltage, electrically connected to the electrode layer of the first capacitor element It is. A device for surface mounting having different capacitor components and low impedance in a wide frequency band can be provided.
デバイスは、第1のコンデンサ素子の第1の接続電極部と第1の接続端子部とを接続する第1のボンディングワイヤと、第2のコンデンサ素子の第1の接続電極部と第2の接続端子部とを接続する第2のボンディングワイヤとをさらに有する。また、第1の接続端子部および第2の接続端子部は電気的に接続されていてもよい。 The device includes a first bonding wire that connects the first connection electrode portion and the first connection terminal portion of the first capacitor element, and the first connection electrode portion and the second connection of the second capacitor element. further comprising a second bonding wire for connecting the terminal portions. Further, the first connection terminal portion and the second connection terminal portion may be electrically connected.
デバイスは、複数のコンデンサ素子を収納する方形(立方体状あるいは直方体状)のパッケージを有し、第1の接続端子部および第2の接続端子部は、パッケージの長手方向の辺に現れている。特に、第1のコンデンサ素子の基体の一方の面は長方形で、パッケージは矩形(直方体状)であり、第1のコンデンサ素子の基体の一方の面の長手方向の一方の端が第1の接続電極部として現れ、第1の接続端子部および第2の接続端子部は、パッケージの長手方向に延びた辺に現れている。
The device has a rectangular (cubic or rectangular) package that houses a plurality of capacitor elements, and the first connection terminal portion and the second connection terminal portion appear on the longitudinal sides of the package . In particular, one surface of the base of the first capacitor element is rectangular, the package is rectangular (cuboid), and one end in the longitudinal direction of one surface of the base of the first capacitor element is the first connection. Appearing as electrode portions, the first connecting terminal portion and the second connecting terminal portion appear on the side extending in the longitudinal direction of the package .
第1のコンデンサ素子の基体の一方の面の長手方向の一方の端が第1の接続電極部となる配置を採用することにより、基体の電極層により覆われる面積を拡大して静電容量を大きくできる。それとともに、第1のコンデンサ素子の長手方向と直交する方向に短手方向に電流が流れるデバイスとなるので、電流経路を太く短くできる。このため、大容量であるとともに低ESRおよび低ESLのデバイスを提供できる。第1の接続端子部および第2の接続端子部を対峙する辺に配置してもよく、第1のコンデンサ素子および第2のコンデンサ素子に流れる電流の方向を変えることができるので、さらに低ESLのデバイスを提供できる。 By adopting an arrangement in which one end in the longitudinal direction of one surface of the base of the first capacitor element is the first connection electrode part, the area covered by the electrode layer of the base is expanded and the capacitance is increased. Can be big. At the same time, since the current flows in the short direction in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the first capacitor element, the current path can be made thick and short. Therefore, it is possible to provide a device having a large capacity and low ESR and low ESL. The first connection terminal portion and the second connection terminal portion may be disposed on opposite sides, and the direction of the current flowing through the first capacitor element and the second capacitor element can be changed. Devices can be provided.
また、第1の接続端子部および第2の接続端子部がパッケージの第1の方向に現れ、基準電圧用の接続端子部が第1の方向と直交する第2の方向に現れていてもよい。低ESLの貫通型デバイスであって、異なるコンデンサ成分を含むデバイスを提供できる。 In addition, the first connection terminal portion and the second connection terminal portion may appear in the first direction of the package, and the reference voltage connection terminal portion may appear in the second direction orthogonal to the first direction. . A low ESL feedthrough device that includes different capacitor components can be provided.
また、本発明の異なる態様の一つは、上記デバイスが実装されたプリント配線板、およびそのプリント配線板を有する電子機器である。 Another aspect of the present invention is a printed wiring board on which the above device is mounted, and an electronic apparatus having the printed wiring board.
図1に、本発明に係るコンデンサを含むデバイスの一例を示している。このデバイス1は、コンデンサ20と、コンデンサ20に接続されたリードフレーム10と、コンデンサ20を収容し表面にリードフレーム10の一部が露出したパッケージ50とを有する。パッケージ50は、コンデンサ20を収容した状態で全体が方形または矩形(直方体)となるように成形された外装用の樹脂(モールド樹脂)59により構成され、表面実装用のコンデンサデバイス1の外観を形成している。以降では、このデバイス1の長手方向を方向X、長手方向Xに直交する短手方向を方向Yとして説明する。
FIG. 1 shows an example of a device including a capacitor according to the present invention. The
図2に、デバイス1のモールド樹脂59を除いた状態を示している。図3に、リードフレーム10と、コンデンサ20とを分離した状態を示している。さらに、図4、図5および図6に、デバイス1のモールド樹脂59を除いた状態の平面図、側面図および底面図を示している。デバイス1のリードフレーム10の素材としては、銅系素材、鉄系素材などの機械的強度、電気伝導度、熱伝導度、耐食性などに優れたものが用いられる。リードフレーム10は、第1〜第3の陽極端子部(陽極リード)11〜13と、第1〜第3の陰極端子部(陰極リード、接地電圧用の端子部)15〜17とを含む。
FIG. 2 shows a state where the
コンデンサ20は、第1のコンデンサ素子21と、第1のコンデンサ素子21に積み重なるように配置された第2のコンデンサ素子22および第3のコンデンサ素子23とを含む。これらのコンデンサ素子21、22および23は固体電解コンデンサ(固体電解コンデンサ素子)であり、基本的な構成は共通し、それぞれの基体33の面積(典型的には表面33aの面積)S1、S2およびS3が異なる。このコンデンサ20では、第1のコンデンサ素子21の基体33の面積S1が最も大きく、第2のコンデンサ素子22の基体33の面積S2、第3のコンデンサ素子23の基体33の面積S3の順で小さくなっている。
図7に、第1のコンデンサ素子21の構成を代表して断面により示している。コンデンサ素子21は全体が平板状であり、長方形にカットされた板状または薄膜状の弁作用基体33を有する。弁作用基体33はエッチングなどにより多孔質化(拡面化)が施された第1の面(一方の面、表面)33aおよび第2の面(他方の面、裏面)33bを含む。この例では、リードフレーム10に面した側を第2の面(裏面)33bとして参照している。これらの面33aおよび33bは上下逆転してもよく、左右に面していてもよい。
FIG. 7 shows the configuration of the
基体33の表面(一方の面)33aには、誘電体酸化被膜34a、固体電解質層35a、および電極層36aがこの順番に積層されている。基体33の裏面(他方の面)33bにも、同様に、誘電体酸化被膜34b、固体電解質層35b、および電極層36bが順次積層されている。弁作用基体33としては、エッチドアルミニウム箔、タンタル焼結体、ニオブ焼結体またはチタン焼結体があげられる。表面実装用の薄型のデバイス1には、エッチドアルミニウム箔を用いたコンデンサ素子が好適である。
On the surface (one surface) 33a of the
誘電体酸化被膜34aおよび34bは、基体33がエッチドアルミニウム箔であれば、その表面に形成された酸化アルミニウムである。固体電解質層35aおよび35bは、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン等の導電性高分子を電解重合、化学重合などにより誘電体酸化被膜34aおよび34bの上にそれぞれ積層させることにより形成できる。電極層36aおよび36bの一例は、固体電解質層35aおよび35bの上にそれぞれ積層された導電性ペーストである。電極層36aおよび36bは陰極を構成し、その一部は接続電極部(第2の接続電極部、陰極)32となる。基体33と電極層36aおよび36bとの間に形成される誘電特性を有する、または良好に発揮させるための層は、誘電体酸化被膜34aおよび34b、固体電解質層35aおよび35bに限定されず、接触抵抗を低減させるために固体電解質層35a、電極層36aの間に積層される高導電性のグラファイト層などを含んでいてもよい。
The
なお、本明細書において陰極として機能するように記載している電極層36aおよび36bは見かけ上の陰極であって、固体電解質層35aおよび35bが真の陰極として機能する役割を担っている。従って、誘電体酸化被膜34aおよび34bが誘電体特性を有する層である。以下においても同様である。また、以降において、電極層36aおよび36bを陰極32として参照する。
Note that the electrode layers 36a and 36b described as functioning as cathodes in this specification are apparent cathodes, and the
さらに、基体33の表面33aには、電極層36aの周縁36cを全周にわたり覆う第1の絶縁層39aが形成されている。また、基体33の裏面33bには、電極層36bの周縁36cを全周にわたり覆う第2の絶縁層39bが形成されている。基体33の表面33aの長手方向Xの一方の端(縁)31は第1の絶縁層39aの外周側に現れ(露出し)、コンデンサ素子21の接続電極部(第1の接続電極部、陽極)31となっている。絶縁層39aおよび39bの一例は、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂などの絶縁性の樹脂からなる膜である。裏面33bの絶縁層39bは陽極31の裏側まで伸び、陽極31の裏側をカバーする絶縁層39cとなっている。また、基体33の側面も絶縁層39dにより覆われている。
Further, a first insulating
コンデンサ素子21は、さらに、弁作用基体33を貫通する貫通孔(スルーホール)37を含む。これらの貫通孔37の内周面37aには、弁作用基体33に接する側から誘電体酸化被膜34cおよび固体電解質層35cが順次積層され、さらに、貫通孔37には、銀ペーストなどの導電性ペーストが充填され、貫通電極38が形成されている。貫通孔37の内周面37aであっても、電解重合などの方法により基体33の表面とともに固体電解質層35cを形成でき、コンデンサの容量として寄与させることができる。それとともに、貫通電極38が電極層36aおよび36bとを電気的に接続する接続層として機能する。
The
コンデンサ素子21〜23に設けられる貫通電極38は、1または2に限らず3以上であってもよい。貫通電極38を設けることにより陽極(第1の接続電極部)31および陰極(第2の接続電極部)32の間の電流経路を短縮できる。このため、低ESRおよび低ESLのコンデンサ素子21〜23を提供できる。
The through
コンデンサ素子21〜23に含まれる誘電体酸化被膜34aおよび34bの厚みは、コンデンサ素子21〜23のそれぞれで異なる。最も面積の大きな第1のコンデンサ素子21の誘電体酸化被膜34aおよび34bの厚みt1は、たとえば、4nmであり、第2のコンデンサ素子22の誘電体酸化被膜34aおよび34bの厚みt2は、たとえば、14nmであり、第3のコンデンサ素子23の誘電体酸化被膜34aおよび34bの厚みt3は、たとえば、70nmである。コンデンサ素子の厚みはこれらに限定されない。このような厚みの異なるコンデンサ素子21〜23は、誘電体酸化被膜34aおよび34bを形成する際の電圧(基体の化成電圧)を変えることで容易に製造できる。
The thicknesses of the
コンデンサ素子21〜23の誘電体酸化被膜34aおよび34bの厚みを変えることによりコンデンサ素子21〜23の容量を変えることができる。コンデンサ素子の容量は概ね面積S1〜S3に比例し、誘電体酸化被膜34aおよび34bの厚みt1〜t3に反比例する。したがって、容量の差が1:数100程度あるいはそれ以上の複数のコンデンサ素子を1つのデバイス1に組み込むことができる。たとえば、容量200μFの第1のコンデンサ素子21と、容量40μFの第2のコンデンサ素子22と、容量1μFの第3のコンデンサ素子23とを含むデバイス1を提供できる。
Capacitance of the
さらに、コンデンサ素子21〜23の誘電体酸化被膜34aおよび34bを変えることによりコンデンサ素子21〜23の耐圧(定格電圧)を変えることができる。コンデンサ素子の定格電圧は概ね誘電体酸化被膜34aおよび34bの厚みt1〜t3に反比例する。したがって、定格電圧の差が1:数10程度あるいはそれ以上の複数のコンデンサ素子を1つのデバイス1に組み込むことができる。たとえば、定格電圧2Vの第1のコンデンサ素子21と、定格電圧6.3Vの第2のコンデンサ素子22と、定格電圧25Vの第3のコンデンサ素子23とを含むデバイス1を提供できる。
Furthermore, the withstand voltage (rated voltage) of the
図8に、コンデンサ素子21〜23が積み重ねられた状態を断面図により示している。上述したように、これらのコンデンサ素子21、22および23の基本的構成は、表面33aおよび裏面33bに陰極32が現れ、それらの陰極32は貫通電極38により接続され、長手方向の一方の端に陽極31が現れ、さらに、表面33aおよび裏面33bの陰極32の周囲および陽極31の裏面が絶縁層39a〜39dにより覆われているというものである。このため、コンデンサ素子21、22および23を積み重ねることにより、それぞれの素子21〜23の陰極32を直に、または導電性ペーストなどを介して電気的に接続することができ、これらのコンデンサ素子21〜23を並列に接続できる。図8に示した例では、陰極32の間に導電性ペースト49を挟み、陰極同士を電気的に接続している。
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a state where the
さらに、コンデンサ素子21、22および23の基体33の表面33aの面積S1、S2およびS3が異なる。このため、それぞれのコンデンサ素子21、22および23の陽極31が上側(表面33aの側)に重なるコンデンサ素子22および23により隠されないようにコンデンサ素子21〜23を積み重ねることができる。このデバイス1においては、最も面積の大きな第1のコンデンサ素子21がデバイス1の主たる寸法を決定しており、第1のコンデンサ素子21の長手方向Xとデバイス1の長手方向Xとが一致している。第1のコンデンサ素子21の上に、次に面積の大きな第2のコンデンサ素子22が、第1のコンデンサ素子21の陽極31を除いた部分、すなわち、第1のコンデンサ素子21の表面33aの陰極32の上に、陰極32同士が重なるように搭載されている。また、最も面積の小さな第3のコンデンサ素子23が、第1のコンデンサ素子21の表面33aの陰極32の上に、第2のコンデンサ素子22と並び、しかしながら、第3のコンデンサ素子23の長手方向が第1のコンデンサ素子21の長手方向Xと直交するように積み重ねられている。すなわち、第3のコンデンサ素子23は、その長手方向がデバイス1の短手方向Yに沿うように配置されている。
Furthermore, the areas S1, S2 and S3 of the
第1のコンデンサ素子21の陽極31は、デバイス1の長手方向Xの一方の端に現れており、第2のコンデンサ素子22の陽極31は、第1のコンデンサ素子21の陽極31と並んで、デバイス1の同サイド(同じ端側)に、デバイス1の長手方向Xの一方の端から若干後退した位置に現れている。また、第3のコンデンサ素子23の陽極31は、第2のコンデンサ素子22の陽極31とは長手方向Xの反対側(逆サイド)の短手方向Yの端に現れている。したがって、デバイス1においては、3つのコンデンサ素子21〜23が、それぞれの陽極31に、デバイス1の上方からアクセスできるように積み重ねられている。3つのコンデンサ素子21〜23が積み重ねられることにより、第2および第3のコンデンサ素子22および23の裏面33bの陰極32は、第1のコンデンサ素子21の表面33aの陰極32に電気的に接触する。電気的な接触をさらに確実に確保するために、これらのコンデンサ素子21〜23の陰極32同士の間に導電性ペーストを挟み込んでもよい。
The
一方、それぞれのコンデンサ素子21〜23の陽極31の裏面33bの側は絶縁層39cにより覆われている。このため、コンデンサ素子21〜23の陽極31はコンデンサ素子21〜23を積み重ねても陽極31同士あるいは陽極31と陰極32とが電気的に接続されることはない。したがって、3つのコンデンサ素子21〜23を積み重ねることにより、陰極32が接続され、陽極31がオープンになったコンデンサ20を形成することができる。
On the other hand, the
図2に示すように、デバイス1(コンデンサ20)においては、第1のコンデンサ素子21の陽極31が、金線、銅線、アルミニウム線などの導電性の金属ワイヤー(第1のボンディングワイヤ)41によりリードフレーム10の第1の陽極端子部(第1の接続端子部、陽極リード)11に電気的に接続されている。また、第2のコンデンサ素子22の陽極31が第2のボンディングワイヤ42によりリードフレーム10の第2の陽極端子部(第2の接続端子部、陽極リード)12に電気的に接続されている。さらに、第3のコンデンサ素子23の陽極31が第3のボンディングワイヤ43によりリードフレーム10の第3の陽極端子部(第3の接続端子部、陽極リード)13に電気的に接続されている。
As shown in FIG. 2, in the device 1 (capacitor 20), the
一方、リードフレーム10の第1〜第3の陰極端子部(基準電圧用の接続端子部、陰極リード)15〜17は、第1のコンデンサ素子21の裏面33bの陰極32に電気的および機械的に接続されている。第1〜第3の陰極リード15〜17は、通常、回路の接地側(接地回路)に接続され、基準電圧(接地電圧)が印加される。
On the other hand, the first to third cathode terminal portions (reference voltage connection terminal portions, cathode leads) 15 to 17 of the
デバイス1においては、コンデンサ素子21〜23、ボンディングワイヤ41〜43およびリードフレーム10が外装用の樹脂(モールド樹脂)59により覆われ、パッケージングされる。ただし、リードフレーム10の外部接続する部分はモールド樹脂59には覆われない。モールド樹脂59としては、エポキシ樹脂などの封止樹脂があげられる。モールド樹脂によるパッケージ50の外側にはリードフレーム10の陽極リード11〜13および陰極リード15〜17が現れる。パッケージ50の外側に現れるリード11〜13および15〜17の端は、パッケージ50に沿って下側(裏側)に曲げられており、デバイス1は回路基板などに搭載する表面実装用のデバイスとして使用される。
In the
このデバイス1においては、図6に示すように、パッケージ50が矩形(直方体)であり、陽極リード11〜13がパッケージ50の長手方向Xに延びた一方の辺51に並んで形成され、接地用の陰極リード15〜17がパッケージ50の長手方向Xに延びた他方の辺52に並んで形成されている。したがって、陽極リード11〜13および陰極リード15〜17がパッケージ50の長手方向Xに延びた対峙する2辺51および52に現れている。
In this
図9に、コンデンサ20を含むデバイス1が搭載されたプリント配線板の一部を模式的に示している。また、図10は、デバイス1を含む電源回路のブロック図である。プリント配線板(プリント基板)9は、たとえば、パーソナルコンピュータなどの電子機器のマザーボードである。プリント配線板9にはCPU3と電源ブロック(図9には不図示)2とが搭載され、接地回路5と、電源ブロック2からCPU3とを接続する電源回路4との間にデバイス1が並列に接続されている。このデバイス1はデカップリングコンデンサあるいはバイパスコンデンサとして機能する。
FIG. 9 schematically shows a part of a printed wiring board on which the
さらに、このデバイス1は、基体33の表面積S1、S2およびS3が異なり、並列に接続された3つのコンデンサ素子21〜23を含む。これらのコンデンサ素子21〜23は表面積S1、S2およびS3が異なるので、表面積S1、S2およびS3にほぼ比例して、それぞれの静電容量(コンデンサ容量)C1、C2およびC3が異なる。さらに、それぞれのコンデンサ素子21〜23は表面33aおよび裏面33bの陰極32が貫通電極38により接続されており、陽極31から陰極32に至る電流経路が短く、また、電流の流れる方向が多様になる。したがって、それぞれのコンデンサ素子21〜23は低ESRおよび低ESLである。このため、デバイス1の陽極端子(陽極リード)11、12および13を電源回路4に接続し、陰極端子15、16および17を接地回路5に接続することにより、低ESRおよび低ESLの容量の異なる素子21〜23が並列に接続される。したがって、デバイス1を電源回路に採用することにより、広い周波数帯域でインピーダンスを低くすることができ、広範囲の周波数のノイズを除去することができる。
Further, the
図11(a)〜(c)に広い周波数帯で低インピーダンスが実現される様子を模式的に示している。図11(a)に示すような大容量の第1のコンデンサ素子21の容量C1のインピーダンスカーブ61と、中容量の第2のコンデンサ素子22の容量C2のインピーダンスカーブ62と、小容量の第3のコンデンサ素子23の容量C3のインピーダンスカーブ63が合成され、図11(b)に示すような広い周波数帯で(ブロードな)低いインピーダンスをもったインピーダンスカーブ64を再現できる。
FIGS. 11A to 11C schematically show how low impedance is realized in a wide frequency band. The impedance curve 61 of the capacitance C1 of the
図12(a)に示すように、従来、このような特性を得るためには複数の容量の異なるコンデンサデバイス29a〜29cを並列に接続することが必要であった。複数の容量の異なるコンデンサデバイス29a〜29cは、サイズが異なり、さらには、タイプが異なるコンデンサ(たとえば、タンタルコンデンサ、セラミックコンデンサなど)の組み合わせになる。このため、容量が異なるだけではなく、ESRおよびESLも異なり、図12(b)に示すようにESLは一致しない。したがって、図12(c)に示すように、合成されたインピーダンスカーブ69は、変曲点が複数発生する。電気的にはLC共振が発生してしまうことになる。
As shown in FIG. 12A, conventionally, in order to obtain such characteristics, it has been necessary to connect a plurality of
一方、図11(b)に示すように、デバイス1は容量特性の異なるコンデンサ素子21〜23を1つのパッケージに収納しているので、容量特性を除く他の特性、すなわち、ESLおよびESRは同じになる。このため、図11(c)に比較して示しているように、インピーダンスカーブ69よりも広域周波数にわたり特性変化の少ない低インピーダンス特性を示すインピーダンスカーブ64が得られる。したがって、LC共振の発生の少ない、フラットなインピーダンス特性を発現するデバイス1を提供できる。
On the other hand, as shown in FIG. 11B, since the
さらに、1つのデバイス1で複数の容量特性を備えたデバイスを提供できるので、複数の容量特性を得るためのデバイスの実装に要するスペースを縮小でき、従来多数のコンデンサを搭載していた用途を1つまたは数少ないデバイス1により置き換えることができる。このため、コンパクト化が進んでいるノート型のパーソナルコンピュータなどの情報処理端末や、携帯電話、PDAなどの携帯型の情報処理端末などの電子機器に好適である。
Furthermore, since a
図13は、デバイス1の異なる用途の幾つかの例を示している。図13(a)は、複数の電圧ラインを備えた半導体3aの電源系統に、1または数少ないデバイス1でデカップリングコンデンサあるいはバイパスコンデンサとしての機能を付加できることを示している。複数の電源ブロック(スイッチング電源)2a、2bおよび2cを備えた電子機器あるいはプリント配線板において、複数の電圧ライン(電圧回路)4a、4bおよび4cのそれぞれに、デバイス1のそれぞれのコンデンサ素子21、22および23を接続することが可能である。上述したようにデバイス1は定格電圧の異なる複数のコンデンサ素子21〜23を含む。したがって、デバイス1は複数電圧に対応できる。また、同一の電圧ラインであっても、複数の電力を供給させるラインがある場合に、デバイス1は、それぞれの電力ラインに適応できる。
FIG. 13 shows several examples of different uses of the
図13(b)は、π型フィルターに適応した例である。コンデンサ素子を含む既存のπ型フィルターは、デバイス内にコイル成分(インダクタ)を配置しているため回路適応性に乏しいという欠点を含んでいた。これに対し、デバイス1であれば、直列に配列されるコイル成分L1、L2およびL3をプリント配線板などにおいて実装可能な開放系にできる。このため、コイル成分L1、L2およびL3を回路パターンの配線幅、配線長、あるいはインダクタデバイスにより自由に配置でき、実装される回路に適したπ型フィルター6を構成できる。
FIG. 13B shows an example applied to a π-type filter. The existing π-type filter including the capacitor element has a drawback that the circuit adaptability is poor because the coil component (inductor) is arranged in the device. On the other hand, in the case of the
さらに、デバイス1においては、大容量のコンデンサ素子21の陽極(第1の接続電極部)31を長手方向Xの端に配置し、第1から第3の陽極端子(第1から第3の接続端子部、)11〜13および第1から第3の陰極端子(第1から第3の基準電圧用の接続端子部)15〜17をパッケージ50の長手方向Xに延びた2つの辺51および52に配置している。したがって、デバイス1においては、大容量のコンデンサ素子21の陽極31に対する陰極32の方向(対峙する方向、長手方向)Xと、陽極端子11〜13に対する陰極端子15〜17の方向(対峙する方向、短手方向)Yとが直交している。このため、デバイス1においては短手方向Yが電流経路となるのでESLおよびESRをさらに小さくでき、陰極32の延びる方向を長手方向Xにできるのでコンデンサ素子21の容量を拡大できる。
Further, in the
図14に従来の固体電解コンデンサ素子を含むデバイスとの比較を模式的に示している。図14(a)は、従来の固体電解コンデンサ素子75の一例を示している。この素子75は全体が長方形(直方体)であり、陽極71が長手方向Xの一方の端に現れており、陽極端子73および陰極74は長手方向Xに対峙している。したがって、陰極72をアレンジするために素子75の長手方向Xの長さ(L寸法)を利用でき、陰極72の面積を大きく確保できる。このため、大容量のコンデンサ素子75を得ることができる。陽極端子73および陰極端子74も長手方向Xに対峙して配置されている。素子75の陽極71と陽極端子73とはリードまたはボンディングワイヤ79により電気的に接続され、陰極72と陰極端子74とは直に、または導電性ペーストにより電気的に接続される。この素子75においては、素子75の長手方向Xが電流経路となる。
FIG. 14 schematically shows a comparison with a device including a conventional solid electrolytic capacitor element. FIG. 14A shows an example of a conventional solid
素子75を低ESL化する1つの方法は、接続時に電流がループするループ長を短縮することである。したがって、電流経路を長手方向Xから短手方向Yにすることが好ましい。図14(b)に示した固体電解コンデンサ素子76においては、陽極71および陰極72と、陽極端子73および陰極端子74とをともに短手方向Yに(対峙するように)配置している。この素子76においては、電流経路が短手方向Yになり、電流が流れる距離(ループ長)が素子76のL寸法からW寸法に短縮される。したがって、低ESLのデバイスを提供できる。しかしながら、陰極72および誘電体層をアレンジするために利用できる距離が短手方向YのW寸法になり、陰極72および誘電体層の面積が縮小される。したがって、コンデンサ容量は減る傾向となり、デバイスの低ESR化が難しい。
One method of reducing the ESL of the
図14(c)に示した固体電解コンデンサ素子77においては、陽極端子73および陰極端子74を短手方向Yに(対峙するように)配置し、陽極71および陰極72を長手方向Xに(対峙するように)配置している。この素子77においては、電流経路が短手方向Yになり、電流が流れる距離(ループ長)が素子77のL寸法からW寸法に短縮される。したがって、ESLを低減できる。さらに、陰極72および誘電体層をアレンジするために利用できる距離が長手方向XのL寸法になり、陰極72および誘電体層の面積を拡大できる。したがって、コンデンサ容量は大きくでき、低ESR化も実現できる。このように、固体電解コンデンサの接続方向のみを長手方向Xから短手方向Yに変換し、接続方向をL寸法の方向XからW寸法の方向Yに反転することにより、さらにESLおよびESRの低いデバイスを提供できる。
In the solid
図15および図16に、異なるデバイスの例を示している。図15は、デバイス1aを、パッケージ50を省いて示す平面図であり、図16は、デバイス1aを、パッケージ50を省いて示す側面図である。このデバイス1aの基本的な構成は上述したデバイス1と同じであり、コンデンサ20とリードフレーム10とを有する。コンデンサ20は、3つのコンデンサ素子21〜23を含み、大容量の第1のコンデンサ素子21の上に、中容量の第2のコンデンサ素子22および小容量のコンデンサ素子23が並列(陽極31の向きは直交するが)に重なるように配置されている、積層タイプのコンデンサデバイスである。このデバイス1aにおいても、第2のコンデンサ素子22および第3のコンデンサ素子23は、下側の大容量の第1のコンデンサ素子21の陽極31を除いた部分に積み重ねられている。
15 and 16 show examples of different devices. FIG. 15 is a plan view showing the
一方、このデバイス1aにおいては、中容量の第2のコンデンサ素子22の陽極31は、大容量の第1のコンデンサ素子21の陽極31に対し、長手方向Xの異なる側(対峙する端、逆サイド)に現れるように積み重ねられている。さらに、第2の陽極端子12は、他の陽極端子11および13に対してパッケージ50の反対側の辺52に配置され、第2の陰極端子16は、他の陰極端子15および17に対してパッケージ50の反対側の辺51に配置されている。このため、デバイス1aを流れる電流は、第1の端子間(端子11および15)および第3の端子間(端子13および端子17)と、第2の端子間(端子12および16)とは逆転する。したがって、デバイス1aに流れる電流により発生する磁界の向きが逆転し、さらに低ESLのデバイスを提供できる。
On the other hand, in this
図17ないし図19に、さらに異なるデバイスの例を示している。図17は、デバイス1bを、パッケージ50を省いて示す平面図であり、図18は、デバイス1bを、パッケージ50を省いて示す底面図(平面図と反対側から見た図)であり、図19は、デバイス1bを、パッケージ50を省いて示す側面図である。このデバイス1bもコンデンサ20とリードフレーム10を有する。コンデンサ20は、上下に積み重ねられた4つのコンデンサ素子21〜24を含む。それぞれのコンデンサ素子21〜24の構成は上記において説明したコンデンサ素子21と共通であり、それぞれのコンデンサ素子21〜24の基体33の面積は異なり、それぞれのコンデンサ素子21〜24の静電容量(コンデンサ容量)は異なる。
17 to 19 show further examples of different devices. 17 is a plan view showing the
このデバイス1bにおいては、大容量のコンデンサ素子21の上側(表側)33aに、中容量のコンデンサ素子22が、陽極31が長手方向Xの逆サイドに現れるように積み重ねられている。また、大容量のコンデンサ素子21の下側(裏側)33bに、リードフレーム10を挟んで小容量で、それぞれの容量の異なるコンデンサ素子23および24が並列に積み重ねられている。コンデンサ素子23および24の陽極31は、長手方向Xの逆サイドに現れている。
In the
このデバイス1bのリードフレーム10は、パッケージ50の長手方向Xに沿った2つの辺51および52に現れるように配置された第1から第4の陽極リード(陽極端子)11〜14と、短手方向Yに沿った2つの辺53および54に現れるように配置された陰極リード15とを含む。陰極リード15はパッケージ50を長手方向Xに貫通するように配置されており、陰極リード15の表裏に配置された第1のコンデンサ素子21の陰極32と、第3および第4のコンデンサ素子23および24の陰極32と直に、または導電性ペーストを介して接続されている。第2のコンデンサ素子22の陰極32は、積み重ねられた第1のコンデンサ素子21の陰極32を介して陰極リード15に電気的に接続されており、第1から第4のコンデンサ素子21〜24の陰極32は陰極リード15に並列に電気的に接続されている。
The
一方、第1から第4のコンデンサ素子21〜24の陽極31は、それぞれ、ボンディングワイヤ41〜44により、長手方向Xに沿った2つの辺51および52に現れた第1から第4の陽極リード11〜14に接続されている。したがって、このデバイス1bは、容量が異なり、並列に接続された4つのコンデンサ素子21〜24を含む。さらに、これらの4つのコンデンサ素子21〜24の陽極31に繋がった4つの陽極端子11〜14はパッケージ50の長手方向Xに沿った2つの辺51および52に現れ、コンデンサ素子21〜24の陰極32に繋がった陰極リード15の端(陰極端子)15aおよび15bはパッケージ50の短手方向Yに沿った2つの辺53および54に現れている。したがって、デバイス1bにおいては、陽極端子11〜14の現れた方向(第1の方向)と、陰極端子15aおよび15bの現れた方向(第2の方向)とが直交しており、いわゆる貫通型のコンデンサデバイスとなっている。
On the other hand, the
貫通型のコンデンサデバイス1bにおいては、端子間を流れる電流の向きが直交し、逆方向になる。このため、磁界が相殺され、さらに低ESL化が図れる。さらに、このデバイス1bは、異なる4つの容量のコンデンサ素子21〜24を含んでおり、陽極端子11〜14を並列に接続することにより、広い周波数帯でインピーダンスの低いコンデンサデバイスとして使用することが可能となる。
In the feedthrough
図20に、上記において説明したコンデンサデバイス1、1aおよび1bを構成可能なコンデンサ素子の異なる例を示している。このコンデンサ素子21aも、基体33と、その表面(上面)33aおよび裏面(下面)33bに誘電特性を有する層(誘電体酸化被膜)34aおよび34bを挟んで積層され、真の陰極として機能する固体電解質層35aおよび35bとを有する。そして、固体電解質層35aおよび35bに、電気的に接続可能な陰極32として機能する電極層36aおよび36bが積層されている。また、基体33の一方の端が露出して陽極31を構成している。さらに、このコンデンサ素子21aにおいては、基体33の側面33dにも、誘電体酸化被膜34d、固体電解質層35dおよび電極層36dが積層されており、表面33aの電極層36aおよび裏面33bの電極層36bを電気的に接続している。
FIG. 20 shows different examples of capacitor elements that can constitute the
コンデンサ素子21aは、基体33の側面33dに形成された電極層36dにより上下の電極(陰極)32が電気的に接続されている。コンデンサ素子21aは、側面の電極層36dに加えて、貫通電極38を備えていてもよい。基体33の上面33aおよび下面33bに電気的に接続された陰極32を備えたコンデンサ素子21aであれば、複数のコンデンサ素子を上下に積み重ねる(積層する)ことにより陰極32を電気的に接続することが可能である。そして、基体33の上面33aおよび/または下面33bの表面積の異なるコンデンサ素子を積み重ねることにより、それぞれのコンデンサ素子21aの陽極31を積み重ねた方向からアクセスできるように露出させることができ、ワイヤーボンディングなどの方法によりそれぞれのコンデンサ素子21aの陽極をリードフレームあるいは基板などの接続部材と電気的に接続させることができる。
In the
さらに、基体33の上面33aおよび/または下面33bの表面積の異なるコンデンサ素子21aを積み重ねることにより、コンデンサ容量の異なるコンデンサ素子などを含むデバイスを提供することが可能となり、広い周波数帯にわたり低ESLのコンデンサデバイスを提供できる。さらに、コンデンサ素子21aも、基体33の陽極31の裏面33bの側面は絶縁層39cにより覆われている。このため、複数のコンデンサ素子21aを上下に積み重ねるだけで、複数のコンデンサ素子21aの基体33または陽極31の間の電気的な接触を防止でき、複数のコンデンサ素子21aの陰極32同士は直にまたは導電性ペーストを挟むことにより簡単に電気的に接続できる。
Furthermore, by stacking the
このように、上記において説明したコンデンサデバイス1、1aおよび1bは、一方の端が陽極31となる基体33と、その表面(上面)33aおよび裏面(下面)33bに誘電体層を挟んで形成された陰極32とを有するタイプのコンデンサ素子であって、さらに、基体33の表面33aおよび/または裏面33bの面積が異なり、積み重ねられた(積層された)複数のコンデンサ素子を含む。このため、コンデンサデバイス1、1aおよび1bは複数の異なる容量のコンデンサ素子を含み、それら容量の異なる複数のコンデンサ素子を並列に接続することに、広い周波数帯でインピーダンスを低くすることができ、さらに低ESLのコンデンサデバイスを提供できる。
As described above, the
上記において説明したコンデンサデバイス1、1aおよび1bは、本発明の幾つかの例であり、複数の面積の異なるコンデンサ素子の積み重ね方は上記の実施例に限定されない。複数のコンデンサ素子を3層以上に積み重ねたデバイスであってもよく、リードフレームの代わりに、コンデンサ素子の接続電極部(陽極および陰極)と電気的に接続可能な接続端子部(陽極端子および陰極端子)が配置された基板を内蔵したデバイスであってもよい。また、ボンディングワイヤの代わりに、積み重ねられた複数のコンデンサ素子の陽極に直に接続できる形状に加工されたリードフレームを内蔵したデバイスであってもよい。さらに、積み重ねられた複数のコンデンサ素子の陽極同士を接続(短絡)したリードフレームを内蔵したデバイスであってもよい。また、本発明に係る表面実装用のデバイスは、CPUとの組み合わせだけではなく、他の回路素子と組み合わせて用いることも可能である。
The
1 表面実装用のデバイス
10 リードフレーム
20 コンデンサ、 21、22、23、24 コンデンサ素子
31 陽極(第1の接続電極部)、 32 陰極(第2の接続電極部)
33 基体
DESCRIPTION OF
33 Base
Claims (7)
前記複数のコンデンサ素子を収納するパッケージとを有するデバイスであって、
前記コンデンサ素子は、それぞれ、板状の導電性の基体と、
前記基体の両面に誘電特性を有する層を少なくとも挟んで形成された電極層であって、前記基体を貫通する孔および/または前記基体の側面に設けられた接続層により電気的に接続された電極層と、
前記基体の一方の面の端の少なくとも一部が露出した第1の接続電極部と、
前記電極層の少なくとも一部により形成される第2の接続電極部と、
前記基体の他方の面の前記第1の接続電極部に対峙する部分に設けられた絶縁層とを含み、
前記複数のコンデンサ素子は、
前記基体の前記一方の面が長方形の第1のコンデンサ素子と、
前記第1のコンデンサ素子に積み重ねられた第2のコンデンサ素子であって、前記基体の面積が前記第1のコンデンサ素子の前記基体の面積より小さい第2のコンデンサ素子とを含み、前記第2のコンデンサ素子は、前記第1のコンデンサ素子の前記基体の前記一方の面の前記第1の接続電極部を除いた部分に、その全体が積み重ねられ、前記第2のコンデンサ素子の前記第1の接続電極部は、前記絶縁層を介して前記第1のコンデンサ素子に、その全体が積み重ねられ、
前記第1のコンデンサ素子の前記第1の接続電極部と前記第2のコンデンサ素子の前記第1の接続電極部とが前記第1のコンデンサ素子の長手方向の同サイドまたは逆サイドに現れており、
当該デバイスは、さらに、
前記第1のコンデンサ素子の前記第1の接続電極部に電気的に接続された第1の接続端子部と、
前記第2のコンデンサ素子の前記第1の接続電極部に電気的に接続された第2の接続端子部と、
前記第1のコンデンサ素子の前記電極層に電気的に接続された基準電圧用の接続端子部と、
前記第1のコンデンサ素子の前記第1の接続電極部と前記第1の接続端子部とを接続する第1のボンディングワイヤと、
前記第2のコンデンサ素子の前記第1の接続電極部と前記第2の接続端子部とを接続する第2のボンディングワイヤとを有し、
前記パッケージは前記第1のコンデンサ素子の前記長手方向が長い矩形であり、前記第1の接続端子部および前記第2の接続端子部は、前記パッケージの長手方向の辺に現れている、デバイス。 A plurality of stacked capacitor elements ;
A device having a package for housing the plurality of capacitor elements ,
Each of the capacitor elements has a plate-like conductive base,
An electrode layer formed by sandwiching at least layers having dielectric properties on both surfaces of the substrate, and electrically connected by a hole penetrating the substrate and / or a connection layer provided on a side surface of the substrate and the layer,
A first connection electrode portion in which at least a part of an end of one surface of the base body is exposed;
A second connection electrode portion formed by at least a part of the electrode layer ;
An insulating layer provided in a portion facing the first connection electrode portion on the other surface of the base body,
The plurality of capacitor elements are:
A first capacitor element whose one surface of the base is rectangular ;
A second capacitor element stacked on said first capacitor element, viewed including the said base area smaller than the second capacitor element of the area of the substrate is the first capacitor element, the second The capacitor element of the first capacitor element is entirely stacked on a portion of the one surface of the base body excluding the first connection electrode portion, and the first capacitor element has the first capacitor element. The entire connection electrode portion is stacked on the first capacitor element via the insulating layer,
The first connection electrode portion of the first capacitor element and the first connection electrode portion of the second capacitor element appear on the same side or opposite side in the longitudinal direction of the first capacitor element. ,
The device further includes
A first connection terminal portion electrically connected to the first connection electrode portion of the first capacitor element;
A second connection terminal portion electrically connected to the first connection electrode portion of the second capacitor element;
A reference voltage connection terminal portion electrically connected to the electrode layer of the first capacitor element;
A first bonding wire that connects the first connection electrode portion and the first connection terminal portion of the first capacitor element;
A second bonding wire that connects the first connection electrode portion of the second capacitor element and the second connection terminal portion;
The package is a device in which the longitudinal direction of the first capacitor element is a long rectangle, and the first connection terminal portion and the second connection terminal portion appear on a side in the longitudinal direction of the package .
前記基準電圧用の接続端子部は、前記パッケージの前記長手方向の辺に現れている、デバイス。 In any of claims 1 to 3,
The device in which the connection terminal portion for the reference voltage appears on the longitudinal side of the package.
前記基準電圧用の接続端子部は前記長手方向と直交する短手方向の辺に現れている、デバイス。 In any of claims 1 to 3,
The device in which the connection terminal for the reference voltage appears on a side in a short direction perpendicular to the longitudinal direction .
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