JP4867308B2

JP4867308B2 - ノイズ対策部品

Info

Publication number: JP4867308B2
Application number: JP2005336547A
Authority: JP
Inventors: 英一古賀; 匡智北田; 典子沢田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-11-22
Filing date: 2005-11-22
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2025-11-22
Also published as: JP2007142991A

Description

本発明は電子機器のノイズ対策部品に関し、人体等からの静電気からの保護とデジタル機器より発生する不要な輻射ノイズの低減に関するものである。

近年の携帯電話に代表される電子機器の小型化、高性能化に伴い、電子機器に用いられる各種電子部品の耐電圧やその信頼性等は一般に低下するため、電気的なノイズから各種の機器やデバイスを保護するノイズ対策部品が注目されている。電気的なノイズには、静電気ノイズと電磁波ノイズとがあるが、これら両方のノイズ対策が機器の小型化や高性能化へ大いに貢献するものとして強く望まれている。

静電気ノイズは、０．５〜２．０ｎｓｅｃ程度の高速度で数百〜数キロボルトもの高電圧のパルスであるが、人体と電子機器の端子が接触したときに発生し、機器内部を破壊させる問題が増加している。この静電気ノイズ対策には、バリスタやツェナーダイオードが用いられており、例えば特許文献１にはバリスタやツェナーダイオードは、静電気ノイズが入るラインとグランド間に接続し、静電気ノイズをグランドへとバイパスさせて機器を保護する構成が開示されている。

また、近年の高密度実装化に伴い、デジタル機器より発生する輻射される電磁波ノイズにより、データラインの信号品質が乱されて機器の誤動作を招く問題も顕在化している。例えば携帯電話では自機内部から発する通信周波数帯域（９００ＭＨｚ帯や２ＧＨｚ帯など）の成分が各種デバイスの信号ラインのノイズにもなり得る。この電磁波ノイズは多様な無線通信システムやデバイスなど、多岐の周波数に渡っている。また、無線通信やデジタル機器の動作周波数の高周波化も進展しており、これら機器への対策においても、ノイズ対策する周波数も高周波化と広帯域化が要求されてきている。例えば特許文献２には電磁波ノイズ対策として信号とノイズの周波数をそれぞれローパスフィルタの通過帯域と減衰帯域になるように設計されたノイズフィルタが提案されており、このノイズフィルタを各種デバイスの信号ラインに接続することにより、ノイズを含む信号成分からノイズ成分のみが除去される。

ここで、上記の静電気ノイズと電磁波ノイズの両方に対するノイズ対策部品としては、従来は例えば図８や図９に回路構成を模式的に示すものが用いられていた。

ここで図８にその回路構成を模式的に示すノイズ対策部品では、バリスタやツェナーダイオードの静電気ノイズ対策部品１０とノイズフィルタ１１との個別の部品から構成されている。また、図９にその回路構成を示すノイズ対策部品では、静電気ノイズ対策部品２０に加えて、電磁波ノイズを除去するためのノイズフィルタをインダクタ２１、コンデンサ２２の個別の素子で構成して用いることも行われている。これらの部品はプリント基板上に実装し、はんだ付けにより、プリントパターン間を接続して形成されていた。このような対策は、携帯電話等、他にも多くの機器の信号ラインで用いられている。
特開昭６３−５６０２３号公報特開平８−１６７５２２号公報

しかしながら、図８や図９の回路構成図に示されたノイズ対策部品における従来のバリスタやツェナーダイオードの場合、入力された静電気ノイズ３０は図１０に示すように入力後バリスタ３１で十分吸収されずに、出力側の保護機器側への信号ラインへと伝送してしまう成分３２の発生が避けられないという問題点がある。バリスタ３１で吸収されずに伝送する静電気ノイズ３２と、バリスタで吸収される静電気ノイズ３３は図１０における点線の矢印で示したものである。上述した問題が生じる理由は、バリスタ３１への入力と出力側の保護機器側への分岐点３４が、信号ラインと接続するバリスタ３１の外部端子により、入出力共通となっていることにある。このため、出力側である保護機器側への伝送成分３２は、その構成から必然的に生じてしまうものであった。また、電圧印加後の従来のバリスタやツェナーダイオードの特性発現には０．５ｎｓｅｃ程度の時間を要する。このため、抑制されずに出力されてしまう成分もあり、０．５〜２．０ｎｓｅｃ程度の高速の静電気ノイズに十分対応できない課題があった。

また、複数の個別の部品から構成するため、各種電子機器の小型化や高機能化を達成しにくいという問題も有しており、さらに、実装時のはんだランドやプリントパターンの引き回しは、インピーダンスの乱れや損失の増加を引き起こし、ノイズ対策効果や信号の伝送品質の悪化を招くという課題もあった。このため、接続前において特性が保証された部品を使用しても、各構成部品の伝送特性にバラツキを生じるので良好なノイズ対策回路を再現よく構成することが困難でもあった。また、前記従来のバリスタやツェナーダイオードは数十〜数百ＭＨｚで自己共振するため、携帯電話等の無線システムなどのＲＦ帯信号ラインへの適用を困難にする問題もある。このように、静電気ノイズと電磁波ノイズの両方を再現よく有効に対策でき、かつ小型、省スペースで提供できる部品や方法は未だ得られていない課題があった。

本発明は上記従来のような問題点を解決するものであり、上記のような高速の静電気ノイズの抑制と電磁波ノイズの両方に対して優れた対策効果を有する小型で再現性に優れたノイズ対策部品を提供することを目的とするものである。また、本発明は、従来のバリスタなどでは自己共振してしまうＲＦ帯の用途への適用を可能にし、用途をＲＦ帯信号ラインへも拡張できる高速静電気ノイズと電磁波ノイズの両方に対して有効なノイズ対策部品を提供することを目的とする。

前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。

本発明は、少なくとも入力用と出力用とグランド用の端子電極を設けたノイズ対策部品であって、複数のバリスタ層からなる積層体内部に入力用端子電極と出力用端子電極とに接続された信号ライン電極と、グランド用の端子電極に接続されたグランド電極とを備え、信号ライン電極は複数個のストリップライン電極とビア電極とからなり、ストリップライン電極とグランド電極とをバリスタ層を挟んで交互に積層したものであり、グランド電極を設けた層を貫通するビア電極によりストリップライン電極間を相互に接続して信号ライン電極を構成したノイズ対策部品であり、この構成により、印加された静電気ノイズは全て入力用端子電極より遅延回路へと伝送された後に出力用端子電極から出力されることとなり、抑制されない静電気ノイズの出力は無くなるという作用効果が得られる。さらにまた、このような伝送経路により、静電気ノイズは遅延回路部において先ず抑制され、その後、バリスタ特性発現により、遅延回路によって出力されていない残りの静電気ノイズ成分が更に抑制されて出力されるため、０．５〜２．０ｎｓｅｃと高速の静電気ノイズに対して有効な抑制効果が得られる。このためこのような高速の静電気ノイズの抑制に優れたノイズ対策部品を小型の一体形状で再現よく得られる作用効果を有する。

以上のように本発明は、入力用と出力用とグランド用の少なくとも３つの端子電極を設けたノイズ対策部品であって、バリスタ材料からなる積層体内部に入力用端子電極と出力用端子電極とに接続された信号ライン電極と、前記グランド端子に接続されたグランド電極と、前記信号ライン電極の一部に形成された遅延回路を有し、バリスタ機能部が前記遅延回路を含む信号ラインとグランド電極との層間部であるノイズ対策部品であり、この構成により、静電気ノイズの抑制に優れた一体小型形状のノイズ対策部品を再現よく提供することができる。

（実施の形態１）
以下、図を用いて本発明の実施の形態１について詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態１におけるノイズ対策部品の分解斜視図、図２は本発明の実施の形態１におけるノイズ対策部品の等価回路図、図３は本発明の実施の形態１におけるノイズ対策部品の外観図である。

図１に示すように、本実施の形態１におけるノイズ対策部品には、入力用または出力用端子電極として４８ａ、４８ｂの２つ、グランド用端子電極として４９ａ、４９ｂの２つで、計４つの端子電極を有する構成である。

一対の入力用端子電極と出力用端子電極４８ａと４８ｂ（図３で示す６１ａと６１ｂ）間が、ストリップライン電極４１とビア電極４３とで接続され、信号ライン電極を構成している。ストリップライン電極４１はバリスタ材料４０上へスクリーン印刷法などによりパターン形成されたものである。一方ビア電極４３は、穴加工されたバリスタ材料４０の層間を貫通するように導体を充填したものであり、ビア電極４３により複数のストリップライン電極４１相互が層間接続されている。また、所定のパターン形状に形成されたグランド電極４２の両端はグランド端子電極４９ａ及び４９ｂの両方に接続されている。ストリップライン電極４１とグランド電極４２は、積層体内部でバリスタ材料４０を介して交互に積層されている。積層方向上下で隣接するストリップライン電極４１同士は、ビア電極４３を介して互いに接続され、信号ライン電極と総称する一本の伝送線路を構成している。ストリップライン電極４１の電流方向は、グランド電極４２を挟んだ上下で互いに逆相になるように接続され、積層方向を軸にしたメアンド配置の構成となっている。このような構成により、各層のグランド電極４２では、電流方向が逆相となっている。

入出力端子間では、遅延回路部４５とノイズフィルタとしての機能が得られる。この遅延回路部４５の群遅延量は、静電気ノイズ相当以上の０．５ｎｓｅｃ以上の値にすることで、バリスタ機能部の特性が発現されていなくても遅延回路部４５で的確に抑制される効果が得られる。

この遅延回路部は、図３の等価回路図においてはフィルタ機能部としての作用も有する。

遅延回路部４５で信号が遅延する機構は、バリスタ材料４０の誘電率と、ストリップライン電極４１とビア電極４３を接続して得られる端子電極４８ａと４８ｂとの間の伝送線路の総線路長によって発現されている。電磁波の伝播速度は誘電率の平方根に反比例して遅くなることから、誘電率が高いほど、その平方根に反比例して遅延時間は大きくなる。また、線路長の寄与は、その長さに比例して遅延時間が大きくなる作用効果を与える。このような構成により、入力された電気的成分は、全て遅延回路部４５を経由してから出力される点が上述した従来の積層バリスタなどと異なっている。

バリスタ機能部４４は、ここでは全て同じ特性の酸化亜鉛のバリスタ材料４０により全層が構成されている。ストリップライン電極４１とグランド電極４２がバリスタ材料４０を挟んで交差した層間部には、バリスタ機能部４４と静電容量成分（図示せず）が形成され、交差箇所毎にこれらが分布した構成となっている。また、グランド電極４２の一部を矩形に突出させ、上下のストリップライン電極４１との交差面積を各層で変化させている。これにより、バリスタ機能部４４の集合体であるバリスタ機能部の面抵抗の調整や、静電容量成分を変化できるので、ストリップライン電極４１のインピーダンスの特性調整を行うこともできる。

ここで、ストリップライン電極とビア電極、並びにグランド電極は積層体における内部電極と呼ばれるものに相当する。

また、上記の構成全てにより、遅延回路部４５が形成される。

以下に静電気ノイズに対する遅延回路部４５とバリスタ機能部４４の作用を詳しく説明する。信号ラインの入力用端子電極または出力用端子電極４８ａ、４８ｂから入ってきた静電気ノイズは、遅延回路部４５の静電容量と損失成分で抑制されながら遅延回路部４５を伝送する。そして、バリスタ特性は、この遅延回路部４５の伝送過程で発現される。遅延回路部４５には、バリスタ機能部４４が分布形成されている。従って、出力に至るまでに発現したバリスタ機能部の効果により、静電気ノイズの抑制効果は多段で作用することとなる。この分布形成させたバリスタ機能部は、最も入力用端子電極に近いバリスタ機能部４４ａまたは４４ｂと、最も出力用端子電極に近いバリスタ機能部４４ｂまたは４４ａ間の群遅延量を静電気ノイズ相当以上の０．５ｎｓｅｃ以上にすることにより、特性発現時間よりも短波長の高速静電気ノイズに対して特に優れた抑制効果が得られる。バリスタ機能発現時には、静電気ノイズはストリップライン電極４１からグランド電極４２へとバイパスされる。尚、このストリップライン電極４１で形成されたバリスタ機能部４４は、従来の集中定数型のバリスタと異なり、ＲＦ帯域まで自己共振しないため良好な高周波特性のバリスタ機能部４４が得られる。

次に電磁波ノイズに対する作用について説明する。ノイズフィルタ機能は、入力用端子電極と出力用端子電極で得られる。各層のストリップライン電極４１のインピーダンスをバリスタ材料４０の誘電率、誘電損失及びこれらの周波数特性、そして、ストリップライン電極４１の線幅や厚みなどのパターン形状、さらにはグランド電極４２との距離を各層で制御することで構成され、外部回路よりもインピーダンスを低い構成にしたローパスフィルタが形成されている。この構成により、高調波の電磁波ノイズはローパスフィルタによって除去されて出力用端子電極からは信号成分が出力される。また、高速の静電気ノイズは数１００ＭＨｚ帯の高い周波数成分でもあるため、ローパスフィルタによっても更なる静電気ノイズ抑制作用が付加的に得られることとなる。また、信号ラインを伝送する一般的な矩形波の信号成分は、いくつもの周波数成分から構成されたものと考えることができる。このような信号成分の波形を歪ませることなく伝送させるためには、信号成分を構成する周波数帯域全ての信号の大きさと、位相関係が同じであることが必要である。上述した構成によれば、通過帯域内での群遅延偏差として±２０％以内の小さい偏差を得ることができる。群遅延は、ｄφ／ｄｆ、周波数変化に対する位相変化量である（ここで、φ＝位相、ｆ＝周波数）。従って、群遅延量が周波数帯域内で一定値であることは、帯域内の位相変化に周波数依存性がない、即ち、どの周波数の位相変化も同じになることを意味する。信号の大きさは、通過帯域内では減衰されないから、通過帯域内の群遅延量が一定であれば、フィルタ通過時の信号成分の大きさと位相関係の周波数依存性は無くなることとなる。従って、本発明の構成によれば、通過帯域における信号成分は全て同じように出力されることとなり、高い信号波形の伝送品質が得られる。

バリスタ材料４０として、ここでは酸化亜鉛系の多結晶体セラミックスを用いている。酸化亜鉛系バリスタは、高い周波数では誘電分散により、誘電率が低下する特性を示す。このため、本発明の実施の形態１における構成に酸化亜鉛系バリスタを用いることで、遅延回路部４５（図２の等価回路図においては５３）により、遅延量を遮断周波数帯域と通過帯域内とで異なる値にすることができる。この構成によって、信号と静電気が同じ端子から入力された場合でも、両者を別々に電気的に処理できるため、信号の伝送品質を低下させることなく静電気ノイズの抑制が可能になる。また、バリスタ材料４０に酸化亜鉛系バリスタを用いることで、低いインピーダンスを有するローパスフィルタが構成されている。ここでバリスタ材料４０は、その誘電率が高いと極端に低いインピーダンスの伝送線路しか得られなくなるため、誘電率３００より大きい場合、フィルタ特性の設計範囲が限定されてしまう。また、群遅延量は誘電率が大きいほど大きくなるため、群遅延量の偏差が大きくなってしまう問題点も生じる。さらにまた、その誘電損失が大きい場合、静電気を遅延回路部の静電容量成分で抑制させた際、素体の発熱が激しくなるために０．０２０以下のものを用いる必要性がある。このような理由で酸化亜鉛系バリスタ材料４０としては、誘電率３００以下、誘電損失が０．０２０以下の範囲内の材料を用いることにより、その有効性が特に発揮されることとなる。尚、多結晶体セラミックスのバリスタ特性の発現箇所は、数多くの結晶粒界である。従って、シリコンなど、半導体単結晶のＰＮ接合の一界面を用いる構成よりも多結晶体セラミックスでは高い信頼性が得られるため、特に静電気ノイズの全てを抑制対象としている電気的負荷の高い本発明のノイズ対策部品構成に適する。

上述した構成の等価回路を図２に示す。図２の等価回路図で、５１はバリスタ機能部であり、５１ａ及び５１ｂは、このバリスタ機能部のうち、最も入力用端子電極に近いバリスタ機能部と、最も出力用端子電極に近いバリスタ機能部を示す。遅延回路部５２はノイズフィルタ部５４としての役割も果たす。５３は伝送線路、５５ａは入力用端子電極、５５ｂは出力用端子電極、５６ａ、５６ｂはグランド用端子電極であり、５７は信号ラインとバリスタ機能部との接続部である。外観図を図３に示す。上述したように本発明の実施の形態１におけるノイズ対策部品には、セラミックス焼結体６０に示すチップ形状で、高速静電気対策機能と輻射ノイズ対策機能とが小型の一体構造で作りこまれている。このため、省スペースで再現よく高速静電気と輻射ノイズへの対策を施すことができる作用効果がある。また、高い信号伝送品質を有し、ＲＦ帯で自己共振しないバリスタが形成されている。

続いて、本発明の実施の形態１におけるノイズ対策部品の製造方法について図１〜図３を参照しながら説明する。

まず、酸化亜鉛を主成分とし、添加物としてＢｉ₂Ｏ₃等を含有するセラミック粉末と有機バインダからなるバリスタ材料４０の生シートを作成した。この時、生シートの厚みは約３０μｍとした。

次に、ビア電極４３を設ける層について、上記バリスタ材料４０の生シートにパンチングによりφ１００μのビアホールを打ち抜いた。パンチング以外に、例えばレーザーを用いてビアホールを形成してもよい。この後、ビアホール内にＡｇを主成分とするＡｇＰｄ系導体ペーストを充填し、乾燥した。ビア電極に用いる導体ペーストとしては、ＡｇＰｄ系導体ペースト以外にも、Ａｇ、Ｃｕ、ＰｄあるいはＰｔ等、導電率の高いこれらの金属単体または合金を使用してもよい。本実施の形態では、ストリップライン電極４１とグランド電極４２の内部電極パターンは、スクリーン印刷法により、それぞれＡｇを主成分とするＡｇＰｄ系導体ペーストをパターン印刷し、乾燥して形成した。この内部導体ペーストにも、ビア電極同様にＡｇ、Ｃｕ、ＰｄあるいはＰｔ等、導電率の高いこれらの金属単体または合金を使用してもよい。尚、導体ペーストの厚みは、乾燥後で約２μｍとした。次に、これらのシートを積層し、プレスして積層体を得た。この後、一定の大きさに積層体を切断し、約５００度でバインダ成分を除去してから約１０００〜１１００度で焼成して焼結体素子を得た。この焼結体素子にＡｇと樹脂を主成分とする加熱硬化型の端子電極ペーストを塗布し、約３００℃で硬化させて端子電極を形成した。さらに、この端子電極に、ＮｉメッキとＳｎメッキをそれぞれ約２μｍの厚みで形成し、図３に示すノイズ対策部品を得た。尚、上述の説明においては、バリスタ材料４０としてＢｉ₂Ｏ₃等を添加した酸化亜鉛系バリスタ材料を用いているが、Ｐｒ酸化物を添加した酸化亜鉛バリスタ材料、ＳｒＴｉＯ₃系やＢａＴｉＯ₃系のバリスタ特性を有する他の多結晶体セラミックス材料を用いても本実施の形態１の効果を得ることができる。

作成した本実施の形態１におけるノイズ対策部品は、長手方向寸法が１．０ｍｍ、幅方向寸法が０．５ｍｍ、厚み方向寸法が０．５ｍｍであった。そして、図３に示す入力用端子電極、出力用端子電極６１ａ、６１ｂとグランド側の端子電極６２ａ、６２ｂとの間の１ＭＨｚでの静電容量は３０ｐＦ、誘電損失は０．００１０であった。バリスタ電圧Ｖ１ｍＡ（１ｍＡの電流が流れる時の電圧）は約１３Ｖであった。また、カットオフ周波数は約１５０ＭＨｚ、６００ＭＨｚでの伝送損失が約２０ｄＢ、群遅延はフィルタ通過帯域内で約０．５５ｎｓｅｃであり、そのフィルタ通過帯域内の群遅延偏差は、±１０％以内であった。

続いて、上記で作成した本実施の形態１のノイズ対策部品について静電気試験を行い、評価した。

静電気試験は、図４に示す回路により評価した。図４において、スイッチ７０３を接続して直流電源７０１より所定の電圧を印加して、静電容量１５０ｐＦの容量ボックス７０４に電荷をチャージした。その後、スイッチを切り替えてスイッチ７０３を開放し、スイッチ７０５を接続することで容量ボックス７０４にチャージした電荷を静電気ノイズとして抵抗７０６を介して信号ライン７０８を通して被保護機器７１０に印加する。図４に示すように、本実施の形態１のノイズ対策部品は、評価試料７０９として、入力用端子電極６１ａを信号ライン７０８の入力側つまり抵抗７０６側に接続し、出力用の端子電極６１ｂは信号ライン７０８の出力側に接続した。グランド用端子電極６２ａ及び６２ｂはグランドライン７０７に接続した。

そして、静電気ノイズを印加した時の被保護機器７１０直前の信号ライン７０８とグランドライン７０７間の電圧波形を測定することにより、静電気ノイズをバイパスさせて被保護機器７１０に印加される電圧を抑制する効果、つまり、評価試料７０９の静電気ノイズに対する吸収抑制効果を評価した。また、比較のために静電容量３０ｐＦ、バリスタ電圧Ｖ１ｍＡが１３Ｖの従来の積層バリスタを信号ライン７０８とグランドライン７０７間に接続して設けた場合の静電気ノイズに対する吸収抑制効果も評価した。図５（Ａ）は本発明の実施の形態１における静電気試験回路により印加される静電気ノイズの電圧波形（ノイズ対策部品を使用しない場合の原波形）であり、図５（Ｂ）は本発明の実施の形態１におけるノイズ対策部品を接続した場合の出力電圧波形、図５（Ｃ）は比較として従来のチップ型積層バリスタを接続した場合の出力電圧波形である。

図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示す評価結果から、本発明のノイズ対策部品では、抑制後のピーク電圧は約１５０Ｖ、従来の積層バリスタの場合は約２２０Ｖである。同じ静電容量とバリスタ電圧で比較すると、本発明のノイズ対策部品のノイズ抑制効果が明らかに大きいことがわかる。

続いて、上記で作成した本実施の形態１のノイズ対策部品についてパルス応答性を評価した。本実施の形態１のノイズ対策部品は、２５ＭＨｚの矩形波パルスを入力及び出力インピーダンスが５０Ωの伝送線路の間に、入力用端子電極６１ａをパルス源の入力側に接続し、出力用の端子電極６１ｂは出力側に接続した。グランド用端子電極６２ａ及び６２ｂはグランドラインに接続した。伝送させたフィルタ通過後のパルスの波形を、出力端子から観測し、フィルタ通過前の原波形と比較した。図６（Ａ）はパルス応答性の評価に用いた信号パルスの原波形である。図６（Ｂ）は本発明の実施の形態１におけるノイズ対策部品を接続した場合の出力信号パルスの波形である。図６（Ｃ）は比較として、従来のノイズフィルタを接続した場合の出力信号パルスの波形である。尚、従来のノイズフィルタのカットオフ周波数は本発明の実施の形態１と同じ１５０ＭＨｚのものを用いた。図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の評価結果から明らかなように、本発明のノイズ対策部品の場合、原波形が歪むことなく、原波形を忠実に再現していることがわかる。一方、集中定数型のＬ，Ｃ素子で構成された例えば図９に示すような従来のノイズフィルタは、個々の素子のインピーダンスや遅延量の周波数依存性が大きいため、出力後のパルス波形に歪が生じている。以上の結果から、本発明の実施の形態１におけるノイズ対策部品では、従来のノイズフィルタよりも高い伝送品質が得られていることがわかる。尚、本発明のノイズ対策部品の良好なパルス応答性の理由は上述した通りである。

（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について図を用いて詳細に説明する。本実施の形態２でも、実施の形態１で示した図１〜図３を用いて説明する。また、符号についても上記実施の形態１と同じものを用いる。

本発明の実施の形態２が実施の形態１と異なる点は、セラミック焼結体のバリスタ機能部４４ａ及び４４ｂのバリスタ電圧が、この他のバリスタ機能部４４よりも高く制御されている点である。

バリスタ機能部４４ａ及び４４ｂは、他のバリスタ機能部４４の層と同じ特性の酸化亜鉛系バリスタ材料４０を用いているが、バリスタ機能部４４ａ、４４ｂに用いる生シートを厚くすることで結晶粒子数を増やし、他の層よりバリスタ電圧を高く制御している。バリスタ機能部４４ａ及び４４ｂのバリスタ電圧の制御には、材料組成を変えることで結晶粒子間の粒界部のバリスタ電圧を高める方法や他の層と材料が同じでも生シートの密度を高めることで結晶粒子数を増やしてバリスタ電圧を高める方法もある。尚、バリスタ機能部４４ａ及び４４ｂの材料としては、酸化亜鉛系バリスタではない例えば、Ｐｒ酸化物を添加した酸化亜鉛バリスタ材料、ＳｒＴｉＯ₃系やＢａＴｉＯ₃系のバリスタ特性を有する他の多結晶体セラミックス材料でも特性を損なうことなく一体焼成や接合できるものであれば本発明の範囲であり、適用可能であることは言うまでも無い。

本発明の実施の形態２におけるノイズ対策部品の製造方法は、上記実施の形態１で示した製造方法と大半が同様であるので詳細な説明は省略するが、バリスタ機能部４４ａ及び４４ｂとして生シート厚みが約２８〜３５μｍの範囲のものを用いた。その後、上記実施の形態１で示した工程と同様の工程を経て本実施の形態２におけるノイズ対策部品を作成した。

作成した本実施の形態２におけるノイズ対策部品は、長手方向寸法が１．０ｍｍ、幅方向寸法が０．５ｍｍ、厚み方向寸法が０．５ｍｍであった。そして、電気特性は本発明の実施の形態１と同様に、静電容量は３０ｐＦ、誘電損失は０．００１０であり、バリスタ電圧Ｖ１ｍＡは１３Ｖであった。また、カットオフ周波数は約１５０ＭＨｚ、伝送損失が６００ＭＨｚで約２０ｄＢ、群遅延は通過帯域内で約０．５６ｎｓｅｃ、そのフィルタ通過帯域内における偏差は、±１０％程度であり、上記実施の形態１で示したノイズ対策部品と同等の特性であった。これは、バリスタ機能群の全体特性の内、部分的にバリスタ機能部を寄与の小さい範囲で変化させても全体特性へ大きな影響を与えていないことを示している。

次に上記本実施の形態２のノイズ対策部品について、信頼性の評価を行った。評価は、１２５℃の恒温槽中でＤＣ６．７Ｖを継続的に印加させ、試験後の特性変化を測定して特性の変化率を指標に判断した。試験時間は１０００時間であり、バリスタ特性と静電容量の試験前後の変化率を求めた。試験結果を（表１）に示す。（表１）では、バリスタ特性として、１ｍＡと１μＡの電流を流したときの電圧をＶ１ｍＡ、Ｖ１μＡとしている。正方向と逆方向を測定し、変化率の大きい方の値を示した。また従来の積層バリスタによる比較例には、＊印を付記して区別してある。（表１）の結果より、Ｖ１μＡの変化率が小さいのは、バリスタ機能部４４ａ及び４４ｂのバリスタ電圧が高い構成のときである。このときに比較例の従来の積層バリスタよりも信頼性の高いノイズ対策部品が得られている。たとえば、バリスタ機能部４４ａ及び４４ｂの生シート厚みが３１μｍ以上の構成では、各特性項目全ての劣化は小さく、０〜−１０％の変化率であった。この変化率は実用上無視できる範囲である。尚、従来の積層バリスタのＶ１μＡの変化率は−２５％であり、信頼性の点でも課題があることは明白である。（表１）での３１μｍシートのバリスタ機能部４４ａ及び４４ｂのバリスタ電圧は、焼結体の研磨面に露出した内部電極へ、金属針の先端を押し当てて層間バリスタ電圧を調べた結果、他のバリスタ機能部４４のバリスタ電圧よりも約３％高いと見積もられた。

この結果から、バリスタ機能部４４ａ及び４４ｂのバリスタ電圧は、他のバリスタ機能部よりも３％以上高いバリスタ電圧で制御すると高信頼性化に有効であることがわかる。一方、バリスタ機能部４４ａ及び４４ｂのバリスタ電圧が低いとき、即ち、生シート厚みが２９μｍ以下のＶ１μＡは、−３０〜６０％の大きな変化率を示しており、劣化が大きい結果であった。以上の結果より、バリスタ機能部４４ａ及び４４ｂのバリスタ電圧を他のバリスタ機能部４４よりも高く制御することにより、高い信頼性が得られることは明らかである。尚、この原因は、入出力側でバリスタ機能の付加が大きくなっていることが理由と考えられる。

（実施の形態３）
以下、実施の形態３について図７を用いて詳細に説明する。図７は本発明の実施の形態３におけるノイズ対策部品の外観図である。セラミックス焼結体１００の両端面に入力用端子電極と出力用端子電極１０１ａ、１０１ｂが形成され、さらにセラミックス焼結体１００の両側面にはグランド用端子電極１０２ａ、１０２ｂが形成され、またセラミックス焼結体１００の上面には導体１０３が形成されている。

本実施の形態３が、上記実施の形態１と異なる点はセラミックス焼結体表面に導体１０３が有る点である。この導体１０３は、ビア電極を介して積層体内部の内部電極（図示せず）と接続されている。

即ち、導体１０３は積層体内部のビア電極（図示せず）を介して積層体内部のストリップライン電極（図示せず）と接続されている。セラミックス焼結体１００に露出している導体１０３の形状は、線幅約５０μｍ、長さが６００μｍのライン形状を図７に示すように１度折り曲げたものであり、その厚みは約５μｍである。導体１０３が、セラミックス焼結体１００から突出している高さは約４μｍとした。また、セラミックス焼結体１００からの外部端子の高さは、全て６０〜７０μｍの範囲であった。尚、これらの形状値は全てメッキの膜厚みを含む値である。

このような厚みの構成とすることにより、回路基板等への実装性に優れたノイズ対策部品を得ることができる。

本発明の実施の形態３におけるノイズ対策部品の製造方法についても、上記実施の形態１で示した製造方法と同様であるので詳細な説明は省略し、異なる主な点のみ以下で説明する。

導体１０３は、焼成前の積層体へスクリーン印刷法により形成したものであり、導体材料には内部電極と同じＡｇＰｄ系合金を用いた。その後、上記実施の形態１で示した工程と同様の工程を経て本実施の形態３におけるノイズ対策部品を作成した。上述した導体１０３は、焼成後にスクリーン印刷以外の方法として、蒸着やスパッタやメッキ法により形成しても構わない。また、尚、導体材料としては、この他の材料でも構わないが、電気的抵抗が低く、セラミックス素体との接着強度に優れる材質が好ましい。Ｎｉ−Ｓｎメッキの形成は、従来の積層バリスタをメッキしている同じ条件下で行った。

バリスタ材料のメッキには、その電気的抵抗の低さゆえに外部電極だけでなくセラミックス表面へもメッキ形成されやすく、セラミックス焼結体表面へのメッキ流れが生じやすい問題点がある。このような限定された条件の下では、メッキ膜の厚みや、はんだ濡れ性を再現性よく十分に確保することが困難であった。このため、素子間、あるいは同一の素子でも端子間で、メッキ状態の仕上がりには差異を生じやすく、実装での電気的接続やその信頼性に問題が発生してしまうことがあった。著者らの研究によれば、特に、同一素子における端子間のメッキ状態の差異は、端子と接続している内部電極パターンが大きく異なる場合に顕著になる。したがって、端子電極間のメッキバラツキには特に、異なる内部電極パターンと接続されている場合、端子電極を含む内部電極間の電気的抵抗値の均一化が有効であることを見出した。そこで本発明では、積層体内部のストリップライン電極の体積を変化させて電気的抵抗値を変化させ、かつ、この表面に露出させた導体１０３により、メッキ時の給電箇所と面積を増加させている。このような構成により、入力用端子電極と出力用端子電極１０１ａ及び１０１ｂと、グランド側の端子電極１０２ａ及び１０２ｂとのメッキの出来映えの差異を改善できることとなる。

次に上記本実施の形態３のノイズ対策部品について、はんだ濡れ性へ影響を及ぼすメッキの膜厚の評価結果を示す。メッキの膜厚みは、素子を研磨した断面をＳＥＭで観察して測定した。これらの結果を（表２）に示す。従来の積層バリスタによる比較例には＊を付記して区別してある。

（表２）より、本実施の形態３の構成により、端子間のメッキ厚みの差異とバラツキは明らかに改善されていることがわかる。

なお、導体１０３の形状はメッキ状態の仕上がりを調整するために、方向性の判別と電気特性が許容する範囲で任意に変えて構わない。また、上述した理由により、内部電極の電極厚みを変化させることによっても同じ効果が得られる。セラミックス焼結体１００表面へ導体１０３を形成するのに不都合がある場合、内部電極の電極厚みを変化させる方法を用いることも有効な改善効果が得られる。さらに、導体１０３には、静電気ノイズ印加時にセラミックス焼結体１００内部に発生する熱を、ビア電極を介して放熱する効果もあり、静電気ノイズ印加時に生じる熱に対する耐性向上の効果も得られる。また、本発明の実施の形態３で示すような焼結体表面の導体１０３は、バリスタ材料中では得られない高インピーダンス機能素子が形成できるため、導体１０３を電気的特性の調整に用いることで、高特性のノイズ対策部品の設計も可能になるという効果も得られる。導体１０３は、図７のように素子の方向性がわかるような位置に形成することで、回路基板上へ実装する場合などの方向判別用のマーカーとしても働き、実装時だけでなく実装後まで素子の特性保証ができる。尚、セラミックス焼結体１００表面へ形成する導体は、メッキ厚みとはんだ濡れ性の効果、放熱特性、電気特性を制御するために、１箇所だけでなく複数をセラミックス焼結体１００の複数の面に設けても構わない。

本発明の実施の形態１におけるノイズ対策部品の分解斜視図同ノイズ対策部品の等価回路図同ノイズ対策部品の外観図同静電気試験の回路図（Ａ）同静電気試験で静電気試験回路に印加される電圧の原波形図、（Ｂ）本発明の実施の形態１におけるノイズ対策部品を接続した場合の静電気試験における波形図、（Ｃ）従来のチップ型積層バリスタを接続した場合の静電気試験における波形図（Ａ）同パルス応答性試験の出力信号パルス波形の原波形図、（Ｂ）本発明の実施の形態１におけるノイズ対策部品を接続した場合のパルス応答性試験における波形図、（Ｃ）従来のチップ型積層バリスタを接続した場合のパルス応答性試験における波形図本発明の実施の形態３におけるノイズ対策部品の外観図従来の静電気ノイズと電磁波ノイズ対策の構成を示す回路図従来の静電気ノイズと電磁波ノイズ対策の構成を示す回路図従来のバリスタにおける静電気ノイズの伝送経路を示す図

１０従来の静電気対策部品（バリスタまたはツェナーダイオード）
１１ノイズフィルタ
２０従来の静電気対策部品
２１インダクタ
２２コンデンサ
３０入力された静電気成分
３１バリスタまたはツェナーダイオード
３２バリスタで吸収されずに伝送する静電気成分
３３バリスタで吸収される静電気成分
３４バリスタの外部端子電極による信号ライン接続部であり、かつ、バリスタ側と保護機器側への分岐点
４０バリスタ材料層
４１ストリップライン電極
４２グランド電極
４３ビア電極
４４バリスタ機能部
４４ａバリスタ機能部
４４ｂバリスタ機能部
４５遅延回路部
４６伝送線路
４７ノイズフィルタ部
４８ａ入力用端子電極
４８ｂ出力用端子電極
４９ａグランド端子電極
４９ｂグランド端子電極
５１、５１ａ、５１ｂバリスタ機能部
５２遅延回路部（ノイズフィルタ部）
５３伝送線路
５４ノイズフィルタ部
５５ａ入力用端子電極
５５ｂ出力用端子電極
５６ａグランド用端子電極
５６ｂグランド用端子電極
５７信号ラインとバリスタ機能部との接続部
６０セラミックス焼結体
６１ａ入力用端子電極
６１ｂ出力用端子電極
６２ａグランド用端子電極
６２ｂグランド用端子電極
１００セラミックス焼結体
１０１ａ入力用端子電極
１０１ｂ出力用端子電極
１０２ａ、１０２ｂグランド用端子電極
１０３導体
７０１直流電源
７０２、７０６抵抗
７０３、７０５スイッチ
７０４容量ボックス
７０７グランドライン
７０８信号ライン
７０９評価試料
７１０被保護機器

Claims

少なくとも入力用と出力用とグランド用の端子電極を設けたノイズ対策部品であって、複数のバリスタ層からなる積層体内部に前記入力用端子電極と前記出力用端子電極との間に接続された信号ライン電極と、前記グランド用の端子電極に接続されたグランド電極とを備え、前記信号ライン電極は複数個のストリップライン電極とビア電極とからなり、前記ストリップライン電極と前記グランド電極とを前記バリスタ層を挟んで交互に積層したものであり、前記グランド電極を設けた層を貫通する前記ビア電極により前記ストリップライン電極間を相互に接続して前記信号ライン電極を構成し、前記ストリップライン電極と前記グランド電極とで形成されたバリスタ機能部を少なくとも３個有し、最も入力用端子電極に近いバリスタ機能部と、最も出力用端子電極に近いバリスタ機能部のバリスタ電圧が、他のバリスタ機能部のバリスタ電圧よりも高く設定されたことを特徴とするノイズ対策部品。
前記最も入力用端子電極に近いバリスタ機能部と、前記最も出力用端子電極に近いバリスタ機能部のバリスタ電圧が、前記他のバリスタ機能部のバリスタ電圧よりも３％以上高く設定された請求項１記載のノイズ対策部品。