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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Vielschicht-Keramikkondensator für eine dreidimensionale Montage,
der für
eine Montage in einem Personalcomputer oder einem anderem elektronischen Gerät mit einer
hohen Betriebsfrequenz als Kondensator mit niedriger äquivalenter
Serieninduktivität (ESL)
und niedrigem äquivalenten
Serienwiderstand (ESR) sowie für
eine Montage auf einer dreidimensionalen mehrschichtigen Leiterplatte
geeignet ist.
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Herkömmlich sind
Vielschicht-Keramikkondensatoren mit mehreren Anschlusskontakten
bekannt, wie beispielsweise der im
US-Patent
Nr. 5880925 beschriebene Kondensator. Dieser Kondensator
weist einen Kondensatorkörper
mit zwei Typen von Innenelektroden, d.h. ersten und zweiten Innenelektroden,
und dielektrische Schichten auf, die derart stapelförmig angeordnet
sind, daß die
Innenelektroden sandwichartig dazwischen angeordnet sind. Jede dieser
Innenelektroden weist ein rechteckiges Hauptabschnittmuster, das
sich auf einer Fläche
einer rechteckigen Keramikschicht in Längsrichtung erstreckt, und
mehrere Anschlussmuster auf, die sich von den Seiten des Hauptabschnitts
zu den Seiten der Keramikschicht erstrecken. Die Anschlussmuster
der ersten Innenelektroden und die Anschlussmuster der zweiten Innenelektroden
sind in Draufsicht betrachtet an voneinander verschiedenen Positionen
ausgebildet. Mehrere Außenelektroden
sind an den Seitenflächen
der langen und kurzen Seiten des Kondensatorkörpers dieses Vielschicht-Keramikkondensators
mit mehreren Anschlusskontakten ausgebildet.
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Dieser
Vielschicht-Keramikkondensator mit mehreren Anschlusskontakten wird
auf einer Oberfläche
einer Leiterplatte derart angeordnet, dass sich die Außenelektroden
von der Oberfläche
der Leiterplatte senkrecht erstrecken. Die Stapelrichtung der Innenelektroden
und der Keramikschichten erstreckt sich im Wesentlichen vertikal
zur Leiterplatte. Die Außenelektroden
werden an Anschlussflächen
des Schaltungsmusters der Leiterplatte angelötet, um den Kondensator auf
der Oberfläche
der Leiterplatte zu montieren.
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Bei
einem derartigen Vielschicht-Keramikkondensator kann jedoch, weil
die Stapelrichtung der Innenelektroden und der Keramikschichten
bei einer Oberflächenmontage
der Höhenrichtung
des Kondensators entspricht, wenn die Anzahl der Keramikschichten
aufgrund der erforderlichen elektrischen Charakteristiken zunimmt,
die Höhe
des elektronischen Bausteins nicht niedrig gehalten werden.
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Als
mehrschichtige elektronische Bausteine für eine Oberflächenmontage,
in denen die Stapelrichtung der Keramikschichten der Höhenrichtung des
mehrschichtigen elektronischen Bausteins entspricht, sind außer dem
im
US-Patent Nr. 588092 beschriebenen
Baustein z.B. gemäß der
JP-B-64-10927 ,
JP-A-7-161568 ,
JP-A-7-169649 ,
JP-A-7-169651 ,
JP-A-7-272975 ,
JP-A-8-124800 ,
JP-A-9-148174 ,
JP-A-6-7228 ,
JP-B-62-35257 und
JP-B-63-38856 auch
viele andere Bausteine bekannt. In einem mehrschichtigen elektronischen
Baustein für
eine Oberflächenmontage,
bei der die Stapelrichtung der Keramikschichten der Höhenrichtung des
mehrschichtigen elektronischen Bausteins entspricht, tritt das Problem
auf, dass, wenn die Anzahl der stapelförmig angeordneten Keramikschichten aufgrund
der erforderlichen elektronischen Charakteristiken zunimmt, die
Höhe des
elektronischen Bausteins nicht klein gehalten werden kann.
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In
Personalcomputern und anderen elektronischen Geräten hat die Betriebsfrequenz
von 500 MHz auf 1 GHz zugenommen. Die Spannungsversorgungsschaltung
dieser Geräte
muss einen Vielschicht-Keramikkondensator mit niedrigem ESL- und niedrigem
ESR-Wert aufweisen. Außerdem
besteht hinsichtlich der zunehmend kleineren Größen elektronischer Geräte ein Bedarf
an einem Vielschicht-Keramikkondensator mit mehreren Anschlusskontakten
mit einer kleinen Höhenabmessung,
durch den eine zuverlässige
Oberflächenmontage
z.B. auf einer dreidimensionalen Leiterplatte ermöglicht wird
und der vorgegebene Charakteristiken aufweist.
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Bei
einer dreidimensionalen Montage eines herkömmlichen Vielschicht-Keramikkondensators mit
mehreren Anschlusskontakten z.B. auf einer dreidimensionalen mehrschichtigen
Leiterplatte wird jedoch das auf der Leiterplatte ausgebildete Schaltungsmuster
länger,
wird die Umgehung der Anschlussflächen länger und tritt ein nachteiliger
Effekt aufgrund einer induktiven Komponente auf. Insbesondere wird
ein Schaltungsmuster länger,
das Anschlussflächen
an oberen Positionen und Anschlussflächen an unteren Positionen
aufweist, wird die Umgehung der Anschlussflächen länger, tritt ein nachteiliger
Effekt aufgrund einer induktiven Komponente auf und wird unvermeidbar
Rauschen erzeugt.
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Außerdem tritt
z.B. bei einer Oberflächenmontage
des herkömmlichen
Kondensators in der Nähe
der Anschlusskontakte eines Halbleiters, um den ESL-Wert zu vermindern,
das Problem auf, dass die Wirkung der induktiven Komponente aufgrund der
Umgehung der Anschlussflächen
nicht vernachlässigt
werden kann. Außerdem
kann in einem herkömmlichen
Kondensator, wie vorstehend erläutert wurde,
die Höhenabmessung
des Kondensators selbst nicht unabhängig von der Anzahl stapelförmig angeordneter
Schichten klein gehalten werden. Daher ist der herkömmliche
Kondensator für
eine dreidimensionale Montage ungeeignet.
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In
der
JP-A-57-60827 und
in der
JP-C-2657953 wird
ein Kondensator vorgeschlagen, bei dem die Stapelrichtung der Keramikschichten sich
in der Ebenenrichtung der Leiterplatte erstreckt, auf der der Vielschicht-Keramikkondensator
oberflächenmontiert
werden soll. Bei den in diesen Veröffentlichungen beschriebenen
Kondensatoren treten jedoch Probleme dahingehend auf, dass die Kondensatoren
nicht dreidimensional montierbar sind und der ESR-Wert und/oder
der ESL-Wert von mit den Kondensatoren verbundenen externen Schaltungen leicht
groß werden.
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In
der
EP-A-0351343 ist
ein Vielschicht-Kondensator mit Außenelektroden beschrieben,
die in der gleichen Reihe wechselseitig beabstandet sind, so dass
dieser Kondensator nicht dreidimensional montierbar ist und der
ESR-Wert und/oder der ESL-Wert von mit den Kondensatoren verbundenen externen
Schaltungen groß wird.
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In
der
JP-A-09-148174 ist
ein Kondensator beschrieben, bei dem die Stapelrichtung der Keramikschichten
sich in der Höhenrichtung
erstreckt, d.h., die Stapelrichtung der Keramikschichten erstreckt
sich nicht senkrecht zur Höhenrichtung.
Außerdem
ist bei diesem bekannten Kondensator die Höhe in der Stapelrichtung offensichtlich
größer als die
Länge.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Vielschicht-Keramikkondensator
für eine dreidimensionale
Montage bereitzustellen, der zur Montage in einem Personalcomputer
oder einem anderen elektronischen Gerät mit einer hohen Betriebsfrequenz
als Kondensator mit niedrigem ESL-Wert und niedrigem ESR-Wert geeignet
ist, wodurch die Höhenabmessung
unabhängig
von der Anzahl der Keramikschichten klein gehalten werden kann,
und der für
eine Montage auf einer dreidimensionalen Leiterplatte geeignet ist.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.
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Erfindungsgemäß kann die
Höhenabmessung
des Kondensatorkörpers
unabhängig
von der Anzahl stapelförmig
angeordneter Keramikschichten verringert werden. Dadurch kann der
Abstand zwischen den auf der Oberseite des Kondensatorkörpers ausgebildeten
Außenelektroden
und den auf der Unterseite ausgebildeten Außenelektroden vermindert und
die durch Umgehen der Anschlussflächen erhaltene Gesamtinduktivität reduziert
werden, auch wenn der Kondensator auf einer mehrschichtigen Leiterplatte
angeordnet ist. Außerdem
können
die auf der mehrschichtigen Leiterplatte ausgebildeten Anschlussflächen vereinfacht
werden. Daher ist der Kondensator für eine Montage in Personalcomputern und
anderen elektronischen Geräten
mit hohen Betriebsfrequenzen als Kondensator mit mit einem niedrigen
ESL-Wert und einem niedrigen ESR-Wert geeignet.
Außerdem
ist der Kondensator derart strukturiert, dass er eine geringe Höhenabmessung und
Elektroden auf seiner Ober- und Unterseite aufweist, so dass er
z.B. für
eine versenkte Montage in einer dreidimensionalen mehrschichtigen
Leiterplatte geeignet ist.
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Der
erfindungsgemäße Kondensator
ermöglicht
die Realisierung eines dreidimenionalen Kondensators durch Anordnen
eines Paars zweiter Außenelektroden
an der Oberseite oder der Unterseite des Kondensatorkörpers in
einem Abstand, der den kurzen Seiten der Keramikschicht im Wesentlichen entspricht.
In diesem Kondensator kann der Abstand zwischen den in der Ebene
des Kondensatorkörpers bereitgestellten
zweiten Außenelektroden
verkleinert werden. Daher kann, auch wenn der Kondensator auf einer
mehrschichtigen Leiterplatte angeordnet wird, die durch das Umgehen
der Anschlussflächen
verursachte Gesamtinduktivität
stärker
reduziert werden, und die auf der mehrschichtigen Leiterplatte ausgebildeten
Anschlussflächen
können
vereinfacht werden.
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Diese
und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden
nachstehend unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher
erläutert;
es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Vielschicht-Keramikkondensators
mit drei Anschlusskontakten für
eine dreidimensionale Montage in einem Zustand, in dem die innere
Struktur erkennbar ist;
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2 eine
erläuternde
Ansicht der Musterform der Innenelektroden dieser Ausführungsform des
Vielschicht-Keramikkondensators
mit drei Anschlusskontakten für
eine dreidimensionale Montage;
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3 eine
perspektivische Ansicht des Erscheinungsbildes der Ausführungsform
des Vielschicht-Keramikkondensators mit drei Anschlusskontakten
für eine
dreidimensionale Montage mit Außenelektroden;
und
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4 eine
erläuternde
Ansicht einer sandwichartigen Montagestruktur der Ausführungsform des
Vielschicht-Keramikkondensators mit drei Anschlusskontakten für eine dreidimensionale
Montage auf einer mehrschichtigen Leiterplatte.
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Wie
in den 1 bis 4 dargestellt ist, weist die
dargestellte Ausführungsform
eines Vielschicht-Keramikkondensators 230 für eine dreidimensionale
Montage einen quaderförmigen
Kondensatorkörper 220 auf.
Der Kondensatorkörper 220 weist,
wie in den 1 und 2 dargestellt
ist, mehrere erste Innenelektroden 2011 und
zweite Innenelektroden 2012 mit
vorgegebenen Mustern auf, die in der Darstellung in der horizontalen
Richtung durch rechteckige Keramikschichten 202 alternierend
stapelförmig
angeordnet sind. D.h., in der vorliegenden Ausführungsform sind die mehreren
ersten Innenelektroden 2011 und
zweiten Innenelekt roden 2012 , wie
in den 1 und 2 dargestellt, durch Keramikschichten 202 derart
in der horizontalen Richtung stapelförmig angeordnet, dass die kurzen Seiten
der Keramikschichten 202 sich in Richtung der Höhe des Kondensatorkörpers 220 erstrecken.
Mindestens eine Keramikschicht 202, auf der keine Innenelektrode
ausgebildet ist, kann in der Stapelrichtung an den beiden Endflächen des
Körpers 220 angeordnet
sein.
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Wie
in 2 dargestellt ist, weist die erste Innenelektrode 2011 einen rechteckigen ersten Hauptabschnitt
auf, der in einer ersten Fläche
(Oberfläche)
der Keramikschicht 202 angeordnet ist. Nur eine untere
(erste) lange Seite des ersten Hauptabschnitts liegt an der Unterseite
des Körpers 220 entlang
einer ersten langen Seite 202b der Keramikschicht 202 frei.
Die Längs-
und Querabmessungen der ersten Elektrode 2011 sind
derart festgelegt, dass die andere lange Seite und die beiden kurzen
Seiten der ersten Elektrode 2011 die
zweite lange Seite 202a und die beiden kurzen Seiten 202c und 202d der
Keramikschicht 202 nicht erreichen. Die laterale Breite der
ersten Elektrode 2021 kann die
gleiche Abmessung haben wie die laterale Breite der Keramikschicht 202.
Jede der kurzen Seiten der ersten Elektroden 2011 kann
entlang den kurzen Seiten 202c und 202d der Keramikschicht 202 freiliegen.
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Außerdem weist
jede zweite Innenelektrode 2012 einen
rechteckigen zweiten Hauptabschnitt 201a entlang der Längsrichtung
an einer Rückseite (zweiten
Fläche)
auf, der, getrennt durch die Keramikschicht 202, dem ersten
Hauptabschnitt der ersten Innenelektrode 2011 gegenüberliegt.
Der zweite Hauptabschnitt 201a weist ein Paar freiliegende
Anschlussabschnitte 201b und 201c auf, die sich
von der oberen (zweiten) langen Seite zur zweiten langen Seite 202a der
Keramikschicht 202 erstrecken. Diese Anschlussabschnitte 201b und 201c sind
derart ausgebildet, dass sie von den zwei Enden der langen Seite
des rechteckigen zweiten Hauptabschnitts 201a nach oben
hervorstehen.
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Die
Längs-
und Querabmessungen der zweiten Elektrode 2012 sind
derart festgelegt, dass die andere lange Seite und die beiden kurzen
Seiten des zweiten Hauptabschnitts 201a der zweiten. Elektrode 2011 die erste lange Seite 202b und
die zwei kurzen Seiten 202c und 202d der Keramikschicht 202 nicht erreichen.
Die Abmessung der lateralen Breite der zweiten Elektrode 2012 kann jedoch der lateralen Breite der
Keramikschicht 202 gleichen. Jede der kurzen Seiten der
zweiten Elektrode 2012 kann entlang
den kurzen Seiten 202c und 202d der Keramikschicht 202 freiliegen.
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Wie
in den 1 und 2 dargestellt ist, sind in der
vorliegenden Ausführungsform
im Inneren des Körpers 220 Innenelektroden 2011 und 2012 stapelförmig und
alternierend an verschiedenen Stellen in der vertikalen Richtung
durch die Keramikschichten 202 angeordnet.
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Wie
in 3 dargestellt ist, ist auf der Unterseite des
Kondensatorkörpers 220 eine
erste Außenelektrode 203 derart
befestigt, dass sie mit einer ersten Innenelektrode 2011 mit einer langen Seite elektrisch
verbunden ist, die entlang einer ersten langen Seite 202b der
Keramikschicht 202 freiliegt. An der Oberseite des Kondensatorkörpers 220 sind
ein Paar zweite Außenelektroden 204 und 205 derart
befestigt, dass sie mit zweiten Innenelektroden 2012 mit Anschlussabschnitten 201b und 201c elektrisch
verbunden sind, die entlang einer zweiten langen Seite 202a der
Keramikschicht 202 freiliegen. Die Außenelektrode 203 ist
vorzugsweise auf der gesamten Unterseite des Kondensatorkörpers 220 ausgebildet, muss
jedoch nicht notwendigerweise die gesamte Unterseite abdecken. Außerdem kann
die abzudeckende Fläche
gemäß den Formen
der Anschlussflächen
der mehrschichtigen Leiterplatte festgelegt werden, auf der der
Kondensator 230 montiert werden soll. Das Verhältnis der
Fläche
der ersten Außenelektrode 203 zur
Fläche
der Unterseite des Körpers 220, wo
die langen Seiten der ersten Innenelektroden 2011 freiliegen,
beträgt
vorzugsweise mindestens 50%.
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Die
Innenelektroden 2011 und 2102 werden durch Beschichten und Brennen
einer Ni-Paste oder einer anderen leitfähigen Paste auf der Oberfläche eines
Green-Sheet-Keramikmaterials ausgebildet und bestehen z.B. aus Ni-
oder Ni-Legierungsschichten.
Die Innenelektroden können
auch aus dem Basismetall Cu, dem Edelmetall Pd oder einer Pd-Ag-Legierungsschicht,
usw. bestehen.
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Die
Keramikschicht 202 besteht aus einer Keramikzusammensetzug
auf einer Bariumtitanatbasis, einer Titanbasis, einer Zirkonatbasis
oder aus einer anderen Keramikzusammensetzung. Eine Stapelstruktur
aus den Keramikschichten 202 und den Innenelektroden wird
hergestellt durch Beschichten einer Keramikpaste auf eine Basisschicht
oder eine andere Schichtoberfläche
zum Ausbilden eines Green-Sheet-Elements, Aufdrucken einer leitfähigen Paste
darauf, stapelförmiges
Anordnen, Zuschneiden und Brennen der Green-Sheet-Elemente. Nach der
Herstellung des Körpers 220 werden
die Außenelektroden
darauf ausgebildet und gebrannt. Die Außenelektroden 203, 204 und 205 können insbesondere
durch Beschichten, Trocknen und Brennen einer Cu-Paste auf dem Kondensatorkörper 220 zum Ausbilden
einer Unterlage und anschließendes
Bedecken der Unterlage mit einer Ni- und Sn-Plattierungsschicht
ausgebildet werden.
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Der
auf diese Weise hergestellte Vielschicht-Keramikkondensator wird
für eine
dreidimensionale Montage mehrerer Anschlüsse durch direktes Verbinden
der ersten Außenelektrode 203 und der
zweiten Außenelektrode 205 mit
verschiedenen Schaltungsmustern der Leiterplatte und Zuführen von
Spannun gen mit verschiedenen Polaritäten zu benachbarten Außenelektroden
verwendet.
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Die
spezifischen Abmessungen der vorliegenden Ausführungsform des Vielschicht-Keramikkondensators
mit mehreren Anschlusskontakten ist nicht besonders eingeschränkt, Beispiele
sind jedoch eine Höhe
von 0,5 ±0,1
mm, eine Breite von 0,8 ±0,1 mm
und eine Länge
von 1,6 ±0,1
mm. Die Dicke einer Keramikschicht ist nicht besonders eingeschränkt, sie
beträgt
jedoch beispielsweise 4 μm.
Die Keramikschicht hat die Form eines Rechtecks, dessen kurze Seiten
eine Abmessung von 0,5 ±0,1
mm und dessen lange Seiten eine Abmessung von 1,6 ±0,1 mm
haben. Die Innenelektroden 2011 und 2012 können
in einer Dicke von 1,5 bis 2,0 μm
ausgebildet sein. Der Abstand "H" zwischen den Außenelektroden 203 und 204 und
der Abstand "G" zwischen den zweiten
Elektroden kann auf eine Breite gesetzt werden, die den kurzen Seiten
der Keramikschichten entspricht, d.h. 0,5 ±0,1 mm.
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Der
auf diese Weise konfigurierte Vielschicht-Keramikkondensator 230 mit
drei Anschlusskontakten kann sandwichartig zwischen einander zugewandten
Leiterplatten 206 und 207 in einer Spannungsversorgungsschaltung
montiert werden, die einen Halbleiterbaustein "D" aufweist,
wie in 4 dargestellt ist. Diese dreidimensionale Montage
kann folgendermaßen
ausgeführt
werden.
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D.h.,
es wird veranlasst, dass die Außenelektroden 203, 204 und 205 den
verschiedenen Schaltungsmustern 208, 209a und 209b der
Leiterplatten 205 und 206 direkt zugewandt und
als Pluspol/Minuspol (Masse) elektrisch verbunden ist. Bei dieser
dreidimensionalen Montage kann die Höhenabmessung "H" des Kondensatorbausteins insgesamt
klein gehalten werden, und außerdem
wird der Abstand zwischen den einander zugewandten Leiterplatten 206 und 207 schmal
gehalten. Dadurch kann die Umgehung der Anschlussflächen verkürzt werden,
so dass der Effekt der induktiven Komponente der Schaltungsseite
vermindert werden kann.
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Um
die Induktivität
des Schaltungsmusters zu vermindern, kann durch Versenken des Vielschicht-Keramikkondensators 230 mit
einem ESL-Wert von 10 bis 20 pH und einem ESR-Wert von nur 5 bis
7 mΩ die
induktive Komponente der Anschlussflächen vernachlässigt werden.
Infolgedessen können,
wenn der ESL- und der ESR-Wert eines herkömmlichen Vielschicht-Keramikkondensators mit
einer elektrostatischen Kapazität
von 0,22 μF
mit der vorliegenden Ausführungsform
des Vielschicht-Keramikkondensators (mit der gleichen elektrostatischen
Kapazität
wie der herkömmliche
Kondensator) verglichen wird, in der vorliegenden Ausführungsform
des Vielschicht-Keramikkondensators niedrige Werte für den ESL-
und den ESR-Wert erhalten werden, die nur 2 bis 3 Prozent der entsprechenden
Werte des herkömmlichen
Vielschicht-Keramikkondensators entsprechen.
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Dies
ist der Fall, weil in der vorliegenden Ausführungsform des Vielschicht-Keramikkondensators
der Abstand zwischen den Außenelektroden 203, 204 und 205 klein
gemacht und die Höhe
des Kondensatorbausteins insgesamt klein gehalten werden kann und
die Außenelektrode 203 breit
und die Verbindung mit der Anschlussfläche einfach ist. Außerdem können, auch
wenn der Kondensator 230 auf einer mehrschichtigen Leiterplatte
montiert wird, die durch Umgehen der Anschlussflächen erhaltene Gesamtinduktivität vermindert
und die auf der mehrschichtigen Leiterplatte ausgebildeten Anschlussflächen vereinfacht
werden.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht durch die vorstehend beschriebenen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschränkt, sondern kann innerhalb
des durch die beigefügten
Patentansprüche definierten
Schutzumfangs der vorlie genden Erfindung auf verschiedene Weisen
modifiziert und geändert
werden.