JP5168234B2

JP5168234B2 - 積層型コモンモードフィルタ

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Publication number: JP5168234B2
Application number: JP2009130582A
Authority: JP
Inventors: 真吉野; 琢生服部; 亮太中西
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2009-05-29
Filing date: 2009-05-29
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2029-05-29
Also published as: US8466757B2; JP2010278301A; US20100301966A1

Description

本発明は、積層タイプのコモンモードフィルタに関する。

従来の積層型コモンモードフィルタとして、例えば特許文献１に記載のコモンモードフィルタがある。この従来のコモンモードフィルタは、一対の渦巻状のコイル導体を形成した非磁性体層を一対の磁性体層で挟み込んだ素体を有しており、積層方向に延在する磁性体層がコイル導体の中心部分に貫通している。これにより、コイル導体間の磁気結合が強くなり、コモンモードノイズの除去能力の向上が図られている。

特開２００７−２５０８３２号公報

渦巻状のコイル導体間の磁気結合を高めることは、コモンモードフィルタの性能を向上させる点から見て極めて重要な事項である。しかしながら、上述した従来のコモンモードフィルタでは、磁性体層がコイル導体の中心部分を貫通している結果、磁性体層の体積が大きくなる。そのため、素体の焼成の際、非磁性体層と磁性体層との間の収縮量差による応力が界面に集中し、クラックが発生しやすいという問題があった。また、従来のコモンモードフィルタでは、磁性体層を貫通させるために、非磁性体層の中央部分に形成した貫通孔に導電性ペーストを付与するので、磁性体層の体積の制御が難しいという問題もあった。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、コイル導体間の磁気結合を確保しつつ、クラックの発生を抑制できる積層型コモンモードフィルタを提供することを目的とする。

上記課題の解決のため、本発明に係る積層型コモンモードフィルタは、渦巻き状のコイル導体が表面に形成された一対の非磁性体層を含む複数の非磁性体層と、複数の非磁性体層を挟む一対の磁性体層とが積層された素体を備え、複数の非磁性体層のそれぞれの表面には、コイル導体の内側領域に位置する磁性体層が設けられており、複数の非磁性体層が積層されることにより、磁性体と非磁性体とが積層方向に交互に並ぶ柱状部分が、一対の磁性体層間において内側領域に形成されていることを特徴としている。

この積層型コモンモードフィルタでは、渦巻状のコイル導体の内側領域に磁性体層が設けられているので、コイル導体間の磁気結合を確保できる。また、この磁性体層を含む柱状部分では、磁性体と非磁性体とが積層方向に交互に並ぶため、磁性体層がコイル導体の内側領域を貫通している場合と比較して、内側領域における磁性体層の体積が全体として小さく抑えられる。この結果、素体の焼成の際、非磁性体層と磁性体層との間の収縮量差が抑えられ、界面でのクラックの発生を抑制できる。さらに、この積層型コモンモードフィルタでは、非磁性体層に貫通孔を設けるのではなく、非磁性体層のそれぞれの表面に磁性体層を設けている。したがって、柱状部分における磁性体層の体積の制御が容易となる。

また、複数の非磁性体層のそれぞれの表面には、内側領域に対応して窪み部が設けられており、磁性体層が窪み部に設けられることにより、磁性体層がコイル導体に対して段違いになっていることが好ましい。この場合、柱状部分において非磁性体が占める体積が小さくなるので、積層型コモンモードフィルタの高さを変えずにコイル導体間の磁気結合を更に高めることが可能となる。

また、コイル導体が形成された非磁性体層には、コイル導体の外側領域に位置する磁性体層が更に設けられていることが好ましい。こうすると、外側領域の磁性体層によってコイル導体間の磁気結合を更に高められる。

また、コイル導体の厚さが、外側領域に位置する磁性体層の厚さよりも大きくなっていることが好ましい。この場合、コイル導体の厚さを確保することで、積層型コモンモードフィルタの直流抵抗を低減できる。コイル導体が厚くなった場合でも、内側領域及び外側領域に位置する磁性体層がスペーサとしても機能するので、素体内での空隙の発生も抑制できる。

また、柱状部分における磁性体の厚さと非磁性体の厚さとが均等であることが好ましい。この場合、素体の焼成の際、磁性体と非磁性体との間の収縮量差が一層効果的に抑えられる。また、非磁性体の厚さが磁性体の厚さよりも厚い場合に比べてコイル導体間の磁気結合を十分に確保できる。

また、柱状部分における磁性体の厚さが互いに均等であり、かつ非磁性体の厚さが互いに均等であることが好ましい。この場合、素体の焼成の際、磁性体と非磁性体との間の収縮量差が一層効果的に抑えられる。また、非磁性体の厚さが磁性体の厚さよりも厚い場合に比べてコイル導体間の磁気結合を十分に確保できる。

本発明によれば、コイル導体間の磁気結合を確保しつつ、クラックの発生を抑制できる。

本発明の第１実施形態に係る積層型コモンモードフィルタを示す斜視図である。図１に示した積層型コモンモードフィルタの素体の構成を示す分解斜視図である。図２に示した積層型コモンモードフィルタの素体の断面図である。本発明の第２実施形態に係る積層型コモンモードフィルタの素体の構成を示す分解斜視図である。図４に示した積層型コモンモードフィルタの素体の断面図である。本発明の第３実施形態に係る積層型コモンモードフィルタの素体の構成を示す分解斜視図である。図６に示した積層型コモンモードフィルタの素体の断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る積層型コモンモードフィルタの好適な実施形態について詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る積層型コモンモードフィルタを示す斜視図である。また、図２は、素体の構成を示す分解斜視図であり、図３は、素体の断面図である。図１に示すように、積層型コモンモードフィルタ１は、略直方体形状の素体２と、素体２の長手方向の両端部に形成された外部電極３〜６とを備えている。

外部電極３，５は、素体２の長手方向の一方の端面２ａにおいて、所定の間隔をもって素体２の積層方向に延在しており、外部電極３，５の両端部は、素体２の上面２ｃ及び底面２ｄに張り出した状態となっている。外部電極４，６は、素体２の長手方向の他方の端面２ｂにおいて、所定の間隔をもって素体２の積層方向に延在しており、外部電極４，６の両端部は、素体２の上面２ｃ及び底面２ｄに張り出した状態となっている。

素体２は、図２及び図３に示すように、渦巻き状の第１コイル導体３１及び第２コイル導体３４が表面に形成された一対の非磁性シート２２，２６を含む複数の非磁性体層１１と、非磁性体層１１を挟む一対の磁性体層１２，１２とが積層された積層体である。素体２は、導体パターンを形成したグリーンシートの焼成によって形成されており、実際の積層型コモンモードフィルタ１では、非磁性体層１１及び磁性体層１２を構成する各層同士は、視認できない程度に一体化されている。

磁性体層１２，１２は、それぞれ複数（本実施形態では４枚）の磁性シート２１の積層体である。焼成後の各磁性シート２１の厚さは、例えば２０μｍ〜４０μｍ程度となっている。磁性体層１２，１２は、非磁性体層１１を積層方向の上下から挟むように配置されており、上述した素体２の上面２ｃ及び底面２ｄを構成している。

非磁性体層１１は、複数層（本実施形態では６層）の非磁性シートの積層体である。より具体的には、非磁性体層１１は、第１コイル導体３１が形成された非磁性シート２２、第１引出導体３２が形成された非磁性シート２３、第１余白非磁性シート２４、第２引出導体３３が形成された非磁性シート２５、第２コイル導体３４が形成された非磁性シート２６、及び第２余白非磁性シート２７がこの順に積層されて構成されている。各磁性体３５の間に位置する焼成後の各非磁性シート２２〜２７の厚さは、例えば５μｍ〜２０μｍ程度となっている。

焼成後の渦巻状の第１コイル導体３１は、非磁性シート２２の表面において、例えば５μｍ〜２０μｍ程度の厚さで形成されている。第１コイル導体３１の外側端部３１ａは、素体２の端面２ｂまで引き出され、外部電極４に接続されている。また、第１コイル導体３１の内側端部３１ｂは、非磁性シート２２の中央側に伸びている。非磁性シート２２において、第１コイル導体３１の内側端部３１ｂに対応する位置には、非磁性シート２２を厚み方向に貫通するスルーホール導体（不図示）が形成されている。

焼成後の第１引出導体３２は、非磁性シート２３の表面において、第１コイル導体３１と同様に、例えば５μｍ〜２０μｍ程度の厚さで形成されている。第１引出導体３２の外側端部３２ａは、素体２の端面２ａまで引き出され、外部電極３に接続されている。また、第１引出導体３２の内側端部３２ｂは、非磁性シート２２のスルーホール導体に対応する位置に伸びている。これにより、第１コイル導体３１は、第１引出導体３２を介して外部電極３に接続されている。

焼成後の渦巻状の第２コイル導体３４は、非磁性シート２６の表面において、例えば５μｍ〜２０μｍ程度の厚さで形成されている。第２コイル導体３４の外側端部３４ａは、素体２の端面２ｂまで引き出され、外部電極６に接続されている。また、第２コイル導体３４の内側端部３４ｂは、非磁性シート２６の中央側に伸びている。非磁性シート２６において、第２コイル導体３４の内側端部３４ｂに対応する位置には、非磁性シート２６を厚み方向に貫通するスルーホール導体（不図示）が形成されている。

焼成後の第２引出導体３３は、非磁性シート２５の表面において、第２コイル導体３４と同様に、例えば５μｍ〜２０μｍ程度の厚さで形成されている。第２引出導体３３の外側端部３３ａは、素体２の端面２ａまで引き出され、外部電極５に接続されている。また、第２引出導体３３の内側端部３３ｂは、非磁性シート２６のスルーホール導体に対応する位置まで伸びている。これにより、第２コイル導体３４は、第２引出導体３３を介して外部電極５に接続されている。

さらに、各非磁性シート２２〜２７の表面には、第１コイル導体３１及び第２コイル導体３４の内側領域Ｒ１に位置する磁性体層３５がそれぞれ設けられている。磁性体層３５は、例えば印刷によって矩形にパターン形成され、焼成後の磁性体層３５の厚さは、例えば３μｍ〜１５μｍ程度となっている。第１コイル導体３１が形成された非磁性シート２２、及び第２コイル導体３４が形成された非磁性シート２６においては、磁性体層３５と第１コイル導体３１及び第２コイル導体３４との間には所定の間隔が設けられており、これらが互いに接触しないようになっている。

素体２においては、以上の非磁性シート２２〜２７が積層されることにより、図３に示すように、磁性体と非磁性体とが積層方向に交互に並ぶ柱状部分Ｐ１が、一対の磁性体層１２，１２間において第１コイル導体３１及び第２コイル導体３４の内側領域Ｒ１に形成されている。本実施形態では、非磁性シート２２〜２７の厚さと磁性体層３５の厚さとが等しくなっている。したがって、柱状部分Ｐ１では、磁性体と非磁性体とが積層方向に沿って均等の厚さで交互に並ぶと共に、第１コイル導体３１及び第２コイル導体３４と同一段に磁性体が配置されることとなる。

続いて、上述した積層型コモンモードフィルタ１の作製方法について説明する。

まず、磁性シート２１を構成する磁性グリーンシート、及び非磁性シート２２〜２７を構成する非磁性グリーンシートをそれぞれ用意する。非磁性グリーンシートは、例えばＦｅ_２Ｏ_３とＺｎＯとＣｕＯとの混合粉を原料としたスラリーを、ドクターブレード法によってフィルム上に塗布して形成する。Ｆｅ_２Ｏ_３とＺｎＯとＣｕＯとの混合粉の代わりに、誘電体材料（ＴｉＯ_２とＣｕＯとＮｉＯとＭｎＣＯとの混合粉等）や、酸化物セラミック材料（Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２、フォルステライト、ステアタイト、コージライト等、またはこれらの混合粉）を用いてもよい。

また、磁性グリーンシートは、例えばフェライト（例えば、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ−Ｍｇ系フェライト、Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト、又は、Ｎｉ−Ｃｕ系フェライト等）粉末を原料としたスラリーを、ドクターブレード法によってフィルム上に塗布して形成する。

次に、所定の非磁性グリーンシートにおけるスルーホール導体の形成予定位置に、レーザ加工等によってスルーホールを形成する。スルーホールの形成後、非磁性グリーンシートに、第１コイル導体３１、第１引出導体３２、第２コイル導体３４、及び第２引出導体３３に対応する導体パターンを形成する。各導体パターンは、例えば銀もしくはニッケルを主成分とする導体ペーストをスクリーン印刷した後、乾燥することによって形成される。各スルーホールには、各導体パターンの形成の際に導体ペーストが充填される。

導体パターンの形成の後、各非磁性グリーンシートの中央領域、すなわち、第１コイル導体３１及び第２コイル導体３４の内側領域Ｒ１となる領域に、磁性体層３５に対応する磁性体を印刷によってパターン形成する。磁性体としては、例えば磁性グリーンシートと同様のフェライト粉末を原料としたスラリーが用いられる。

磁性体を印刷した後、乾燥工程を経て各グリーンシートを順次積層して圧着し、チップ単位に切断する。その後、例えば８００℃〜９００℃の温度で所定時間の焼成を行い、素体２を得る。その後、素体２の端面２ａ，２ｂに外部電極３〜６を形成する。これにより、図１〜図３に示した積層型コモンモードフィルタ１が完成する。

外部電極３〜６は、素体２の端面２ａ，２ｂに銀、ニッケルもしくは銅を主成分とする電極ペーストを転写した後、例えば７００℃程度にて焼き付けを行い、更に電気めっきを施すことによって形成される。電気めっきには、Ｃｕ／Ｎｉ／Ｓｎ、Ｎｉ／Ｓｎ、Ｎｉ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｇ、又は、Ｎｉ／Ａｇ等を用いることができる。

以上説明したように、積層型コモンモードフィルタ１では、渦巻状の第１コイル導体３１及び第２コイル導体３４の内側領域Ｒ１に磁性体層３５が設けられているので、第１コイル導体３１と第２コイル導体３４との間の磁気結合を確保できる。また、この磁性体層３５を含む柱状部分Ｐ１では、磁性体と非磁性体とが積層方向に交互に並ぶため、磁性体層３５が内側領域Ｒ１を貫通している場合と比較して、内側領域Ｒ１における磁性体層３５の体積が全体として小さく抑えられる。この結果、素体２の焼成の際、非磁性体層１１と磁性体層３５との間の収縮量差が抑えられ、界面でのクラックの発生を抑制できる。

さらに、この積層型コモンモードフィルタ１では、非磁性体シート２２〜２７に貫通孔を設けるのではなく、非磁性体シート２２〜２７のそれぞれの表面に印刷等によって磁性体層３５を設けている。したがって、製造工程が簡単になると共に、柱状部分Ｐ１における磁性体層３５の体積の制御が容易となる。

また、積層型コモンモードフィルタ１では、非磁性シート２２〜２７の表面に形成される磁性体層３５の厚さが非磁性シート２２〜２７の厚さと揃えられており、柱状部分Ｐ１において交互に並ぶ磁性体の厚さと非磁性体の厚さとが均等になっている。これにより、素体２の焼成の際、磁性体と非磁性体との間の収縮量差を一層効果的に抑えることができる。また、非磁性体の厚さが磁性体の厚さよりも厚い場合に比べて、第１コイル導体３１と第２コイル導体３４との間の磁気結合を十分に確保できる。

［第２実施形態］
続いて、本発明の第２実施形態について説明する。図４は、本発明の第２実施形態に係る積層型コモンモードフィルタの素体の構成を示す分解斜視図である。また、図５は、素体の断面図である。

図４及び図５に示すように、第２実施形態に係る積層型コモンモードフィルタ４１は、柱状部分Ｐ２における磁性体層の位置が第１実施形態における柱状部分Ｐ１と異なっており、他の部分は第１実施形態と共通している。この積層型コモンモードフィルタ４１では、図４に示すように、内側領域Ｒ１に対応して非磁性シート２２〜２７の表面に矩形の窪み部４３がそれぞれ形成されており、第１コイル導体３１及び第２コイル導体３４の内側領域Ｒ１の磁性体層３５は、これらの窪み部４３に設けられている。

窪み部４３は、例えば非磁性グリーンシートをレーザトリミングすることによって焼成前に予め形成される。また、窪み部４３の深さは、例えば磁性体層３５の厚さの半分程度に設定されている。このような、非磁性シート２２〜２７が積層されることにより、図５に示すように、素体２の柱状部分Ｐ２では、磁性体と非磁性体とが積層方向に沿って均等の厚さで交互に並ぶと共に、第１コイル導体３１及び第２コイル導体３４とは段違いに磁性体が配置されることとなる。

このような積層型コモンモードフィルタ４１においても、第１実施形態と同様に、渦巻状の第１コイル導体３１及び第２コイル導体３４の内側領域Ｒ１に磁性体層３５が設けられているので、第１コイル導体３１と第２コイル導体３４との間の磁気結合を確保できる。また、磁性体層３５を含む柱状部分Ｐ２では、磁性体と非磁性体とが積層方向に交互に並ぶため、磁性体層３５が内側領域Ｒ１を貫通している場合と比較して、内側領域Ｒ１における磁性体層３５の体積が全体として小さく抑えられる。この結果、素体２の焼成の際、非磁性体層１１と磁性体層３５との間の収縮量差が抑えられ、界面でのクラックの発生を抑制できる。

また、積層型コモンモードフィルタ４１では、複数の非磁性シート２２〜２７のそれぞれの表面に、内側領域Ｒ１に対応して窪み部４３が設けられており、磁性体層３５が窪み部４３に設けられることにより、磁性体層３５が第１コイル導体３１及び第２コイル導体３４に対して段違いになっている。このような構成により、柱状部分Ｐ２において非磁性体が占める体積が小さくなるので、積層型コモンモードフィルタ４１の高さを変えずに第１コイル導体３１と第２コイル導体３４との間の磁気結合を更に高めることが可能となる。

［第３実施形態］
続いて、本発明の第３実施形態について説明する。図６は、本発明の第３実施形態に係る積層型コモンモードフィルタの素体の構成を示す分解斜視図である。また、図７は、素体の断面図である。

図６及び図７に示すように、第２実施形態に係る積層型コモンモードフィルタ５１は、第１コイル導体３１が形成されている非磁性シート２２、及び第２コイル導体３４が形成されている非磁性シート２６の構成が第１実施形態と異なっており、他の部分は第１実施形態と共通している。

すなわち、第３実施形態では、非磁性シート２２，２６の表面において、第１コイル導体３１及び第２コイル導体３４の外側領域Ｒ２に位置する磁性体層５２，５３が更に設けられている。この磁性体層５２，５３は、例えば印刷によって第１コイル導体３１及び第２コイル導体３４の外側端部３１ａ，３４ａに相当する部分を除く非磁性シート２２，２６の周縁部に形成されている。焼成後の磁性体層５２，５３の厚さは例えば１５μｍ〜４０μｍ程度となっている。

また、非磁性シート２２，２６では、第１コイル導体３１、第２コイル導体３４、及び内側領域Ｒ１の磁性体層３５の厚さが例えば２０μｍ〜５０μｍ程度となっており、第１実施形態に比べて厚くなっている。したがって、柱状部分Ｐ３では、磁性体と非磁性体とが積層方向に沿って交互に並ぶと共に、第１コイル導体３１及び第２コイル導体３４と同一段に磁性体が配置される点で第１実施形態の柱状部分Ｐ１と同じであるが、第１コイル導体３１及び第２コイル導体３４と同一段の磁性体が他段の磁性体に比べて厚くなっている。

このような積層型コモンモードフィルタ５１においても、第１実施形態と同様に、渦巻状の第１コイル導体３１及び第２コイル導体３４の内側領域Ｒ１に磁性体層３５が設けられているので、第１コイル導体３１と第２コイル導体３４との間の磁気結合を確保できる。また、磁性体層３５を含む柱状部分Ｐ１では、磁性体と非磁性体とが積層方向に交互に並ぶため、磁性体層３５が内側領域Ｒ１を貫通している場合と比較して、内側領域Ｒ１における磁性体層３５の体積が全体として小さく抑えられる。この結果、素体２の焼成の際、非磁性体層１１と磁性体層３５との間の収縮量差が抑えられ、界面でのクラックの発生を抑制できる。

また、積層型コモンモードフィルタ５１では、第１コイル導体３１及び第２コイル導体３４が形成された非磁性体層２２，２６において、第１コイル導体３１及び第２コイル導体３４の外側領域Ｒ２に位置する磁性体層５２，５３が更に設けられている。これにより、第１コイル導体３１及び第２コイル導体３４の外側においても磁束が通り易くなるので、第１コイル導体３１及び第２コイル導体３４間の磁気結合を更に高められる。なお、外側領域Ｒ２の磁性体層５２，５３は、印刷等によって内側領域Ｒ１の磁性体層３５と同時に形成することが製造工程上好ましい。

さらに、積層型コモンモードフィルタ５１では、第１コイル導体３１及び第２コイル導体３４の厚さが、外側領域Ｒ２に位置する磁性体層５２，５３の厚さよりも大きくなっている。このように、第１コイル導体３１及び第２コイル導体３４の厚さを拡張することで、積層型コモンモードフィルタ５１の直流抵抗を低減できる。また、第１コイル導体３１及び第２コイル導体３４が厚くなった場合でも、外側領域Ｒ２に位置する磁性体層５２，５３がスペーサとしても機能するので、素体２内での空隙の発生も抑制できる。

本発明は上記実施形態に限られるものではない。例えば非磁性体層１１を挟む磁性体層１２は、複数の磁性シート２１を積層して形成する代わりに磁性体基板を用いてもよい。また、非磁性シート２２〜２７の内側領域Ｒ１に形成する磁性体層３５は、印刷に代えて、磁性シートの積層によって形成してもよい。

１，４１，５１…積層型コモンモードフィルタ、２…素体、１１…非磁性体層、１２…磁性体層、２１…磁性シート、２２〜２７…非磁性シート、３１…第１コイル導体、３４…第２コイル導体、３５…磁性体層、４３…窪み部、５２，５３…磁性体層、Ｐ１〜Ｐ３…柱状部分、Ｒ１…内側領域、Ｒ２…外側領域。

Claims

渦巻き状のコイル導体が表面に形成された一対の非磁性体層を含む複数の非磁性体層と、前記複数の非磁性体層を挟む一対の磁性体層とが積層された素体を備え、
前記複数の非磁性体層のそれぞれの表面には、前記コイル導体の内側領域に位置する磁性体層が設けられており、
前記複数の非磁性体層が積層されることにより、磁性体と非磁性体とが積層方向に交互に並ぶ柱状部分が、前記一対の磁性体層間において前記内側領域に形成され、
前記複数の非磁性体層のそれぞれの表面には、前記内側領域に対応して窪み部が設けられており、
前記磁性体層が前記窪み部に設けられることにより、前記磁性体層が前記コイル導体に対して段違いになっていることを特徴とする積層型コモンモードフィルタ。
前記コイル導体が形成された前記非磁性体層には、前記コイル導体の外側領域に位置する磁性体層が更に設けられていることを特徴とする請求項１記載の積層型コモンモードフィルタ。
前記コイル導体の厚さが、前記外側領域に位置する磁性体層の厚さよりも大きくなっていることを特徴とする請求項２記載の積層型コモンモードフィルタ。
前記柱状部分における前記磁性体の厚さと前記非磁性体の厚さとが均等であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の積層型コモンモードフィルタ。
前記柱状部分における前記磁性体の厚さが互いに均等であり、かつ前記非磁性体の厚さが互いに均等であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の積層型コモンモードフィルタ。