TWI284908B - Common-mode filter - Google Patents

Description

1284908 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種共模式濾波器，用於抑制一信號線中 的共模式雜訊，特別是關於一種使用於一高速差動信號介 面中的小尺寸共模式濾波器，例如 D V I (數位視訊介面； digital visual interface)或一 HDMI (高解析度多媒體 介面；high definition multimedia interface)0 【先前技術】 習知技術如圖8所示，其中，正常模式阻抗（η o r m a 1 - m o d e i m p e d a n c e )之減少方式，係將一對導線以雙線方式捲繞在 一鼓狀鐵芯之鐵芯部，以改善導線之耦合程度，此對導線 的引出部被引出並彼此靠近，以改善導線引出部的耦合程 度（日本專利未審查公開第2 0 0 3 - 7 7 7 3 0號）。 當此對導線以雙線的方式捲繞，同時實質上彼此靠近接 觸，如專利文件3所述，正常模式阻抗可減少，但是，只 有在充分低於截止頻率的頻帶中是如此。若導線彼此靠近 接觸，由於導線間的電容增加，會產生截止頻率降低的問 題。特別是使用一高速差動介面時，例如D V I或H D Μ I，需 要大約6 G Η ζ或更高的截止頻率。若此對導線以雙線方式捲 繞，.是無法達到如此高的截止頻率。附帶一提·，曰本專利 未審查公開第2 0 0 3 - 7 7 7 3 0號中，亦說明一種結構，其中導 線的末端係以分離的方式透過導電接合槽而連接至電極。 因為，在導線引出部，導線被引出時彼此靠近接觸，然而， 當導線連接時的加熱使得導線的電性絕緣薄膜劣化時，仍 6 312/發明說明書(補件)/93-06/93109221 1284908 會發生線間耐壓與絕緣電阻降低的問題。此外，其並未教 示在G Η z頻帶能夠展現良好磁性特徵之磁性鐵芯材料。 【發明内容】 在此種情況下，本發明之第一目的在於提供一種表面安 裝式共模式濾波器，其截止頻率高，可適用於高速差動信 號之傳送，且具有高耐壓與高可靠度。 本發明之第二目的在於提供一種表面安裝式共模式濾 波器，其中一鼓狀式鐵芯上所捲繞的導線之間之導線間距 的變異縮小，以達到電性特徵變異的減少。 (1 )為達到前述目的，本發明提供一種共模式濾波器， 包含：一磁性或非磁性鼓狀式鐵芯，包括一鐵芯部，及一 對凸緣部，配置在鐵芯部的相對側，以便與鐵芯部形成一 整體；電極，設置在鼓狀式鐵芯的該對凸緣部上；及至少 二導線，捲繞於鼓狀式鐵芯的鐵芯部上，其末端分別連接 至電極，其中：鼓狀式鐵芯的每一凸緣部具有一槽，位於 對應二電極之間，並具有一分離突起部，用於將槽分成二 部分；導線係以分散式捲繞方式捲繞於鼓狀式鐵芯的鐵芯 部上，在導線之間具有一導線間距（a )，且在每一導線之相 鄰圈之間具有一捲繞間距（b );而導線--地透過槽而引 出，同時以分離突起部分離，使得導線的末端分別連接至 電極。在此構造中，可達成一種表面安裝式共模式濾波器， 其截止頻率較高，可適用於DV I或HDMI等之高速差動信號 傳送，並具有高耐壓與高可靠度。 (2 )本發明亦提供一種共模式濾波器，包含：一磁性或 7 312/發明說明書(補件)/93-06/93109221 1284908 非磁性鼓狀式鐵芯，包括一鐵芯部，及一對凸緣部，配置 在鐵芯部的相對側，以便與鐵芯部形成一整體；電極，設 置在鼓狀式鐵芯的該對凸緣部上；及至少二導線，捲繞於 鼓狀式鐵芯的鐵芯部上，其末端分別連接至電極，其中： 鼓狀式鐵芯的鐵芯部具有複數個定位凸出部或凹陷部，形 成用於定位導線，同時使導線之間的間距維持固定。在此 構造中，可達成一種表面安裝式共模式濾波器，其中可縮 小鼓狀式鐵芯上所捲繞之導線之間的導線間距之變異，以 達到縮小電性特徵之變異。 (3 )本發明又提供一種如第（1 )與（2 )段之共模式濾波 器，又包含一磁性或非磁性板狀鐵芯，固定於鼓狀式鐵芯 之該對凸緣部的上表面之間。 (4 )本發明又提供一種如第（1 )與（2 )段之共模式濾波 器，又包含一複合磁性材料，設置用於連接於鼓狀式鐵芯 之該對凸緣部的上表面之間的一空間上。 (5 )本發明又提供一種如第（1 )至（4 )段中任一段之共模 式濾波器，其中鼓狀式鐵芯係由鐵氧體製成，含有4 0莫耳 °/〇至4 9. 8莫耳％之Fe2〇3、1 0莫耳％至33莫耳％之ZnO、2莫 耳％至1 0莫耳％之CuO、1莫耳％或更少之Mn2〇3、其餘部分 之NiO，又含有0.03重量％至0.5重量％之Si〇2。 【實施方式】 以下將參照圖式說明本發明共模式濾波器之具體例。 圖1與2顯示本發明第一具體例之共模式濾波器。圖1 係為共模式濾波器的斜視圖，其中共模式濾波器的底面（表 8 312/發明說明書(補件)/93-06/93109221 1284908 面安裝面）朝上。圖2係為共模式濾波器的導線末端接合 部之下視放大圖。圖1與2中，元件符號1 0標示一磁性鼓 狀式鐵芯，由磁性物質製成。磁性鼓狀式鐵芯1 0包括一鐵 芯部1 1，及一對四邊形凸緣部1 2，配置於鐵芯部1 1的二 相對側。鼓狀式鐵芯1 0中的每一四邊形凸緣部1 2具有二 電極20，由金屬膏烘烤或金屬電鍍等方式形成。每一電極 2 0 具有一下電極部（使用者電極部）2 0 a，位於四邊形凸 緣部12之每一相對末端部的下表面（安裝表面），並具有 一側電極部 2 0 b，位於側表面（外側表面）。每一電極 20 中，下電極部2 0 a與側電極部2 0 b係形成彼此連續。 以下成分範圍之鐵氧體（f e r r i t e )可使用作為鼓狀式 鐵芯1 0的磁性物質。 三氧化二鐵（Fe2〇3) : 40至49.8莫耳％ 氧化鋅（Ζ η 0 ) : 1 0至3 3莫耳°/〇 氧化銅（CuO) :2至10莫耳％ 氧化錳（Mn2〇3) :不大於1莫耳°/〇 氧化鎳（N i 0 ) :其餘部分 二氧化矽（S i 0 2 ) : 0 · 0 3至0 · 5重量°/〇 此鐵氧體在 GHz頻帶可展現高磁導係數（magnetic permeability)。若鐵氧體成分在前述範圍中，GHz頻帶的 磁導係數不會劣化。 本具體例中使用作為鼓狀式鐵芯的鐵氧體成分之一實 施例如下。 三氧化二鐵（F e 2 0 3 ) : 4 5 · 6 0莫耳％ 9 312/發明說明書(補件)/93-06/93109221 1284908 氧化鋅（Ζ η 0 ) :2 9 · 7 Ο 莫耳 0/〇 氧化銅（CuO) 7 . 3 3莫耳％ 氧化锰（Mll2〇3) Ο . 5 0莫耳％ 氧化鎳（Ν i Ο ) :1 6 . 8 7 莫耳 ％ :非常少量 二氧化矽（S i Ο 2 ) (預定值在Ο · Ο 3至Ο · 5重量％之範圍） 根據此實施例所述之成分，可在高達約 6 G Η ζ之頻率範 圍獲得良好的磁性特徵。 每一四邊形凸緣部1 2之形成方式係使得電極2 0之下電 極部2 0 a位於下表面1 2 a之相對側，在每一四邊形凸緣部 1 2的下表面1 2 a中，設置有一寬槽1 5，其順著鐵芯部1 1 之軸向方向跨過下表面 12a之中央部。一分離突起部 16 係形成於寬槽1 5之寬度方向的中央位置。因此，寬槽1 5 被分離突起部1 6分成二引出槽部1 7 a與1 7 b。 一對導線1與2捲繞於鼓狀式鐵芯1 0的鐵芯部1 1上。 此對導線1與2係分別經由二引出槽部1 7 a與1 7 b (分離 突起部16將寬槽15分成二引出槽部17a與17b)而引出。 導線的末端係分別利用熱接觸接合或焊接等方式，而連接 至電極2 0的下電極部2 0 a (導線的末端係於圖2中的接合 部P處電性連接至電極2 0的下電極部2 0 a )(此時導線係 藉由分離突起部1 6而彼此分離）。附帶一提，沿著四邊形 凸緣部的末端分別形成斜面凹狀表面1 8，從引出槽部1 7 a 與17b之下表面延伸到下電極部20a之平坦表面，使其易 於將導線1與2的末端引出到下電極部2 0 a。 10 312/發明說明書(補件)/93-06/93109221 1284908 此對導線1與2並未密集捲繞，以便增加共模式濾波器 的截止頻率（較佳地，將截止頻率設定為6 G Η z或更高）。 亦即，如圖2所示，此對導線1與2係分散地（間隔）捲 繞，在導線1與2之間具有一預定之導線間距（a)，且在每 一導線1與2之相鄰圈之間具有一預定捲繞間距（b )，以便 減少導線間電容。此外，導線1與2之引出部亦設定成透 過引出槽部17a與17b而引出，並連接至下電極部20a， 而導線1與2的引出部之間的距離維持在不小於導線間距 (a )，以便減少導線間電容。因此，可說每一分離突起部 1 6的寬度較佳選擇為不小於導線間距（a )。此種情況中， 較佳可使用例如水泥導線（c e m e n t w i r e )等熱焊式導線作 為導線，以便防止導線之位移。 如上所述，由於鼓狀式鐵芯1 0係由在G Η z頻帶中具有 高磁導係數之鐵氧體製成，抑制GHz頻帶之共模式雜訊的 效果可以增進。 例如，根據第一具體例所製造之共模式濾波器的產品形 狀不大於4532型（長4.5mm、寬3.2mm、高3.2mm)。此種 情況中，所使用之每一導線1與2的直徑不大於0.06mm。 在本發明第一具體例之共模式濾波器中，不同線之間的 短路風險可降低，改善可靠度，因為分離突起部16形成於 四邊形凸緣部1 2之寬槽1 5之中央部，如圖2所示，使得 導線1與2在靠近導線末端連接部之處可彼此分離，避免 差動導線彼此接觸。 圖3顯示本具體例（具有突起部之產品）之共模式濾波 11 312/發明說明書(補件)/93-06/93109221 1284908 器之導線之間的崩潰電壓測量結果與習知技術共模式濾波 器（不具有突起部之產品）之導線之間的崩潰電壓測量結 果之比較。從測量結果可明白確認，相較於習知技術之共 模式濾波器，本具體例之共模式濾波器的線間耐壓增加 5 0% ° 根據第一具體例，可獲得以下效果。 (1 )當導線1與2如圖2所示分散地捲繞，在導線1與2 之間具有一預定之導線間距（a )，且在每一導線1與2之相 鄰圈之間具有一預定捲繞間距（b )，則共模式波器之截止頻 率可增加（例如，增加成約6 G Η z )。 (2 )當鼓狀式鐵芯1 0係由在GHz頻帶具有高導磁係數之 鐵氧體製成，並含有以下成分範圍之成分時，則抑制 GHz 頻帶之共模式雜訊的效果可增進。 三氧化二鐵（F e 2 0 3 ) : 4 0至4 9 · 8莫耳％ 氧化鋅（Ζ η 0 ) : 1 0至3 3莫耳°/〇 氧化銅（CuO ) : 2至1 0莫耳°/〇 氧化錳（Mn2〇3) :不大於1莫耳°/〇 氧化鎳（N i 0 ) :其餘部分 二氧化矽（Si〇2) : 0.03至0.5重量％ 特別地，當鐵氧體之成分實施例如下時，可獲得更佳之 共模雜訊抑制效果。 三氧化二鐵（F e 2 0 3 ) : 4 5 · 6 0莫耳％ 氧化鋅（ZnO ) : 2 9. 7 0莫耳％ 氧化銅（CuO ) : 7. 33莫耳％ 12 312/發明說明書(補件)/93-06/93109221 1284908 氧化錳（Mn2〇3) :0.50莫耳％ 氧化鎳（N i Ο ) : 1 6 · 8 7莫耳％ 二氧化矽（Si 〇2 ) :非常少量 (預定值在0 · 0 3至0 · 5重量°/◦之範圍） (3 )不同線之間的短路風險可降低，改善可靠度，並且 更進一步改善線間耐壓，因為分離突起部1 6形成於四邊形 凸緣部1 2之寬槽1 5之中央部，使得導線1與2在導線末 端連接至電極之處可彼此分離。在此種情況，導線1與2 的引出部亦透過引出槽部1 7a與1 7b而引出，而導線1與 2之間的距灕維持在不小於導線間距（a )，以便減少導線1 與2之引出部之間的導線間電容。 圖 4顯示本發明第二具體例中沿著鼓狀鐵芯1 0之四邊 形凸緣部 1 2的中央部所繪製之垂直截面圖。在此具體例 中，凹槽3 1與3 2係形成於鼓狀式鐵芯1 0的鐵芯部1 1， 使得凹槽3 1與3 2可分別作為導線1與2之定位用凹陷部。 導線1係以凹槽31定位而捲繞於鐵芯部1 1上。導線2係 以凹槽3 2定位而捲繞於鐵芯部1 1上。在此種情況中，導 線1與2之間之導線間距（a)與每一導線1與2之相鄰圈之 間之捲繞間距（b)可預先由凹槽3 1與3 2之位置決定。 根據第二具體例，可縮小導線1與2之間之導線間距（a) 的變異與每一導線1與2之相鄰圈之間之捲繞間距（b)的變 異，以減少產品之電性特徵的變異，因為，在導線1與2 分散地捲繞的情況中，導線1與2之位置可由凹槽31與 3 2精確地決定。 13 312/發明說明書(補件)/93-06/93109221 1284908 附帶一提，第二具體例之其他構造、操作及效果係相同 於第一具體例。 圖5顯示本發明之第三具體例，此具體例中，在導線1 與2捲繞於鼓狀式鐵芯1 0之鐵芯部1 1之後，利用一黏著 樹脂之類者，將一磁性或非磁性物質製成之平板4 0固定在 鼓狀式鐵芯1 0之二個四邊形凸緣部1 2的上表面之間，以 便與二個四邊形凸緣部1 2的上表面形成一體。平板4 0係 用於提供結果產品之上表面，作為一平坦表面，使得結果 產品可吸附到一自動安裝裝置的吸嘴上。此外，當平板4 0 與鼓狀式鐵芯1 0均由磁性物質製成時，鼓狀式鐵芯1 0與 板狀鐵芯4 0可彼此磁性地耦合，合成一閉磁路鐵芯，改善 線間耦合，並減少漏磁通，藉此，可改善共模式雜訊的抑 制特徵。板狀鐵芯4 0可以相同於鼓狀式鐵芯1 0的磁性物 質製成。附帶一提，由於第三具體例之其他構造、操作及 效果係相同於第一具體例，與第一具體例相同或等效之零 件係以相同元件符號標示，以避免重複之敘述。 圖6顯示本發明之第四具體例。在此具體例中，導線1 與2係捲繞於鼓狀式鐵芯1 0的鐵芯部1 1上，進一步透過 二引出槽部1 7a與1 7b而引出（對應之分離突起部1 6將每 一槽1 5分成二引出槽部1 7a與1 7b )，並利用熱接觸接合 或焊接等方式而連接至電極2 0之側電極部2 0 b (同時以分 離突起部1 6分離）。 根據第四具體例，實際安裝面上之每一下電極部2 0 a的 厚度並未增加，因為導線的末端係連接至側電極部 2 0 b。 14 312/發明說明書(補件)/93-06/93109221 1284908 因此，高度上的變化可減小，而獲得較低之高度。附帶一 提，由於第四具體例之其他構造、操作及效果係相同於第 三具體例，與第三具體例相同或等效之零件係以相同元件 符號標示，以避免重複之敘述。 圖7顯本發明之第五具體例。在此具體例中，一複合磁 性材料5 0，例如鐵氧體粉末等磁性粉末與例如環氧樹脂等 樹脂的混合物，可用來取代固定至鐵氧體鼓狀式鐵芯 10 之板狀鐵芯。複合磁性材料5 0提供藉由整體鑄模的方式， 以便連接於鼓狀式鐵芯1 0之二個四邊形凸緣部1 2的上表 面之間的空間上。亦即，共模式濾波器的上表面係平坦地· 覆蓋有複合磁性材料5 0。 根據第五具體例，鼓狀式鐵芯1 0和複合磁性材料5 0彼 此可磁性地耦合，合成一閉磁路鐵芯，改善線間耦合，並 減少漏磁通，藉此，可改善共模式雜訊的抑制特徵。此外， 複合磁性材料5 0的上表面可設置成平坦表面，使得結果產 品之形狀能夠被吸附在一自動安裝裝置的吸嘴上。附帶一 提，由於第五具體例之其他構造、操作及效果係相同於第 一具體例，與第一具體例相同或等效之零件係以相同元件 符號標示，以避免重複之敘述。 雖然本發明之第二具體例中所描述的凹槽係形成於鼓 狀式鐵芯的鐵芯部中，使得凹槽可分別作為導線定位用之 凹陷部，本發明亦可應用於鐵芯部形成有導線定位凸出部 的情況。 如上所述，根據本發明，提供一種共模式濾波器，包含： 15 312/發明說明書(補件)/93-06/93109221 芯，包括一鐵芯部，及一對凸緣 側，以便與鐵芯部形成一體；電 該對凸緣部上；及至少二導線， 部上，其末端分別連接至電極， 凸緣部具有一槽，位於對應二電 起部，用於將槽分成二部分；導 繞於鼓狀式鐵芯的鐵芯部上，在 (a )，且在每一導線之相鄰圈之間 線--地透過槽而引出，同時以 線的末端分別連接至電極。在此 安裝式共模式濾波器，其截止頻 HDMI等之高速差動信號傳送，並 共模式濾波器，包含：一磁性或 一鐵芯部，及一對凸緣部，配置 與鐵芯部形成一整體；電極，設 緣部上；及至少二導線，捲繞於 其末端分別連接至電極，其中： 複數個定位凸出部或凹陷部，形 導線之間的間距維持固定。在此 安裝式共模式濾波器，其中可縮 導線之間的導線間距之變異，以 1284908 一磁性或非磁性鼓狀式鐵 部，配置在鐵芯部的相對 極，設置在鼓狀式鐵芯的 捲繞於鼓狀式鐵芯的鐵芯 其中：鼓狀式鐵芯的每一 極之間，並具有一分離突 線係以分散式捲繞方式捲 導線之間具有一導線間距 具有一捲繞間距（b );而導 分離突起部分離，使得導 構造中，可達成一種表面 率較高，可適用於DVI或 具有高耐壓與高可靠度。 根據本發明，提供一種 非磁性鼓狀式鐵芯，包括 在鐵芯部的相對侧，以便 置在鼓狀式鐵芯的該對凸 鼓狀式鐵芯的鐵芯部上， 鼓狀式鐵芯的鐵芯部具有 成用於定位導線，同時使 構造中，可達成一種表面 小鼓狀式鐵芯上所捲繞之 達到縮小電性特徵之變異 【圖式簡單說明】 312/發明說明書(補件)/93-06/93109221 16 1284908 圖1係為本發明第一具體例之共模式濾波器的斜視圖， 其中共模式濾波器的底面（表面安裝面）朝上。 圖2係為第一具體例之共模式濾波器的導線末端接合部 之下視放大圖。 圖3係為本發明第一具體例與習知技術之線間耐壓的比 較圖，在本發明第一具體例中，一分離突起部係設置在每 一凸緣部之電極之間的槽中，而習知技術中則未設置分離 突起部。 圖4係為本發明第二具體例中沿著鼓狀鐵芯之四邊形凸 緣部的中央位置所繪製之垂直截面圖的正面截面圖。 圖5係為本發明第三具體例之共模式濾波器的斜視圖， 其中共模式濾波器的底面（表面安裝面）朝上。 圖6係為本發明第四具體例之共模式濾波器的斜視圖， 其中共模式濾波器的底面（表面安裝面）朝上。 圖7係為本發明第五具體例之共模式濾波器的斜視圖， 其中共模式濾波器的底面（表面安裝面）朝上。 圖8係為習知技術共模式濾波器的範例斜視圖。 (元件符號說明） 1 導線 2 導線 10 鼓狀式鐵芯 11 鐵芯部 12 凸緣部 12a 下表面 17 312/發明說明書(補件)/93-06/93109221 1284908 15 槽 16 分離突起部 17a 引出槽部 17b 引出槽部 18 斜面凹狀表面 2 0 電極 2 0a 下電極部 2 0b 側電極部 3 1 凹槽 32 凹槽 4 0 平板 50 複合磁性材料 18 312/發明說明書(補件)/93-06/93109221

Claims (1)

1284908 拾、申請專利範圍： 1 . 一種共模式濾波器，包含： 一磁性或非磁性鼓狀式鐵芯，包括一鐵芯部，及一對凸 緣部，配置在該鐵芯部的相對側，以便與該鐵芯部形成一 整體； 電極，設置在該鼓狀式鐵芯的該對凸緣部上；及 至少二導線，捲繞於該鼓狀式鐵芯的該鐵芯部上，其末 端分別連接至該電極， 其中，該鼓狀式鐵芯的每一該凸緣部具有一槽，位於對 應二該電極之間，並具有一分離突起部，用於將該槽分成 二部分； 該導線係以分，散式捲繞方式捲繞於該鼓狀式鐵芯的該 鐵芯部上，在該導線之間具有一導線間距（a )，且在每一該 導線之相鄰圈之間具有一捲繞間距（b);及 該導線--地透過該槽而引出，同時以該分離突起部分 離，使得該導線的該末端分別連接至該電極。 2.如申請專利範圍第1項之共模式濾波器，其中，又包 含一磁性或非磁性板狀鐵芯，固定於該鼓狀式鐵芯之該對 凸緣部的上表面之間。 3 .如申請專利範圍第1項之共模式濾波器，其中，又包 含一複合磁性材料，設置用於連接於該鼓狀式鐵芯之該對 凸緣部的上表面之間的一空間上。 4.如申請專利範圍第1至 3項中任一項之共模式濾波 器，其中，該鼓狀式鐵芯係由鐵氧體製成，含有4 0莫耳％ 19 312/發明說明書(補件)/93-06/93109221 1284908 至49.8莫耳％之Fe2〇3、10莫耳％至33莫耳％之ZnO、2莫 耳％至1 0莫耳％之C u 0、1莫耳％或更少之Μ η 2 0 3、其餘部分 為NiO，又含有0·03重量％至0.5重量％之Si(h。 5. —種共模式濾波器，包含： 一磁性或非磁性鼓狀式鐵芯，包括一鐵芯部，及一對凸 緣部，配置在該鐵芯部的相對側，以便與該鐵芯部形成一 整體； 電極，設置在該鼓狀式鐵芯的該對凸緣部上；及 至少二導線，捲繞於該鼓狀式鐵芯的該鐵芯部上，其末 端分別連接至該電極， 其中，該鼓狀式鐵芯的該鐵芯部具有複數個定位凸出部 或凹陷部，形成用於定位該導線，同時使該導線之間的間 距維持固定。 6. 如申請專利範圍第5項之共模式濾波器，其中，又包 含一磁性或非磁性板狀鐵芯，固定於該鼓狀式鐵芯之該對 凸緣部的上表面之間。 7. 如申請專利範圍第5項之共模式濾波器，其中，又包 含一複合磁性材料，設置用於連接於該鼓狀式鐵芯之該對 凸緣部的上表面之間的一空間上。 8. 如申請專利範圍第 5至 7項中任一項之共模式濾波 器，其中，該鼓狀式鐵芯係由鐵氧體製成，含有4 0莫耳％ 至49.8莫耳％iFe2〇3、10莫耳％至33莫耳％之ZnO、2莫 耳％至1 0莫耳％之CuO、1莫耳％或更少之Mn2〇3、其餘部分 為NiO，又含有0. 03重量％至0. 5重量％之Si〇2。 20 312/發明說明書(補件)/93-06/93109221