JP2019525522A - 雑音信号をフィルタリングするためのフィルタ素子 - Google Patents

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Abstract

雑音信号をフィルタリングするためのフィルタ素子は、基体（６）を備えた少なくとも１つの積層セラミックコンデンサ（２、３、５）を有し、基体中で、複数のセラミック層（９）と内部電極（１０、１１、１２）とが互いに重なって積層していて、基体（６）には接続接点（７、８）が配置されている。セラミック層（９）は、例えばチタン酸ジルコン酸ランタン鉛セラミックを有する。

Description

本発明は、雑音信号をフィルタリングするためのフィルタ素子、とりわけＥＭＩ（電磁干渉）フィルタ素子に関する。この種のフィルタは、例えば自動車分野、とりわけハイブリッドおよび電動車両（ｘＥＶ）における採用のために形成されている。フィルタ素子は、例えば刊行物ＤＥ １０ ２０１３ １０１ ３２３ Ｂ４号で公知である。
高温環境では、例えばｘＥＶ応用では、フィルタ部品とりわけコンデンサの高熱安定性が必要である。フィルタ素子は、とりわけ１５０℃以上の温度での採用に適しているべきである。さらに、このコンデンサは、湿度に対して高い頑強性および比較的高い容量値を有し、かつ組み込み寸法が小さくあるべきである。
これらの特性は、しばしば高電圧ＥＭＩフィルタ用に採用される薄膜コンデンサでは、達成が困難である。薄膜コンデンサは、しばしば組み込み寸法が大きく、または温度を許容可能なレベルに保つために冷却が必要である。また、ほとんどのセラミックコンデンサは、ＥＭＩフィルタ中での採用に望まれる特性、例えば高熱安定性、良好なフィルタリング能力および機械的な頑強性と同時に、必要な容量値を有することがない。
本発明の課題は、特性を改良したフィルタ素子を提示することである。
本発明によるフィルタ素子は、少なくとも１つの積層セラミックコンデンサ（ＭＬＣＣ、ｍｕｌｔｉ ｌａｙｅｒ ｃｅｒａｍｉｃ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）を有する。この積層コンデンサは基体を有し、この基体中で、複数のセラミック層と内部電極とが重なって積層している。基体には、とりわけ基体の対向する側に、接続接点が配置されている。
基体は、例えば並列接続された複数の部分体を合わせた基体でありえる。これらの部分体は、例えば共通の２つの接続接点間に配置されている。
ある実施形態では、これらのセラミック層は、変性チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）セラミックを有する。例えばこのセラミック層は、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ）セラミックを有しうる。
このセラミック組成物は、とりわけこのセラミックが反強誘電的挙動を有するように選択されている。反強誘電的挙動では、電界強度が上昇するにしたがって、誘電率が高くなる。誘電率は、とりわけ電界強度が０より大きい値である場合に最大値をとり、その後、電界強度がより強くなるとまた下降する。これに対応して、積層コンデンサの電気容量は、電圧が０より大きい範囲で、電圧が上昇すると大きくなる。
例えばこの容量は、少なくとも２００ボルト〜３００ボルトの範囲で上昇する。この容量は、例えば３００Ｖと１０００Ｖとの間の範囲で最大値をとり、その後また下降する。
この種のコンデンサは、すでにＤＣリンクおよびスナバ応用での採用のために開発されていた。これらの応用では、通電容量はあまり重要ではない。驚くべきことに、この度この種のコンデンサが、ＥＭＩフィルタ中での採用にとっても特に有利な特性を有することが明らかになった。この応用分野では、高い通電容量ではなく、とりわけ高温における高い耐電圧性が要求される。例えばこのコンデンサでは、２０００Ｖまでの、とりわけ２５００Ｖまでの電圧ピークが許されるべきである。
ＥＭＩフィルタにおける耐電圧性の要件は、例えば通常ＸまたはＹ分類により、この種のコンデンサにおいて満たされうることが明らかになった。
ＤＣリンクおよびスナバ応用では、コンデンサは、通常スイッチング電界、すなわち容量の最大値において作動される。上述のコンデンサは、したがってそもそもスイッチング電界において作動されるために開発された。ＥＭＩフィルタとして採用する場合には、コンデンサは、好適な実施形態では明らかにスイッチング電界未満で作動される、すなわち、コンデンサが開発された目的の領域ではない領域で作動される。例えば、作動電圧は、最大容量における電圧の半分である。とりわけコンデンサは、比較的低い電界ないし電圧において作動される。
例えば、このコンデンサは、３００〜５００Ｖの範囲の直流電圧で、とりわけ４００Ｖの直流電圧において作動される。最大値は、例えば１０００Ｖを上回り、例えば１５００Ｖである。
これは、高温における寿命にとって良い影響を与える。同時に、コンデンサを、損失の少ない範囲で作動させることができる。
ある実施形態では、コンデンサは少なくとも１つの外部電極を有し、この外部電極は、基体の外側に配置されていて、この外部電極に接続接点が固定されている。例えばこの外部電極は少なくとも１つのスパッタされた層を有する。この外部電極はセラミック上に直接塗布できる。ある実施形態では、外部電極は多層構造を有する。多層構造では、個々の層は、そのセラミックへの接着強度に関して、拡散障壁としての特性に関して、および追加的な接触を設けることに関して最適化できる。例えばスパッタされた外部電極は、Ｃｒ／Ｎｉ／Ａｇ層構造を有する。
ある実施形態では、接続接点の少なくとも１つは、金属シートから形成されている。これは、とりわけリードフレームでありえる。これらの接続接点は接続領域を有しうるが、これらの接続領域は、コンデンサを、担体例えばプリント基板と電気的および／または機械的に結合するように形成されている。接続接点は、例えば屈曲した形状を有する。とりわけこれらの接続領域は基体を上から見ると内側にまたは外側に屈曲している。
ある実施形態では、接続接点は中断した構造を有しうる。例えば接続接点は、蛇行形状で形成可能である。接続接点は、接点フィンガーの形態での領域を有することもできる。
ある実施形態では、接続接点の少なくとも１つが、熱膨張係数の小さい材料、例えばインバールを有する。この接続接点は多層構造も有しうる。例えばこの接続接点はＣＩＣ（銅−インバール−銅）層構造を有する。
ある実施形態では、接続接点の少なくとも１つは、焼結結合材料により基体に固定されている。このために、結合材料は、基体および／または接続接点上にペーストとして塗布される。このペーストは例えば銀を含有する。その後、接続接点は基体に配置され、この配置された部分が加熱される。とりわけ低温焼結プロセスが実施され、この場合、温度は例えば１５０℃〜３５０℃である。
ある実施形態では、この積層コンデンサは、第１接続接点に電気接続された第１内部電極と、第２接続接点に接続された第２内部電極と、接続接点のいずれにも接続されていない第３内部電極とを有する。
コンデンサのこの種の内部構造は、２つのコンデンサの直列回路に相当する。このコンデンサは、したがって、直列コンデンサ（ＭＬＳＣ、 Ｍｕｌｔｉ Ｌａｙｅｒ Ｓｅｒｉａｌ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）とも称されうる。直列回路により、コンデンサの耐電圧性を高めることができる。
内部の直列接続に代えてまたはこれに加えて、複数のこの種のコンデンサを互いに直列に接続することもでき、これにより耐電圧性を高めることができる。本発明のある態様によれば、２つ以上のこの種のコンデンサを互いに直列に接続したコンデンサシステムを提示する。これらのコンデンサは、抵抗を介して互いに接続可能である。
ある実施形態では、基体中に、積層コンデンサの機械的な緩和を行うための緩和領域が少なくとも１つ形成されている。緩和領域中では、セラミック層は、例えば互いに結合されていず、またはわずかな強度で互いに結合されている。緩和領域は、層間の間隙として形成可能である。
積層コンデンサは、例えばプリント基板に固定されている。例えば接続接点は、プリント基板と、焼結結合材料により、またははんだ材料により結合可能である。
ある実施形態では、フィルタ素子は少なくとも１つの電源供給線を有する。この電源供給線は、フィルタ素子の筐体から突出する２つの端部部分を有しうる。電源供給線の中央部分は、例えば筐体中に配置されている。とりわけフィルタ素子は、この種の電源供給線を少なくとも２つ有する。
フィルタ素子を導電体に接続するために、電源供給線は、例えばその端部部分に端子を有する。この端子により電源供給線は、例えば電源電圧、例えば、バッテリーと、負荷とに接続可能である。
例えば、上に積層コンデンサが配置されているプリント基板は、電源供給線に固定されている。とりわけプリント基板は電源供給線にねじ止めされていることができる。
ある実施形態では、フィルタ素子は筐体とりわけ金属筐体を有する。フィルタ素子の電気部品は、筐体内に配置されている。筐体は、とりわけ電磁遮断のために機能する。
フィルタ素子は、１つまたは複数の上述の積層コンデンサを有しうる。この積層コンデンサは、例えばＬＣ段中に接続されている。この積層コンデンサは、接地に接続可能であり、および／または電圧源への端子と、負荷への端子との間に接続可能である。とりわけ接地に対する接続には高い耐電圧性が必要である。
本発明のさらなるある態様によれば、雑音信号をフィルタリングするためのフィルタ素子中で積層セラミックコンデンサを使用することが示されている。この積層コンデンサとフィルタ素子とは、上述のように形成可能である。この積層コンデンサは基体を有し、この基体中で、複数のセラミック層と内部電極とが互いに重なって積層していて、基体には接続接点が配置されている。例えばこのセラミック層はチタン酸ジルコン酸ランタン鉛セラミックを有する。
雑音信号をフィルタリングするために積層セラミックコンデンサを使用するある実施形態によれば、積層コンデンサは、コンデンサが最大容量を有する場合の電圧より明らかに低い作動電圧で作動される。したがって、このような作動では、したがって、容量は最大値より低いが、しかし、これは、ＥＭＩフィルタとしての作動には十分である。最大値未満での作動により、破壊電圧を高くし、寿命を長くすることができる。
例えば作動電圧は、最大で最大電圧の半分である。
全体として、上述のコンデンサは、ＥＭＩフィルタとして採用される場合に、その容量密度が高いがゆえに、構造の小型化を、高い温度耐性、長寿命および高い耐電圧性と共に可能にする。
本開示では、発明の複数の態様が記載されている。フィルタ素子および積層コンデンサの使用に関して開示されている全ての特性は、各特性が明示的に別の態様の文脈で言及されていない場合でも、別の態様に関連しても相応に開示されている。さらに、ここで提示した対象物の説明は、個々の特別な実施形態に限定されない。むしろ個々の実施形態の特徴は、技術的に有意義である限り、互いに組み合わされうる。
以下に、ここで記載した対象物について、概略的な実施形態に基づいてより詳細に説明する。
ＥＭＩフィルタの例示的な回路図である。 ＥＭＩフィルタ用の積層セラミックコンデンサの透視図である。 ＥＭＩフィルタ用のさらなる積層セラミックコンデンサの透視図である。 ＥＭＩフィルタ用の積層セラミックコンデンサの基体の断面図である。 ＥＭＩフィルタ用の積層セラミックコンデンサの基体への、接続接点の結びつきを示す断面図である。 ＥＭＩフィルタ用の積層セラミックコンデンサの接続接点の、プリント基板と電源供給線とへの結びつきを示す断面図である。 ＥＭＩフィルタ用の積層セラミックコンデンサの容量−電圧図である。 積層セラミックコンデンサを有するＥＭＩフィルタでフィルタリングされたパワーエレクトロニクスの妨害電圧曲線図である。 ＥＭＩフィルタとして作動する際の、２つの積層セラミックコンデンサの容量−電圧図である。 ＥＭＩフィルタとして作動する際の２つの積層セラミックコンデンサの電圧−故障図である。 ＨＡＬテストにおける２つの積層セラミックコンデンサの故障−時間図である。
好ましくは、以下の図中、等しい参照符号は、様々な実施形態の機能的または構造的に対応する部分を指す。
図１は、ＥＭＩフィルタ１、とりわけ直流ＥＭＩフィルタの例示的な回路図である。この種のフィルタ１は、ＥＭＶ（電磁適合性）またはＥＭＣ（電磁適合性）フィルタとも称されうる。このフィルタ１は、有効信号と共に電気線に伝送される雑音信号をフィルタリングするために機能する。これは、とりわけ高電圧フィルタでありえる。例えばこのフィルタ１は、自動車分野で、とりわけハイブリッドおよび電動車両（ｘＥＶ）で採用されるために形成されている。フィルタ１は、フィルタ素子１とも称されうる。
フィルタ１は、電圧源（ＬＩＮＥ）への端子Ｌ＋およびＬ−と、負荷（ＬＯＡＤ）への端子Ｌ＋’およびＬ−’とを有する。電圧源とは、例えば高電圧バッテリーである。例えば必要な電圧は４００〜１００ＶＤＣである。負荷とは、例えば車両の駆動ユニットである。さらに、フィルタ１は、接地線ないしアースまたは筐体への端子ＰＥを有する。
フィルタ１は、第１および第２コンデンサ２、３を複数個有する。第１コンデンサ２は、端子Ｌ＋、Ｌ−、Ｌ＋’およびＬ−’の間で接続されている。第２コンデンサ３は接地に接続されている。さらに、フィルタ１は磁心を備えた複数のインダクタ４を有する。
フィルタ１の電気部品、とりわけコンデンサ２、３と、インダクタ４とは、遮断のために筐体中に配置可能である。
高温環境、例えばｘＥＶ応用では、フィルタ１の高熱安定性が必要である。部品とりわけコンデンサ２、３は、８５℃より高い温度でも信頼性をもって採用可能であるべきである。例えば部品は少なくとも１２５℃までの温度、好ましくは少なくとも１５０℃までの温度で採用可能であるべきである。
第１コンデンサ２用の必要な容量値は、例えば１００ｎＦ〜数ｎＦで、第２コンデンサ３については数ｎＦ〜１ｎＦ、とりわけ４．７ｎＦである。
図２は、高温ＥＭＩフィルタ中での採用に適した積層セラミックコンデンサ５の実施形態を示す。例えば図１のＥＭＩフィルタ１中の１つまたは複数のコンデンサ２、３は、この種の積層セラミックコンデンサ５として形成されている。
積層コンデンサ５は基体６を有する。この基体６はセラミックチップとして形成されている。この基体６はセラミック材料を有する。
例えば以下の式のセラミック材料が用いられる。
Ｐｂ（１−１．５ａ−０．５ｂ＋１．５ｄ＋ｅ＋０．５ｆ）ＡａＢｂ（Ｚｒ１−ｘＴｉｘ）（１−ｃ−ｄ−ｅ−ｆ）ＬｉｄＣｅＦｅｆＳｉｃＯ３＋ｙ・ＰｂＯ
ここで、Ａは、Ｌａ、Ｎｄ、Ｙ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、ＥｒおよびＹｂからなる群から選択され、Ｂは、Ｎａ、ＫおよびＡｇからなる群から選択され、Ｃは、Ｎｉ、Ｃｕ、ＣｏおよびＭｎからなる群から選択され、ここで、
０＜ａ＜０．１２、
０．０５≦ｘ≦０．３、
０≦ｂ＜０．１２、
０≦ｃ＜０．１２、
０≦ｄ＜０．１２、
０≦ｅ＜０．１２、
０≦ｆ＜０．１２、
０≦ｙ＜１で、
ｂ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＞０である。
例えば、この組成物について、以下の関係のうちの少なくとも１つが有効である。
０．１＜ｘ＜０．２、
０．００１＜ｂ＜０．１２、および好ましくはｄ＝ｅ＝ｆ＝０、
０．００１＜ｅ＜０．１２、および好ましくはｂ＝ｄ＝ｆ＝０
とりわけＰＬＺＴ（チタン酸ジルコン酸ランタン鉛）セラミックを用いることができる。この場合、したがって、上の式においてＡ＝Ｌａが該当する。さらに、Ｂ＝Ｎａが該当する。例えばこの材料は、以下の組成物
Ｐｂ０．８７Ｌａ０．０７Ｎａ０．０５Ｚｒ０．８６Ｔｉ０．１４Ｏ３
を有する。
このセラミックの組成物は、とりわけセラミックが反強誘電的挙動を有するように選択されている。反強誘電的挙動は、図７に関連付けてより詳しく説明する。
さらに、このセラミック材料は、高温において高い絶縁性を有する。例えば１５０℃において、絶縁抵抗Ｒｉｓと容量Ｃとの積について、Ｒｉｓ×Ｃ＞１×１０４ΩＦが該当する。
積層コンデンサ５は、基体６の対向する側面に配置されている２つの接続接点７、８を有する。接続接点７、８は、それぞれ屈曲した接点金属シート（リードフレーム）の形態で形成されている。接続接点７、８は、外側に向かって、すなわち基体６から離れた方向に向かって屈曲している。接続接点７、８のこの形状はＬ字型とも称される。
接続接点７、８は接続領域２４、２５を有する。接続領域２４、２５は、平面図中では基体６の側方に配置されている。
接続接点７、８は、例えばＳＭＤ実装で形成されている。例えば接続接点７、８、とりわけ接続領域２４、２５は、はんだ付けによりプリント基板と結合されている。接続領域２４、２５は、高さ方向で基体６の下面から距離をとって配置されていて、その結果、基体６とプリント基板との間には間隙が形成されている。これにより、放熱の改良が可能になる。
プリント基板は、例えばＥＭＩフィルタの電源供給線と結合されていて、とりわけねじ止めされている。接続接点７、８は、例えば銅および／または多層金属化合物を有する。
基体６は、長さＬ、高さＨおよび幅Ｂを有する。長さＬは、接続接点７から、対向する接続接点８までの基体６の伸張であり、高さＨは、プリント基板に対して垂直方向の伸張であり、幅Ｂは、高さＨに対して垂直の方向でかつ長さＬに対して垂直の方向での伸張である。例えば高さＨは、幅Ｂおよび長さＬよりも実質的に短い。例えば長さＬは６．０ｍｍ〜８．０ｍｍの範囲である。とりわけ長さＬは７ｍｍでありえる。例えば幅Ｂは７．０ｍｍ〜９．０ｍｍの範囲である。とりわけ幅Ｂは８ｍｍでありえる。例えば高さＨは、２．０〜４．０ｍｍの範囲である。とりわけ高さＨは３．０ｍｍでありえる。
図１のコンデンサ２、３は、それぞれ互いに接続された複数のセラミック体を有しうる。このために、例えば複数の基体が２つの接続接点（リードフレーム）間に配置されていて、コンデンサユニットになるように接続されている。
図３は、ＥＭＩフィルタ用の積層セラミックコンデンサ５のさらなる実施形態を示すが、この場合、図２の積層コンデンサとは異なり、接続接点７、８は内側に屈曲している。接続領域２４、２５は平面図では基体６の下方にある。接続領域２４、２５は、高さ方向では基体６から距離をとっている。接続接点７、８のこの形状はＪ字型とも称されうる。
図４は、基体６の断面図である。この基体６は、複数のセラミック層９と、内部電極１０、１１、１２とを有する。好ましくは全てのセラミック層９と内部電極１０、１１、１２とは共に焼結されている。セラミック層９は、上述の組成物を有する。内部電極１０、１１、１２は銅を有し、または高い純度で銅からなる。
第１内部電極１０は、基体６の側面まで導かれ、そこで第１接続接点７と電気接続されている。第２内部電極１１は、基体６の対向する側面まで導かれ、そこで第２接続接点８と電気接続されている。
第１内部電極１０は、それぞれ第２内部電極１１と共に共通のセラミック層９上に配置されている。したがって第１内部電極１０と第２内部電極１１とは、それぞれ基体６の同じ高さに配置されている。第１内部電極１０と第２内部電極１１とは、直角投影では重複しない。
第３内部電極１２は、いわゆる浮遊電極（「ｆｌｏａｔｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ」）として形成されている。第３内部電極１２は接続接点７、８のいずれとも電気接続されていない。第３内部電極１２は、第１および第２内部電極１０、１１と直角投影で重複する。第３内部電極１２は、共通の層９上にある第１および第２内部電極１０、１１と積層方向で交互に配置されている。
互いに対して逆の極性を有する内部電極１０、１１は、基体６の共通の側面までには導かれていない。
内部電極１０、１１、１２の配置、および、とりわけ浮遊内部電極１２の形成により、積層コンデンサ５の容量密度を特に高くすることが可能になる。したがって構造寸法が小さい場合に大きな容量値を達成することができる。例えば作動電圧が４００ＶＤＣの場合に１μＦまでの容量を達成することができる。さらに、この設計により、耐電圧性をより高くすることができる。この設計がゆえにセラミック層９は、厚さがより薄く、より高い耐破断性を達成することができる。
基体６は、１つまたは複数の緩和領域１３を有し、この中では、セラミック層９が互いに結合されていない。この緩和領域１３は、積層コンデンサ５を機械的に緩和するために機能し、したがって機械安定性を高めるために寄与する。とりわけ緩和領域１３により機械応力を低減することができる。緩和領域１３は、基体６の側面に沿って周回するように形成されていることができる。
図５は、図２ないし図３の細部の拡大図であり、第１接続接点７の基体６への固定と、接続接点７の構造とを詳細に見ることができる。
接続接点７は多層構造を有する。第１層１４は、導電性および熱伝導性が特に良好である第１材料を有する。例えばこれは銅である。この接続接点は、第２材料からなる第２層１５を有する。この第２材料は、熱膨張係数がより小さい。さらに、第２層１５は、例えば接続接点７の機械的強度を確保する。第２材料は例えばインバールであり、特殊な鉄−ニッケル合金である。
接続接点７はさらに第３層１６を有しうる。この第３層１６は、第１層１４と同じ材料を有しうる。第３層１６により、接続接点７のバイメタル挙動が防がれうる。
とりわけ接続接点７は、ＣＩＣ（銅−インバール−銅）層構造を有しうる。
第２層１５は、例えば第１層１４よりも、および第３層１６よりも実質的に厚い。例えば第３層１６の厚さは、第１層１４の厚さと同じである。例えば第２層１５の厚さは９０μｍ、第１層１４の厚さは３０μｍ、第３層１６の厚さは３０μｍである。
接続接点７は、さらに、１つまたは複数のさらなる層１７、１８を有しうる。これらのさらなる層１７、１８は、例えば接続接点７の外側を形成する。例えば、これは電気メッキ層、とりわけ銀層である。この電気メッキ層は、例えばそれぞれ厚さの範囲が５μｍ〜１０μｍである。これらのさらなる層１７、１８は、例えば第１ないし第３層１４、１６の不動態化処理のために機能する。とりわけこれらの層は変色防止をすることができる。さらに、これらの層により、はんだ付け可能な表面を準備することができ、または焼結材料への結合を改良することができる。
接続接点７を製造するために、例えば第２層１５を準備し、続いて、その上に、第１層１４と、妥当な場合には第３層１６とを配置する。第２層１５は、とりわけ金属シートとして準備する。例えば第１および第３層１４、１６を、第２層１５上に回転塗布する。続いて、例えば双方の側で電気メッキ層１７、１８を塗布する。その後、多層金属シートから、例えば１つの部品を打ち抜き、所望の形状に屈曲する。
接続接点７は、好ましくは基体６の外部電極１９に固定されている。この外部電極１９は、基体９のセラミックと直接境界を接する。外部電極１９は、例えば少なくとも１つのスパッタされた層を有する。この外部電極１９は、互いに重なって配置された複数の層、とりわけ複数のスパッタされた層を有しうる。これは、例えばＣｒ／Ｎｉ／Ａｇ層構造でありえる。例えば外部電極１９は、厚さの範囲が１μｍである。
接続接点７は、結合材料２０により外部電極１９と結合されている。この結合材料２０は高い導電性および熱伝導性を有するべきである。さらに、この結合材料２０は、温度変化負荷に対して高い頑強性を有し、高い接着力を有するべきである。例えばこの結合材料２０は、焼結材料とりわけ焼結銀を有する。その後、この接続接点７は、結合材料２０の焼結により、とりわけ低温焼結により、基体６に固定される。この場合、焼結とは、結合材料２０の液相を回避した結合であると理解される。したがって焼結は拡散プロセスとして行われる。
例えば、この焼結は、１５０℃〜３５０℃、とりわけ２００℃〜３００℃の温度で行われる。例えば結合材料２０の厚さは、２０μｍの範囲である。
図６は、積層コンデンサ５の接続接点７（図２および図３）の、プリント基板２１および電源供給線２６への固定の細部を示す図である。接続接点７は、例えば図５中に示すように形成されている。明瞭化のために、接続接点７の可能な全層を図示することはしていない。
プリント基板２１は、例えばＦＲ４またはセラミック基板として形成されている。プリント基板２１は、例えばねじ２７を用いてＥＭＩフィルタの電源供給線２６に結合されている。電源供給線２６は例えば金属シートとして形成されている。
プリント基板２１は、接続接点７が固定されている接点領域２２を有する。例えば接点領域２２は、はんだパッド、Ｃｕ接点またはＮｉ−Ａｕ接点である。接続接点７は、接点領域２２と、結合材料２３を介して焼結またははんだ付けされている。結合材料２３としては、例えば焼結銀またはＳＡＣはんだが用いられる。
全体として上述の積層コンデンサ５は、その構造およびその材料がゆえに、高い温度耐性を有し、湿度に対して高い頑強性を有する。コンデンサ５を追加的に密閉することは必須ではなく、この点は、組み込み寸法を小さくすることに貢献する。
図７は、例えば図３ないし図４に示したＥＭＩフィルタ用の積層コンデンサについて、直流電圧ＶＤＣに応じた容量Ｃの経過を図示する。計測は、異なる層厚Ａ、Ｂ、Ｃの誘電体について行った。ここで、実線は準静的なヒステリシス計測における計測結果であり、点線は、１ｋＨｚ、０．５ＶＲＭＳにおける計測結果である。
積層コンデンサは、反強誘電的挙動を有する。電圧が上昇すると容量が大きくなる。容量は最大値に達し、その後また下降する。これに対応して、セラミック材料について、誘電率は電界に応じて挙動する。強誘電的挙動の場合、Ｖ＝０で始まる容量はまた下降する。
電圧の上昇時に容量が上昇するのは、例えば少なくとも２００Ｖ〜３００Ｖの電圧範囲で生じる。全層厚Ａ、Ｂ、Ｃにおいて、電圧がさらに上昇すると、容量は最大値に達し、その後また下降する。容量の最大値は、全層厚Ａ、Ｂ、Ｃについて、同じ電界強度において形成されるが、しかし異なる電圧において形成される。
図８は、上述の積層コンデンサ５を有するＥＭＩフィルタの妨害電圧曲線を示す。このＥＭＩフィルタは図１で示した構造を有する。これに代えて、このＥＭＩフィルタは、インダクタ４と第２コンデンサ３とを備えたＬＣ段としてのみ形成することもできる。
計測は、ＣＩＳＰＲ２５標準にしたがって行った。ピーク値（Ｐｋ）、準ピーク値（ＱＰ）および平均値（ＡＶ）を計測した。妨害電圧Ｕ（ｄＢμＶ）を周波数ｆ（Ｈｚ）に対してプロットした。さらに、各限界値ＰｋＬ、ＡＶＬおよびＱＰＬを記入した。
図からわかるように、ＥＭＩフィルタは、全周波数領域で、すなわち長波領域からＵＫＷ領域までで、良好なフィルタ特性を有する。
とりわけエプコス（ＥＰＣＯＳ）株式会社の製品名「セラリンク（ＣｅｒａＬｉｎｋ）」の下で販売されているコンデンサが、ＤＣ−ＥＭＩフィルタ中での採用に適していることが明らかになった。例えば、この場合、ＬＰシリーズのＣｅｒａＬｉｎｋコンデンサ（例えば２０１６年２月８日現在の製品データシート参照）を採用することができる。このコンデンサは、当初ＤＣリンクまたはスナバ応用のために開発され、その結果、このコンデンサは高いコンデンサ電流用に最適化されている。
驚くべきことに、この種のコンデンサは、ＤＣ−ＥＭＩフィルタ中に採用するのにも適していて、この応用分野にとっても特に有利な特性を有することが明らかになった。ＥＭＩフィルタ中の採用においては、通電容量はあまり重要ではない。むしろこのコンデンサは、とりわけ高温においても高い耐電圧性を有するべきである。この点は、ＣｅｒａＬｉｎｋコンデンサにおいて当てはまる。
図９は、上述の２つの積層セラミックコンデンサＣ１、Ｃ２がＥＭＩフィルタとして作動する際の容量−電圧図である。
この積層コンデンサＣ１、Ｃ２は、そのセラミックが異なる。積層コンデンサＣ１は、材料Ｐｂ０．８７Ｌａ０．０７Ｎａ０．０５Ｚｒ０．８６Ｔｉ０．１４Ｏ３を有する。積層コンデンサＣ２は、材料Ｐｂ０．８８１Ｌａ０．０６Ｎａ０．０５８Ｚｒ０．９０Ｔｉ０．１０Ｏ３を有する。
ＥＭＩフィルタとして使用する場合、コンデンサＣ１、Ｃ２は、スイッチング電界よりずっと下で作動する。例えばかけられる直流電圧Ｕｂｉａｓは４００Ｖである。容量の最大値は、明らかにより高く、例えば１５００Ｖである。
容量Ｃは、Ｃ１では４０ｎＦよりわずかに下であり、Ｃ２では約５０ｎＦである。したがって、セラミック材料を調節することにより、容量を必要な値に設定することができる。
図１０は、図９の積層セラミックコンデンサＣ１、Ｃ２の電圧ピーク時における電圧−故障図である。電圧Ｕを、故障Ａ（％）に対してプロットしている。
双方のコンデンサについて、２５００Ｖでの耐電圧性が達成される。この際、コンデンサＣ２は、コンデンサＣ１よりも耐電圧性がより高い。
寿命は、より厚いセラミック層を使用することによっても長くすることができ、その結果、寿命を調節するために層厚を最適化することもできる。
図１１は、図９の積層セラミックコンデンサＣ１、Ｃ２についての、温度２００℃および電圧１２００ＶにおけるＨＡＬテスト（英語では、ｈｉｇｈｌｙ ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ ｌｉｆｅ―ｔｅｓｔ、高加速寿命試験）の故障−時間図である。故障Ａ（％）を、時間Ｔ（分）に対してプロットしている。コンデンサＣ２は、より寿命が長い。
１ フィルタ／フィルタ素子
２ 第１コンデンサ
３ 第２コンデンサ
４ インダクタ
５ 積層コンデンサ
６ 基体
７ 第１接続接点
８ 第２接続接点
９ セラミック層
１０ 第１内部電極
１１ 第２内部電極
１２ 浮遊内部電極
１３ 緩和領域
１４ 第１層
１５ 第２層
１６ 第３層
１７ さらなる層
１８ さらなる層
１９ 外部電極
２０ 結合材料
２１ プリント基板
２２ 接点領域
２３ 結合材料
２４ 第１接続領域
２５ 第２接続領域
２６ 電源供給線
２７ ねじ
Ｌ＋ 電圧源への端子
Ｌ− 電圧源への端子
Ｌ＋’ 負荷への端子
Ｌ−’ 負荷への端子
ＰＥ 接地線への端子
Ｐｋ ピーク値
ＱＰ 準ピーク値
ＡＶ 平均値
ＰｋＬ Ｐｋの限界値
ＱＰＬ ＱＰの限界値
ＡＶＬ ＡＶの限界値
Ｃ１ 第１材料を備えたコンデンサ
Ｃ２ 第２材料を備えたコンデンサ

Claims (16)

  1. 雑音信号をフィルタリングするためのフィルタ素子であって、前記フィルタ素子は、基体（６）を備えた少なくとも１つの積層セラミックコンデンサ（２、３、５）を有し、前記基体中で、複数のセラミック層（９）と内部電極（１０、１１、１２）とが重なって積層していて、前記基体（６）には接続接点（７、８）が配置されている、フィルタ素子。
  2. 前記積層コンデンサ（２、３、５）の電気容量は、電圧が０より大きい範囲で、電圧が上昇すると大きくなる、請求項１に記載のフィルタ。
  3. 前記セラミック層（９）は、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛セラミックを有する、請求項１または２のいずれか１項に記載のフィルタ。
  4. 前記接続接点（７、８）の少なくとも１つはインバールを有する、先行する請求項のいずれか１項に記載のフィルタ素子。
  5. 前記接続接点（７、８）の少なくとも１つは金属シートから形成されている、先行する請求項のいずれか１項に記載のフィルタ素子。
  6. 前記接続接点（７、８）の少なくとも１つは、焼結結合材料（２０）により前記基体（６）に固定されている、先行する請求項のいずれか１項に記載のフィルタ素子。
  7. 前記基体（６）の少なくとも１つの外側には、外部電極（１９）が配置されていて、前記外部電極（１９）は少なくとも１つのスパッタされた層を有する、先行する請求項のいずれか１項に記載のフィルタ素子。
  8. 前記積層コンデンサ（２、３、５）は、第１接続接点（７）に電気接続された第１内部電極（１０）と、第２接続接点（８）に接続された第２内部電極（１１）と、前記接続接点（７、８）のいずれにも接続されていない第３内部電極（１２）とを有する、先行する請求項のいずれか１項に記載のフィルタ素子。
  9. 前記基体（６）中に、機械的な緩和を行うための少なくとも１つの緩和領域（１３）が形成されている、先行する請求項のいずれか１項に記載のフィルタ素子。
  10. 前記フィルタ素子はプリント基板（２１）を有し、前記接続接点（７、８）は前記プリント基板（２１）と焼結結合材料（２３）により結合されている、先行する請求項のいずれか１項に記載のフィルタ素子。
  11. 前記フィルタ素子は電源供給線（２６）を有し、前記プリント基板（２１）は前記電源供給線にねじ止めされている、請求項１０に記載のフィルタ素子。
  12. 前記積層コンデンサ（３、５）は、接地に接続されている、先行する請求項のいずれか１項に記載のフィルタ素子。
  13. 前記積層セラミックコンデンサ（２、５）は、端子（Ｌ＋、Ｌ−）間で電圧源（ＬＩＮＥ）に接続されていて、かつ端子（Ｌ＋’、Ｌ−’）間で負荷（ＬＯＡＤ）に接続されている、先行する請求項のいずれか１項に記載のフィルタ素子。
  14. 雑音信号をフィルタリングするための先行する請求項のいずれか１項に記載の積層セラミックコンデンサの使用であって、前記積層コンデンサ（２、３、５）の電気容量は、電圧が０より大きい場合に最大値を有し、前記積層コンデンサは、最大電圧よりも明らかにより小さい作動電圧で作動される、使用。
  15. 前記作動電圧は、最大で前記最大電圧の半分である、請求項１４に記載の使用。
  16. 雑音信号をフィルタリングするためのフィルタ素子中での積層セラミックコンデンサ（２、３、５）の使用であって、前記積層コンデンサ（２、３、５）は基体（６）を有し、前記基体中で、複数のセラミック層（９）と内部電極（１０、１１、１２）とが互いに重なって積層していて、前記基体（６）には、接続接点（７、８）が配置されていて、かつ前記セラミック層（９）はチタン酸ジルコン酸ランタン鉛セラミックを有する、使用。
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