JP2005109882A - ノイズフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の磁性帯層の一体焼結体の内部に線路導体と接地導体を配置して伝送線路を構成してなるノイズフィルタにおいて、高周波帯で十分に大きい挿入損失を得られるようにする。
【解決手段】 異なる層の線路導体層１３同士を接続する線路導体接続部３２を、接地用外部電極を兼ねている接地導体接続部に近接して配置する。これによって層間接続部分での特性インピーダンスの変化を抑制し、高周波帯で所望の挿入損失を得ることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、磁性体からなるセラミック焼結体の内部に線路導体と接地導体とを配置して伝送線路を構成することによってなるノイズフィルタに関する。

電子機器のノイズを抑制するために用いられるチップ型のノイズフィルタとしては、例えば３端子コンデンサ（特許文献１）や、複数のインダクタやコンデンサによる回路を一体に形成した複合電子部品（特許文献２）などが従来から知られている。

しかし、反射損失によってノイズを抑制するこれらの技術では、ノイズフィルタと周辺の回路との間で特定の周波数のノイズが共振して却ってノイズを増幅することがあるという問題点があった。

また、電子機器の高周波化に伴って遮断周波数が１００ＭＨｚを超えるようなローパスフィルタが求められているが、上記の技術ではノイズフィルタと周囲の電子部品との間の線路長が２００ＭＨｚ程度のノイズに対して共振しやすい線路長となりがちで、電子機器の高周波化に対応しにくいという問題があった。

そこで本出願人はこのような問題を解決するため、未だ公開されていないが、特願２００２−１８０３５６において、磁性体からなるセラミック焼結体の内部に線路導体と接地導体とを設けて伝送線路を構成したノイズフィルタを提案している。

このようなノイズフィルタの分解斜視図を図８に、外観斜視図を図９に示す。このノイズフィルタは複数の磁性体層１１の間に接地導体１２と線路導体１３とを交互に設けてなり、接地導体１２と線路導体１３とによってストリップラインを構成している。線路導体１３は限られたチップサイズで長い線路長を得るためにミアンダ状あるいはスパイラル状に形成され、異なる層の線路導体１３の端部同士がビアホールからなる線路導体接続部３２によって接続されている。線路導体３２の端部は磁性体層１１の辺縁まで引き出され、積層体１０の長手方向の端面に設けられた信号用外部電極２２に接続されている。複数層に形成されている接地導体１３は、接地用外部電極２１によって、外部接続を図るとともに互いに接続されている。

このような構成とすることにより、伝送線路を伝搬する信号は周波数が高くなるほど損失が大きくなるので、所望の周波数の電気信号よりも周波数の高いノイズを減衰させるノイズフィルタとして機能する。
特開平１０−１５４６３２号公報 特開２０００−３４８９４４号公報

特願２００２−１８０３５６において提案した上記のノイズフィルタにおいては、通過させたい信号よりも高い周波数帯域のノイズ（高周波ノイズ）に対してできる限り大きな挿入損失を得られることが好ましいが、挿入損失を大きくするために線路長を長くするなどの工夫をしても一定以上の挿入損失を得られないことがあった。

本発明者がその理由を鋭意研究した結果、これは以下のような理由によるものと思われる。

ストリップ線路では、線路導体と接地導体とに逆方向に電流が流れると共に、線路導体と接地導体との間に電界が発生している。通常、接地導体では線路導体と対向する部分に主として電流が分布している。ところが上記のノイズフィルタの構成では、線路導体１３を流れる電流は層間接続のときに線路導体接続部３２を構成するビアホールを通して最短経路で流れるのに対して、接地導体１２を流れる電流は接地用外部電極２１を通って流れるため、大きく迂回して電流が流れることになる。このため、層間接続部分において電磁界分布が乱れて特性インピーダンスが変化していると思われる。

周波数が高くなるほど、線路長が短くても分布定数的な振る舞いをするため、この特性インピーダンスの乱れは周波数が高くなるほど顕著になると思われ、周波数が高い帯域で十分な挿入損失を得られなくなっているものと思われる。

よって本発明は、伝送線路の層間接続部分における特性インピーダンスの変化を抑制することによって、周波数の高い帯域において十分な挿入損失を得ることができるノイズフィルタを提供することを目的とする。

上記問題点を解決するために本発明に係るノイズフィルタは、複数の磁性体層が一体焼結されてなり、該磁性体層間に線路導体と接地導体とを交互に設けて伝送線路を構成し、前記磁性体層のうち少なくとも１層を貫通して設けたビアホールにからなる線路導体接続部によって所定の前記線路導体を接続し、接地導体接続部によって所定の前記接地導体を接続し、前記線路導体接続部が前記接地導体接続部の近傍に形成されていることを特徴とする。

このように、線路導体の層間接続をする線路導体接続部と接地導体の層間接続をする接地導体接続部を近傍に設けることによって、線路導体を流れる電流と接地導体を流れる電流とが近接した経路で流れるため、層間接続部分での特性インピーダンスの変化を抑制することができ、高い周波数帯で十分な挿入損失を得ることができる。

そして本発明に係るノイズフィルタの具体的構成としては、例えば、前記接地導体接続部は、前記複数の磁性体層を一体焼結してなる積層体の表面に形成されており、前記線路導体接続部を構成するビアホールの側面が前記接地導体接続部に対向するように構成すればよい。

このようにすれば接地導体接続部が接地用外部電極を兼ねて構成が簡略であるとともに、接地導体接続部（すなわち接地用外部電極）と線路導体接続部とが近接するので、層間接続部分での特性インピーダンスの変化を抑制できる。

また、本発明に係るノイズフィルタの具体的構成としては、例えば、前記接地導体接続部は前記磁性体層のうち少なくとも１層を貫通して設けたビアホールよりなるように構成してもよい。

このようにすれば、接地用外部電極形状の設計の都合などによって上記のように接地用外部電極と線路導体接続部とを近接させることが困難な場合であっても、ビアホールよりなる接地導体接続部と線路導体接続部とが近接しているので、線路導体を流れる電流と接地導体を流れる電流とが近接した経路で流れ、層間接続部分での特性インピーダンスの変化を抑制することができる。

以上のように本発明によれば、線路導体接続部と接地導体接続部とを近接させることによって、線路導体を流れる電流と接地導体を流れる電流とが近接した経路で流れるようになり、層間接続部分での特性インピーダンスの変化を抑制して、高周波ノイズに対して十分な挿入損失を持つノイズフィルタを得ることができる。

以下において図を参照しつつ本発明の第１の実施例について説明する。図１は本発明のノイズフィルタを示す分解斜視図であり、図２は外観斜視図である。

本発明のノイズフィルタは、磁性体セラミックスからなる磁性体層１１と、磁性体層１１の間に交互に設けられている接地導体１２と線路導体１３とを備えている。

磁性体層１１は比透磁率が４から３０程度の範囲内にある磁性体セラミックスからなる。必ずしも全ての磁性体層１１が等しい透磁率を有する必要はないが、伝送線路の特性インピーダンスを一定にするために、通常は全ての磁性体層１１が同一の材料で形成されていることが好ましい。磁性体層１１の透磁率は、伝送線路の特性インピーダンスの設計や、ノイズ吸収効果が生じ始める周波数を所望の値に設定するために必要に応じて適宜選択することができる。磁性体セラミックスとしては例えばＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトなどを用いることができる。

接地導体１２と線路導体１３は、磁性体層１１の材料であるセラミックグリーンシートにＡｇペーストなどの導電性ペーストを印刷して、積層されたセラミックグリーンシートと共に焼成されて形成される。

接地導体１２は、磁性体層１１の略全面にわたって形成され、線路導体１３を全て覆うように形成されている。これによって線路導体１３と接地導体１２とでストリップラインを構成している。

また、接地導体１２は、積層体１０の表面に形成されている接地導体接続部３１とそれぞれ接続している。これによって複数の接地導体１２のあいだで電気的接続を図るとともに、接地導体接続部３１が接地用外部電極２１として機能し、外部回路との接続に供される。ここでは接地用外部電極２１は４つ設けられていて、そのうち二つのみが接地導体接続部３１として用いられていて残りの二つは機能していないが、これは部品の外部形状の対称性を維持するためのダミーである。もちろん、４つの接地用外部電極２１の全てがいずれかの接地導体１２と接続されていてもよいことは言うまでもない。また、部品の外部形状を対称にする必要がなければ接地用外部電極２１は４つ設けなくともよい。

線路導体１３は複数層に設けられていて、線路導体１３の端部同士がビアホールからなる線路導体接続部３２によって直列に接続されている。そして、直列に接続された線路導体１３の端部は磁性体層１１の端面にまで引き出され、積層体１０の表面に形成されている信号用外部電極２２と接続している。本実施例では限られたチップサイズでできるだけ長く線路導体１３を形成するために線路導体１３をミアンダ状にしているが、線路導体は直線状や螺旋状に形成されていてもよい。

ここで、このノイズフィルタの動作について説明する。接地用外部電極２１に外部回路の接地電極を接続し、信号用外部電極２２に外部回路の信号線を接続して信号を入力する。磁性体層１１を構成する磁性材料は、線路導体１３と接地導体１２とからなる伝送線路（ストリップライン）を通過する信号の周波数が高くなるほど磁性体損失が増大する性質がある。そのため、例えば２００ＭＨｚ〜２ＧＨｚ程度の所定の周波数を超える周波数を持つ信号の高調波（ノイズ）に対して磁性体損失が増大するように磁性体層の材料定数等を設定することにより、所定周波数より高い周波数を持つ信号の高調波（ノイズ）を減衰させるノイズフィルタとして機能する。もちろん、信号の高調波をノイズとして除去できるだけではなく、別の回路からの高周波ノイズが信号に重畳されている場合でも、上記と同様にノイズ除去効果を得ることができる。

本発明において注目すべきは、線路導体接続部３２は積層体１０の端面寄りに形成され、かつ、接地導体接続部３１に対してスルーホールの側面を対向させて、接地導体接続部３１の近傍に形成されていることである。

このようにすることによって、線路導体１３を流れる電流の経路と接地導体１２を流れる電流の経路が、層間接続部分においても近接し、層間接続部分での特性インピーダンスの変化を抑制することができる。

本実施例の変形例として、図３の分解斜視図および図４の外観斜視図に示すようなノイズフィルタとしてもよい。この変形例では、接地用外部電極２１が２つ形成されている。ビアホールからなる線路導体接続部３２が接地導体接続部３１の近傍に形成されていることは上述の実施例１と同様である。

ここで、本発明の効果を実証するため、図１，２に示した本実施例のノイズフィルタ、図３，４に示した本実施例の変形例のノイズフィルタ、図８，９に示した従来のノイズフィルタを作成し、ネットワークアナライザを用いて挿入損失を測定した。測定結果を図５に示す。

このとき、３種類のノイズフィルタは全て、チップサイズが長さ３．２ｍｍ、幅１．６ｍｍ、高さ１．２５ｍｍ、磁性体層１１の初透磁率μ_i＝５、線路導体１３の総線路長約７０ｍｍ、線路導体１３の幅８０μｍの条件で作成した。なお、図１，３，８では図示を省略して線路導体１３が３層に構成されているが、実際は５層に形成した。

図５から明らかなように、実施例１および変形例は従来例と比較して高周波帯での挿入損失が大きくなっている。特に１ＧＨｚ付近よりも高い周波数においてその効果が顕著である。その理由は、従来例では周波数が高いほど層間接続部分の特性インピーダンスが変化し、所望の挿入損失を得られていなかったものが、本発明の構成によって層間接続部分の特性インピーダンスの変化が抑えられているためと考えられる。

次に本発明の第２の実施例について説明する。図６は本発明の第２の実施例に係るノイズフィルタの分解斜視図であり、図７は外観斜視図である。図６，７においては、実施例１と共通する部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施例では、ビアホールからなる接地導体接続部３１を設け、接地導体接続部３１と線路導体接続部３２とを近傍に配置している。これにより、線路導体１３を流れる電流の経路と接地導体１２を流れる電流の経路が、層間接続部分においても近接し、層間接続部分での特性インピーダンスの変化を抑制することができる。

第１の実施例では、接地用外部電極２１が接地導体接続部３１を兼ね、線路導体接続部３２を接地用外部導体３１（接地導体接続部２１）に近接させて配置させていた。しかし、接地用外部電極２１の形状の制約などによって、接地用外部電極２１と線路導体接続部３２とを近接させて配置することが困難な場合がある。そのような場合に本実施例によれば、接地用外部電極２１の形状が線路導体接続部３２の位置によって制約されることがなく、設計の自由度が上がる。

なお本実施例においても一つの接地用外部電極２１に複数の接地導体１２が接続されているので、接地用外部電極２１が接地導体１２同士の接続の機能を兼ねているとも言えるが、接地導体１２同士はビアホールからなる接地導体接続部３１によって接続されているから、接地用外部電極２１が接地導体１２同士の接続の機能を兼ねていない構造、すなわち接地用外部電極２１にはいずれか一つの接地導体１２しか接続されていない構造としてもよい。

上記の第１および第２の実施例は本発明の一例であって本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の主旨の範囲内で変更を加えることができる。例えば線路導体接続部の位置は、接地導体接続部の近傍であればどこでもよいし、信号用外部電極や接地用外部電極の位置や形状も任意の位置や形状とすることができる。

本発明の第１の実施例に係るノイズフィルタを示す分解斜視図である。 本発明の第１の実施例に係るノイズフィルタを示す外観斜視図である。 本発明の第１の実施例の変形例に係るノイズフィルタを示す分解斜視図である。 本発明の第１の実施例の変形例に係るノイズフィルタを示す外観斜視図である。 本発明のノイズフィルタと従来のノイズフィルタの挿入損失特性を示す図である。 本発明の第２の実施例に係るノイズフィルタを示す分解斜視図である。 本発明の第２の実施例に係るノイズフィルタを示す外観斜視図である。 従来のノイズフィルタを示す分解斜視図である。 従来のノイズフィルタを示す外観斜視図である。

符号の説明

１０ 積層体
１１ 磁性体層
１２ 接地導体
１３ 線路導体
２１ 接地用外部電極
２２ 信号用外部電極
３１ 接地導体接続部
３２ 線路導体接続部

Claims (3)

1. 複数の磁性体層が一体焼結されてなり、該磁性体層間に線路導体と接地導体とを交互に設けて伝送線路を構成し、前記磁性体層のうち少なくとも１層を貫通して設けたビアホールからなる線路導体接続部によって所定の前記線路導体を接続し、接地導体接続部によって所定の前記接地導体を接続し、前記線路導体接続部が前記接地導体接続部の近傍に形成されていることを特徴とするノイズフィルタ。
2. 前記接地導体接続部は、前記複数の磁性体層を一体焼結してなる積層体の表面に形成されており、前記線路導体接続部を構成するビアホールの側面が前記接地導体接続部に対向するようにされていることを特徴とする、請求項１に記載のノイズフィルタ。
3. 前記接地導体接続部は前記磁性体層のうち少なくとも１層を貫通して設けたビアホールよりなることを特徴とする、請求項１に記載のノイズフィルタ。

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