JP6479061B2 - コモンモードフィルター - Google Patents

Description

本発明は、コモンモードフィルターに関するものである。

技術の発展に伴い、携帯電話、家電製品、ＰＣ、ＰＤＡ、ＬＣＤなどの電子機器が、アナログ方式からデジタル方式に変化し、処理するデータ量の増加によって高速化する傾向にある。これに伴い、高速信号送信インターフェースとして、ＵＳＢ２．０、ＵＳＢ３．０及び高精細度マルチメディアインターフェース（ｈｉｇｈ−ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ；ＨＤＭＩ（登録商標））が広範に普及しており、これらのインターフェースは、現在、パーソナルコンピューター及びデジタル高精細度テレビのような様々なデジタルデバイスにおいて使用されている。

これらの高速インターフェースは、長い間、一般的に用いられてきたシングルエンド（ｓｉｎｇｌｅ−ｅｎｄ）送信システムとは異なり、一対の信号ラインを使用して差動信号（差動モード信号）を送信する差動信号システムを採用している。しかし、デジタル化及び高速化する電子機器は、外部からの刺激に敏感であるため、時々、高周波ノイズによる信号歪みが生じている。

かかる異常電圧とノイズの原因としては、回路内で発生するスイッチング電圧、電源電圧に含まれている電源ノイズ、不要な電磁信号又は電磁ノイズなどがあり、かかる異常電圧と高周波ノイズが回路に流入することを防止するための手段として、コモンモードフィルター（Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｏｄｅ Ｆｉｌｔｅｒ：ＣＭＦ）を使用している。

モバイル機器の高速化及び多機能化に伴い、高速データ（例えば、ＵＳＢ３．１：５〜１０Ｇｂｐｓ）の伝送のためのインターフェースの採用が増加している。そのため、差動伝送ライン（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｌｉｎｅ）に取り付けられてコモンモードノイズを除去するコモンモードフィルターも伝送損失を減少させることができる方法が必要である。

コモンモードフィルターの低損失伝送特性を実現するためには、磁性体をコモンモードフィルターの上下部だけでなく、内部にも充填して、閉磁路を形成する構造とする必要があり、必要な容量を実現するコイルのターン数及び長さをできるだけ小さくしなければならない。

しかし、ＧＨｚ周波数帯域で動作するコモンモードフィルターの場合、磁性体の透過率の低下と磁性損失（Ｔａｎ δ）の増加によってノイズ減衰特性が低下し、コモンモードノイズを効果的に除去できないという問題がある。したがって、伝送損失を低減し、且つノイズを効果的に減衰することができるコモンモードフィルターが必要となっている。

特開２００３−０３１４１６号公報

本発明は、伝送損失を低減し、且つノイズを効果的に減衰することができるコモンモードフィルターを提供することを目的とする。

本発明の一実施形態によるコモンモードフィルターは、第１磁性粒子を含む下部カバー層と、上記下部カバー層の上部に配置され、複数のコイルを含むコイル部と第２磁性粒子を含むコイル周辺部とを含むフィルター層と、上記フィルター層の上部に配置され、上記第１磁性粒子を含む上部カバー層と、を含む。

本発明の他の実施形態によるコモンモードフィルターは、下部カバー層と、上記下部カバー層の上部に配置され、複数のコイルを含むコイル部とコイル周辺部とを含むフィルター層と、上記フィルター層の上部に配置される上部カバー層と、を含み、上記コイル周辺部は、第１磁性粒子を含むコイル中心部と第２磁性粒子を含むコイル外側部とを含む。

本発明の一実施形態によるコモンモードフィルターは、上部及び下部カバー層に第１磁性粒子を含み、フィルター層に第２磁性粒子を含むことから、伝送損失を低減し、且つノイズを効果的に減衰することができる。

本発明の一実施形態によるコモンモードフィルターの斜視図を概略的に示すものである。 図１におけるＩ−Ｉ'による断面図を概略的に示すものである。 スピネルフェライトの構造を撮影したものである。 ヘキサフェライトの構造を撮影したものである。 比較例（点線）のコモンモードフィルターの伝送特性及び減衰特性と、本発明の一実施形態（実線）によるコモンモードフィルターの伝送特性及び減衰特性を示すグラフである。

以下では、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために拡大縮小表示（又は強調表示や簡略化表示）が誇張されることがある。

本明細書で用いられる用語は、実施形態を説明するためのもので、本発明を制限するものではない。本明細書において、単数形は文言で特に言及しない限り、複数形も含む。明細書で用いられる「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及び／又は「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、記載された構成要素、段階、動作、及び／又は素子は、一つ以上の他の構成要素、段階、動作、及び／又は素子の存在又は追加を排除しない。

図１は本発明の第１実施形態によるコモンモードフィルター１００の斜視図を概略的に示すものであり、図２は図１におけるＩ−Ｉ'による断面図を概略的に示すものである。

図１及び図２を参照して、本発明の第１実施形態によるコモンモードフィルター１００の構成について説明すると、コモンモードフィルター１００は、内部に少なくとも一つ以上の螺旋状のコイル電極層１４１、１４２を含むフィルター層１２０と、フィルター層１２０の上下部に配置されるカバー層１１０、１３０と、を含む。

下部カバー層１１０、フィルター層１２０及び上部カバー層１３０の外側には、外部電極１５１、１５２、１５３、１５４が配置される。

下部カバー層１１０及び上部カバー層１３０は、第１磁性粒子を含む。すなわち、下部カバー層１１０及び上部カバー層１３０は、第１磁性粒子と樹脂（Ｒｅｓｉｎ）を含む磁性体組成物を用いて、シート状に製作することで形成されることができる。

フィルター層１２０は、複数のコイルを含むコイル部１４０と、コイル部１４０の周辺に配置されるコイル周辺部１２１と、を含む。

コイル部１４０は、第１コイル１４１と、第２コイル１４２と、を含んでもよく、これに制限されず、必要に応じて、コイルの数を異ならせてもよい。

例えば、図４のように、コイル部１４０は、４層のコイルを含んでもよい。

説明の明確性のために、コイル部１４０において４層のコイルを、下部層から第１−１コイル１４１ａ、第２−１コイル１４２ａ、第１−２コイル１４１ｂ、第２−２コイル１４２ｂと定義してもよいが、これに制限されるものではない。

第１外部電極１５１は、第１−１コイル１４１ａと連結され、第１−１コイル１４１ａは、上下層を貫通する第１導電性ビア１４１ｃを介して第１−２コイル１４１ｂと連結される。第１−２コイル１４１ｂは、第２外部電極１５２と連結されて螺旋状の第１コイル１４１を形成する。

同様に、第３外部電極１５３は、第２−１コイル１４２ａと連結され、第２−１コイル１４２ａは、上下層を貫通する第２導電性ビア１４２ｃを介して第２−２コイル１４２ｂと連結される。第２−２コイル１４１ｂは、第４外部電極１５４と連結されて螺旋状の第２コイル１４２を形成する。

このように連結されたそれぞれのコイルによりインダクタンスとキャパシタンスを有することになり、これを用いて、コモンモード信号のノイズを減衰することができる。

コイル部１４０の周辺には、コイル周辺部１２１が配置される。

コイル周辺部１２１は、フィルター層１２０内に配置され、コイル部１４０の中心に位置するコイル中心部１２１ａと、コイル部１４０の外側に位置するコイル外側部１２１ｂと、を含む。

下部カバー層１１０又は上部カバー層１３０が第１磁性粒子を含む場合、コイル周辺部１２１は、第２磁性粒子を含むことができる。

第１及び第２磁性粒子は、互いに異なる材料を有するか、又は異なる粒径を有する磁性粒子を意味し得る。

第１磁性粒子はスピネルフェライト（Ｓｐｉｎｅｌ−ｆｅｒｒｉｔｅ）で、第２磁性粒子はヘキサフェライト（Ｈｅｘａ−ｆｅｒｒｉｔｅ）であってもよい。

スピネルフェライトとヘキサフェライトの形状及び特性は、図３及び図４と、以下の表１のとおりである。

すなわち、ヘキサフェライトが、スピネルフェライトに比べて磁性損失（Ｔａｎ δ）が著しく小さいことが分かる。スピネルフェライトは、コモンモードフィルターが動作する１ＧＨｚ領域で１．０以上の磁性損失（Ｔａｎ δ）値を有し、ヘキサフェライトは、０．０１〜０．１ほどの低い磁性損失（Ｔａｎ δ）値を有する。かかる範囲は、各磁性材料の組成、粉末及び樹脂の含有量に応じて変更が可能である。

コモンモードフィルターの低損失伝送特性を実現するためには、磁性体をコモンモードフィルターの上下部だけでなく、内部にも充填して、閉磁路を形成する構造とする必要があり、必要な容量を実現するコイルのターン数及び長さをできるだけ小さくしなければならない。

ＧＨｚ周波数帯域で動作するコモンモードフィルターの場合、磁性体の透過率の低下と磁性損失（Ｔａｎ δ）の増加によってノイズ減衰特性が低下し、コモンモードノイズを効果的に除去できないという問題がある。

スピネルフェライトは、低周波数では透磁率が大きいという利点があるが、ＧＨｚのような高周波数領域では透磁率が急激に減少し、磁性損失が大きくなるという欠点があり、減衰特性が低下するという問題点がある。ヘキサフェライトの場合には、高周波数領域（ＧＨｚ）まで透磁率が維持され、磁性損失が小さいという利点がある。しかし、ヘキサフェライトは、低周波数領域（約１００ＭＨｚ）ではスピネルフェライトに比べて透磁率が低く、同一の容量を実現するために必要なコイルターン数を増加させなければならないため、伝送損失が増加するという問題点がある。

しかし、本発明の第１実施形態によるコモンモードフィルターは、下部又は上部カバー部１１０、１３０を第１磁性粒子で形成し、コイル周辺部１２１を第２磁性粒子で形成することで、容量の実現に必要なコイルターン数を最小化して伝送損失を最小化し、且つ高周波領域で減衰特性を向上させることができる。

例えば、第１磁性粒子がスピネルフェライトで、第２磁性粒子はヘキサフェライトである場合、下部及び上部カバー層１１０、１３０は、低周波数領域で高透磁率を有することになり、コイル周辺部１２１は、高周波数領域で低損失特性を有することになる。これにより、容量の実現に必要なコイルターン数を最小化して、伝送損失を最小化し、且つ高周波領域で減衰特性を向上させることができる。

すなわち、図５に示されているように、比較例（点線）のコモンモードフィルターの伝送特性及び減衰特性に比べて、本発明の一実施形態（実線）によるコモンモードフィルターの伝送特性及び減衰特性が向上したことが分かる。

図５におけるグラフのｘ軸は周波数を、ｙ軸は減衰特性を示している。１ＧＨｚの周波数において、比較例（点線）の減衰特性は−２５ｄＢであるが、本発明の実施形態（実線）によるコモンモードフィルターの減衰特性は−３０ｄＢであることから、−５ｄＢほどより優れた減衰効果を示していることが分かる。

若しくは、第１磁性粒子をヘキサフェライトとし、第２磁性粒子をスピネルフェライトとして、目標とする特性を調節することができる。この構造は、全体のチップ内で磁性損失が小さいヘキサフェライトの体積が、フィルター層のコイル中心部とコイル外側部に充填されるスピネルフェライトの体積より大きいことから、磁性損失をより小さくすることができる。したがって、第１磁性粒子がスピネルフェライトで、第２磁性粒子はヘキサフェライトである場合に比べて、コモンモードフィルターの減衰効果を向上させることができる。

本発明の第２実施形態によるコモンモードフィルター１００は、第１磁性粒子と第２磁性粒子が互いに異なる粒径を有してもよい。

例えば、コイル周辺部１２１に含まれる第２磁性粒子の粒径は、下部及び上部カバー層１１０、１３０に含まれる第１磁性粒子の粒径より小さくてもよい。

フィルター層１２０を製造する工程について説明すると、コイル中心部１２１ａ及びコイル外側部１２１ｂは、貫通構造を形成した後、貫通構造の内部に磁性粒子及び樹脂を含む磁性複合材シートを圧着し、充填を行う。

この際、貫通構造は、直径が１００μｍ以内と狭小であるため、コイル周辺部１２１の一部に充填されていない部分が形成されるか、又は樹脂のみ充填されて、透磁率が低下するという問題がある。

しかし、本発明の第２実施形態によるコモンモードフィルター１００は、コイル周辺部１２１に含まれる第２磁性粒子の粒径が、下部及び上部カバー層１１０、１３０に含まれる第１磁性粒子の粒径より小さいことから、上述の未充填領域が形成されるか、又は樹脂のみ形成された領域が発生するという問題を防止することができる。

また、下部及び上部カバー層１１０、１３０に含まれる第１磁性粒子は、第２磁性粒子より大きい粒径を有することから、コイル周辺部１２１より相対的に高い透磁率を有し、下部及び上部カバー層１１０、１３０に含まれる第１磁性粒子が、コイル周辺部１２１の透磁率の減少を補償することができる。

本発明の第２実施形態によるコモンモードフィルター１００は、第１磁性粒子がスピネルフェライトで、第２磁性粒子がヘキサフェライトであるか、これとは逆に、第１磁性粒子がヘキサフェライトで、第２磁性粒子がスピネルフェライトであってもよい。

若しくは、上記第１磁性粒子及び上記第２磁性粒子は、両方とも、ヘキサフェライトであるか、又はスピネルフェライトであってもよい。

本発明の第３実施形態によるコモンモードフィルター１００は、コイル中心部１２１ａが第１磁性粒子を含み、コイル外側部１２１ｂが第２磁性粒子を含むことができる。

また、下部及び上部カバー層１１０、１３０もコイル外側部１２１ｂと同一の第２磁性粒子を含むことも可能である。これと異なって、下部及び上部カバー層１１０、１３０は、コイル中心部１２１ａと同一の第１磁性粒子を含むことができる。

第１及び第２磁性粒子は、互いに異なる材料を有するか、又は異なる粒径を有する磁性粒子を意味し得る。

第１磁性粒子はヘキサフェライトであり、第２磁性粒子はスピネルフェライトであってもよい。

コモンモードフィルターの低損失伝送特性を実現するためには、磁性体をコモンモードフィルターの上下部だけでなく、内部にも充填して、閉磁路を形成する構造とする必要があり、必要な容量を実現するコイルのターン数及び長さをできるだけ小さくしなければならない。

ＧＨｚ周波数帯域で動作するコモンモードフィルターの場合、磁性体の透過率の低下と磁性損失（Ｔａｎ δ）の増加によってノイズ減衰特性が低下し、コモンモードノイズを効果的に除去できないという問題がある。

したがって、コイル部１４０のコア部分に相当するコイル中心部１２１ａに第１磁性粒子としてヘキサフェライトを含む場合、高周波数領域で低損失特性を有することになり、容量の実現に必要なコイルターン数を最小化して、伝送損失を最小化し、且つ高周波領域で減衰特性を向上させることができる。また、コイル外側部１２１ｂに第２磁性粒子としてスピネルフェライトを含む場合、低周波数領域で高透磁率を有することができる。

すなわち、本発明の第３実施形態によるコモンモードフィルター１００は、容量の実現に必要なコイルターン数を最小化して、伝送損失を最小化し、且つ高周波領域で減衰特性を向上させることができる。

若しくは、第１磁性粒子をスピネルフェライトとし、第２磁性粒子をヘキサフェライトとして、目標とする特性を調節することができる。

本発明の第４実施形態によるコモンモードフィルター１００は、第１磁性粒子と第２磁性粒子が互いに異なる粒径を有してもよい。

例えば、コイル中心部１２１ａに含まれる第１磁性粒子の粒径は、コイル外側部１２１ｂに含まれる第１磁性粒子の粒径より小さくてもよい。

フィルター層１２０を製造する工程について説明すると、コイル中心部１２１ａ及びコイル外側部１２１ｂは、貫通構造を形成した後、貫通構造の内部に磁性粒子及び樹脂を含む磁性複合材シートを圧着し、充填を行う。

この際、貫通構造は、直径が１００μｍ以内と狭小であるため、コイル周辺部１２１の一部に充填されていない部分が形成されるか、又は樹脂のみ充填されて、透磁率が低下するという問題がある。特に、コイル中心部１２１ａに一部が充填されていない部分が形成されるか、又は樹脂のみ充填される場合には、コモンモードフィルターの透磁率の減少に及ぼす影響がより大きい。

しかし、本発明の第４実施形態によるコモンモードフィルター１００は、コイル中心部１２１ａに含まれる第１磁性粒子の粒径が、コイル外側部１２１ｂに含まれる第２磁性粒子の粒径より小さいことから、上述の未充填領域が形成されるか、又は樹脂のみ形成された領域が発生するという問題を防止することができる。

また、コイル外側部１２１ｂに含まれる第２磁性粒子は、第１磁性粒子より大きい粒径を有することから、コイル中心部１２１ａより相対的に高い透磁率を有し、コイル外側部１２１ｂに含まれる第２磁性粒子が、コイル周辺部１２１の透磁率の減少を補償することができる。

本発明の第４実施形態によるコモンモードフィルター１００は、第１磁性粒子がスピネルフェライトで、第２磁性粒子がヘキサフェライトであるか、これとは逆に、第１磁性粒子がヘキサフェライトで、第２磁性粒子がスピネルフェライトであってもよい。

また、コイル中心部１２１ａに含まれた上記第１磁性粒子の平均粒径は、コイル外側部１２１ｂに含まれた上記第２磁性粒子の平均粒径より大きくてもよい。

若しくは、上記第１磁性粒子及び上記第２磁性粒子は、両方とも、ヘキサフェライトであるか、又はスピネルフェライトであってもよい。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有する者には明らかである。

１００ コモンモードフィルター
１１０ 下部カバー層
１２０ フィルター層
１２１ コイル周辺部
１２１ａ コイル中心部
１２１ｂ コイル外側部
１３０ 上部カバー層
１４０ コイル部
１４１ 第１コイル
１４２ 第２コイル
１５１ 第１外部電極
１５２ 第２外部電極
１５３ 第３外部電極
１５４ 第４外部電極

Claims (7)

1. 下部カバー層と、
   前記下部カバー層の上部に配置され、複数のコイルを含むコイル部とコイル周辺部とを含むフィルター層と、
   前記フィルター層の上部に配置される上部カバー層と、を含み、
   前記コイル周辺部は、第１磁性粒子を含むコイル中心部と第２磁性粒子を含むコイル外側部とを含み、
   前記第１磁性粒子の粒径は前記第２磁性粒子の粒径と異なり、
   前記上部及び下部カバー層は、前記第１磁性粒子及び前記第２磁性粒子のうち粒径が小さいものを含む、コモンモードフィルター。
2. 前記第１磁性粒子の粒径は、前記第２磁性粒子の粒径に比べて小さい、請求項１に記載のコモンモードフィルター。
3. 前記第１磁性粒子の粒径は、前記第２磁性粒子の粒径に比べて大きい、請求項１に記載のコモンモードフィルター。
4. 前記第１磁性粒子はヘキサフェライト（Ｈｅｘａ−ｆｅｒｒｉｔｅ）であり、前記第２磁性粒子はスピネルフェライト（ｓｐｉｎｅｌ−ｆｅｒｒｉｔｅ）である、請求項１から３の何れか一項に記載のコモンモードフィルター。
5. 前記第１磁性粒子はスピネルフェライト（ｓｐｉｎｅｌ−ｆｅｒｒｉｔｅ）であり、前記第２磁性粒子はヘキサフェライト（Ｈｅｘａ−ｆｅｒｒｉｔｅ）である、請求項１から３の何れか一項に記載のコモンモードフィルター。
6. 前記第１磁性粒子及び前記第２磁性粒子は、両方とも、ヘキサフェライト（Ｈｅｘａ−ｆｅｒｒｉｔｅ）であるか、又はスピネルフェライト（ｓｐｉｎｅｌ−ｆｅｒｒｉｔｅ）である、請求項１から３の何れか一項に記載のコモンモードフィルター。
7. 下部カバー層と、
   前記下部カバー層の上部に配置され、複数のコイルを含むコイル部とコイル周辺部とを含むフィルター層と、
   前記フィルター層の上部に配置される上部カバー層と、を含み、
   前記コイル周辺部は、第１磁性粒子を含むコイル中心部と第２磁性粒子を含むコイル外側部とを含み、
   前記第１磁性粒子の粒径は前記第２磁性粒子の粒径と異なり、
   前記上部及び下部カバー層は、前記第１磁性粒子又は前記第２磁性粒子を含み、
   前記第１磁性粒子はヘキサフェライト（Ｈｅｘａ−ｆｅｒｒｉｔｅ）又はスピネルフェライト（ｓｐｉｎｅｌ−ｆｅｒｒｉｔｅ）であり、
   前記第２磁性粒子はヘキサフェライト（Ｈｅｘａ−ｆｅｒｒｉｔｅ）又はスピネルフェライト（ｓｐｉｎｅｌ−ｆｅｒｒｉｔｅ）である、コモンモードフィルター。