JP2015192149A - 回路保護素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の周波数帯域のノイズを抑えることができ、しかも、実装面積を狭めることのできる回路保護素子を提供する。【解決手段】水平方向に少なくとも2以上の導電パターンが所定の間隔だけ隔てられてそれぞれ形成されて垂直方向に積み重ねられた複数枚のシートを有する。垂直方向に少なくとも2つの導電パターンが接続されて一つの共通モードノイズフィルタ2000をなし、水平方向に少なくとも2以上の共通モードノイズフィルタ2000が設けられた回路保護素子である。【選択図】図2
Description
本発明は、回路保護素子に係り、特に、複数の周波数帯域のノイズを抑えることができ、しかも、実装面積を狭めることのできる回路保護素子に関する。
最近のメディアおよび文化コンテンツの多様化と映像および音声の質の向上には目を見張るものがあり、これに伴い、電子機器が転送すべきデータの量も急増しつつある。データ転送規格(Universal Serial Bus;USB)の場合、最近まで2.0規格が広く用いられていた。USB2.0の速度は480Mbpsであり、高画質の映像コンテンツが主として消費される前には転送速度が十分に速かったが、現在はユーザが不便さを感じるほど遅い。
これに対し、USB3.0はUSB2.0に比べて速度が10倍以上速くて転送速度が5.0Gbpsであり、現在消費されている高画質のコンテンツの転送に適した規格である。USB3.0は、パソコン(PC)と外部記憶媒体(外付けハードディスク、USBメモリスティックなど)に先に適用され、最近にはスマートフォンにもその機能が搭載されている。スマートフォンに高画質の液晶表示装置(LCD)と高画質の撮影が行えるカメラなどの機能があるため、USB3.0の搭載は当然且つ自然な流れである。USB3.0機能が高価なスマートフォンから搭載されており、中低価格タイプのスマートフォンへの機能の搭載が拡大される見込みである。
USB3.0が電子機器に搭載されるとき、既存のUSB2.0を代替するわけではなく、USB2.0はそのままにしておき、USB3.0関連のチップセットをさらに器機の内部に設け、外部と接続されるコネクタのピン数を増やしてUSB2.0及びUSB3.0が併用されるようにしている。データラインの数からみて、既存のUSB2.0は2本のラインであるのに対し、USB3.0は4本のラインであるため、USB3.0機能が搭載された器機は合計で6本のUSBデータラインを電子機器の内部に設けることを余儀なくされる。普通、USB通信を行うとき、USB信号が発せられて他の電子機器や電子機器内の他の回路に電磁妨害(EMI:electro magnetic interference)ノイズ源(noise source)として働く場合が多いため、一般に、USBラインに電磁妨害(EMI)フィルタを設ける。USB3.0を追加する場合、データラインに合計で3つの電磁妨害(EMI)フィルタを設けることが必要であるが、合計で6ライン、すなわち、3フェア(pair)にフェア別にフィルタを設ける。すなわち、合計で6ラインに2ラインおきにフィルタを設けて3個のフィルタが必要になる。このようなフィルタとしては、2つのチョークコイル(choke coil)が一つにまとめられた構造を有する共通モードノイズフィルタ(common mode noise filter)が使用可能である。共通モードノイズフィルタの例は、例えば、下記の特許文献1に記載されている。
ところが、一般器機とは異なり、スマートフォンの場合、印刷回路基板(PCB:printed circuit board)の面積が狭いため、3つのフィルタを別々に設けると、実装面積が広くなってしまう。なお、USB2.0及びUSB3.0においては転送速度が10倍以上異なるため、フィルタの遮断周波数特性も変わってくる。
本発明は、上記従来の回路保護素子における問題点に鑑みてなされたものであって、本発明が解決しようとする課題は、実装面積を狭めることのできる回路保護素子を提供することにある。
本発明が解決しようとする他の課題は、実装面積を狭め、且つ、少なくとも2以上の遮断周波数を有する回路保護素子を提供することにある。
本発明が解決しようとするさらに他の課題は、USB2.0ラインおよびUSB3.0ラインに実装されてこれらのノイズをそれぞれ抑えることのできる回路保護素子を提供することにある。
上記の課題を解決するために、上記本発明の実施形態による回路保護素子は、水平方向に少なくとも2以上の導電パターンが互いに隔てられてそれぞれ形成されたシートが垂直方向に複数枚積み重ねられ、垂直方向に少なくとも2つの導電パターンが接続されて一つの共通モードノイズフィルタをなし、水平方向に少なくとも2以上の共通モードノイズフィルタが設けられることを特徴とする。
好ましくは、前記導電パターンは、コイルパターン、直線パターン、曲線パターンを含む。
また、好ましくは、水平方向に形成された少なくとも2以上の前記コイルパターンは、少なくとも2以上の回転数を有する。
さらに、好ましくは、前記複数枚のシートは、少なくとも2以上の伝導性物質が埋め込まれた孔および前記導電パターンとそれぞれ接続される少なくとも2以上の第1の引出電極をさらに有する。
さらに、好ましくは、前記伝導性物質が埋め込まれた孔を介して前記導電パターンが垂直方向に接続される。
さらに、好ましくは、本発明の実施形態による回路保護素子は、前記少なくとも2以上の伝導性物質が埋め込まれた孔と、前記少なくとも2以上の導電パターンおよび前記少なくとも2以上の第1の引出電極がそれぞれ形成された第1乃至第4のシートを有し、前記第1のシートの前記導電パターンが前記第1および第2のシートに形成された前記孔を介して前記第3のシートの前記導電パターンとそれぞれ接続され、前記第2のシートの前記導電パターンが前記第2および第3のシートに形成された前記孔を介して前記第4のシートの前記導電パターンとそれぞれ接続され、前記上下に接続される導電パターンのいずれか一つは、コイルパターンである。
さらに、好ましくは、前記コイルパターンのうちの少なくともいずれか一つは、他のコイルパターンに比べて回転数がさらに多い。
さらに、好ましくは、本発明の実施形態による回路保護素子は、前記少なくとも2以上の回転数をそれぞれ有する第1乃至第4のコイルパターンがそれぞれ形成された第1乃至第4のシートを有し、前記第1のシートの前記第1のコイルパターンが前記第1および第2のシートに形成された前記孔を介して前記第3のシートの前記第3のコイルパターンとそれぞれ接続され、前記第2のシートの前記前記第2のコイルパターンが前記第2および第3のシートに形成された前記孔を介して前記第4のシートの前記第4のコイルパターンとそれぞれ接続される。
さらに、好ましくは、前記第1および第3のコイルパターンは同じ回転数を有し、前記第2のコイルパターンは前記第1および第3のコイルパターンよりも多い回転数を有する。
さらに、好ましくは、前記第1乃至第3のコイルパターンがそれぞれ上下に接続されて第1乃至第3の共通モードノイズフィルタをそれぞれなし、前記第1および第3の共通モードノイズフィルタがUSB3.0チップセットと接続されるUSB3.0ラインに接続され、前記第2の共通モードノイズフィルタはUSB2.0チップセットと接続されるUSB2.0ラインに接続される。
さらに、好ましくは、前記第1および第3の共通モードノイズフィルタは、差動モードにおいて7GHz〜9GHzの遮断周波数を有し、前記第2の共通モードノイズフィルタは、差動モードにおいて4GHz〜5GHzの遮断周波数を有する。
さらに、好ましくは、前記第1および第3の共通モードノイズフィルタは、共通モードにおいて2GHzの遮断周波数を有し、前記第2の共通モードノイズフィルタは、共通モードにおいて1GHzの遮断周波数を有する。
さらに、好ましくは、本発明の実施形態による回路保護素子は、前記複数枚のシートが積み重ねられた積層体の相対向する両側面に設けられて前記少なくとも2以上の第1の引出電極と接続される少なくとも2以上の第1の外部電極をさらに有する。
さらに、好ましくは、本発明の実施形態による回路保護素子は、前記共通モードノイズフィルタの少なくとも一つのコイルパターンの中心に形成された磁芯をさらに有する。
さらに、好ましくは、本発明の実施形態による回路保護素子は、前記少なくとも一つの共通モードノイズフィルタの下側に設けられて静電気放電 (ESD)を防護する静電気放電 (ESD)保護素子をさらに有する。
さらに、好ましくは、前記静電気放電 (ESD)保護素子は、静電気放電 (ESD)保護物質が埋め込まれた複数の孔と、前記孔から前記少なくとも2以上の第1の引出電極と同じ方向に形成された少なくとも2以上の第2の引出電極と、を有する。
さらに、好ましくは、前記静電気放電 (ESD)保護素子は、前記第2の引出電極と直交する方向に形成された第3の引出電極をさらに有する。
さらに、好ましくは、本発明の実施形態による回路保護素子は、前記積層体の相対向する両側面に設けられて前記第3の引出電極と接続される第2の外部電極をさらに有する。
本発明の実施形態による回路保護素子は、少なくとも2以上の共通モードノイズフィルタが一つのパッケージ内に実現されて少なくとも2以上の遮断周波数特性を有する。本発明の実施形態による回路保護素子は、例えば、USB2.0チップセットおよびUSB3.0チップセットとUSBコネクタとの間のUSBラインに実装されることにより、USBラインのノイズを抑えることができる。
したがって、一つの共通モードノイズフィルタがパッケージングされた回路保護素子を通信ラインにそれぞれ設ける従来に比べて回路保護素子の数を減らすことができ、これにより、回路保護素子の実装面積を狭めることができる。また、少なくとも2以上の周波数帯域のノイズを抑えることができ、これにより、様々な周波数の機能を採用するスマートフォンなどの携帯用の電子機器に用いられて電子機器の品質を向上させることができる。
以下、添付図面に基づき、本発明の実施形態を詳述する。しかしながら、本発明は、後述する実施形態に何ら限定されるものではなく、異なる種々の形態で実現される。単に、これらの実施形態は、本発明の開示を完全たるものにし、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものである。複数の層および各領域を明確に表現するために厚さを拡大して示し、図中、同じ符号は同じ構成要素を示す。
図1は、本発明の一実施形態による回路保護素子の結合斜視図であり、図2は、同断面図であり、図3は、同分解斜視図である。
本発明の一実施形態による回路保護素子は、図1に示すように、複数枚の絶縁シートが積み重ねられた積層体100からなるが、図2および図3に示すように、上から上部カバー層1000と、少なくとも2以上の共通モードノイズフィルタ2100、2200、2300(2000)および下部カバー層3000を備える。また、本発明の一実施形態による回路保護素子は、積層体100の相対向する両側面に形成されて少なくとも2以上の共通モードノイズフィルタ2000と接続される外部電極4100、4200、4300(4000)をさらに有してもよい。
上部カバー層1000および下部カバー層3000は、矩形状の磁性体シートが複数枚積み重ねられてそれぞれ設けられる。このとき、磁性体シートは、短辺および長辺が、例えば、1:3の長さ比を有する。また、上部カバー層1000および下部カバー層3000は同じ厚さに設けられ、これらの間に設けられる共通モードノイズフィルタ2000の厚さよりも薄く設けられる。しかしながら、上部カバー層1000と、共通モードノイズフィルタ2000および下部カバー層3000を同じ厚さに設けてもよく、異なる厚さに設けてもよい。
共通モードノイズフィルタ2000は、上部カバー層1000と下部カバー層3000との間に設けられる。このような共通モードノイズフィルタ2000は、複数枚のシート110〜140が積み重ねられ、複数枚のシート110〜140に形成されたそれぞれ複数のコイルパターン、伝導性物質が埋め込まれた孔、引出電極を有する。すなわち、複数枚のシート110〜140の上部には少なくとも2以上のコイルパターンがそれぞれ形成され、シートの積層方向、すなわち、垂直方向の少なくとも2以上のコイルパターンが伝導性物質が埋め込まれた孔、すなわち、垂直接続配線を介して接続される。このため、垂直方向に接続された複数のコイルパターンが一つの共通モードノイズフィルタ2000を形成し、これにより、水平方向に少なくとも2以上の共通モードノイズフィルタ2100、2200、2300が形成される。すなわち、一つの回路保護素子内に少なくとも2以上の共通モードノイズフィルタ2000が設けられるが、本発明の実施形態においては、3つの共通モードノイズフィルタ2100、2200、2300が形成された場合を例にとって説明する。ここで、第1のシート110の上には少なくとも2以上のコイルパターン211、221、231と複数の伝導性物質が埋め込まれた孔111、112、113が形成され、第2のシート120の上には少なくとも2以上のコイルパターン212、222、232と複数の伝導性物質が埋め込まれた孔121、122、123、124、125、126が形成され、第3のシート130の上には少なくとも2以上のコイルパターン213、223、233と複数の伝導性物質が埋め込まれた孔131、132、133が形成され、第4のシート140の上には少なくとも2以上のコイルパターン214、224、234が形成される。また、第1のシート110に形成された少なくとも2以上のコイルパターン211、221、231は、第3のシート130に形成された少なくとも2以上のコイルパターン213、223、233と第1のシート110に形成された複数の伝導性物質が埋め込まれた孔111、112、113および第2のシート120に形成された複数の伝導性物質が埋め込まれた孔122、124、126を介してそれぞれ接続され、第2のシート120に形成された少なくとも2以上のコイルパターン212、222、232は、第4のシート140に形成された少なくとも2以上のコイルパターン214、224、234と第2のシート120に形成された複数の伝導性物質が埋め込まれた孔121、123、125および第3のシート130に形成された複数の伝導性物質が埋め込まれた孔131、132、133を介して接続される。すなわち、第1のシート110のコイルパターン211が第3のシート130のコイルパターン213と垂直接続配線312を介して接続され、第2のシート120のコイルパターン212が第4のシート140のコイルパターン214と垂直接続配線311を介して接続されて第1の共通モードノイズフィルタ2100が形成される。さらに、第1のシート110のコイルパターン221が第3のシート130のコイルパターン223と垂直接続配線322を介して接続され、第2のシート120のコイルパターン222が第4のシート140のコイルパターン224と垂直接続配線321を介して接続されて第2の共通モードノイズフィルタ2200が形成される。加えて、第1のシート110のコイルパターン231が第3のシート130のコイルパターン233と垂直接続配線332を介して接続され、第2のシート120のコイルパターン232が第4のシート140のコイルパターン234と垂直接続配線331を介して接続されて第3の共通モードノイズフィルタ2300が形成される。ここで、垂直接続配線311、312、321、322、331、332は、導電性物質が埋め込まれた複数の孔が接触されて形成される。一方、共通モードノイズフィルタ2100、2200、2300(2000)は、コイルパターンの回転数が少なくとも2以上であり、これにより、少なくとも2以上のインピーダンス特性を有する。すなわち、第1および第3の共通モードノイズフィルタ2100、2300がUSB3.0ラインに接続され、第2の共通モードノイズフィルタ2200がUSB2.0ラインに接続されるが、第1および第3の共通モードノイズフィルタ2100、2300はコイルパターンの回転数が等しく、第2の共通モードノイズフィルタ2200のコイルパターンの回転数とは異なる。例えば、第1および第3の共通モードノイズフィルタ2100、2300は、第2の共通モードノイズフィルタ2200のコイルパターンの回転数に等しいかそれよりも小さいが、コイルパターンの回転数の比が、例えば、1:1〜1:10である。
外部電極4000は、積層体100の第1の側面およびこれと向かい合う第2の側面にそれぞれ設けられる。すなわち、シートの積層方向が垂直方向であるとしたとき、積層体の水平方向の向かい合う両長辺の側面に外部電極4000が形成される。また、外部電極4000は、少なくとも2以上の共通モードノイズフィルタ2100、2200、2300のそれぞれに対して第1および第2の側面にそれぞれ2つ設けられる。このため、3つの共通モードノイズフィルタ2100、2200、2300に対して第1および第2の側面にそれぞれ6個の外部電極4000が形成される。すなわち、第1の共通モードノイズフィルタ2100と接続される第1の外部電極4110、4120、4130、4140と、第2の共通モードノイズフィルタ2200と接続される第2の外部電極4210、4220、4230、4240と、第3の共通モードノイズフィルタ2300と接続される第3の外部電極4310、4320、4330、4340と、を有する。これらの外部電極4000は、入力端子と出力端子との間にそれぞれ接続される。すなわち、回路保護素子の一方の側面に形成された外部電極4000は信号入力端子に接続され、これと対応する他方の側面に形成された外部電極4000は出力端子、例えば、システムに接続される。
一方、前記実施形態においては、スパイラル状の上下に両コイルパターンが接続されて一つのインダクタを実現しているが、インダクタを実現する一方の導電パターンはスパイラル状のコイルパターンにより形成され、これと垂直方向に接続される他方の導電パターンは直線状、曲線状など様々な形状を有する。すなわち、本発明の共通モードノイズフィルタは両導電パターンが上下に接続されてインダクタをなし、両導電パターンのうちの少なくともいずれか一方がスパイラル状を有し、このとき、他方はスパイラル状ではなく、他の形状を有する。
以下、このような本発明の一実施形態による回路保護素子の共通モードノイズフィルタについて、図3の分解斜視図を用いてより詳細に説明する。
共通モードノイズフィルタ20は、図3に示すように、複数枚のシート110〜140と、複数枚のシート110〜140に選択的に形成されて導電物質が埋め込まれた複数の孔111、112、113、121、122、123、124、125、126、131、132、133と、シート110、120、130、140の上に形成された複数のコイルパターン211、221、231、212、222、232、231、232、233、241、242、243と、シート110、120、130、140の上に形成され、複数のコイルパターン211、221、231、212、222、232、231、232、233、241、242、243と接続されて外部に引き出される複数の引出電極411、421、431、412、422、432、413、423、433、414、424、434と、を有する。以下、このような共通モードノイズフィルタ2000の構成についてより詳細に説明する。
第1のシート110には、複数の孔111、112、113と、複数のコイルパターン211、221、231および引出電極411、421、431が形成される。シート110は、所定の厚さを有する略矩板状に設けられ、短辺および長辺が、例えば、1:3の長さ比を有する。すなわち、シート110は、長辺が短辺よりも例えば、3倍ほどさらに長い矩形状を有する。複数の孔111、112、113は、シート110の所定の領域、例えば、短辺の中央領域から長辺に向かって所定の間隔だけ隔てられて第1のシート110を貫通するように形成される。このとき、孔111、112、113同士の間隔は等しい。孔111、112、113には導電物質が埋め込まれるが、金属物質のペーストが埋め込まれる。これらの導電物質が埋め込まれた孔111、112、113は、垂直接続配線312、322、332の一部となる。また、複数のコイルパターン211、221、231は、導電物質を、例えば、印刷して螺旋状に形成するが、複数の孔111、112、113のそれぞれから一方向に回転して所定の回転数で形成される。このとき、複数のコイルパターン211、221、231は互いに所定の間隔だけ隔てられるように複数の孔111、112、113のそれぞれから、例えば、時計周り方向に回転する。また、複数のコイルパターン211、221、231は、第2のシート120の孔121、123、125が形成された領域には形成しないことが好ましい。このため、複数のコイルパターン211、221、231は孔111、112、113から一方向、例えば、一短辺方向に延び、そこから孔111、112、113および第2のシート120の孔121、123、125が形成された領域の周りに沿って複数の回転数だけ回転して形成される。このとき、複数のコイルパターン211、221、231は、線幅および間隔が等しくてもよく、少なくともいずれか一つの線幅および間隔が異なってもよい。また、複数のコイルパターン211、221、231は回転数が等しくてもよく、少なくともいずれか一つの回転数が異なってもよい。例えば、第2のコイルパターン221は、第1および第3のコイルパターン211、231よりも回転数がさらに多いが、例えば、1:1〜10:1の回転数の比を有する。さらに、複数のコイルパターン211、221、231の先端は、引出電極411、421、431と接続される。引出電極411、421、431は所定の幅に形成されて第1のシート110の一つの長辺に露設される。例えば、引出電極411、421、431は、第1のシート110の一長辺方向に延設されるが、第1のシート110の複数の孔111、112、113からコイルパターン211、221、231が延びた方向とは反対方向の第1のシート110の一つの長辺に露設される。
第2のシート120には複数の孔121、122、123、124、125、126と、複数のコイルパターン212、222、232および引出電極412、422、432が形成される。第2のシート120は、第1のシート110と同じ厚さおよび形状を有する矩形板状に設けられる。複数の孔121、122、123、124、125、126は、所定の領域、例えば、短辺の中央領域から長辺に向かって所定の間隔だけ隔てられて第2のシート120を貫通するように形成される。このとき、孔122、124、126は、第1のシート110の孔111、112、113と同じ個所に形成される。また、孔121、123、125は、孔122、124、126から所定の間隔だけ隔てられて形成される。孔121、122、123、124、125、126は、例えば、金属物質のペーストによって埋め込まれる。さらに、孔122、124、126は、導電物質によって第1のシート110の孔111、112、113に埋め込まれた導電物質とそれぞれ接続される。このため、孔122、124、126は、垂直接続配線312、322、323の一部となる。加えて、導電物質が埋め込まれた孔121、123、125は、垂直接続配線311、321、331の一部となる。複数のコイルパターン212、222、232のそれぞれは、孔121、123、125から一方向に回転して所定の回転数で形成される。このとき、複数のコイルパターン212、222、232は、孔122、124、126を通過しないように形成される。このため、複数のコイルパターン212、222、232は、孔121、123、125から一方向、例えば、一短辺方向に延び、そこから孔121、122、123、124、125、126が形成された領域の周りに沿って複数の回転数だけ回転して形成される。このとき、複数のコイルパターン212、222、232は、線幅および間隔が等しくてもよく、少なくともいずれか一つの線幅および間隔が異なってもよい。また、複数のコイルパターン212、222、232は、回転数が等しくてもよく、少なくともいずれか一つの回転数が異なってもよい。例えば、第2のコイルパターン222は、第1および第3のコイルパターン212、232よりも回転数が多いが、例えば、1:1〜10:1の回転数の比を有する。さらに、第2のシート120の上に形成されたコイルパターン212、222、232のそれぞれは、これと対応する第1のシート110の上に形成されたコイルパターン211、221、231のそれぞれと同じ方向に回転して同じ回転数で形成される。一方、複数のコイルパターン212、222、232の先端は、引出電極412、422、432と接続される。引出電極412、422、432は、所定の幅に形成されて第2のシート120の一方の辺に露設される。このとき、引出電極412、422、432は、第1のシート110に形成された引出電極411、421、431から所定の間隔だけ隔てられて同じ方向に露設される。
第3のシート130には、複数の孔131、132、133と、複数のコイルパターン213、223、233と、複数本の水平接続配線511、512、513および複数の引出電極413、423、433が形成される。第3のシート130は、第1および第2のシート110、120と同じ厚さおよび形状を有する略矩形板状に設けられる。複数の孔131、132、133は、第3のシート130を貫通して形成されるが、第2のシート120の孔121、123、125と同じ個所に形成される。また、複数の孔131、132、133には、例えば、金属物質のペーストが埋め込まれる。このため、孔131、132、133は、第2のシート120の孔121、123、125と接続されて垂直接続配線311、321、331の一部となる。水平接続配線511、512、513は、孔131、132、133から所定の間隔だけ隔てられて形成され、第2のシート120の孔122、124、126と同じ個所に形成される。さらに、複数のコイルパターン213、223、233は、複数の接続配線511、512、513から一方向に回転して所定の回転数で形成される。このとき、複数のコイルパターン213、223、233は、第3のシート130の上に形成された孔131、132、133を通過しないように形成される。このため、複数のコイルパターン213、223、233は、水平接続配線511、512、513から一方向、例えば、一短辺方向に延び、そこから孔131、132、133および水平接続配線511、512、513が形成された領域の周りに沿って複数の回転数だけ回転して形成される。このとき、複数のコイルパターン213、223、233は、線幅および間隔が等しくてもよく、少なくともいずれか一つの線幅および間隔が異なってもよい。また、複数のコイルパターン213、223、233は、回転数が等しくてもよく、少なくともいずれか一つの回転数が異なってもよい。例えば、第2のコイルパターン223は、第1および第3のコイルパターン213、233よりも回転数がさらに多いが、例えば、1:1〜10:1の回転数の比を有する。さらに、第3のシート130の上に形成されたコイルパターン213、223、233のそれぞれは、それと対応する第1のシート110の上に形成されたコイルパターン211、221、231および第2のシート120の上に形成されたコイルパターン212、222、232のそれぞれと同じ方向に回転して同じ回転数で形成される。一方、複数のコイルパターン213、223、233の先端は、引出電極413、423、433と接続される。引出電極413、423、433は、所定の幅に形成されて第3のシート130の一方の辺に露設される。このとき、引出電極413、423、433は、第1のシート110に形成された引出電極411、421、431とは反対方向に、且つ、同じ個所に同じ幅に形成される。
第4のシート140には、複数のコイルパターン214、224、234と、複数本の水平接続配線521、522、523および複数の引出電極414、424、434が形成される。第4のシート140は、所定の厚さを有する略矩形板状に設けられ、シート110、120、130と同じ形状に設けられる。水平接続配線521、522、523は、一方向に隔てられて第4のシート140の所定の領域に形成される。例えば、複数本の水平接続配線521、522、523は、第3のシート130の複数の孔131、132、133と同じ領域に形成される。また、複数のコイルパターン214、224、234は、複数本の水平接続配線521、522、523のそれぞれから一方向に回転して所定の回転数で形成される。このとき、複数のコイルパターン214、224、234は、第4のシート140の上の接続配線521、522、523の周りに形成される。例えば、複数のコイルパターン214、224、234は、接続配線521、522、523から一方向、例えば、一短辺方向に延び、そこから第3のシート130に形成された複数のコイルパターン213、223、233と同じ形状に形成される。このとき、複数のコイルパターン214、224、234は、線幅および間隔が等しくてもよく、少なくともいずれか一つの線幅および間隔が異なってもよい。さらに、複数のコイルパターン214、224、234は、回転数が等しくてもよく、少なくともいずれか一つの回転数が異なってもよい。例えば、第2のコイルパターン224は、第1および第3のコイルパターン214、234よりも回転数がさらに多いが、例えば、1:1〜10:1の回転数の比を有する。一方、複数のコイルパターン214、224、234の先端は、引出電極414、424、434と接続される。引出電極414、424、434は、所定の幅に形成されて第4のシート140の一方の辺に露設される。このとき、引出電極414、424、434は、第2のシート120に形成された引出電極412、422、432とは反対方向に、且つ、同じ個所に同じ幅に形成される。
上述したように、本発明の一実施形態による回路保護素子は、第1のシート110の上に形成された複数のコイルパターン211、221、231が第1のシート110に形成されて導電物質が埋め込まれた複数の孔111、112、113および第2のシート120に形成されて導電物質が埋め込まれた複数の孔122、124、126を介して第3のシート130の上に形成された複数のコイルパターン213、223、233とそれぞれ接続され、第2のシート120の上に形成された複数のコイルパターン212、222、232は、第2のシート120に形成されて導電物質が埋め込まれた複数の孔121、123、125および第3のシート130に形成されて導電物質が埋め込まれた複数の孔131、132、133を介して第4のシート140の上に形成された複数のコイルパターン214、224、234とそれぞれ接続される。このため、本発明による回路保護素子は、第1のシート110の上に形成された複数のコイルパターン211、221、231と第3のシート130の上に形成された複数のコイルパターン213.223、233がそれぞれ接続されて複数の第1のインダクタをなし、第2のシート120の上に形成された複数のコイルパターン212、222、232と第4のシート140の上に形成された複数のコイルパターン214、224、234がそれぞれ接続されて複数の第2のインダクタをなす。このように垂直方向にそれぞれ形成された第1および第2のインダクタによって複数の共通モードノイズフィルタ2100、2200、2300;2000が実現される。すなわち、第1の共通モードノイズフィルタ2100は、両コイルパターン211、213が接続された第1のインダクタおよび両コイルパターン212、214が接続された第2のインダクタを有し、第2の共通モードノイズフィルタ2200は、両コイルパターン221、223が接続された第1のインダクタおよび両コイルパターン222、224が接続された第2のインダクタを有し、第3の共通モードノイズフィルタ2300は、両コイルパターン231、233が接続された第1のインダクタおよび両コイルパターン232、234が接続された第2のインダクタを有する。
このような本発明の一実施形態による回路保護素子は、コイルパターン210、220、230の回転数などを調節することによりインダクタンスまたはインピーダンスを調節することができ、これにより抑えられる周波数のノイズを調節することができる。例えば、第2の共通モードノイズフィルタ2200のコイルパターン220の回転数を第1および第3の共通モードノイズフィルタ2100、2300のコイルパターン210、230の回転数よりも多くし、図4に示すように、第2の共通モードノイズフィルタ2200をUSB2.0ラインに接続し、第1および第3の共通モードノイズフィルタ2100、2300をUSB3.0ラインに接続する。すなわち、第2の共通モードノイズフィルタ2200は、USB2.0チップセット10とUSBコネクタ30との間のUSB2.0ライン21a、21bに接続され、第1および第3の共通モードノイズフィルタ2100、2300は、USB3.0チップセット20とUSBコネクタ30との間のUSB3.0ライン11a、11b、22a、22bに接続される。このため、図5に示すように、第2の共通モードノイズフィルタ2200は、差動モード(differential mode)A11において約4GHz〜5GHzの遮断周波数特性を有し、共通モード(common mode)B11において約1GHzの遮断周波数特性を有する。また、図6に示すように、第1および第3の共通モードノイズフィルタ2100、2300は、差動モードA12において約7GHz〜9GHzの遮断周波数特性を有し、共通モードB12において約2GHzの遮断周波数特性を有する。すなわち、本発明による共通モードノイズフィルタ2000は、USBチップセットとUSBコネクタとの間のUSBラインに接続されて通信に用いられ、その場合、3dBの差動モードにおいて第2の共通モードノイズフィルタ2200は約4GHz〜5GHzの周波数のノイズを抑え、第1および第3の共通モードノイズフィルタ2100、2300は約7GHz〜9GHzの周波数のノイズを抑える。要するに、本発明による回路保護素子は、2以上の周波数帯域のノイズを抑えることができ、これにより、様々な周波数の機能を採用するスマートフォンなどの携帯用電子機器に用いられて電子機器の品質を向上させることができる。
一方、前記本発明の一実施形態による回路保護素子においては、それぞれ2つのインダクタからなる複数の共通モードノイズフィルタを例にとって説明した。しかしながら、本発明による回路保護素子は、複数の共通モードノイズフィルタと静電気放電(ESD)保護素子が組み合わせられた構造に設けられてもよい。すなわち、少なくとも2以上の共通モードノイズフィルタと静電気放電(ESD)が組み合わせられて回路保護素子が実現される。以下、このような本発明の他の実施形態による回路保護素子を図7、図8および図9を用いて説明する。
図7は、本発明の他の実施形態による回路保護素子の結合斜視図であり、図8は、同結合断面図であり、図9は、同分解斜視図である。
図7を参照すると、本発明の他の実施形態による回路保護素子は、複数の絶縁シートが積み重ねられた積層体100からなるが、図8および図9に示すように、上から上部カバー層1000と、少なくとも2以上の共通モードノイズフィルタ2100、2200、2300(2000)と、中間層5000と、静電気放電(ESD)保護素子6000および下部カバー層3000を備える。すなわち、上部カバー層1000と下部カバー層3000との間に共通モードノイズフィルタ2000および静電気放電(ESD)保護素子6000が積み重ねられて設けられる。また、積層体100の相対向する両側面に形成されて少なくとも2以上の共通モードノイズフィルタ2000および静電気放電(ESD)保護素子6000と接続される第1の外部電極4100、4200、4300(4000)と、第1の外部電極4000が形成されていない積層体100の相対向する両側面に形成されて静電気放電(ESD)保護素子6000と接続される第2の外部電極7100、7200(7000)と、をさらに有してもよい。すなわち、第1の外部電極4000は、積層体100の相対向する両長辺の側面に形成され、第2の外部電極7000は、積層体100の相対向する両短辺の側面に形成される。
共通モードノイズフィルタ2000は、第1のシート110に形成された少なくとも2以上のコイルパターン211、221、231が、第3のシート130に形成された少なくとも2以上のコイルパターン213、223、233と、第1のシート110に形成された複数の伝導性物質が埋め込まれた孔111、112、113および第2のシート120に形成されて複数の導電物質が埋め込まれた孔122、124、126を介してそれぞれ接続され、第2のシート120に形成された少なくとも2以上のコイルパターン212、222、232が、第4のシート140に形成された少なくとも2以上のコイルパターン214、224、234と、第2のシート120に形成された複数の伝導性物質が埋め込まれた孔121、123、125および第3のシート130に形成されて複数の伝導性物質が埋め込まれた孔131、132、133を介して接続される。すなわち、第1のシート110のコイルパターン211が第3のシート130のコイルパターン213と垂直接続配線312を介して接続され、第2のシート120のコイルパターン212が第4のシート140のコイルパターン214と垂直接続配線311を介して接続されて第1の共通モードノイズフィルタ2100が形成される。また、第1のシート110のコイルパターン221が第3のシート130のコイルパターン223と垂直接続配線322を介して接続され、第2のシート120のコイルパターン222が第4のシート140のコイルパターン224と垂直接続配線321を介して接続されて第2の共通モードノイズフィルタ2200が形成される。そして、第1のシート110のコイルパターン231が第3のシート130のコイルパターン233と垂直接続配線332を介して接続され、第2のシート120のコイルパターン232が第4のシート140のコイルパターン234と垂直接続配線331を介して接続されて第3の共通モードノイズフィルタ2300が形成される。一方、共通モードノイズフィルタ2100、2200、2300(2000)は、コイルパターンの回転数が少なくとも2以上であり、これにより、少なくとも2以上のインピーダンスおよび遮断周波数特性を有する。すなわち、第1および第3の共通モードノイズフィルタ2100、2300がUSB3.0ラインに接続され、第2の共通モードノイズフィルタ2200がUSB2.0ラインに接続されるが、第1および第3の共通モードノイズフィルタ2100、2300はコイルパターンの回転数が等しく、第2の共通モードノイズフィルタ2200のコイルパターンの回転数とは異なる。例えば、第1および第3の共通モードノイズフィルタ2100、2300は、第2の共通モードノイズフィルタ2200のコイルパターンの回転数に等しいかそれよりも小さいが、コイルパターンの回転数の比が、例えば、1:1〜1:10である。このような共通モードノイズフィルタ2000の構成は、図2および図3を用いて説明した本発明の一実施形態と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
静電気放電(ESD)保護素子6000は、引出電極および孔がそれぞれ選択的に形成された複数枚のシート150、160が積み重ねられてなる。
シート150の上面には、複数の引出電極155が形成される。複数の引出電極155は、複数の共通モードノイズフィルタ2000の引出電極400と同じ個所に形成される。すなわち、静電気放電(ESD)保護素子6000の複数の引出電極155は、複数の共通モードノイズフィルタ2000の複数の引出電極400と対応するように複数形成される。このため、引出電極155は、複数の共通モードノイズフィルタ2000の引出電極400とともに第1の外部電極4000と接続される。また、シート150の上には、複数の孔151が形成されるが、複数の孔151は、複数の引出電極155の一方の端部にそれぞれ形成される。さらに、複数の孔151は、それぞれ静電気放電(ESD)保護物質によって埋め込まれる。静電気放電(ESD)保護物質は、ポリビニルアルコール(PVA:Polyvinyl Alcohol)またはポリビニルブチラル(PVB:Polyvinyl Butyral)などの有機物にRuO2、Pt、Pd、Ag、Au、Ni、Cr、Wなどから選択された少なくとも一種の導電性物質を混合した物質を用いて形成する。なお、静電気放電(ESD)保護物質は、前記混合物質にZnOなどのバリスタ物質またはAl2O3などの絶縁性セラミック物質をさらに混合して形成してもよい。
シート160の上面には、シート160の短辺方向に露出される引出電極165が形成される。引出電極165は、シート160の一方の短辺からこれと向かい合う他方の短辺に長辺に沿って形成される。すなわち、引出電極165は、長辺に沿って一方の短辺および他方の短辺にそれぞれ露出されるように延設される。このような引出電極165は、積層体100の相対向する両短辺の側面に形成された第2の外部電極7000と接続される。また、引出電極165の所定の領域はシート150の孔151と接続されるが、このために、孔151と接続される部分は他の領域に比べて幅が広い。
上述した静電気放電(ESD)保護素子6000は、孔151内に埋め込まれた静電気放電(ESD)保護物質が伝導性物質と絶縁性物質が所定の割合にて混合された状態で存在する。すなわち、絶縁性物質の間に伝導性粒子が存在し、引出電極155に所定の電圧以下の電圧が印加される場合には絶縁状態を維持し、引出電極155に所定の電圧以上の電圧が印加される場合には伝導性粒子の間に放電が起きて当該引出電極155間の電圧差を減らす。
上述した本発明の他の実施形態によるそれぞれ2つのインダクタからなる複数の共通モードノイズフィルタと静電気放電(ESD)保護素子が組み合わせられた回路保護素子は、電子機器に用いられる信号入力端子とシステムとの間に第1の外部電極4000が接続され、接地端子に第2の外部電極7000が接続されて共通モードノイズを除去するだけではなく、入出力端子に流入する静電気を接地端子に流す。すなわち、共通モードノイズフィルタ2000が、図4に示すように、USBコネクタ30とUSBチップセット10、20との間に配置されて共通モードノイズを効率よく抑える。また、静電気放電(ESD)保護素子がUSBコネクタ30とUSBチップセット10、20との間において接地端子と接続されて回路保護素子の両端間に不所望の所定の電圧以上の電圧が印加されれば、静電気放電(ESD)保護物質の伝導性粒子の間に放電が起きて接地端子に電流を流し、当該回路保護素子の両端間の電圧差を減らす。このとき、回路保護素子の両端は導通状態となるわけではないため、入力信号は歪なしにそのまま入出力端子に渡される。すなわち、回路保護素子は、静電気が発生しても、当該静電気は当該回路保護素子を介して接地に抜け出て回路を保護するとともに、システムが送受する信号はそのまま維持される。
一方、前記本発明の実施形態による回路保護素子は、複数の共通モードノイズフィルタ2000が上側および下側に形成されたコイルパターンがそれぞれ接続されてインダクタをなす場合を例にとって説明した。しかしながら、コイルパターンは磁芯を取り囲むように共通モードノイズフィルタ2000を構成してもよい。すなわち、シート110〜140の中央領域に孔が形成され、孔に磁性体物質が埋め込まれて上下方向に磁芯が設けられ、このような磁芯を上下方向に取り囲むようにインダクタを実現してもよい。
本発明の技術的思想は前記実施形態により具体的に記述されたが、前記実施形態はその説明のためのものであり、その制限のためのものではないということはいうまでもない。なお、本発明の技術分野における当業者であれば、本発明の技術思想の範囲内において種々の実施形態が採用可能であるということが理解できるであろう。
1000:上部カバー
2000:共通モードノイズフィルタ
2100、2200、2300:第1、第2および第3の共通モードノイズフィルタ
4000:外部電極
2000:共通モードノイズフィルタ
2100、2200、2300:第1、第2および第3の共通モードノイズフィルタ
4000:外部電極
Claims (18)
- 水平方向に少なくとも2以上の導電パターンが互いに隔てられてそれぞれ形成されたシートが垂直方向に複数枚積み重ねられ、
垂直方向に少なくとも2つの導電パターンが接続されて一つの共通モードノイズフィルタをなし、水平方向に少なくとも2以上の共通モードノイズフィルタが設けられた回路保護素子。 - 前記導電パターンは、コイルパターン、直線パターン、曲線パターンを含む請求項1に記載の回路保護素子。
- 水平方向に形成された少なくとも2以上の前記コイルパターンは、少なくとも2以上の回転数を有する請求項2に記載の回路保護素子。
- 前記複数枚のシートは、少なくとも2以上の伝導性物質が埋め込まれた孔および前記導電パターンとそれぞれ接続される少なくとも2以上の第1の引出電極をさらに有する請求項3に記載の回路保護素子。
- 前記伝導性物質が埋め込まれた孔を介して前記導電パターンが垂直方向に接続された請求項4に記載の回路保護素子。
- 前記少なくとも2以上の伝導性物質が埋め込まれた孔と、前記少なくとも2以上の導電パターンおよび前記少なくとも2以上の第1の引出電極がそれぞれ形成された第1乃至第4のシートを有し、
前記第1のシートの前記導電パターンが前記第1および第2のシートに形成された前記孔を介して前記第3のシートの前記導電パターンとそれぞれ接続され、
前記第2のシートの前記導電パターンが前記第2および第3のシートに形成された前記孔を介して前記第4のシートの前記導電パターンとそれぞれ接続され、
前記上下に接続される導電パターンのいずれか一つは、コイルパターンである請求項5に記載の回路保護素子。 - 前記コイルパターンのうちの少なくともいずれか一つは、他のコイルパターンに比べて回転数がさらに多い請求項6に記載の回路保護素子。
- 前記少なくとも2以上の回転数をそれぞれ有する第1乃至第4のコイルパターンがそれぞれ形成された第1乃至第4のシートを有し、
前記第1のシートの前記第1のコイルパターンが前記第1および第2のシートに形成された前記孔を介して前記第3のシートの前記第3のコイルパターンとそれぞれ接続され、
前記第2のシートの前記第2のコイルパターンが前記第2および第3のシートに形成された前記孔を介して前記第4のシートの前記第4のコイルパターンとそれぞれ接続される請求項5に記載の回路保護素子。 - 前記第1および第3のコイルパターンは同じ回転数を有し、前記第2のコイルパターンは前記第1および第3のコイルパターンよりも多い回転数を有する請求項8に記載の回路保護素子。
- 前記第1乃至第3のコイルパターンがそれぞれ上下に接続されて第1乃至第3の共通モードノイズフィルタをそれぞれなし、
前記第1および第3の共通モードノイズフィルタがUSB3.0チップセットと接続されるUSB3.0ラインに接続され、前記第2の共通モードノイズフィルタはUSB2.0チップセットと接続されるUSB2.0ラインに接続される請求項9に記載の回路保護素子。 - 前記第1および第3の共通モードノイズフィルタは、差動モードにおいて7GHz〜9GHzの遮断周波数を有し、前記第2の共通モードノイズフィルタは、差動モードにおいて4GHz〜5GHzの遮断周波数を有する請求項10に記載の回路保護素子。
- 前記第1および第3の共通モードノイズフィルタは、共通モードにおいて2GHzの遮断周波数を有し、前記第2の共通モードノイズフィルタは、共通モードにおいて1GHzの遮断周波数を有する請求項10または請求項11に記載の回路保護素子。
- 前記複数枚のシートが積み重ねられた積層体の相対向する両側面に設けられて前記少なくとも2以上の第1の引出電極と接続される少なくとも2以上の第1の外部電極をさらに有する請求項4に記載の回路保護素子。
- 前記共通モードノイズフィルタの少なくとも一つのコイルパターンの中心に形成された磁芯をさらに有する請求項3に記載の回路保護素子。
- 前記少なくとも一つの共通モードノイズフィルタの下側に設けられて静電気放電 (ESD)を防護する静電気放電 (ESD)保護素子をさらに有する請求項13に記載の回路保護素子。
- 前記静電気放電 (ESD)保護素子は、静電気放電 (ESD)保護物質が埋め込まれた複数の孔と、前記孔から前記少なくとも2以上の第1の引出電極と同じ方向に形成された少なくとも2以上の第2の引出電極と、を有する請求項15に記載の回路保護素子。
- 前記静電気放電 (ESD)保護素子は、前記第2の引出電極と直交する方向に形成された第3の引出電極をさらに有する請求項16に記載の回路保護素子。
- 前記積層体の相対向する両側面に設けられて前記第3の引出電極と接続される第2の外部電極をさらに有する請求項17に記載の回路保護素子。
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