JP2013030643A

JP2013030643A - コモンモードノイズフィルタ

Info

Publication number: JP2013030643A
Application number: JP2011166289A
Authority: JP
Inventors: Yoshiharu Omori; 吉晴大森; Atsushi Shinkai; 淳新海
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-07-29
Filing date: 2011-07-29
Publication date: 2013-02-07

Abstract

【課題】本発明は、特性インピーダンスに及ぼす影響が小さく、コモンモードノイズの減衰ピークとなる周波数を変更することができる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。
【解決手段】本発明のコモンモードノイズフィルタは、磁性体層１４を介して複数の非磁性体層１１ａ〜１１ｃの上方および下方に設けられた調整層１５と、前記複数の非磁性体層１１ａ〜１１ｃ、磁性体層１４、調整層１５で構成された積層体１６と、前記積層体１６の下面１６ａ、端面１６ｂおよび上面１６ｃに連続し、かつ互いに電気的に接続されないように設けられた一対の第１の外部電極１７、一対の第２の外部電極１８とを備え、前記調整層１５の誘電率を、前記複数の非磁性体層１１ａ〜１１ｃおよび磁性体層１４の誘電率より大きくするか、もしくは小さくしたものである。
【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。

従来のこの種のコモンモードノイズフィルタは、図６、図７に示すように、複数の絶縁層１ａ〜１ｅと、この複数の絶縁層１ａ〜１ｅを積層することによって形成された積層体２と、この積層体２の内部にそれぞれ形成された第１のコイル３、第２のコイル４と、この第１のコイル３、第２のコイル４それぞれの両端部に接続され、かつ前記積層体２の下面２ａ、端面２ｂおよび上面２ｃに連続して設けられた外部電極５とを備えるようにしていた。

なお、この出願の発明に関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３、第２のコイル４の自己共振によるコモンモードインピーダンスの増大で減衰ピークが発生し、その自己共振周波数において大きなコモンモード減衰量を得ることができる。携帯電話などでは、通信に使われる周波数帯（例えば９００ＭＨｚ帯）での大きなコモンモードノイズの減衰量確保の要望が強く、コモンモードノイズフィルタに対して、コモンモードノイズ減衰量が大きくなる共振周波数を調整し、前記通信周波数帯と同じ周波数に最適化することが望まれている。また近年の差動（ディファレンシャル）データ伝送ラインの高速化に伴い、ディファレンシャルモードでの挿入損失を減らすため、第１のコイル３、第２のコイル４が形成された絶縁層１ａ〜１ｃの材料を変更して誘電率を低く低損失にしたり、コイル形状や巻き数を最適化し低損失にしたりする傾向にあり、この場合、自己共振周波数が高くなり、前記例示した携帯電話周波数帯よりも自己共振周波数帯が高くなる場合も多い。

しかしながら、コモンモードノイズフィルタの共振周波数を変更するためには、第１のコイル３、第２のコイル４の巻き数や形状を変えたり、第１のコイル３、第２のコイル４が形成された絶縁層１ａ〜１ｃの材料を変更して誘電率を変えたりする必要があり、例えば、前記のように、高速化対応したコモンモードノイズフィルタで絶縁層１ａ〜１ｃの誘電率を高くし、自己共振点を低くすると、差動データ伝送ラインで規定されているディファレンシャルモードでの特性インピーダンスを低下劣化させインピーダンス不整合を招き、ディファレンシャルモードのデータ信号を劣化させてしまう恐れがある。

このように、第１のコイル３、第２のコイル４やその周辺の特性を変えると、特性インピーダンスが規定の範囲に入らない可能性があ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、特性インピーダンスに及ぼす影響が小さく、コモンモードノイズの減衰ピークとなる周波数を変更すること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。

上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、複数の非磁性体層と、前記複数の非磁性体層に設けられた第１のコイル、第２のコイルと、前記複数の非磁性体層の上面および下面に設けられた磁性体層と、前記磁性体層を介して前記複数の非磁性体層の上方および下方に設けられた調整層と、前記複数の非磁性体層、磁性体層、調整層で構成された積層体と、前記積層体の下面、端面および上面に連続し、かつ互いに電気的に接続されないように設けられた一対の第１の外部電極、一対の第２の外部電極とを備え、前記第１のコイルの両端部に前記一対の第１の外部電極を接続するとともに、前記第２のコイルの両端部に前記一対の第２の外部電極を接続し、前記調整層の誘電率を、前記複数の非磁性体層および磁性体層の誘電率より大きくするか、もしくは小さくしたもので、この構成によれば、調整層が、積層体の最外層に位置しかつ第１のコイル、第２のコイルやその周辺に位置しないため、調整層の誘電率によって一対の第１の外部電極間、一対の第２の外部電極間の浮遊容量を、特性インピーダンスに及ぼす影響が小さい状態で調整することができ、これにより、特性インピーダンスをほとんど変えることなくコモンモードノイズの減衰ピークとなる周波数を調整することができるという作用効果が得られるものである。

本発明の請求項２に記載の発明は、特に、一対の第１の外部電極、一対の第２の外部電極それぞれの少なくとも積層体の下面、上面を印刷で形成したもので、この構成によれば、この印刷する長さを調整することで、積層体の下面、上面における一対の第１の外部電極間の距離、一対の第２の外部電極間の距離を調整し、一対の第１の外部電極の浮遊容量、一対の第２の外部電極間の浮遊容量を調整できるため、コモンモードノイズの減衰ピークとなる周波数を所定の周波数に容易に設定できるという作用効果が得られるものである。

以上のように本発明のコモンモードノイズフィルタは、磁性体層を介して複数の非磁性体層の上方および下方に調整層を設けるようにしているため、調整層が、積層体の最外層に位置しかつ第１のコイル、第２のコイルやその周辺に位置せず、さらに、この調整層の誘電率を、複数の非磁性体層および磁性体層の誘電率より大きくするか、もしくは小さくしているため、調整層の誘電率によって一対の第１の外部電極間、一対の第２の外部電極間の浮遊容量を、特性インピーダンスに及ぼす影響が小さい状態で調整することができ、これにより、特性インピーダンスをほとんど変えることなくコモンモードノイズの減衰ピークとなる周波数を調整することができるという優れた効果を奏するものである。

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等価回路図同コモンモードノイズフィルタと従来のコモンモードノイズフィルタのコモンモード減衰特性を比較した図同コモンモードノイズフィルタと従来のコモンモードノイズフィルタの特性インピーダンスを比較した図従来の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

以下、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ついて、図面を参照しながら説明する。

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、第１〜第３の非磁性体層１１ａ〜１１ｃと、前記第１〜第３の非磁性体層１１ａ〜１１ｃに設けられた第１のコイル１２、第２のコイル１３と、前記第１〜第３の非磁性体層１１ａ〜１１ｃの上面および下面に設けられた磁性体層１４と、前記磁性体層１４を介して前記第１〜第３の非磁性体層１１ａ〜１１ｃの上方および下方に設けられた調整層１５と、前記第１〜第３の非磁性体層１１ａ〜１１ｃ、磁性体層１４、調整層１５で構成された積層体１６と、前記積層体１６の下面１６ａ、端面１６ｂおよび上面１６ｃに連続し、かつ互いに電気的に接続されないように設けられた一対の第１の外部電極１７、一対の第２の外部電極１８とを備え、前記第１のコイル１２の両端部に前記一対の第１の外部電極１７を接続するとともに、前記第２のコイル１３の両端部に前記一対の第２の外部電極１８を接続している。そして、前記調整層１５の比誘電率を、前記第１〜第３の非磁性体層１１ａ〜１１ｃおよび磁性体層１４の比誘電率より大きくしている。

上記構成において、前記第１〜第３の非磁性体層１１ａ〜１１ｃは、下から順に積層され、ガラスセラミック等のガラス、またはＣｕ−Ｚｎフェライトからなる非磁性材料により構成されている。なお、近年のデータ信号の高速伝送化に伴い、浮遊容量の低減と低損失化を図るため、前記第１〜第３の非磁性体層１１ａ〜１１ｃの材料として、比誘電率１０以下のものが一般的に使われ、近年では比誘電率が５を下回るものも使われつつある。

また、前記第１のコイル１２は、第１の引出用導体１２ａと第１の渦巻状導体１２ｂとで構成されている。そして、第１の引出用導体１２ａは第１の非磁性体層１１ａの下面に形成され、さらに、第１の渦巻状導体１２ｂは第１の非磁性体層１１ａの上面に形成されかつ第１の非磁性体層１１ａに形成されたビア電極１９ａを介して第１の引出用導体１２ａと接続されている。

そしてまた、前記第２のコイル１３は、第２の引出用導体１３ａと第２の渦巻状導体１３ｂとで構成されている。そして、第２の引出用導体１３ａは第３の非磁性体層１１ｃの上面に形成され、さらに、第２の渦巻状導体１３ｂは第２の非磁性体層１１ｂの上面に形成されかつ第３の非磁性体層１１ｃに形成されたビア電極１９ｂを介して第２の引出用導体１３ａと接続されている。このとき、第１の渦巻状導体１２ｂと第２の渦巻状導体１３ｂとは、第２の非磁性体層１１ｂを介し上面視にて対向するように設けられている。

上記した前記第１、第２の引出用導体１２ａ、１３ａ、第１、第２の渦巻状導体１２ｂ、１３ｂは、銀などの導電材料をめっきすることにより形成される。さらに、ビア電極１９ａ、１９ｂは、第１の非磁性体層１１ａ、第３の非磁性体層１１ｃ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形成する。

また、前記磁性体層１４は、Ｎｉ―Ｚｎフェライト等の磁性材料により構成され、第１の引出用導体１２ａの下面と第２の引出用導体１３ａの上面に形成されている。そして、その比誘電率は約１３のものが使用される。

なお、第１の引出用導体１２ａ、第２の引出用導体１３ａは必ずしも磁性体層１４に接する必要はなく、非磁性体層の内部に形成してもよい。また、第１のコイル１２、第２のコイル１３を渦巻き状の導体で構成するのではなく、螺旋状の導体で構成してもよい。

さらにまた、前記調整層１５は、上方の磁性体層１４の上面、下方の磁性体層１４の下面に形成され、この調整層１５と第１〜第３の非磁性体層１１ａ〜１１ｃとで磁性体層１４を挟むように構成している。この結果、調整層１５が積層体１６の最外層に位置することになり、積層体１６の上面、下面に露出した状態となるため、調整層１５は一対の第１の外部電極１７間、一対の第２の外部電極１８間の浮遊容量に影響を与える。

そして、この浮遊容量調整層１５は、その誘電率が第１〜第３の非磁性体層１１ａ〜１１ｃおよび磁性体層１４の比誘電率より大きく、誘電正接ｔａｎδが低い材料で構成されている。また、この材料としてＢｉＣａＮｂＯ系ガラスセラミックが使用できる。そして、この材料は比誘電率が約５８と大きくｔａｎδが０．００１（１ＧＨｚにおいて）と小さくなっている。このようにｔａｎδが小さく、コンデンサとしてのエネルギー損失が小さい材料を用いることで、コイル１２、１３の自己共振によるコモンモード減衰量のピークが鈍らずに高減衰を確保することができる。

なお、非磁性体層１１ａ〜１１ｃ、磁性体層１４、調整層１５の枚数は、図１に示された枚数と異なる枚数でもよく、第１のコイル１２と第２のコイル１３との磁気結合を高くするために、渦巻状導体１２ｂ、１３ｂの渦巻きの中心部に磁性材料を形成してもよい。

上記したように第１〜第３の非磁性体層１１ａ〜１１ｃ、磁性体層１４、調整層１５を構成することによって積層体１６が形成される。そして、この積層体１６の両側面には、一対の第１の外部電極１７、一対の第２の外部電極１８が形成されている。

さらにまた、前記第１の外部電極１７、第２の外部電極１８は、積層体１６の下面１６ａ、端面１６ｂおよび上面１６ｃに連続するようにコ字状に形成され、かつ互いに電気的に接続されないようになっている。なお、積層体１６の一端部に形成された第１の外部電極１７、第２の外部電極１８は入力用外部電極、積層体１６の他の一端部に形成された第１の外部電極１７、第２の外部電極１８は出力用外部電極となる。そして、第１の外部電極１７は第１のコイル１２の両端部、すなわち、第１の引出用導体１２ａの一端部および第１の渦巻状導体１２ｂの一端部にそれぞれ接続されている。同様に、第２の外部電極１８は第２のコイル１３の両端部、すなわち、第２の引出用導体１３ａの一端部および第３の渦巻状導体１３ｂの一端部にそれぞれ接続されている。

また、第１の外部電極１７、第２の外部電極１８は、積層体１６の下面１６ａ、端面１６ｂおよび上面１６ｃに連続するように、かつ第１、第２のコイル１２、１３の各両端部とそれぞれ接続されるように銀をローラ転写で一体的に印刷することによって形成する。なお、上記第１の外部電極１７、第２の外部電極１８の表面にめっきによってニッケルめっき層を形成し、さらにこのニッケルめっき層の表面にめっきによってすずやはんだ等の低融点金属めっき層を形成する。

ここで、図３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等価回路図を示す。図３から分かるように、第１のコイル１２と第２のコイル１３との間に浮遊容量Ｃ０が発生し、一対の第１の外部電極１７間、一対の第２の外部電極１８間に浮遊容量Ｃ１が発生する。

上記したように本発明の一実施の形態においては、磁性体層１４を介して複数の非磁性体層１１ａ〜１１ｃの上方および下方に調整層１５を設けるようにしているため、調整層１５が、積層体１６の最外層に位置しかつ第１のコイル１２、第２のコイル１３やその周辺に位置せず、さらに、この調整層１５の比誘電率を、複数の非磁性体層１１ａ〜１１ｃおよび磁性体層１４の誘電率より大きくしているため、調整層１５の比誘電率によって一対の第１の外部電極１７間、一対の第２の外部電極１８間の浮遊容量を、特性インピーダンスにほとんど影響を及ぼすことなく調整することができ、これにより、特性インピーダンスをほとんど変えることなくコモンモードノイズの減衰ピークとなる周波数を変更することができるという効果が得られるものである。

すなわち、図２に示すように一対の第１の外部電極１７間、一対の第２の外部電極１８間の積層体１６表面に浮遊容量Ｃ１が発生するが、調整層１５の比誘電率を大きくすることでこの浮遊容量Ｃ１を増加させることができるため、コモンモードノイズの減衰ピークとなる周波数を低周波側にすることができ、また、調整層１５の材料を変えて調整層１５の比誘電率を調整すれば、コモンモードノイズの減衰ピークとなる周波数を調整でき、例えば、携帯電話の通信周波数である８００〜９００ＭＨｚでのノイズを効果的に抑制できる。そして、第１のコイル１２と第２のコイル１３の巻き数及び形状、前記第１〜第３の非磁性体層１１ａ〜１１ｃの材料を変更していないため、複数の非磁性体層１１ａ〜１１ｃにおいて第１のコイル１２と第２のコイル１３との間に発生する浮遊容量Ｃ０は変わらないため、特性インピーダンスに影響を及ぼす可能性は小さい。

また、小型化された場合は、一対の第１の外部電極１７間、一対の第２の外部電極１８間の距離が短くなるため、一対の第１の外部電極１７間の浮遊容量、一対の第２の外部電極１８間の浮遊容量の影響が大きくなるが、本発明では、このことを利用し、コモンモードノイズの減衰ピークとなる周波数を調整することを容易にする。

図４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と従来のコモンモードノイズフィルタのコモンモード減衰特性を比較した図である。

図４から明らかなように、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は、コモンモードノイズの減衰ピークとなる周波数を、携帯電話の通信周波数である８００〜９００ＭＨｚに調整できる。

また、第１〜第３の非磁性体層１１ａ〜１１ｃの低誘電率化に伴い、第１のコイル１２、第２のコイル１３の自己共振周波数が高周波化したため、従来例で示すようにコモンモード減衰量のピークは１ＧＨｚを超えるような特性になる傾向にあり、携帯電話の通信周波数である８００〜９００ＭＨｚ近傍よりも高くなり、この通信周波数帯でのコモンモード減衰量が小さくなる傾向にある。

図５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と従来のコモンモードノイズフィルタの特性インピーダンスを比較した図である。

図５から明らかなように、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特性インピーダンスは、ほとんど影響を受けていないことがわかる。

なお、上記図４、図５において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としては、図６における最上層、最下層の絶縁層１ｄ、１ｅの１枚のみを、他の絶縁層の比誘電率より大きい比誘電率の調整層１５に換えたものを使用した。

ここで、調整層１５の比誘電率を、複数の非磁性体層１１ａ〜１１ｃおよび磁性体層１４の比誘電率より大きくしたのは、上述したように、近年のデータ信号の高速伝送化に伴い、浮遊容量の低減と低損失化を図るため、第１〜第３の非磁性体層１１ａ〜１１ｃの材料として比誘電率が４〜７程度のものを使用した際、調整層１５の比誘電率がこの第１〜第３の非磁性体層１１ａ〜１１ｃの比誘電率と非常に大きな差があるため、コモンモードノイズの減衰ピークを動かすことができるためである。

なお、上記した本発明の一実施の形態においては、調整層１５の誘電率を、複数の非磁性体層１１ａ〜１１ｃおよび磁性体層１４の誘電率より大きいものについて説明したが、調整層１５の誘電率を複数の非磁性体層１１ａ〜１１ｃおよび磁性体層１４の誘電率より小さくして、コモンモードノイズの減衰ピークとなる周波数を高周波側に変更させるようにしてもよい。

また、積層体１６の少なくとも下面１６ａや上面１６ｃに位置する一対の外部電極１７、１８を印刷で形成してもよい。このとき、この印刷する長さを調整することで、積層体１６の下面１６ａ、上面１６ｃにおける一対の第１の外部電極１７間の距離、一対の第２の外部電極１８間の距離を調整し、一対の第１の外部電極１７間の浮遊容量Ｃ１、一対の第２の外部電極１８間の浮遊容量Ｃ１を調整できるため、コモンモードノイズの減衰ピークとなる周波数を所定の周波数に容易に設定できる。

本発明に係るコモンモードノイズフィルタは、特性インピーダンスに及ぼす影響が小さく、コモンモードノイズの減衰ピークとなる周波数を変更することができるという効果を有するものであり、特にデジタル機器やＡＶ機器、情報通信端末等の各種電子機器のノイズ対策として使用されるコモンモードノイズフィルタ等において有用となるものである。

１１ａ〜１１ｃ非磁性体層
１２第１のコイル
１３第２のコイル
１４磁性体層
１５調整層
１６積層体
１６ａ積層体の下面
１６ｂ積層体の端面
１６ｃ積層体の上面
１７第１の外部電極
１８第２の外部電極

Claims

複数の非磁性体層と、前記複数の非磁性体層に設けられた第１のコイル、第２のコイルと、前記複数の非磁性体層の上面および下面に設けられた磁性体層と、前記磁性体層を介して前記複数の非磁性体層の上方および下方に設けられた調整層と、前記複数の非磁性体層、磁性体層、調整層で構成された積層体と、前記積層体の下面、端面および上面に連続し、かつ互いに電気的に接続されないように設けられた一対の第１の外部電極、一対の第２の外部電極とを備え、前記第１のコイルの両端部に前記一対の第１の外部電極を接続するとともに、前記第２のコイルの両端部に前記一対の第２の外部電極を接続し、前記調整層の誘電率を、前記複数の非磁性体層および磁性体層の誘電率より大きくするか、もしくは小さくしたコモンモードノイズフィルタ。
一対の第１の外部電極、一対の第２の外部電極それぞれを少なくとも積層体の下面、上面に印刷で形成した請求項１記載のコモンモードノイズフィルタ。