(57)【要約】【課題】広帯域で高ノイズ減衰量を得るうえで好適なコモンモードフィルタを提供する。【解決手段】磁性コアと、前記磁性コアに巻回された一対の導線とを備える表面実装型のコモンモードフィルタであって、前記磁性コアは、透磁率の周波数依存性が異なる複数の磁性部材を、同じ形状の平面同士が対向するように貼り合わせて構成され、前記磁性コアの外周面のうち前記平面と直交する一面を実装面とし、前記一対の導線が接続される複数の端子電極が、前記実装面に形成されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性コアと、前記磁性コアに巻回された一対の導線とを備える表面実装型のコモンモードフィルタであって、
前記磁性コアは、透磁率の周波数依存性が異なる複数の磁性部材を、同じ形状の平面同士が対向するように貼り合わせて構成され、
前記磁性コアの外周面のうち前記平面と直交する一面を実装面とし、
前記一対の導線が接続される複数の端子電極が前記実装面に形成されていることを特徴とするコモンモードフィルタ。
【請求項２】
前記各磁性部材は、一体で閉磁路を構成していることを特徴とする請求項１に記載のコモンモードフィルタ。
【請求項３】
前記磁性コアは、前記平面に垂直な方向から見て、外形が矩形の環状であることを特徴とする請求項１または２に記載のコモンモードフィルタ。
【請求項４】
前記磁性コアは、前記複数の磁性部材としてそれぞれＮｉ−Ｚｎ系フェライトと磁化容易面を持つ六方晶フェライトを用いて構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のコモンモードフィルタ。
【請求項５】
前記六方晶フェライトを用いて構成されている磁性部材は、前記平面方向に六方晶フェライトの磁化容易面が配向していることを特徴とする請求項４に記載のコモンモードフィルタ。
【請求項６】
前記磁性コアを構成する磁性部材同士は、前記実装面において離間していることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のコモンモードフィルタ。
【請求項７】
前記磁性コアを構成する磁性部材同士は、前記実装面において前記導線の太さを超えて離間していることを特徴とする請求項６に記載のコモンモードフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器間等の信号伝送においてコモンモードノイズを除去するコモンモードフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
パーソナルコンピュータや携帯端末等の電子機器における信号伝送速度の高速化や駆動周波数の高周波化が進んでいる。例えば、伝送速度４００ＭｂｐｓのＩＥＥＥ１３９４ａや伝送速度４８０ＭｂｐｓのＵＳＢ２.０の規格はすでに広く普及しており、より高速なＨＤＭＩ（７００Ｍｂｐｓ）、ＩＥＥＥ１３９４ｂ（８００Ｍｂｐｓ）もひかえる。これらの高速差動伝送において用いられるコモンモードフィルタなどのコイル部品は、高周波に対応したものであること、小型であることなどが要求される。例えば、特許文献１にはコアの巻き線部に複数本のワイヤが巻回されたコモンモードチョークコイルの一例が開示されている。特許文献１のコモンモードチョークコイルは、特に、前記コアよりも比透磁率の小さいフェライトを用いて、ワイヤを覆うように設けられた磁気シールド部を構成することによって、高周波におけるコモンモードインピーダンスの改善を図っている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１６８６１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、例えば特許文献１に示す構成では、ワイヤを巻回するコアが構成する磁路と磁気シールド部が構成する磁路とが直列的に配置されることになり、透磁率の低い磁気シールド部に引きずられて実効透磁率が抑えられてしまう。そのため、高いノイズ減衰量を広帯域で維持することが困難であり、例えば、高周波化に伴って数ＧＨｚ程度まで高いノイズ減衰量が要求される場合や広帯域で高いノイズ減衰量が要求される場合には、十分対応できるものではなかった。
【０００５】
そこで、本発明は、広帯域で高ノイズ減衰量を得るうえで好適なコモンモードフィルタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のコモンモードフィルタは、磁性コアと、前記磁性コアに巻回された一対の導線とを備える表面実装型のコモンモードフィルタであって、前記磁性コアは、透磁率の周波数依存性が異なる複数の磁性部材を、同じ形状の平面同士が対向するように貼り合わせて構成され、前記磁性コアの外周面のうち前記平面と直交する一面を実装面とし、前記一対の導線が接続される複数の端子電極が前記実装面に形成されていることを特徴とする。かかる構成によれば、透磁率の周波数依存性が異なる複数の磁性部材が構成する磁路を並列的に構成できるため、該複数の磁性部材のそれぞれの特性を活かすことができ、広帯域で高ノイズ減衰量を実現するうえで好適なコモンモードフィルタを提供することができる。
【０００７】
また、前記コモンモードフィルタにおいて、前記各磁性部材は、一体で閉磁路を構成していることが好ましい。かかる構成は、磁性コアが構成する磁路にギャップが形成されないため、高インピーダンスを維持し、高ノイズ減衰量の実現に寄与する。
【０００８】
さらに、前記コモンモードフィルタにおいて、前記磁性コアは、前記平面に垂直な方向から見て、外形が矩形の環状であることが好ましい。かかる構成によれば、磁性コアのうち実質的に磁路形成に寄与しない部分を排除することができるため、コモンモードフィルタの小型化に寄与する。
【０００９】
さらに、前記コモンモードフィルタにおいて、前記磁性コアは、前記複数の磁性部材としてそれぞれＮｉ−Ｚｎ系フェライトと磁化容易面を持つ六方晶フェライトを用いて構成されていることが好ましい。Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトと、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトよりも透磁率を高周波まで維持する磁化容易面を持つ六方晶フェライトを用いることにより、特に、ＧＨｚ帯に架かる高周波帯域におけるノイズ減衰量の広帯域化を図ることができる。
【００１０】
さらに、前記コモンモードフィルタにおいて、前記六方晶フェライトを用いて構成されている磁性部材は、前記平面方向に六方晶フェライトの磁化容易面が配向していることが好ましい。磁化容易面が配向した六方晶フェライトはその配向方向に高い透磁率を示すため、該方向を貼り合わせの平面方向、すなわち磁路方向に用いることにより、高インピーダンス、高ノイズ減衰量が期待できる。
【００１１】
さらに、前記コモンモードフィルタにおいて、前記磁性コアを構成する磁性部材同士は、前記実装面において離間していることが好ましい。実装面で離間していることによって、複数の磁性部材に端子電極を形成する場合に、これらの端子電極間の絶縁を確保しつつ、並設することができる。
【００１２】
さらに、前記コモンモードフィルタにおいて、前記磁性コアを構成する磁性部材同士は、前記実装面において前記導線の太さを超えて離間していることが好ましい。磁性部材同士の間隔を導線の太さを超えるようにすることで、磁性部材間で導線の引き回しをすることができ、配線の自由度が増す。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、広帯域で高ノイズ減衰量を得るうえで好適なコモンモードフィルタを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明のコイル部品の実施形態について、以下具体的に説明するが、本発明は必ずしも該実施形態に限定されるものではない。各実施形態において同一部材は同一符号を付した。図１（ａ）は本発明のコイル部品の一実施形態であるコモンモードフィルタを示す斜視図であり、図１（ｂ）はその実装面の一部を示す底面図である。図1に示すコモンモードフィルタは、透磁率の周波数依存性が異なる二つの磁性部材１、２を貼り合わせて構成された磁性コア３と該磁性コア３に巻回された一対の導線５を備える。磁性部材１、２は枠状の形状を有し、その内形は矩形であるとともに、外形は一辺の両端側に矩形の突起部を有する略矩形である。磁性部材１，２は枠形状をなす同じ形状の平面同士が対向するように貼り合わせて構成されている。貼り合わせた状態での固定には例えば接着剤を用いればよい。図１の実施形態では、磁性部材１、２は同形状の部材を用いているが、同じ形状の平面同士で貼り合わせられればよいので、厚さ寸法等他の細部の形状は異なっていても良い。例えば、必要なインピーダンスの周波数特性あるいはノイズ減衰量の周波数特性を得るよう磁性部材１、２の厚さを、適宜異なる厚さに設定することもできる。
【００１５】
磁性コア３は導線を巻回するための直方体状の巻回部を有する。前記突起部は該巻回部の両端側に位置して、脚部を構成している。磁性コア３の外周面のうち、対向するように貼り合わせられた枠形状の平面と直交する、前記脚部の底面を実装面としている。図１の実施形態における磁性コア３は脚部に伴う凹凸を有するが、脚部の底面は同一面上に位置するようにしてあって、この場合はかかる同一面を実装面とする。バイファイラ巻きにされた対の導線５が接続される４つの端子電極４が前記実装面に形成されている。一対の導線のうち一方が接続される端子電極は磁性部材１の両端側に、他方が接続される端子電極は磁性部材２の両端側に別々に分けて形成されている。なお、端子電極は実装面だけに形成されていてもよいし、図１の実施形態のように実装面に直交する面にかかって形成されていてもよい。図１の実施形態では、各磁性部材の両端側に形成された端子電極同士が、凹部を介さずに隣接している。導線５は各端子電極に接続され、端子電極４を基板等への実装用の電極とする表面実装型のコモンモードフィルタが構成されている。
【００１６】
磁性コア３は、透磁率の周波数依存性が異なる二つの磁性部材１、２を用いている。透磁率の周波数依存性が異なるとは、低周波ではほぼ平坦な周波数特性を示していた透磁率が低下し始める周波数が異なるという意味である。一般にソフトフェライトの場合、低周波における平坦な部分の透磁率の大きさと透磁率が低下し始める周波数とはトレードオフの関係にあるため、透磁率が低下し始める周波数が高い材料は、透磁率は低い。透磁率の周波数依存性が異なる磁性部材を図１に示すような配置で用いることで、低周波側では、透磁率が低下し始める周波数は低いが透磁率が高い磁性部材が寄与し、高周波側では、透磁率が低下し始める周波数が高い磁性部材が寄与するため、広帯域で高ノイズ減衰量を実現するうえで好適なコモンモードフィルタを提供することができる。特許文献１のように透磁率が異なる磁性体を磁路として直列的に用いる場合には、高周波で一方の磁性部材の透磁率が低下した場合、実効透磁率の低下が大きいため高いノイズ減衰量を得ることが困難である。これに対して、本発明では透磁率の周波数依存性が異なる複数の磁性部材が構成する磁路を並列的に構成することによって、高周波で一方の磁性部材の透磁率が低下した場合においても実効透磁率の低下を緩和し、高いノイズ減衰量を実現することが可能である。また、図１の実施形態では二つの磁性部材を用いているが、さらに透磁率の周波数依存性の異なる磁性部材を付加して二以上の磁性部材で磁性コアを構成してもよい。
【００１７】
透磁率の周波数依存性が異なる二つの磁性部材としては、低周波における平坦な部分の透磁率およびその周波数特性が異なるＮｉ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトと磁化容易面を持つ六方晶フェライトなどの構成を用いることができる。磁化容易面を持つ六方晶フェライトはＮｉ−Ｚｎ系フェライトでは十分な特性が発揮できないＧＨｚ帯にかけての周波数特性に特に優れることから、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトと磁化容易面を持つ六方晶フェライトを用いる構成が好ましい。ここで磁化容易面を持つ六方晶フェライトとは、Ｚ型フェライト、Ｙ型フェライト、Ｗ型フェライトなどのｃ面を磁化容易面とするソフトフェライトである。このうちＺ型フェライトは、透磁率が比較的高く、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトに近いため、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトとＺ型フェライトの組み合わせが特に好ましい。
【００１８】
また、磁化容易面を持つ六方晶フェライトは、磁化容易面が揃った配向材を構成することができる。例えば、焼結体の場合、成形の際に磁界を印加したり、機械的に配向させることで結晶粒のｃ面（磁化容易面）が配向した焼結体を得ることができる。回転磁界を印加すればｃ面が一つの面方向（磁界印加面方向であり、以下配向面ともいう）に揃った配向フェライトが得られる。かかる配向フェライトはその配向面方向において特に高い透磁率を示し、逆にそれに直交する方向の透磁率が低くなる。したがって、磁化容易面を持つ六方晶フェライトを用いて構成されている磁性部材を用いる場合において、磁性部材を貼り合わせる平面方向が六方晶フェライトの磁化容易面が配向している配向面方向になるようにしてコモンモードフィルタを構成すれば、特に高い透磁率を利用することができる。しかも、その直交方向の透磁率が低いので、対向する他方の磁性部材への磁束の漏れが抑制されるため、磁性部材それぞれの持つ特性を有効に利用することができる。
【００１９】
上記配向は完全である必要はなく、面配向している状態が優勢であればよい。すなわち、六方晶フェライトを用いた磁性部材の貼り合わせ面でＸ線回折を行った場合、ｃ面以外の格子面からのピーク強度に対するｃ面からのピークの相対的な強度比が、等方性（無配向）の場合よりも大きくなっていればよい。面配向している場合、磁性部材の貼り合わせ面に垂直な二面（例えば枠状磁性コアの隣接する二つの側面）でＸ線回折を行うと、いずれの場合も上記強度比は、貼り合わせ面でＸ線回折を行った場合や等方性（無配向）の場合より小さくなる。
【００２０】
また、各磁性部材は、焼結体で構成する他、単結晶や複合部材を用いることもできる。この場合、磁性部材には端子電極を形成するため、その絶縁性確保に十分な抵抗率を備えるものを用いる。
【００２１】
図１に示す実施形態では、磁性コア３を構成する磁性部材１、２は、枠状であり、一体で閉磁路を構成しているが、磁性コアの構成はこれに限らず、図２に示すような構成でもよい。図２の実施形態では磁性コアは、磁性部材の一部を別体で構成している点で図１の実施形態と異なる。磁性コア９は、巻回部とその両端に一体で構成されている脚部とを有する磁性部材６、７と、磁性部材６、７の巻回部に対向するように配置された、別体の板状の磁性部材８で構成されている。かかる場合も実質的に閉磁路を構成している。磁性部材８は磁性部材６または７と同じ材料でもよいし、さらに別な材料でもよい。磁性部材８として磁性部材６または７と同じ材料を用いる場合、より高周波まで高インピーダンスを維持する観点からは、より高周波まで透磁率を維持する方の磁性部材と同じ材料にすることが好ましい。また、かかる磁性部材８を除いた開磁路構成を用いることも可能である。但し、高インピーダンスを維持し、高ノイズ減衰量を実現するためには、閉磁路構造を用いることが好ましく、磁性コアが構成する磁路にギャップが形成されないように磁性部材を一体で構成することがより好ましい。
【００２２】
次に、他の実施形態を図３に示す。図３（ａ）は本発明のコイル部品の他の実施形態であるコモンモードフィルタを示す斜視図であり、図３（ｂ）はその実装面の一部を示す底面図である。図３に示す実施形態は、図１に示す構成とは、さらに磁性部材１、２の間にスペーサ１０を配置して磁性コア１１を構成している点が異なる。磁性部材１、２の間にスペーサ１０を配置することによって、磁性部材１、２同士は、実装面において離間している構成となる。実装面で離間していることによって、複数の磁性部材に端子電極を形成する場合に、これらの端子電極間の絶縁を確保しつつ、並設することができる。すなわち、一対の導線が接続される複数の端子電極を、実装面において、複数の磁性部材に分けて形成することが容易になる。
【００２３】
図３の実施形態では、スペーサは磁性部材よりも、磁性部材の脚部の部分だけ短くしてあり、磁性部材１の端子電極（または脚部）と磁性部材２の端子電極（または脚部）との間に凹部が形成されている。かかる凹部を形成することにより、磁性部材１、２の端子電極１２は脚部で形成された実装面全体に形成することができる。したがって、ディッピングや印刷等による電極形成におけるパターニングの手間が省けるため、端子電極形成を簡略化することができる。本願発明の場合、各磁性部材の磁路は並列的に構成して利用しているため、このようなスペーサを配置しても、特性の劣化が抑制されるのである。スペーサは非磁性体であってもよいし、磁性体であっても良いが、絶縁性を有する材料が好ましい。また、磁性部材の貼り合わせ面と同じ形状にすることも可能である。例えば磁性部材同士の貼り合わせの際に接着剤を使用し、かかる接着剤に厚みを持たせてスペーサとすれば、部品点数の低減や工程の簡略化が図られる。スペーサとしての間隔は、例えば所望の直径を有する球状フィラーを混ぜた接着剤を用いれば容易に制御することができる。
【００２４】
また、図３の実施形態の場合、磁性コア１１を構成する磁性部材１、２同士の間隔は、端子電極間の絶縁性を確保できる間隔にすればよい。特に、スペーサを用いて、磁性コアを構成する磁性部材１、２同士を、実装面において導線５の太さを超えて離間するようにすれば磁性部材１、２の間の空間に導線を引き回すことができるため、端子電極との接続における配線の自由度が向上する。例えば図３（ｂ）に示す端子電極１２と導線５の接続形態は２本の導線のショート防止に効果が高く、図３（ｃ）に示す接続形態は２本の導線の線間隔と長さを末端までほぼ一定にできるため差動信号に対する特性インピーダンスを一定に保つことができ高周波における信号損失を低減することができる。一方、離間する間隔の上限には特に制限はないが、これが大きくなりすぎるとコモンモードフィルタ自体が大きくなるので、例えば、コモンモードフィルタの、貼り合わせ面に垂直な方向の寸法の３０％以下であることが好ましい。
【００２５】
次に、図４を参照しつつ、コモンモードフィルタの他の実施形態を説明する。図４に示す実施形態では、磁性コア１６は、貼り合わせる平面に垂直な方向から見て、外形が矩形の環状である。すなわち、図３の実施形態とは、脚部の有無が異なる。磁性部材の中心部分に設けられている穴部も他の実施形態と同様に貼り合わせる平面に垂直な方向から見て矩形である。図３の実施形態では脚部を排除して磁性コアの低背化を図り、導線は実装面とは反対側の枠部分に巻回されている。図３にはスペーサ１５を備える構成を示しているが、スペーサは省略すること可能である。但し、スペーサを設けて生じる間隔を利用して、導線と端子電極との接続を行うことができるので、スペーサを用いて実装面において端子電極を離間させる構成がより好ましい。
【００２６】
本発明に係る磁性部材としてフェライト焼結体を用いる場合、該フェライト焼結体は、従来からの粉末冶金的方法を用いて作製することができる。一般的な加圧成形のほか、押し出し成形を用いることもできる。また、磁性部材として、配向した六方晶フェライトを用いる場合、磁性部材は例えば以下のようにして得ることができる。磁化容易面を持つ六方晶フェライトの粉末を成形する際に、加圧方向に垂直な方向から回転磁界を加えて配向した成形体を得て、かかる成形体を焼成する。これによって、回転磁界を印加した面方向に磁化容易面であるｃ面が配向した焼結体が得られる。また、端子電極は、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕ等を用い、ディッピングや印刷後焼き付ける方法、スパッタや蒸着などの薄膜形成方法、メッキ等によって形成すればよい。
【００２７】
図１の構成を有するコモンモードフィルタについてノイズ減衰量の周波数依存性を評価した。貼り合わせ面に直交する方向から見た寸法は実装面からの高さ寸法が１.２ｍｍ、それに直交する横方向寸法が２.０ｍｍである。また、貼り合わせ面に直交する方向の寸法は１.２ｍｍである。導線の直径は３０μｍで、その巻き数は４ターンである。透磁率の周波数依存性が異なる磁性部材として、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトと面配向した六方晶Ｚ型フェライトを用いた。厚さはともに０.６ｍｍである。低周波の平坦な部分での（１０ＭＨｚにおける）Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトの初透磁率は１２０、六方晶Ｚ型フェライトの面内初透磁率は３７であり、六方晶Ｚ型フェライトの方が初透磁率が低下する周波数が高い。比較のために、同じ材質の六方晶Ｚ型フェライトだけで磁性コアを構成したコモンモードフィルタ（比較例１）と、図６に示すような、導線を巻回する磁性部材１９に上記Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトを用い、それに対向する磁性部材２０に板状に構成した上記六方晶Ｚ型フェライトを用いて磁性コアを構成したコモンモードフィルタ（比較例２）を作製した。これらのコモンモードフィルタのノイズ減衰量Ｓｃｃ２１の周波数依存性を図５に示す。面配向した六方晶Ｚ型フェライトだけで磁性コアを構成した比較例１に比べて、図１の構成を有する実施例のコモンモードフィルタは２００ＭＨｚ以下の低周波側におけるノイズ減衰量に優れ、広帯域化が図られていることがわかる。また、比較例２は、透磁率の周波数依存性が異なる複数の磁性部材を用いてはいるものの、磁路に直列に配置されている。これに対し、実施例では磁路に並列に配置された各々の磁性部材が単独で閉磁路を形成しているため、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトの透磁率が低下した５００ＭＨｚ〜２ＧＨｚにおいても比較例２より高いノイズ減衰量を示しており、ＧＨｚ帯のノイズ減衰が重要な高速差動伝送用に適していることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係るコモンモードフィルタの一実施形態を示す図である。
【図２】本発明に係るコモンモードフィルタの他の実施形態を示す図である。
【図３】本発明に係るコモンモードフィルタの他の実施形態を示す図である。
【図４】本発明に係るコモンモードフィルタの他の実施形態を示す図である。
【図５】コモンモードフィルタの特性を示す図である。
【図６】比較例に係るコモンモードフィルタを示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１、２、６、７、８、１３、１４、１９、２０：磁性部材
３、９、１１、１６：磁性コア
４、１２、１７：端子電極
５、１８：導線
１０、１５：スペーサ
【図１】
2009238895.tif 000003
【図２】
2009238895.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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