(57)【要約】【課題】  簡単な構造で、高周波信号源から発せられる電磁ノイズを効果的に減衰させることができ、且つ回路基板などへの実装が容易なフィルタを提供する。【解決手段】  Ｆｅ，Ｃｒ，Ｐ，Ｃ，Ｂ，Ｓｉを含む軟磁性特性の金属ガラス合金で形成された絶縁基板２２に電極２３，２４が形成され、またインダクタを構成する導電体層２５，２６と、さらにコンデンサを構成する導電体層３１，３２および接地用電極３５が形成されている。Ｌ−Ｃ回路構成のローパルフィルタに、金属ガラス合金の信号減衰特性とを兼ね備えることにより、高周波回路から発せられる高周波成分の電磁ノイズを効果的に除去できる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟磁性ガラス合金を少なくとも一部に含む絶縁基板と、前記絶縁基板の両端部に設けられた一対の電極と、両電極間を接続して前記絶縁基板に重ねられた導電体層と、を有することを特徴とするフィルタ。
【請求項２】
前記絶縁基板が、所定周波数の高周波信号を減衰させる能力を有している請求項１記載のフィルタ。
【請求項３】
前記絶縁基板は、Ｆｅ（鉄）を主成分とし、少なくともＣｒ（クロム）とＢ（ほう素）およびＳｉ（ケイ素）を含む請求項１または２記載のフィルタ。
【請求項４】
前記絶縁基板は、さらにＰ（リン）とＣ（炭素）を含む請求項３記載のフィルタ。
【請求項５】
前記導電体層が、コイルパターンで形成されている請求項１ないし４のいずれかに記載のフィルタ。
【請求項６】
一方の電極から延びる容量形成導電体層と、他方の電極から延びる容量形成導電体層との間に誘電体が介在して、両電極間にコンデンサが形成されている請求項１ないし５のいずれかに記載のフィルタ。
【請求項７】
接地用電極が設けられており、この接地用電極と、前記電極の一方との間に接地コンデンサが形成されている請求項１ないし６のいずれかに記載のフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波電磁ノイズを減衰させる機能を有するフィルタに係り、特に、電子装置の回路基板への実装を容易にしたフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の回路基板などでは、高周波信号による電磁障害（ＥＭＩ：Electro Magnetic Interference）の影響を避けるためにＥＭＩフィルタが使用される。
【０００３】
以下の特許文献１には、Ｎｉ・Ｚｎ（ニッケル亜鉛）合金などの軟磁性材料で形成された板状のＥＭＩフィルタが開示されている。このＥＭＩフィルタは板状であり、回路基板に形成された複数の導電パターンが覆われるようにして使用されるものであり、導電パターンを流れる高周波電流により誘起される磁束をＥＭＩフィルタで捕捉して、電磁障害の発生を防止しようとするものである。
【０００４】
また、特許文献２には、網状または板状の電磁シールド部材が開示されている。この電磁シールド部材は、軟磁性特性を示す金属ガラス合金で形成されている。この電磁シールド部材で保護すべき回路部分を覆うことにより、近接する位置に配置されている高周波回路から電磁障害を受けるのを防止できるというものである。
【０００５】
特許文献３には、チップ型のＥＭＩフィルタが設けられている。このＥＭＩフィルタは、誘電体および磁性体を含有する基板の表裏両面に電極が形成され、前記誘電体を挟んで対向する前記電極間でコンデンサを形成するとともに、基板に形成される導線と前記磁性体とでインダクタを構成したものである。このＬＣ構成のＥＭＩフィルタで、電磁障害を減衰させることを目的としている。
【特許文献１】特開平１０−２６１８８９号公報
【特許文献２】特開平１１−７１６５６号公報
【特許文献３】特開平８−６５０７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載のフィルタや特許文献２に記載の電磁シールド部材は、板状や網状に構成されたものであるため、回路基板に実装する際には、板状体または網状体を、回路基板の表面の導電パターンを覆うようにして設置し、さらに基板に接着するなどの取り付け手法が必要になり、実装作業が煩雑である。また薄い基板や湾曲させて配線するフレキシブル基板に前記板状体または網状体を重ねてしまうと、基板が厚く且つ剛性の高いものになり、引き回しが大変になる。
【０００７】
また、特許文献１や特許文献２に記載のものは、前記板状体や前記網状体の軟磁性特性によって電磁シールドが有効な高周波周波数帯域が決められ、しかもその減衰率にも限界があるため、例えば、実際に回路から発生している所定の周波数帯域の電磁ノイズをその周波数帯域で急峻に減衰させるなどの能力を発揮できない。
【０００８】
特許文献３に記載のＥＭＩフィルタは、チップ型であるため、回路基板への実装に便利であるが、基本的にＬ−Ｃ構造のローパスフィルタであるため、減衰帯域の減衰ゲインを急峻に増加できるものではない。例えばフィルタの減衰域にリプル（うねり）を形成して、所定の周波数帯域に対して急峻な減衰能力を持つものとして連立チェビシェフ型ローパスフィルタが知られているが、このフィルタは、回路構成が複雑であり、チップ型に構成した場合には非常に高価なものとなる。
【０００９】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、回路基板などへの実装を容易にし、しかも電磁障害に対して有効なシールド機能を発揮できるフィルタを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のフィルタは、軟磁性ガラス合金を少なくとも一部に含む絶縁基板と、前記絶縁基板の両端部に設けられた一対の電極と、両電極間を接続して前記絶縁基板に重ねられた導電体層と、を有することを特徴とするものである。
【００１１】
本発明のフィルタは、絶縁基板が軟磁性特性を発揮するガラス合金で形成され、この絶縁基板が導電体層に重ねられることにより、基板自体が高周波信号に対する減衰能力を発揮できる。したがって、絶縁基板に複雑な回路を搭載しなくても電磁障害に対応でき、また小型に構成されるため、回路基板への実装も容易である。
【００１２】
特に本発明のフィルタは、前記絶縁基板が、所定周波数の高周波信号を減衰させる能力を有しているものであり、例えば、前記絶縁基板は、Ｆｅ（鉄）を主成分とし、少なくともＣｒ（クロム）とＢ（ほう素）およびＳｉ（ケイ素）を含むガラス合金で形成されていることが好ましい。
【００１３】
また、本発明は、前記絶縁基板は、さらにＰ（リン）とＣ（炭素）を含むことが好ましい。
【００１４】
上記のガラス合金を使用すると、電磁障害となる高周波信号の特定の周波数帯域に対して、その信号を急峻に減衰させる機能を発揮できるようになる。
【００１５】
さらに本発明は、前記導電体層が、コイルパターンで形成されているものや、一方の電極から延びる容量形成導電体層と、他方の電極から延びる容量形成導電体層との間に誘電体が介在して、両電極間にコンデンサが形成されているもの、または、接地用電極が設けられており、この接地用電極と、前記電極の一方との間に接地コンデンサが形成されているものが好ましい。
【００１６】
前記コイルのインダクタンスまたはコンデンサを備えることにより、電磁障害を急峻に減衰できる周波数帯域の調節も可能である。またインダクタンスとコンデンサとを備えることにより、前記周波数の調整と、さらに特定の周波数に対する減衰ゲインを設定することも可能である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のフィルタは、絶縁基板をガラス合金で形成したため、それ自体が電磁ノイズを吸収する能力を有するため、複雑な回路を搭載することなく、電磁ノイズを有効に減衰させることができる。また、チップ型であるため、回路基板への実装も容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は本発明の第１の実施の形態のチップ型のフィルタ１を示す斜視図、図２は前記フィルタ１の断面図である。
【００１９】
このフィルタ１は、小型のものであり、平面視での長辺の長さが５ｍｍ以下で例えば１ｍｍ、短辺の長さが３ｍｍ以下で例えば０．５ｍｍ、厚みが１ｍｍ以下で例えば０．３ｍｍ程度である。
【００２０】
フィルタ１は、絶縁基板２とこの絶縁基板の両端部に設けられた電極３および電極４と、電極３と電極４とを導通させ、且つ絶縁基板２に積層された導電体層５を有している。
【００２１】
前記絶縁基板２は軟磁性特性を発揮する合金であり、結晶構造を持たない非晶質であり金属ガラスである。前記絶縁基板２は、Ｆｅ（鉄）を主成分とし、少なくともＣｒ（クロム）とＢ（ほう素）およびＳｉ（ケイ素）を含むものである。Ｆｅは軟磁気特性を発揮する金属成分である。Ｃｒは、耐食性を持たせるための金属成分である。Ｂは、非晶質を形成するための成分である。またＳｉは、金属ガラスの形状を維持する機能を発揮する。
【００２２】
また、前記絶縁基板２は、さらにＰ（リン）とＣ（炭素）を含むものであってもよい。ＰとＣは、金属ガラスが軟磁気特性を維持した状態で、且つ耐食性を向上させる機能を発揮する。Ｂは１０〜２２ａｔ％（原子％）の範囲で添加されることが好ましい。Ｂが前記範囲で添加されることにより、金属ガラスの形態を維持できるようになる。Ｃｒ、Ｐ、Ｃは、全体で１５ａｔ％以下の範囲で添加されることが好ましい、Ｃｒ、Ｐ、Ｃが１５ａｔ％以下であれば、これら成分が金属ガラスの軟磁気特性を劣化させるのを防止できる。また、Ｓｉも軟磁気特性を阻害しないように１５ａｔ％以下の範囲で含まれる。
【００２３】
絶縁基板は、好ましくはＦｅ−Ｃｒ−Ｐ−Ｃ−Ｂ−Ｓｉ合金で、「リカロイ：Liqualloy」（アルプス電気株式会社の登録商標）が使用される。
【００２４】
前記金属ガラス合金の製造方法は、例えば、前記金属材料および半金属材料などを坪量し、これを坩堝内で、高周波誘導加熱で溶融状態とする。溶融金属を坩堝の穴から流出させ、この溶融金属にジェット水流を与えることで急冷させて、非晶質の金属ガラス合金を粉末状に形成する。
【００２５】
前記金属ガラス合金で所定の厚みの絶縁基板２を製造する方法は、前記粉末とバインダーとで直径が５０〜１００μｍ程度の粒状体を形成し、粉末プレス機によって前記粒状体の集合体を加圧成形する。成形された加圧体を熱処理し、さらに粉末が脱落しないように、樹脂をコーティングする。あるいは、前記粉末とバインダーとから成るスラリーを、ドクターブレードでシート化し、さらに加熱プレス機で加熱し加圧することで形成される。また、予め金属ガラス合金の粉末と硬質の球とを混合して攪拌するなどの手段で、個々の粉末を扁平な鱗片状とし、その後に、ドクターブレードでシート化してもよい。
【００２６】
以上の工程で製造された絶縁基板２は、非晶質の金属ガラス合金の粉末または粒子あるいは鱗片の集合体が加熱され、加圧されて密着した構造であり、一部バインダー樹脂が含まれていることが有り得る。前記「リカロイ」などの金属ガラス合金は、ガラス転移点Ｔｇが３８０〜５００℃、保磁力Ｈｃが２〜５Ａ／ｍ、硬度Ｈｖが９００〜１０００の範囲であることが好ましい。前記範囲であると、耐熱性に優れ、また軟磁気特性を有し、さらに機械的強度の高いものとなる。
【００２７】
図１と図２に示すフィルタ１は、前記金属ガラス合金で形成された絶縁基板２の両端面に形成された電極３，４がＡｕ（金）などの低抵抗材料で形成されている。また、導電体層５はＡｇ（銀）、Ａｇ・Ｐｄ合金（銀・パラジウム合金）、Ｃｕ（銅）などの低抵抗材料で形成されている。
【００２８】
図１１は、前記フィルタ１の実装例を示している。図１１に示すフレキシブル基板１０は絶縁性であり、携帯電話やディジタルカメラ、ディジタルビデオカメラ、ディジタルオーディオ、あるいはゲーム装置などに実装されるものである。フレキシブル基板１０の裏面に形成されている導電パターン１１は高周波信号ラインとして使用され、例えば８００ＭＨｚなどの高周波帯域の信号が流れる。フレキシブル基板１０の表面に形成されている導電パターン１２は、前記導電パターン１１に流れる信号よりも低周波数の信号が流れるものであり、例えば、液晶パネルに与えられるビデオ信号、音声信号、送受信信号などの信号ラインである。
【００２９】
図１１に示すように、チップ型のフィルタ１は、前記導電パターン１２の上に半田付けで実装される。この実装作業では、他のチップ型部品と同様に自動マウント装置を用いて自動実装することが可能である。図１１では、フィルタ１が連続している導電パターン１２の上に設置され、電極３，４が導電パターン１２の上に半田付けされている。または、導電パターン１２に途切れる部分と、この途切れる部分の両側に間隔を空けたランド部を形成し、電極３，４をそれぞれランド部に半田付けして、フィルタ１によって導電パターン１２を繋ぐ構造としてもよい。チップ型のフィルタ１が、連続している導電パターン１２上に実装されている場合には、導電パターン１２に流れる信号が、この導電パターン１２とフィルタ１の導電体層５に分流する。したがって、フィルタ１を連続している導電パターン１２の上に実装する場合には、フィルタ１の導電体層５を省略し、絶縁基板２の両端部に電極３，４が形成された構造とすることも可能である。
【００３０】
前記金属ガラス合金を導電体層に近接して配置すると、導電体層を通過する電流で誘導される磁束を軟磁性材料である金属ガラス合金が吸収して熱に変換する。したがって、図１１に示す高周波信号ラインである導電パターン１１から導電パターン１２に重畳された高周波ノイズを、フィルタ１の絶縁基板２で吸収して熱に変換でき、ノイズ成分を減衰させることが可能である。
【００３１】
上記のように、高周波電流で誘起される磁束が磁性体で吸収される場合、その吸収能力すなわち熱への変換能力は、磁性体の透磁率の損失分（μ“）に依存するものであり、前記損失分が大きいほど、高周波成分に対する減衰能力が高くなる。前記絶縁基板２は、一般的な磁性金属材料に比べて電気的抵抗が低く実質的に電気的絶縁材料で形成されているため、数ＭＨｚから数百Ｈｚの高周波帯域の電流で誘起される磁束に対しても高い透磁率を示し、前記磁束を吸収する能力を発揮することができる。
【００３２】
図８は、軟磁気特性を発揮する前記金属ガラス合金の周波数特性を示している。横軸はノイズ源となる高周波信号の周波数であり、縦軸は減衰ゲインである。金属ガラス合金は、これに近接した位置を流れる高周波電流を減衰させる機能を有しており、特に所定の周波数帯において、その信号強度を急峻に減衰させるリプルνが発生する。したがって、リプルνの周波数帯域を高周波ラインである導電パターン１１に流れる高周波信号、すなわち電磁障害を発生する高周波の周波数帯域に合わせることにより、導電パターン１２に重畳する高周波ノイズを減衰させることが可能である。
【００３３】
前記リプルνの周波数帯域は、絶縁基板２を構成しているＦｅなどの成分の含有比を変えることで調整可能であり、また絶縁基板２の厚み寸法を変えることによっても調整可能である。一般的に非晶質の磁性金属材料を製造するときには、溶融された金属をダイから押し出しながら急冷して結晶構造の生成を防止するものであるため、形状に自由度がなく、また薄い板状にしか形成できない。しかし、この実施の形態では、非晶質である金属ガラス合金の粉体を使用して所定の形状を成形しているため、絶縁基板２の形状や厚みを比較的自由に設定でき、よってリプルνの周波数帯域の調整も容易である。
【００３４】
図３は本発明の第２の実施の形態のフィルタ２１を示す斜視図、図４は前記フィルタ２１の縦断面図である。また、図７は、前記フィルタ２１の等価回路図である。
【００３５】
このフィルタ２１は、前記金属ガラス合金で形成された絶縁基板２２の一方の端部に電極２３が形成され、他方の端部に電極２４が形成されている。絶縁基板２２の一方の面２２ａには、その表面を平坦化するためのＳｉＯ２などの下地膜が形成され、その表面に導電体層２５が形成されている。この導電体層２５は、一方の電極２３に接続されており、絶縁基板２２の一方の面２２ａの表面において平面渦巻きパターンで形成されコイルパターンとなっている。絶縁基板２２の前記面２２ａには、他方の電極２３に接続された導電体層２６が設けられ、この導電体層２６は、前記導電体層２５の上に有機絶縁膜２７を介して短絡しないように重ねられている。そして、導電体層２６の先部２６ａは、導電体層２５の渦巻きパターンの巻き中心部２５ａに接続されている。
【００３６】
導電体層２５と２６は、Ｃｕ（銅）、Ａｇ、またはＡｇ・Ｐｄ合金などで形成されたものであり、前記有機絶縁膜２７はポリイミド樹脂などで形成されている。
【００３７】
図７の等価回路図に示すように、フィルタ２１では、前記導電体層２５と導電体層２６とで、インダクタＬが形成されている。なお、このインダクタＬを形成するための導電体層のパターン形状は、図３に示すような渦巻きパターンである必要はなく、例えば両端部が電極２３と電極２４とに接続された導電体層によってミアンダ（ジグザク）パターンに形成されたものであってもよい。
【００３８】
図４に示すように、絶縁基板２２の他方の面２２ｂには、電極２４に接続された容量形成導電体層３１が形成され、この容量形成導電体層３１の下方に、他方の電極２３に接続された容量形成導電体層３２が形成されている。容量形成導電体層３１と容量形成導電体層３２とは、所定の誘電率を有する絶縁層３３を介して対面している。図７に示すように、前記容量形成導電体層３１，３２とその間に挟まれた絶縁層３３とによってコンデンサＣ１が形成されている。
【００３９】
図４に示すように、容量形成導電体層３２の下には所定の誘電率を有する絶縁層３４が形成され、その下面に接地用電極３５が形成されている。図３に示すように、接地用電極３５は、チップ型のフィルタ２１の底面から側面にかけて形成されている。図７に示すように、前記容量形成導電体層３２と接地用電極３５および絶縁層３４によって、接地コンデンサＣ２が形成されている。
【００４０】
前記容量形成導電体層３１と３２は、前記導電体層２５，２６と同じ導電性材料で形成されており、接地用電極３５は、前記電極２３，２４と同じ導電性材料で形成されている。絶縁層３３と３４は誘電率を有する絶縁材料であればどのようなものであってもよく、例えばポリイミド樹脂などの有機絶縁材料で形成される。ただし、この実施の形態では、前記絶縁層３３と３４とが前記絶縁基板２２と同じ金属ガラス合金で形成されることが好ましい。インダクタンスＬを形成する導電体層２５，２６が近接している絶縁基板２２および、コンデンサＣ１を形成する絶縁層３３と、接地コンデンサＣ２を形成する絶縁層３４を、共に前記金属ガラス合金で形成することにより、図８に示した金属ガラス合金の高周波成分の減衰能力を、インダクタＬとコンデンサＣ１，Ｃ２の全てに反映させることができる。
【００４１】
図９は、図７に示す等価回路と同等の回路を有し、且つ金属ガラス合金を使用していないＬ−Ｃローパスフィルタの減衰ゲインの周波数特性を示している。図７に示す等価回路と同等の回路を有するフィルタでは、高周波帯域を減衰させることができるが、周波数特性の上昇に対する減衰率の変化が緩やかである。ただし、図３と図４に示すフィルタ２１は、少なくとも絶縁基板２２が図８の周波数・減衰特性を有する金属ガラス合金で形成されているため、電極２３を入力側とし、電極２４を出力側としたときに、図８に示す特性と図９に示す特性の双方を兼ね備えた図１０に示す周波数・減衰特性を得ることができる。
【００４２】
図１０に示す特性は、高周波帯域で入力信号を大幅に減衰させることができ、しかも所定の周波数帯域において局部的に大きな減衰能力を発揮するリプルν１の特性を持たせることができる。すなわち、回路構成は単純なＬ−Ｃ構成でありながら、金属ガラス合金を使用することにより、連立チェビシェフ型ローパスフィルタに近似した周波数・減衰特性を得ることができる。
【００４３】
図３と図４に示すフィルタ２１を、図１１に示すフレキシブル基板１０に実装するには、電磁障害からの影響を防ぐべき導電パターン１２の途中に間欠部を形成し、その両側の導電パターン１２に形成されたランド部に、電極２３と２４を半田付けし、導電パターン１２の信号線がフィルタ２１を介して接続された状態とする。また、途切れた左右の導電パターン１２の間に接地パターンを形成し、接地用電極３５をこの接地パターンに半田付けする。
【００４４】
導電パターン１２に前記フィルタ２１を実装すると、高周波信号ラインである導電パターン１１から発せられた高周波電磁ノイズ、または他の高周波回路から発生した高周波電磁ノイズが、導電パターン１２に重畳しても、このノイズを減衰させることができる。特に、図１０に示すリプルν１の周波数帯域を、ノイズ発生源の高周波周波数に一致させることにより、高周波電磁ノイズを効果的に減衰させることができる。
【００４５】
図１０に示すルプルν１の周波数帯域およびリプルν１の帯域での減衰ゲインは、図７の等価回路に示されるインダクタＬのインダクタンスおよびコンデンサＣ１，Ｃ２のキャパシタンスを調整することで自由に設定することが可能である。
【００４６】
図５は本発明の第３の実施の形態のフィルタ４１を示す斜視図、図６は前記フィルタ４１の縦断面図である。
【００４７】
図５と図６に示すフィルタ４１は、図３と図４に示す第２の実施の形態のフィルタ２１からコンデンサＣ１，Ｃ２の構造を削除したものであり、フィルタ４１は、金属ガラス合金で形成された絶縁基板２２が持つ図８に示す周波数・減衰特性に、さらにインダクタＬの構成を付加したものである。
【００４８】
このフィルタ４１は、インダクタＬのインダクタンスを変えることにより、図８に示す金属ガラス合金の周波数・減衰特性におけるリプルνの周波数帯域を、高周波ノイズ発生源の周波数に合わせることが可能である。
【００４９】
また、図１と図２に示すフィルタ１に、コンデンサ構造を持たせることによっても、前記リプルν１の周波数帯域を変えて調整することが可能である。
【００５０】
なお、図１１では、複数の導電パターン１２のそれぞれに対して１：１の関係でフィルタを実装することを想定しているが、前記各フィルタを、複数の導電パターン１２間の短絡を防止できる構造とすることにより、１つのフィルタを複数の導電パターン１２に対して取り付けることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１の実施の形態のフィルタを示す斜視図、
【図２】第１の実施の形態のフィルタの縦断面図、
【図３】本発明の第２の実施の形態のフィルタを示す斜視図、
【図４】第２の実施の形態のフィルタの縦断面図、
【図５】本発明の第３の実施の形態のフィルタを示す斜視図、
【図６】第３の実施の形態のフィルタの縦断面図、
【図７】第２の実施の形態のフィルタの透過回路図、
【図８】金属ガラス合金の電磁ノイズに対する周波数・減衰特性を示す線図、
【図９】図７の等価回路と同等のＬ−Ｃローパスフィルタの周波数・減衰特性を示す線図、
【図１０】第２の実施の形態のフィルタの周波数・減衰特性を示す線図、
【図１１】フィルタの実装例を示す斜視図、
【符号の説明】
【００５２】
１  フィルタ
２  絶縁基板
３，４  電極
５  導電体層
１０  フレキシブル基板
１１  高周波信号ラインの導電パターン
１２  フィルタが実装される導電パターン
２１  フィルタ
２２  絶縁基板
２３，２４  電極
２５，２６  導電体層
２７  有機絶縁膜
３１，３２  容量形成導電体層
３３，３４  絶縁層
３５  接地用電極
４１  フィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2007134793.tif 000005
【図４】
2007134793.tif 000006
【図５】
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【図６】
2007134793.tif 000008
【図７】
2007134793.tif 000009
【図８】
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【図９】
2007134793.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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