JP4645490B2 - High frequency filter - Google Patents
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Description
本発明は、高周波フィルタに関し、さらに詳しくは、プリント基板上に実装され、広帯域にノイズを除去することができる高周波フィルタに関する。 The present invention relates to a high frequency filter, and more particularly to a high frequency filter that is mounted on a printed circuit board and can remove noise in a wide band.
近年の技術の発展につれて、コンピュータに代表される電子機器は非常に高速で動作するようになってきており、それに伴い、低周波から高周波領域までの広帯域にわたるノイズが電子機器から放射されるようになってきている。そうしたノイズを除去するために、例えば特許文献1には分布定数型のノイズフィルタが提案されている(例えば、特許文献1を参照)。
With the development of technology in recent years, electronic devices represented by computers have come to operate at very high speeds, and accordingly, noise over a wide band from low frequency to high frequency range is emitted from electronic devices. It has become to. In order to remove such noise, for example,
また、例えば特許文献2には伝送線路型のノイズフィルタが提案されている。この構造のフィルタでは、除去したい周波数領域のうち一番低い周波数に依存してその長さを決定することが多く行われている。具体的には、同文献に記載されているように、周波数の1/4波長以上の長さが必要とされ、日本国内での情報処理装置等電波障害自主規格の家庭用規格(通称:VCCIクラスB)の周波数範囲の最低周波数である30MHzをフィルタリングするには、例えばアルミ電解コンデンサ構造を基本とした場合、約1mmの長さが必要となり、さらに低周波に対応するには、数mmから数cmの長さが必要となってくる。 For example, Patent Document 2 proposes a transmission line type noise filter. In the filter of this structure, the length is often determined depending on the lowest frequency in the frequency region to be removed. Specifically, as described in the same document, a length of ¼ wavelength or more is required, and a domestic standard (common name: VCCI) of radio wave interference voluntary standards such as information processing devices in Japan. In order to filter 30 MHz which is the lowest frequency in the frequency range of class B), for example, when an aluminum electrolytic capacitor structure is used as a base, a length of about 1 mm is required. A length of several centimeters is required.
一方、大静電容量化の目的で積層型固体電解コンデンサ素子が提案されている(例えば、特許文献3を参照)。同文献に記載の積層型固体電解コンデンサは高周波フィルタとなりうるものであり、大容量化することで低い周波数にも対応する高周波フィルタとなる。
しかしながら、上記従来の高周波フィルタには以下のような問題がある。例えば特許文献1で提案されたようなノイズフィルタは、耐環境性の向上のために樹脂封止等が施されている。こうしたノイズフィルタをプリント基板に自動搭載することを考慮した場合、トランスファモールドでの樹脂封止が一つの選択肢となる。しかしながら、トランスファモールドではプロセス時に180℃程度にまで温度上昇するため、ノイズフィルタを層状に重ね合わせて高周波フィルタを形成する場合、各ノイズフィルタを構成する金属それぞれの熱膨張係数の差により、被封止物である高周波フィルタがモールド樹脂内で反ってしまうという問題が生じる。同様のことは特許文献2で提案されたノイズフィルタにも該当し、ノイズフィルタの製作時における樹脂封止工程で加わる高温により金属板に反りが生じ、ノイズフィルタが反るという問題がある。
However, the conventional high frequency filter has the following problems. For example, a noise filter as proposed in
また、特許文献3で提案された積層型のコンデンサは、静電容量を大きくすることには有効であるが、一方で、電極端子から遠くに位置するフィルタ素子までの距離が大きくなってしまい、素子全体としての等価直列抵抗又は等価直列インダクタンスが大きくなるという問題がある。等価直列抵抗が大きくなると、高周波フィルタの能力を落とす方向に影響し、等価直列インダクタンスが大きくなると、高周波フィルタとしての上限周波数を下げる方向に影響する。等価直列抵抗や等価直列インダクタンスは、陰極に寄生する抵抗成分やインダクタンス成分が支配的であるので、高周波フィルタの特性を向上させるためには、陰極での抵抗成分とインダクタンス成分を小さくする必要がある。また、上記同様、特許文献3の積層型のコンデンサにおいても、製作時に樹脂封止する際の高温による金属板の反りの問題がある。 In addition, the multilayer capacitor proposed in Patent Document 3 is effective for increasing the capacitance, but on the other hand, the distance from the electrode terminal to the filter element located far from the electrode terminal becomes large. There is a problem that the equivalent series resistance or equivalent series inductance of the entire element increases. Increasing the equivalent series resistance affects the direction of reducing the ability of the high frequency filter, and increasing the equivalent series inductance affects the direction of lowering the upper limit frequency of the high frequency filter. Since the equivalent series resistance and equivalent series inductance are dominated by the resistance component and inductance component parasitic on the cathode, it is necessary to reduce the resistance component and the inductance component at the cathode in order to improve the characteristics of the high frequency filter. . Similarly to the above, the multilayer capacitor of Patent Document 3 also has a problem of warpage of the metal plate due to high temperature when resin-sealing at the time of manufacture.
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、その目的は、製造プロセスでの温度変化による素子変形が小さい高周波フィルタを提供することにある。また、同時に、等価直列抵抗や等価直列インダクタンスが増加することのない高周波フィルタを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a high-frequency filter in which element deformation due to temperature change in a manufacturing process is small. It is another object of the present invention to provide a high frequency filter in which the equivalent series resistance and the equivalent series inductance do not increase.
上記課題を解決するための本発明の高周波フィルタは、略板形状の陽極の周りに誘電体層を介して陰極が設けられた複数のフィルタ素子を積層してなるフィルタ素子部と、前記陰極に対向するように前記フィルタ素子部の少なくとも3面を囲う金属部材と、前記フィルタ素子部及び前記金属部材の間に充填される接着性の導電性材料と、を有することを特徴とする。 In order to solve the above problems, a high-frequency filter according to the present invention includes a filter element portion formed by laminating a plurality of filter elements each provided with a cathode via a dielectric layer around a substantially plate-shaped anode, and the cathode A metal member surrounding at least three surfaces of the filter element portion so as to face each other, and an adhesive conductive material filled between the filter element portion and the metal member.
この発明によれば、複数のフィルタ素子を積層してなるフィルタ素子部の少なくとも3面を囲うように金属部材が設けられ、さらにそのフィルタ素子部と金属部材との間には接着性の導電性材料が充填されているので、反りに対して剛性のある金属部材にフィルタ素子部が少なくとも3面で接着する。その結果、剛性のある金属部材により、フィルタ素子部の反りを防ぐことができる。さらに、この発明によれば、積層された全てのフィルタ素子の陰極が導電性材料を介して金属部材に直接導通するので、高周波フィルタがもつ等価直列抵抗及び等価直列インダクタンスを小さくすることができ、高周波フィルタの能力向上や上限周波数拡大が可能となる。 According to the present invention, the metal member is provided so as to surround at least three surfaces of the filter element portion formed by laminating the plurality of filter elements, and the adhesive conductive property is provided between the filter element portion and the metal member. Since the material is filled, the filter element portion adheres to at least three surfaces to a metal member that is rigid against warping. As a result, the warp of the filter element portion can be prevented by the rigid metal member. Furthermore, according to the present invention, since the cathodes of all the laminated filter elements are directly conducted to the metal member through the conductive material, the equivalent series resistance and equivalent series inductance of the high frequency filter can be reduced. The capability of the high frequency filter can be improved and the upper limit frequency can be expanded.
本発明の高周波フィルタにおいて、(1)前記金属部材が略コの字形状をなし、その中に前記フィルタ素子部が収容されていること、又は、(2)前記金属部材が筒形状をなし、その中に前記フィルタ素子部が収容されていること、が好ましい。 In the high frequency filter of the present invention, (1) the metal member has a substantially U shape, and the filter element portion is accommodated therein, or (2) the metal member has a cylindrical shape, It is preferable that the filter element portion is accommodated therein.
これら(1)(2)の発明によれば、金属部材が単一平面からなる板でなく、フィルタ素子部の少なくとも3面を囲う立体的な構造であるので、フィルタ素子部の反りに対する強度を上げることができる。その結果、組立工程で樹脂封止等の熱履歴を経ることがあっても、フィルタ素子、フィルタ素子部の反りの可能性をより一層低減することができる。 According to the inventions of (1) and (2), since the metal member is not a single flat plate but a three-dimensional structure surrounding at least three surfaces of the filter element part, the strength against warping of the filter element part is increased. Can be raised. As a result, even if a thermal history such as resin sealing is passed in the assembly process, the possibility of warping of the filter element and the filter element portion can be further reduced.
本発明の高周波フィルタにおいて、3端子構造又は4端子構造であることを特徴とする。 The high-frequency filter of the present invention has a three-terminal structure or a four-terminal structure.
本発明の高周波フィルタにおいて、前記金属部材が、高周波フィルタの陰極に相当することを特徴とする。この発明によれば、金属部材がフィルタ素子の陰極に対向するようにフィルタ素子部の少なくとも3面を囲い、さらにフィルタ素子部と金属部材とが導電性材料を介して接着しているので、その金属部材はフィルタ素子の各陰極と導通し、実質的な陰極として作用する。 In the high frequency filter of the present invention, the metal member corresponds to a cathode of the high frequency filter. According to this invention, the metal member surrounds at least three surfaces of the filter element portion so as to face the cathode of the filter element, and the filter element portion and the metal member are bonded via the conductive material. The metal member is electrically connected to each cathode of the filter element and acts as a substantial cathode.
本発明の高周波フィルタにおいて、前記金属部材と前記フィルタ素子部が樹脂により封止されていることを特徴とする。この発明によれば、金属部材とフィルタ素子部からなる構造体が樹脂により封止されているので、全体として強度に優れた一体構造物となっている。 In the high frequency filter of the present invention, the metal member and the filter element portion are sealed with a resin. According to this invention, since the structure consisting of the metal member and the filter element portion is sealed with the resin, the entire structure is excellent in strength.
本発明の高周波フィルタによれば、反りに対して剛性のある金属部材にフィルタ素子部が少なくとも3面で接着するので、剛性のある金属部材により、フィルタ素子部の反りを防ぐことができる。さらに、その金属部材を、3面を囲う立体的な構造とすれば、フィルタ素子部の反りに対する強度を上げることができ、組立工程で樹脂封止等の熱履歴を経ることがあっても、フィルタ素子、フィルタ素子部又は金属部材等の反りの可能性をより一層低減することができる。 According to the high frequency filter of the present invention, the filter element portion is bonded to the metal member that is rigid against warping on at least three surfaces, and therefore, the warp of the filter element portion can be prevented by the rigid metal member. Furthermore, if the metal member has a three-dimensional structure that surrounds three surfaces, the strength against warping of the filter element portion can be increased, and even if it undergoes a thermal history such as resin sealing in the assembly process, The possibility of warping of the filter element, the filter element portion, or the metal member can be further reduced.
さらに、本発明の高周波フィルタによれば、積層された全てのフィルタ素子の陰極が導電性材料を介して金属部材に直接導通するので、より多くの面積でフィルタ素子の陰極と金属部材とが電気的に接続し、フィルタ素子から金属部材までの寄生抵抗及び寄生インダクタンスを小さくすることができ、ひいては等価直列抵抗及び等価直列インダクタンスを小さくすることができる。その結果、優れた高周波特性を実現する高周波フィルタを提供することができる。 Furthermore, according to the high frequency filter of the present invention, since the cathodes of all the laminated filter elements are directly conducted to the metal member through the conductive material, the cathode of the filter element and the metal member are electrically connected in a larger area. Thus, the parasitic resistance and the parasitic inductance from the filter element to the metal member can be reduced, and the equivalent series resistance and the equivalent series inductance can be reduced. As a result, it is possible to provide a high frequency filter that realizes excellent high frequency characteristics.
次に、本発明の高周波フィルタについて図面を参照して詳細に説明する。 Next, the high frequency filter of this invention is demonstrated in detail with reference to drawings.
(高周波フィルタ)
図1は、本発明の高周波フィルタの一例を示す模式的な透過斜視図であり、図2は、図1のA−A’線に沿った断面図であり、図3は、フィルタ素子部を構成するフィルタ素子の斜視図である。本発明の高周波フィルタ1は、図1〜図3に示すように、略板形状の陽極212の周りに誘電体層213を介して陰極211が設けられた複数のフィルタ素子21を積層してなるフィルタ素子部20と、その陰極211に対向するようにフィルタ素子部20の少なくとも3面を囲う金属部材11と、フィルタ素子部20及び金属部材11の間に充填される接着性の導電性材料31とを少なくとも有している。
(High frequency filter)
1 is a schematic transmission perspective view showing an example of the high-frequency filter of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 1, and FIG. 3 shows a filter element portion. It is a perspective view of the filter element which comprises. As shown in FIGS. 1 to 3, the high-
さらに、図1及び図2に示すように、本発明の高周波フィルタ1は、フィルタ素子部20と金属部材11と導電性材料31のすべてを樹脂41で覆い、全体が封止されていることが好ましい。なお、図1に示す高周波フィルタも導電性材料31を有するが、便宜的に導電性材料31は省略している。
Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the high-
本発明に適用されるフィルタ素子21は、図3に示すように、略板形状の陽極212の周りに誘電体層213を介して陰極211が設けられた構造からなるものであり、伝送線路構造を有する3端子コンデンサ形式の分布定数型ノイズフィルタである。こうした構成からなるフィルタ素子21は、分布定数回路形成部の幅、長さ及び厚さを制御することにより、広範囲に連続する低インピーダンスを生成しうる分布定数型ノイズフィルタである。
As shown in FIG. 3, the
ここで、分布定数型ノイズフィルタの基本構成について説明する。分布定数型ノイズフィルタの基本構成は、略平板形状をなす金属板(陽極212)を取り囲むように形成される誘電体(誘電体層213)と、この誘電体(誘電体層213)を更に取り囲むように導通する陰極端子(陰極211)とからなる分布定数回路形成部と、この分布定数回路形成部に導通する陰極端子(陰極211)と、金属板(陽極212)の一部が誘電体(誘電体層213)から突出してなる電極部(電極部214)と、この電極部(電極部214)に電気的に接続された陽極端子(陽極端子12,13)とを有している。そして、分布定数回路形成部の短辺方向の長さ及び分布定数回路形成部の長辺方向の長さ及び分布定数回路形成部の実効厚さが、分布定数回路形成部の誘電率に基づいて設定されている構成からなっている。こうした構成からなる分布定数型ノイズフィルタは、広周波数帯域にわたってインピーダンスを低くすることができ、さらに、高周波数側でインピーダンスを低くすることができるため、広帯域、特に高周波数での電気的ノイズの除去を行う分布定数型ノイズフィルタとなる。なお、括弧内は、分布定数型ノイズフィルタの基本構成に対応する本発明におけるフィルタ素子21の構成であり、本発明を構成するフィルタ素子21は、上記分布定数型ノイズフィルタの基本構成を備えている。
Here, the basic configuration of the distributed constant noise filter will be described. The basic configuration of the distributed constant type noise filter includes a dielectric (dielectric layer 213) formed so as to surround a substantially flat metal plate (anode 212), and further surrounds the dielectric (dielectric layer 213). In this way, a distributed constant circuit forming part composed of a conductive cathode terminal (cathode 211), a cathode terminal (cathode 211) conducting to this distributed constant circuit forming part, and a part of the metal plate (anode 212) are dielectric ( It has an electrode part (electrode part 214) protruding from the dielectric layer 213) and an anode terminal (
フィルタ素子21として、例えばアルミ固体電解コンデンサを例にして説明する。フィルタ素子21としてのアルミ固体電解コンデンサは、陽極212として箔状のアルミニウムを使用し、その表面にエッチング処理により凹凸をつけ、さらにその表面に誘電体層213としての酸化皮膜を形成する。さらにその酸化皮膜の表面に対向する形態で設ける陰極211としては、導電性高分子層等の固体電解質層、グラファイト、銀ペースト層をその順に形成したものが挙げられる。こうした構成は、ストリップ線路構造に類する構造である。すなわち、ストリップ線路構造を構成する線路導体が中心のアルミニウムであり、誘電体が酸化皮膜に相当し、接地導体が固体電解質層、グラファイト及び銀ペースト層に相当する。酸化皮膜は、表面積を大きくするエッチング処理で形成されるので、同形状では単一の材料を用いるセラミックコンデンサ等よりも大きな静電容量を得ることができ、分布定数型ノイズフィルタに適した構造となっている。酸化皮膜を誘電体層213とする他の例としては、例えばタンタルコンデンサ等を挙げることができる。
As the
なお、フィルタ素子21の例は、上記のアルミ固体電解コンデンサの例に限定されず、同様の構成を有し、同様のフィルタ機能を有するものであれば、他の材料で構成されたものも本発明に適用できるフィルタ素子21として使用することができる。
The example of the
フィルタ素子部20は、上記のフィルタ素子21を複数積層してなる略矩形状の構造体であり、図1及び図2においては、5つのフィルタ素子21が積層されているが、別段5つである必要はなく、2つ〜4つであっても6つ以上であってもよいし、1つであってもよい。このフィルタ素子部20は、各フィルタ素子21の陰極部分を接着性の材料を介して重ね合わせて構成される。その接着性の材料としては、フィルタ素子部20の陰極部分と金属部材11との間を充填する導電性材料31と同じ又は類似のものでもよいし、導電性を有さない他の接着性材料(例えば一般的な接着樹脂等)でもよい。なお、導電性を有さない他の接着性材料で各フィルタ素子21の陰極部分を接着して重ね合わせる場合には、フィルタ素子部20の陰極部分と金属部材11との間を充填する導電性材料31により、各フィルタ素子21の陰極211と金属部材11とを導通させる必要がある。
The
金属部材11は、フィルタ素子21の陰極211に対向するように、略矩形状のフィルタ素子部20の少なくとも3面を囲っている。金属部材11としては、通常、銅板を加工(成型又は溶接等)したものが好ましく用いられるが、アルミニウム板等の他の導電性金属部材を加工したものを用いてもよい。また、金属部材11は略矩形状のフィルタ素子部20の少なくとも3面を囲うような形状に加工してあるため、この結果、単一平面からなる板と比較して反りに対する大きな剛性を有することができる。
The
金属部材11は、略矩形状のフィルタ素子部20の少なくとも3面を連続的に囲うものであればよく、その位置は特に限定されないが、図2に示すコの字形状の金属部材11は、平板状のフィルタ素子21の積層方向に平行な左右両側の面と、積層方向の上下面(フィルタ素子積層面)の一方の面とを囲んでいる。この形態は、反りの防止効果とともに、フィルタ素子から金属部材までの寄生抵抗及び寄生インダクタンスをより小さくすることができ(等価直列抵抗及び等価直列インダクタンスをより小さくすることができる)、電気的特性においても有利である。また、金属部材11は他の3面を連続的に囲うものであってもよく、例えば積層方向の上下両面と、積層方向に平行な左右両面の一方の面であってもよい。この形態は、反り方向である上下両面に金属部材11が配置されるので、反り防止効果に特に優れている。また、4面全てを連続的に囲む矩形又は円形の筒形状からなるもの(例えば図4(e)参照)は、反りの防止効果に優れ、電気的特性においても有利である。また、3面を囲むものであっても、個々の面の全てを囲むものでなくてもよく少なくとも一部分を囲むもの(例えば図4(b)参照)であってもよい。
The
また、金属部材11の長手方向(図1の左右方向であり、フィルタ素子21の長尺方向)の長さは、フィルタ素子21の長さと略同じ程度であればよいが、金属部材11とフィルタ素子部20の陰極部分との間に充填する導電性材料31が各フィルタ素子21の陽極212に接触しないように、図1に示すように、やや短い長さであることが好ましい。
Further, the length of the
図4は、本発明に適用される金属部材の例を示す断面図である。本発明においては、各種の形態からなる金属部材11を使用でき、銅板等の金属板を成形や溶接等して、結果的にフィルタ素子部20の陰極部分の少なくとも3面を連続的に覆う形態に加工したものを用いることができる。例えば、図4(a)に示すように、平坦な底面と湾曲した両側面とからなる椀形状の金属部材であってもよいし、図4(b)に示すように、一方の側面の長さが、その側面に対向するフィルタ素子部20の面の全てを囲う程度の長さより短い金属部材であってもよいし、図4(c)に示すように、上下面と一方の側面とを連続的に囲うコの字形状の金属部材であってもよいし、図4(d)に示すように、底部よりも開口部が広くなる形状の金属部材であってもよいし、図4(e)に示すように、筒形状の金属部材であってもよいし、これら以外の形態からなる金属部材であってもよい。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of a metal member applied to the present invention. In this invention, the
本発明を構成するフィルタ素子部20の陰極部分は、接着性の導電性材料31を介して、剛性を有した立体的構造からなる金属部材11に収容されるので、フィルタ素子部20の反りに対する強度を上げることができる。その結果、組立工程で樹脂封止等の熱履歴を経ることがあっても、フィルタ素子21、フィルタ素子部20又は金属部材11等の反りの可能性をより一層低減することができる。
The cathode portion of the
導電性材料31は、接着性を有し、図2に示すように、フィルタ素子部20と金属部材11の間に充填される。導電性材料31としては、銀ペースト等のような導電性粒子を含む接着性のペースト材料を好ましく挙げることができるが、接着性と導電性を有する他の材料であってもよい。
The
この導電性材料31は、フィルタ素子部20と金属部材11とを大きな面積にわたって接着させるので、剛性を有する金属部材11と協働して、フィルタ素子部20が金属部材11と接着性の導電性材料31とにより補強された状態になる。その結果、高周波フィルタの製造工程中に熱等の負荷が加わった場合でも、フィルタ素子部20に反り等の形状変化が生じるのを防ぐことができる。
Since the
また、導電性材料31はフィルタ素子部20と金属部材11の間を充填するので、フィルタ素子部20を構成する各フィルタ素子21の陰極211と金属部材11とが電気的に接続される。その結果、金属部材11は、高周波フィルタ1の陰極に相当することになる。さらに、積層された全てのフィルタ素子21の陰極211が導電性材料31を介して金属部材11に直接導通するので、高周波フィルタ1がもつ等価直列抵抗及び等価直列インダクタンスを小さくすることができ、高周波フィルタ1の能力向上や上限周波数拡大が可能となる。
In addition, since the
また、図1及び図2に示すように、金属部材11とフィルタ素子部20とを有する構造体は、樹脂41により封止されている。本発明の高周波フィルタ1は、こうした樹脂41により全体として強度に優れた一体構造物となっている。樹脂41としては、一般的な電子部品の封止樹脂として用いられているものを用いることができ、例えばエポキシ樹脂等を例示できる。こうした樹脂で封止してなる一体構造物は、その後に電極部等を設ければ、ほぼ最終的な製品形態となる。本発明は、上記金属部材11を有して反り防止効果があるので、例えば、樹脂41で封止する際に熱が発生した場合であっても、従来のような反りが発生しない。そのため、封止樹脂の選択の自由度も増し、さらには工数削減のための封止条件の変更も可能になるという利点もある。
As shown in FIGS. 1 and 2, the structure having the
なお、フィルタ素子部20をさらに具体的に説明すれば、フィルタ素子部20を構成する各フィルタ素子21の両端にある陽極212は、それぞれが接続素子51(図1参照)によって電気的に接続されて陽極部分を構成し、さらにその陽極部分は、それぞれ陽極端子12,13に電気的に接続されている。接続端子51としては、銅板等が好ましく用いられ、陽極端子12,13としては、例えば銅板等の導電性の金属板が好ましく用いられる。
More specifically, the
以上のように、本発明の高周波フィルタ1は、複数のフィルタ素子21が積層されたフィルタ素子部20を有し、導電性材料31を介して金属部材11で囲まれた陰極部分と、その陰極部分の両端に設けられている陽極部分とを有している。
As described above, the high-
例えば、銅で形成された金属部材11と、例えばアルミニウムを主材料としているフィルタ素子21を積層したフィルタ素子部20とを、例えばトランスファモールド工法にてエポキシ樹脂を保護樹脂41として樹脂封止した場合、前述したように樹脂封止プロセスの熱履歴に伴って反り方向の応力が発生する。しかしながら、本発明において、金属部材11はフィルタ素子部20の少なくとも3面を囲うように設けられるので(図1においては、3面を囲むコの字形状の金属部材11にフィルタ素子部20が収容されている)、本発明の特徴を有しない場合比べて、金属部材11の反りに対する強度が大きくなる。
For example, when a
(高周波フィルタのフィルタ特性)
図5は、等価直列抵抗が変化した場合の高周波フィルタのフィルタ特性(減衰特性:S21)のグラフであり、図6は、等価直列インダクタンスが変化した場合の高周波フィルタのフィルタ特性(減衰特性:S21)のグラフである。各図において、グラフの縦軸の下の方へ行けば行くほどフィルタ特性がよいことを示している。本発明の高周波フィルタ1の等価直列抵抗(ESR)とフィルタ特性との関係は、図5に示すように、等価直列抵抗(ESR)が大きくなるに従いフィルタ特性は悪くなる。また、本発明の周波フィルタ1の等価直列インダクタンス(ESL)とフィルタ特性との関係は、図6に示すように、等価直列インダクタンス(ESL)が大きくなるに従いフィルタ特性の上限周波数が低くなる。
(Filter characteristics of high frequency filter)
FIG. 5 is a graph of the filter characteristic (attenuation characteristic: S21) of the high-frequency filter when the equivalent series resistance changes, and FIG. 6 is a graph of the filter characteristic (attenuation characteristic: S21) of the high-frequency filter when the equivalent series inductance changes. ). In each figure, the lower the vertical axis of the graph, the better the filter characteristics. As shown in FIG. 5, the relationship between the equivalent series resistance (ESR) and the filter characteristics of the high-
本発明の高周波フィルタ1において、等価直列抵抗(ESR)や等価直列インダクタンス(ESL)は、フィルタ素子21の陰極211から導電性材料31及び金属部材11へとつながる部分の抵抗及びインダクタンスが一般に支配的である。よって、この部分の抵抗やインダクタンスを小さくすることが等価直列抵抗(ESR)や等価直列インダクタンス(ESL)の低減につながり、ひいてはフィルタ特性の向上につながる。
In the
図1及び図2に示す高周波フィルタ1は、金属部材11がフィルタ素子部20を「コ」の字形に取り囲み、フィルタ素子部20を構成する各フィルタ素子21の陰極211(陰極部分)と金属部材11とが導電性材料31にて接続されている。これにより、フィルタ素子部20の陰極部分はその底面のみならず側面でも導電性材料31を介して金属部材11に電気的に接続される。電気抵抗及びインダクタンスはその断面積に反比例して小さくなるので、本発明の構造にすることにより、金属部材11とフィルタ素子部20との接触面積が大きくなり、接続抵抗が小さくなるとともにインダクタンスも小さくなる。その結果、フィルタ素子の等価直列抵抗(ESR)及び等価直列インダクタンス(ESL)は小さくなり、高周波フィルタ1の特性が向上するという効果を得ることができる。
1 and FIG. 2, the
次に、本発明の高周波フィルタのフィルタ特性の理解のために、従来の高周波フィルタと本発明に高周波フィルタについて具体的に説明する。 Next, in order to understand the filter characteristics of the high frequency filter of the present invention, the conventional high frequency filter and the high frequency filter of the present invention will be specifically described.
図7は、図2と同じ方向から見たときの従来の高周波フィルタ70の断面図を示している。図6に示すように、複数のフィルタ素子71が積層されたフィルタ素子部72の3面以上を囲むように金属部材61が設けられておらず、フィルタ素子部72の底面にのみ対向するよう金属部材61が設けられている場合は、金属部材61に直接接続されるフィルタ素子71は最下段の1個のみとなり、その上に積層してあるフィルタ素子71は下段のフィルタ素子71を介して間接的に接続されることになる。図8は、この場合の高周波フィルタ70の等価回路を示している。図8は、図7に示す各フィルタ素子71の断面寸法を、幅1.0mm、高さ0.4mm、各フィルタ素子71間の導電性材料81の厚さを0.2mm、最下段のフィルタ素子71と金属部材61との間の導電性材料82の厚さを0.2mmとしたものであり、図8中には、最下段のフィルタ素子71と金属部材61との間の導電性材料82の抵抗とインダクタンスを、それぞれR、Lとした場合の各部位の導電性材料の抵抗値及びインダクタンス値が記載されている。
FIG. 7 shows a cross-sectional view of a conventional high-
また、図9は、図2に示す形態からなる本発明の高周波フィルタ1の等価回路を示している。図9は、図2に示す各フィルタ素子21の断面寸法を、幅1.0mm、高さ0.4mm、各フィルタ素子21間の導電性材料31の厚さを0.2mm、最下段のフィルタ素子21と金属部材11との間の導電性材料31の厚さを0.2mm、フィルタ素子21の側面にある陰極211とその側面に対向する金属部材11との間の導電性材料31の厚さを0.4mmとし、さらに、最下段のフィルタ素子21以外は金属部材11に側面のみで電気的に接続されていると単純化した場合の等価回路が示してある。
FIG. 9 shows an equivalent circuit of the
複数のフィルタ素子を積層して一つの高周波フィルタとする場合は、それぞれのフィルタ素子が回路内に並列に挿入されていることに相当するので、図8においては、1つ目のフィルタ素子の等価直列抵抗と等価直列インダクタンスはR、Lとなり、そのR、Lを介して接地されている。 When a plurality of filter elements are stacked to form one high-frequency filter, this corresponds to the fact that each filter element is inserted in parallel in the circuit. Therefore, in FIG. 8, the equivalent of the first filter element is obtained. The series resistance and equivalent series inductance are R and L, and are grounded via the R and L.
また、2つ目のフィルタ素子は、その直下のR、Lを介して1つ目のフィルタ素子に接続されているが、詳しくは、L、R、1つ目のフィルタ素子の表面、L、Rを介して接地されている。このとき、フィルタ素子に接している導電性材料の断面の幅×厚さは、それぞれ水平部で1.0mm×0.2mm、垂直部で0.4mm×0.4mmであるので、1つ目のフィルタ素子の表面の抵抗及びインダクタンスは、それぞれ2.5R、2.5Lと計算することができる。この場合、全体としての等価直列抵抗及び等価直列インダクタンスは、それぞれ、R+2.5R+R=4.5R、L+2.5L+L=4.5Lとなる。 In addition, the second filter element is connected to the first filter element via R and L immediately below, but in detail, L, R, the surface of the first filter element, L, Grounded via R. At this time, the width × thickness of the cross section of the conductive material in contact with the filter element is 1.0 mm × 0.2 mm in the horizontal portion and 0.4 mm × 0.4 mm in the vertical portion, respectively. The resistance and inductance of the surface of the filter element can be calculated as 2.5R and 2.5L, respectively. In this case, the equivalent series resistance and equivalent series inductance as a whole are R + 2.5R + R = 4.5R and L + 2.5L + L = 4.5L, respectively.
同様に、3つ目のフィルタ素子から5つ目のフィルタ素子の等価直列抵抗及び等価直列インダクタンスは、それぞれ8R、11.5R、15R、8L、11.5L、15Lとなる。よって、図7に示す従来の高周波フィルタ70のように、フィルタ素子71が積層されており、かつ最下面のみで陰極(金属部材61)に接続されている場合、すべてのフィルタ素子71の等価直列抵抗及び等価直列インダクタンスの合成は、各フィルタ素子71の抵抗成分及びインダクタンス成分の並列接続であるので、0.67R、0.67Lとなる。
Similarly, the equivalent series resistance and equivalent series inductance of the third to fifth filter elements are 8R, 11.5R, 15R, 8L, 11.5L, and 15L, respectively. Therefore, when the
一方、本発明の高周波フィルタ1においては、図9に示すように、1つ目のフィルタ素子の等価直列抵抗及び等価直列インダクタンスは、0.7R、0.7L、2つ目のフィルタ素子から5つ目のフィルタ素子の等価直列抵抗及び等価直列インダクタンスは、2.5R、2.5Lとなる。よって、図2に示す形態からなる本発明の高周波フィルタ1のように、フィルタ素子が積層されており、かつ3面で陰極(金属部材11)に接続されている場合、すべてのフィルタ素子21の等価直列抵抗及び等価直列インダクタンスの合成は、0.09R、0.09Lとなる。
On the other hand, in the
以上より、本発明の高周波フィルタ1によれば、高周波フィルタの等価直列抵抗及び等価直列インダクタンスの低減することができ、その結果、フィルタ特性が向上するという効果を得ることができる。
As described above, according to the
(高周波フィルタの製造方法)
次に、図10を参照して本発明の高周波フィルタの製造方法を説明する。
(Manufacturing method of high frequency filter)
Next, the manufacturing method of the high frequency filter of this invention is demonstrated with reference to FIG.
初めに、コの字形状に成形された金属部材11と、平板状に切り出された陽極端子12及び陽極端子13とを準備し、図10に示すように、2つの陽極端子12,13を金属部材11の両端側に配置する。このときの金属部材11は、例えば銅等の金属の一枚板をエッチングや金型等で所望の形に形成し、その後、断面形状が「コ」の字形になるように折り曲げて得ることができる。この金属部材11の金属の種類は銅に限ることはなく、他の金属でも問題ない。その際、導電率が高い金属を使うことで、最終製品となる高周波フィルタの特性を向上させることも可能であるが、加工性やコスト等を考慮して材料を選定すればよく、選定する金属によって本発明の効果が損なわれるものではない。
First, a
次に、金属部材11の上にフィルタ素子21の陰極部が載り、陽極端子12及び陽極端子13の上にフィルタ素子21の両端の陽極部が載るように位置合わせをし、金属部材11、陽極端子12及び陽極端子13と、フィルタ素子21とを導電性材料31にて接着する。接着する際には、フィルタ素子21と金属部材11との間をむらなく導電性材料31にて埋める。また、フィルタ素子21は、陽極212を取り囲むように、誘電体層213を介して陰極211が形成されているため、陽極212と陰極211とが同一平面上にならない。そのため、フィルタ素子21と金属部材11とを接着すると、陽極端子12及び陽極端子13が陽極212に対して浮いてしまう。そこで、スペーサとしての接続素子51をフィルタ素子21の陽極212と陽極端子12及び陽極端子13との間に挿入し、その後接着をするとよい。接続素子51は導電体であればよい。また、フィルタ素子21の陽極212、接続素子51、陽極端子12及び陽極端子13の接続には、導電性材料を使用してもよいし、溶接等の方法で接続してもよく、電気的に接続できれば特にその接続方法は問わない。同様の方法でフィルタ素子21を複数個積み重ねていく。前述したとおり積み重ねる数は任意であり、1個だけでも構わない。フィルタ素子21の数量は、高周波フィルタ1として必要な静電容量や陽極に流す直流電流値を考慮して決めればよい。図10では、5つのフィルタ素子21を積み重ねている。
Next, alignment is performed such that the cathode part of the
フィルタ素子21のすべてを積み重ねた後に、熱を加えて導電性材料31を固化すると共に導電率を上げる。このときの加熱温度と時間は、用いた導電性材料により最適温度と最適時間が異なるが、例えば銀を主体とした加熱固化タイプの銀ペーストを一例に挙げれば、150℃で20分加熱すればよい。導電性材料31を固化した後に、全体を保護樹脂41にて樹脂封止する。樹脂封止もトランスファモールド法、注型法、ポッティング等種々方法があるが、樹脂封止の方法の違いによって本発明の有効性が損なわれるものではない。また、樹脂封止法を選択する際には、部品としての耐環境性を確保することができ、また、プリント基板等に実装する際に自動実装が可能な封止法を選択することが望ましい。例えばトランスファモールド法にてエポキシ樹脂で樹脂封止する場合、封止後に樹脂41の強度を向上させるために、170℃で2時間程度の熱処理を加えるとよい。また、封止の際には、樹脂41の外側に陽極と陰極が露出する必要があるので、金属部材11、陽極端子12及び陽極端子13の形状と、樹脂封止の形状とを考慮する必要がある。図10においては、樹脂封止後の下面に金属部材11、陽極端子12及び陽極端子13が露出するようにしており、その露出部を陽極と陰極としている。この際、下面に露出している金属部材11の露出面を樹脂にて2分割するような形状で樹脂封止した場合、陽極と陰極とを各2つ具備する4端子構造の高周波フィルタ1となる。
After all the
なお、上記形態においては、コの字形状の金属部材11を用いたが、前述の通り、反りに対する強度を持つため、かつ等価直列抵抗及び等価直列インダクタンスを低減するためには、フィルタ素子部20の3面以上が金属部材11で連続的に囲われていればよい。このことから、金属部材11の断面形状は、コの字形状である必要はなく、図4に示したような各種の形を取ることができる。図11は、金属部材11を矩形の筒形状とした場合の高周波フィルタの一例を示す断面図である。図11に示す高周波フィルタ110は、複数(5つ)のフィルタ素子121を積層してなるフィルタ素子部120を4面で囲んでおり、より多くの面積でフィルタ素子121と金属部材11とが接しており、図1及び図2に示す3面接触タイプの高周波フィルタ1よりも、反り防止効果に優れ、且つ低い等価直列抵抗及び等価直列インダクタンスを実現できるという優れた効果を奏する。
In addition, in the said form, although the
本発明の活用例として、パソコンやワークステーション等のコンピュータや携帯電話等の電子機器のプリント基板上に実装して使用される電源フィルタやノイズフィルタ等が挙げられる。 Examples of utilization of the present invention include a power supply filter and a noise filter that are used by being mounted on a printed circuit board of a computer such as a personal computer or a workstation or an electronic device such as a mobile phone.
1,110 高周波フィルタ
11,111 金属部材
12,13 陽極端子
20、120 フィルタ素子部
21,121 フィルタ素子
211 陰極
212 陽極
213 誘電体層
214 電極部
31,131 導電性材料
41,141 保護樹脂
51 接続素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,110 High frequency filter 11,111
Claims (6)
前記各陰極に対向するように前記フィルタ素子部の少なくとも3面を囲う金属部材と、
前記各陰極及び前記金属部材の間に充填される接着性の導電性材料と、
前記両端の陽極部分にそれぞれ電気的に接続される第1陽極端子及び第2陽極端子と、を有し、
前記金属部材が高周波フィルタの陰極となり、前記各陽極端子が高周波フィルタの陽極となることを特徴とする高周波フィルタ。 A filter element comprising an anode having a substantially flat plate shape, a dielectric layer formed so as to surround the anode, and a cathode provided so as to further surround the dielectric layer. the opposite ends Ri name by stacking a plurality of filter elements having an electrode portion made of the anode which projects from the dielectric layer, the filter element of said plurality of stacked by bonding the respective cathodes with an adhesive material, a filter element formed by perforated at both ends both ends anode portion electrically connected to the electrode portions in the plurality of filter elements,
A metal member surrounding at least three surfaces of the filter element portion so as to face each of the cathodes;
An adhesive conductive material filled between each of the cathodes and the metal member;
A first anode terminal and a second anode terminal electrically connected to the anode portions at both ends ,
The high frequency filter, wherein the metal member serves as a cathode of a high frequency filter, and the anode terminals serve as an anode of the high frequency filter.
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