JP2006303209A

JP2006303209A - コモンモードノイズフィルタ

Info

Publication number: JP2006303209A
Application number: JP2005123229A
Authority: JP
Inventors: Takeki Morimoto; 雄樹森本; Kobo Motomitsu; 弘法元▲満▼; Atsushi Shinkai; 淳新海
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-04-21
Filing date: 2005-04-21
Publication date: 2006-11-02

Abstract

【課題】高周波帯域での使用が可能なコモンモードノイズフィルタを提供することを目的とする。
【解決手段】複数の絶縁体層１１、１２ａ〜１２ｆと、前記複数の絶縁体層１１、１２ａ〜１２ｆに設けられた第１のコイル導体１３および第２のコイル導体１４とを備え、前記第１のコイル導体１３と第２のコイル導体１４との間に位置する絶縁体層１１に複数の空孔１５を形成しているため、この空孔１５は誘電率が低い空気で満たされることになり、そしてこの空孔１５によって第１のコイル導体１３と第２のコイル導体１４との間の誘電率を低くすることができるため、第１のコイル導体１３と第２のコイル導体１４との間の浮遊容量を抑制することができ、これにより、高周波帯域での差動信号の挿入損失を低減できるため、高周波帯域での使用が可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、デジタル機器やＡＶ機器、情報通信端末等の各種電子機器に使用されるコモンモードノイズフィルタに関するものである。

図４は従来のコモンモードノイズフィルタの分解斜視図である。

図４に示すように、従来のコモンモードノイズフィルタは、第１、第２の磁性体層１，２と、前記第１の磁性体層１と第２の磁性体層２との間に設けられた第１〜第５の非磁性体層３ａ〜３ｅとを有し、前記第１〜第５の非磁性体層３ａ〜３ｅに第１、第２のコイル４，５を形成している。

また、前記第１のコイル４は第１の引出電極６と渦巻き状の第１コイル導体７とにより構成され、かつ第２のコイル５は渦巻き状の第２のコイル導体８と第２の引出電極９とにより構成されている。なお、前記第１の引出電極６は第１の非磁性体層３ａの上面に、第１のコイル導体７は第２の非磁性体層３ｂの上面に、第２のコイル導体８は第３の非磁性体層３ｃの上面に、第２の引出電極９は第４の非磁性体層３ｄの上面にそれぞれ設けられている。

そして、このコモンモードノイズフィルタは、第１のコイル導体７と第２のコイル導体８を、第３の非磁性体層３ｃを介して対向させることによって、第１のコイル４と第２のコイル５を磁気結合させてコモンモード成分のインピーダンスを高くし、これにより、コモンモードノイズを除去していた。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００１−６０５１４号公報

上記した従来のコモンモードノイズフィルタにおいては、第１のコイル導体７と第２のコイル導体８との間に浮遊容量が発生するため、高周波帯域では差動信号の挿入損失が増加し、これにより、高周波帯域での使用が困難になるという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、高周波帯域での使用が可能なコモンモードノイズフィルタを提供することを目的とするものである。

上記従来の課題を解決するために、本発明は、複数の絶縁体層に設けられた第１のコイル導体および第２のコイル導体とを備え、前記第１のコイル導体と第２のコイル導体との間に位置する絶縁体層に複数の空孔を形成したものである。

以上のように本発明のコモンモードノイズフィルタは、複数の絶縁体層と、前記複数の絶縁体層に設けられた第１のコイル導体および第２のコイル導体とを備え、前記第１のコイル導体と第２のコイル導体との間に位置する絶縁体層に複数の空孔を形成しているため、この空孔は誘電率が低い空気で満たされることになり、そしてこの空孔によって第１のコイル導体と第２のコイル導体との間の誘電率を低くすることができるため、第１のコイル導体と第２のコイル導体との間の浮遊容量を抑制することができ、これにより、高周波帯域での差動信号の挿入損失を低減できるため、高周波帯域での使用が可能になるという優れた効果を奏するものである。

図１は本発明の一実施の形態におけるコモンモードノイズフィルタの分解斜視図、図２は同コモンモードノイズフィルタの斜視図である。

本発明の一実施の形態におけるコモンモードノイズフィルタは、図１、図２に示すように、中間絶縁体層１１と、この中間絶縁体層１１の上部および下部に設けられた第１〜第６の絶縁体層１２ａ〜１２ｆと、前記中間絶縁体層１１を介して対向するように設けられた第１、第２のコイル導体１３，１４とを備え、前記中間絶縁体層１１に複数の空孔１５を形成している。

上記構成における前記中間絶縁体層１１は、Ｃｕ−Ｚｎフェライト、ガラスセラミック等の非磁性材料により約３５μｍの厚みのシート状に構成され、かつ絶縁性を有している。また、この中間絶縁体層１１は第１のコイル導体１３と第２のコイル導体１４との間に形成され、かつ内部に複数の空孔１５を有している。なお、この中間絶縁体層１１は磁性材料により構成してもよいが、非磁性材料で構成した場合は、コイル導体同士を磁気結合させてコモンモード成分のインピーダンスを高くし、そしてディファレンシャルモード成分のインピーダンスを低くすることができるため、コモンモードノイズをより効果的に除去することができるものである。

前記第１〜第６の絶縁体層１２ａ〜１２ｆは、中間絶縁体層１１の上部および下部に設けられ、かつシート状に構成され、そして絶縁性を有している。また、第２〜第５の絶縁体層１２ｂ〜１２ｅは、Ｃｕ−Ｚｎフェライト、ガラスセラミック等の非磁性材料により構成され、そしてまた、第１、第６の絶縁体層１２ａ，１２ｆは、Ｆｅ₂Ｏ₃をベースとしたフェライトなどの磁性材料により構成されている。さらに、第１〜第３の絶縁体層１２ａ〜１２ｃは、中間絶縁体層１１の下部に、第４〜第６の絶縁体層１２ｄ〜１２ｆは、中間絶縁体層１１の上部にそれぞれ設けられている。

前記第１のコイル導体１３は、渦巻き状に銀などの導電材料をめっきすることにより形成されるもので、中間絶縁体層１１の下面、すなわち第３の絶縁体層１２ｃの上面に設けられている。また、第２の絶縁体層１２ｂの上面には、前記第１のコイル導体１３と接続された第１の引出電極１６が設けられている。これにより、１つのコイルが形成される。なお、第１のコイル導体１３と第１の引出電極１６とは、第３の絶縁体層１２ｃに形成された第１のバイア電極１７を介して接続されている。

前記第２のコイル導体１４は、渦巻き状に銀などの導電材料をめっきすることにより形成されるもので、中間絶縁体層１１の上面に設けられており、これにより、前記第１のコイル導体１３と第２のコイル導体１４とは、中間絶縁体層１１を介して互いに対向しているものである。また、第４の絶縁対応１２ｄの上面には、前記第２のコイル導体１４と接続された第２の引出電極１８が設けられているもので、これにより、１つのコイルが形成される。なお、第２のコイル導体１４と第２の引出電極１８とは、第４の絶縁体層１２ｄに形成された第２のバイア電極１９を介して接続されている。

そして、前記第１、第２のコイル導体１３，１４の形状は、渦巻き状に限られるものではなく、螺旋状、蛇行状等の他の形状であっても構わない。また、第１、第２のコイル導体１３，１４は、めっきで形成するのではなく、その他の印刷や蒸着等の方法で形成してもよい。

さらに、前記第１、第２のコイル導体１３，１４のうち少なくとも中間絶縁体層１１上に形成されるコイル導体、すなわち本発明の一実施の形態においては第２のコイル導体１４を、別途めっき等でパターン形成した金属を中間絶縁体層１１に転写することによって形成しているもので、この構成によれば、中間絶縁体層１１の表面が空孔１５によって荒れていても、コイル導体１４を中間絶縁体層１１に直接形成するわけではないため、コイル導体１４の幅や厚みが不均一になる等の不具合を防止することができ、これにより、コイル導体１４を安定して形成できるものである。すなわち、中間絶縁体層１１に直接印刷や蒸着をすれば、空孔１５による中間絶縁体層１１の表面の荒れ具合によってパターンの幅や厚みが場所によって不均一になったり、金属ペースト等の一部が中間絶縁体層１１の内部にしみこんだりして、安定したパターンを形成できないが、本発明の一実施の形態のように間接的にコイル導体を中間絶縁体層１１に形成する、すなわち別途めっき等でパターン形成した金属を中間絶縁体層１１に転写するようにすれば、このような不具合を防止することができるものである。

前記空孔１５は、図３に示すように、中間絶縁体層１１の内部に複数設けられているもので、図３は、説明を簡単にするために、中間絶縁体層１１の断面のみを示している。なお、空孔１５の実際の数、大きさ等は図３とは異なる。

また、前記空孔１５は、焼成消失粒子、例えばアクリルビーズ粒子を中間絶縁体層１１の原材料に混合し、焼成時に焼き飛ばすことによって形成されるもので、この空孔１５の中は誘電率の低い空気であるため、中間絶縁体層１１の誘電率を全体として低くすることができる。

そしてまた、前記空孔１５にはフッ素系シランカップリング剤等の撥水処理剤を含浸させているため、第１のコイル導体１３と第２のコイル導体１４との間の絶縁性を向上させることができる。

さらに、前記空孔１５が設けられた中間絶縁体層１１は、直径１〜１０μｍの空孔を３〜３０体積％の割合で含有しているもので、このときの中間絶縁体層１１の空孔率は６〜１５％になっている。

ここで、前記空孔１５の直径は、１μｍ以上にすることによって絶縁体層に空孔を設けることができ、かつ中間絶縁体層１１の誘電率を低下させることができる。すなわち、空孔１５の直径は１μｍより小さくすることは困難であり、またこの場合、中間絶縁体層１１の誘電率を低下させることも期待できない。また、空孔１５の直径は、１０μｍ以下にすることによって大気中の水分等が製品内に入り込むのを防止できるため、第１のコイル導体と第２のコイル導体との間の絶縁性を保持できる。すなわち、空孔１５の直径を１０μｍより大きくすることは絶縁層の厚みとの関係から困難であり、またこの場合、絶縁性も悪化してしまう。したがって、空孔１５の直径は絶縁層の厚みの２〜３０％が好ましい。

そしてまた、前記空孔１５の含有割合は、３体積％以上とすることによって中間絶縁体層１１の誘電率を低下させることができ、また空孔１５の含有割合を３０体積％以下とした場合は、大気中の水分等が製品内に入り込むのを防止できるため、第１のコイル導体１３と第２のコイル導体１４との間の絶縁性を保持できるものである。

（表１）は、中間絶縁体層１１の空孔率（空孔１５が含有された割合（体積％））と、誘電率、カットオフ周波数（ディファレンシャルモードの減衰特性において、減衰量が−３ｄｂになる周波数（Ｈｚ）、信頼性不良率（％）との関係を示したものである。

この場合、中間絶縁体層１１は、空孔１５の直径が１〜１０μｍ、厚みが３５μｍのＺｎ−Ｃｕフェライトからなるものを使用した。また、カットオフ周波数は２ＧＨｚより低く、信頼性は１２５℃、８５％、２ａｔｍで１２時間、第１の導体１３と第２のコイル導体１４間に５Ｖ印加した後の絶縁抵抗が１０⁷Ω以下となったものを不良とした。

（表１）から明らかなように、中間絶縁体層１１の空孔含有割合いは、空孔１５を３〜３０体積％の割合で含有させればよいことが分かる。また、このときの誘電率は８〜１３となっているものである。

また、空孔１５の直径を１μｍ以上にするか、あるいは空孔１５を３体積％以上の割合で含有させることによって、フッ素系シランカップリング剤が空孔１５の内部に含浸され易いという効果も期待できるものもある。

そしてまた、空孔１５を形成するのは、実際に浮遊容量の低減が必要な第１のコイル導体１３と第２のコイル導体１４との間だけであり、浮遊容量と高周波帯域での使用との関連がない他の部分には空孔１５を形成しないため、例え空孔１５の直径を１０μｍにし、かつ３０体積％の割合にしても製品の抗折強度が劣化することはない。

さらに、中間絶縁体層１１の外周を高密度な材料で覆えば、空孔１５に外の空気が流入するのを防止できるため、製品の防湿が可能となる。

また、第１の絶縁体層１２ａの下面と第６の絶縁体層１２ｆの上面にはそれぞれダミー絶縁層２０が設けられている。そしてこれらのダミー絶縁層２０は、シート状に構成され、かつ絶縁性を有しているもので、その材料は磁性材料で構成するのが好ましい。

なお、前記中間絶縁体層１１、第１〜第６の絶縁体層１２ａ〜１２ｆ、ダミー絶縁層２０の枚数は、図１に示された枚数に限定されるものではない。また、第２〜第５の絶縁体層１２ｂ〜１２ｅのうち、少なくとも１つまたは２つ以上は磁性材料で構成してもよく、そしてまた第１の絶縁体層１２ａと第６の絶縁体層１２ｆのうち、いずれか１つまたは２つを非磁性材料で構成してもよい。さらに、空孔１５が形成された中間絶縁体層１１の上下面に他の絶縁体層を形成してもよい。

そして、上記した構成部品を一体化することにより、図２に示すような本体部２１が構成され、かつこの本体部２１の両側部に、第１〜第４の外部電極２２〜２５が設けられている。この第１〜第４の外部電極２２〜２５は、第１、第２のコイル導体１３，１４、第１、第２の引出電極１６，１８の各一端部とそれぞれ接続されるように銀を印刷することによって形成されている。なお、第１〜第４の外部電極２２〜２５の表面には、ニッケルめっき層、すずめっき層が施されている。

次に、本発明の一実施の形態におけるコモンモードノイズフィルタの製造方法について説明する。

図１、図２において、まず、それぞれの原材料である磁性材料や非磁性材料の粉体および樹脂からなる混合物により、方形の中間絶縁体層１１、第１〜第６の絶縁体層１２ａ〜１２ｆ、ダミー絶縁層２０をそれぞれ所定枚数作製する。このとき、中間絶縁体層１１の原材料に焼成消失粒子としてアクリルビーズ粒子等を混合する。また、第３の絶縁体層１２ｃ、第４の絶縁体層１２ｄの所定箇所に、レーザ、パンチングなどで孔あけ加工をし、この孔に銀を充填して、第１、第２のバイア電極１７，１９を形成する。

次に、所定枚数のダミー絶縁層２０の上面に、第１の絶縁体層１２ａ、第２の絶縁体層１２ｂを順に配置する。

次に、第２の絶縁体層１２ｂの上面に、第１の引出電極１６を、めっきによって形成する。

次に、第１の引出電極１６の上面に、第１のバイア電極１７が設けられた第３の絶縁体層１２ｃを配置する。このとき、第１の引出電極１６と第１のバイア電極１７とを接続する。

次に、第３の絶縁体層１２ｃの上面に、第１のコイル導体１３を、めっきによって形成する。このとき、第１のコイル導体１３と第１のバイア電極１７とを接続する。

次に、第１のコイル導体１３の上面に、中間絶縁体層１１を配置する。

次に、中間絶縁体層１１の上面に、第２のコイル導体１４を、めっきによって形成する。

次に、第２のコイル導体１４の上面に、第２のバイア電極１９が設けられた第４の絶縁体層１２ｄを配置する。

このとき、第２のコイル導体１４と第２のバイア電極１９とを接続する。

次に、第４の絶縁体層１２ｄの上面に、第２の引出電極１８を、めっきによって形成する。このとき、第２の引出電極１８と第２のバイア電極１９とを接続する。

なお、第１のコイル導体１３、第２のコイル導体１４、第１の引出電極１６、第２の引出電極１８の形成方法は、別途用意したベース板（図示せず）に所定パターン形状の導体をめっきによって形成し、その後、この導体を各絶縁体層に転写することにより形成する。

次に、第２の引出電極１８の上面に、第５の絶縁体層１２ｅを配置し、その後、第６の絶縁体層１２ｆ、所定枚数のダミー絶縁層２０を順に配置して、本体部２１を形成する。

次に、本体部２１を所定の温度、時間で焼成する。このとき、中間絶縁体層１１の原材料に混合されたアクリルビーズ粒子等の焼成消失粒子が消失するため、中間絶縁体層１１に複数の空孔１５が形成される。

次に、本体部２１の両側面に、第１、第２のコイル導体１３，１４、第１、第２の引出電極１６，１８の各一端部とそれぞれ接続されるように銀を印刷し、第１〜第４の外部電極２２〜２５を形成する。そして、この本体部２１をフッ素系シランカップリング剤に浸漬し、空孔１５内にフッ素系シランカップリング剤を含浸させる。

最後に第１〜第４の外部電極２２〜２５の表面にめっきによってニッケルめっき層、すずめっき層を形成する。

上記した本発明の一実施の形態においては、中間絶縁体層１１に複数の空孔１５を形成しているため、この空孔１５は誘電率が低い空気で満たされることになり、そしてこの空孔１５によって中間絶縁体層１１全体の誘電率を低くすることができるため、第１のコイル導体１３と第２のコイル導体１４との間の浮遊容量を抑制することができ、これにより、高周波帯域での差動信号の挿入損失を低減できるため、高周波帯域での使用が可能になるという効果が得られるものである。

また、第１のコイル導体１３および第２のコイル導体１４に挟まれた中間絶縁体層１１を、非磁性材料で構成すれば、第１のコイル導体１３および第２のコイル導体１４で発生した磁界が漏れるのを防ぐことができるため、第１のコイル導体１３と第２のコイル導体１４との磁気結合が小さくなることもなく、これにより、第１のコイル導体１３と第２のコイル導体１４との磁気結合によりコモンモード成分のインピーダンスを高くし、ディファレンシャルモード成分のインピーダンスを低くすることができるため、コモンモードノイズの除去ができるという効果が得られるものである。

すなわち、コモンモードノイズの除去機能を低下させることなく、高周波帯域で使用できるという非常に有利な効力が得られる。

なお、上記した本発明の一実施の形態のように、第１のコイル導体１３と第２のコイル導体１４との間の中間絶縁体層１１に空孔１５を形成するのではなく、第１のコイル導体１３と第１の引出電極１６との間の第３の絶縁体層１２ｃや、第２のコイル導体１４と第２の引出電極１８との間の第４の絶縁体層１２ｄに空孔１５を形成すれば、１つのコイルに発生する浮遊容量も低減できるものである。

また、前記空孔１５に低誘電率材料を含浸させれば、空孔１５内が低誘電率となるため、中間絶縁体層１１の誘電率を低下させることができ、かつ低誘電率材料が空孔１５に充填されるため、大気中の水分等が製品内に入り込むのも防止でき、これにより、絶縁性を保持することができるものである。

なお、上記した低誘電率材料としては、例えば、低誘電率の樹脂、ガラスセラミック、酸化マンガン等を用いることができる。また、この低誘電率材料が非磁性を有するものであれば、上述したように、第１のコイル導体１３および第２のコイル導体１４で発生した磁界が漏れることはなく、これにより、第１のコイル導体１３と第２のコイル導体１４との磁気結合が小さくなるのを抑制することができるものである。そしてまた、前記空孔１５には低透磁率で、かつ撥水性を有する材料を含浸させるようにしてもよい。

また、中間絶縁体層１１の表面にも空孔１５が開口しているため、フッ素系シランカップリング剤や低誘電率材料を含んだ溶液中に中間絶縁体層１１を浸漬すれば、中間絶縁体層１１の内部の空孔１５にフッ素系シランカップリング剤や低誘電率材料を容易に含浸させることができるものである。

なお、上記本発明の一実施の形態におけるコモンモードノイズフィルタにおいては、第１のコイル導体１３と第２のコイル導体１４をそれぞれ１個設けたものについて説明したが、第１のコイル導体１３と第２のコイル導体１４を複数形成して、アレイタイプとしてもよいものである。

本発明にかかるコモンモードノイズフィルタは、高周波帯域での使用が可能であり、デジタル機器やＡＶ機器、情報通信端末等の各種電子機器のノイズ対策等として有用である。

本発明の一実施の形態におけるコモンモードノイズフィルタの分解斜視図同コモンモードノイズフィルタの斜視図同コモンモードノイズフィルタの主要部を示す断面図従来のコモンモードノイズフィルタの分解斜視図

符号の説明

１１中間絶縁体層
１２ａ〜１２ｆ第１〜第６の絶縁体層
１３第１のコイル導体
１４第２のコイル導体
１５空孔

Claims

複数の絶縁体層と、前記複数の絶縁体層に設けられた第１のコイル導体および第２のコイル導体とを備え、前記第１のコイル導体と第２のコイル導体との間に位置する絶縁体層に複数の空孔を形成したコモンモードノイズフィルタ。
空孔が設けられた絶縁体層を非磁性材料で構成した請求項１記載のコモンモードノイズフィルタ。
空孔が設けられた絶縁体層における前記空孔の含有割合を３〜３０体積％の範囲に設定した請求項１記載のコモンモードノイズフィルタ。
空孔が設けられた絶縁体層における前記空孔の直径を１〜１０μｍの範囲に設定した請求項１記載のコモンモードノイズフィルタ。
空孔に撥水処理剤を含浸させた請求項１記載のコモンモードノイズフィルタ。
第１のコイル導体と第２のコイル導体のうち少なくとも一方を、別途形成した金属を絶縁体層に転写することによって設けるようにした請求項１記載のコモンモードノイズフィルタ。