JP2004193331A

JP2004193331A - コモンモードフィルタ及びその製造方法

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Publication number: JP2004193331A
Application number: JP2002359371A
Authority: JP
Inventors: Kazumi Kobayashi; 一三小林; Hisao Tomonari; 寿緒友成; Hiroyuki Uemura; 博之植村
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2002-12-11
Filing date: 2002-12-11
Publication date: 2004-07-08

Abstract

【課題】高周波特性が良好で、特性インピーダンスを適切値に設定でき、小型で安価なコモンモードフィルタを提供する。
【解決手段】棒状磁気コア１の巻芯部外面に基部樹脂絶縁層１０を設け、該基部樹脂絶縁層１０の上に螺旋状の１次導体層１１、中間樹脂絶縁層１２及び２次導体層１３を順次設けてあり、前記１次及び２次導体層１１，１３がそれぞれ外部電極２１を有するか又は外部電極２１に接続している。また、巻芯部３の外周に、外装樹脂絶縁カバー３０を設けて上面を平坦面としている。前記樹脂絶縁層１０，１２の誘電率は２．０〜３．０である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気コアに導体パターンを施したＥＭＣフィルタ等のコモンモードフィルタに係り、特にＩＥＥＥ１３９４やＵＳＢ２．０等の高速通信用に好適で、磁気コアに導体層と樹脂絶縁層を好適に積層形成してなる、高周波特性が良いコモンモードフィルタ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のフィルタとしては、下記特許文献１に示されるように、棒状のフェライトコア表層部にガラス含浸層を設け、その全面に導体膜を形成した後、レーザを照射して導体膜の一部を除去して、ノーマルモードやコモンモードのインダクタとするものが知られていた。
【０００３】
また、特許文献２、特許文献３、特許文献４に示されるように、棒状の磁気又は誘電体コアに絶縁層又は軟磁性層を挟んで２つの螺旋状導電体層を形成することにより、コモンモードチョークコイルとしていた。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２４３６２９号公報
【特許文献２】特開２００１−１０２２２２号公報
【特許文献３】特開２００１−１８９２１６号公報
【特許文献４】特開２００１−１８９２２５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１の場合、磁気コアを用いるときに、コモンモードフィルタの高周波特性（とくに差動信号についての遮断周波数）に限界があった。この場合、それぞれ磁気コアに２つの螺旋状コイルを周回させてコモンモードフィルタとしているが、特性インピーダンスを例えば９０Ωや１００Ωに調整することが困難であった。つまり、水平方向のコイルパターン間の線間容量等、コイルパターン間で相互に影響し合うため、特性インピーダンスを調整する場合、考慮するパラメータが多く複雑となる。
【０００６】
特許文献２、特許文献３及び特許文献４においては、絶縁層又は軟磁性層を挟んで２つの螺旋状導電体層を形成してコモンモードフィルタとしているが、下層の螺旋状導電体層が磁気コア外周面に密着しており、磁気コアを用いた場合、コモンモードフィルタの高周波特性（遮断周波数）に限界があった。
【０００７】
本発明は、上記の点に鑑み、高周波特性が良好で、特性インピーダンスを適切値に設定でき、小型で安価なコモンモードフィルタ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願請求項１の発明に係るコモンモードフィルタは、棒状磁気コアの表面に基部樹脂絶縁層を設け、該基部樹脂絶縁層の上に螺旋状の１次導体層、中間樹脂絶縁層及び２次導体層を設けてあり、前記１次及び２次導体層がそれぞれ外部電極を有するか又は外部電極に接続していることを特徴としている。
【００１０】
本願請求項２の発明に係るコモンモードフィルタは、請求項１において、前記樹脂絶縁層の誘電率を２．０〜３．０としたことを特徴としている。
【００１１】
本願請求項３の発明に係るコモンモードフィルタは、請求項１又は２において、前記棒状磁気コアは両端部よりも細く形成された巻芯部を有し、前記巻芯部の外周に前記基部樹脂絶縁層、１次導体層、中間樹脂絶縁層及び２次導体層が形成されていることを特徴としている。
【００１２】
本願請求項４の発明に係るコモンモードフィルタは、請求項３において、前記巻芯部の外周に、前記基部樹脂絶縁層、１次導体層、中間樹脂絶縁層及び２次導体層を覆う外装樹脂絶縁カバーを設け、該外装樹脂絶縁カバーの上面を平坦面としたことを特徴としている。
【００１３】
本願請求項５の発明に係るコモンモードフィルタは、請求項３において、前記１次導体層、中間樹脂絶縁層及び２次導体層の螺旋状部分相互間に空間を残して、前記棒状磁気コアの両端部間に外側面が平坦な外装樹脂絶縁カバーを設けたことを特徴としている。
【００１４】
本願請求項６の発明に係るコモンモードフィルタの製造方法は、棒状磁気コアの表面に基部樹脂絶縁層を形成し、該基部樹脂絶縁層の上に１次導体層、中間樹脂絶縁層及び２次導体層を順次形成した後、少なくとも前記１次導体層、中間樹脂絶縁層及び２次導体層を螺旋状に残すようにレーザトリミング、切削加工又はウォータジェットにより溝加工することを特徴としている。
【００１５】
本願請求項７の発明に係るコモンモードフィルタの製造方法は、請求項６において、前記溝加工の後、前記１次及び２次導体層にそれぞれ接続するように外部電極を形成することを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るコモンモードフィルタ及びその製造方法の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１７】
図１は本発明の第１の実施の形態であってコモンモードフィルタを示す正断面図（図２のＩ−Ｉ断面図）、図２は外観の斜視図、図３は外装樹脂及び外部電極処理前の斜視図、及び図４は第１の実施の形態におけるコモンモードフィルタの等価回路図である。
【００１８】
これらの図において、１はフェライト等の棒状磁気コアであり、両側の四角柱状端部２よりも細く形成された巻芯部３を両端部間に有し、例えば外形寸法は長さ４．５ｍｍ×幅３．１ｍｍ×高さ２．０ｍｍである。この棒状磁気コア１の表面に基部樹脂絶縁層１０をコーティングで設け、その上に１次導体層１１、中間樹脂絶縁層１２及び２次導体層１３を順次積層形成している。巻芯部３の外周に位置する基部樹脂絶縁層１０、１次導体層１１、中間樹脂絶縁層１２及び２次導体層１３は螺旋状に形成されており、螺旋状に巻芯部３を周回する１次及び２次導体層１１，１３は図４の等価回路図における相互に結合した一対のコイルをなす。なお、基部樹脂絶縁層１０は上層の１次導体層１１等と同じ螺旋状であってもよいし、コア１全面を覆っていても良い。
【００１９】
前記導体層１１，１３は銅、ニッケル等の良導体金属であり、絶縁層１０，１２上にそれぞれ厚さ４μｍ程度にめっき（無電解めっき、又は無電解めっき及び電気めっき）、蒸着、スパッタ、ＣＶＤ等の乾式薄膜技術等で成膜される。また、前記樹脂絶縁層１０，１２は、厚さ２０μｍ程度にコーティングで形成され、低誘電率樹脂（例えば、フッ素樹脂（商品名：テフロン）、エポキシ、ポリイミド等）からなり、誘電率が２〜３であることが好ましい。誘電率が３を超えると線間容量が増大して高周波特性が低下するきらいがあり、誘電率を２未満とすることは実際上使用可能な樹脂材料を見いだすのが困難となる。
【００２０】
その後、外装樹脂絶縁カバー３０を棒状磁気コア１の周囲に設け、巻芯部３の周囲に設けられた螺旋状の基部樹脂絶縁層１０、１次導体層１１、中間樹脂絶縁層１２及び２次導体層１３を絶縁被覆する。このとき、外装樹脂絶縁カバー３０は少なくとも上面が平坦面となるようにエポキシ等の樹脂を印刷形成する。この理由は、電子部品装着機の吸着ノズルで吸着可能なチップ部品とするためである。
【００２１】
前記１次導体層１１及び２次導体層１３はそれぞれ棒状磁気コア１の両側の端部２に延長しており、図２に示すように、１次導体層１１に接続する一対の外部電極２０及び２次導体層１３に接続する一対の外部電極２１が棒状磁気コア１の端部２に形成される。つまり、外部電極２０，２１の一方のものは、棒状磁気コア１の一方の端部２に、外部電極２０，２１の他方のものは、棒状磁気コア１の他方の端部２にそれぞれ配置されている。なお、前記外部電極２０と１次導体層１１との接続は端部２上の中間樹脂絶縁層１２、２次導体層１３及び外装樹脂カバー３０の一部をエッチング等で除去してから外部電極２０を形成することで行うことができ、前記外部電極２１と２次導体層１３との接続は前記外装樹脂絶縁カバー３０の一部をエッチング等で除去してから外部電極２１を形成することで行うことができる。外部電極２１の材質はニッケル、錫等であり、めっき法で形成する。あるいはニッケル下地上に錫めっきする等の電極構成でもよい。また、１次導体層１１、２次導体層１３と外部電極２１との接続はめっき又は導電性ペーストで行えばよい。
【００２２】
実際の製造に際しては、棒状磁気コア１の全表面に基部樹脂絶縁層１０を設け、その上に１次導体層１１、中間樹脂絶縁層１２及び２次導体層１３を全表面にわたり順次積層形成した後、図３のように、基部樹脂絶縁層１０、１次導体層１１、中間樹脂絶縁層１２及び２次導体層１３を螺旋状に残すようにレーザトリミング、切削加工又はウォータジェットにより溝加工を施し、溝４０を棒状磁気コア１の巻芯部３に形成する。これにより、図１のように巻芯部３の外周を螺旋状に周回する基部樹脂絶縁層１０、１次導体層１１、中間樹脂絶縁層１２及び２次導体層１３からなる多層構造体が得られる。そして、少なくとも上面が平坦面となるように外装樹脂絶縁カバー３０を設け、その後、図２のように外部電極２０，２１をそれぞれ一対ずつ形成する。完成品の寸法は例えば、長さ４．５ｍｍ×幅３．２ｍｍ×高さ３．２ｍｍ〜長さ１．６ｍｍ×幅０．８ｍｍ×高さ０．８ｍｍ程度である。
【００２３】
図５はＳｄｄ２１特性（ディファレンシャルモードについての減衰特性）の周波数特性であって、磁気コア１と１次導体層１１との間に基部樹脂絶縁層１０が有る第１の実施の形態の場合を曲線▲１▼で、基部樹脂絶縁層が無い場合を比較例として曲線▲２▼で示す。第１の実施の形態の曲線▲１▼における３ｄＢ減衰点である遮断周波数ｆ_ｃ１は、曲線▲２▼の３ｄＢ減衰点である遮断周波数ｆ_ｃ２よりも遙かに高い方に移行している。
【００２４】
この第１の実施の形態によれば、次の通りの効果を得ることができる。
【００２５】
（１）特にＩＥＥＥ１３９４やＵＳＢ２．０等の高速通信用に好適で、前記高速通信に要求されるコモンモードフィルタの高周波特性（遮断周波数）を例えば１ＧＨｚ以上とすることが出来るばかりでなく、特性インピーダンスも例えば客先が要求する９０Ωや１００Ω等のコモンモードフィルタに調整することが可能である。その理由は、１次の導体層１１を基部樹脂絶縁層１０と中間樹脂絶縁層１２とでサンドイッチしているからであり、導体層１１，１３の容量成分を小さく抑えることができる。また、樹脂絶縁層１０，１２の誘電率や厚さ及び導体層１１，１３の幅及び厚さを適切に設定することにより、特性インピーダンスを９０Ωや１００Ω等に容易に作ることが出来る（水平方向の導体層パターン間の容量等は実質的に無視できるため、特性インピーダンスを調整する際に考慮すべきパラメータは少なくて済む）。その場合、前記樹脂絶縁層１０，１２の樹脂誘電率は２〜３程度と低い方が、特性インピーダンスの調整がさらに容易で、しかも薄く小型にすることが出来る。
【００２６】
（２）棒状磁気コア１として両側の四角柱状端部よりも細く形成された巻芯部３を有するものを用い、巻芯部３の外周に螺旋状に基部樹脂絶縁層１０、１次導体層１１、中間樹脂絶縁層１２及び２次導体層１３を形成した後、外装樹脂絶縁カバー３０を棒状磁気コア１の周囲に設けて少なくとも上面が平坦面となるように形成している。これにより、電子部品装着機の吸着ノズルで吸着可能な小型のチップ部品とすることができる。
【００２７】
図６は本発明の第２の実施の形態であってコモンモードフィルタを示す正断面図（図７のＶ−Ｖ断面図）、図７は外観の斜視図及び図８は外装樹脂及び外部電極処理前の斜視図である。この場合、磁気コア１の巻芯部３には螺旋状に基部樹脂絶縁層１０、１次導体層１１、中間樹脂絶縁層１２、２次導体層１３が形成されており、さらに２次導体層１３の上側に導体層保護のために外部樹脂絶縁層１４が設けられている。このため、外装樹脂カバー３１は巻芯部３の周囲を樹脂封止する必要はなくなり、外装樹脂カバー３１として上下面が平坦面となっている板状のもの（ＬＣＰ、フェノール等の成形樹脂）を用い、コア１に接着している。そして、基部樹脂絶縁層１０、１次導体層１１、中間樹脂絶縁層１２、２次導体層１３及び外部樹脂絶縁層１４の螺旋状部分の周囲に空間を残すように（少なくとも螺旋状部分相互間の空間を残すように）、外装樹脂カバー３１は棒状磁気コア１の四角柱状端部２の上面間に固着されている（図示のように、コア１の端部２が外部樹脂絶縁層１４で覆われている上から外装樹脂カバー３１を固着しても良い）。なお、外部電極２０と１次導体層１１との接続は端部２上の中間樹脂絶縁層１２、２次導体層１３及び外部樹脂絶縁層１４の一部をエッチング等で除去してから外部電極２０を形成することで行うことができ、前記外部電極２１と２次導体層１３との接続は前記外部樹脂絶縁層１４の一部をエッチング等で除去してから外部電極２１を形成することで行うことができる。その他の構成及び製造過程は前述の第１の実施の形態と同様であり、同一又は相当部分に同一符号を付して説明を省略する。
【００２８】
この第２の実施の形態によれば、外装樹脂カバー３１を構成する樹脂が１次導体層１１や２次導体層１３の螺旋状部分に近接しないため、その樹脂の誘電率による線間容量の増大を回避でき、ひいては高周波特性を改善でき、好ましい。その他の作用効果は第１の実施の形態と同様である。
【００２９】
図９は本発明の第３の実施の形態であってコモンモードフィルタを示す正断面図である。この場合、外装樹脂カバー３２は上面が平坦面となっている板状であり、基部樹脂絶縁層１０、１次導体層１１、中間樹脂絶縁層１２、２次導体層１３及び外部樹脂絶縁層１４の螺旋状部分相互間に空間を残すように、棒状磁気コア１の四角柱状端部２の上面間に固着されている。その他の構成及び製造過程は前述の第２の実施の形態と同様であり、同一又は相当部分に同一符号を付して説明を省略する。
【００３０】
この第３の実施の形態によれば、外装樹脂カバー３２を構成する樹脂が１次導体層１１や２次導体層１３の螺旋状部分相互間に入り込まないため、その樹脂の誘電率による線間容量の増大を回避でき、ひいては高周波特性を改善できるので、好ましい。その他の作用効果は第１の実施の形態と同様である。
【００３１】
なお、棒状磁気コア形状は、鍔部が無い平坦形状、端部電極部は角柱状で、中央部の巻芯部断面が丸や楕円等となっていても良い。また、棒状磁気コアの全体断面が多角形（八角形等）の平坦又は鍔付き形状でも良い。
【００３２】
また、１次及び２次導体層端部が、そのまま外部電極を形成しても良い。また、外装樹脂絶縁カバーは省略することも可能である。
【００３３】
以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高周波特性が良好で、特性インピーダンスを適切値に設定でき、小型で安価なコモンモードフィルタを実現することができる。特にＩＥＥＥ１３９４やＵＳＢ２．０等の高速通信用に好適で、前記高速通信に要求されるコモンモードフィルタの高周波特性（遮断周波数）を例えば１ＧＨｚ以上とすることが出来るばかりでなく、特性インピーダンスも例えば客先が要求する９０Ωや１００Ω等のコモンモードフィルタに調整することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるコモンモードフィルタを示す正断面図（図２のＩ−Ｉ断面図）である。
【図２】同じくコモンモードフィルタの外観を示す斜視図である。
【図３】第１の実施の形態における外装樹脂及び外部電極処理前の斜視図である。
【図４】第１の実施の形態のコモンモードフィルタの等価回路図である。
【図５】第１の実施の形態と基部樹脂絶縁層の無い比較例の場合の遮断周波数を対比して示す伝送特性Ｓｄｄ２１の周波数特性図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態におけるコモンモードフィルタを示す正断面図（図７のＶ−Ｖ断面図）である。
【図７】同じくコモンモードフィルタの外観を示す斜視図である。
【図８】第２の実施の形態における外装樹脂及び外部電極処理前の斜視図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態におけるコモンモードフィルタを示す正断面図である。
【符号の説明】
１棒状磁気コア
２端部
３巻芯部
１０基部樹脂絶縁層
１１１次導体層
１２中間樹脂絶縁層
１３２次導体層
１４外部樹脂絶縁層
２０，２１外部電極
３０，３１，３２外装樹脂絶縁カバー

Claims

棒状磁気コアの表面に基部樹脂絶縁層を設け、該基部樹脂絶縁層の上に螺旋状の１次導体層、中間樹脂絶縁層及び２次導体層を設けてあり、前記１次及び２次導体層がそれぞれ外部電極を有するか又は外部電極に接続していることを特徴とするコモンモードフィルタ。
前記樹脂絶縁層の誘電率を２．０〜３．０とした請求項１記載のコモンモードフィルタ。
前記棒状磁気コアは両端部よりも細く形成された巻芯部を有し、前記巻芯部の外周に前記基部樹脂絶縁層、１次導体層、中間樹脂絶縁層及び２次導体層が形成されている請求項１又は２記載のコモンモードフィルタ。
前記巻芯部の外周に、前記基部樹脂絶縁層、１次導体層、中間樹脂絶縁層及び２次導体層を覆う外装樹脂絶縁カバーを設け、該外装樹脂絶縁カバーの上面を平坦面とした請求項３記載のコモンモードフィルタ。
前記１次導体層、中間樹脂絶縁層及び２次導体層の螺旋状部分相互間に空間を残して、前記棒状磁気コアの両端部間に外側面が平坦な外装樹脂絶縁カバーを設けている請求項３記載のコモンモードフィルタ。
棒状磁気コアの表面に基部樹脂絶縁層を形成し、該基部樹脂絶縁層の上に１次導体層、中間樹脂絶縁層及び２次導体層を順次形成した後、少なくとも前記１次導体層、中間樹脂絶縁層及び２次導体層を螺旋状に残すようにレーザトリミング、切削加工又はウォータジェットにより溝加工することを特徴とするコモンモードフィルタの製造方法。
前記溝加工の後、前記１次及び２次導体層にそれぞれ接続するように外部電極を形成する請求項６記載のコモンモードフィルタの製造方法。