JP7182037B2

JP7182037B2 - コモンモードノイズフィルタ

Info

Publication number: JP7182037B2
Application number: JP2018155061A
Authority: JP
Inventors: 吉晴大森
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2018-08-22
Filing date: 2018-08-22
Publication date: 2022-12-02
Anticipated expiration: 2038-08-22
Also published as: JP2020031118A

Description

本発明は、デジタル機器やＡＶ機器、情報通信端末等の各種電子機器に使用されるコモンモードノイズフィルタに関する。

従来のこの種のコモンモードノイズフィルタは、図６に示すように、積層された複数の絶縁体層１ａ～１ｇに形成された第１のコイル２と第２のコイル３とを有し、第１のコイル２は第１、第２の渦巻き状導体４ａ，４ｂを接続して構成され、第２のコイル３は第３、第４の渦巻き状導体５ａ，５ｂを接続して構成され、さらに、第１のコイル２を構成する渦巻き状導体４ａ，４ｂと第２のコイル３を構成する渦巻き状導体５ａ，５ｂを交互に配置した構成となっていた。

また、第１の渦巻き状導体４ａと第３の渦巻き状導体５ａとを磁気結合させ、かつ第２の渦巻き状導体４ｂと第４の渦巻き状導体５ｂとを磁気結合させて、コモンモードノイズを除去するようにしていた。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。

特開２００２－３７３８１０号公報

近年、高速インターフェイスが増えてきており、デジタル信号の品質を確保するためにコモンモードノイズフィルタの差動モードに対する損失特性を小さくする必要がある。

そのためには、コイル断面積を増やして直流抵抗損失を減らしたり、コイルの長さ、巻き数を減らしたりすることが考えられる。

しかし、このようなコモンモードノイズフィルタに、コモンモードノイズが侵入してきた場合、インダクタンスが小さくなるため、ノイズ減衰量が大きくならない。

このような場合、コモンモードノイズフィルタのコイルの自己共振特性を調整し、その共振点、つまりコモンモードノイズ減衰量の周波数特性における減衰極を、ノイズを落としたい所望の周波数に調整することで大きな減衰特性を確保する方法が求められているが、前述のように差動モードに対する損失特性を小さくするためにコイル断面積を増やしたり、コイルの長さを減らしたりすると、コモンモードノイズに対してはインダクタンスが小さくなり、コモンモードノイズの減衰極を低い周波数に調整できないという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、差動モードに対する損失特性が劣化するのを防止しつつ、コモンモードノイズに対するコモンモードノイズ減衰量の周波数特性における減衰極となる周波数を調整できるコモンモードノイズフィルタを提供することを目的とする。

第１の態様に係るコモンモードノイズフィルタは、複数の絶縁体層と、前記絶縁体層に形成された第１の渦巻き状導体および第２の渦巻き状導体からなる第１のコイルと、前記絶縁体層に形成された第３の渦巻き状導体および第４の渦巻き状導体からなる第２のコイルとを備え、前記第１のコイルを構成する前記第１の渦巻き状導体と前記第２の渦巻き状導体との間に、前記第２のコイルを構成する前記第３の渦巻き状導体、前記第４の渦巻き状導体が積層され、前記第３の渦巻き状導体と前記第４の渦巻き状導体との間の距離が、前記第１の渦巻き状導体と前記第３の渦巻き状導体との間の距離、および／または前記第２の渦巻き状導体と前記第４の渦巻き状導体との間の距離より小さくなっている。

第２の態様に係るコモンモードノイズフィルタは、複数の絶縁体層と、前記絶縁体層に形成された第１の渦巻き状導体および第２の渦巻き状導体からなる第１のコイルと、前記絶縁体層に形成された第３の渦巻き状導体および第４の渦巻き状導体からなる第２のコイルとを備え、前記第１のコイルを構成する前記第１の渦巻き状導体と前記第２の渦巻き状導体との間に、前記第２のコイルを構成する前記第３の渦巻き状導体、前記第４の渦巻き状導体が積層され、前記第３の渦巻き状導体と前記第４の渦巻き状導体との間の前記絶縁体層の誘電率が、前記第１の渦巻き状導体と前記第３の渦巻き状導体との間の前記絶縁体層の誘電率、および／または前記第２の渦巻き状導体と前記第４の渦巻き状導体との間の前記絶縁体層の誘電率より大きくなっている。

第３の態様に係るコモンモードノイズフィルタは、複数の絶縁体層と、前記絶縁体層に形成された第１の渦巻き状導体および第２の渦巻き状導体からなる第１のコイルと、前記絶縁体層に形成された第３の渦巻き状導体および第４の渦巻き状導体からなる第２のコイルとを備え、前記第１のコイルを構成する前記第１の渦巻き状導体と前記第２の渦巻き状導体との間に、前記第２のコイルを構成する前記第３の渦巻き状導体、前記第４の渦巻き状導体が積層され、前記第３の渦巻き状導体と前記第４の渦巻き状導体の線幅が、前記第１の渦巻き状導体と前記第２の渦巻き状導体の線幅より広くなっている。

以上のように本発明のコモンモードノイズフィルタは、コモンモードノイズが侵入してきたときに、第１のコイル、第２のコイルが強め合いインダクタ動作することで高インピーダンスになり、第１のコイル、第２のコイルに発生する浮遊容量が増えるため、コモンモードノイズ減衰特性の周波数特性の減衰極を低い周波数に調整でき、また、差動モードに対して、第１のコイル、第２のコイルによる磁束がキャンセルされ低インピーダンスであり、かつ第２のコイルを構成する第３の渦巻き状導体と第４の渦巻き状導体とは同電位であるため、第１のコイル、第２のコイルに発生する浮遊容量は非常に小さくなり、これにより、差動モードに対する損失特性が劣化するのを防止できるという優れた効果を奏する。

本発明の一実施の形態におけるコモンモードノイズフィルタの分解斜視図同コモンモードノイズフィルタの斜視図同コモンモードノイズフィルタの等価回路図同コモンモードノイズフィルタのコモンモードノイズ減衰量の周波数特性を示す図同コモンモードノイズフィルタの他の例の分解斜視図従来のコモンモードノイズフィルタの分解斜視図

図１は本開示の一実施の形態１におけるコモンモードノイズフィルタの分解斜視図、図
２は同コモンモードノイズフィルタの斜視図である。

本開示の一実施の形態におけるコモンモードノイズフィルタは、図１、図２に示すように、第１～第５の絶縁体層１１ａ～１１ｅと、第１の絶縁体層１１ａに形成された第１の渦巻き状導体１２および第４の絶縁体層１１ｄに形成された第２の渦巻き状導体１３からなる第１のコイル１４と、第２の絶縁体層１１ｂに形成された第３の渦巻き状導体１５および第３の絶縁体層１１ｃに形成された第４の渦巻き状導体１６からなる第２のコイルと１７とを備えている。

そして、第１の渦巻き状導体１２と第３の渦巻き状導体１５とを磁気結合させ、さらに第２の渦巻き状導体１３と第４の渦巻き状導体１６とを磁気結合させて、コモンモードノイズを除去するようにしている。

上記構成において、第１～第５の絶縁体層１１ａ～１１ｅは、下から第１の絶縁体層１１ａ、第２の絶縁体層１１ｂ、第３の絶縁体層１１ｃ、第４の絶縁体層１１ｄ、第５の絶縁体層１１ｅの順に積層され、また、Ｃｕ－Ｚｎフェライト、ガラスセラミック等の非磁性材料によりシート状に構成されている。

また、第３の絶縁体層１１ｃの厚みが他の絶縁体層の厚みより薄くなっている。

さらに、前記第１～第４の渦巻き状導体１２，１３，１５，１６は、それぞれ銀等の導電材料を渦巻き状にめっきまたは印刷することにより形成されている。そして、第１の渦巻き状導体１２は第１の絶縁体層１１ａの上面、第２の渦巻き状導体１３は第４の絶縁体層１１ｄの上面、第３の渦巻き状導体１５は第２の絶縁体層１１ｂの上面、第４の渦巻き状導体１６は第３の絶縁体層１１ｃの上面にそれぞれ形成されている。

すなわち、第１のコイル１４を構成する第１の渦巻き状導体１２と第２の渦巻き状導体１３との間に、第２のコイル１７を構成する第３の渦巻き状導体１５、第４の渦巻き状導体１６が積層されている。

ここで、上面視にて第１の渦巻き状導体１２と第３の渦巻き状導体１５の一部を略同じ位置に配置し、巻き方向も同一方向としている。同様に、上面視にて第２の渦巻き状導体１３と第４の渦巻き状導体１６の一部を略同じ位置に配置し、巻き方向も同一方向としている。

また、第１の渦巻き状導体１２と第２の渦巻き状導体１３とは、第２の絶縁体層１１ｂ、第３の絶縁体層１１ｃ、第４の絶縁体層１１ｄにそれぞれ形成された３つの第１のビア電極１８を介して互いに接続され、第１のコイル１４が構成される。さらに、第３の渦巻き状導体１５と第４の渦巻き状導体１６とは、第３の絶縁体層１１ｃに形成された１つの第２のビア電極１９を介して互いに接続され、第２のコイル１７が構成される。

なお、第１のビア電極１８はそれぞれ上面視にて同じ位置に設けられ、また、第１のビア電極１８、第２のビア電極１９は、絶縁体層の所定の箇所に、レーザで孔あけ加工をし、この孔に銀を充填して形成する。第３の絶縁体層１１ｃには第１のビア電極１８と第２のビア電極１９の２つが形成されるが、第３の絶縁体層１１ｃの厚みが薄いため、孔あけ加工が容易である。

さらに、第１の絶縁体層１１ａの下面、第５の絶縁体層１１ｅの上面に、それぞれ第６の絶縁体層２０が設けられ、この第６の絶縁体層２０は、シート状に構成され、Ｎｉ－Ｃｕ－Ｚｎフェライト等の磁性材料で形成されている。また、第１～第６の絶縁体層１１ａ
～１１ｅ、２０の枚数は、図１に示された枚数に限られるものではない。さらに、別の非磁性体で第６の絶縁体層２０を挟むようにしてもよく、第６の絶縁体層２０を非磁性体で構成してもよい。

そして、上記した構成により、コモンモードノイズフィルタの本体部２１が形成される。また、この本体部２１の両側面には、第１～第４の外部電極２２～２５が設けられ、そしてこの第１～第４の外部電極２２～２５はそれぞれ第１～第４の渦巻き状導体１２，１３，１５，１６と接続されている。

さらに、前記第１～第４の外部電極２２～２５は、本体部２１の端面に銀を印刷することにより形成され、またこれらの表面にめっきによってニッケルめっき層を形成するとともに、このニッケルめっき層の表面にめっきによってすずやはんだ等の低融点金属めっき層を形成する。

図３は、上記した本開示の一実施の形態におけるコモンモードノイズフィルタの等価回路図である。

図３からも明らかなように、差動モード信号に対して、第１のコイル１４と第２のコイルと１７の発生する磁束がキャンセルされ、低インピーダンスとなり、損失を少なくできる。

一方、コモンモードノイズに対しては、第１のコイル１４、第２のコイル１７、つまり、第１の渦巻き状導体１２、第２の渦巻き状導体１３、第３の渦巻き状導体１５、第４の渦巻き状導体１６のすべての磁束が強め合い、インダクタ動作することによって、高インピーダンスとなり、コモンモードノイズを除去している。

上記したように一実施の形態におけるコモンモードノイズフィルタにおいては、第３の絶縁体層１１ｃの厚みを他の絶縁体層の厚みより薄くしているため、第３の渦巻き状導体１５と第４の渦巻き状導体１６との間の距離が、第１の渦巻き状導体１２と第３の渦巻き状導体１５との間の距離、および第２の渦巻き状導体１３と第４の渦巻き状導体１６との間の距離より小さくなっている。

この構成によって、コモンモードノイズが侵入してきたときに、高インピーダンスとなるため、第２のコイル１７を構成する第３の渦巻き状導体１５と第４の渦巻き状導体１６の間の電位差が発生したときに発生する浮遊容量が増え、コモンモードノイズ減衰量の周波数特性の減衰極を低い周波数に調整できるという効果が得られる。

なお、第３の渦巻き状導体１５と第４の渦巻き状導体１６との間の距離を、第１の渦巻き状導体１２と第３の渦巻き状導体１５との間の距離、第２の渦巻き状導体１３と第４の渦巻き状導体１６との間の距離うち、一方の距離より小さくしてもよい。

図４は本開示の一実施の形態１におけるコモンモードノイズフィルタのコモンモードノイズ減衰量の周波数特性を示す図である。例えば、２．４ＧＨｚのＷｉＦｉに干渉する高速差動信号ラインから発生するノイズを抑制するために、従来の高速信号用の低損失コモンモードノイズフィルタでは、コモンモードノイズフィルタ減衰量の周波数特性の減衰極が、３ＧＨｚより高い領域であったのに対して、本開示の一実施の形態におけるコモンモードノイズフィルタは、コイルの長さ、巻き数がほぼ同じでもコモンモードノイズフィルタ減衰量の周波数特性の減衰極が、２．４ＧＨｚ帯に調整でき、大きなコモンモードノイズ減衰量を得ることができる。

また、第３の渦巻き状導体１５と第４の渦巻き状導体１６との間の距離を変えることによって減衰極の周波数を調整できる。

さらに、差動信号が侵入した場合、第２のコイル１７を構成する第３の渦巻き状導体１５と第４の渦巻き状導体１６とは同電位でその間の浮遊容量は非常に小さいため、この浮遊容量が第１、第２のコイル１４、１７へ及ぼす影響がほとんど無く、これにより、差動モードに対する損失特性が劣化するのを防止できる。

なお、第３の渦巻き状導体１５と第４の渦巻き状導体１６との間の距離が、第１の渦巻き状導体１２と第３の渦巻き状導体１５との間の距離、第２の渦巻き状導体１３と第４の渦巻き状導体１６との間の距離より小さくするために、上記の説明では、第３の絶縁体層１１ｃの厚みを他の絶縁体層の厚みより薄くしたが、第３の絶縁体層１１ｃの層数を、他の絶縁体層の層数より少なくしてもよい。

また、第２のコイル１７を構成する第３の渦巻き状導体１５と第４の渦巻き状導体１６の間の浮遊容量を増やすために、第３の渦巻き状導体１５と第４の渦巻き状導体１６との間の第３の絶縁体層１１ｃの誘電率を、第１の渦巻き状導体１２と第３の渦巻き状導体１５との間の第２の絶縁体層１１ｂの誘電率、第２の渦巻き状導体１３と第４の渦巻き状導体１６との間の第４の絶縁体層１１ｄの誘電率より大きくしてもよい。

この場合、必ずしも第３の絶縁体層１１ｃの厚みを他の絶縁体層の厚みより薄くする必要はない。よって、絶縁体層の厚みを一定にすることができ、生産性を向上させることができる。

さらに、第２のコイル１７を構成する第３の渦巻き状導体１５と第４の渦巻き状導体１６の間の浮遊容量を増やすために、図５に示すように、第３の渦巻き状導体１５と第４の渦巻き状導体１６の線幅を、第１の渦巻き状導体１２と第２の渦巻き状導体１３の線幅より広くなるようにしてもよい。

このとき、すべての絶縁体層の厚みを同じにすることができるため、生産性を向上させることができる。そして、第１の渦巻き状導体１２の線幅と第２の渦巻き状導体１３の線幅は略同一で、かつ第３の渦巻き状導体１５の線幅と第４の渦巻き状導体１６の線幅は略同一となっている。

なお、上記した一実施の形態においては、第１のコイル１４、第２のコイル１７をそれぞれ１つ設けたものについて説明したが、２つ以上設けてアレイタイプとしてもよい。

また、第１、第２のコイル１４，１７をそれぞれ構成する渦巻き状導体を２つとし、４つの渦巻き状導体を積層したものについて説明したが、第１、第２のコイル１４，１７をそれぞれ構成する渦巻き状導体を３つ以上とし、６つ以上の渦巻き状導体を積層するようにしてもよい。

本発明に係るコモンモードノイズフィルタは、差動モードに対する損失特性が劣化するのを防止しつつ、コモンモードノイズに対するコモンモード減衰量の周波数特性における減衰極となる周波数を調整できるという効果を有するものであり、特にデジタル機器やＡＶ機器、情報通信端末等の各種電子機器のノイズ対策として使用されるコモンモードノイズフィルタ等において有用となる。

１１ａ～１１ｅ第１～第５の絶縁体層
１２第１の渦巻き状導体
１３第２の渦巻き状導体
１４第１のコイル
１５第３の渦巻き状導体
１６第４の渦巻き状導体
１７第２のコイル

Claims

下方から順に積層された少なくとも第１の絶縁体層と第２の絶縁体層と第３の絶縁体層および第４の絶縁体層とからなる複数の絶縁体層と、前記第１の絶縁体層の上面に設けられた第１の渦巻き状導体および第４の絶縁体層の上面に設けられた第２の渦巻き状導体とからなる第１のコイルと、前記第２の絶縁体層の上面に設けられた第３の渦巻き状導体および前記第３の絶縁体層の上面に設けられた第４の渦巻き状導体とからなる第２のコイルとを備え、前記第１のコイルを構成する前記第１の渦巻き状導体と前記第２の渦巻き状導体との間に、前記第２のコイルを構成する前記第３の渦巻き状導体、前記第４の渦巻き状導体とが前記第２の絶縁体層、第３の絶縁体層および第４の絶縁体層を介して積層され、前記第３の絶縁体層の厚みを前記第２の絶縁体層の厚みと第４の絶縁体層の厚みとのいずれか一方または両方よりも小さくすることにより、前記第３の渦巻き状導体と前記第４の渦巻き状導体との間の距離が、前記第１の渦巻き状導体と前記第３の渦巻き状導体との間の距離、および／または前記第２の渦巻き状導体と前記第４の渦巻き状導体との間の距離より小さくなっているコモンモードノイズフィルタ。