JP2007227611A

JP2007227611A - コモンモードノイズフィルタ

Info

Publication number: JP2007227611A
Application number: JP2006046547A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Inuzuka; 敦犬塚; Shogo Nakayama; 祥吾中山; Hiroshi Fujii; 浩藤井; Kobo Motomitsu; 弘法元▲満▼
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-02-23
Filing date: 2006-02-23
Publication date: 2007-09-06

Abstract

【課題】コイル導体の浮遊容量に起因するディファレンシャルモードでの挿入損失を低減し、且つコモンモードノイズを広帯域で低減できるコモンモードノイズフィルタを実現することを目的とする。
【解決手段】非磁性層２と、この非磁性層２を挟む磁性層１ａ，１ｂと、前記非磁性層２に埋設した対向する二つの平面コイル５ａ，５ｂと、この平面コイル５ａ，５ｂと電気的に接続される四つの外部端子電極３を設けたコモンモードノイズフィルタであって、前記二つの平面コイル５ａ，５ｂを中空セル部４を介して対向配置させた構成とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、各種デジタル機器、情報通信端末等の電子機器に用いられるコモンモードノイズフィルタに関するものである。

従来、この種のコモンモードノイズフィルタは、一つのフェライトコアに２つのコイルが巻かれた構造をしている。このコイルに電流を流すと磁束が発生し、この磁束が電流に作用することによりディファレンシャルモードノイズは通過させるが、コモンモードノイズは通過を阻止する特性を有するものであり、必要な信号（ディファレンシャルモード）には影響を与えず、コモンモードノイズだけを除去するのがコモンモードノイズフィルタである。図７は従来のコモンモードノイズフィルタの構造を示す断面図である。

従来のコモンモードノイズフィルタの構造は、図７に示すように磁性体からなる基板１００の上に絶縁層１０２とコイルパターン１０５，１０７とを交互に積層し、このコイルパターン１０５，１０７の中芯部である絶縁層１０２の中央部と前記コイルパターン１０５，１０７の外周領域の絶縁層１０２を除去し、絶縁層１０２の上層部に磁性粉を含有した樹脂１１２を設けるとともに前記絶縁層１０２を除去した部分にも磁性粉を含有した樹脂１１２を埋め込み、前記絶縁層１０２の上層部に設けた磁性粉を含有した樹脂１１２の平坦面に接着層１２０を介して第２の磁性基板１３０を接着した構成としている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−２６０００８号公報

しかしながら、前記従来の構成では、コイルパターン１０５とコイルパターン１０７のコイル内に発生する浮遊容量と、コイル間に発生する浮遊容量に起因して、高い周波数帯域におけるディファレンシャルモードでの挿入損失が大きくなり、伝送される信号波形に悪影響を与えるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、特にコイル間の浮遊容量に起因する高周波帯域におけるディファレンシャルモードでの挿入損失を低減できるコモンモードノイズフィルタを実現することを目的とするものである。

前記従来の課題を解決するために、本発明は、非磁性層と、前記非磁性層を挟む磁性層と、前記非磁性層に埋設した対向する二つの平面コイルと、前記平面コイルと電気的に接続される四つの外部端子電極を設けたコモンモードノイズフィルタであって、前記二つの平面コイルを中空セル構造を介して対向させた構成とするものである。

本発明のコモンモードノイズフィルタは、二つの対向する平面コイル間の一部に空隙部を形成して浮遊容量を低減することにより、高周波帯域におけるディファレンシャルモードでの挿入損失の低減を可能とするコモンモードノイズフィルタを実現することができる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１におけるコモンモードノイズフィルタについて、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の実施の形態１におけるコモンモードノイズフィルタの斜視図であり、図２は図１の分解斜視図である。また、図３は図１のＡ−Ａ部における断面図である。また、図４はコモンモードノイズフィルタの電気特性を示す特性図である。

図１〜図３において、軟磁性体からなる所定の厚みを有する磁性層１ａ，１ｂを非磁性層２の両面に設け、この非磁性層２の内部に二つの対向する平面コイル５ａ，５ｂを設け、この平面コイル５ａ，５ｂにそれぞれ接続した引出電極７ａ，７ｂを設け、これに電気的に接続された４つの外部端子電極３を設けており、特に特徴的な構成は、非磁性層２の内部に設けられた二つの平面コイル５ａ，５ｂは、中空セル部４を介して対向配置して設けるとともにその巻軸をほぼ同じとなるように形成している。この二つの平面コイル５ａ，５ｂ、スルホール電極６ａ，６ｂ、引出電極７ａ，７ｂは、銀などの高導電率を有する金属材料が望ましく、Ｒｄｃを低く設計することがフィルタ特性の挿入損失特性の観点から重要である。

ここで、前記磁性層１ａ，１ｂには酸化物磁性体を用いることができ、特に１ＧＨｚ以上の高周波領域で用いるコモンモードノイズフィルタとしては、ＮｉＺｎＣｕフェライト、六方晶フェライトなどを主成分とするフェライトを用いることが望ましい。

また、非磁性層２は、より高周波帯域で使用するためには低誘電率であることが望ましく、セラミック材料などを用いるときには誘電率が８以下のガラスセラミック材料などを用いることがより好ましい。

また、前記非磁性層２の厚みは、機械的強度と二つの対向する平面コイル５ａ，５ｂの磁気結合度の観点から決定することができるが、非磁性層２の厚みは薄いことが望ましく、このようなコイル配置とすることにより、差動伝送において優れたフィルタ特性を示すコモンモードノイズフィルタを実現することができる。

更に、この非磁性層２は平面コイル５ａ，５ｂ、スルホール電極６ａ，６ｂ、引出電極７ａ，７ｂを形成していることから積層構造にすることが生産性の観点から好ましく、図２に示すようにセラミックグリーンシートなどのシート２ａ〜２ｅを積層することによって非磁性層２を形成している。この二つの平面コイル５ａ，５ｂの両端はスルホール電極６ａ，６ｂを介して引出電極７ａ，７ｂに電気的に接続され、さらに引出電極７ａ，７ｂはそれぞれの外部端子電極３と電気的に接続されている。また、この外部端子電極３は、通常、内層部からメタライズＡｇ層、Ｎｉめっき層、Ｓｎめっき層からなる３層構造を有しており、実装性に優れた電極構造を形成している。

次に、この中空セル部４は、肉厚が０．５μｍ〜２μｍの中空のセルの集合組織であり、セルの外形サイズは平均４μｍ〜２０μｍであり、二つの平面コイル５ａ，５ｂ間の距離と機械的強度の観点から決定することができる。

そして、この中空セル部４は、中空ガラス粉末（ガラスバルーン）を出発原料としてそれらを充填した後、焼成することによってガラスバルーンどうしが熱融着することによって実現することができる。この形成した中空セル部４は内部に多数の空間部を有する構造を利用し、二つの平面コイル５ａ，５ｂの間に多数の空隙を形成することによって、二つの平面コイル５ａ，５ｂの間に発生する浮遊容量を低減することができる。

その結果、特に８００ＭＨｚ以上での高周波帯域において優れた挿入損失特性を有するコモンモードノイズフィルタを実現することができる。

次に、本発明の実施の形態１におけるコモンモードノイズフィルタの製造方法の一例について説明する。

図２に示すように、本発明は、二つの対向する平面コイル５ａ，５ｂ、スルホール電極６ａ，６ｂおよび引出電極７ａ，７ｂに用いる導体Ａｇと、磁性層１ａ，１ｂに用いるＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕフェライト粉末を出発原料としたフェライトグリーンシートと、非磁性層２に用いるガラスセラミック粉末を出発原料としたガラスセラミックグリーンシート２ａ〜２ｅを積層し、同時焼成することにより作製することができる。

まず、配合組成と平均粒子径を抑制したＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕフェライト粉末を適当な溶媒、樹脂、可塑剤などのバインダーとともに混練分散し、ドクターブレード法等を用いて厚み１００μｍのフェライトグリーンシートを作製する。このフェライトグリーンシートの厚みは５０〜２００μｍ程度が望ましく、工程能力と生産コストの観点から決定することができる。

同様に、誘電率が５〜１０前後のガラスセラミック粉末を用いて厚み３０μｍのガラスセラミックグリーンシートを作製する。このガラスセラミックグリーンシートの厚みは、挿入減衰特性等を考慮すると１５〜５０μｍ程度が望ましく、１５μｍ以下では、特性インピーダンスのずれが生じ、６０μｍ以上では、二つの対向する平面コイル５ａ，５ｂ間の磁気的結合が弱まるので望ましくない。

次に、図２中のガラスセラミックグリーンシート２ｂ，２ｄ用のグリーンシートには、パンチングマシンやレーザー加工機等の穴あけ加工機を用いてスルホール電極６ａ，６ｂ用の直径１００μｍのビア穴を設け、このビア穴にＡｇペーストを充填する。ビア穴の直径は５０〜１００μｍ程度が望ましく、平面コイル５ａ，５ｂのパターン設計と工程能力の観点から決定することができる。

また、図２中のガラスセラミックグリーンシート２ｃ用のグリーンシートには、二つの対向する平面コイル５ａ，５ｂの外周よりも大きな矩形の開口部を打ち抜き加工機などにより設け、この開口部に、肉厚約１μｍ平均粒子径８μｍのほう珪酸中空ガラス粉末（ガラスバルーン）を混練したペーストを印刷、塗布などの方法によって充填する。この矩形の開口部が平面コイル５ａ，５ｂの外周よりも小さいと本発明の効果が弱まることから、開口部は平面コイル５ａ，５ｂの外周と同じ大きさか、積層ずれを考慮すると５０μｍ程度大きい形状とすることが好ましい。

そして、ガラスセラミックグリーンシート２ａ，２ｂ，２ｄには、平面コイル５ａ，５ｂ、引出電極７ａ，７ｂを、印刷法もしくは転写法によりパターン形成する。

次に、このようにして得られた各種ガラスセラミックグリーンシート２ａ〜２ｅを、図２の構成になるように順次積層し、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕフェライトとガラスセラミック材料が焼成可能な９００℃前後で焼成する。

得られた焼成体の端面に露出した引出電極７ａ，７ｂに合わせてメタライズＡｇ、Ｎｉめっき、Ｓｎめっきを施して外部端子電極３を形成することによってコモンモードノイズフィルタを作製することができる。

ここで、磁性層１ａ，１ｂはＡｇの融点以下で焼結する必要性があることから、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕフェライトの成分であるＣｕＯ量を５〜１３ｗｔ％の組成範囲とすることが望ましく、５％未満では９２０℃以下で十分焼結ができない。また、１５％以上では磁気特性が劣化するので望ましくない。また、ＮｉＯ：ＺｎＯのｍｏｌ比は０．４：０．６〜０．７：０．３の範囲が望ましい。ＮｉＯがこの範囲よりも多い場合、広い周波数帯域にわたり透磁率が急激に低下し、ＺｎＯがこの範囲よりも多い場合、１００ＭＨｚ未満の低周波数領域では透磁率が大きくなるが、１００ＭＨｚ以上の周波数帯域での透磁率が急激に低下するので望ましくない。そして、Ｆｅ₂Ｏ₃は４５以上５０ｍｏｌ％未満が望ましく、４５ｍｏｌ％未満では、透磁率が急激に低下し、５０ｍｏｌ％以上では、絶縁抵抗の劣化、磁気損失の増大を招くので望ましくない。

また、非磁性層２を形成するガラスセラミック材料は、前記Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕフェライトと同時焼成することから、９００℃前後での焼成が可能であり、線膨張係数がＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕフェライトとほぼ同等であることが望ましく、このような材料として、例えばＳｉＯ₂−ＭｇＯ−ＣａＯ−ＺｎＯ系のガラスを用いることができる。

また、中空ガラス粉末は、溶融温度が焼成温度よりも高く、軟化点がガラスセラミック材料の焼成収縮開始温度にほぼ等しければ良い。

以上のような構成を有する１．２ｍｍ×１．０ｍｍ、高さが０．８ｍｍのチップ形状を有するコモンモードノイズフィルタの特性は、インダクタンス値が０．２５μＨ（１ＭＨｚ）、１ＭＨｚにおける導体抵抗値が０．５６Ω、１００ＭＨｚにおけるコモンインピーダンスが９０〜１００Ωであった（実施例）。

一方、比較例として中空セル部４を設けないコモンモードノイズフィルタを同様なプロセスで作製した。このような構成のコモンモードノイズフィルタ（実施例および比較例）のフィルタ特性を図４に示す。

図４の特性結果から分かるように、本実施の形態１における実施例のコモンモードノイズフィルタのフィルタ特性はディファレンシャルモードでの挿入損失を、特に８００ＭＨｚ以上での高周波領域で大幅に低減できることが分かる。

さらに、このコモンモードノイズフィルタは、中空セル部４を内部に形成しているため、空洞状態に比較して、機械的強度が強く、実装信頼性に優れたコモンモードノイズフィルタを実現できるという効果も有する。

（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２におけるコモンモードノイズフィルタについて、図面を参照しながら説明する。図５は本発明の実施の形態２におけるコモンモードノイズフィルタの断面図であり、図６はその電気特性を示す特性図である。

図５および図６において、実施の形態１と大きく異なっている点は、二つの対向する平面コイル５ａ，５ｂの対向面側がガラスで覆われ、かつ二つの対向する平面コイル５ａ，５ｂ間に中空部８が形成された構造としていることである。その他の構成については実施の形態１と同様であるので、ここでの説明は省略する。

このような構成にすることにより、二つの対向する平面コイル５ａ，５ｂ間の誘電率に起因する浮遊容量をさらに減らすことができるために高周波特性に優れており、かつ平面コイル５ａ，５ｂをガラス層９で覆うことにより、耐候信頼性に優れたコモンモードノイズフィルタを実現することができる。

このような構成は、実施の形態１と同様なプロセスを用いて、中空ガラス粉末の融点を制御することにより可能となる。すなわち、融点が焼成温度（９００℃前後）よりも低い中空ガラス粉末（ガラスバルーン）を用いることによって実現できる。

以上のような構成を有する、チップの形状が１．２ｍｍ×１．０ｍｍ、高さが０．８ｍｍのコモンモードノイズフィルタの特性は、インダクタンス値が０．２５μＨ（１ＭＨｚ）、１ＭＨｚにおける導体抵抗値が０．６０Ω、１００ＭＨｚにおけるコモンインピーダンスが９０〜１００Ωであった（実施例）。

一方、比較例として中空部８を設けないコモンモードノイズフィルタを同様なプロセスで作製した。

このような構成のコモンモードノイズフィルタ（実施例および比較例）のフィルタ特性を図６に示す。

図６の特性結果から分かるように、本実施の形態２における実施例のコモンモードノイズフィルタのフィルタ特性はディファレンシャルモードでの挿入損失を、特に８００ＭＨｚ以上での高周波領域で大幅に低減できることが分かる。

また、このコモンモードノイズフィルタはガラス層９で平面コイル５ａ，５ｂを覆っているため、中空部８を内包しているにもかかわらず、耐候信頼性に優れたコモンモードノイズフィルタを実現できるという効果も有する。

以上のように、本発明にかかるコモンモードノイズフィルタは、コイル間の浮遊容量を小さくすることができるのでディファレンシャルモードでの挿入損失を低減し、コモンモードノイズを広帯域で低減できるコモンモードノイズフィルタが実現でき、各種電子機器に使用されるノイズ対策用部品として有用である。

本発明の実施の形態１におけるコモンモードノイズフィルタの斜視図同分解斜視図同図１のＡ−Ａ部における断面図同電気特性を示す特性図本発明の実施の形態２におけるコモンモードノイズフィルタの断面図同電気特性を示す特性図従来のコモンモードノイズフィルタの断面図

符号の説明

１ａ，１ｂ磁性層
２非磁性層
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅガラスセラミックグリーンシート
３外部端子電極
４中空セル部
５ａ，５ｂ平面コイル
６ａ，６ｂスルホール電極
７ａ，７ｂ引出電極
８中空部
９ガラス層

Claims

非磁性層と、この非磁性層を挟む磁性層と、前記非磁性層に埋設した対向する二つの平面コイルと、この平面コイルと電気的に接続される四つの外部端子電極を設けたコモンモードノイズフィルタであって、前記二つの平面コイルを中空セル構造を介して対向させたコモンモードノイズフィルタ。
非磁性層と、前記非磁性層を挟む磁性層と、前記非磁性層に埋設した対向する二つの平面コイルと、前記平面コイルと電気的に接続される四つの外部端子電極を設けたコモンモードノイズフィルタであって、内部に空洞を有するガラス層を介して前記二つの平面コイルを対向させたコモンモードノイズフィルタ。