CN100471056C - 具有弱发热性的传输线型噪声滤波器 - Google Patents

Abstract

一种传输线型噪声滤波器，其被连接在直流电源(70)和电子负载元件(80)之间，以在衰减到达的交流电流的同时使到达的直流电流通过，所述的传输线型噪声滤波器包括由阀动金属制成的第一导体(11)、由所述阀动金属的氧化薄膜形成的电介质层(30)、用作阴极的包括固态电介质层的第二导体(20)、第一阳极(12)、以及第二阳极(13)。第一和第二导体(11，20)以及电介质(30)用作电容生成部分(50)。第一导体(11)的厚度(t)被选择成可以充分地抑制第一导体(11)中由流过第一导体(11)的直流电流引起的温度的升高。

Description

具有弱发热性的传输线型噪声滤波器

本发明要求在先日本专利申请JP2002-222925之优先权，该文在此被引用。

技术领域

本发明涉及一种装配在电子设备或电子装置中的噪声滤波器，用于除去电子设备或装置所产生噪声。

背景技术

数字技术是支持IT产业(信息技术)的重要技术。近年来，诸如LSI(大规模集成电路)之类的数字电路技术不仅被应用于计算机以及相关的通讯设备，还被应用于家用电器和移动设备中。

然而，LSI芯片或类似器件中产生的高频噪声电流从LSI芯片通过具有与电路板上的信号线或接地线的电感耦合的导电传输线扩散到安装LSI芯片的电路板中的很大范围，并进一步从电路板附近的信号电缆或类似设备以电磁波的形式辐射。

在具有模拟电路部分和数字电路部分的电路中，数字电路部分对模拟电路部分的电磁干扰已成为一个严重的问题。

作为一种对策，一种将作为高频电流产生源的LSI芯片与直流电源系统隔离的电源退耦技术是有效的。诸如旁路电容之类的噪声滤波器迄今已被用作退耦元件。电源退耦的操作原理是简单和明了的。

在交流电路中用作噪声滤波器的常规电容构成一个双端口集总常数噪声滤波器。因此通常使用固态电解电容器、双电层电容器、陶瓷电容器或类似器件。

当在一个较宽的频带内对交流电路中的电噪声进行滤除时，由于可由一个电容器处理的频带相对较窄，不同类型的电容器，例如，具有不同自谐振频率的电解铝电容器、钽电容器、陶瓷电容器被用于交流电路。

通常，选择和设计大量用于除去较宽频带内的电噪声的噪声滤波器是很麻烦的。另外，还存在使用不同种类的电容器将导致电路的成本较高、体积较大以及重量较大的问题。

此外，在处理高速和高频的数字电路时，还要求噪声滤波器能够确保在高频段上实现退耦并在该高频段呈现低阻抗。

然而，双端口集总常数噪声滤波器由于电容器的自谐振现象而难以在高频段中保持低阻抗，因而其抑制高频段噪声的性能较差。

因此，就需要一种在宽频带上具有优良的滤波特性并具有较小体积和简单结构的噪声滤波器。

为了实现上文提出的要求，人们开始关注传输线型噪声滤波器，其可被连接在电源和诸如LSI芯片之类电子负载元件之间，并可在滤除到达的交流电流的同时使到达的直流电流通过。

然而，由于提供给电子负载元件的直流电流流经传输线型噪声滤波器，在传输线型噪声滤波器中产生了热量。因此，用于具有大直流电流流过的电路中的传输线型噪声滤波器的发热很严重，因而缩短了传输线型噪声滤波器的使用寿命。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种在大直流电流流过时也具有弱发热性的传输线型噪声滤波器。

本发明的另一个目的在于提供一种传输线型噪声滤波器，其在包含高频段的宽频带上具备良好的噪声抑制特性，并且具有小的尺寸和简单的结构。

根据本发明的传输线型噪声滤波器被连接在直流(DC)电源(70)和电子负载元件(80)之间，并可在衰减到达的交流电流的同时使到达的直流电流通过。此传输线型噪声滤波器包括：由阀动金属制成的片状的第一导体(11)，其在平行于传输线的第一方向(X)上具有长度(L)，在垂直于第一方向(X)的第二方向(Y)上具有宽度(W)，在垂直于第一和第二方向(X，Y)的第三方向(Z)上具有厚度(t)；形成在该第一导体(11)上的由所述阀动金属的氧化薄膜形成的电介质层(30)；形成在电介质层(30)上的包括固态电介质层的第二导体(20)；第一阳极(12)，在第一方向(X)上连接到第一导体(11)的一个端部，以使第一导体(11)与直流电流源(70)相连接；以及，第二阳极(13)，在第一方向(X)上连接到第一导体(11)的另一端部，以使第一导体(11)与电子负载元件(80)相连接。第二导体(20)用作可以连接到标准电位的阴极。第一和第二导体(11，20)以及电介质层(30)用作电容生成部分(50)。第一导体(11)的厚度(t)被选择成可以充分地限制由流过第一导体(11)的直流电流在第一导体(11)中引起的温度的升高。

在一个具体实施例中，该阀动金属为铝，而第一导体(11)的厚度(t)被选择为不大于2.0mm。

在另一个具体的实施例中，该阀动金属为钽，而第一导体(11)的厚度(t)被选择为不大于1.5mm。

在另一个具体的实施例中，该阀动金属为铌，而第一导体(11)的厚度(t)被选择为不大于1.0mm。

在优选的具体实施例中，第一导体(11)以及第一和第二阳极(12，13)以金属层的形式整体形成。

通过本说明书下文的详细说明可以了解本发明的其它目的，特性以及优点。

附图说明

图1A，1B和1C为表示本发明优选实施例的传输线型噪声滤波器典型结构的图表，其中图1A为平面图，图1B为沿图1A中1B-1B选取的截面图，图1C为沿图1A中1C-1C选取的另一截面图；

图2为本发明中传输线型噪声滤波器的第一导体的透视图，用于表示第一导体的尺寸与其温度的升高之间的关系；

图3为表示对本发明传输线型噪声滤波器中温度的升高与其所使用的不同材料的第一导体的厚度之间的关系所作的研究的测试结果曲线图；

图4为表示对本发明传输线型噪声滤波器中温度的升高与第一导体厚度以及长度之间关系所作的研究的另一测试结果的另一曲线图；

图5仍为表示对本发明传输线型噪声滤波器中温度的升高与第一导体厚度以及宽度之间关系所作的研究的另一测试结果的另一曲线图；

图6为表示对本发明传输线型噪声滤波器中温度的升高与用于本发明传输线型噪声滤波器中的第一导体的厚度，以及施加到第一导体上的直流电流之间的关系所作的研究的另一测试结果的另一曲线图。

具体实施方式

现在，参照附图对本发明最佳实施例的传输线噪声滤波器作出说明。

参照图1A至1C，依据本发明中一种具体实施例的传输线型噪声滤波器被连接在直流电流电源(DC电源)70和LSI芯片80之间，以用作电子负载元件，并在衰减到达的交流电流的同时使到达的直流电流通过。

传输线型噪声滤波器包括导体11、电介质层30、第二导体12、以及第二阳极13。

第一导体11为片状，并且在平行于传输线的第一方向X上具有长度L，在垂直于第一方向X的第二方向Y上具有宽度W，在垂直于第一和第二方向X，Y的第三方向Z上具有厚度t。电介质层30以薄膜的形式形成在第一导体11之上以及周围，使得第一导体11相对的端部在第一方向X上暴露出来，第二导体20也以薄膜的形式形成在电介质层30之上以及周围。第一阳极12在第一方向X上连接到第一导体11的一个端部。第一阳极12用于把第一导体11连接到直流电流源70。第二阳极13在第一方向X上连接到第一导体11的另一端部。第二阳极13用于把第一导体11连接到电子负载元件80。此外，第二导体20用作可以连接到作为标准电位的地线的阴极。

例如，在作为产品的传输线型噪声滤波器中使用的第一导体11具有7.3或者15.0mm的长度L，以及4.3或者11.0mm的宽度。

第一和第二导体11、20以及电介质30用作电容生成部分50。

可以按照金属层的形式用蚀刻铝箔(etched aluminum foil)10整体形成第一导体11以及第一和第二阳极12，13。

第一阳极12、第二阳极13以及用作阴极的第二导体20通过焊接分别被安装在形成在电路板90上的第一、第二和第三连接片(land)41、42和43上并与它们电连接。第一和第二连接片41和42分别被连接到直流电源70的电源输出端和LSI芯片的电源输入端。第三连接片43被连接到直流电源70和LSI芯片公共的地线(未示出)。

可以通过将树脂涂覆(封装)在滤波器上除了电连接部分或第一阳极12、第二阳极13、以及第二导体20的端子(未示出)之外的部分上而将传输线型噪声滤波器制成为电子芯片。

蚀刻铝箔(etched aluminum foil)10的材料铝(AL)是一种阀动金属。在本发明中，阀动金属指的是当其被氧化时可形成一个可实现阀动功能(valve operation)的氧化膜的金属。因此，电介质30可由用作第一导体11的蚀刻铝箔10的氧化铝膜组成。虽然电介质30的厚度为，例如，1μm，在图1B和1C示出了大于实际厚度的厚度，以便于理解本发明中滤波器各部件之间的结构关系。另一方面，第二导体20包括固体电介质层30、石墨层、以及为按顺序形成在电介质层30上的银涂层。虽然电介质20的厚度为，例如，50μm，图1B和1C中示出了厚度大于实际厚度的电介质20。

铝箔被蚀刻的原因是为了使铝箔的表面不光滑并由此增加形成在铝箔表面上的电介质氧化膜的表面积，这导致高电容的实现。

在本发明中，阀动金属不只限于铝，还可使用钽(Ta)或铌(Nb)。在使用钽或铌时，第一导体11最好通过在真空气氛中烧结钽或铌的粉末或印刷电路基板而制成。钽或铌的烧结体具有粗糙的表面，因此其表面积相对较大。因此，形成在烧结体表面上的用作电介质30的氧化膜的区域也相对较大。因此，传输线型噪声滤波器可以获得较大电容。

第一导体11的厚度t应被选择为充分地抑制由直流电流流过导体11时在第一导体11中生成的热而引起的第一导体11中温度的升高。下文即将对此作出详细的说明。

通过电路板90连接在直流电源70和LSI芯片80之间的传输线型噪声滤波器，在衰减到达的交流电流的同时允许到达的直流电流通过。即，提供给LSI芯片80的直流电流流经金属层状的蚀刻铝箔10。

直流电流在第一连接片41被输入，流经第二阳极12，第一导体11，以及第二阳极13，并由此从第二连接片42输出。此时，在蚀刻铝箔10中生成焦耳热，特别是在第一导体11中。传输线型噪声滤波器的温度由此而上升。传输线型噪声滤波器的温度升高引发了传输线型噪声滤波器使用寿命缩短的问题。

以下将详细说明由直流电流引起的传输线型噪声滤波器温度的升高以及本发明的解决方案。

图2为第一导体11的示意图，第一导体11具有长度L、宽度W以及厚度t。直流电流在图2所示的第一方向X上流动。

生成在第一导体11中大量的热与第一导体11的阻抗成比例。当第一导体11在平面图中的形状和尺寸不变时，第一导体11的阻抗与第一导体的厚度t成反比。因此，第一导体11厚度增加时，第一导体11中生成的热量数值降低。另一方面，第一导体11厚度t的增加降低了自第一导体11生成的热。本发明发现了可以平衡第一导体11中生成的热量值与第一导体11发出的热量值的厚度t的比例或适用范围。更为具体地，第一导体11的厚度t的适用范围由以下的研究决定。

图3示出了有关第一导体11的几个样本的温度升高的测试结果。在测试中，从铝纯度为99.96％的蚀刻铝箔中选出第一导体11的不同样本。这些不同的样本具有相同的1cm的长度L，相同的1cm的宽度，以及不同的0.01到5.0mm的厚度。为了研究厚度t与温度升高之间的关系，将30A的直流电流持续地施加60秒以流过每个样本，这60秒足以确定每个样本的温度。图3中给出了测试的结果，图3表明基本上由铝制成的第一导体11的厚度t应被选择为2.0或更小的数值，以充分地抑制温度的升高。

此外，对于基本上由烧结的钽和烧结的铌制成的第一导体11的其它样本，也分别进行了相同的研究。测试的结果也在图3中给出。

因此，图3表明了基本上由钽制成的第一导体11的厚度t应被选择为1.5mm或更大的数值，以充分地抑制温度的升高。此外，基本上由铌制成的第一导体11的厚度t应被选择为1.0mm或更大的数值。

图4示出了为研究第一导体11的长度L对于温度升高与第一导体11的厚度t之间关系的影响而作出的另一个测试的结果。在测试中，从铝纯度为99.96％的蚀刻铝箔中选出了不同的样本。这些不同的样本具有0.5、1.0、2.0和4.0cm的不同长度L，1cm的相同宽度W，以及0.01到5.0mm的不同厚度。将30A的直流电流持续地施加60秒以流过每个样本，这60秒足以确定每个样本的温度。图4中给出了测试的结果。图4表明第一导体11的长度L几乎不影响温度升高与厚度t之间的关系，且基本由铝形成的第一导体11的厚度t应被选择为2.0mm或更小的数值，以充分地抑制温度的升高。

图5给出了为了研究第一导体的宽度W对于温度升高与第一导体11的厚度t之间关系的影响而作出的另一个测试的结果，在测试中，从铝纯度为99.96％的蚀刻铝箔中选出了不同的样本。这些不同的样本具有1cm的相同长度L，0.2、0.5、1.0以及1.5cm的相同宽度W，以及0.01到5.0mm的不同厚度。将30A的直流电流持续地施加60秒以流过每个样本，这60秒足以确定每个样本的温度。图5中给出了测试的结果。图5表明虽然第一导体11的不同宽度W在厚度t大于2.0mm的范围内影响了温度的升高，第一导体11的厚度t应被选择为2.0mm或更小的数值，以充分地抑制温度的升高。

图6示出了对于施加给第一导体11的直流电流的影响的进一步测试的结果。在测试中，还是从铝纯度为99.96％的蚀刻铝箔中选出了不同的样本。这些不同的样本具有1cm的相同长度L，1cm的相同宽度W，以及0.01到5.0mm的不同厚度。将5A、10A、30A的不同直流电流持续地施加60秒以流过每个样本。图6中给出了测试的结果。图6表明虽然直流电流的不同数值在厚度t大于2mm的范围内影响了温度的升高，基本由铝制成的第一导体11的厚度t应被选择为2.0mm或更小的数值，以充分地抑制温度的升高。

为了确保第一导体11的机械强度，优选的是，由诸如铝、钽或者铌制成的第一导体11的厚度t不小于几百个μm。

因而，至此已一起说明了本发明的多个具体实施例，对于本领域技术人员而言在实践中将本发明采用其它不同的方式是显而易见的。

例如，根据本发明的噪声滤波器可以被连接到LSI并与LSI封装在由树脂制成的公共插件中，以构成一个带有噪声滤波器的LSI芯片。

Claims (5)

1.一种传输线型噪声滤波器，其被连接在直流电源(70)和电子负载元件(80)之间，用以在衰减到达的交流电流的同时使到达的直流电流通过，所述的传输线型噪声滤波器包括：

由阀动金属制成的片状的第一导体(11)，在平行于传输线的第一方向(X)上具有长度(L)，在垂直于所述第一方向(X)的第二方向(Y)上具有宽度(W)，在垂直于所述第一和所述第二方向(X，Y)的第三方向(Z)上具有厚度(t)；

形成在所述第一导体(11)上的由所述阀动金属的氧化薄膜形成的电介质层(30)；

形成在所述电介质层(30)上的包括固态电介质层的第二导体(20)；

第一阳极(12)，在所述第一方向(X)上连接到所述第一导体(11)的一个端部，以使所述第一导体(11)与所述直流电流源(70)相连接；以及

第二阳极(13)，在所述第一方向(X)上连接到所述第一导体(11)的另一端部，以使所述第一导体(11)与所述电子负载元件(80)相连接；

所述第二导体(20)用作连接到标准电位的阴极；

所述第一和所述第二导体(11，20)以及所述电介质层(30)提供电容生成部分(50)；以及

所述第一导体(11)的所述厚度(t)被选择成抑制由流过第一导体(11)的直流电流在第一导体(11)中引起的温度的升高。

2.根据权利要求1所述的传输线型噪声滤波器，其中所述阀动金属是铝，而所述第一导体(11)的厚度(t)是2.0mm或者更小。

3.根据权利要求1所述的传输线型噪声滤波器，其中所述阀动金属是钽，而所述第一导体(11)的厚度(t)是1.5mm或者更小。

4.根据权利要求1所述的传输线型噪声滤波器，其中所述阀动金属是铌，而所述第一导体(11)的厚度(t)是1.0mm或者更小。

5.根据权利要求1所述的传输线型噪声滤波器，其中所述第一导体(11)，所述第一阳极(12)和所述第二阳极(13)以单一金属层(10)的形式整体形成。

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