JP5387542B2

JP5387542B2 - 積層型ｌｃフィルタ

Info

Publication number: JP5387542B2
Application number: JP2010251291A
Authority: JP
Inventors: 直樹溝口
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2010-11-09
Filing date: 2010-11-09
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2030-11-09
Also published as: US8884721B2; US20120112856A1; JP2012105026A

Description

本発明は、電子機器等に使用される積層型ＬＣフィルタに関する。

従来の、積層型ＬＣフィルタとしては、誘電体層と電極層とを積層した積層体内に複数のＬＣ共振器を設けることによって構成されている。

例えば、特許文献１に記載の、図９に示すようなＬＣフィルタ１００が知られている。具体的には、ＬＣフィルタ１００は、インダクタ部９２、９３にはそれぞれコイル８６、８７が内蔵されている。該コイル８６、８７は、コイル導体と中継用ビア電極を設けたシートを積層して形成されており、それらの軸方向は、入出力外部電極９５、９６に対して垂直となっている。また、コンデンサ部９４にはグランド電極９０と電極９１が対向して配置されている。

コイル８６の一方の端部はフィルタ１００の手前側の側面に設けた連結電極９９を介して電極９１の一方の端部９１ａに電気的に接続され、コイル８７の一方の端部はフィルタ１００の奥側の側面に設けた連結電極８０を介して電極９１の他方の端部９１ｂに電気的に接続されている。

特開平１０−１９０３９１号報

しかしながら、特許文献１に記載のＬＣフィルタでは、前記コイル８６、８７の磁界の向きは該ＬＣフィルタが実装された基板に対して平行になるため、隣接する電子部品に対して、磁束の輻射の影響を与えるという問題があった。また、前記コイル導体は、パターン印刷電極を主体として形成されているので、Ｑの大きなインダクタンスが得られない。そのために、フィルタの挿入損失が増大してしまう、という問題があった。

本発明は、かかる実情に鑑み、磁界の向きは前記ＬＣフィルタが実装された基板に対して垂直となり、隣接する電子部品に対する磁束の輻射の影響を軽減でき、同時に、Ｑの大きなインダクタンスが得られ、低損失のＬＣフィルタを提供しようとするものである。

本発明は上記課題を解決するために、以下のように構成した積層型ＬＣフィルタを提供する。

本発明による積層型ＬＣフィルタは、複数の誘電体層と、キャパシタ電極層と、インダクタ電極層と、接地電極層と、入出力電極層と、前記誘電体層を厚み方向に貫通するビア電極を備える直方体状の積層体を有し、前記キャパシタ電極層を含むキャパシタと、前記インダクタ電極層を含むインダクタによって構成される複数のＬＣ共振器を含む積層型ＬＣフィルタにおいて、前記積層体は、前記入出力電極層の形成位置により定まる実装面を有し、前記インダクタは、前記インダクタ電極層と複数の誘電体層を厚み方向に連続して貫通する前記ビア電極を含んで、ループ状に形成され、前記ループ状の前記インダクタにより生じる磁界の向きは、前記積層体の前記実装面に対して垂直であり、前記キャパシタは、前記接地電極層と該接地電極層と対向するように配置されたキャパシタ電極層によって形成され、前記入出力電極層は、前記積層体の積層方向に向かい合う、最も外側の面に配置され、前記複数のＬＣ共振器は、前記積層体の積層方向に隣接して配置され、前記複数のＬＣ共振器は、それぞれが、前記ループ状の前記インダクタを備え、隣接した前記複数のＬＣ共振器の前記インダクタの前記インダクタ電極層間に容量が形成されたことを特徴とする。

上記構成によれば、前記ループ状インダクタは、ビア電極が主体となって形成されているので、Ｑの大きなインダクタを得ることができ、その結果、フィルタの挿入損失を低減することが可能となる。

本発明による積層型ＬＣフィルタは、好ましくは、前記積層体の面のうち、前記インダクタの磁界の向きと垂直な面に、磁性層が形成されている。

上記構成によれば、積層型ＬＣフィルタのインダクタのインダクタンスを大きくすることができる。また、磁性層によって、インダクタの磁界の拡がりが抑えられ、前記積層型ＬＣフィルタが搭載された機器において、周囲の電子部品に与える磁界の影響を軽減できる。また、磁性層は、それ自身の剛性により、前記積層型ＬＣフィルタを機械的に補強する効果を持ち、たわみ等による積層体の層間剥がれやクラックに対する強度を増すことができる。

本発明による積層型ＬＣフィルタは、好ましくは、前記ループ状インダクタのループ面を突き通るように、磁性層が形成されている。

上記構成によれば、積層型ＬＣフィルタのインダクタのインダクタンスを大きくすることができる。また、磁性層によって、インダクタの磁界の拡がりが抑えられ、前記積層型ＬＣフィルタが搭載された機器において、周囲の電子部品に与える磁界の影響を軽減できる。
本発明による積層型ＬＣフィルタは、好ましくは、前記ＬＣ共振器は、隣接するＬＣ共振器同士で結合する２つ以上のＬＣ共振器であって、前記隣接するＬＣ共振器のそれぞれループ状インダクタの間に、磁性層が形成されている。

上記構成によれば、前記磁性層の磁束の拡がりを抑えるはたらきにより、第１のインダクタＬ１と第２のインダクタＬ２の電磁結合を弱めるはたらきを持ち、これらの電磁結合の調整に利用することができる。

本発明による積層型ＬＣフィルタは、好ましくは、前記積層体の面のうち、前記積層方向に平行な面を底面とする。

上記構成によれば、前記ループ状インダクタの磁界の向きは、ループの中心から放射されるように形成され、前記積層型ＬＣフィルタが実装された基板に対して垂直になるため、隣接する電子部品に対して、磁束の輻射の影響を抑えることができる。

本発明によれば、積層型ＬＣフィルタが搭載された基板上で、その積層型ＬＣフィルタのインダクタの磁束の輻射が、隣接する電子部品に与える影響を低減することができる。また、積層型ＬＣフィルタにおいて、Ｑの大きなインダクタを得ることができるので、フィルタの挿入損失を低減することができる。

本発明の実施形態１に係る積層型ＬＣフィルタの積層体の分解斜視図である。図１の積層型ＬＣフィルタの外観斜視図である。図１の積層型ＬＣフィルタの等価回路図である。図１の積層型ＬＣフィルタの変形例の分解斜視図である。本発明の実施形態２に係る積層型ＬＣフィルタの積層体の分解斜視図である。図２の積層型ＬＣフィルタの外観斜視図である。本発明の実施形態３に係る積層型ＬＣフィルタの説明図である。本発明の実施形態４に係る積層型ＬＣフィルタの説明図である。従来の積層型ＬＣフィルタの説明図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本実施形態の積層型ＬＣフィルタ１の分解斜視図であり、図２（ａ）は、図１の積層型ＬＣフィルタ１の外観斜視図、図２（ｂ）は、この積層型ＬＣフィルタを搭載基板（図示せず）を下にして実装する状態の外観斜視図である。図１、２では、外部に露出する導電膜に網掛けを施している。

本実施形態の積層型ＬＣフィルタ１は、図１に示すように、複数の誘電体層と電極層が積層され、前記誘電体層を貫通するビア電極を有している。これら、すべての誘電体層は、図１の手前側の面（網掛け部）及びこれと対向する面には、接地電極が形成されている。この手前側の面の接地電極は、図２では電極３１ａである。

誘電体層１１、１２、・・・は、例えばアルミナとガラスを主成分とするセラミック誘電体材料を原料としたスラリーをフィルム上でドクタブレード法によって塗布して作製される。

電極層１１ａ、１２ａ、・・・は、例えば、感光性導電ペーストをスピンコート法などにより誘電体層上に塗布し、フォトリソグラフィー法を用いて形成される。また、導電ペーストを直接誘電体層上にスクリーン印刷により形成してもよい。

以下、この積層型ＬＣフィルタ１について、積層された誘電体層と各誘電体層に形成された電極層およびビア電極の構成について詳述する。

この積層型ＬＣフィルタ１は、同じ構成の２つのＬＣ共振器同士が結合して成り、図1の最上の誘電体層１１から１７までを第１ブロックＡ１、誘電体層１８から最下層２５までを第２ブロックＡ２とする。

まず、第１ブロックＡ１について述べる。

誘電体層１１には、入出力電極１１ａとビア電極２９ａの一部が形成され、これらは接続されている。

誘電体層１２には、接地電極１２ａ、１２ｂ、インダクタ電極１２ｃとビア電極２９ａ、２９ｂ、２９ｃのそれぞれ一部が形成されている。接地電極１２ａは外部接地電極３１ａ、３１ｂに接続され、接地電極１２ｂはビア電極２９ｃと外部接地電極３１ｂに接続され、インダクタ電極１２ｃはビア電極２９ａ、２９ｂに接続されている。

誘電体層１３には、キャパシタ電極１３ａとビア電極２９ａ、２９ｂ、２９ｃのそれぞれ一部が形成され、キャパシタ電極１３ａはビア電極２９ａに接続されている。

誘電体層１４には、接地電極１４ａとビア電極２９ａ、２９ｂ、２９ｃのそれぞれ一部が形成され、接地電極１４ａは外部接地電極３１ａ、３１ｂに接続されている。

誘電体層１５には、キャパシタ電極１５ａとビア電極２９ａ、２９ｂ、２９ｃのそれぞれ一部が形成され、キャパシタ電極１５ａはビア電極２９ａに接続されている。

誘電体層１６には、ビア電極２９ｂ、２９ｃのそれぞれ一部が形成されている。

誘電体層１７には、インダクタ電極１７ａとビア電極２９ｂ、２９ｃのそれぞれ一部が形成され、インダクタ電極１７ａはビア電極２９ｂ、２９ｃに接続されている。

誘電体層１２〜１５には、上から順に、接地電極１２ａ、キャパシタ電極１３ａ、接地電極１４ａ、キャパシタ電極１５ａが積み重ねられ、この２つのキャパシタ電極１３ａ、１５ａがビア電極２９ａによって接続されて、第１のキャパシタが構成されている。

また、誘電体層１２〜１７には、インダクタ電極層１２ｃとビア電極２９ａの接続点を始点とし、インダクタ電極層１２ｃ、ビア電極２９ｂ、インダクタ電極層１７ａ、ビア電極２９ｃを順に通り、ビア電極２９ｃと接地電極層１２ｂの接続点を終点とするループ状の線路によって、第１のインダクタが構成されている。ビア電極は、図２（ｂ）に示すように、積層型ＬＣフィルタが搭載基板に実装される配置で見ると、実装面に対して平行に、誘電体層を連続して貫通し、インダクタを形成している。

図１の第２ブロックＡ２は、誘電体層１８を挟んで、第１ブロックＡ１と対称となるように各誘電体層１９、２０、・・・及び電極層１９ａ、２１ａ・・・が積層され、ビア電極３０ａ、３０ｂ、３０ｃが形成されて、第２のキャパシタ及びインダクタが構成されている。最下層２５は、図１に示すように、第１ブロックＡ１の最上層１１を裏返した向きで配置されている。また、第１ブロックＡ１と第２ブロックＡ２の間には、インダクタ電極層１７ａと１９ａによる、第３のキャパシタが構成されている。

図３は、積層型ＬＣフィルタ１の等価回路図である。

図３において、キャパシタＣ１には前記した第１のキャパシタが相当し、インダクタＬ１には前記した第１のインダクタが相当する。これにより、第１のキャパシタＣ１と第１のインダクタＬ１によって、第１のＬＣ共振器４１が構成されている。同様に、キャパシタＣ２には第２のキャパシタが、インダクタＬ２には第２のインダクタがそれぞれ相当し、これらによって、第２のＬＣ共振器４２が構成されている。また、キャパシタＣ３には前記した第３のキャパシタが相当する。

そして、第１のＬＣ共振器４１と第２のＬＣ共振器４２は、第１のインダクタＬ１と第２のインダクタＬ２によって、電磁気的に結合している。

前記積層型ＬＣフィルタ１が動作状態になると、第１及び第２のインダクタは、そのループ面に対して垂直方向に磁界を生じる。すなわち、その磁界の向きは積層体の積層方向に対して垂直となり、図１及び図２（ａ）ではその図面上で左右方向、図２（ｂ）ではその図面上で上下方向となる。よって、本実施形態の積層型ＬＣフィルタ１の第１及び第２のインダクタの磁界の向きは該ＬＣフィルタが搭載された基板に対して垂直となるため、隣接して実装された電子部品に対する、磁束の輻射の影響を抑えることができる。

また、本実施形態の積層型ＬＣフィルタ１のインダクタは、第１のインダクタであれば、線路の一部に複数の誘電体層を厚み方向に連続して貫通するビア電極２９ｂ、２９ｃを含み、ループ状に形成されている。通常、ビア電極の径は、パターン印刷電極の厚みよりも断面を大きくしやすく、また、パターン印刷電極にあるようなエッジ角はできないので、その抵抗値を小さくできる。よって、Ｑの大きなインダクタを得ることができ、積層型ＬＣフィルタ１の挿入損失を抑えることが可能となる。

また、前記インダクタのインダクタンスを大きくしたい場合、図１の誘電体層１６及び２０の層数を増やして、ビア電極を長くし、インダクタのループ形状を大きくすることで可能となり、インダクタのＱを劣化させることなく対応できる。

また、積層型ＬＣフィルタ１は、インダクタのループが1重巻の構造であるが、図４に示す積層型ＬＣフィルタ１ａのように、２重巻にしてもよい。

積層型ＬＣフィルタ１ａは、誘電体層１１１、１１２、・・・、電極層１１１ａ、１１２ａ、・・・が積層され、ビア電極１２９ａ、１２９ｂ、・・・を有する。積層型ＬＣフィルタ１ａの基本的な製法、構造及びキャパシタの構成は、積層型ＬＣフィルタ１と同じである。

第１ブロックＡ１０１の第１のインダクタは、インダクタ電極層１１２ｃとビア電極１２９ａの接続点を始点とし、インダクタ電極層１１２ｃ、ビア電極１２９ｂ、インダクタ電極層１１７ａ、ビア電極１２９ｃ、インダクタ電極１１６ａ、ビア電極１２９ｅ、インダクタ電極層１１７ｂ、ビア電極１２９ｄと順に通り、ビア電極１２９ｄと接地電極層１１６ｂの接続点を終点とするループ状の線路によって、構成されている。

第２ブロックＡ１０２の第２のインダクタについては、第１ブロックＡ１０１の第１のインダクタと対称となるように構成されている。また、第３のキャパシタは、対向するインダクタ電極層１１７ａと１１９ａ及び対向するインダクタ電極層１１７ｂと１１９ｂによって構成されている。

上記構成によれば、インダクタの巻き数を変えて、インダクタンスを調整することができる。また、インダクタの巻き数は、誘電体層１１６、１１６Ａ、１１７などの電極層やビア電極の配置によって、さらに増やすことも可能である。
（実施の形態２）
積層型ＬＣフィルタ２は、実施の形態１の積層型ＬＣフィルタ１において、磁性層５１を付加したものである。図５はその分解斜視図、図６（ａ）はその外観斜視図で、図６（ｂ）は、この積層型ＬＣフィルタを搭載基板（図示せず）を下にして実装する状態の外観斜視図である。図６（ｃ）は、同じように搭載基板を下にして、磁性層５１と誘電体層１１〜２５の積層方向を模式的に表した模式図である。

積層型ＬＣフィルタ２は、図５及び図６に示すように、積層型ＬＣフィルタ１の前記第１及び第２のインダクタのループ面と平行な面に磁性層５１が形成されている。インダクタの磁界はループ面と垂直であるので、磁性層５１は前記第１及び第２のインダクタの磁界が通る箇所に存在することとなり、これらインダクタのインダクタンスを大きくすることができる。

また、インダクタの磁界の拡がりは、透磁率の大きさに反比例するので、磁性層は、磁界の拡がりを抑える効果をもつ。よって、磁性層５１は、前記積層型ＬＣフィルタが搭載された機器において、その周辺にある電子部品への磁束の輻射による影響を軽減することができる。一方で、この磁束の拡がりを抑える効果によって、相互に電磁結合するインダクタの結合は疎となり、第１のインダクタＬ１と第２のインダクタＬ２の電磁結合は弱められることとなる。

また、積層型ＬＣフィルタ２は、環境変化等により、図６（ｃ）ではその図面上で、上下方向にたわみの力を受ける。この方向は、積層体にとって、積層面と平行であるため、たわみによる層間剥がれやクラックが発生する危険性が高い。本構造のように、付加された磁性層５１は、積層面に対して垂直であるので、層間剥がれやクラックを防ぐ効果がある。

（実施の形態３）
積層型ＬＣフィルタ３は、実施の形態１の積層型ＬＣフィルタ１において、第１及び第２のインダクタのループ面を垂直に突き通るように、面３２側から積層体の素体をくり抜き、そこに磁性材料を充填し、磁性層５６を形成したものである。図７（ａ）は、積層型ＬＣフィルタ３の外観斜視図、図７（ｂ）は前記第１のインダクタの線路をループ５５ａ、前記第２のインダクタの線路をループ５５ｂとし、これらのループ面を、磁性体層５６が垂直に突き通る様子を表したイメージ図である。

前記磁性層５６は前記第１及び第２のインダクタの磁界が通る箇所にあるので、これらインダクタのインダクタンスを大きくすることができる。また、磁性層５６は磁束の拡がりを抑えるはたらきにより、その周辺にある電子部品への磁束の輻射による影響を軽減することができる。一方で、前述したように、磁束の拡がりが抑えられることは、第１のインダクタＬ１と第２のインダクタＬ２の電磁結合が弱められるという影響もある。

積層型ＬＣフィルタ４は、積層型ＬＣフィルタ３において、その面３２の上に、実施の形態２の磁性層５１を形成したもので、図７（ｃ）はその外観斜視図である。このときの磁性層５１の付加効果としては、実施の形態２に示すものと同様の効果を得ることができる。

なお、本実施形態において、磁性体層５６を円柱で示しているが、インダクタを形成するループ内であれば、この形状は直方体や多角体でもよく、形状、大きさは限定しない。

（実施の形態４）
積層型ＬＣフィルタ５は、実施の形態１の積層型ＬＣフィルタ１において、その面３２側から前記第１及び第２のインダクタの間を通るように、積層体の素体をくり抜き、そこに磁性材料を充填し、磁性層５８を形成したものである。図８（ａ）は、その外観斜視図、図８（ｂ）は、第１のインダクタループ５５ａと第２のインダクタループ５５ｂの間に、磁性体層５８が形成された様子を表したイメージ図である。

前記磁性層５８は、前述した磁束の拡がりを抑えるはたらきにより、第１のインダクタＬ１と第２のインダクタＬ２の電磁結合を弱めるはたらきを持ち、これらの電磁結合の調整に利用することができる。

積層型ＬＣフィルタ５に、実施の形態２に示すような磁性層５１や実施の形態３に示すような磁性層５６を同時に、あるいは少なくとも一方を併用することも可能であり、その場合、それぞれの効果を享受することができる。

なお、本実施形態において、磁性体層５８を円柱で示しているが、インダクタを形成するループの間にあれば、その形状は直方体や多角体でもよく、形状、大きさは限定しない。

１〜５積層型ＬＣフィルタ
１１〜２５誘電体層
１１ａ〜２５ａ電極層
２９ａ〜２９ｃ、３０ａ〜３０ｃビア電極
３１ａ、３１ｂ外部接地電極
５１磁性層
５５ａ、５５ｂインダクタループ
５６、５８磁性層

Claims

複数の誘電体層と、キャパシタ電極層と、インダクタ電極層と、接地電極層と、入出力電極層と、前記誘電体層を厚み方向に貫通するビア電極を備える直方体状の積層体を有し、
前記キャパシタ電極層を含むキャパシタと、前記インダクタ電極層を含むインダクタによって構成される複数のＬＣ共振器を含む積層型ＬＣフィルタにおいて、
前記積層体は、前記入出力電極層の形成位置により定まる実装面を有し、
前記インダクタは、前記インダクタ電極層と複数の誘電体層を厚み方向に連続して貫通する前記ビア電極を含んで、ループ状に形成され、
前記ループ状の前記インダクタにより生じる磁界の向きは、前記積層体の前記実装面に対して垂直であり、
前記キャパシタは、前記接地電極層と該接地電極層と対向するように配置されたキャパシタ電極層によって形成され、
前記入出力電極層は、前記積層体の積層方向に向かい合う、最も外側の面に配置され、
前記複数のＬＣ共振器は、前記積層体の積層方向に隣接して配置され、
前記複数のＬＣ共振器は、それぞれが、前記ループ状の前記インダクタを備え、
隣接した前記複数のＬＣ共振器の前記インダクタの前記インダクタ電極層間に容量が形成されたことを特徴とする積層型ＬＣフィルタ。
前記積層体の面のうち、前記インダクタの磁界の向きと垂直な面に、磁性層が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の積層型ＬＣフィルタ。
前記ループ状インダクタの開口面を突き通るように、磁性層が形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の積層型ＬＣフィルタ。
前記ＬＣ共振器は、隣接するＬＣ共振器同士で結合する２つ以上のＬＣ共振器であって、
前記隣接するＬＣ共振器のそれぞれループ状インダクタの間に、磁性層が形成されたことを特徴とする請求項１ないし３のうち、１項に記載の積層型ＬＣフィルタ。
前記積層体の面のうち、前記積層方向に平行な面を底面としたことを特徴とする請求項１ないし４のうち、１項に記載の積層型ＬＣフィルタ。