JP3941508B2

JP3941508B2 - 積層型インピーダンス素子

Info

Publication number: JP3941508B2
Application number: JP2002003296A
Authority: JP
Inventors: 浩一高嶋; 博道徳田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-02-19
Filing date: 2002-01-10
Publication date: 2007-07-04
Anticipated expiration: 2022-01-10
Also published as: US6597270B2; US20020121957A1; CN1372273A; KR100447344B1; TW543045B; CN1188873C; JP2002319508A; KR20020077802A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層型インピーダンス素子、特に、種々の電子回路に組み込まれてノイズフィルタ等として使用される積層型インピーダンス素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種の積層型インピーダンス素子として、例えば特開平９−７８３５号公報記載のもの、あるいは、実開平６−８２８２２号公報記載のものが知られている。これらの積層型インピーダンス素子は、透磁率の異なる複数のコイル部を積み重ねて構成した積層体を有し、各コイル部のコイル導体パターン相互を電気的に直列に接続して螺旋状コイルを構成している。そして、これらの積層型インピーダンス素子は、低周波から高周波までの広い周波数領域で高インピーダンスを確保することによって、ノイズ除去周波数帯域の拡大を図っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の積層型インピーダンス素子は、積層体の上下に配置されている透磁率の異なる二つのコイル部のうち、どちらのコイル部を実装面側にしてプリント基板に実装するかによって、電気特性が異なるという問題があった。
【０００４】
また、本発明者らの研究によって、信号（パルス波）をこの積層型インピーダンス素子に入力したとき、高透磁率コイル部のコイル導体パターンが入出力外部電極に電気的に接続されている場合と、低透磁率コイル部のコイル導体パターンが入出力外部電極に電気的に接続されている場合とでは、両者間に電気特性の相違が認められた。
【０００５】
そこで、本発明の第１の目的は、実装時における方向性を有さない積層型インピーダンス素子を提供することにある。また、本発明の第２の目的は、電気特性の優れた積層型インピーダンス素子を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び作用】
前記目的を達成するため、本発明に係る積層型インピーダンス素子は、
（ａ）相対的に透磁率が高い材料からなる複数の磁性体層と複数のコイル導体パターンとを積み重ねて構成した、少なくとも第１の巻回部及び第３の巻回部を有している高透磁率コイル部と、
（ｂ）相対的に透磁率が低い材料からなる複数の磁性体層と複数のコイル導体パターンとを積み重ねて構成した、少なくとも第２の巻回部を有している低透磁率コイル部とを備え、
（ｃ）高透磁率コイル部と低透磁率コイル部とを積み重ね、第１の巻回部、第２の巻回部、第３の巻回部を順に電気的に直列に接続してコイルを形成すると共に、高透磁率コイル部の第１の巻回部及び第３の巻回部を入出力外部電極に電気的に接続したこと、
を特徴とする。
【０００８】
以上の構成により、パルス波等の信号が積層型インピーダンス素子に入力されると、信号波形は高透磁率コイル部の巻回部で相対的になまった後、低透磁率コイル部の巻回部で相対的に歪む。仮に、入出力外部電極に低透磁率コイル部のコイル導体パターンが電気的に接続されているとすると、信号波形は低透磁率コイル部で相対的に歪んだ後、高透磁率コイル部でなまることになる。
【０００９】
ここで、信号波形の歪みの大きさを考えると、一般に、信号がパルス波に近いほど歪みが大きくなる。従って、入出力外部電極から入ってきたパルス波の信号が低透磁率コイル部から高透磁率コイル部へ伝搬する構造の積層型インピーダンス素子の方が、歪みが大きくなる。つまり、入出力外部電極に高透磁率コイル部のコイル導体パターンが電気的に接続されている構造の積層型インピーダンス素子の方が、電気特性が優れていることになる。
【００１０】
さらに、高透磁率コイル部の第１の巻回部及び第３の巻回部をそれぞれ入出力外部電極に接続することにより、実装方向による電気特性の方向性がなくなる。
【００１１】
また、高透磁率コイル部と低透磁率コイル部の間に、非磁性体材料からなる中間層を配設してもよい。この中間層は、高透磁率コイル部で発生する磁束と低透磁率コイル部で発生する磁束の電磁的な結合を防止するとともに、高透磁率コイル部の材料と低透磁率コイル部の材料の相互拡散防止や収縮率の違いにより発生する反りやクラックを防止する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る積層型インピーダンス素子の実施の形態について添付の図面を参照して説明する。
【００１３】
［第１実施形態、図１〜図５］
図１に示すように、積層型インピーダンス素子１は、コイル導体パターン１６〜１９，２４〜２７をそれぞれ表面に設けた高透磁率磁性体シート２〜６と、コイル導体パターン２０〜２３をそれぞれ表面に設けた低透磁率磁性体シート８〜１２と、中間シート７等にて構成されている。磁性体シート２〜６は、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトやＭｎ−Ｚｎ系フェライトなどの高透磁率のフェライト粉末を含有した絶縁層ペーストをシート状にして製作される。同様に、磁性体シート８〜１２は、低透磁率のフェライト粉末を含有した絶縁性ペーストをシート状にして製作される。本第１実施形態の場合、高透磁率磁性体シート２〜６の比透磁率μを３００以上に設定し、低透磁率磁性体シート８〜１２の比透磁率μを１００以下に設定した。中間シート７は、非磁性体材料、例えばガラス、ガラスセラミックなどからなる絶縁性ペーストをシート状にして製作される。なお、ガラスを用いた場合には、他の絶縁性材料に比べて相互拡散を防止する点で好適である。
【００１４】
コイル導体パターン１６〜２７は、Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ａｇ−Ｐｄ，Ｎｉ等からなり、磁性体シート３〜１１にそれぞれ設けたビアホール３０ａ〜３０ｒを介して電気的に直列に接続され、インピーダンス素子１内部に略Ｕ字形に配設された螺旋状コイルＬとされる。より詳しく説明すると、コイル導体パターン１６〜１９は、ビアホール３０ａ〜３０ｃを介して直列に接続され、高透磁率コイル部３５の第１の巻回部Ｌ１を構成する。コイル導体パターン２０〜２３はビアホール３０ｇ〜３０ｉを介して直列に接続され、低透磁率コイル部３６の第２の巻回部Ｌ２を構成する。コイル導体パターン２４〜２７はビアホール３０ｐ〜３０ｒを介して直列に接続され、高透磁率コイル部３５の第３の巻回部Ｌ３を構成する。
【００１５】
第１の巻回部Ｌ１及び第２の巻回部Ｌ２は、インピーダンス素子１の上面側から見て時計回り方向に巻回している。一方、第３の巻回部Ｌ３は反時計回り方向に巻回している。そして、第１の巻回部Ｌ１と第２の巻回部Ｌ２は、ビアホール３０ｄ〜３０ｆを介して電気的に直列に接続されている。第２の巻回部Ｌ２と第３の巻回部Ｌ３は、ビアホール３０ｊ〜３０ｏを介して電気的に直列に接続されている。コイル導体パターン１６の引出し端１６ａは、磁性体シート３の左辺に露出している。コイル導体パターン２７の引出し端２７ａは、磁性体シート３の右辺に露出している。コイル導体パターン１６〜２７は、印刷等の方法により磁性体シート３〜６，９〜１２の表面に形成される。
【００１６】
以上の磁性体シート２〜１２は、図１に示すように、順に積み重ねられて圧着された後、一体的に焼成されることにより、図２に示す積層体４０とされる。積層体４０の左右の端面には、それぞれ入力外部電極４１及び出力外部電極４２が形成されている。入力外部電極４１にはコイル導体パターン１６の引出し端１６ａが接続され、出力外部電極４２にはコイル導体パターン２７の引出し端２７ａが接続される。
【００１７】
この積層型インピーダンス素子１は、図３に示すように、相対的に高透磁率の磁性体シート２〜６を積み重ねて構成した高透磁率コイル部３５と、相対的に低透磁率の磁性体シート８〜１２を積み重ねて構成した低透磁率コイル部３６と、中間シート７にて構成した中間層３７とが積層されたものである。
【００１８】
そして、高透磁率コイル部３５の第１と第３の巻回部Ｌ１，Ｌ３が主として低周波ノイズを除去し、低透磁率コイル部３６の第２の巻回部Ｌ２が主として高周波ノイズを除去をする。
【００１９】
また、螺旋状コイルＬの両端部は、高透磁率コイル部３５に形成されたコイル導体パターン１６，２７からそれぞれ入力外部電極４１及び出力外部電極４２に引き出されているため、等価回路的に対称となり、積層型インピーダンス素子１の実装方向（表裏）による電気特性の方向性をなくすことができる。方向性マーキングも不要になる。このとき、高透磁率コイル部３５の第１の巻回部Ｌ１の巻回方向と第３の巻回部Ｌ３の巻回方向とを逆方向にしているので、第１の巻回部Ｌ１で発生する磁束と第３の巻回部Ｌ３で発生する磁束とが電磁的に結合しない。従って、入力外部電極４１から入力した高周波成分は、第１、第２、第３の巻回部Ｌ１〜Ｌ３を順に伝わり、出力外部電極４２から出力される。この結果、入力外部電極４１から入った高周波成分が、第１と第３の巻回部Ｌ１，Ｌ３の電磁的結合によって直接に出力外部電極４２から出力される心配がない。
【００２０】
さらに、入力外部電極４１は、高透磁率コイル部３５のコイル導体パターン１６に電気的に接続されているため、パルス波等の信号が積層型インピーダンス素子１に入力されると、図４に示すように、信号波形は高透磁率コイル部３５の第１の巻回部Ｌ１で相対的になまった後、低透磁率コイル部３６の第２の巻回部Ｌ２で相対的に歪む。
【００２１】
ここで、信号波形の歪みの大きさを考えると、一般に、信号がパルス波に近いほど波形歪みが大きくなる。従って、入力外部電極が低透磁率コイル部のコイル導体パターンに接続されている構造の積層型インピーダンス素子の方が波形歪みが大きくなる。つまり、本第１実施形態の積層型インピーダンス素子１のように、信号が入力外部電極４１−高透磁率コイル部３５の第１の巻回部Ｌ１−低透磁率コイル部３６の第２の巻回部Ｌ２−高透磁率コイル部３５の第３の巻回部Ｌ３−出力外部電極４２の順に伝わる構造のインピーダンス素子の方が、電気特性が優れていることになる。
【００２２】
さらに、高透磁率コイル部３５の比透磁率μを３００以上にしているので、ダンピング機能を有し、信号波形のリンギング現象を抑えることができ、信号波形の品質をより向上させることができる。そして、低透磁率コイル部３６の比透磁率μを１００以下に設定しているので、高周波領域（１００ＭＨｚ以上）で大きなインピーダンスを確保できる。これにより、ダンピング機能を有し、高周波帯域まで優れたインピーダンス特性をもつことができる。
【００２３】
また、高透磁率コイル部３５の第１及び第３の巻回部Ｌ１，Ｌ３の合計インピーダンスが２２０Ω以下（１００ＭＨｚ）で、低透磁率コイル部３６の第２の巻回部Ｌ２のインピーダンスが２２０Ω以下（１００ＭＨｚ）になるように設定することが好ましい。高透磁率コイル部３５があまり大きなインピーダンスをもつと、信号レベルの低下や波形なまりを起こすからである。一方、低透磁率コイル部３６があまり大きなインピーダンスをもつと、インピーダンス曲線の傾きが急峻となってＱが高くなり、ダンピング機能が働かなくなり、波形歪みが抑制されない心配があるからである。
【００２４】
積層型インピーダンス素子１の外部電極４１，４２間のインピーダンス特性を図５に示す（実線４７参照）。なお、図５において、点線４５は高透磁率コイル部３５のインピーダンス特性を示し、点線４６は低透磁率コイル部３６のインピーダンス特性を示している。
【００２５】
また、高透磁率コイル部３５と低透磁率コイル部３６の間に非磁性体材料からなる中間層３７を配設しているので、高透磁率コイル部３５の第１及び第３の巻回部Ｌ１，Ｌ３で発生する磁束と低透磁率コイル部３６の第２の巻回部Ｌ２で発生する磁束との電磁的な結合を防止することができる。さらに、中間層３７は、高透磁率コイル部３５の材料と低透磁率コイル部３６の材料の相互拡散防止や収縮率の違いにより発生する反りやクラック防止の役目もする。
【００２６】
［第２実施形態、図６］
図６に示すように、第２実施形態の積層型インピーダンス素子５１は、低透磁率コイル部７３を間にして上下に高透磁率コイル部７１，７２を積層したものである。高透磁率コイル部７１，７２と低透磁率コイル部７３との間には、それぞれ非磁性体材料、例えばガラス、ガラスセラミック等からなる中間層７４，７５を配置している。
【００２７】
高透磁率コイル部７１は、コイル導体パターン５２〜５５をそれぞれ表面に設けた高透磁率磁性体シートを積み重ねて構成される。コイル導体パターン５２〜５５は、磁性体シートにそれぞれ設けたビアホール（図示せず）を介して電気的に直列に接続され、高透磁率コイル部７１の第１の巻回部Ｌ１を構成する。
【００２８】
高透磁率コイル部７２は、コイル導体パターン６０〜６３をそれぞれ表面に設けた高透磁率磁性体シートを積み重ねて構成される。コイル導体パターン６０〜６３は、磁性体シートにそれぞれ設けたビアホール（図示せず）を介して電気的に直列に接続され、高透磁率コイル部７２の第３の巻回部Ｌ３を構成する。
【００２９】
低透磁率コイル部７３は、コイル導体パターン５６〜５９をそれぞれ表面に設けた低透磁率磁性体シートを積み重ねて構成される。コイル導体パターン５６〜５９は、磁性体シートにそれぞれ設けたビアホール（図示せず）を介して電気的に直列に接続され、低透磁率コイル部７３の第２の巻回部Ｌ２を構成する。
【００３０】
第１の巻回部Ｌ１、第２の巻回部Ｌ２及び第３の巻回部Ｌ３は、磁性体シートにそれぞれ設けたビアホール６５，６６を介して電気的に直列に接続され、螺旋状コイルＬとされる。コイル導体パターン５２の引出し端５２ａは入力外部電極７７に電気的に接続され、コイル導体パターン６３の引出し端６３ａは出力外部電極７８に電気的に接続されている。
【００３１】
以上の構成からなる積層型インピーダンス素子５１は、螺旋状コイルＬのコイル軸が、磁性体シートの積み重ね方向に対して平行で、かつ、入出力外部電極７７，７８に対して平行である（いわゆる縦巻き構造のインダクタである）。この積層型インピーダンス素子５１は、前記第１実施形態のインピーダンス素子１と同様の作用効果を奏する。
【００３２】
［第３実施形態、図７］
図７に示すように、第３実施形態の積層型インピーダンス素子８１は、低透磁率コイル部１０３を間にして左右に高透磁率コイル部１０１，１０２を積層したものである。高透磁率コイル部１０１，１０２と低透磁率コイル部１０３との間には、それぞれ非磁性体材料、例えばガラス、ガラスセラミック等からなる中間層１０４，１０５を配置している。
【００３３】
高透磁率コイル部１０１は、コイル導体パターン８２〜８５をそれぞれ表面に設けた高透磁率磁性体シートを積み重ねて構成される。コイル導体パターン８２〜８５は、磁性体シートにそれぞれ設けたビアホール（図示せず）を介して電気的に直列に接続され、高透磁率コイル部１０１の第１の巻回部Ｌ１を構成する。
【００３４】
高透磁率コイル部１０２は、コイル導体パターン９０〜９３をそれぞれ表面に設けた高透磁率磁性体シートを積み重ねて構成される。コイル導体パターン９０〜９３は、磁性体シートにそれぞれ設けたビアホール（図示せず）を介して電気的に直列に接続され、高透磁率コイル部１０２の第３の巻回部Ｌ３を構成する。
【００３５】
低透磁率コイル部１０３は、コイル導体パターン８６〜８９をそれぞれ表面に設けた低透磁率磁性体シートを積み重ねて構成される。コイル導体パターン８６〜８９は、磁性体シートにそれぞれ設けたビアホール（図示せず）を介して電気的に直列に接続され、低透磁率コイル部１０３の第２の巻回部Ｌ２を構成する。
【００３６】
第１の巻回部Ｌ１、第２の巻回部Ｌ２及び第３の巻回部Ｌ３は、磁性体シートにそれぞれ設けたビアホール９５，９６を介して電気的に直列に接続され、螺旋状コイルＬとされる。コイル導体パターン８２は磁性体シートに設けた引出し用ビアホール９７を介して入力外部電極１０７に電気的に接続され、コイル導体パターン９３は磁性体シートに設けた引出し用ビアホール９８を介して出力外部電極１０８に電気的に接続されている。
【００３７】
以上の構成からなる積層型インピーダンス素子８１は、螺旋状コイルＬのコイル軸が、磁性体シートの積み重ね方向に対して平行で、かつ、入出力外部電極１０７，１０８に対して垂直である（いわゆる横巻き構造のインダクタである）。この積層型インピーダンス素子８１は、前記第１実施形態のインピーダンス素子１と同様の作用効果を奏する。
【００３８】
［他の実施形態］
なお、本発明に係る積層型インピーダンス素子は前記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。例えば、コイルの巻回数、コイル導体パターンの形状等は仕様に合わせて種々のものが採用される。前記実施形態では、コイル導体パターンを接続して螺旋状コイルを形成しているが、各磁性体シートに渦巻状（１ターン以上）のコイル導体パターンを形成して接続してもよい。あるいは、ビアホール又は印刷パターンにより、直線状のコイル導体パターンを用いてコイルを形成してもよい。さらに、螺旋状、渦巻状、直線状のコイル導体パターンを組み合わせてコイルを形成してもよい。
【００３９】
また、積層型インピーダンス素子には、前記実施形態の積層型インダクタの他に、積層型コモンモードチョークコイルや積層型ＬＣ複合部品等も含まれる。
【００４０】
また、前記実施形態では、高透磁率コイル部の比透磁率を３００以上に設定しているが、必ずしもこの値に限るものではなく、高透磁率コイル部の比透磁率を１００〜３００に設定してもよい。この場合、コイルＬが有するインピーダンスのピークの他に、高透磁率コイル部でのインダクタンスと該インダクタンスに電気的に並列に発生する浮遊容量との共振により、前記インピーダンスのピークより低周波側にもインピーダンスのピークを形成することができる。この結果、積層型インピーダンス素子は急峻なインピーダンス特性を得ることができる。
【００４１】
さらに、前記実施形態は、それぞれコイル導体パターンが形成された磁性体シートを積み重ねた後、一体的に焼成するものであるが、必ずしもこれに限定されない。磁性体シートは予め焼成されたものを用いてもよい。また、以下に説明する製法によってインピーダンス素子を作成してもよい。印刷等の方法によりペースト状の磁性体材料にて磁性体層を形成した後、その磁性体層の表面にペースト状の導電性材料を塗布してコイル導体パターンを形成する。次に、ペースト状の磁性体材料を前記コイル導体パターンの上から塗布してコイル導体パターンが内蔵された磁性体層とする。同様にして、コイル導体パターン間を電気的に接続しつつ、順に重ね塗りすることにより積層構造を有するインピーダンス素子が得られる。
【００４２】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、入出力外部電極が高透磁率コイル部の第１の巻回部及び第３の巻回部に電気的に接続されているので、入出力外部電極から入った信号の波形歪みが小さくてすみ、優れた電気特性を有する積層型インピーダンス素子を得ることができる。また、コイルの両端部は、高透磁率コイル部に形成された第１の巻回部及び第３の巻回部からそれぞれ入出力外部電極に引き出されているため、等価回路的に対称となり、積層型インピーダンス素子の実装方向（表裏）による電気特性の方向性をなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る積層型インピーダンス素子の第１実施形態の構成を示す分解斜視図。
【図２】図１に示した積層型インピーダンス素子の外観斜視図。
【図３】図２に示した積層型インピーダンス素子の模式断面図。
【図４】図２に示した積層型インピーダンス素子に入ってきたパルス波信号の波形の変化を示す説明図。
【図５】図２に示した積層型インピーダンス素子のインピーダンス特性を示すグラフ。
【図６】本発明に係る積層型インピーダンス素子の第２実施形態の構成を示す模式断面図。
【図７】本発明に係る積層型インピーダンス素子の第３実施形態の構成を示す模式断面図。
【符号の説明】
１，５１，８１…積層型インピーダンス素子
２〜６…高透磁率磁性体シート
７…中間シート
８〜１２…低透磁率磁性体シート
１６〜２７，５２〜６３，８２〜９３…コイル導体パターン
３５，７１，７２，１０１，１０２…高透磁率コイル部
３６，７３，１０３…低透磁率コイル部
３７，７４，７５，１０４，１０５…中間層
４１，７７，１０７…入力外部電極
４２，７８，１０８…出力外部電極
Ｌ…螺旋状コイル
Ｌ１…第１の巻回部
Ｌ２…第２の巻回部
Ｌ３…第３の巻回部

Claims

相対的に透磁率が高い材料からなる複数の磁性体層と複数のコイル導体パターンとを積み重ねて構成した、少なくとも第１の巻回部及び第３の巻回部を有している高透磁率コイル部と、
相対的に透磁率が低い材料からなる複数の磁性体層と複数のコイル導体パターンとを積み重ねて構成した、少なくとも第２の巻回部を有している低透磁率コイル部とを備え、
前記高透磁率コイル部と前記低透磁率コイル部とを積み重ね、前記第１の巻回部、第２の巻回部、第３の巻回部を順に電気的に直列に接続してコイルを形成すると共に、前記高透磁率コイル部の第１の巻回部及び第３の巻回部を入出力外部電極に電気的に接続したこと、
を特徴とする積層型インピーダンス素子。
前記高透磁率コイル部と前記低透磁率コイル部の間に、非磁性体材料からなる中間層を配設したことを特徴とする請求項１に記載の積層型インピーダンス素子。