TWI248257B - Transmission line type noise filter with reduced heat generation even when large dc current flows therein - Google Patents

Description

1248257 玖、發明說明： g明所屬之技術領域 本發明申請主張對日本專利申請案第JP 2002-22292 5號 文件之優先權，且在此將其揭示內容列入本發明的參考文 獻。 本發明係有關一種裝設於電子裝置或電子設備內以便移 除該裝置或電子設備內所產生雜訊的雜訊濾波器。 先前技術

數位技術是用以支援IT(資訊科技）產業的一種重要技術 。近年來，諸如LSI(大尺度合倂）之類數位電路技術已不只 被用在電腦及通信相關裝置上，同時也被用在家電用品及 汽車裝備上。 不過，LSI晶片之類內所產生的高頻雜訊電流，會因爲 包含與電路板上之信號線或地線呈電感性耦合的電氣傳輸 而從該LSI晶片傳播到用以裝設該LSI晶片之電路板內的 寬廣範圍上，且進一步從圍繞電路板的信號電纜放射出去

成爲電磁波。 於一包括數位電路部分及類比電路部分的電路中，從數 位電路部分到類比電路部分的電磁干涉現象已變成嚴重的 問題。 因此有效的使用一種電源供應去耦技術當作解決方案， 其中係使當作高頻電流產生源的LSI晶片與高頻的DC(直 流）電源供應系統隔離。到目前爲止係使用諸如旁路電容器 之類的雜訊濾波器當作去耦元件。電源供應去耦作用的操 -6- 1248257 作原理是既簡單又淸楚。 用以當作A C (交流）電路內之雜訊濾波器的習知電容器會 形成一二端子集總式定常雜訊濾波器。因此經常使用的是 固態電解電容器、電氣雙層電容器、或是陶瓷電容器之類。 當跨越很寬的頻帶施行A C電路內之電氣雜訊移除作業 時，由於能夠由一個電容器處理的頻帶是非常窄的，故於 AC電路內設置有具有不同自動共振頻率的例如鋁製電解 電容器、鉅製電容器及陶瓷電容器等不同種類的電容器。 不過習知地，已知選擇並設計複數個用以移除具有寬頻 帶之電氣雜訊的雜訊濾波器是很麻煩的。除此之外，存在 有使用不同種類的電容器會造成電路有成本高、尺寸大且 重量重的問題。 此外，爲了處理更高速且更高頻的數位電路，必要的是 各雜訊濾波器都能夠跨越一高頻帶確保其去耦作用且即使 於該高頻帶內也能呈現出低阻抗。 不過，該二端子集總式定常雜訊濾波器係肇因於電容器 的自動共振現象而很難上達該高頻帶保持其低阻抗，且因 此在移除高頻帶雜訊上具有很差的性能。 因此，要求一雜訊濾波器在跨越包含高頻帶的寬能帶內 呈現出絕佳的雜訊移除特徵且具有很小的尺寸及簡單的結 構。 爲了回應如上所述的要求，係將注意力放在一傳輸線式 雜訊濾波器上，可將此雜訊濾波器連接在電源與諸如LSI 晶片之類的電氣負載組件之間，並使之能讓進入的DC電 -7- 1248257 流通過並使進入的AC電流衰減掉。 不過，因爲將要供應到該電氣負載組件上的DC電流會 通過該傳輸線式雜訊濾波器，故會於該傳輸線式雜訊濾波 器內產生熱能。因此，當用於其內有極大之DC電流在流 動的電路時，該傳輸線式雜訊濾波器會出現嚴重之熱產生 量的問題，且因而縮短了該傳輸線式雜訊濾波器的使用期 限。 發明內容 因此，本發明的目的是提供一種傳輸線式雜訊濾波器， 使之即使有極大之DC電流在流動時也能夠減少其熱產生 量。 因此，本發明的另一目的是提供一種傳輸線式雜訊濾波 器，使之跨越包含高頻帶的寬能帶內呈現出絕佳的雜訊移 除特徵且具有很小的尺寸及簡單的結構。 一種根據本發明的傳輸線式雜訊濾波器，係連接在一 DC(直流）電源（70)與電氣負載組件（80)之間而能夠讓進入 的DC電流通過並使進入的AC電流衰減掉。該傳輸線式雜 訊濾波器包括：一第一導體（1 1 )，係形成於一平板內且具有 沿著平行於一傳輸線之第一方向（X)的長度（L)、沿著垂直 於該第一方向（X)之第二方向（Y)的寬度（W)以及沿著垂直 於該第一方向（X)及第二方向（Y)之第三方向（Z)的厚.度（〇 ;一介電層（30)，係形成於該第一導體（11)上；一第二導體 (20)，係形成於該介電層（30)上；一第一陽極（12)，係連接 於該第一導體（1 1)上沿著第一方向（X)的端點部分之上，以便 -8- T248257 使該第一導體（1 1)連接到該DC (直流）電源（70)上；以及一 第二陽極（13)，係連接於該第一導體（U)上沿著第一方向（X) 的另一端點部分之上，以便使該第一導體（1 1)連接到該電 氣負載組件（80)上。該第二導體（20)係扮演著連接於一標準 電位上的陰極角色。該第一和第二導體（11，20)及介電層（30) 係扮演著電容形成部分（50)的角色。選擇該第一導體（11) 的厚度（t)以實質上限制該第一導體（1 1)內因在其內流動之 D C電流造成的增溫現象。 該第一導體（Π )基本上可能係由閥操作性金屬製成的，% 且能夠以一由閥操作性金屬製成的氧化薄膜製作該介電層 (30)〇 於一實施例中，該閥操作性金屬指的是鋁，選擇該第一 導體（1 1)的厚度（t)使之不致大於2.0毫米。 於另一實施例中，該閥操作性金屬指的是鋁，選擇該第 一導體（1 1)的厚度（t)使之不致大於1.5毫米。

於又一實施例中，該閥操作性金屬指的是鋁，選擇該第 一導體（11)的厚度（t)使之不致大於1.0毫米。 於一較佳實施例中，係依積體方式形成該第一導體（1 1) 及第一和第二陽極（12，13)使之呈金屬薄片形式。 本發明的其他目的、特性、及優點將會因爲以下參照各 附圖對此規格的詳細說明而變得更明顯。 實施方式 現在將參照各附圖以說明一種根據本發明較佳實施例的 傳輸線式雜訊濾波器如下。 -9- 1248257 參照第1 A圖到第1 C圖，係將一種根據本發明實施例之 傳輸線式雜訊濾波器連接在一 DC(直流）電源70與當作電 氣負載組件的LSI晶片80，並使之能讓進入的DC電流通 過並使進入的AC電流衰減掉。 該傳輸線式雜訊濾波器包括：一第一導體1 1 ; 一介電層 30; —第二導體20; —第一陽極12;以及一第二陽極13。 該第一導體1 1係呈平板狀且具有沿著平行於一傳輸線 之第一方向X的長度L、沿著垂直於該第一方向X之第二 方向Y的寬度W以及沿著垂直於該第一方向X及第二方向 Y之第三方向Z的厚度t。該介電層30係以薄膜形式形成 於該第一導體11之上及其附近，其方式是露出該第一導體 1 1上沿著該第一方向X的各相對端點。該第二導體20也 是以薄膜形式形成於該介電層3 0之上及其附近。該第一陽 極1 2係連接於該第一導體1 1上沿著第一方向X的端點部 分之上。該第一陽極12係用於使該第一導體11連接至該 DC(直流）電源70上。該第二陽極13係連接於該第一導體 1 1上沿第一方向X的另一端點部分之上。該第二陽極1 3 係用於使該第一導體1 1連接至該L S I晶片8 0上。此外， 該第二導體2 0係扮演著連接於一當作標準電位之地線上 的陰極角色。 例如’該傳輸線式雜訊濾波器內所用之第一導體1 1成品 的長度L爲7.3或15毫米、且其寬度W爲4.3或11.0毫 米。 該第一和第二導體11、20及介電層30係扮演著電容形 1248257 成部分5 0的角色。 該第一導體1 1及第一和第二陽極1 2、1 3係以蝕刻型鋁 箔1 〇依積體方式形成而使之呈金屬片形式。 該第一陽極12、第二陽極13及當作陰極的第二導體20 分別係藉由焊接法裝設於一電路板9 0上所形成的第一、第 二和第三地帶41、42和43之上且形成電氣連接。該第一 地帶4 1和第二地帶4 2分別係連接於該D C (直流）電源7 0 的電源輸出端子以及該L S I晶片8 0的電源輸入端子上。該 第三地帶4 3係連接於地線（未標示）亦即與該d C (直流）電源 70上和LSI晶片80共用的標準電位上。 可將該傳輸線式雜訊濾波器建造成一電氣晶片，其方式 是藉由使濾波器（封裝用）上除了該第一陽極1 2、第二陽極 13及第二導體20之電氣連接部分或端子（未圖示）以外都覆 蓋有樹脂。 鋁亦即該蝕刻型鋁箔1 0的材料係一種閥操作性金屬。本 發明中，該閥操作性金屬指的是一種會在氧化時形成一氧 化物膜而可執行閥作業的金屬。據此，該介電層3 0可能係 由該蝕刻型鋁箔1 0上當作第一導體1 1之氧化鋁膜形成的 。雖然該介電層30的厚度爲例如1微米，然而第1B圖和 第1 C圖中係以大於實際厚度的厚度顯示以便有利於了解 根據本發明之濾波器內各組件之間的結構關係。另一方面 ，該第二導體2 0包括依序形成於該介電層3 0上的一固態 電解層、一石墨層及一銀漿層。雖然該第二導體20的厚度 爲例如5 0微米，然而第1 B圖和第1 C圖中係以大於實際 1248257 厚度的厚度顯示該第二導體20。 對鋁箔進行蝕刻的理由是使鋁箔的表面變粗糙以增加銘 箔上所形成之介電氧化物膜的表面積，這可引致高阻抗的 達成。 本發明中，該閥操作性金屬並不受限於鋁，而是也可以 使用鉅或鈮。在使用鉅或鈮時，較佳的是藉由於真空大氣 中對鉅或鈮的粉末或是坏板進行燒結形成該第一導體1 i。 鉅或鈮的燒結體具有粗糙的表面，且因此其表面積是非常 大的。因此，該燒結體表面上所形成像介電層3 0之類氧化| 物膜的面積也是非常大的。如是，可獲致具有高阻抗的傳 輸線式雜訊濾波器。 應該選擇該第一導體1 1的厚度t以實質上限制該第一導 體1 1內因在其內流動之DC電流造成的增溫現象。現在， 將對此一現象詳細說明如下。 該傳輸線式雜訊濾波器係連接在一 DC(直流）電源70與

L S I晶片8 0之間而能夠讓進入的D C電流通過並使進入的 A C電流衰減掉。亦即，供應到該L SI晶片8 0上的D C電 流會在呈金屬薄片形式的飩刻型鋁箔1 0內流動。 輸入到該第一地帶41內的DC電流會通過該第一陽極12 、第一導體11及第二陽極13，且因此從第二地帶42輸出 去。此例中，會在蝕刻型錦范1 〇內特別是在該第一導體 1 1內產生焦耳熱能。因此增高了該傳輸線式雜訊濃波器的 溫度。該傳輸線式雜訊濾波器的增溫現象會造成縮短了該 傳輸線式雜訊濾波器的使用期限° -12- 1248257 以下將詳細說明該第一導體1 1因D C電流產生的增溫現 象以及本發明的解決方法。 第2圖係用以顯示該第一導體丨1的透視圖。該第一導體 Η的長度爲L、其寬度爲W且其厚度爲t。從第2圖可以 淸楚地看出DC電流係沿著該第一方向X流動。 該第一導體11內所產生的熱能量額是正比於該第一導 體Π的電阻。當該第一導體11在平面圖內具有定常的形 狀和尺寸時，該第一導體11的電阻係與該第一導體11的 厚度t成反比。因此，增加該第一導體丨1的厚度可減少該 第一導體11內所產生的熱能値。另一方面，增加該第一導 體1 1的厚度可減少來自該第一導體1 1的熱能輻射。本發明 的發明人發現可以適當或可採用範圍的厚度t使該第一導 體1 1內所產生的熱能値與由該第一導體11輻射出的熱能 値達成平衡。更具體地，可藉由以下硏究定出該第一導體 11之可採用範圍的厚度t。 第3圖顯示的是有關用於該第一導體1 1之數種樣品的測 試結果。此測試中，係由鋁純度爲99.96%之蝕刻型鋁箔製 作出不同的第一導體1 1樣品。各不同樣品的長度L都是1 厘米、寬度W都是1厘米且具有從〇.〇1到5.0毫米的不同 厚度t。爲了硏究其厚度t與增高溫度之間的關係’連續地 施加3 0安培的D C電流使之流經每一個樣品達6 0秒’亦 示鋁便 顯由以 係上米 果本毫 結基 試將 測可 其是 。 的 來意 下注 定該 安應 度人 溫吾 的圖 品 3 1 樣第 1 個從體 一 ο 導 每中一 使圖第 以 3 之 足第成 即於製 ο 2 於 小 或 於 等 爲 選 t 度 厚 的 1248257 實質上限制其增高溫度。 此外，分別對有關基本上由經燒結之鉅及經燒結之鈮製 成之第一導體1 1的其他樣品進行類似的硏究。其測試結果 也顯示於第3圖中。 必然地，從第3圖吾人應該注意的是可將基本上由鉅製 成之第一導體11的厚度t選爲等於或小於1.5毫米以便實 質上限制其增高溫度。此外，較佳的是可將基本上由鈮製 成之第一導體11的厚度t選爲等於或小於1.0毫米。 第4圖顯示的是另一種用以硏究第一導體11的長度L對 增高溫度與該第一導體1 1的厚度t之間關係所產生效應的 測試結果。此測試中，係由鋁純度爲99.9 6%之蝕刻型鋁箔 製作出不同的第一導體1 1樣品。各不同樣品具有〇 · 5、1 .0 、2.0和4.0厘米的不同長度L、寬度W都是1厘米且具有 從0.0 1到5.0毫米的不同厚度t。連續地施加30安培的DC 電流使之流經每一個樣品達60秒，亦即足以使每一個樣品 的溫度安定下來。其測試結果係顯示於第4圖中。第4圖 吾人應該注意的是該第一導體11的長度L幾乎不會影響其 增高溫度與該第一導體1 1之厚度t之間的關係，且可將基 本上由鋁製成之第一導體11的厚度t選爲等於或小於2.0 毫米以便實質上限制其增高溫度。 第5圖顯示的是又一種用以硏究第一導體1 1的寬度W對 增高溫度與該第一導體1 1的厚度t之間關係所產生效應的 測試結果。此測試中，係由鋁純度爲99.96%之蝕刻型鋁箔 製作出不同的第一導體1 1樣品。各不同樣品的長度L都是 -14- 1248257 1厘米、具有0.2、0.5、1·〇和1.5厘米的不同寬度w、且 具有從〇 · 〇1到5.0毫米的不同厚度t。連續地施加3 0安培 的DC電流使之流經每一個樣品達60秒，亦即足以使每一 個樣品的溫度安定下來。其測試結果係顯示於第5圖中。 從第5圖吾人應該注意的是，雖然該第一導體11的不同寬 度W會在厚度t大於2 · 0毫米的區域內影響其增高溫度， 然而將基本上由鋁製成之第一導體11的厚度t選爲等於或 小於2 · 0毫米，以便實質上限制其增高溫度。 第6圖顯示的是再一種用以硏究加到該第一導體1 1上之 DC電流所產生效應的測試結果。此測試中，係由鋁純度爲 9 9.9 6 %之蝕刻型鋁箔製作出不同的第一導體1 1樣品。各不 同樣品的長度L都是1厘米、寬度W都是1厘米、且具有 從0 · 0 1到5.0毫米的不同厚度t。連續地施加5安培、1 0 安培和30安培的DC電流使之流經每一個樣品達60秒。 其測試結果係顯示於第6圖中。從第6圖吾人應該注意的 是，雖然該D C電流的數値會在厚度t大於2.0毫米的區域 內影響其增高溫度，然而將基本上由鋁製成之第一導體Π 的厚度t選爲等於或小於2 · 0毫米以便實質上限制其增高溫 度。 較佳的是由諸如鋁、鉅或鈮之類金屬製成之第一導體i ! 的厚度t不致小於數微米以便確保該第一導體1 1等的機械 強度。 雖然已針對各較佳實施例說明了 .本發明，熟悉習用技術 的人應該鑑賞的是可在不偏離本發明所附申請專利範圍之 1248257 精神及架構下作各種改變和修正。 例如，可將根據本發明之傳輸線式雜訊濾波器連接於一 LSI上且與該LSI —起封裝於一由樹脂製成的共同封包內 以致建造出一具有雜訊濾波器的LSI ° 圖式簡單說明 第1 A、1 B和1 C圖係用以顯示一種根據本發明較佳實施 例之傳輸線式雜訊濾波器之解釋用結構的示意圖’其中第 1 A圖係一平面圖，第1 B圖係沿著第1 A圖中1 B -1 B線段 擷取的截面圖，而第1 C圖係沿著第1 A圖中1 C-1 C線段擷 取的另一截面圖。 第2圖係用以顯示一種根據本發明之傳輸線式雜訊濾波 器內第一導體的透視圖以描述該第一導體尺寸與其增高溫 度之間的關係。 第3圖係用以顯示一種用於根據本發明之傳輸線式雜訊 濾波器內所用不同材料之第一導體之測試結果的曲線圖， 以硏究其增高溫度與厚度之間的關係。 第4圖係用以顯示另一種用於根據本發明之傳輸線式雜 訊濾波器內所用第一導體之測試結果的曲線圖，以硏究其 增高溫度與該第一導體之厚度及長度之間的關係。 第5圖係用以顯示又一種用於根據本發明之傳輸線式雜 訊濾波器內所用第一導體之測試結果的曲線圖，以硏究其 增高溫度與該第一導體之厚度及長度之間的關係。 第6圖係用以顯示再一種用於根據本發明之傳輸線式雜 訊濾波器內所用第一導體之測試結果的曲線圖，以硏究在 1248257 將一 D C電流加到該第1導體上的情況下其增高溫度及該 第一導體之厚度之間的關係。 主要部分之代表符號說明 10 蝕刻型鋁箔 11 第一導體 12 第一陽極 13 第二陽極 20 第二導體 30 介電層 4 1 第一地帶 42 第二地帶 43 第三地帶 5 0 電容形成部分 70 直流電源 80 電氣負載組件 90 電路板 -17-

Claims (1)

1248257 拾、申請專利範圍： 1 . 一種傳輸線式雜訊濾波器，係連接在一 D c (直流）電源（7 0) 與電氣負載組件（8 0)之間而能夠讓進入的D C電流通過 並使進入的A C電流衰減掉，該傳輸線式雜訊濾波器包 括： 一第一導體（1 1 )，係形成於一平板內且具有沿著平行 於一傳輸線之第一方向（X)的長度（L)、沿者垂直於該弟 一方向（X)之第二方向（γ)的寬度（W)以及沿著垂直於該 第一方向（X)及第二方向（Y)之第三方向（Z)的厚度（t); 一介電層（3 0)，係形成於該第一導體（11)上； 一第二導體（20)，係形成於該介電層（30)上； 一第一陽極（12)，係連接於該第一導體（11)上沿著第一 方向（X)的端點部分之上以便使該第一導體（1 1)連接至 該DC(直流）電源（70)上；以及 一第二陽極（1 3 )，係連接於該第一導體（1 1 )上沿著第一 方向（X)的另一端點部分之上以便使該第一導體（Π)連 接至該電氣負載組件（80)上； 該第二導體（20)係扮演著連接於一標準電位上的陰極 角色； 該第一和第二導體（1 1，20)及介電層（30)係扮演著電 容形成部分（50)的角色；且 選擇該第一導體（1 1)的厚度（t)以實質上限制該第一導 體（Π)內因在其內流動之DC電流造成的增溫現象。 2 ·如申請專利範圍第1項之傳輸線式雜訊濾波器，其中該

1248257 第一導體（1 1)基本上可能係由閥操作性金屬製成的，且 能夠以一由閥操作性金屬製成的氧化薄膜製作該介電層 (30)。 3 ·如申請專利範圍第2項之傳輸線式雜訊濾波器，其中該 閥操作性金屬指的是鋁，選擇該第一導體（1 1)的厚度（t) 使之不致大於2.0毫米。 4 ·如申請專利範圍第2項之傳輸線式雜訊濾波器，其中該 閥操作性金屬指的是鉬，選擇該第一導體（11)的厚度（t) 使之不致大於1 . 5毫米。 5 .如申請專利範圍第2項之傳輸線式雜訊濾波器，其中該 閥操作性金屬指的是鈮，選擇該第一導體（1 1 )的厚度（t) 使之不致大於1 . 0毫米。 6 ·如申請專利範圍第1項之傳輸線式雜訊濾波器，其中係 依積體方式形成該第一導體（11)及第一和第二陽極（12， 13)使之呈金屬薄片形式。