JP2007060535A - Noise filter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ノイズフィルタに関する。特に、半導体部品等から発生するノイズを低減するとともに、放熱性にも優れたノイズフィルタの技術分野に属する。 The present invention relates to a noise filter. In particular, the present invention belongs to the technical field of noise filters that reduce noise generated from semiconductor components and the like and are excellent in heat dissipation.
各種電子機器から発生するノイズは、回路上を伝導し、もしくは外部に放射されることによって、その電子機器自身に、あるいは他の電子機器に悪影響を与える恐れがある。そのため、ノイズを出さないように、又はノイズを受けても障害を発生しないように従来様々な対策が施されている。特に近年では、携帯電話、PHS、無線LAN、衛星放送等のG(ギガ)帯域の機器が日常生活で一般的に使用されるようになり、それらの誤動作防止等を目的として、高周波帯域でのノイズ対策が求められている。 Noise generated from various electronic devices may be adversely affected on the electronic device itself or other electronic devices by being conducted on the circuit or radiated to the outside. For this reason, various measures have been taken in the past so as not to generate noise or to generate a failure even when receiving noise. In particular, in recent years, G (giga) band devices such as mobile phones, PHS, wireless LANs, and satellite broadcasts are generally used in daily life, and in order to prevent their malfunction and the like, Noise countermeasures are required.
ノイズ対策の一つとして、コイル、コンデンサ等を組み合わせたフィルタを電子回路に接続する方法が一般的に行われている。ここでノイズフィルタは、それを構成する部品の種類にもよるが、使用の際に発熱することがある。特に、フィルタを小型化し、かつ十分なインダクタンスを維持するためコイルの巻き数を増やそうとする場合には、コイルから発生する熱量が増大してしまう。熱が蓄積されてフィルタの温度が上昇すると、部品が劣化して性能低下等の不測の障害を発生する恐れがあるため、熱を速やかに放散させることが求められる。また、熱により回路のインピーダンスが低下し、その分フィルタの効果が低下してしまうという問題もあった。 As one countermeasure against noise, a method of connecting a filter including a coil, a capacitor and the like to an electronic circuit is generally performed. Here, the noise filter may generate heat during use, depending on the type of components constituting the noise filter. In particular, when the number of turns of the coil is increased in order to reduce the size of the filter and maintain sufficient inductance, the amount of heat generated from the coil increases. When heat accumulates and the temperature of the filter rises, parts may deteriorate and unexpected failures such as performance degradation may occur, so it is required to dissipate heat quickly. There is also a problem that the impedance of the circuit is reduced by heat, and the effect of the filter is reduced correspondingly.
従来のノイズフィルタの熱対策として、例えば(特許文献1)には、少なくともコイル及びコンデンサを有するフィルタ本体と、前記フィルタ本体を保護する筐体とを備え、さらにフィルタ本体を強制的に空冷するために、ファン等の強制空冷手段を設置したノイズフィルタが開示されている。
この技術は、フィルタとは別にファン等を設けるため、装置が大型になり、また構成が複雑化するという欠点がある。
As a countermeasure against heat of a conventional noise filter, for example, (Patent Document 1) includes a filter body having at least a coil and a capacitor, and a housing that protects the filter body, and forcibly air-cooling the filter body. In addition, a noise filter provided with forced air cooling means such as a fan is disclosed.
This technique has a disadvantage that the apparatus becomes large and the configuration becomes complicated because a fan or the like is provided separately from the filter.
また、(特許文献2)には、ケース内にコイルを配置してなるノイズフィルタにおいて、上記コイルの少なくとも一面側にアルミニウム等の放熱板を配置したことを特徴とするノイズフィルタが開示されている。
この技術では、コイルで発生した熱が放熱板を介して外部に放散されるため、部品の劣化を防止できるが、基本的にはコモンモードチョークコイル等のフィルタを放熱板とは別個に取り付けるものである。したがって、フィルタの機能と高い放熱性とが一体化して全体を小型に構成でき、また、より効果的なフィルタリングができるノイズフィルタの開発が望まれていた。
Further, (Patent Document 2) discloses a noise filter in which a coil is arranged in a case, and a heat radiating plate such as aluminum is arranged on at least one surface side of the coil. .
With this technology, the heat generated in the coil is dissipated to the outside through the heat sink, so it is possible to prevent deterioration of the components, but basically a filter such as a common mode choke coil is attached separately from the heat sink It is. Therefore, it has been desired to develop a noise filter that integrates the function of the filter with high heat dissipation and can be made compact as a whole, and that can perform more effective filtering.
そこで本発明は、上記従来の状況に鑑み、熱伝導性に優れてフィルタに蓄積する熱を速やかに放熱することができ、それによってフィルタの性能を十分に保持することができる、新規なノイズフィルタを提供することを目的とする。
また、放熱を担う部位を利用してフィルタ回路を構成し、それによって小型であるとともに、発生するノイズをより効果的に低減し、幅広い周波数に対応して所望の周波数帯のノイズを低減することが可能であり、かつ所望の周波数帯の調整を容易に行う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。
Therefore, in view of the above-described conventional situation, the present invention is a novel noise filter that can quickly dissipate heat accumulated in the filter with excellent thermal conductivity, and thereby can sufficiently maintain the performance of the filter. The purpose is to provide.
In addition, the filter circuit is configured using the part responsible for heat dissipation, thereby reducing the noise generated more effectively and reducing the noise in the desired frequency band corresponding to a wide range of frequencies. An object of the present invention is to provide a noise filter which can be easily adjusted in a desired frequency band.
上記課題を解決するため、本発明は、請求項1として、グランド端子兼用の炭素質基板の両面に、極板がそれぞれ絶縁層を介して設けられたノイズフィルタであって、前記炭素質基板にはスルーホールが形成され、前記スルーホールにコイル部材が埋め込まれて前記両面の極板を接続し、前記コイル部材と前記スルーホールの内周面とが絶縁され、前記コイル部材に対し並列となるように、前記極板と前記炭素質基板、及び前記コイル部材と前記炭素質基板によってコンデンサが形成されπ型フィルタの等価回路が構成され、前記絶縁層には、強誘電体セラミック材料が含有されているノイズフィルタを提供するものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides, as
上記構成によれば、炭素質基板の熱伝導性が高いため、コイル部材等から発生しフィルタに蓄積する熱が速やかに放熱される。また、炭素質基板が導電性を有するため、基板をグランド端子としたとき、入出力に用いる極板同士がコイル部材によって直列に接続され、さらに各極板と炭素質基板との間、及びコイル部材とスルーホール内周面との間がコンデンサとして機能する。これにより、全体としてコンデンサ入出力型のフィルタ回路が構成され、所定の周波数においてフィルタリングし、例えば回路上を伝導するノイズを低減する。そして、強誘電体セラミック材料を添加することで、前記コンデンサの誘電率を広い範囲で調整でき、ノイズフィルタの周波数特性を変えることができる。なお、ここでπ型フィルタとは、上記のようにコンデンサ入出力型のフィルタを意味し、したがって、いわゆるダブルπ型等の回路構成をも含むものである。 According to the said structure, since the heat conductivity of a carbonaceous substrate is high, the heat | fever generated from a coil member etc. and accumulate | stored in a filter is thermally radiated rapidly. In addition, since the carbonaceous substrate has conductivity, when the substrate is a ground terminal, the electrode plates used for input and output are connected in series by a coil member, and further between each electrode plate and the carbonaceous substrate, and the coil A space between the member and the inner peripheral surface of the through hole functions as a capacitor. Thereby, a capacitor input / output type filter circuit is configured as a whole, and filtering is performed at a predetermined frequency, for example, noise conducted on the circuit is reduced. By adding a ferroelectric ceramic material, the dielectric constant of the capacitor can be adjusted in a wide range, and the frequency characteristics of the noise filter can be changed. Here, the π type filter means a capacitor input / output type filter as described above, and therefore includes a circuit configuration such as a so-called double π type.
また、請求項2は、請求項1記載のノイズフィルタにおいて、強誘電体セラミック材料にはチタン酸バリウムが含有されていることを特徴とする。 A second aspect of the present invention is the noise filter according to the first aspect, wherein the ferroelectric ceramic material contains barium titanate.
上記構成によれば、誘電率、熱伝導率、コストなどの点から最適な物質が選択される。 According to the above configuration, an optimum material is selected in terms of dielectric constant, thermal conductivity, cost, and the like.
また、請求項3は、請求項1又は2記載のノイズフィルタにおいて、極板及び炭素質基板に合計3本のリード線が接続されたことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the noise filter according to the first or second aspect, a total of three lead wires are connected to the electrode plate and the carbonaceous substrate.
上記構成によれば、入出力及びグランド線を備えた3端子型のノイズフィルタが構成される。 According to the above configuration, the three-terminal type noise filter including the input / output and the ground line is configured.
また、請求項4は、請求項1〜3のいずれか記載のノイズフィルタにおいて、コイル部材には絶縁被覆が施されて、コイル部材とスルーホールの内周面とが絶縁されていることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the noise filter according to any one of the first to third aspects, the coil member is provided with an insulating coating so that the coil member and the inner peripheral surface of the through hole are insulated. And
上記構成によれば、絶縁被覆の部分が、コンデンサにおける誘電体層として機能し、フィルタ回路を構成する。 According to the above configuration, the insulating coating portion functions as a dielectric layer in the capacitor and configures the filter circuit.
また、請求項5は、請求項1〜4のいずれか記載のノイズフィルタにおいて、炭素質基板は、炭素繊維が基板の厚さ方向に沿って配列した炭素複合材料であることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the noise filter according to any one of the first to fourth aspects, the carbonaceous substrate is a carbon composite material in which carbon fibers are arranged along the thickness direction of the substrate.
上記構成によれば、炭素質基板の厚さ方向における熱伝導率が向上し、放熱性が高まる。 According to the said structure, the heat conductivity in the thickness direction of a carbonaceous board | substrate improves, and heat dissipation improves.
また、請求項6は、請求項1〜5のいずれか記載のノイズフィルタにおいて、炭素質基板が微細孔を有しており、前記微細孔に、無機コーティング剤、熱硬化性樹脂、又は金属が含浸されていることを特徴とする。
Moreover,
上記構成によれば、無機コーティング剤等を含浸させることにより炭素質基板が非多孔質化し、熱伝導率がさらに高まる。 According to the said structure, a carbonaceous board | substrate becomes non-porous by impregnating an inorganic coating agent etc., and thermal conductivity further increases.
本発明によれば、熱伝導率の高い炭素質基板を用いたため、熱を速やかに放熱して部品の劣化を防ぎ、また、インピーダンスを安定させてフィルタの性能を維持することができる。そして、強誘電体セラミック材料を添加することで、所望の周波数帯に応じて、ノイズフィルタの周波数特性を変えることが可能となる。また、強誘電体セラミック材料の添加量に応じて誘電率を幅広く変化できるので、ノイズ低減したい所望の周波数帯域に応じてノイズフィルタの周波数特性を比較的容易に調整することができる。さらに、アルミナ等と比較して強誘電体セラミック材料は誘電率が高いので、コンデンサ容量を大きくとることができ、絶縁層を薄くすることができ、基板全体の厚みを薄くすることが可能となる。
また、極板をスルーホール中のコイル部材を介して接続し、さらにそのコイル部材に対して並列に、導電性の炭素質基板を利用してコンデンサを形成したため、全体にダブルπ型等の高性能フィルタとして機能させることができる。また、炭素質基板が放熱機能を担うとともにグランド端子としてフィルタ回路の一部となるため、全体を小型化することができる。
According to the present invention, since a carbonaceous substrate having a high thermal conductivity is used, heat can be quickly dissipated to prevent deterioration of components, and impedance can be stabilized and filter performance can be maintained. By adding a ferroelectric ceramic material, it is possible to change the frequency characteristics of the noise filter in accordance with a desired frequency band. In addition, since the dielectric constant can be varied widely depending on the amount of ferroelectric ceramic material added, the frequency characteristics of the noise filter can be adjusted relatively easily according to the desired frequency band where noise is desired to be reduced. Further, since the ferroelectric ceramic material has a higher dielectric constant than alumina or the like, the capacitor capacity can be increased, the insulating layer can be thinned, and the overall thickness of the substrate can be reduced. .
In addition, since the electrode plate is connected through a coil member in the through hole, and a capacitor is formed in parallel with the coil member using a conductive carbonaceous substrate, the entire plate is made of high It can function as a performance filter. Further, since the carbonaceous substrate has a heat dissipation function and becomes a part of the filter circuit as a ground terminal, the whole can be reduced in size.
以下、実施の形態に基づき本発明を詳細に説明する。
本発明のノイズフィルタの一実施形態を図1及び図2に示す。図1はノイズフィルタの断面図であり、図2はその等価回路である。図1のノイズフィルタ1は、炭素質基板10の両面に、極板12A、12Bがそれぞれ絶縁層11A、11Bを介して設けられている。また、炭素質基板10は導電性を有しており、フレームに接続する等してグランド端子として使用する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
One embodiment of the noise filter of the present invention is shown in FIGS. FIG. 1 is a sectional view of a noise filter, and FIG. 2 is an equivalent circuit thereof. In the
炭素質基板10にはスルーホール13が形成され、そのスルーホール13中にはコイル部材14が埋め込まれている。極板12Aと極板12Bは、はんだ15によってコイル部材14に直列に接続されている。また、コイル部材14には絶縁被覆141が施され、それによってコイル部材14とスルーホール13の内周面131とが絶縁されている。無論、図1に示すように、コイル部材14の両端は1ターン程の絶縁被覆141が剥がされ、導線が露出した状態で極板12A、12Bに接続されている。
A through hole 13 is formed in the
このとき、極板12Aと炭素質基板10との間で、絶縁層11Aを誘電体とするコンデンサ(図2のC1)が形成され、一方の極板12Bと炭素質基板10との間でも、絶縁層11Bを誘電体とするコンデンサ(C3)が形成されることになる。また、コイル部材14と炭素質基板10との間では絶縁被覆141を誘電体とするコンデンサ(C2)が形成される。
すなわち、スルーホール13に埋め込んだコイル部材14(図2のL1、L2)に対して、コンデンサC1〜C3が並列に接続された、いわゆるダブルπ型のローパスフィルタを構成することになる。これにより、極板12Aから入力される信号等に含まれるノイズを効果的に低減することができる。なお、図1で構成するダブルπ型のローパスフィルタは、入力側、出力側ともにインピーダンスが比較的高い回路と整合性が良く、その場合に最も高い性能を発揮する。
At this time, a capacitor (C1 in FIG. 2) having the
That is, a so-called double π-type low-pass filter in which the capacitors C1 to C3 are connected in parallel to the coil member 14 (L1, L2 in FIG. 2) embedded in the through hole 13 is formed. Thereby, the noise contained in the signal etc. which are input from the
続いて、ノイズフィルタ1を構成する各要素について詳述する。
まず、炭素質基板10としては、炭素繊維を補強材とし、炭素をマトリックスとする炭素複合材料や、あるいは等方性高密度炭素材料等の板状物が用いられる。炭素質基板10の厚さは、薄すぎるとインピーダンスが増加するためグランド端子として好ましくない。逆に厚すぎると熱伝導性が低下し、大型化やコストアップにもつながるので、これらを考慮して適宜設定される。一般には、0.3〜5mmが適当である。また、炭素質基板10は後述する極板12A、12Bと相対してコンデンサを構成しているため、炭素質基板10の面積を変えることによって電気容量を制御することができる。したがって、所望のカットオフ波長に応じた最適なフィルタを構成することができる。
Subsequently, each element constituting the
First, as the
炭素繊維を補強材とする炭素複合材料としては、炭素繊維の配列の仕方によって幾つかの種類がある。具体的には、炭素繊維を一方向に揃えて配列させた一次配向のもの、炭素繊維を平織、綾織、朱子織等の織布にした2次配向のもの、炭素繊維をいわゆる立体織した3次配向のもの、炭素繊維をフェルトや短繊維にして用いたもの等があり、いずれも適用可能である。
上記のような炭素複合材料は、各種配向状態の炭素繊維複合体に、フェノール樹脂等の熱硬化性合成樹脂、あるいは石油ピッチ等のマトリックス材を含浸させてプレグレグを調製し、そのプレグレグを必要に応じて複数枚積層し、加圧下で加熱してマトリックス材を硬化させ、さらに不活性雰囲気中で高温焼成しマトリックス材を炭素化ないし黒鉛化させて製造することができる。なお、炭素複合材料は、予め炭素質基板10の厚さになるよう板状に成形しても良いし、あるいはブロック状に成形した炭素複合材料から、ワイヤーソー、回転ダイヤモンドソー等の公知の切断手段により所定の厚さに切り出しても良い。
There are several types of carbon composite materials using carbon fibers as reinforcing materials depending on the arrangement of carbon fibers. Specifically, the primary orientation in which carbon fibers are aligned in one direction, the secondary orientation in which carbon fibers are woven fabrics such as plain weave, twill weave, satin weave, etc., and carbon fibers are so-called three-dimensionally woven 3 There are those of the next orientation, those using carbon fibers made of felt or short fibers, and any of them are applicable.
Carbon composite materials as described above are prepared by impregnating carbon fiber composites in various orientation states with a thermosetting synthetic resin such as phenol resin or a matrix material such as petroleum pitch, and the prepreg is necessary. Accordingly, a plurality of layers can be laminated, heated under pressure to cure the matrix material, and then fired at a high temperature in an inert atmosphere to carbonize or graphitize the matrix material. The carbon composite material may be formed into a plate shape so as to have the thickness of the
特に、炭素繊維を補強材とする種々の炭素複合材料の中でも、炭素マトリックス中で炭素繊維が一方向に配列した1次配向の炭素複合材料ブロックを、炭素繊維の配列方向に対して直角に切断して得られる板状物は、厚さ方向の熱伝導性に優れるため好ましく用いられる。 In particular, among various carbon composite materials using carbon fiber as a reinforcing material, a primary-oriented carbon composite material block in which carbon fibers are arranged in one direction in a carbon matrix is cut at right angles to the arrangement direction of the carbon fibers. The plate-like material obtained in this way is preferably used because of its excellent thermal conductivity in the thickness direction.
また、上述の等方性高密度炭素材料については、生コークスやメソカーボンマイクロビーズ等の焼結性を有する黒鉛前駆体の微粒子を加圧成形しつつ高温で焼成するか、あるいは黒鉛微粒子やカーボンウイスカー粉体等を、ピッチや合成樹脂等の炭素前駆体からなるバインダーと混合して加圧成形し、焼成することによって製造することができる。なお、上述の炭素複合材料の場合と同様に、等方性高密度炭素材料は、予め炭素質基板10の厚さになるよう板状に成形しても良いし、ブロック状に成形された等方性高密度炭素材料から所定の厚さに切り出しても良い。
In addition, for the above-mentioned isotropic high-density carbon material, the graphite precursor fine particles having sintering properties such as raw coke and mesocarbon microbeads are fired at a high temperature while being pressed, or the graphite fine particles and carbon It can be manufactured by mixing whisker powder or the like with a binder made of a carbon precursor such as pitch or synthetic resin, press-molding, and firing. As in the case of the above-described carbon composite material, the isotropic high-density carbon material may be previously formed into a plate shape so as to have the thickness of the
上述のような炭素質基板10は、一般に、その製造過程に由来して多孔質であり、微細孔を有している。そこで炭素質基板10には、必要に応じて、微細孔に無機コーティング剤、熱硬化性樹脂、又は金属を含浸させることができる。これにより、炭素質基板10が非多孔質化し、基板全体の熱伝導性(放熱性)をさらに高めることができる。したがって、ノイズフィルタ1に蓄積する熱を速やかに除去できると共に、全体のインピーダンスが安定し、フィルタの性能を十分に引き出すことができる。
The
上記無機コーティング剤としては、具体例として、常温もしくは加熱条件下で架橋反応が進行しセラミック様の硬化物を形成するケイ素含有ポリマー、アルミナセメント等のセメント、水ガラス類等の無機系バインダーを挙げることができる。なお、これらの無機コーティング剤は、その含浸性を高めるために、有機溶媒で希釈しても良い。
また、無機コーティング剤を含浸させる方法としては、炭素質基板10に無機コーティング剤を刷毛等により塗布する方法、炭素質基板10を無機コーティング剤中に浸漬する方法、炭素質基板10に高圧で無機コーティング剤を圧入する方法、炭素質基板10に高真空にて無機コーティング剤を吸入する方法等を適宜採用することができる。
Specific examples of the inorganic coating agent include silicon-containing polymers that undergo a crosslinking reaction under normal temperature or heating conditions to form a ceramic-like cured product, cements such as alumina cement, and inorganic binders such as water glasses. be able to. These inorganic coating agents may be diluted with an organic solvent in order to improve the impregnation property.
Further, as a method for impregnating the inorganic coating agent, a method of applying the inorganic coating agent to the
また、熱硬化性樹脂を含浸させる場合、その種類としてはフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等が耐熱性に優れるため好適に用いられる。
含浸させる方法は、流動性を有する熱硬化性樹脂を炭素質基板10に塗布する等して微細孔に浸透させ、その後加熱する等して硬化させることによって行うことができる。熱硬化性樹脂を用いると、低コストで炭素質基板10の熱伝導性を向上させることができるため有利である。
In addition, when impregnating with a thermosetting resin, phenol resin, epoxy resin, polyimide resin or the like is preferably used because of its excellent heat resistance.
The impregnation method can be performed by applying a thermosetting resin having fluidity to the
さらに、金属を含浸させる場合、その金属の種類は特に限定されないが、アルミニウム、銅等が熱伝導率が高いため好ましく用いられる。金属を含浸させる方法としては、溶融したアルミニウムや銅等の金属を、高温高圧下にて含浸させる方法や、真空を利用して含浸させる方法等を適宜用いることができる。なお、アルミニウムを含浸させた材料として、CC−MA(商品名;炭素繊維が一次配列した先端材料社製の炭素複合材料)等があり、これらの材料を炭素質基板10として用いても良い。
Furthermore, when impregnating a metal, the kind of the metal is not particularly limited, but aluminum, copper, and the like are preferably used because of their high thermal conductivity. As a method for impregnating a metal, a method of impregnating a molten metal such as aluminum or copper under high temperature and high pressure, a method of impregnating using a vacuum, or the like can be appropriately used. In addition, as a material impregnated with aluminum, CC-MA (trade name; a carbon composite material manufactured by Advanced Materials Co., Ltd. in which carbon fibers are primarily arranged) or the like may be used, and these materials may be used as the
次に、絶縁層11A、11Bとしては、極板12A、12B、及び炭素質基板10との密着性に優れ、電気絶縁性を有するものであれば適用可能である。また、極板12A、12Bと炭素質基板10との間の熱の移動を円滑にするため、熱伝導性を有することが好ましい。
具体的には、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂材料を挙げることができる。これらの樹脂材料は、一般的に、炭素質基板10上にディッピング、スプレー、電着等の手段により塗布し、硬化させることで層を形成することができる。その他、樹脂フィルムを炭素質基板10に積層させた後に熱溶融させる方法や、炭素質基板10上に蒸着重合して層を形成する方法等を挙げることができる。また、上記の樹脂材料の他にも、SiO2等の無機塗料を用いることができる。無機塗料を用いると、薄く均一な絶縁層を形成できるため、安定したフィルタを構成する観点から好ましい。
Next, the insulating
Specific examples include resin materials such as epoxy resins, phenol resins, and polyimide resins. In general, these resin materials can be applied to the
そして、絶縁層11A、11Bには、強誘電体セラミック材料を含有させる。強誘電体セラミック材料を添加することで絶縁層の誘電率を大きく変化させることができるので、(数式1)に示すように、極板12A(又は12B)と炭素質基板10との間で形成される絶縁層11Aを誘電体とするコンデンサ(図2のC1(又はC3))のコンデンサ容量Cを変えることが可能となる。そして、本発明のノイズフィルタの周波数特性は、C-1/2に比例するので、強誘電体セラミック材料の配合量に応じて周波数特性を変えることができる。そして、強誘電体セラミック材料の添加量に応じて誘電率を幅広く変化できるので、ノイズ低減したい所望の周波数帯域に応じてノイズフィルタの周波数特性を比較的容易に調整することができる。さらに、アルミナ等と比較して強誘電体セラミック材料は誘電率が高いので、コンデンサ容量を大きくとることができ、絶縁層、そして基板全体の厚みを薄くすることが可能となる。
The insulating
(数式1)
(Formula 1)
なお、強誘電体セラミック材料としては、チタン酸バリウム(BaTiO3)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、酸化ジルコニウム(ZrO2)等が挙げられる。なお、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、酸化ジルコニウム等の各種強誘電体セラミック材料には、Sn,Ca,Pb,La,Ce,Mg,Bi,Ni,Al,Si,Zn,B,Nb,W,Mn,Fe,Cu等の不純物がドープされたものを用いることも可能である。中でも特にチタン酸バリウムは、誘電率を幅広い数値範囲で調整でき、熱伝導率が比較的高く、また市場入手性やコストにおいて、特に好ましい。熱伝導率が高いと、実装され発熱する電子部品に用いる基板とする場合にも、蓄積する熱が速やかに放熱されるので好ましい。
また、用いる強誘電体セラミック材料の形状は、球状、ウィスカー状等いずれも適用可能であるが、均一に分散させる観点から球状のものが好ましい。用いる強誘電体セラミック材料の粒径は、大き過ぎると、絶縁層11A、11Bの膜厚が必要以上に大きくなって表面の平滑性が損なわれる恐れがあるので、0.1〜100μm程度、就中0.1〜50μmとすることが好ましい。また、絶縁層11A、11Bにおけるチタン酸バリウムの含有割合は、一般的には、チタン酸バリウムの:その他の固形分の重量比を、0.5:5〜50:5程度に設定することが好ましい。
Examples of the ferroelectric ceramic material include barium titanate (BaTiO 3 ), strontium titanate (SrTiO 3 ), and zirconium oxide (ZrO 2 ). Various ferroelectric ceramic materials such as barium titanate, strontium titanate, and zirconium oxide include Sn, Ca, Pb, La, Ce, Mg, Bi, Ni, Al, Si, Zn, B, Nb, and W. It is also possible to use those doped with impurities such as Mn, Fe and Cu. Among these, barium titanate is particularly preferable because it can adjust the dielectric constant in a wide numerical range, has a relatively high thermal conductivity, and is commercially available and cost-effective. A high thermal conductivity is preferable because the accumulated heat is quickly dissipated even when the substrate is used for an electronic component that is mounted and generates heat.
Moreover, the shape of the ferroelectric ceramic material to be used may be either spherical or whiskered, but is preferably spherical from the viewpoint of uniform dispersion. If the particle size of the ferroelectric ceramic material used is too large, the film thickness of the insulating
絶縁層11A、11Bの厚さは、極板12A、12Bと炭素質基板10との絶縁を確保することを条件として適宜設定することができる。なお、絶縁層11A、11Bは、コンデンサにおける誘電体として機能するため、厚さを変えることによって電気容量を制御することができる。それゆえ、所望のカットオフ周波数等を考慮して厚さを設定することが好ましい。具体的には、数百MHz〜数GHzのノイズに対しては、5〜100μm、就中30〜100μm程度の厚さが適当である。
また、入力側及び出力側のそれぞれにおけるインピーダンスに応じて、絶縁層11Aと絶縁層11Bの厚さを異なるように設定することもできる。
The thicknesses of the insulating
Further, the thicknesses of the insulating
また、必要に応じて、絶縁層11A、11Bには、熱伝導性のフィラーを含有させることができる。これにより、極板12A、12Bと炭素質基板10との間で熱を速やかに移行させ、全体の放熱性をさらに高めることができる。したがって、ノイズフィルタのインピーダンスが安定し、フィルタの性能を維持することができる。
Further, if necessary, the insulating
熱伝導性フィラーとしては、熱伝導性が高く電気絶縁性を有する物質であれば適宜用いることができる。その中でも、アルミナ(Al2O3)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ケイ素(Si3N4)、窒化ホウ素(BN)は、電気絶縁性が非常に高く、また高温まで安定であるため特に好ましく用いられる。これらの熱伝導性フィラーは、いずれか一種を用いても良いし、二種以上を併用しても良い。また、熱伝導性フィラーの形状は、球状、ウィスカー状等いずれも適用可能であるが、均一に分散させる観点から球状のものが好ましい。熱伝導性フィラーの粒径は、大き過ぎると、絶縁層11A、11Bの膜厚が必要以上に大きくなって表面の平滑性が損なわれる恐れがあるので、0.5〜10μm程度、就中0.5〜2μmとすることが好ましい。また、絶縁層11A、11Bにおける熱伝導性フィラーの含有割合は、フィラーの種類等によって異なるが、一般的には、熱伝導性フィラー:その他の固形分の重量比を、3:5〜20:5程度に設定することが好ましい。
As the thermally conductive filler, any material having high thermal conductivity and electrical insulation can be used as appropriate. Among them, alumina (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN), silicon nitride (Si 3 N 4 ), and boron nitride (BN) are particularly preferable because they have very high electrical insulating properties and are stable up to high temperatures. Used. Any one kind of these heat conductive fillers may be used, or two or more kinds may be used in combination. The shape of the thermally conductive filler can be either spherical or whiskered, but is preferably spherical from the viewpoint of uniform dispersion. If the particle size of the thermally conductive filler is too large, the thickness of the insulating
そして、極板12A、12Bとしては、銅、アルミニウム、ニッケル等の金属箔等を用いることができる。金属箔の厚さは、その用途によって適宜設定することができる。具体的には500μm以下が好ましい。
なお、金属箔は、各種接着剤を用いて絶縁層11A、11Bに積層させる。あるいは、
電気絶縁性を有する接着剤を用いることにより、絶縁層11A、11Bを形成しつつ炭素質基板10に貼り合わせても良い。
And as
The metal foil is laminated on the insulating
By using an adhesive having electrical insulation, the insulating layers 11 </ b> A and 11 </ b> B may be bonded to the
また、極板12A、12Bは、絶縁層11A、11Bの上に無電解めっき等して形成することもできる。その際には、絶縁層11A、11Bの表面に親水性を付与するため予め化学エッチング処理を施すことができる。また、無電解めっきによる初期の金属析出を効率的に行うため、絶縁層11A、11Bの表面に予め、パラジウム、銀、金、白金等の触媒層を形成させておいても良い。
上記の無電解めっきによる方法の他にも、真空蒸着、低温スパッタ、イオンプレーティング等の乾式法が適用可能である。このような、めっき等による入出力端子の厚さは、少なくとも15μm以上有することが好ましい。
なお、極板12A、12Bは、炭素質基板10と相対してコンデンサを構成しているため、極板の面積を変えることによって電気容量を制御することができる。したがって、種々のノイズに応じた最適なフィルタを構成することができる。
The
In addition to the above-described electroless plating method, dry methods such as vacuum deposition, low-temperature sputtering, and ion plating can be applied. The thickness of the input / output terminal by plating or the like is preferably at least 15 μm or more.
In addition, since the
炭素質基板10にスルーホール13を形成するに当たっては、極板の所定の位置をエッチングにより除去し、続いてCO2レーザ等を照射して絶縁層及び炭素質基板に孔を形成する方法が、寸法精度が高く生産効率にも優れるため好適に用いられる。その他、ドリル等を用いて機械的に加工しても良い。
また、コイル部材14は、所望のフィルタ性能に応じたインダクタンスのものを適宜選択して用いる。図1に示すような絶縁被覆141が施された小型のコイル部材として、ケイアールエフエム株式会社製のコイフィル(商品名)が挙げられる。
In forming the through hole 13 in the
In addition, the
上述の実施の形態では、前もって絶縁被覆141が施されたコイル部材14を埋め込む場合について述べたが、これに限定されず、コイル部材14とスルーホールの内周面131とを絶縁できる手段であれば適宜採用することができる。例えば、炭素質基板にレーザ等によってスルーホールを形成した後、スルーホールの内周面以外の部位をマスクし、内周面上に樹脂等の絶縁層を形成する方法や、スルーホールに絶縁被覆していないコイル部材を埋め込み、スルーホール内周面とコイル部材との空隙に樹脂を流し込んで硬化させる方法等が挙げられる。
In the above-described embodiment, the case where the
以上のノイズフィルタ1は、入出力に用いる極板12A、12B、及びグランド端子である炭素質基板10のそれぞれに合計3本のリード線を接続し、プリント基板等に実装することで使用される。リード線を接続する場合は、極板12A、12B及び炭素質基板10にリード線をハンダ付けする方法等により行うことができるが、その他、予めリード線部を形成した極板を炭素質基板10に設けても良い。また、グランド端子兼用の炭素質基板10については、別途リード線を接続するのではなく、基板自体にリード部を突出形成し、この部分を直に導電接地部へねじ止め等しても良い。
なお、図1のノイズフィルタ1は、最終的に周囲を樹脂等で固めることにより、極板12A、12Bの一部及び炭素質基板10の一部のみを露出させたり、あるいは極板等に接続されたリード線のみを外部に引き出したパッケージにしても良い。あるいは、磁性体のシールドケースにより遮蔽してEMIフィルタとして用いることもできる。
また、図1のノイズフィルタ1は、単一の炭素質基板10を用いているが、これに限定されることなく、例えば、炭素質基板10の内部にさらに複数の誘電体層を設けてコンデンサが積層した構造を形成し、より複雑なフィルタ回路を構成しても良い。
The
The
1 uses a single
次に、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、これに限定されるものではない。
(実施例1)
まず、厚さが1.5mm、1辺が10mmの正方形の炭素質基板(炭素繊維が一次配向した多孔質の炭素複合材料に対し熱硬化性樹脂としてフェノール樹脂を含浸させたもの)に、直径2.0mmのスルーホールを形成した。続いて、その炭素質基板の両面及びスルーホールの内周面に、厚さ120μmのエポキシ樹脂からなる絶縁層を形成し、その絶縁層を介して、炭素質基板の両面に極板となる銅箔(厚さ35μm)を接着した。そして、絶縁層には、強誘電体セラミック材料として平均粒径が30μmのチタン酸バリウムを絶縁層全体に対して77重量%含有させてなる。そして、スルーホール内に、巻き数14、外径1.15mmのコイル部材(フェライトコア入り)を埋め込み、そのコイル部材の両端部を基板両面の極板にそれぞれハンダ接続して目的のノイズフィルタを作製した。
Next, although an Example is shown and this invention is demonstrated further in detail, it is not limited to this.
Example 1
First, a square carbonaceous substrate having a thickness of 1.5 mm and a side of 10 mm (a porous carbon composite material in which carbon fibers are primarily oriented is impregnated with a phenol resin as a thermosetting resin) has a diameter. A 2.0 mm through hole was formed. Subsequently, an insulating layer made of an epoxy resin having a thickness of 120 μm is formed on both surfaces of the carbonaceous substrate and the inner peripheral surface of the through hole, and copper serving as an electrode plate is formed on both surfaces of the carbonaceous substrate through the insulating layer. A foil (thickness 35 μm) was adhered. The insulating layer contains 77% by weight of barium titanate having an average particle size of 30 μm as a ferroelectric ceramic material with respect to the entire insulating layer. Then, a coil member (with a ferrite core) having 14 turns and an outer diameter of 1.15 mm is embedded in the through hole, and both ends of the coil member are soldered to the electrode plates on both sides of the board, respectively, to thereby obtain a target noise filter. Produced.
(実施例2)
絶縁層におけるチタン酸バリウムの含有量を絶縁層全体に対して70重量%とした以外は、(実施例1)と同様に行った。
(Example 2)
The same procedure as in Example 1 was performed except that the content of barium titanate in the insulating layer was 70% by weight with respect to the entire insulating layer.
(実施例3)
絶縁層におけるチタン酸バリウムの含有量を絶縁層全体に対して60重量%とした以外は、(実施例1)と同様に行った。
(Example 3)
The same operation as in Example 1 was performed except that the content of barium titanate in the insulating layer was 60% by weight with respect to the entire insulating layer.
(比較例1)
絶縁層にアルミナ(Al2O3)を絶縁層全体に対して77重量%配合した以外は、(実施例1)と同様に行った。
(Comparative Example 1)
The same operation as in Example 1 was performed except that 77% by weight of alumina (Al 2 O 3 ) was blended in the insulating layer with respect to the entire insulating layer.
(比較例2)
絶縁層にアルミナ(Al2O3)を絶縁層全体に対して70重量%配合した以外は、(実施例1)と同様に行った。
(Comparative Example 2)
The same operation as in Example 1 was performed except that 70% by weight of alumina (Al 2 O 3 ) was blended in the insulating layer with respect to the entire insulating layer.
(比較例3)
絶縁層にアルミナ(Al2O3)を絶縁層全体に対して60重量%配合した以外は、(実施例1)と同様に行った。
(Comparative Example 3)
The same operation as in Example 1 was performed except that 60% by weight of alumina (Al 2 O 3 ) was blended in the insulating layer with respect to the entire insulating layer.
上記各実施例及び各比較例において得られたノイズフィルタについて、誘電率測定装置 HP8752C(ヒューレットパッカード)を用いて、各ノイズフィルタの周波数0.03〜6GHzにおける誘電率を測定した。測定した結果を図3に示す。 About the noise filter obtained in each said Example and each comparative example, the dielectric constant in the frequency 0.03-6GHz of each noise filter was measured using the dielectric constant measuring apparatus HP8752C (Hewlett Packard). The measurement results are shown in FIG.
また、上記各実施例及び各比較例において得られたノイズフィルタに、誘電率測定装置(ネットワークアナライザ) HP8752C(ヒューレットパッカード)を接続し、周波数0.03〜1GHzの伝送ノイズに対するフィルタ特性(挿入損失)を測定した。なお、測定中は、ノイズフィルタに金属製の測定治具を装着等して、外部からのノイズを遮蔽して行った。測定した結果を図4に示す。 In addition, a dielectric constant measuring device (network analyzer) HP8752C (Hewlett Packard) is connected to the noise filter obtained in each of the above examples and comparative examples, and the filter characteristics (insertion loss) with respect to transmission noise with a frequency of 0.03 to 1 GHz. ) Was measured. During measurement, a noise measuring filter was attached to the noise filter to shield external noise. The measurement results are shown in FIG.
図3に示すように、チタン酸バリウムを絶縁層に添加した場合には、ノイズフィルタの誘電率が高いことがわかる。具体的には、図3中に示す矢印(A)及び(B)のように、アルミナを添加した場合には誘電率の幅が1〜6程度であるのに対して、チタン酸バリウムを絶縁層に添加した場合には添加量を変化させることで誘電率幅が1〜16程度と広くとれることがわかる。この結果から、ノイズフィルタの周波数特性のコントロールが容易になること、また、同一のコンデンサ容量とした場合には、絶縁層の厚みを薄くすることが可能で、その分基板全体の厚みも薄くできることがわかる。 As shown in FIG. 3, it can be seen that the dielectric constant of the noise filter is high when barium titanate is added to the insulating layer. Specifically, as shown by arrows (A) and (B) in FIG. 3, when alumina is added, the dielectric constant width is about 1 to 6, whereas barium titanate is insulated. When added to the layer, it can be seen that the dielectric constant width can be as wide as about 1 to 16 by changing the addition amount. From this result, it is easy to control the frequency characteristics of the noise filter, and if the capacitor capacity is the same, the thickness of the insulating layer can be reduced, and the overall thickness of the substrate can be reduced accordingly. I understand.
そして、図4に示すように、(実施例1〜3)で得られたノイズフィルタの減衰ピークにおける周波数が異なっており、チタン酸バリウムの添加量を変えることで、フィルタ特性を調整できることがわかる。 And as shown in FIG. 4, the frequency in the attenuation | damping peak of the noise filter obtained in (Examples 1-3) is different, and it turns out that filter characteristics can be adjusted by changing the addition amount of barium titanate. .
1 ノイズフィルタ
10 炭素質基板
11A、11B 絶縁層
12A、12B 極板
13 スルーホール
131 内周面
14 コイル部材
141 絶縁被覆
15 はんだ
DESCRIPTION OF
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JP2005246185A JP2007060535A (en) | 2005-08-26 | 2005-08-26 | Noise filter |
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JP2005246185A Pending JP2007060535A (en) | 2005-08-26 | 2005-08-26 | Noise filter |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN110679085A (en) * | 2017-06-05 | 2020-01-10 | 株式会社村田制作所 | Elastic wave filter device |
-
2005
- 2005-08-26 JP JP2005246185A patent/JP2007060535A/en active Pending
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CN110679085A (en) * | 2017-06-05 | 2020-01-10 | 株式会社村田制作所 | Elastic wave filter device |
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