DE102006020126B4

DE102006020126B4 - Mehrschichtiges Filter

Info

Publication number: DE102006020126B4
Application number: DE102006020126.4A
Authority: DE
Inventors: Katsunari Moriai; Dai Matsuoka; Takahiro Sato
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2005-05-02
Filing date: 2006-05-02
Publication date: 2016-08-18
Anticipated expiration: 2026-05-03
Also published as: TW200703765A; JP2006310712A; CN101651451A; US20060261914A1; US7652554B2; CN1858995A; DE102006020126A1; CN100568717C; CN101651451B; KR20060114653A; TWI323052B; JP4246716B2; KR100799096B1

Abstract

Mehrschichtiges Filter (10, 200), das einen Stapel aus einem Varistor-Teil (30, 120) mit einer Leiterschicht (31a, 32a, 102, 103) und einer Varistor-Schicht (31, 32, 94, 95) und aus einem Induktor-Teil (20, 110) mit einer Leiterschicht (21a–24a, 96, 97) und einer Induktor-Schicht (21–24, 93a, 93b) umfasst, wobei die Varistor-Schicht (31, 32, 94, 95) ZnO als Hauptkomponente und wenigstens ein Element aus der Gruppe von Pr, Bi, Co und Al als Zusatz enthält, und wobei die Induktor-Schicht (21–24, 93a, 93b) ZnO als Hauptkomponente und im Wesentlichen kein Co oder Al enthält dadurch gekennzeichnet, dass der mehrschichtige Filter (10) weiterhin ein von einer Oberfläche nach innen diffundiertes Li umfasst.

Description

Hintergrund der Erfindung
Erfindungsfeld
Die vorliegende Erfindung betrifft ein mehrschichtiges Filter und insbesondere ein mehrschichtiges Filter, das aus einem Stapel mit einem Varistor-Teil und einem Induktor-Teil besteht.
Verwandter Stand der Technik
In den letzten Jahren wurden Geräte entwickelt, die höhere Frequenzen der gesendeten Signale für einen schnellen Betrieb und niedrigere Spannungen für einen energiesparenden Betrieb usw. verwenden. Dabei gewinnen Techniken zum Entfernen von Rauschen, Stromstößen usw. für die elektronischen Gerte an Bedeutung, um eine hervorragende Zuverlässigkeit sicherzustellen. So kann ein mehrschichtiges Filter, das aus einem Stapel mit einem Varistor-Teil und einem Induktor-Teil besteht, verwendet werden, um Rauschen und Stromstöße unter Verwendung eines einzelnen Chips zu entfernen.
Ein bekanntes mehrschichtiges Filter dieses Typs ist ein zusammengesetztes Funktionselement, das durch das Verbinden eines Keramik-Porzellans und eines Magnetmaterial-Porzellans und das anschließende gemeinsame Sintern erhalten wird (siehe zum Beispiel die offengelegte japanische Patentanmeldung JP H07-220906 A )
Zusammenfassung der Erfindung
Bei dem vorstehenden herkömmlichen mehrschichtigen Filter werden verschiedene Materialien zum Bilden der Elemente des Varistor-Teils und des Induktor-Teils verwendet, sodass sich die Volumenänderungen während des Sinterns stark unterscheiden. Aus diesem Grund entstehen beim gemeinsamen Sintern Spannungen an der Grenze zwischen den Materialien. Dies führt zu dem Problem, dass sich der Varistor-Teil und der Induktor-Teil einfach voneinander lösen können.
Die vorliegende Erfindung nimmt auf diesen Umstand Bezug, wobei es eine Aufgabe der Erfindung ist, ein mehrschichtiges Filter anzugeben, das derart aufgebaut ist, dass eine Ablösung zwischen dem Varistor-Teil und dem Induktor-Teil reduziert wird. Daraus resultiert, dass der Varistor-Teil und der Induktor-Teil auch bei einem gemeinsamen Sintern extrem beständig gegenüber einer Ablösung sind.
Das Material zum Herstellen des Elements des Varistor-Teils weist gewöhnlich einen extrem niedrigen Widerstand auf und ist deshalb nicht als Material für den Induktor geeignet. Aus diesem Grund ist es schwierig, das mehrschichtige Filter dieses Typs für einen Hochfrequenzbetrieb zu verwenden.
Die Erfinder haben weitere Untersuchungen auf der Basis des oben beschriebenen Wissensstands durchgeführt und festgestellt, dass wenn der Induktor-Teil aus demselben Material wie der Varistor-Teil besteht und verschiedene Zusätze in den beiden Materialien verwendet werden, das Element des Induktor-Teils mit einem höheren Widerstand versehen werden kann.
Ein mehrschichtiges Filter der vorliegenden Erfindung ist ein mehrschichtiges Filter, das einen Stapel aus einem Varistor-Teil mit einer Leiterschicht und einer Varistor-Schicht und aus einem Induktor-Teil mit einer Leiterschicht und einer Induktor-Schicht umfasst, wobei die Varistor-Schicht ZnO als Hauptkomponente und wenigstens ein Element aus der Gruppe von Pr, Bi, Co und Al als Zusatz umfasst, während die Induktor-Schicht ZnO als Hauptkomponente und im wesentlichen kein Co oder Al umfasst.
Bei dem mehrschichtigen Filter gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen die Elemente der Varistor-Schicht und der Induktor-Schicht dasselbe Material (ZnO) als Hauptkomponente. Also auch wenn die Schichten gemeinsam gesintert werden, treten keine Spannungen oder ähnliches aufgrund einer Differenz zwischen den Volumenänderungsraten der Elemente während des Sinterns zwischen den zwei Schichten auf. Daraus resultiert, dass eine Ablösung zwischen dem Varistor-Teil und dem Induktor-Teil wesentlich reduziert ist.
Das Material für die Induktor-Schicht, d. h. das Material, das ZnO als Hauptkomponente und im wesentlichen kein Co oder Al umfasst, weist die Eigenschaften eines hohen Widerstands und einer niedrigen dielektrischen Konstante im Vergleich zu einem Körper aus reinem ZnO und dem Material der Varistor-Schicht (ZnO mit Zusätzen aus Pr, Bi, Co und Al) auf. Deshalb weist die Induktor-Schicht aus diesem Material hervorragende Induktor-Eigenschaften auf.
Vorzugsweise umfasst das mehrschichtige Filter der vorliegenden Erfindung weiterhin ein von der Oberfläche nach innen diffundiertes Li auf. Deshalb weist der Induktor-Teil in dem mehrschichtigen Filter viel bessere Induktor-Eigenschaften auf. Daraus resultiert, dass das mehrschichtige Filter viel bessere Eigenschaften zur Absorbieren von Rauschen und Stromstößen aufweist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein mehrschichtiges Filter einer Ausführungsform zeigt.
2 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die Elemente des mehrschichtigen Filters zeigt.
3 zeigt eine äquivalente Schaltung des mehrschichtigen Filters der Ausführungsform.
4 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte zum Herstellen des mehrschichtigen Filters der Ausführungsform zeigt.
5 zeigt eine Schaltungskonfiguration eines mehrschichtigen Filters gemäß einer zweiten Ausführungsform.
6 zeigt eine Schaltungskonfiguration als äquivalente Transformation der Schaltungskonfiguration von 5.
7 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die schematisch die Elemente des mehrschichtigen Filters gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
8 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Kontur des mehrschichtigen Filters der zweiten Ausführungsform zeigt.
9 ist eine schematische Ansicht, die den Schnittaufbau der Elemente in einem Zustand zeigt, in dem interne Elektroden in einem Induktor-Teil vorgesehen sind.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Identische Elemente werden in den Zeichnungen durchgängig durch gleiche Bezugszeichen angegeben, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Teile verzichtet wird. Die Positionsbeziehungen wie etwa die vertikalen und lateralen Beziehungen in der Beschreibung basieren auf den Positionsbeziehungen in den Zeichnungen.
Zuerst wird der Aufbau eines mehrschichtigen Filters 10 gemäß der ersten Ausführungsform mit Bezug auf 1 bis 3 beschrieben.
1 ist eine perspektivische Ansicht, die das mehrschichtige Filter der ersten Ausführungsform zeigt. Das mehrschichtige Filter 10 weist ein Paar von Eingangs-/Ausgangselektroden 5, 7 auf, die an zwei Längsenden des Elements 3 gebildet sind, und ein Paar von Erdelektroden 9, 11, die auf Seitenflächen desselben Elements 3 ausgebildet sind. Wenn das mehrschichtige Filter 10 an einem externen Substrat (nicht gezeigt) montiert wird, ist die untere Fläche des Elements 3 dem externen Substrat zugewandt.
2 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die Elemente des mehrschichtigen Filters zeigt. Wie gezeigt, weist das Element 3 in dem mehrschichtigen Filter 10 einen Aufbau auf, in dem eine Stapelstruktur aus einem Induktor-Teil 20 und einem Varistor-Teil 30 zwischen einem Paar von Schutzschichten 41, 42 eingeschlossen ist.
Der Induktor-Teil 20 ist ein Stapel aus Induktor-Schichten 21, 22, 23, 24 mit jeweils entsprechenden Leitermustern 21a, 22a, 23a, 24a (Leiterschichten). Die Leitermuster 21a, 22a, 23a, 24a in den entsprechenden Schichten sind Teil eines Spiralspulenmusters. Das Spulenmuster wird gebildet, indem diese Muster sequentiell durch Elektroden 21b, 22b, 23b verbunden werden. Wie oben beschrieben, weist der Induktor-Teil 20 einen Aufbau einschließlich der Spule L auf (siehe 3).
Ein Ende des Leitermusters 21a ist zu einem Ende der Leiter-Schicht 21 herausgezogen und bildet ein Ende des Spulenmusters. Dieses Ende des Spulenmusters (Leitermusters 21a) ist zu einem Rand des Elements 3 herausgezogen, um elektrisch mit einer Eingangs-/Ausgangselektrode 7 verbunden werden.
Ein Ende des Leitermusters 24a ist zu einem Ende der Induktor-Schicht 24 herausgezogen und bildet ein anderes Ende des Spulenmusters. Dieses Ende des Spulenmusters (Leitermusters 24a) ist zu einem Rand gegenüber dem vorstehend genannten Rand des Elements 3 herausgezogen, um elektrisch mit einer anderen Eingangs-/Ausgangselektrode 5 verbunden zu werden.
Die Leitermuster 21a–24a sind aus einem Metallmaterial oder ähnlichem ausgebildet, das als Material für das Spulenmuster des Induktors verwendet wird. Jede Induktor-Schicht 21, 22, 23, 24 des Induktor-Teils 20 ist aus einem, keramischen Material ausgebildet, das hauptsächlich aus ZnO besteht.
Das keramische Material der Induktor-Schichten 21–24 kann ein Metallelement wie etwa Pr, K, Na, Cs oder Rb als Zusatz zusätzlich zu dem ZnO umfassen. Unter anderem ist Pr als Zusatz zu bevorzugen. Wenn das keramische Material einen Zusatz aus Pr umfasst, kann die Differenz zwischen den Volumenänderungsraten der Induktor-Schichten 21–24 und der weiter unten beschriebenen Varistor-Schichten 31, 32 wesentlich reduziert werden. Die Induktor-Schichten 21–24 können weiterhin Cr, Ca oder Si umfassen, um die Verbindungseigenschaften zu dem weiter unten beschriebenen Varistor-Teil 30 zu verbessern. Diese Metallelemente in den Induktor-Schichten 21–24 können in verschiedenen Formen wie etwa als reine Metalle oder als Oxide vorgesehen sein. Die Zusätze in den Induktor-Schichten 21–24 werden vorzugsweise mit Anteilen von nicht weniger als 0,02 mol% und nicht mehr als 2 mol% in Bezug auf die Gesamtmenge des ZnO in den Induktor-Schichten vorgesehen. Der Anteil dieser Metallelemente kann zum Beispiel durch ein induktiv gekoppeltes Hochfrequenz-Plasmaemissionsspektrometer (ICP) gemessen werden.
Die Induktor-Schichten 21–24 mit der oben beschrieben Konfiguration enthalten im wesentlichen weder Co noch Al, während Co und Al in den weiter unten beschriebenen Varistor-Schichten 31, 32 enthalten sind. Wenn hier davon gesprochen wird, dass Elemente „im wesentlichen nicht enthalten ist”, bedeutet dies, dass diese Elemente nicht absichtlich als Rohmaterialien beim Ausbilden der Induktor-Schichten 21–24 zugesetzt werden. Also auch wenn diese Elemente unbeabsichtigt aus dem Varistor-Teil 30 in den Induktor-Teil 20 diffundieren, sind sie „im wesentlichen nicht enthalten”. Die Induktor-Schichten 21–24 können weiterhin auch andere Metallelemente oder ähnliches umfassen, um die Eigenschaften zu verbessern, sofern die vorstehend formulierte Bedingung erfüllt ist.
Der Varistor-Teil 30 besteht aus einem Stapel mit Varistor-Schichten 31, 32, die mit entsprechenden internen Elektroden 31a, 32a (Leiterschichten) versehen sind. Die internen Elektroden 31a, 32a sind mit einer annähernd rechteckigen Form jeweils auf den Varistor-Schichten 31, 32 ausgebildet. Diese sind derart angeordnet, dass sie einander über beinahe die gesamte Fläche in der Stapelrichtung überlappen. Ein Teil der internen Elektrode 31a ist zu einem Rand der Varistor-Schicht 31 herausgezogen, die eine Seitenfläche des Elements 3 für die elektrische Verbindung mit einer Eingangs-/Ausgangselektrode 5 bildet.
Die interne Elektrode 32a ist auf beiden Seiten der Ränder senkrecht zu dem Rand herausgezogen, an dem die interne Elektrode 31a herausgezogen ist, und ist über die herausgezogenen Teile elektrisch mit entsprechenden Erdelektroden 9, 11 verbunden. Der Varistor V (siehe 3) umfasst also die internen Elektroden 31a, 32a, wobei die Varistor-Schicht 31 zwischen denselben in dem Varistor-Teil 30 angeordnet ist.
Die internen Elektroden 31a, 32a können aus Pd, einer Ag-Pd-Legierung oder ähnlichem ausgebildet sein, das bzw. die gewöhnlich für die inneren Elektroden des Varistors verwendet wird.
Die Varistor-Schichten 31, 32 sind aus einem keramischen Material ausgebildet, das hauptsächlich aus ZnO besteht. Dieses keramische Material enthält weiterhin wenigstens ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Pr, Bi, Co und Al als Zusätze aufweist. Weil die Varistor-Schichten 31, 32 Co zusätzlich zu Pr enthalten, weisen sie eine hervorragende Nichtlinearität der Spannung, d. h. eine Varistor-Eigenschaft, und eine hohe dielektrische Konstante (ε) auf. Weil sie weiterhin Al enthalten, weisen sie einen niedrigen Widerstand auf. Umgekehrt enthalten die zuvor genannten Induktor-Schichten 21–24 weder Co noch Al und weisen deshalb keine Varistor-Eigenschaften, jedoch eine niedrige dielektrische Konstante und einen hohen Widerstand auf, was vorteilhaft für ein Material für einen Induktor-Teil ist.
Diese Metallelemente als Zusätze können in der Form eines reinen Metalls, eines Oxids usw. in den Varistor-Schichten 31, 32 vorgesehen sein. Die Varistor-Schichten 31, 32 können weiterhin Metallelemente oder ähnliches (z. B. Cr, Ca, Si, K usw. umfassen) neben den oben als Zusätze genannten Elementen enthalten.
Die Induktor-Schichten 21–24 in dem zuvor genannten Induktor-Teil 20 enthalten weiterhin Li. Dieses Li ist jedoch nicht als Rohmaterial in diesen Schichten enthalten, sondern wird wie folgt zugesetzt: in einem weiter unten beschriebenen Herstellungsverfahren wird ein Laminat mit einem Induktor-Teil 20 und einem Varistor-Teil 30 ausgebildet, wobei danach ein Rohmaterial einschließlich von Li auf eine Fläche dieses Laminats aufgetragen und dann diffundiert wird. In dem Varistor-Teil 30 weist jedoch der Bereich der Varistor-Schicht 31 zwischen der internen Elektrode 31a und der internen Elektrode 32a eine Varistor-Eigenschaft auf, wobei vorzugsweise die Menge von Li in diesem Bereich reduziert wird. Weil in der vorliegenden Ausführungsform Li von der Oberfläche des Laminats wie oben beschrieben diffundiert, ist die Menge des in den vorstehend genannten Bereich der Varistor-Schicht 31 diffundierten Li extrem klein, wobei dieser Bereich im wesentlichen kein Li enthält. Das mehrschichtige Filter 10 muss kein diffundiertes Li aufweisen.
Die Schutzschichten 41, 42 sind aus einem keramischen Material und schützen den Induktor-Teil 20 und den Varistor-Teil 30 in einem Zustand, in dem die Laminatstruktur mit dem Induktor-Teil 20 und dem Varistor-Teil 30 von beiden Seiten in der Stapelrichtung eingeschlossen ist. Es sind keine bestimmten Beschränkungen hinsichtlich des Materials der Schutzschichten 41, 42 vorgegeben, wobei verschiedene keramische Materialien oder ähnliches verwendet werden können. Ein Material mit ZnO als Hauptkomponente ist vorzugsweise zu verwenden, weil es die Wahrscheinlichkeit einer Ablösung von der zuvor genannten Laminatstruktur reduziert.
3 zeigt eine äquivalente Schaltung des mehrschichtigen Filters der Ausführungsform. Das mehrschichtige Filter 10 mit dem oben beschriebenen Aufbau bildet die äquivalente Schaltung von 3. Das mehrschichtige Filter 10 bildet eine Schaltung des L-Typs mit einem Induktor L und einem Varistor V.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen des mehrschichtigen Filters der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 4 beschrieben.
4 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte zum Herstellen des mehrschichtigen Filters der Ausführungsform zeigt. Bei der Herstellung des mehrschichtigen Filters 10 besteht der erste Schritt darin, Pasten zu erzeugen, die die keramischen Materialien als Rohmaterialien für die Induktor-Schichten 21–24 und für die Varistor-Schichten 31, 32 enthalten (Schritt S11). Insbesondere kann die Paste zum Ausbilden der Varistor-Schichten vorbereitet werden, indem zu der Hauptkomponente ZnO Zusätze wenigstens eines Elements, das aus der Gruppe von Pr, Bi, Co und Als und optional aus der Gruppe Cr, Ca, Si, K usw. gewählt wird, je nach den gewünschten Anteilen nach dem Backen zugesetzt werden, ein Bindemittel oder anderes hinzugefügt wird und alle Bestandteile vermischt werden. Die Metallelemente können in diesem Fall zum Beispiel in der Form von Oxiden zugesetzt werden.
Die Paste zum Ausbilden der Induktor-Schichten kann vorbereitet werden, indem zu der Hauptkomponente ZnO optionale Metallelemente wie Pr, Bi, usw. je nach Bedarf als Zusätze zugesetzt werden, ein Bindemittel oder anderes hinzugefügt wird oder alle Bestandteile vermischt werden. Anders als bei der Paste zum Ausbilden der Varistor-Schichten werden weder Co noch Al zu der Paste zum Ausbilden der Induktor-Schichten hinzugefügt. Die oben genannten Metallelemente können in einer Verbindung wie etwa einem Oxid, Oxalat oder Carbonat zugesetzt werden. Die Mengen dieser Zusätze werden derart angepasst, dass die Metallelemente nach dem Backen mit den gewünschten Anteilen in dem Element 3 enthalten sind, was weiter unten beschrieben wird.
Diese Pasten werden unter Verwendung eines Rakelverfahrens auf einen Kunststofffilm oder ähnliches aufgetragen und danach getrocknet, um Grünschichten aus den keramischen Materialien zu bilden (Schritt S12). Es wird eine vorbestimmte Anzahl von Grünschichten zum Ausbilden der Induktor-Schichten 21–24 (nachfolgend als „Induktor-Schichten” bezeichnet) und eine vorbestimmte Anzahl von Grünschichten zum Ausbilden der Varistor-Schichten 31, 32 (nachfolgend als „Varistor-Schichten” bezeichnet) ausgebildet. Dann werden unter Verwendung eines Lasers oder durch Stanzen oder ähnliche Durchgangslöcher an vorbestimmten Positionen in den erhaltenen Induktor-Schichten ausgebildet. Bei der vorstehend beschriebenen Ausbildung der Grünschichten kann der Kunststofffilm oder ähnliches unmittelbar nach dem Auftragen und Trocknen oder unmittelbar vor einem weiter unten beschriebenen Laminierungsschritt von jeder Schicht abgelöst werden. Bei diesem Schritt zum Ausbilden der Grünschichten werden zusätzlich zu diesen Schichten auch Grünschichten zum Ausbilden der Schutzschichten 41, 42 einschließlich von ZnO durch ein ähnliches Verfahren ausgebildet.
Dann wird eine leitende Paste zum Ausbilden der Leitermuster 21a–24a (Leiterteil 20) oder zum Ausbilden der internen Elektroden 31a, 32a (Varistor-Teil 30) in einem gewünschten Muster für jede Schicht auf den Induktor-Schichten oder den Varistor-Schichten siebgedruckt (Schritt S13). Dadurch werden Schichten erhalten, die mit entsprechenden Schichten aus leitender Paste in den gewünschten Mustern versehen sind. Zum Beispiel kann die leitende Paste zum Ausbilden der Leitermuster eine leitende Paste sein, die hauptsächlich aus Pd oder einer Ag-Pd-Legierung besteht, und die Paste zum Ausbilden der internen Elektroden eine leitende Paste sein, die hauptsächlich aus Pd oder einer Ag-Pd-Legierung besteht.
Dann werden die Varistor-Schichten mit den entsprechenden Schichten aus der leitenden Paste in Entsprechung zu den internen Elektroden 31a und 32a nacheinander auf eine Grünschicht zum Ausbilden der Schutzschicht gestapelt (Schritt S14). Danach werden die Induktor-Schichten mit den entsprechenden Schichten aus der leitenden Paste in Entsprechung zu den Leitermustern 24a, 23a, 22a und 21a übereinander auf den Varistor-Schichten gestapelt (Schritt S15). Weiterhin wird eine Grünschicht zum Ausbilden der Schutzschicht auf die Stapelstruktur der Grünschichten gestapelt, wobei diese dann gepresst werden, um ein Laminat als Basis für das Element 3 zu erhalten.
Danach wird das resultierende Laminat in eine Chipeinheit mit einer gewünschten Größe geschnitten, wobei dieser Chip dann mit einer vorbestimmten Temperatur (z. B. 1000–1400°C) gebacken wird, um das Element 3 zu erhalten (Schritt S16). Dann wird Li von einer Oberfläche des erhaltenen Elements 3 in das Innere diffundiert. In diesem Schritt wird eine Li-Verbindung an der Oberfläche des erhaltenen Elements 3 aufgebracht, wobei danach eine Wärmebehandlung oder ähnliches durchgeführt wird. Das Auftragen der Li-Verbindung kann unter Verwendung eines hermetisch geschlossenen Drehtopfs erfolgen. Es sind keine besonderen Beschränkungen hinsichtlich der Li-Verbindung vorgegeben, wobei es sich jedoch um eine Verbindung handeln sollte, die das Li von der Oberfläche des Elements 3 während der Wärmebehandlung in die Nähe der Leitermuster 21a–24a und der internen Elektroden 31a, 32a diffundieren lässt. Beispiele für derartige Verbindungen sind ein Li-Oxid, Hydroxid, Chlorid, Nitrat, Borat, Carbonat, Oxalat usw. Bei der Herstellung des mehrschichtigen Filters 10 ist dieser Schritt zum Diffundieren von Li nicht immer von wesentlicher Bedeutung.
Dann wird eine Paste, die hauptsächlich aus Silber besteht, auf die Seitenflächen des Li-diffundierten Elements 3 aufgetragen, die danach gebacken und weiterhin plattiert wird, um die Eingangs-/Ausgangelektroden 5, 7 und die Erdungselektroden 9, 11 zu bilden und dadurch das mehrschichtige Filter 10 zu erhalten (Schritt S17). Bei dem Plattieren kann es sich um ein Elektroplattieren handeln. Die Rohmaterialien können zum Beispiel Cu und Ni; Sn, Ni und Sn; Ni und Au; Ni und Pd; Au, Ni und Pd; Ag oder Ni und Ag sein.
In dem mehrschichtigen Filter 10 mit dem oben beschriebenen Aufbau sind wie oben beschrieben die Induktor-Schichten 21–24 und die Varistor-Schichten 31, 32 des Induktor-Teils 20 und des Varistor-Teils 30 jeweils aus entsprechenden keramischen Materialien ausgebildet, die hauptsächlich aus ZnO bestehen. Aus diesem Grund ist die Differenz der Volumenänderung während des Backens zwischen dem Induktor-Teil 20 und dem Varistor-Teil 30 extrem klein. Deshalb treten beim gemeinsamen Backen nur geringe Spannungen oder ähnliches zwischen denselben auf. Der resultierende mehrschichtige Film 10 ist also im Vergleich zu den herkömmlichen mehrschichtigen Filtern, bei denen der Induktor-Teil und der Varistor-Teil aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet sind, extrem beständig gegenüber einer Ablösung zwischen dem Induktor-Teil und dem Varistor-Teil.
Die Induktor-Schichten 21–24 sind wie oben beschrieben aus dem keramischen Material ausgebildet, das ZnO als Hauptkomponente und im wesentlichen kein Co oder Al als Zusatz enthält. Ein derartiges Material weist einen ausreichend hohen Widerstand als Bestandteil des Induktors auf. Insbesondere weist das Material einen Widerstand von mehr als 1 MΩ auf, sodass es ausreichend hoch für ein Induktor-Material ist. Aus diesem Grund kann der Induktor-Teil 20 auch dann hervorragende Induktor-Eigenschaften aufweisen, wenn er ZnO als Hauptkomponente aufweist, das alleine keinen ausreichenden Widerstand vorsieht.
Im Folgenden wird ein mehrschichtiges Filter gemäß der zweiten Ausführungsform mit Bezug auf 5 bis 8 beschrieben.
5 zeigt eine Schaltungskonfiguration des mehrschichtigen Filters gemäß der zweiten Ausführungsform. Wie in 5 gezeigt, weist das mehrschichtige Filter der vorliegenden Ausführungsform eine Schaltungskonfiguration auf, die einen Eingangsanschluss 51, einen Ausgangsanschluss 52 und einen gemeinsamen Anschluss 53 für die Verbindung nach außen, ein Induktionselement 54 mit einer Spule L₅₁ und einer Spule L₅₂, einen Kondensator 57 und einen Varistor V umfasst.
In diesem Schaltungsaufbau werden der Eingangsanschluss 51, der Ausgangsanschluss 52 und der gemeinsame Anschluss 53 für die Verbindung nach außen verwendet. Der Kondensator 57 ist mit dem Eingangsanschluss 51 und dem Ausgangsanschluss 52 verbunden. In dem Induktionselement 54 ist ein Anschluss auf der Seite der (primären) Spule L₅₁ mit dem Eingangsanschluss 51 verbunden, und ist ein umgekehrt zu induzierender Anschluss auf der Seite der (sekundären) Spule L₅₂ mit dem Ausgangsanschluss 52 verbunden. Die anderen Anschlüsse der Spule L₅₁ und der Spule L₅₂ sind an einem Verbindungsanschluss 55 miteinander verbunden. Der Varistor V ist über einen Anschluss mit dem Verbindungspunkt (Verbindungsanschluss 55) zwischen der Spule L₅₁ und der Spule L₅₂ in dem Induktionselement 54 und über den anderen Anschluss mit dem gemeinsamen Anschluss 53 verbunden.
Bei dieser Schaltungskonfiguration können der Eingangsanschluss 51 und der Ausgangsanschluss 52 ausgetauscht werden. Der gemeinsame Anschluss 53 ist vorzugsweise mit der Erde verbunden. Das Induktionselement 54 kann zum Beispiel durch eine Drosselspule oder einen Umsetzer gebildet werden.
Die Schaltungskonfiguration von 5 kann äquivalent zu der Schaltungskonfiguration von 6 transformiert werden. 6 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine äquivalente Transformation der Schaltungskonfiguration von 5 zeigt. Diese Schaltungskonfiguration umfasst einen Eingangsanschluss 61, einen Ausgangsanschluss 62, einen gemeinsamen Anschluss 63, eine Spule L₆₁, eine Spule L₆₂, eine Spule L₆₃ und einen Varistor V.
In diesem Schaltungsaufbau werden der Eingangsanschluss 61, der Ausgangsanschluss 62 und der gemeinsame Anschluss 63 für die Verbindung nach außen verwendet. Die Spule L₆₁ und die Spule L₆₂ sind in Reihe zwischen dem Eingangsanschluss 61 und dem Ausgangsanschluss 62 verbunden. Die Spule L₆₂ und der Varistor V sind in Reihe an einem Verbindungsanschluss 65 verbunden. Weiterhin ist der zu dem Verbindungsanschluss 65 gegenüberliegende Anschluss der Spule L₆₃ mit einem Verbindungspunkt zwischen der Spule L₆₁ und der Spule L₆₂ verbunden, und ist der zu dem Verbindungsanschluss 65 gegenüberliegende Anschluss des Varistors V mit dem gemeinsamen Anschluss 63 verbunden.
Das mehrschichtige Filter der zweiten Ausführungsform mit der oben beschriebenen Schaltungskonfiguration weist einen Aufbau wie in 7 und 8 gezeigt auf. 7 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die den Elementteil des mehrschichtigen Filters gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. 8 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Kontur des mehrschichtigen Filters gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. Wie in 7 gezeigt, weist der Elementteil (das Element 113) des mehrschichtigen Filters 200 einen Aufbau auf, bei dem ein Varistor-Teil 120, ein Induktor-Teil 110 und eine Schutzschicht 91 in dieser Reihenfolge von unten nach oben übereinander geschichtet sind. Wie in 8 gezeigt, ist das mehrschichtige Filter 200 mit einem Paar von Eingangs-/Ausgangselektroden 105, 106 versehen, die an zwei Längsenden des Elements 113 ausgebildet sind, wobei eine gemeinsame Elektrode 107a und eine Anschlusselektrode 107b entsprechend derart ausgebildet sind, dass sie auf Seitenflächen des Elements 113 einander zugewandt sind. Die gemeinsame Elektrode 107a ist eine Erdungselektrode, die mit der Erde verbunden ist (mit dem gemeinsamen Anschluss 53 oder dem gemeinsamen Anschluss 63 in den oben beschriebenen Schaltungskonfigurationen).
Der Induktor-Teil 110 besteht aus einem Stapel mit Induktor-Schichten 93a, 93b, die mit entsprechenden Leitermustern 96, 97 (Leiter-Schichten) versehen sind. Das Leitermuster 96 und das Leitermuster 97 bilden die Spule L₅₁ (Spule L₆₁) auf der primären Seite und die Spule L₅₂ (Spule L₆₂) auf der sekundären Seite in den zuvor genannten Schaltungskonfigurationen. Die Materialien für die Leitermuster 96, 97 und für die Induktor-Schichten 93a, 93b in diesem Leiterteil 110 können dieselben wie für die Leitermuster 21–24a und die Induktor-Schichten 21–24 in der zuvor genannten ersten Ausführungsform sein.
Ein Ende 98 des Leitermusters 96 ist zu einer Seite der Induktor-Schicht 93a herausgezogen, um mit der Eingangselektrode 105 verbunden zu werden. Ein Ende 99 des Leitermusters 97 ist zu einer Seite der Induktor-Schicht 93b herausgezogen, um mit der Ausgangselektrode 106 verbunden zu werden. Die anderen Enden 100, 101 der Leitermuster 96, 97 sind beide mit der Anschlusselektrode 107b verbunden die auf den Seitenflächen des Elements 113 ausgebildet ist. Auf diese Weise bilden das Leitermuster 96 und das Leitermuster 97 das Induktionselement 54. Weiterhin sind das Leitermuster 96 und das Leitermuster 97 kapazitiv in den einander gegenüberliegenden Bereichen verbunden, um den Kondensator 57 in der zuvor genannten Schaltungskonfiguration zu bilden. Die Leitermuster 96 und 97 können über ein Durchgangsloch oder ähnliches anstatt wie oben beschrieben über die Anschlusselektrode verbunden zu sein.
Der Varistor-Teil 102 umfasst einen Stapel aus Varistor-Schichten 94, 95, der mit entsprechenden internen Elektroden 102, 103 versehen ist. Die interne Elektrode 102 weist ein Muster des geradlinigen Typs auf und ist entlang der Querrichtung der Varistor-Schicht 94 vorgesehen. Ein Ende 102a dieser internen Elektrode 102 ist zu einem Rand der Varistor-Schicht 94 herausgezogen, um mit der Anschlusselektrode 107b auf den Seitenflächen des Elements 113 verbunden zu werden. Daraus resultiert eine Verbindung der internen Elektrode 102 mit jedem der Enden 100, 101 der Leitermuster 96, 97 (Verbindungsanschluss 55 oder Verbindungsanschluss 65 in den zuvor genannten Schaltungskonfigurationen).
Die interne Elektrode 103 weist ein Muster des geradlinigen Typs auf und ist annähernd parallel zu der internen Elektrode 102 entlang der Querrichtung der Varistor-Schicht 95 vorgesehen. Ein Ende 104 dieser internen Elektrode 103 ist zu einem Rand der Varistor-Schicht 95 herausgezogen, um mit der gemeinsamen Elektrode 107a verbunden zu werden, die auf den Seitenflächen des Elements 113 ausgebildet ist.
In dem Varistor-Teil 120 umfasst der Varistor V die internen Elektroden 102, 103 und die dazwischen vorgesehene Varistor-Schicht 94. Die Materialien für die internen Elektroden 102, 103 und für die Varistor-Schichten 94, 95 in dem Varistor-Teil 120 können dieselben wie für die internen Elektroden 31a, 32a und die Varistor-Schichten 31, 32 in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform sein.
Weil das mehrschichtige Filter der vorliegenden Erfindung mit der oben beschriebenen Konfiguration die Induktor-Schichten und die Varistor-Schichten aus denselben Materialien wie in der ersten Ausführungsform umfasst, ist es ebenfalls beständig gegenüber einer Ablösung zwischen dem Induktor-Teil 110 und dem Varistor-Teil 120. Die Induktor-Schichten weisen einen hohen Widerstand auf und können hervorragende Induktor-Eigenschaften aufweisen, obwohl sie ZnO als Hauptkomponente enthalten.
Weil das mehrschichtige Filter der vorliegenden Ausführungsform weiterhin die Schaltungskonfiguration von 5 oder 6 aufweist, kann einfach eine Abstimmung einer Eingangsimpedanz mit einer charakteristischen Impedanz erreicht werden. Aus diesem Grund weist das mehrschichtige Filter auch eine hervorragende Impedanz zum Beispiel für die Abstimmung für Hochgeschwindigkeitssignale auf, wobei auch ein Schutz gegenüber statischer Elektrizität mit einer hohen Spannung oder ähnliches vorgesehen wird.
Vorstehend wurden bevorzugte Ausführungsformen des mehrschichtigen Filters und des entsprechenden Herstellungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei jedoch zu beachten ist, dass die vorliegende Erfindung keineswegs auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und dass die vorliegende Erfindung in verschiedener Weise modifiziert werden kann, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird.
Zum Beispiel ist in den oben beschriebenen Ausführungsformen eine Konfiguration des Induktor-Teils vorgesehen, bei der die Leitungsmuster für die Spulenform gestapelt sind, wobei der Induktor-Teil statt dessen aber auch aus Induktor-Schichten mit geradlinigen Leitermustern bestehen kann. Insbesondere kann der Induktor-Teil durch das Vorbereiten einer Induktor-Schicht ausgebildet werden, bei der ein lineares Leitermuster die beiden Enden verbindet, wobei entweder diese eine Schicht oder eine Vielzahl von derartigen Schichten verwendet wird. In diesem Fall ist das lineare Leitermuster entlang der Richtung zum Verbinden eines Paares von Eingangs-/Ausgangselektroden in dem mehrschichtigen Filter vorgesehen. Der Induktor-Teil dieser Konfiguration weist ebenfalls hervorragende Induktor-Eigenschaften auf.
Weiterhin kann das mehrschichtige Filter der vorliegenden Erfindung beliebig hinsichtlich der Stapelstruktur und hinsichtlich der Ausbildungspositionen der Elektroden und anderer Elemente modifiziert werden, solange eine der zuvor genannten äquivalenten Schaltungen oder eine andere Schaltung mit äquivalenten Funktionen gebildet werden kann. Insbesondere ist in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen ein Aufbau vorgesehen, bei dem der Induktor-Teil auf dem Varistor-Teil vorgesehen ist, wobei jedoch auch ein Aufbau vorgesehen werden kann, bei dem der Induktor-Teil zwischen einem Paar von Varistor-Teilen angeordnet ist. Die Positionsbeziehung der Eingangs-/Ausgangselektroden kann beliebig modifiziert werden. Das mehrschichtige Filter kann auch bei diesen Aufbauten mit einem hervorragenden Effekt erhalten werden.
Die Anzahl der laminierten Schichten in dem Induktor-Teil und in dem Varistor-Teil ist nicht auf die der oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Insbesondere kann die Anzahl der Spulenmuster erhöht werden, indem zum Beispiel wiederholt Induktor-Schichten mit Leitermustern gestapelt werden. Außerdem können wiederholt Varistor-Schichten mit internen Elektroden gestapelt werden. Die Anzahl der gestapelten Schichten kann in Übereinstimmung mit den gewünschten Eigenschaften des mehrschichtigen Filters gewählt werden.
Wenn die Leitermuster in dem Induktor-Teil des mehrschichtigen Filters gestapelt werden und das Material für die Induktor-Schichten eine hohe dielektrische Konstante aufweist, werden die in der Stapelrichtung benachbarten Leitermuster miteinander verbunden und bilden eine parasitäre Kapazität zwischen den Leistermustern. Deshalb ist ein Aufbau mit einem Stapel aus Leitermustern in dem Induktor-Teil insbesondere schwierig für die Nutzung mit hohen Frequenzen anzuwenden. Deshalb weisen die Induktor-Schichten vorzugsweise eine möglichst niedrige dielektrische Konstante und insbesondere eine relative dielektrische Konstante von nicht mehr als 50 auf.
Beispiele
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf Beispiele erläutert, wobei jedoch zu beachten ist, dass die vorliegende Erfindung keineswegs auf diese Beispiele beschränkt ist.
[Beispiel 1]
(Herstellung eines mehrschichtigen Filters)
Zuerst wurden Proben des mehrschichtigen Filters in Übereinstimmung mit dem Verfahren von 4 der vorstehend beschriebenen Ausführungsform erzeugt. Insbesondere bestand der erste Schritt darin, die Paste zum Ausbilden der Varistor-Schichten durch das Hinzufügen von Pr₆O₁₁, CoO, Cr₂O₃, CaCO₃, SiO₂, K₂CO₃ und Al₂O₃ zu ZnO vorzubereiten und weiterhin die Paste zum Ausbilden der Induktor-Schichten durch das Zuführen von Pr₆O₁₁, Cr₂O₃, CaCO₃, SiO₂, und K₂CO₃ zu ZnO vorzubereiten.
Dann wurden diese Pasten verwendet, um die Varistor-Schichten und die Induktor-Schichten zu erzeugen. Zusammen mit diesen wurden Grünschichten zum Ausbilden der Schutzschicht erzeugt, die nur ZnO enthalten. Danach wurde die leitende Paste zum Ausbilden der internen Elektroden (Varistor-Teil) oder zum Ausbilden der Leitermuster (Induktor-Teil) durch Siebdrucken auf jede Schicht aufgetragen, um das Muster von 2 zu erhalten. Die Paste zum Ausbilden der internen Elektroden enthielt Pd als Hauptkomponente, und die Paste zum Ausbilden der Leitermuster enthielt ebenfalls Pd als Hauptkomponente.
Dan wurden die Schichten (die Varistor-Schichten und Indkuktor-Schichten) jeweils mit der aufgetragenen leitenden Paste in der Reihenfolge von 2 gestapelt, wobei sie von oben und unten zwischen einem Paar von Grünschichten zum Ausbilden der Schutzschichten eingeschlossen und danach gepresst wurden, um ein Laminat zur Vorbereitung für das Element zu erhalten. Das auf diese Weise erhaltene Laminat wurde dann gebacken, um das Element auszubilden. Dann wurde eine Ag-Paste auf dieses Element gedruckt, um die Eingangs-/Ausgangselektroden zu bilden und auf diese Weise Proben des mehrschichtigen Filters mit dem Aufbau von 1 und 2 zu erhalten.
Um in diesem Beispiel die Eigenschaften des Induktor-Teils wie nachfolgend beschrieben zu bewerten, wurde ein Paar von parallel angeordneten internen Elektroden in dem Induktor-Teil des mehrschichtigen Filters jeder Probe vorgesehen. 9 ist eine schematische Ansicht eines Schnittaufbaus des Elements in einem Zustand, in dem die internen Elektroden in dem Induktor-Teil vorgesehen sind. Wie gezeigt, sind die internen Elektroden 50 derart vorgesehen, dass die einen Enden der entsprechenden Elektroden 50 an gegenüberliegenden Endflächen des Elements freiliegen und die anderen Enden der internen Elektroden einander in der Stapelrichtung überlappen. Diese internen Elektroden sind derart vorgesehen, dass die die Leitermuster der Spule nicht kontaktieren.
(Bewertung der Ablösung zwischen dem Induktor-Teil und dem Varistor-Teil)
Die durch das oben beschriebene Verfahren erhaltenen mehrschichtigen Filter wurden geprüft, wobei keine Ablösung zwischen dem Induktor-Teil und dem Varistor-Teil in den Proben festgestellt werden konnte.
(Messung der relativen dielektrischen Konstante und des Widerstands des Induktor-Teils)
Die erhaltenen mehrschichtigen Filter werden verwendet, um die relative dielektrische Konstante (ε') und den Widerstand (10⁶ Ωcm) des Induktor-Teils in jeder Probe zu messen. Die Messungen der relativen dielektrischen Konstante und des Widerstands wurden wie nachfolgend beschrieben durchgeführt.
Insbesondere wurde die relative dielektrische Konstante (ε') wie folgt bestimmt: die Kapazität (C) jeder Probe wurde unter einer Bedingung von 1 MHz und einem Eingangssignalpegel (einer Messspannung) von 1 Vrms unter Verwendung einer Impedanz-Analyseeinrichtung (4284A von Hewlett-Packard Co.) gemessen, wobei das erhaltene Ergebnis in die Gleichung ε' = Cd/ε₀S eingesetzt wurde, um die relative dielektrische Konstante zu berechnen. Weiterhin wurde der Widerstand (ρ) wie folgt bestimmt: der Widerstand (R) jeder Probe wurde aus dem elektrischen Strom berechnet, der fließt, wenn eine Gleichspannung von 1 V an jeder Probe angelegt wird, wobei das erhaltene Ergebnis in die Gleichung ρ = RS/d eingesetzt wurde, um den Widerstand zu berechnen. In den Gleichungen gibt ε₀ die dielektrische Konstante des Vakuums an, gibt d die Distanz zwischen den internen Elektroden 50 von 9 an und gibt S einen Überlappungsbereich der internen Elektroden 50 an.
Die vorstehenden Messungen ergaben die folgenden Ergebnisse: die relativen dielektrischen Konstanten des Induktor-Teils lagen bei 20–30, und der Widerstand bei 1 × 10⁶ Ωcm.
Wie oben beschrieben, konnte bestätigt werden, dass das mehrschichtige Filter mit den Varistor-Schichten, die ZnO als Hauptkomponente und Pr₃, Co und Al als Zusätze enthalten, und mit den Induktor-Schichten, die ZnO als Hauptkomponente und im wesentlichen kein Co oder Al enthalten, extrem beständig gegenüber einer Ablösung zwischen dem Varistor-Teil und dem Induktor-Teil war. Es konnte weiterhin bestätigt werden, dass der Induktor-Teil in diesem mehrschichtigen Filter eine relative dielektrische Konstante unter 50 und einen Widerstand über 1 MQ aufwies und damit für die praktische Verwendung als Induktor geeignet war.
Wie vorstehend beschrieben, sieht die vorliegende Erfindung ein mehrschichtiges Filter vor, das beständig gegenüber einer Ablösung zwischen dem Varistor-Teil und dem Induktor-Teil ist und extrem gute Varistor-Eigenschaften und extrem gute Induktor-Eigenschaften aufweist.

Claims

Mehrschichtiges Filter (10, 200), das einen Stapel aus einem Varistor-Teil (30, 120) mit einer Leiterschicht (31a, 32a, 102, 103) und einer Varistor-Schicht (31, 32, 94, 95) und aus einem Induktor-Teil (20, 110) mit einer Leiterschicht (21a–24a, 96, 97) und einer Induktor-Schicht (21–24, 93a, 93b) umfasst, wobei die Varistor-Schicht (31, 32, 94, 95) ZnO als Hauptkomponente und wenigstens ein Element aus der Gruppe von Pr, Bi, Co und Al als Zusatz enthält, und wobei die Induktor-Schicht (21–24, 93a, 93b) ZnO als Hauptkomponente und im Wesentlichen kein Co oder Al enthält dadurch gekennzeichnet, dass der mehrschichtige Filter (10) weiterhin ein von einer Oberfläche nach innen diffundiertes Li umfasst.