JP2007195060A

JP2007195060A - 積層型フィルタ

Info

Publication number: JP2007195060A
Application number: JP2006013060A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Sato; 高弘佐藤; Hidenobu Umeda; 秀信梅田
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2006-01-20
Publication date: 2007-08-02

Abstract

【課題】磁性体層とバリスタ層とを一体焼結してもバリスタ機能が低下しない、特にＥＳＤ耐量が低下しない積層型フィルタを提供すること。
【解決手段】本発明は、インダクタ部と、バリスタ部とを備えた積層型フィルタであって、インダクタ部は、磁性体層と導体部とからなり、磁性体層は、Ｃｕ成分をＣｕＯに換算して０．０５モル％〜２モル％含有するフェライト材料を有する積層型フィルタ１である。
【選択図】図１

Description

本発明は、バリスタ部と、インダクタ部とを備えた積層型フィルタに関する。

近年、ＥＭＣ対策部品としてサージ機能を持つノイズフィルタが各種電子機器に用いられている。特許文献１には、内部に所定の導体パターンを形成した磁性体層と、内部に所定の導体パターンを形成したバリスタ層とを積層し、スルーホールにより磁性体層とバリスタ層とを電気的に接続した複合積層電子部品が開示されている。
特許第２６２６１４３号公報

しかしながら、上記特許文献１は、磁性体層とバリスタ層とを一体焼結するものであり、磁性体層とバリスタ層との界面において各層を構成する材料成分が互いに拡散する恐れがある。この材料成分の拡散がおこると、拡散された層の特性に影響を及ぼし、ノイズフィルタとしての機能を低下させる恐れがある。本発明者らの検討によれば、上記特許文献１に開示されている磁性層材料であるＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトを用いてバリスタ層と一体焼結すると、Ｃｕ成分がバリスタ層に拡散しバリスタ機能が低下、特にＥＳＤ（Electrostatic Discharge：静電気放電）に対する耐量（以下、「ＥＳＤ耐量」と称する）が低下するという知見が得られた。

そこで本発明では、磁性体層とバリスタ層とを一体焼結してもバリスタ機能が低下しない、特にＥＳＤ耐量が低下しない積層型フィルタを提供することを目的とする。

本発明は、本発明者らが磁性体層に用いる材料組成を鋭意検討した結果、特定量のＣｕを含むフェライト材料を磁性体層に用いることにより、バリスタ部の特性劣化を防ぎ、かつ良好なフィルタ特性が得られるという知見に基づいてなされたものである。

具体的には、本発明の積層型フィルタは、インダクタ部と、バリスタ部とを備えた積層型フィルタであって、インダクタ部は、磁性体層と導体部とからなり、磁性体層は、Ｃｕ成分をＣｕＯに換算して０．０５モル％〜２モル％含有するフェライト材料を有する。

本発明によれば、インダクタ部を構成する磁性体層は、Ｃｕ成分をＣｕＯに換算して０．０５モル％〜２モル％含有するフェライト材料を有しているので、バリスタ部と一体焼結してもバリスタ部に存在するＣｕ成分が極めて少ないことから、バリスタ機能の低下を抑えることができる。

また、本発明の積層型フィルタは、フェライト材料が、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｍｇ系フェライト又はＺｎ系フェライトの何れかであることが好ましい。

この好ましい積層型フィルタによれば、フェライト材料を、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｍｇ系フェライト又はＺｎ系フェライトの何れかとしているので、高いインダクタンス値を持つことから、フィルタ特性に優れている。

本発明によれば、磁性体層とバリスタ層とを一体焼結してもバリスタ機能が低下しない、特にＥＳＤ耐量が低下しない積層型フィルタを提供することができる。

本発明の知見は、例示のみのために示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解することができる。引き続いて、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

図１に本実施形態に係る積層型フィルタの外観斜視図を示す。積層型フィルタ１は、素体２の長手方向における両端部に、入力端子電極３及び出力端子電極４が形成されており、その長手方向における両側面には、一対のグランド端子電極５が形成されている。

図２は、積層型フィルタ１の素体２部分を示す分解斜視図である。図２に示されるように、素体２は複数の磁性体層６ａ〜６ｉが順次積層された磁性体積層部６と、複数のバリスタ層７ａ〜７ｄが順次積層されたバリスタ積層部７とからなる。

磁性体積層部６において、磁性体層６ｂ〜６ｉ上のそれぞれには所望形状の導体パターン８ａ〜８ｈが形成される。具体的には、磁性体層６ｄ、６ｆ、６ｈ上にはそれぞれ、コイルの略３／４ターン相当の略Ｃ字状の導体パターン８ａ、８ｃ、８eが形成され、磁性体層６ｃ、６ｅ、６ｇ上にはコイルの略３／４ターン相当の略Ｕ字状の導体パターン８ｂ、８ｄ、８ｆが形成される。また、磁性体層６ｂ、６ｉ上には入力端子電極３及び出力端子電極４と接続する引出電極８ａ、８ｈが形成される。更に、磁性体層６ｂ〜６ｈをそれぞれ貫通し、これら磁性体層６ｂ〜６ｈのそれぞれに接する導体パターン間を電気的に接続するビア導体９ａ〜９ｇが形成される。これにより、これら引出部８ａ、８ｈと導体パターン８ｂ〜８ｉとビア導体９ａ〜９ｇとが電気的に接続された略４．５ターンのらせん状のコイル（導体部）が形成され、磁性体積層部６にインダクタンス部１０が形成される。

また、バリスタ積層部７において、バリスタ層７ｂ上にグランド端子電極５と電気的に接続された略矩形状のグランド電極１１が形成され、バリスタ層７ｃ上に出力端子電極４と電気的に接続された略矩形状のホット電極１２が形成される。ホット電極１２とグランド電極１１とは、積層方向から見たときにバリスタ層７ｂを介して一部が重なりあい対向しており、バリスタ特性が発現するバリスタ部２０を形成する。

上述の積層構造を有する積層型フィルタ１は図３の等価回路に示すように、インダクタ部１０とバリスタ部２０とでＬ型の回路を構成することにより、インダクタ部１０は、４Ω〜１００Ωの直流抵抗を有することになる。これにより、バリスタ電圧を越える高い電圧のノイズが入力に印加された際に、バリスタ効果によって急激に流れた電流がノイズとなって通過するのを阻止することができる。

磁性体層６ａ〜６ｉは、Ｃｕ成分をＣｕＯに換算して０．０５モル％〜２モル％含有するフェライト材料から構成されている。磁性体層６ａ〜６ｉ中のＣｕ成分が少なすぎると、磁性体層６ａ〜６ｉの比抵抗が低下して高周波ノイズを十分に吸収できない。一方、磁性体層６ａ〜６ｉ中のＣｕ成分が多すぎると、磁性体積層部６とバリスタ積層部７と一体焼結した際に、Ｃｕ成分がバリスタ積層部７に拡散してバリスタ機能を低下させる。特に、バリスタ特性が発現するホット電極１２とグランド電極１１とで挟むバリスタ層７ｂにＣｕ成分が増加するとＥＳＤ耐量が低下するために、磁性体層６ａ〜６ｉ中のＣｕ成分を極力抑える必要がある。従って、Ｃｕ成分をＣｕＯに換算して０．１モル％〜１モル％含有するフェライト材料を有することが好ましい。また、フェライト材料は、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｍｇ系フェライト又はＺｎ系フェライトの何れかであることが好ましい。これらフェライト材料は高いインダクタンス値を持つことから、フィルタ特性に優れている。

導体パターン８ａ〜８ｈ及びビア導体９ａ〜９ｇに用いる導電材料は、磁性体層６ａ〜６ｉと同時焼成できる金属材料を用いる。すなわち、フェライトの焼成温度は通常８００℃〜１４００℃程度であるため、その温度で融解しない金属材料を用いる。例えば、Ａｇ、Ｐｄこれらの合金等を好適に使用することができる。

バリスタ層７ａ〜７ｄは、例えば、ＺｎＯを主成分とするセラミックス材料から構成される。このセラミックス材料中には、添加成分としてＰｒ、Ｂｉ、Ｃｏ、Ａｌ等を含んでいても良い。Ｐｒに加えてＣｏを含むと、優れたバリスタ特性を有するものとなるほか、高い誘電率（ε）を有するものとなる。また、Ａｌを更に含むと低抵抗となる。また、必要に応じて他の添加物、例えば、Ｃｒ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｋ等の元素が含まれても良い。

グランド電極１１及びホット電極１２に用いる導電材料は、バリスタ層７ａ〜７ｄを構成するセラミックス材料と同時焼成できる金属材料を用いる。すなわち、バリスタセラミックスの焼成温度は通常８００℃〜１４００℃程度であるため、その温度で融解しない金属材料を用いる。例えば、Ａｇ、Ｐｄこれらの合金等を好適に使用することができる。

次に、上述した積層型フィルタの製造方法について説明する。

まず、焼成後に磁性体層６ａ〜６ｉを構成する磁性体原料粉末と、有機溶剤と有機バインダとを含む有機ビヒクルとを混合した磁性体スラリーを調製する。磁性体原料粉末は、磁性体積層部６とバリスタ積層部７と一体焼成した後にＣｕ成分をＣｕＯ換算で０．５モル％〜２モル％含むフェライトとなる原料粉末を用いる。好ましくは、一体焼成した後にＣｕ成分をＣｕＯ換算で０．１モル％〜１モル％含むフェライトとなる原料粉末を用いる。

磁性体原料粉末は、一体焼成した後に上記所定量のＣｕ成分を含むフェライトになれば、その形態は特に限定するものではない。例えば、所定量のＣｕＯ粉末とフェライト粉末との混合物を用いることができる。また、所定量のＣｕ成分を含むようなフェライトを予め仮焼きして粉砕したフェライト粉末や、焼成後にフェライトとなる酸化鉄、酸化亜鉛等の原料酸化物等の混合物を用いることができる。

また、フェライトは、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｍｇ系フェライト又はＺｎ系フェライトの何れかを用いることが好ましい。このようなフェライトを用いることにより高いインダクタンス値を得ることができるので、良好なフィルタ特性を得ることができる。

続いて、ドクターブレード法等によりＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム上に磁性体スラリーを塗布し、例えば厚さ２０μｍ程度の磁性体グリーンシートを形成する。

続いて、磁性体グリーンシートの所望の位置、すなわち上述したようなビア導体９ａ〜９ｇが形成される予定の位置にスルーホールを形成する。スルーホールはレーザー加工機等により形成することができる。

続いて、スクリーン印刷法等により磁性体グリーンシート上に導電パターン８ａ〜８ｈを形成する。また、磁性体グリーンシートに形成されたスルーホールに導電ペーストを充填してビア導体９ａ〜９ｇを形成する。導体パターン８ａ〜８ｈ及びビア導体９ａ〜９ｇの印刷等に用いる導電ペーストは、ＰｄやＡｇ−Ｐｄ合金粉末を主成分として含んでいるものを用いることができる。

続いて、焼成後にバリスタ層７ａ〜７ｄを構成するバリスタ原料粉末と、有機溶剤と有機バインダとを含む有機ビヒクルとを混合したバリスタスラリーを調製する。バリスタ原料粉末は、一体焼成した後に所定組成のバリスタとなれば、その形態は特に限定するものではない。主成分であるＺｎＯに添加物として各種金属化合物、例えばＰｒ_６Ｏ_１１、ＣｏＯ、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＣａＣＯ_３、ＳｉＯ_２、Ｋ_２ＣＯ_３及びＡｌ_２Ｏ_３を所定量含む混合粉末を用いることができる。また、所定組成のバリスタセラミックスを予め仮焼きして粉砕したバリスタ粉末を用いても良い。

続いて、ドクターブレード法等によりＰＥＴフィルム上にバリスタスラリーを塗布し、例えば、厚さ３０μｍ程度のバリスタグリーンシートを形成する。

続いて、スクリーン印刷法等によりバリスタグリーンシート上に導電ペーストを用いてホット電極及びグランド電極を形成する。導電ペーストは、ＰｄやＡｇ−Ｐｄ合金粉末を主成分として含んでいるものを用いることができる。

続いて、所定形状の導体パターン８ａ〜８ｈ及びビア導体９ａ〜９ｇが形成された磁性体グリーンシートと、電極が形成されていない磁性体グリーンシートと、ホット電極１１又はグランド電極１２が形成されたバリスタグリーンシートと、電極が形成されていないバリスタグリーンシートとを図２に示すように順次積層しプレスした後に所定形状に切断して、積層型フィルタ素子２のグリーン積層体を得る。その後、グリーン積層体を所定の条件（例えば、大気中で１１００℃〜１２００℃、２時間）で焼成を行い積層型フィルタ素子２が得られる。得られた積層型フィルタ素子２は、その磁性体積層部６とバリスタ積層部７との界面付近において、バリスタ積層部７へのＣｕ成分の拡散はほとんどないので、良好なバリスタ特性が得られる。

続いて、積層型フィルタ素子２の長手方向における端部及び長手方向における両側面中央に導電ペーストを塗布し、所定の条件（例えば、大気中で７００℃〜８００℃、２時間）にて熱処理を行い端子電極を焼き付ける。導電ペーストは、Ａｇを主成分とする粉末を含むものを用いることができる。その後、端子電極表面にめっきを施し、入力端子電極３、出力端子電極４及びグランド電極５が形成された積層型フィルタ１を得ることができる。なお、めっきは電解めっきが好ましく、その材料は、例えばＮｉ／Ｓｎ、Ｃｕ／Ｎｉ／Ｓｎ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｇ、Ｎｉ／Ａｇ等を用いることができる。

以上のように、本実施形態によれば、磁性体層６ａ〜６ｉは、Ｃｕ成分をＣｕＯに換算して０．０５モル％〜２モル％含有するフェライト材料から構成されているので、磁性体積層部６とバリスタ積層部７と一体焼結してもバリスタ部２０に存在するＣｕ成分が極めて少ないことから、バリスタ機能の低下を抑えることができる。

（実施例１）まず、Ｚｎ系フェライト粉末とＣｕ成分含有量が０．０５モル％となるように秤量したＣｕＯ粉末とを混合した磁性体原料粉末を準備し、これら原料粉末と有機ビヒクルとを混合して磁性体スラリーを調製した。

このインダクタ層形成用スラリーをドクターブレード法によりＰＥＴフィルム上に塗布し厚み２０μｍの磁性体グリーンシートを作製した。
その後、磁性体グリーンシート上の所定の位置にレーザー加工機によりスルーホールを形成し、Ｐｄを主成分とする導電ペーストを用いてスクリーン印刷法により所定形状の導体パターンとスルーホール中にビア導体を形成し、インダクタ層形成用グリーンシートを作製した。

続いて、所定量のＺｎＯ、Ｐｒ_６Ｏ_１１、ＣｏＯ、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＣａＣＯ_３、ＳｉＯ_２、Ｋ_２ＣＯ_３及びＡｌ_２Ｏ_３を混合したバリスタ原料粉末と有機ビヒクルとを混合してバリスタスラリーを調製した。

このバリスタスラリーをドクターブレード法により、ＰＥＴフィルム上に塗布し厚み３０μｍのバリスタグリーンシートを作製した。その後、バリスタグリーンシート上にＰｄを主成分とする導電ペーストを用いてスクリーン印刷法により所定のパターンの電極を形成し、バリスタ層形成用グリーンシートを形成した。

続いて、インダクタ層形成用グリーンシート、バリスタ層形成用グリーンシート、導体パターンが印刷されていない磁性体グリーンシート及び導体パターンが印刷されていないバリスタシートを準備し、図２に示す順序で積層して積層型フィルタ用グリーン積層体を作製した。この積層型フィルタ用グリーン積層体を焼成後に長さ２．０ｍｍ、幅１．２ｍｍ、厚み１．０ｍｍの直方体になるように切断して、大気中で１１００℃〜１２００℃、２時間焼成して積層型フィルタ用素体を作製した。その後、積層型フィルタ用素体の端部に銀を主成分とする導電ペーストを塗布し、大気中で７００℃〜８００℃、１時間焼成して端子電極を焼付けし、更に端子電極にＮｉ／Ｓｎ（Ｎｉ、Ｓｎの順に）電気めっきを施して積層型フィルタを作製した。

（実施例２）磁性体原料粉末として、Ｚｎ系フェライト粉末とＣｕ成分含有量が０．１モル％となるように秤量したＣｕＯ粉末とを混合したものを用いた以外は実施例１と同様に積層型フィルタを作製した。

（実施例３）磁性体原料粉末として、Ｚｎ系フェライト粉末とＣｕ成分含有量が０．３モル％となるように秤量したＣｕＯ粉末とを混合したものを用いた以外は実施例１と同様に積層型フィルタを作製した。

（実施例４）磁性体原料粉末として、Ｚｎ系フェライト粉末とＣｕ成分含有量が０．５モル％となるように秤量したＣｕＯ粉末とを混合したものを用いた以外は実施例１と同様に積層型フィルタを作製した。

（実施例５）磁性体原料粉末として、Ｚｎ系フェライト粉末とＣｕ成分含有量が０．７モル％となるように秤量したＣｕＯ粉末とを混合したものを用いた以外は実施例１と同様に積層型フィルタを作製した。

（実施例６）磁性体原料粉末として、Ｚｎ系フェライト粉末とＣｕ成分含有量が１モル％となるように秤量したＣｕＯ粉末とを混合したものを用いた以外は実施例１と同様に積層型フィルタを作製した。

（実施例６）磁性体原料粉末として、Ｚｎ系フェライト粉末とＣｕ成分含有量が２モル％となるように秤量したＣｕＯ粉末とを混合したものを用いた以外は実施例１と同様に積層型フィルタを作製した。

（比較例１）磁性体原料粉末として、Ｃｕ成分が含有しないＺｎ系フェライト粉末のみを用いた以外は実施例１と同様に積層型フィルタを作製した。

（比較例２）磁性体原料粉末として、Ｚｎ系フェライト粉末とＣｕ成分含有量が３モル％となるように秤量したＣｕＯ粉末とを混合したものを用いた以外は実施例１と同様に積層型フィルタを作製した。

バリスタ部に存在するＣｕ成分の含有量は誘導結合高周波プラズマ発光分析装置（ＩＣＰ）を用いて測定し算出した。また、インダクタ部の抵抗率（ρ）は、サンプルに１Ｖの直流電圧を印加した際に流れる電流値から抵抗（Ｒ）を求めて算出した。

ＥＳＤ耐量は、ＩＥＣ（International ElectrotechnicalCommission）の規格ＩＥＣ６１０００−４−２に定められている静電気放電イミュニティ試験によって測定した。本実施例では、ＥＳＤ耐量が８ｋＶ以上である場合に、ＥＳＤ耐量が十分であると判断し、「○」と判定し、ＥＳＤ耐量が８ｋＶ未満である場合には「×」と判定した。判断基準を８ｋＶ以上とした理由は、ＩＥＣ６１０００−４−２のレベル４を満たすからである。

評価した結果を表１に示す。インダクタ部（フェライト）のＣｕ含有量が０．５モル％〜２モル％の場合は、ＥＳＤ耐量及びインダクタ部の抵抗率のいずれも良好な結果となった。インダクタ部にＣｕが含有しない比較例１にあっては、インダクタ部の抵抗率が低下しており、高周波ノイズを十分に吸収できない。一方、インダクタ部にＣｕが多く含まれた比較例２にあっては、バリスタ部のＣｕ含有量が増加しており、ＥＳＤ耐量が８ｋＶに満たなかった。

実施形態に係る積層型フィルタの外観斜視図である。実施形態に係る積層型フィルタの分解斜視図である。実施形態に係る積層型フィルタの等価回路図である。

符号の説明

１…積層型フィルタ、２…素体、３…入力端子電極、４…出力端子電極、５…グランド端子電極、６ａ〜６ｉ…磁性体層、７ａ〜７ｄ…バリスタ層、１０…インダクタ部、２０…バリスタ部

Claims

インダクタ部と、バリスタ部とを備えた積層型フィルタであって、
前記インダクタ部は、磁性体層と導体部とからなり、前記磁性体層は、Ｃｕ成分をＣｕＯに換算して０．０５モル％〜２モル％含有するフェライト材料を有することを特徴とする積層型フィルタ。
前記フェライト材料が、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｍｇ系フェライト又はＺｎ系フェライトの何れかであることを特徴とする請求項１に記載の積層型フィルタ。