JPWO2019188215A1 - コモンモードノイズフィルタ - Google Patents

Abstract

広い周波数領域でコモンモードノイズの減衰特性を向上させることができるコモンモードノイズフィルタを提供する。本開示のコモンモードノイズフィルタは、磁性体で構成された２つの磁性体部（１１）、磁性体部（１２）と、積層方向において磁性体部（１１）、磁性体部（１２）に挟まれ、非磁性体で構成された非磁性体部（１３）と、を備える。そして、非磁性体部（１３）の内部に内蔵され互いに対向する２つのコイル（１４）、コイル（１５）と、２つの磁性体部（１１）、磁性体部（１２）のうち少なくとも一方の内部に形成され、グランドに接続される金属層（１６）とを備える。金属層（１６）は、磁性体部（１１）の上面よりも下面に近い位置に位置し、磁性体部（１２）の下面よりも上面に近い位置に位置する。

Description

本開示は、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５に示すように、非磁性体部１と、非磁性体部１の内部に設けられた渦巻状の第１のコイル２、第２のコイル３と、絶縁部を挟むように形成された磁性体部４と、磁性体部４に形成された金属層５とを備えていた。

そして、金属層５を、第１のコイル２、第２のコイル３と対向するようにしていた。さらに、金属層５をグランドに接続し、第１のコイル２、第２のコイル３と金属層５との間で発生する浮遊容量によって高周波のコモンモードノイズをグランドにバイパスさせて、高周波領域のコモンモードノイズを減衰させるようにしていた。

なお、この従来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２００３−３１８６８７号公報

上記した従来のコモンモードノイズフィルタは、金属層５と第１のコイル２、第２のコイル３との間の浮遊容量を大きくすることができないため、低い周波数領域でのコモンモードノイズの減衰特性を大きくすることができない。このため、広い周波数領域でコモンモードノイズを減衰させることができないという課題を有していた。

本開示は上記従来の課題を解決するもので、広い周波数領域でコモンモードノイズの減衰特性を向上させることが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ものである。

第１の態様に係るコモンモードノイズフィルタは、それぞれが磁性体よりなる層を有する２つの磁性体部と、非磁性体よりなる層を有する非磁性体部と、を備える。さらに、非磁性体部の内部に設けられた２つのコイルと、２つの磁性体部のうち少なくとも一方の内部に設けられ、かつ接地される金属層とを備える。非磁性体部は２つの磁性体部に積層方向にて挟まれる。２つのコイルのそれぞれは、中心部と、中心部の周りに平面上に巻回された導線とを備える。２つのコイルの平面は、非磁性体よりなる層に沿って配置される。２つのコイルは、互いに対向する。磁性体部は、前記非磁性体部との界面と、前記積層方向において前記界面とは逆側の面とを有する。金属層は、界面よりも逆側の面のほうが近くなるように配置されている。

第２の態様に係るコモンモードノイズフィルタは、第１の態様において、非磁性体部と金属層を有する磁性体部との境界面を有する。境界面と、境界面に最も近い位置に存在するコイルとの距離をｄ１、境界面と金属層との距離をｄ２としたとき、ｄ２／ｄ１≧１の関係を満たしている。

第３の態様に係るコモンモードノイズフィルタは、第２の態様において、非磁性体部の比誘電率をε１、磁性体部の比誘電率をε２としたとき、ε２＞２×ε１、ε２／ε１≧ｄ２／ｄ１の関係を満たしている。

第４の態様に係るコモンモードノイズフィルタは、第１〜３の態様において、磁性体で構成され、上面視でコイルの内側に位置し、金属層と重ならない磁心部が存在する。

本開示のコモンモードノイズフィルタは、磁性体部全体の厚みを厚くすることなく、コイルと金属層との間の誘電率が高い磁性体部の部分の寸法を大きくすることができるため、コイルと金属層との間の浮遊容量を増やすことができる。これにより、低い周波数領域でのコモンモードノイズの減衰特性を大きくすることができる。この結果、広い周波数領域でコモンモードノイズの減衰特性を向上させることができるという優れた効果を奏する。

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の断面図 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分解斜視図 同コモンモードノイズフィルタの周波数特性を比較した図 従来のコモンモードノイズフィルタの断面図

以下、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について、図面を参照しながら説明する。

図１は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断面図、図２は同コモンモードノイズフィルタの斜視図、図３は同コモンモードノイズフィルタの分解斜視図である。なお、図１は、図２のＩ−Ｉ線断面図である。

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を、図１〜図３に示す。当該コモンモードノイズフィルタは、磁性体で構成された第１の磁性体部１１と、磁性体で構成された第２の磁性体部１２と、第１の磁性体部１１と第２の磁性体部１２とに挟まれ、非磁性体で構成された非磁性体部１３と、を備えている。さらに、非磁性体部１３の内部に内蔵され互いに対向する第１のコイル１４、第２のコイル１５と、第１の磁性体部１１および第２の磁性体部１２の内部に形成され、グランド（接地）に接続される金属層１６とを備えている。なお、以下、非磁性体部１３からみたとき、第１の磁性体部１１側を「下側」、第２の磁性体部１２側を「上側」として上下方向を定義する。すなわち、第１の磁性体部１１から第２の磁性体部１２へ向かう方向が上方向である。この定義に従えば、第２の磁性体部１２は、第１の磁性体部１１の「上」（または「上方」）にあることになる。

このコモンモードノイズフィルタの構成において、第１の磁性体部１１は、それぞれＮｉ―Ｚｎフェライト等の磁性材料により形成された第１の磁性体層１１ａ、第２の磁性体層１１ｂおよび第３の磁性体層１１ｃを下から順に積層することによって構成されている。このように、第１の磁性体部１１は、多数の層が積層された構成を有している。多数の層が順に積層される方向を、以下「積層方向」という。また、積層方向に垂直で、当該層の表面に沿う方向を「面内方向」という。

第２の磁性体部１２は、それぞれＮｉ―Ｚｎフェライト等の磁性材料により形成された第４の磁性体層１２ａ、第５の磁性体層１２ｂおよび第６の磁性体層１２ｃを下から順に積層することによって構成されている。第１の磁性体部１１の上方に第２の磁性体部１２が位置している。

また、非磁性体部１３は、Ｃｕ−Ｚｎフェライトやガラスセラミック等の非磁性材料により形成された第１の非磁性体層１７ａ〜第５の非磁性体層１７ｅを下から順に積層することによって構成されている。そして、第１の磁性体部１１と第２の磁性体部１２は、非磁性体部１３を介して積層される。ここで、非磁性体部１３の積層方向の厚みｈ１は、第１の磁性体部１１、第２の磁性体部１２の厚みｈ２の１．０倍以上かつ３．０倍以下となっている。

さらに、第１のコイル１４は、銀などの導電材料を渦巻状にめっきまたは印刷することにより形成された第１のコイル導体１４ａおよび第２のコイル導体１４ｂで構成されている。第１のコイル導体１４ａと第２のコイル導体１４ｂはビア電極１８を介して接続されている。そして、第１のコイル導体１４ａは第２のコイル導体１４ｂより下方に位置している。

すなわち、第１のコイル１４は、第１のコイル導体１４ａおよび第２のコイル導体１４ｂがそれぞれ中心部のまわりに渦巻き状に形成されて平面形状を有している。

また、第２のコイル１５は、銀などの導電材料を渦巻状にめっきまたは印刷することにより形成された第３のコイル導体１５ａおよび第４のコイル導体１５ｂで構成されている。第３のコイル導体１５ａと第４のコイル導体１５ｂはビア電極１９を介して接続されている。そして、第４のコイル導体１５ｂは第３のコイル導体１５ａより上方に位置している。

すなわち、第２のコイル１５は、第３のコイル導体１５ａおよび第４のコイル導体１５ｂがそれぞれ中心部のまわりに渦巻き状に形成されて平面形状を有している。

また、第１のコイル導体１４ａの中心部、第２のコイル導体１４ｂの中心部、第３のコイル導体１５ａの中心部および第３のコイル導体１５ａの中心部は、ほぼ一致しており、非磁性体部の中心部１３ｅ（図１の破線部）を構成する。そしてこの中心部１３ｅを、上方向に第２の磁性体部１２へ延長した領域が中心部１２ｅ（図１の、第２の磁性体部１２の一点鎖線部）であり、下方向に第１の磁性体部１１へ延長した領域が中心部１１ｅ（図１の、第１の磁性体部１１の一点鎖線部）である。なお、当該中心部１１ｅ、中心部１２ｅおよび中心部１３ｅは、それぞれ第１の磁性体部１１、第２の磁性体部１２、非磁性体部１３の積層方向に延びているので、積層方向の中心部１１ｅ、積層方向の中心部１２ｅおよび積層方向の中心部１３ｅと呼ぶことがある。

第１のコイル１４と第２のコイル１５とは互いに独立している。

第１のコイル導体１４ａは、第１の非磁性体層１７ａ上に形成される。第２のコイル導体１４ｂは、第３の非磁性体層１７ｃ上に形成される。第３のコイル導体１５ａは、第２の非磁性体層１７ｂ上に形成される。第４のコイル導体１５ｂは、第４の非磁性体層１７ｄ上に形成される。また、第４のコイル導体１５ｂ上には第５の非磁性体層１７ｅが形成されている。

したがって、第１のコイル１４および第２のコイル１５は、ともに非磁性体部１３に埋設され、第１のコイル１４と第２のコイル１５とが交互に積層される。また、第１のコイル１４と第２のコイル１５は、互いに上面視にて略対向している。

なお、第１のコイル１４および第２のコイル１５は、図１、図３に示された構成に限定されるものではなく、第２のコイル１５を構成する第３のコイル導体１５ａ、第４のコイル導体１５ｂで第１のコイル１４を挟むようにしてもよい。また、第１のコイル１４の最下部に位置するコイル導体１４ａと、第２のコイル１５の最上部に位置するコイル導体１５ｂを渦巻き状以外の形状、例えば、直線状、Ｌ字状にしてもよい。

さらに、金属層１６は、Ａｇで構成され、印刷、めっき、板状の金属の貼り付けによって形成され、第１の磁性体層１１ａの上面、第５の磁性体層１２ｂの上面にそれぞれ設けられている。

したがって、金属層１６は、第１の磁性体部１１、第２の磁性体部１２の内部に埋設される。第１の磁性体部１１に埋設された金属層１６は、第１の磁性体部１１の上面よりも第１の磁性体部１１の下面に近い位置に配置されている。また、第２の磁性体部１２に埋設された金属層１６は、第２の磁性体部１２の下面よりも第２の磁性体部１２の上面に近い位置に配置されている。

この金属層１６は、中央部に切欠部１６ａを有し、上面視で第１のコイル導体１４ａ、第２のコイル導体１４ｂ、第３のコイル導体１５ａ、第４のコイル導体１５ｂの主要部（引出部分を除く最内周から最外周まで）と重なっている。

そして、この構成により、第１のコイル１４、第２のコイル１５と金属層１６との間で発生する浮遊容量によって高周波のコモンモードノイズをグランドにバイパスさせて、高周波領域でのコモンモードノイズを減衰させることが可能となる。

さらに、第１の磁性体部１１の下面、第２の磁性体部１２の上面に、非磁性体で構成された非磁性層２０を形成する。また、この非磁性層２０の積層方向外側に、磁性体で構成された磁性層をさらに形成してもよい。

そしてさらに、上面視で第１のコイル導体１４ａ、第２のコイル導体１４ｂ、第３のコイル導体１５ａ、第４のコイル導体１５ｂのコイルの内側（最内周より内側）に、磁性体で構成された磁心部２１を形成する。磁心部２１は、中心部１３ｅに配置される。

磁心部２１は、第１の非磁性体層１７ａ〜第５の非磁性体層１７ｅおよび第１の磁性体層１１ａ〜第３の磁性体層１１ｃに形成され、一体的に構成される。磁心部２１によって、第１のコイル１４と第２のコイル１５とで発生した磁界が互いに強め合うため、コモンモードインピーダンスを向上させることができる。

磁心部２１は、第１のコイル導体１４ａ、第２のコイル導体１４ｂ、第３のコイル導体１５ａ、第４のコイル導体１５ｂのいずれとも接触せず、第１の磁性体部１１中の金属層１６と同一面まで構成される。すなわち、上面視で切欠部１６ａに磁心部２１が配置される。

そして、磁心部２１の密度は、第１の磁性体部１１、第２の磁性体部１２の密度より高い。

磁心部２１の密度を高くすることによって、互いに強め合う磁界がより強くなるため、コモンモードインピーダンスをより向上させることができる。

また、磁心部２１は、第１の磁性体部１１と非磁性体部１３を積層した後、レーザで穴あけ加工し、この穴に磁性材料を充填して形成する。そして、上面視で金属層１６と磁心部２１とは重ならず、切欠部１６ａと重なるようにしている。磁心部２１を形成する際のレーザで金属層１６が欠損するのを防止するためである。

さらに、切欠部１６ａが存在することによって、第１の磁性体層１１ａ〜第３の磁性体層１１ｃ、第４の磁性体層１２ａ〜第６の磁性体層１２ｃ同士の密着性が向上し、デラミネーションの発生を抑制できる。

なお、金属層１６は、上記説明では、第１の磁性体部１１と第２の磁性体部１２の両方に形成していたが、片方だけでもよい。

また、第１の非磁性体層１７ａ〜第５の非磁性体層１７ｅ、第１の磁性体層１１ａ〜第３の磁性体層１１ｃ、第４の磁性体層１２ａ〜第６の磁性体層１２ｃのそれぞれの枚数は、上記説明、図３に示された枚数と異なる枚数でもよい。

そして、上記した構成により、積層体２２が構成される。積層体２２の両側面には、第１のコイル導体１４ａ、第２のコイル導体１４ｂ、第３のコイル導体１５ａ、第４のコイル導体１５ｂの引出部分とそれぞれ接続する第１の外部電極２３ａ、第２の外部電極２３ｂ、第３の外部電極２３ｃ、第４の外部電極２３ｄが形成されている。積層体２２の両端面には、金属層１６と接続する第５の外部電極２４ａ、第６の外部電極２４ｂが形成されている。この第５の外部電極２４ａ、第６の外部電極２４ｂは、グランドと接続される。

上記したように本開示の一実施の形態においては、第１のコイル１４、第２のコイル１５と金属層１６との間の、誘電率が高い第１の磁性体部１１、第２の磁性体部１２の部分の寸法を大きくすることができる。そのため、第１のコイル１４、第２のコイル１５と金属層１６との間の浮遊容量を増やすことができる。これにより、共振周波数を低くすることができる。

そして、第１のコイル１４、第２のコイル１５と金属層１６との間で発生する浮遊容量によって高周波のコモンモードノイズをグランドにバイパスさせて、高周波領域のコモンモードノイズを減衰させることができる。そのため、低い周波数から高い周波数まで広い周波数領域でコモンモードノイズの減衰特性を向上させることができるという効果が得られる。

また、金属層１６の位置を第１の磁性体部１１の積層方向の中心部１１ｅから面内方向へ向かって遠ざかる箇所とし、第２の磁性体部１２の積層方向の中心部１２ｅから面内方向へ向かって遠ざかる箇所としているだけである。そのため、第１の磁性体部１１、第２の磁性体部１２の厚みを変える必要はなく、低背化が可能である。

ここで、図４は、金属層１６の位置を第１の磁性体部１１の上面よりも第１の磁性体部１１の下面に近い位置に配置し、第２の磁性体部１２の下面よりも第２の磁性体部１２の上面に近い位置に配置した場合Ａ（ｄ２＞ｄ３）と、第１の磁性体部１１の中央面および第２の磁性体部１２の中央面に形成した場合Ｂ（ｄ２＝ｄ３）について、周波数特性（横軸が周波数（Frequency、単位はＭＨｚ）、縦軸がコモンモードノイズ減衰量（Common mode attenuation、単位はｄＢ））を比較した図である。なお、ここで「第１の磁性体部１１の中央面」とは、第１の磁性体部１１の上面および第１の磁性体部１１の下面と平行な面で、かつ第１の磁性体部１１の上面との距離と、第１の磁性体部１１の下面との距離とが等しくなる面のことをいう。すなわち、ｄ２＝ｄ３となる面のことをいう。「第２の磁性体部１２の中央面」についても同様に、ｄ２＝ｄ３となる面のことをいう。

図４から明らかなように、Ａの方が、より広い周波数帯域でのコモンモードノイズの減衰量が大きいことが分かる。

さらに、第２の磁性体部１２と非磁性体部１３との（第５の非磁性体層１７ａと第４の磁性体層１２ａとの）境界面２５と、境界面２５に最も近い位置に存在する第２のコイル１５（第４のコイル導体１５ｂ）との距離（以下、金属層側の距離）をｄ１、境界面２５と金属層１６との距離（以下、コイル側の距離）をｄ２としたとき、ｄ２／ｄ１≧１の関係となっている。

すなわち、金属層側の距離ｄ２をコイル側の距離ｄ１より長くしている。なお、このことは、第１の磁性体部１１と非磁性体部１３との境界面についても同様である。また、以下に述べることについても同様である。

また、第２の磁性体部１２と非磁性体層２０との境界面２６と、金属層１６との距離をｄ３としたとき、ｄ３＜ｄ２である。

これにより、第１のコイル１４、第２のコイル１５と金属層１６との間の誘電率が高い第１の磁性体部１１、第２の磁性体部１２の部分の寸法を大きくすることができる。そのため、第１のコイル１４、第２のコイル１５と金属層１６との間の浮遊容量を増やすことができる。

ここで、金属層１６と第４のコイル導体１５ｂとの間のトータル容量Ｃは、境界面２５と第４のコイル導体１５ｂとの間の容量Ｃ１と、境界面２５と金属層１６との間の容量Ｃ２を足したものである。よって、Ｃ＝（Ｃ１×Ｃ２）／（Ｃ１＋Ｃ２）＝｛（ε１／ｄ１）×（ε２／ｄ２）｝／｛（ε１／ｄ１）＋（ε２／ｄ２）｝となる。なお、非磁性体部１３の比誘電率をε１、第１、第２の磁性体部１１、１２の比誘電率をε２とする。

ｄ１＝ｄ２＝１、ε１＝ε２の場合は、Ｃ＝ε１／２となるが、ｄ２＝２×ｄ１とすると、Ｃ＝ε１×（２／３）となり、トータル容量Ｃが増える。よって、ｄ２≧ｄ１とするのが好ましい。しかし、第１、第２の磁性体部１１、１２の厚みｈ２、製品厚み（低背化）の限界を考慮すると、ｄ２＝２×ｄ１以下とするのが好ましい。

なお、ε１＝ε２はありえないため、さらに、ε１＝２×ε２とすると、Ｃ＝ε１／２となり、トータル容量Ｃは変わらない。よって、ε１＞２×ε２とするのが好ましい。

そして、上記のような厚みの関係、誘電率の関係になるように、各層の厚みや枚数、材料を適宜設定する。

また、第１のコイル１４、第２のコイル１５と金属層１６との間の浮遊容量を増やすには、上述したように、金属層側の距離ｄ２を、コイル側の距離ｄ１より長くしてｄ２／ｄ１≧１とするのがよい。また、誘電率についてはε２／ε１＞１である。このとき、ε２／ε１≧ｄ２／ｄ１（≧１）の関係を満たすようにする。

第１のコイル１４、第２のコイル１５と金属層１６との間の浮遊容量を増やすことに対し、厚み寸法の影響よりも誘電率の影響を上げる方が、製品の低背化に有利になるからである。

本開示に係るコモンモードノイズフィルタは、広い周波数領域でコモンモードノイズの減衰特性を向上させることができるという効果を有する。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。

１１ 第１の磁性体部
１２ 第２の磁性体部
１３ 非磁性体部
１４ 第１のコイル
１５ 第２のコイル
１６ 金属層

Claims (4)

1. それぞれが磁性体よりなる層を有する２つの磁性体部と、
   非磁性体よりなる層を有する非磁性体部と、
   前記非磁性体部の内部に設けられた２つのコイルと、
   前記２つの磁性体部のうち少なくとも一方の内部に設けられ、かつ接地される金属層とを備え、
   前記非磁性体部は前記２つの磁性体部に積層方向にて挟まれ、
   前記２つのコイルのそれぞれは、中心部と、前記中心部の周りに平面上に巻回された導線よりなり、
   前記２つのコイルの平面は、前記非磁性体よりなる層に沿って配置され、
   前記２つのコイルは、互いに対向し、
   前記磁性体部は、前記非磁性体部との界面と、前記積層方向において前記界面とは逆側の面とを有し、
   前記金属層は、前記界面よりも前記逆側の面のほうが近くなるように配置されている、コモンモードノイズフィルタ。
2. 前記非磁性体部と前記金属層を有する磁性体部との境界面を有し、前記境界面と前記境界面に最も近い位置に存在する前記コイルとの距離をｄ１、前記境界面と前記金属層との距離をｄ２としたとき、ｄ２／ｄ１≧１の関係を満たしている請求項１記載のコモンモードノイズフィルタ。
3. 前記非磁性体部の比誘電率をε１、前記磁性体部の比誘電率をε２としたとき、ε２＞２×ε１、ε２／ε１≧ｄ２／ｄ１の関係を満たしている請求項２記載のコモンモードノイズフィルタ。
4. 磁性体で構成され、上面視で前記コイルの内側に位置し、前記金属層と重ならない磁心部が存在する請求項１から３のいずれか１項に記載のコモンモードノイズフィルタ。

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