JPH07263269A - 積層セラミックコンデンサ - Google Patents

積層セラミックコンデンサ

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JPH07263269A
JPH07263269A JP6050242A JP5024294A JPH07263269A JP H07263269 A JPH07263269 A JP H07263269A JP 6050242 A JP6050242 A JP 6050242A JP 5024294 A JP5024294 A JP 5024294A JP H07263269 A JPH07263269 A JP H07263269A
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ceramic capacitor
electrodes
electrode
internal
laminated
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JP6050242A
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English (en)
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Shigeyoshi Sudo
重義 須藤
Yoshikazu Fujishiro
義和 藤城
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Original Assignee
TDK Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 フローティング電極を有する積層セラミック
コンデンサのQを増大させる。 【構成】 フローティング電極を有する積層セラミック
コンデンサの内部電極及びフローティング電極あるいは
フローティング電極のみを2重構造にする。また、この
電極が2重化されたセラミック積層コンデンサを多層積
層構造、直列接続構造あるいは直列接続構造されたもの
を多層積層構造とする。なお、全てのフローティング電
極を2重化することなく1部のフローティング電極のみ
を2重化することを大きくすることも可能である。ま
た、2重化されるフローティング電極の形状あるいは面
積を変化させ、あるは2重化以外に3重化あるいは4重
化することも可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、積層セラミックコンデ
ンサに係るものである。
【0002】
【従来の技術】各種電子装置の普及が進む中で、これら
の装置の小型軽量化が急速に進んでいる。特に、カメラ
一体型VTR、携帯電話器、ノート型パーソナルコンピ
ュータ、パームトップ型コンピュータ等携帯することを
目的とする電子装置においては小型軽量化の速度が著し
い。このような電子装置の小型軽量化が進められる中で
使用される各種電子部品の小型軽量化が進められるとと
もに、電子部品を実装する手段も従来のプリント基板に
設けられたスルーホールに使用される電子部品のピンを
挿入し半田付けするものから、プリント基板上に設けら
れた導電パターンのランドに電子部品を載置・半田付け
する表面実装技術(Surface Mounting Technology=S
MT)へと変化している。
【0003】このSMTにおいて用いられる電子部品は
表面実装部品(Surface Mounting Device=SMD)と
総称され、半導体部品はもちろんのことコンデンサ、抵
抗器、インダクタ、フィルタ等があり中でも特に小型の
部品であるコンデンサ及び抵抗器はチップ部品と呼ばれ
ている。
【0004】代表的なチップ部品である従来の積層セラ
ミックコンデンサの構造を説明するために最も単純な構
成として2枚の電極とその間に挟まれた1枚の誘電体層
から構成された積層セラミックコンデンサの断面構造を
図1(a)に示す。この積層セラミックコンデンサは長
方形状を有する第1の誘電体シート1,第2の誘電体シ
ート2及び第3の誘電体シート3がこの順に積層されて
いる。第1の誘電体シート1上には長方形の短辺の一方
のみに接し長辺方向に延在する導電性の材料からなる内
部電極4が、第2の誘電体シート2上にはもう一方の短
辺のみに接し長方形の長辺方向に延在する導電性の材料
からなる内部電極5が形成され、このように積層された
誘電体シート2の上側の面の上に内部電極が形成されて
いない第3の誘電体シート3が積層されている。内部電
極4には積層セラミックコンデンサを外部のプリント回
路パターンと接続するために印刷等の手段により端子電
極6’が取り付けられており、内部電極5には、積層セ
ラミックコンデンサを外部のプリント回路パターンと接
続するために印刷等の手段により端子電極6が取り付け
られている。
【0005】(b)に示したのは(a)に示された積層
セラミックコンデンサの等価回路であって、内部電極5
の抵抗成分R5,内部電極4及び内部電極5とこれらの
間に形成された誘電体によって構成される靜電容量成分
4-5,内部電極4の抵抗成分R4が直列に接続されたも
のとして表現される。なお、この等価回路においてR4
=R5=R0,C4-5=C0とした場合にその合成抵抗は2
0である。コンデンサの性能を表すために1/ωCR
で定義されるQが用いられるが、この積層セラミックコ
ンデンサのQは1/(2ωR00)となる。
【0006】実際に用いられる積層セラミックコンデン
サは靜電容量を確保するために複数の電極を積層してい
る。その最も代表的な構造である同電位にある2枚の電
極の間に異なる電位にある1枚の電極が挿入され、これ
らの電極の間に誘電体層が挟まれて構成された積層セラ
ミックコンデンサの断面構造を図2(a)に示す。この
積層セラミックコンデンサは図1(a)に示された積層
セラミックコンデンサの内部電極5と誘電体層3との間
に長方形状を有する第4の誘電体シート6が形成され、
この第4の誘電体シート7上に内部電極8が形成されて
いる。内部電極4及び8には積層セラミックコンデンサ
を外部のプリント回路パターンと接続するために印刷等
の手段により端子電極6’が取り付けられ、内部電極5
には、積層セラミックコンデンサを外部のプリント回路
パターンと接続するために印刷等の手段により端子電極
6が取り付けられている。
【0007】(b)に示したのは(a)に示された積層
セラミックコンデンサの等価回路であって、内部電極4
の抵抗成分R4と内部電極4と内部電極5との間に形成
された靜電容量成分C4-5が直列接続された回路,内部
電極8の抵抗成分R8と内部電極7と内部電極5との間
に形成された靜電容量成分C8-5が直列接続された回路
が並列に接続され、この並列回路にさらに内部電極5の
抵抗成分R5が直列に接続されたものとして表現され
る。この等価回路においてR4=R5=R8=R0,C4-5
=C8-5=C0とした場合にその合成抵抗は3R0/2、
合成靜電容量は2C0、Qは1/(3ωR00)であ
る。したがって、図1に示された積層セラミックコンデ
ンサと比較して合成抵抗は3/4倍に、合成靜電容量は
2倍に、Qは2/3倍になる。
【0008】本来理想的なコンデンサは電極の電気抵抗
及び誘電体損失が0であって容量成分だけで構成されて
いるため、電力損失を生じることはない。しかし、実際
のコンデンサは電極を構成する導体の電気抵抗及び誘電
体損失が0ではないため容量成分の他に抵抗成分を有し
ており、電力損失の原因となる。
【0009】積層セラミックコンデンサの電力損失を小
さくするためには電気抵抗あるいは誘電体損失を小さく
すればよいが、誘電体損失は使用する誘電体材料によっ
て決まるため、材料を変更しなければ小さくすることが
できない。一方、積層セラミックコンデンサの抵抗を減
少させるには、電極の長さを減少させる,電極の巾を増
大させる及び電極の厚さを増大せるとの手段が考えられ
るが、電極の巾は限界にまで拡大されている。また、電
極の長さを減少させることは靜電容量を小さくすること
になるため、採用することはできない。そして、電極の
厚さを増大させることはデラミネーション発生の原因と
なるため製造技術上望ましいことではない。
【0010】積層セラミックコンデンサの抵抗を減少さ
せるもう1つの手段として、電極を二重にした構造があ
る。この方法を図2(a)に示された積層セラミックコ
ンデンサに適用した断面構造を図3(a)に示す。この
積層セラミックコンデンサは図2(a)に示された積層
セラミックコンデンサの内部電極5と誘電体層6との間
に長方形状を有する第5の誘電体シート9が形成され、
この第4の誘電体シート9の上に内部電極10が形成さ
れている。内部電極4及び8には積層セラミックコンデ
ンサを外部のプリント回路パターンと接続するために印
刷等の手段により端子電極6’が取り付けられ、内部電
極5及び10には積層セラミックコンデンサを外部のプ
リント回路パターンと接続するために印刷等の手段によ
り端子電極6が取り付けられている。
【0011】(b)に示したのは(a)に示された積層
セラミックコンデンサの等価回路であり、二重にされた
内部電極5と内部電極10は同電位であってその間に靜
電容量を有しないから、この等価回路は内部電極4の抵
抗成分R4と内部電極4と内部電極5との間に形成され
た靜電容量成分C4-5と内部電極5の抵抗成分R5が直列
接続された回路,内部電極8の抵抗成分R8と内部電極
8と内部電極10との間に形成された靜電容量成分C
8-10と内部電極10の抵抗成分R10が直列接続された回
路,が並列に接続されたものとして表現される。この等
価回路においてR4=R5=R8=R10=R0,C4-5=C
8-10=C0とした場合にその合成抵抗はR0、合成靜電容
量は2C0、Qは1/(2ωR00)である。したがっ
て、図1に示された積層セラミックコンデンサと比較し
て合成抵抗は1/2倍に、合成靜電容量は2倍になる
が、Qは変化しない。
【0012】図4に示すのは、図3に示された積層セラ
ミックコンデンサを多層に積層した積層セラミックコン
デンサである。この図において、(a)に示されたのは
この積層セラミックコンデンサの構造断面図であり、各
々2l個の内部電極が端子電極6及び6’に接続されて
いる。
【0013】(b)に示したのは、その等価回路図であ
る。この等価回路において全ての内部電極の抵抗値がR
0であり、内部電極間に生成される靜電容量がC0である
とした場合、内部電極の数を4lとすると、その合成抵
抗はR0/l、合成靜電容量は2lC0、Qは1/(2ω
00)である。このように、図1に示された積層セラ
ミックコンデンサと比較して合成抵抗は1/2l倍に、
合成靜電容量は2l倍になるが、Qは変化しない。
【0014】ところで、これらの積層セラミックコンデ
ンサにおける内部電極はすべて端子電極6あるいは6’
に接続されていなければ所定の靜電容量を得ることがで
きないため、内部電極と端子電極との接続不良は即製品
不良ということになる。前に述べたように、図4に示さ
れた積層セラミックコンデンサは4n個の内部電極を有
しており、内部電極の数が多い場合には内部電極と端子
電極との接続を十分にすることが困難である。また、積
層セラミックコンデンサの内部電極を端子電極に接続す
る前工程としてメッキが行われるが、これらのは積層セ
ラミックコンデンサの場合、露出している多数の内部電
極を経由して内部にメッキ液が侵入することによって製
品不良が発生することがある。
【0015】
【発明の概要】このように、積層セラミックコンデンサ
の抵抗を減少させる手段である電極長さの減少は靜電容
量を小さくし、電極巾の増大は限界に達しており、電極
厚さの増大はデラミネーション発生の原因となる。ま
た、靜電容量増大のための積層数の増加は内部電極と端
子電極との接続不良及び内部へのメッキ液侵入による製
品不良発生の原因となる。
【0016】ところで、実開昭60−76028号公報
あるいは特開平1−220422号公報に記載された図
5に示すような構造を有する、耐電圧を高くすることを
目的とした積層セラミックコンデンサがある。
【0017】この積層セラミックコンデンサは長方形状
を有する第1の誘電体シート11,第2の誘電体シート
12,第3の誘電体シート13及び第4の誘電体シート
14がこの順に積層されている。第1の誘電体シート1
1上には両短辺の一方のみに接し長辺方向に長方形の中
央部まで延在する導電性の材料からなる内部電極15,
15’が、第2の誘電体シート12上には両短辺のいず
れにも接することなく長方形の長辺方向に延在する導電
性の材料からなる内部電極16が形成され、第3の誘電
体シート13上には両短辺の一方のみに接し長辺方向に
長方形の中央部まで延在する導電性の材料からなる内部
電極17,17’が形成され、このように積層された第
3の誘電体シート13の上側の面の上に内部電極が形成
されていない第4の誘電体シート14が積層されてい
る。内部電極15及び17には積層セラミックコンデン
サを外部のプリント回路パターンと接続するために印刷
等の手段により端子電極18が取り付けられ、内部電極
15’及び17’には、積層セラミックコンデンサを外
部のプリント回路パターンと接続するために印刷等の手
段により端子電極18’が取り付けられている。
【0018】この積層セラミックコンデンサは外部に接
続される電極15及び15’と電極17及び17’とが
直接に対向することなく、どこにも接続されていないフ
ローティング電極16が間に介在しており、このフロー
ティング電極によって、電極の間に挟まれる誘電体層の
厚さを大きくすることなく耐電圧を確保することができ
る。
【0019】(b)に示したのは(a)に示された積層
セラミックコンデンサの等価回路であって、内部電極1
5の抵抗成分R15と内部電極15とフローティング電極
16との間に形成された靜電容量成分C15-16が直列接
続された回路と内部電極17の抵抗成分R17と内部電極
17とフローティング電極16との間に形成された靜電
容量成分C17-16が直列接続された回路が並列に接続さ
れた回路、内部電極15’の抵抗成分R15'と内部電極
15’とフローティング電極16との間に形成された靜
電容量成分C15'-16が直列接続された回路と内部電極1
7’の抵抗成分R17'と内部電極17’とフローティン
グ電極16との間に形成された靜電容量成分C17'-16
直列接続された回路が並列に接続された回路、及びこれ
らの並列回路の間にフローティング電極16の抵抗成分
16が直列に接続されたものとして表現される。したが
って、この等価回路においてR15=R17=R15'=R17'
=R16=R0,C15-16=C17-16=C15'-16=C17'-16
=C0とした場合にその合成抵抗は2R0、合成靜電容量
はC0、Qは1/(2ωR00)である。
【0020】本出願においては、このフローティングを
有する積層セラミックコンデンサの全ての電極あるいは
一部の電極を二重にすることにより、内部電極の抵抗を
減少させること、Qの値を増大させることあるいは内部
電極と端子電極との接続不良及び内部へのメッキ液侵入
による製品不良の発生が少ないことを実現することがで
きる積層セラミックコンデンサの構造を提供する。
【0021】
【実施例】以下、図面を用いて本願発明の実施例を説明
する。図6に示したのは本願発明の第1の実施例であ
り、図5に示された従来の積層セラミックコンデンサの
フローティング電極を2枚の並行する電極によって構成
したものである。
【0022】図6(a)に断面構造を示した第1実施例
の積層セラミックコンデンサは図5に示された積層セラ
ミックコンデンサと同様な構造を有しているが、図5に
示された従来の積層セラミックコンデンサが4枚の誘電
体シート11,12,13,14で構成されているのに
対し、図6に示された実施例の積層セラミックコンデン
サは5枚の誘電体シート21,22,23,24,25
で構成されている。
【0023】この積層セラミックコンデンサは長方形状
を有する第1の誘電体シート21,第2の誘電体シート
22,第3の誘電体シート23,第4の誘電体シート2
4及び第5の誘電体シート25がこの順に積層されてい
る。第1の誘電体シート21上には両短辺の一方のみに
接し長辺方向に長方形の中央部まで延在する導電性の材
料からなる内部電極26,26’が、第2の誘電体シー
ト22上には両短辺のいずれにも接することなく長方形
の長辺方向に延在する導電性の材料からなる内部電極2
7が形成され、第3の誘電体シート23上には両短辺の
いずれにも接することなく長方形の長辺方向に延在する
導電性の材料からなる内部電極28が形成され、第4の
誘電体シート24上には両短辺の一方のみに接し長辺方
向に長方形の中央部まで延在する導電性の材料からなる
内部電極29,29’が形成され、このように積層され
た第4の誘電体シート24の上側の面の上に内部電極が
形成されていない第5の誘電体シート25が積層されて
いる。内部電極26及び28には積層セラミックコンデ
ンサを外部のプリント回路パターンと接続するために印
刷等の手段により端子電極30が取り付けられ、内部電
極26’及び28’には、積層セラミックコンデンサを
外部のプリント回路パターンと接続するために印刷等の
手段により端子電極30’が取り付けられている。
【0024】(b)に示したのは(a)に示された積層
セラミックコンデンサの等価回路であって、内部電極2
6の抵抗成分R26−内部電極26と内部電極27との間
に形成された靜電容量成分C26-27−内部電極27の抵
抗成分R27−内部電極27と内部電極26’との間に形
成された靜電容量成分C26'-27−内部電極26’の抵抗
成分R26'が直列接続された回路及び内部電極29の抵
抗成分R29−内部電極29と内部電極28との間に形成
された靜電容量成分C29-28−内部電極28抵抗成分R
28−内部電極28と内部電極29’との間に形成された
靜電容量成分C28-29'−内部電極29’の抵抗成分R
29'が直列接続された回路が並列に接続されたものとし
て表現される。
【0025】この等価回路においてR26=R27=R28
29=R26'=R29'=R0,C26-27=C26'-27=C
29-28=C28-29'=C0とした場合にその合成抵抗は3R
0/2、合成靜電容量はC0、Qは2/(3ωR00)で
ある。したがって、図5に示された従来の積層セラミッ
クコンデンサと比較して合成靜電容量は変化しないが、
合成抵抗は3/4倍に、Qは4/3倍になる。すなわ
ち、図5に示された従来の積層セラミックコンデンサの
フローティング電極を2重化することにより、靜電容量
が確保されるとともに、Qが増大する。
【0026】図7に示すのは、図6に示された2重化さ
れたフローティング電極を有する積層セラミックコンデ
ンサをm個積層した第2実施例の積層セラミックコンデ
ンサである。この図において、(a)に示されたのはこ
の積層セラミックコンデンサの構造断面図であり、各々
の内部電極が端子電極30及び30’に接続されてい
る。
【0027】(b)に示したのは、その等価回路図であ
る。この等価回路において全ての内部電極の抵抗値がR
0であり、内部電極間に生成される靜電容量がC0である
とした場合、その合成抵抗は3R0/2m、合成靜電容
量は2mC0、Qは2/(3ωR00)である。したが
って、図5に示された従来の積層セラミックコンデンサ
と比較して合成抵抗は3/4m倍に減少し、合成靜電容
量は2m倍に、また、Qは4/3倍に増大する。すなわ
ち、図6に示された第1実施例の積層セラミックコンデ
ンサを多層化することにより、Qが変化することなく靜
電容量が増大する。
【0028】図8に示したのは、図6に示された積層セ
ラミックコンデンサをn個直列に接続した第3実施例の
積層セラミックコンデンサである。この図において、
(a)に示されたのはこの積層セラミックコンデンサの
構造断面図であり、両端の内部電極が端子電極30及び
30’に接続されている。
【0029】この積層セラミックコンデンサの合成抵抗
は{(2n+1)R0}/2、合成靜電容量はC0/n、
Qは2n/{(2n+1)ωR00}である。したがっ
て、図5に示された積層セラミックコンデンサと比較し
て合成抵抗は{(2n+1)/4}倍になり、合成靜電
容量は1/n倍に減少し、また、Qは4n/(2n+
1)倍に増大する。
【0030】図9に示したのは、図6に示された積層セ
ラミックコンデンサをn個直列に接続するとともにm層
積層した例である。この図において、(a)に示された
のはこの積層セラミックコンデンサの構造断面図であ
り、両端の内部電極が端子電極30及び30’に接続さ
れている。この積層セラミックコンデンサの合成抵抗は
{(2n+1)R0}/2m、合成靜電容量はmC0
n、Qは2n/{(2n+1)ωR00}である。した
がって、図1に示された積層セラミックコンデンサと比
較して合成抵抗は{(2n+1)/4m}倍に、合成靜
電容量はm/n倍になり、また、Qは4n/(2n+
1)倍に増大する。
【0031】以上説明した積層セラミックコンデンサに
おいては実際の電極の面積、対向面積、間隔等R0及び
0に影響する要素を全て均一であるとして理論値を示
した。しかし、実際の積層セラミックコンデンサにおけ
る電極の面積、対向面積、間隔等R0及びC0に影響する
要素にバラつきがある。したがって、実際の積層セラミ
ックコンデンサのQの値は理論値とは異なるものとな
る。
【0032】従来の積層セラミックコンデンサ及び実施
例に示された積層セラミックコンデンサについて靜電容
量を15pFとして500MHzにおけるQを測定した。
その結果、図2に示された従来の積層セラミックコンデ
ンサの場合には70であり、図5に示された従来の積層
セラミックコンデンサの場合には120であった。これ
に対して、図6及び図7の構造の本願発明実施例の積層
セラミックコンデンサの場合には220と大きな値を示
した。
【0033】また、図8及び図9に示した本発明実施例
の積層セラミックコンデンサの場合には端子電極に接続
される内部電極が少ないため、内部電極と端子電極との
接続不良及び内部へのメッキ液侵入による製品不良の発
生が少ない。
【0034】なお、等価回路からみて明らかなように、
製造技術上あるいはコスト等の点に問題がある場合には
全てのフローティング電極を2重化することなく、1部
のフローティング電極のみを2重化してもQを大きくす
ることが可能である。また、2重化されるフローティン
グ電極の形状あるいは面積は同一である必要はなく、2
重化以外に3重化あるいは4重化にすることも可能であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】基本的な積層セラミックコンデンサの断面構造
図及び等価回路図。
【図2】一般的な構造を有する従来例の積層セラミック
コンデンサの断面構造図及び等価回路図。
【図3】図2の積層セラミックコンデンサの内部電極を
2重化した従来の積層セラミックコンデンサの断面構造
図及び等価回路図。
【図4】図3の積層セラミックコンデンサを多層化した
従来の積層セラミックコンデンサの断面構造図及び等価
回路図。
【図5】フローティング電極を有する従来例の積層セラ
ミックコンデンサの断面構造図及び等価回路図。
【図6】図5の積層セラミックコンデンサのフローティ
ング電極を2重化した本発明第1実施例の積層セラミッ
クコンデンサの断面構造図及び等価回路図。
【図7】図6の積層セラミックコンデンサを多層化した
本発明第2実施例の積層セラミックコンデンサの断面構
造図及び等価回路図。
【図8】図6の積層セラミックコンデンサを直列に接続
して構成された本発明第3実施例の積層セラミックコン
デンサの断面構造図及び等価回路図。
【図9】図8の積層セラミックコンデンサを多層化した
本発明第4実施例の積層セラミックコンデンサの断面構
造図及び等価回路図。
【符号の説明】
1,2,3,7,9,11,12,13,14,21,
22,23,24,25 誘電体層 4,5,8,10,158,17,15’,17’,2
6,29,26’,29’ 内部電極 6,6’18,18’,30,30’端子電極 16,27,28フローティング電極

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 積層された第1,第2,第3,第4,第
    5のセラミック誘電体層からなり、 前記第1のセラミック誘電体層の両端に第1及び第3の
    内部電極が形成され、 前記第2のセラミック誘電体層の中央に第1のフローテ
    ィング電極が形成され、 前記第3のセラミック誘電体層の中央に第2のフローテ
    ィング電極が形成され、 前記第4のセラミック誘電体層の両端に第2及び第4の
    内部電極が形成され、ている積層セラミックコンデン
    サ。
  2. 【請求項2】 積層された第1,第2,第3,第4,第
    5のセラミック誘電体層からなり、 前記第1のセラミック誘電体層の両端に第1及び第3の
    内部電極が形成され、 前記第2のセラミック誘電体層の中央に第1のフローテ
    ィング電極が形成され、 前記第3のセラミック誘電体層の中央に第2のフローテ
    ィング電極が形成され、 前記第4のセラミック誘電体層の両端に第2及び第4の
    内部電極が形成され、ることにより構成された積層セラ
    ミックコンデンサを複数積層することにより構成された
    積層セラミックコンデンサ。
  3. 【請求項3】 積層された第1,第2,第3,第4,第
    5のセラミック誘電体層からなり、 前記第1のセラミック誘電体層の両端に第1,第3・・
    ・の内部電極が形成され、 前記第2のセラミック誘電体層の中央に第1,第3・・
    ・のフローティング電極が形成され、 前記第3のセラミック誘電体層の中央に第2,第4・・
    ・のフローティング電極が形成され、 前記第4のセラミック誘電体層の両端に第2,第4・・
    ・の内部電極が形成され、ることにより構成された積層
    セラミックコンデンサ。
  4. 【請求項4】 積層された第1,第2,第3,第4,第
    5のセラミック誘電体層からなり、 前記第1のセラミック誘電体層の両端に第1,第3・・
    ・の内部電極が形成され、 前記第2のセラミック誘電体層の中央に第1,第3・・
    ・のフローティング電極が形成され、 前記第3のセラミック誘電体層の中央に第2,第4・・
    ・のフローティング電極が形成され、 前記第4のセラミック誘電体層の両端に第2,第4・・
    ・の内部電極が形成されることにより構成された積層セ
    ラミックコンデンサを複数積層することにより構成され
    た積層セラミックコンデンサ。
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