JP6380546B2 - Ｌｃフィルタ - Google Patents

Description

本発明は、電子機器などに用いられ、特に高周波帯の信号に対応したＬＣフィルタに関する。

従来から電子機器などに内蔵されるＥＭＩ（Electromagnetic Interference；電磁障害）除去用の複合電子部品として、コイルとコンデンサとを備えたＬＣフィルタが広く使用されている。

たとえば、特許文献１（特開２００２−００９５７２号公報）に、そのようなＬＣフィルタが開示されている。

図１２に、特許文献1に開示された従来のＬＣフィルタ４００を示す。

ＬＣフィルタ４００は、柱状のコア１０１と、巻線１０２と、電極１０３〜１０６とを備える。

コア１０１は、アルミナなどから形成され、巻芯部１０１ａと、巻芯部１０１ａの両端に形成された鍔部１０１ｂ、１０１ｃとで構成されている。巻芯部１０１ａは、鍔部１０１ｂ、１０１ｃよりも断面積が小さい。

巻線１０２は、表面が絶縁被覆された金属銅線からなり、巻芯部１０１ａに巻回されている。

電極１０３、１０５は、それぞれ、コア１０１の一方の鍔部１０１ｂの表面に形成されている。電極１０３と電極１０５とは、ギャップにより隔離されている。そして、電極１０３には、巻線１０２の一方の端部が接続されている。電極１０５は、ＬＣフィルタ４００を使用する際には、回路基板などのグランド電極に接続される。

同様に、電極１０４、１０６は、それぞれ、コア１０１の他方の鍔部１０１ｃの表面に形成されている。電極１０４と電極１０６とは、ギャップにより隔離されている。そして、電極１０４には、巻線１０２の他方の端部が接続されている。電極１０６は、ＬＣフィルタ４００を使用する際には、回路基板などのグランド電極に接続される。

すなわち、ＬＣフィルタ４００においては、巻芯部１０１ａと巻線１０２とでコイル部が構成され、鍔部１０１ｂを誘電体としてギャップで隔離された電極１０３と電極１０５とで１つのコンデンサ部が形成され、鍔部１０１ｃを誘電体としてギャップで隔離された電極１０４と電極１０６とでもう１つのコンデンサ部が形成されている。ＬＣフィルタ４００は、これらのコイル部とコンデンサ部によって、π型ＬＣフィルタが構成されている。

特開２００２−００９５７２号公報

昨今の電子機器のＣＰＵの高機能、高速化により、製品の高周波化が進んでいる。したがって、より高周波帯におけるノイズ対策の必要性が増大し、高周波ノイズの除去性能の向上が強く要請されている。

このような場合、高周波帯におけるノイズの除去を可能にさせるためには、コンデンサ部の容量成分を十分大きな値にする必要がある。

しかしながら、図１２に示すような従来のπ型ＬＣフィルタ４００では、鍔部１０１ｂの表面において、ギャップで隔離された電極１０３と電極１０５とで１つのコンデンサ部が形成され、鍔部１０１ｃの表面において、ギャップで隔離された電極１０４と電極１０６とでもう１つのコンデン部が形成されているので、十分に大きな容量値を得ることが困難であった。

よって、従来のπ型ＬＣフィルタ４００では、所望する十分に大きな挿入損失を得ることができず、高周波帯でのノイズ除去性能が満足できないという問題があった。

そこで本発明においては、上述の問題を解決し、従来のＬＣフィルタよりもコンデンサ部の容量成分を増加させ、高周波帯での挿入損失を増加させることにより、高周波帯でのノイズ除去性能の高いＬＣフィルタを得ることを目的とする。

本発明は、上述した従来の問題を解決するためになされたものであり、その手段として、本発明のＬＣフィルタは、巻芯部の両側に１対の鍔部が形成されたコアと、コアの巻芯部に巻回された巻線と、１対の鍔部のそれぞれに形成され、巻線の両端がそれぞれ接続された信号用外部電極と、を有し、巻芯部がフェライトからなり、１対の鍔部の少なくとも一方は、内部電極とセラミックの誘電体材料からなる誘電体層とが交互に積層された積層体からなり、かつグランド用外部電極を備え、内部電極は、交互に配置された第１の内部電極と第２の内部電極とを備え、第１の内部電極は信号用外部電極に接続されるようにし、第２の内部電極はグランド用外部電極に接続されるようにした。

また、本発明の別の構成からなるＬＣフィルタ（請求項２のＬＣフィルタ）は、巻芯部の両側に１対の鍔部が形成されたコアと、コアの巻芯部に巻回された巻線と、１対の鍔部のそれぞれに形成され、巻線の両端がそれぞれ接続された信号用外部電極と、を有し、巻芯部がフェライトからなり、１対の鍔部の少なくとも一方は、内部電極とセラミックの誘電体材料からなる誘電体層とが交互に積層された積層体からなり、かつグランド用外部電極を備え、内部電極は、第１の内部電極、第２の内部電極および第３の内部電極を備え、第１の内部電極は前記信号用外部電極に接続され、第２の内部電極はグランド用外部電極に接続され、第３の内部電極は、信号用外部電極およびグランド用外部電極のいずれにも接続されず、かつ第１の内部電極および第２の内部電極の双方それぞれと、誘電体層を介して、少なくとも部分的に対向するように配置した。

本発明のＬＣフィルタは、コアの少なくとも1つの鍔部を、複数の内部電極とセラミックからなる誘電体層とが交互に積層された構造を有するコンデンサ部として構成しているため、鍔部の表面においてギャップで隔離された電極によってコンデンサ部が構成された従来のＬＣフィルタに比べて、容量成分を大きくすることができる。したがって、高周波帯において、大きい挿入損失を得ることができる。また、コンデンサ部を積層構造としているため、積層数を調節することにより、容易にコンデンサ部の容量値を調整することができ、容易に所望の挿入損失を得ることができる。これにより、本発明のＬＣフィルタを用いた回路は、回路設計の自由度が増すため、回路全体のコストを削減することができる。

加えて、第３の内部電極を備えたＬＣフィルタ（請求項２のＬＣフィルタ）では、コンデンサ部において、複数のコンデンサが直列に繋がれた構成を備えるため（図１１参照）、上述の効果に加えて、直列に繋がれた1つのコンデンサにかかる電圧が下がることにより、コンデンサ部におけるショートの発生を防止することができるという効果も奏する。

図１（Ａ）は、第１実施形態にかかるＬＣフィルタ１００を示す正面図である。図１（Ｂ）は、ＬＣフィルタ１００の断面図である。 ＬＣフィルタ１００の等価回路図である。 ＬＣフィルタ１００の挿入損失特性を、従来のＬＣフィルタと対比して示したグラフである。 ＬＣフィルタ１００の製造方法の一例において施される１の工程を示す分解斜視図である。 図４の続きであり、図５（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、ＬＣフィルタ１００の製造方法の一例において施される他の１の工程を示す断面図である。 図５の続きであり、図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、ＬＣフィルタ１００の製造方法の一例において施される他の１の工程を示す断面図である。 第２実施形態にかかるＬＣフィルタ２００を示す断面図である。 ＬＣフィルタ２００の等価回路図である。 ＬＣフィルタ２００の挿入損失特性を、従来のＬＣフィルタと対比して示したグラフである。 第３実施形態にかかるＬＣフィルタ３００を示す断面図である。 ＬＣフィルタ３００の等価回路図である。 従来のＬＣフィルタ４００を示す斜視図である。

以下、図面とともに、本発明を実施するための形態について説明する。

［第1実施形態］
図１（Ａ）、（Ｂ）に、第１実施形態にかかるＬＣフィルタ１００を示す。ただし、図１（Ａ）は正面図、図１（Ｂ）は断面図である。

ＬＣフィルタ１００は、コア１と巻線２とを備える。

コア１は、巻芯部１ａと、巻芯部１ａの両端にそれぞれ形成された鍔部１ｂ、１ｃとを備える。巻芯部１ａは、たとえばフェライトからなる。ただし、巻芯部１ａの材質は任意であり、たとえば金属材料であっても良い。

鍔部１ｂは、第１の内部電極３ａおよび第２の内部電極３ｂと、セラミックからなる誘電体層４が、巻芯部１ａの巻芯方向に積層された直方体状の積層体からなる。第１の内部電極３ａと第２の内部電極３ｂとは、積層体の内部において、誘電体層４を介して対向して配置されていて、コンデンサ部を構成している。

なお、第１の内部電極３ａおよび第２の内部電極３ｂの積層数は、それぞれ１層以上あれば良く、積層数を自由に調節することができる。このことにより、コンデンサ部は、容量値を容易に調整することができる。

第１の内部電極３ａ、第２の内部電極３ｂには、たとえばニッケルや銀を用いることができる。誘電体層４には、たとえばチタン酸バリウム系の誘電体材料などを用いることができる。

鍔部１ｂの一方の端部には、信号用外部電極５が形成されている。信号用外部電極５には、第１の内部電極３ａが接続されている。信号用外部電極５は、ＬＣフィルタ１００を使用する際には、マザー基板などに形成された信号線に接続される。

鍔部１ｂの他方の端部には、グランド用外部電極６が形成されている。グランド用外部電極６には、第２の内部電極３ｂが接続されている。グランド用外部電極６は、ＬＣフィルタ１００を使用する際には、マザー基板などに形成されたグランドに接続される。

信号用外部電極５とグランド用外部電極６は、たとえば銀の焼付け電極により形成されている。

以上のように、ＬＣフィルタ１００の鍔部１ｂは、１つのコンデンサ部を構成している。

同様に、鍔部１ｃは、第１の内部電極７ａおよび第２の内部電極７ｂと、セラミックからなる誘電体層８とが、巻芯部１ａの巻芯方向に積層された直方体状の積層体からなる。第１の内部電極７ａと第２の内部電極７ｂとは、積層体の内部において、誘電体層８を介して対向して配置されていて、もう１つのコンデンサ部を構成している。

なお、第１の内部電極７ａおよび第２の内部電極７ｂの積層数は、それぞれ１層以上あれば良く、積層数を自由に調節することができる。このことにより、コンデンサ部は、容量値を容易に調整することができる。

第１の内部電極７ａ、第２の内部電極７ｂには、たとえばニッケルや銀を用いることができる。誘電体層８には、たとえばチタン酸バリウム系の誘電体材料などを用いることができる。

鍔部１ｃの一方の端部には、信号用外部電極９が形成されている。信号用外部電極９には、第１の内部電極７ａが接続されている。信号用外部電極９は、ＬＣフィルタ１００を使用する際には、マザー基板などに形成された信号線に接続される。

鍔部１ｃの他方の端部には、グランド用外部電極１０が形成されている。グランド用外部電極１０には、第２の内部電極７ｂが接続されている。グランド用外部電極１０は、ＬＣフィルタ１００を使用する際には、マザー基板などに形成されたグランドに接続される。

信号用外部電極９とグランド用外部電極１０は、たとえば銀の焼付け電極により形成されている。

以上のように、ＬＣフィルタ１００の鍔部１ｃは、もう１つのコンデンサ部を構成している。

コア１の巻芯部１ａには、巻線２が螺旋状に巻回されている。巻芯部１ａと巻線２とでコイル部が構成され、巻線２の一方の端部は信号用外部電極５に、巻線２の他方の端部は信号用外部電極９にそれぞれ接続されている。巻線２には、たとえばポリウレタン樹脂などの絶縁材料で被覆された銅線などを用いることができる。

以上のような構造からなる、第１実施形態にかかるＬＣフィルタ１００は、図２に示す等価回路を備える。すなわち、ＬＣフィルタ１００は、１つのコイル部と２つのコンデンサ部とで、π型ＬＣフィルタを構成している。

以上のような構造および等価回路からなる第１実施形態にかかるＬＣフィルタ１００は、以下のような特性を有する。

図３に、第１実施形態にかかるＬＣフィルタ１００の挿入損失特性を示す。なお、図３には、同じ等価回路からなる比較例のＬＣフィルタの挿入損失特性を併せて示している。

第１実施形態にかかるＬＣフィルタ１００は、上述した構造からなるため、コンデンサ部の容量値を十分に大きくすることができる。ＬＣフィルタ１００の２つのコンデンサ部は、それぞれ、５６０ｐＦの容量値からなる。ＬＣフィルタ１００のコイル部は、５６０ｎＨのインダクタンス値からなる。

比較例のＬＣフィルタの挿入損失特性は、シミュレーションソフト「Femtet」（（株）村田製作所製）を使用して作成した。比較例のＬＣフィルタにおいては、２つのコンデンサ部の容量値を、第１実施形態にかかるＬＣフィルタ１００よりも小さくし、それぞれ５６ｐＦに設定した。これは、たとえば図１２に示した従来のＬＣフィルタ４００のように、コンデンサ部の容量値を大きくできなかった従来の場合を想定したものである。一方、比較例のＬＣフィルタのコイル部のインダクタンス値は、ＬＣフィルタ１００と同様に５６０ｎＨに設定した。

図３からわかるように、第１実施形態にかかるＬＣフィルタ１００は、比較例のＬＣフィルタと比べて、１ＧＨｚ〜５ＧＨｚの周波数帯での挿入損失特性が約２０ｄＢ大きくなっている。この結果により、本発明のＬＣフィルタによれば、従来品では実現できなかった高周波帯でのノイズを除去が可能であることが分かる。

次に、第１実施形態にかかるＬＣフィルタ１００の製造方法の一例について説明する。ＬＣフィルタ１００は、たとえば次の方法により製造される。

図４〜６（Ｃ）は、それぞれ、コア１の製造工程を示す。なお、通常は、多数個のコア１が同時に製造されるが、図４〜６（Ｃ）においては、説明の便宜上、３個分のコア１の製造工程を示している。

まず、図４に示すように、鍔部１ｂの第１層および第７層（最上層）として、内部電極が形成されていない、連なった３個分の誘電体シート５４を準備する。なお、誘電体シート５４は３個分が連なっている。

また、鍔部１ｂの第２層〜第３層として、誘電体シートにニッケルを主成分とするペーストを印刷することにより、第１の内部電極パターン５３ａと、第２の内部電極パターン５３ｂが形成された印刷済みの誘電体シート５４を複数枚準備する。なお、印刷済みの誘電体シート５４も３個分が連なっている。

次に、図５（Ａ）に示すように、以上のような第１層〜第７層の誘電体シート５４を積層し、続いてプレスして３個分の未焼成の鍔部５１ｂを形成する。

次に、図５（Ｂ）に示すように、フェライトペーストを所定のパターンで印刷し、所定の厚みになるまで印刷を繰り返し、３個分の未焼成の鍔部５１ｂ上に、それぞれ未焼成の巻芯部５１ａを形成する。そして、３個分の未焼成の鍔部５１ｂ上のフェライトペーストが印刷されていない部分には、たとえば、ポリイミドなどからなる焼成すると焼失する樹脂６０を充填する。

次に、フェライトペーストの上面を覆う樹脂６０を除去したうえで、各巻芯部５１ａが露出するように表面を整える。

次に、図６（Ａ）に示すように、上述した３個分の未焼成の鍔部５１ｂと同様の方法により３個分の未焼成の鍔部５１ｃを製造し、樹脂６０から露出した３個分の未焼成の巻芯部５１ａに接着し、３個分の未焼成のコア５１を得る。

次に、図６（Ｂ）に示すように、３個分の未焼成のコア５１を、個々の未焼成のコア５１に切断する。

次に、図６（Ｃ）に示すように、未焼成のコア５１を、たとえば８００℃〜１０００℃の温度で焼成し、巻芯部１ａの両端に、それぞれコンデンサ部を構成する鍔部１ｂと鍔部１ｃとが形成されたコア１を完成させる。

次に、図示しないが、コア１の鍔部１ｂ、１ｃの表面の所定の部分に、銀ペーストを塗布し、焼付けて、信号用外部電極５、９およびグランド用外部電極６、１０を形成する。

最後に、コア１の巻芯部１ａに巻線２を巻回し、一方の端部を信号用外部電極５に、他方の端部を信号用外部電極９にそれぞれ接続固定して、第１実施形態にかかるＬＣフィルタ１００を完成させる。

以上、第１実施形態にかかるＬＣフィルタ１００の構造、等価回路、製造方法の一例について説明した。しかしながら、本発明が上述の内容に限定されることはなく、本発明の趣旨に沿って種々の変形をなすことができる。

たとえば、ＬＣフィルタ１００は、1つのコイル部と２つのコンデンサ部を備えたπ型フィルタであるが、コイル部、コンデンサ部の数やＬＣフィルタの種類などは任意であり、これには限られない。

また、コンデンサ部の内部構造も任意であり、内部電極の数や構造も自由に変更することができる。

［第２実施形態］
図７に、第２実施形態にかかるＬＣフィルタ２００を示す。ただし、図７は断面図である。

ＬＣフィルタ２００は、コア１１と巻線２とを備える。

コア１１は、巻芯部１１ａと、巻芯部１１ａの一方の端部に形成された鍔部１１ｂと、他方の端部に形成された鍔部１１ｃとを備える。ＬＣフィルタ２００においては、鍔部１１ｂのみがコンデンサ部を構成し、鍔部１１ｃはコンデンサ部を構成しない。

すなわち、ＬＣフィルタ２００の巻芯部１１ａは、第１実施形態にかかるＬＣフィルタ１００の巻芯部１ａと同じ構造からなる。また、ＬＣフィルタ２００の鍔部１１ｂは、ＬＣフィルタ１００の鍔部１ｂと同じ構造からなる。しかしながら、ＬＣフィルタ２００の鍔部１１ｃは、ＬＣフィルタ１００の鍔部１ｃの構造とは異なり、内部に内部電極を備えていない。鍔部１ｃの材質には、たとえばフェライトを使用することができる。

ＬＣフィルタ２００の他の構造は、第１実施形態にかかるＬＣフィルタ１００と同じである。

第２実施形態にかかるＬＣフィルタ２００は、図８に示す等価回路を備える。すなわち、ＬＣフィルタ２００は、１つのコイル部と１つのコンデンサ部とで、いわゆるＬ型ＬＣフィルタを構成している。

図９に、第２実施形態にかかるＬＣフィルタ２００の挿入損失特性を示す。なお、図９には、同じ等価回路からなる比較例のＬＣフィルタの挿入損失特性を併せて示している。

第２実施形態にかかるＬＣフィルタ２００のコンデンサ部は、５６０ｐＦの容量値からなる。ＬＣフィルタ２００のコイル部は、５６０ｎＨのインダクタンス値からなる。

比較例のＬＣフィルタの挿入損失特性は、シミュレーションソフト「Femtet」（（株）村田製作所製）を使用して作成した。比較例のＬＣフィルタにおいては、コンデンサ部の容量値を、第２実施形態にかかるＬＣフィルタ２００よりも小さい５６ｐＦに設定した。これは、コンデンサ部の容量値を大きくできなかった従来の場合を想定したものである。一方、比較例のＬＣフィルタのコイル部のインダクタンス値は、ＬＣフィルタ２００と同様に５６０ｎＨに設定した。

図９からわかるように、第２実施形態にかかるＬＣフィルタ２００は、比較例のＬＣフィルタと比べて、１ＧＨｚ〜５ＧＨｚの周波数帯での挿入損失特性が約２０ｄＢ大きくなっている。この結果により、第２実施形態のＬＣフィルタ２００においても、従来品では実現できなかった高周波帯でのノイズを除去が可能であることが分かる。

なお、第２実施形態にかかるＬＣフィルタ２００は、グランドとの接続安定性に優れているという効果も奏している。すなわち、ＬＣフィルタが複数個所でグランドに接続されると、僅かながらも電位差が発生してグランドとの接続性が不安定になる場合があるが、ＬＣフィルタ２００は、１個所でグランドに接続されるため、グランドとの接続安定性に優れている。

［第３実施形態］
図１０に、第３実施形態にかかるＬＣフィルタ３００を示す。ただし、図１０は断面図である。

ＬＣフィルタ３００は、コア２１と巻線２とを備える。

ＬＣフィルタ３００のコア２１も、第１実施形態にかかるＬＣフィルタ１００と同様に、巻芯部２１ａの両端にそれぞれ鍔部２１ｂ、２１ｃを備えている。そして、鍔部２１ｂ、２１ｃは、それぞれ、コンデンサ部を構成している。

しかしながら、ＬＣフィルタ３００の鍔部２１ｂ、２１ｃは、第１実施形態にかかるＬＣフィルタ１００の鍔部１ｂ、１ｃとは、内部電極の構成が異なっている。

すなわち、鍔部２１ｂは、信号用外部電極５に接続された第１の内部電極１３ａと、グランド用外部電極６に接続された第２の内部電極１３ｂに加えて、信号用外部電極５およびグランド用外部電極６のいずれにも接続されていない、浮き電極である第３の外部電極１３ｃを備えている。そして、第３の外部電極１３ｃは、第１の内部電極１３ａおよび第２の内部電極１３ｂの双方それぞれと、誘電体層１４を介して、少なくとも部分的に対向している。

また、鍔部２１ｃは、信号用外部電極９に接続された第１の内部電極１７ａと、グランド用外部電極１０に接続された第２の内部電極１７ｂに加えて、信号用外部電極９およびグランド用外部電極１０のいずれにも接続されていない、浮き電極である第３の外部電極１７ｃを備えている。そして、第３の外部電極１７ｃは、第１の内部電極１７ａおよび第２の内部電極１７ｂの双方それぞれと、誘電体層１４を介して、少なくとも部分的に対向している。

ＬＣフィルタ３００の他の構造は、第１実施形態にかかるＬＣフィルタ１００と同じである。

第３実施形態にかかるＬＣフィルタ３００は、図１１に示す等価回路を備える。すなわち、ＬＣフィルタ３００は、１つのコイル部と２つのコンデンサ部からなるπ型ＬＣフィルタを構成しているが、各コンデンサ部は２つのコンデンサが直列に繋がれた構成からなる。この結果、ＬＣフィルタ３００は、上述した本発明に特有の効果に加えて、直列に繋がれた1つのコンデンサにかかる電圧が下がることにより、コンデンサ部におけるショー
トの発生が防止されるという効果も奏している。

１、１１、２１…コア
１ａ、１１ａ、２１ａ…巻芯部
１ｂ、１ｃ、１１ｂ、１１ｃ、２１ｂ、２１ｂ…鍔部
２…巻線
３ａ、１３ａ、７ａ、１７ａ…第１の内部電極
３ｂ、１３ｂ、７ｂ、１７ｂ…第２の内部電極
１３ｃ、１７ｃ…第３の内部電極
４、１４…誘電体層
５、９…信号用外部電極
６、１０…グランド用外部電極
５１ａ…未焼成の巻芯部
５１ｂ、５１ｃ…未焼成の鍔部
５３ａ…第１の内部電極パターン
５３ｂ…第２の内部電極パターン
５４…誘電体シート
６０…樹脂

Claims (2)

1. 巻芯部の両側に１対の鍔部が形成されたコアと、
   前記コアの巻芯部に巻回された巻線と、
   前記１対の鍔部のそれぞれに形成され、前記巻線の両端がそれぞれ接続された信号用外部電極と、を有し、
   前記巻芯部がフェライトからなり、
   前記１対の鍔部の少なくとも一方は、内部電極とセラミックの誘電体材料からなる誘電体層とが交互に積層された積層体からなり、かつグランド用外部電極を備え、
   前記内部電極は、交互に配置された第１の内部電極と第２の内部電極とを備え、
   前記第１の内部電極は前記信号用外部電極に接続され、
   前記第２の内部電極は前記グランド用外部電極に接続されているＬＣフィルタ。
2. 巻芯部の両側に１対の鍔部が形成されたコアと、
   前記コアの巻芯部に巻回された巻線と、
   前記１対の鍔部のそれぞれに形成され、前記巻線の両端がそれぞれ接続された信号用外部電極と、を有し、
   前記巻芯部がフェライトからなり、
   前記１対の鍔部の少なくとも一方は、内部電極とセラミックの誘電体材料からなる誘電体層とが交互に積層された積層体からなり、かつグランド用外部電極を備え、
   前記内部電極は、第１の内部電極、第２の内部電極および第３の内部電極を備え、
   前記第１の内部電極は前記信号用外部電極に接続され、
   前記第２の内部電極は前記グランド用外部電極に接続され、
   前記第３の内部電極は、前記信号用外部電極および前記グランド用外部電極のいずれにも接続されず、かつ前記第１の内部電極および前記第２の内部電極の双方それぞれと、前記誘電体層を介して、少なくとも部分的に対向しているＬＣフィルタ。

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