JP6366933B2 - コモンモードフィルタ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、コモンモードフィルタに関し、より詳細には、インダクタンスを高めることができる手段が設けられたコモンモードフィルタ及びその製造方法に関する。

技術の発展に伴い、携帯電話、家電製品、ＰＣ、ＰＤＡ、ＬＣＤなどの電子機器がアナログ方式からデジタル方式に変化し、処理するデータ量の増加によって高速化している傾向にある。これにより、高速信号送信インターフェースとしてＵＳＢ２．０、ＵＳＢ３．０及び高鮮明マルチメディアインターフェース（ｈｉｇｈ‐ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ；ＨＤＭＩ）が広範囲に普及されており、個人用コンピューター及びデジタル高画質テレビのような多くのデジタルデバイスに用いられている。

これらインターフェースは、長い間一般的に用いられたシングルエンド（ｓｉｎｇｌｅ‐ｅｎｄ）送信システムと異なり、一対の新号ラインを用いて差動信号（差動モード信号）を送信する差動信号システムを用いる。しかし、デジタル化及び高速化した電子機器は、外部からの刺激に敏感である。すなわち、外部からの小さい異常電圧と高周波ノイズが電子機器の内部回路に流入する場合、回路が破損するか信号が歪む場合が発生する。

この際、電子機器の回路破損、信号の歪みを発生させる異常電圧とノイズの原因としては、落雷、人体に帯電された静電気の放電、回路内で発生するスイッチング電圧、電源電圧に含まれた電源ノイズ、不要な電磁気信号または電磁気ノイズなどが挙げられる。このような電子機器の回路破損や信号の歪みの発生を防止するために、フィルタを設けて異常電圧と高周波ノイズが回路に流入されることを防止する。

通常、高速差動信号ラインなどにはコモンモードノイズ（Ｃｏｍｍｏｎ ｍｏｄｅ ｎｏｉｓｅ）を除去するためにコモンモードフィルタ（Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｏｄｅ Ｆｉｌｔｅｒ）が用いられている。コモンモードノイズは、差動信号ラインで発生するノイズであり、コモンモードフィルタは従来のＥＭＩフィルタで除去することができないノイズを除去する。コモンモードフィルタは家電機器などのＥＭＣ特性向上または携帯電話などのアンテナ特性向上に寄与する。

特開２０１２‐０１５４９４号公報（特許文献１）を参照すると、従来の一般的なコモンモードフィルタは、絶縁樹脂で囲まれた一対の１、２次導体コイルの上下部に磁性部材が設けられた構造を有する。

このような構造において、外部電極端子を介して前記導体コイルに電流が流れると、前記導体コイル周囲に磁束（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｌｕｘ）が形成されるが、この際、１、２次導体コイルの電磁気的な結合度を高めるために、１、２次導体コイルの間の間隔を短縮するか、高いインダクタンス（Ｈ）を実現するために導体コイルのターン数を増加させるなどコモンモードフィルタの特性を向上させるための努力が行われている。

しかし、このような技術は、素子のスリム化及び小型化によって空間上の限界があり、これを実現するための工程過程が複雑であり、工程の複雑性に比べて十分な特性向上効果が得られないため、より簡単な構造でコモンモードフィルタの特性を向上させることができる技術が切実に要求されている。

特開２０１２‐０１５４９４号公報

本発明は、別の追加工程なしに、より簡単な構造で磁束の流れをスムーズにしてインダクタンスを高めることができるコモンモードフィルタ及びその製造方法を提示することで製品の生産性を向上し、製造コストを低減することを目的とする。

前記のような目的を果たすために導き出された本発明は、磁性体基板と、前記磁性体基板の上部に設けられ、内部にコイル電極が形成された絶縁層と、前記絶縁層の中心部を貫通する開口部と、前記開口部の内部に形成された磁性複合体と、を含み、前記開口部の側壁が所定角度で傾斜している、コモンモードフィルタを提供する。

また、前記開口部の底面の幅ｗ１とコモンモードフィルタ素子の幅ｗ２との割合が０．０１：１〜０．２：１である、コモンモードフィルタを提供する。

また、前記開口部の側壁と水平線との角度θが４５度超過９０度未満である、コモンモードフィルタを提供する。

また、前記磁性複合体は軟磁性金属とフェライトを主成分として含有する、コモンモードフィルタを提供する。

また、前記磁性複合体の横断面は楕円形または四角形である、コモンモードフィルタを提供する。

また、前記コイル電極は、電磁気的に結合する１次コイル電極と２次コイル電極で構成される、コモンモードフィルタを提供する。

また、前記絶縁層の上面に形成され、前記コイル電極の両端とそれぞれ連結される外部電極と、前記外部電極の間に形成された磁性複合体と、をさらに含む、コモンモードフィルタを提供する。

前記のような目的を果たすために導き出された本発明は、磁性体基板の一面にコイル導体とこれを覆う絶縁樹脂を繰り返して形成してコイル電極を囲む絶縁層を形成する段階と、前記絶縁層を焼成する段階と、前記絶縁層の中心部を貫通する開口部を加工する段階と、前記開口部の内部に磁性複合体を形成する段階と、を含み、前記開口部の側壁が所定角度で傾斜するように加工する、コモンモードフィルタの製造方法を提供する。

また、前記開口部の加工はレーザー工法を用いる、コモンモードフィルタの製造方法を提供する。

また、前記磁性複合体は、軟磁性金属粉末とフェライト粉末が主成分として混合した磁性ペーストを前記開口部の内部に充填した後、硬化することで形成される、コモンモードフィルタの製造方法を提供する。

また、前記絶縁層の上面に前記コイル電極の両端とそれぞれ連結される外部電極を所定厚さでメッキ形成した後、前記開口部を含む前記外部電極の間に軟磁性金属粉末とフェライト粉末が主成分として混合した磁性ペーストを充填した後に硬化する、コモンモードフィルタの製造方法を提供する。

本発明のコモンモードフィルタによると、別の追加工程なしに、より簡単な工程によりコモンモードフィルタのインダクタンスを高めることができ、これにより製品の生産性を高め、製造コストを低減することができる。

本発明によるコモンモードフィルタの外観斜視図である。 図１のＩ‐Ｉ´線の断面図である。 本発明によるコモンモードフィルタの内部平面図である。 本発明に含まれたコイル電極の他の形態を説明するための内部平面図である。 開口部の側壁と水平線との角度が６０度である場合を例示した断面図である。 開口部の側壁と水平線との角度が４５度である場合を例示した断面図である。 本発明のコモンモードフィルタの製造方法を順に図示した工程図である。 本発明のコモンモードフィルタの製造方法を順に図示した工程図である。 本発明のコモンモードフィルタの製造方法を順に図示した工程図である。 本発明のコモンモードフィルタの製造方法を順に図示した工程図である。

本発明の利点及び特徴、そしてそれらを果たす方法は、添付図面とともに詳細に後述される実施形態を参照すると明確になるであろう。しかし、本発明は以下で開示される実施形態に限定されず、相異なる多様な形態で具現されることができる。本実施形態は、本発明の開示が完全になるようにするとともに、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に伝達するために提供されることができる。明細書全体において、同一参照符号は同一構成要素を示す。

本明細書で用いられる用語は、実施形態を説明するためのものであり、本発明を限定しようとするものではない。本明細書で、単数型は特別に言及しない限り複数型も含む。明細書で用いられる「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及び／または「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は言及された構成要素、段階、動作及び／または素子は一つ以上の他の構成要素、段階、動作及び／または素子の存在または追加を排除しない。

図１は、本発明によるコモンモードフィルタの外観斜視図であり、図２は、図１のＩ‐Ｉ´線の断面図である。
さらに、図面の構成要素は必ずしも縮尺によって図示されたものではなく、例えば、本発明の理解を容易にするために図面の一部の構成要素の大きさは他の構成要素に比べて誇張されることがある。
一方、図示の簡略化及び明瞭化のために図面は一般的な構成方式を図示しており、本発明に説明された実施形態の論議を不明瞭にすることを避けるために公知の特徴及び技術の詳細な説明は省略されることがある。

図１及び図２を参照すると、本発明のコモンモードフィルタ１００は、磁性体基板１１０と、前記磁性体基板１１０の上部に設けられて内部にコイル電極１２０が形成された絶縁層１３０と、を含むことができる。

前記磁性体基板１１０は、電気抵抗が高く、磁力損失が少なく、組成変化によりインピーダンス設計が容易なＮｉ‐Ｚｎ、Ｍｎ‐Ｚｎ系、Ｎｉ‐Ｚｎ系、Ｎｉ‐Ｚｎ‐Ｍｇ系、Ｍｎ‐Ｍｇ‐Ｚｎ系フェライトまたはこれらの混合物で構成されて磁路の形成空間となる。

前記コイル電極１２０は同一平面上に螺旋状にメッキされた導体であり、前記絶縁層１３０の構成材質である絶縁樹脂を挟んで所定間隔離隔して電磁気的に結合する１次コイル電極１２１と２次コイル電極１２２で構成することができる。または前記１次コイル電極１２１と２次コイル電極１２２がそれぞれ複数個で構成されて離隔配置されるか、前記１次コイル電極１２１と２次コイル電極１２２が同一平面上に同時にメッキすることもできる。

このような前記コイル電極１２０は、図３に図示されたように、前記絶縁層１３０を上から見たときに前記絶縁層１３０の外側部に形成されており、前記絶縁層１３０の中心部には、前記絶縁層１３０を貫通する開口部１５１が形成されており、その内部に磁性複合体１５０を形成することができる。すなわち、前記コイル電極１２０は、前記磁性複合体１５０を中心としてその周辺に巻かれた形態に形成される。

この際、前記コイル電極１２０は、図３のように楕円形に巻かれた形態であるか、または図４のように四角形など多角形に巻かれた形態とすることができ、これに対応して前記磁性複合体１５０の横断面もまた図３のように楕円形とするか、または図４のように四角形とすることができる。

一方、本発明のコモンモードフィルタ１００は、前記絶縁層１３０の上面に形成され、連結端子１４１を介して前記コイル電極１２０の端部と連結される外部電極１４０をさらに含むことができ、前記外部電極１４０の間には磁性複合体１６０を形成することができる。ここで、前記開口部１５１の内部の磁性複合体１５０と、前記外部電極１４０の間の磁性複合体１６０は一体に形成することができる。

このような構造により、前記コイル電極１２０で発生する磁束は、前記磁性体基板１１０、前記外部電極１４０の間の磁性複合体１６０、及び前記開口部１５１の内部の磁性複合体１５０を介して連結されることにより、インダクタンスを大幅に向上させることができる。このように本発明は、前記開口部１５１の内部に形成された磁性複合体１５０を特徴としており、特に説明がない限り、以下で称する磁性複合体という用語は、前記開口部１５１の内部に形成された磁性複合体１５０を示す。

一方、前記開口部１５１の側壁は所定角度で傾斜するように形成することができ、前記開口部１５１の底面の幅ｗ１とチップ素子の幅ｗ２との割合を０．０１：１〜０．２：１とすることができる。

前記の割合は、前記コイル電極１２０のコイルターン数によるインダクタンスと前記磁性複合体１５０によるインダクタンスの上昇効果を全て考慮して算定されたものである。前記開口部１５１の底面の幅ｗ１があまりにも小さく形成され、前記の割合未満になると、開口部の形態として容認することが困難になり、前記磁性複合体１５０によるインダクタンス上昇効果が出現しなくなる。反対に、前記開口部１５１の底面の幅ｗ１があまりにも大きく形成されて前記の割合を超えると、前記コイル電極１２０のコイルターン数の減少によって最大のインダクタンスを得ることができない。

ただし、前記の割合はチップサイズと現在のメッキ工程技術を変数とした値であり、チップサイズがより小型化したり、また、メッキ工程技術が発達して限定された空間内に、より多いコイルターン数をメッキすることができるようになれば、前記の割合を変化させることができる。

一方、前記開口部１５１の側壁と水平線との角度θが小さいほど前記磁性複合体１５０の充填体積が増加して、高いインダクタンスを実現することができる。しかし、前記角度θが小さすぎると、前記コイル電極１２０において最も内側にある前記コイル電極１２０の導体が外部に露出し、露出した導体が除去されることによって、結局前記コイル電極１２０のコイルターン数が減少してインダクタンスが低くなる。

下記の表１は、前記開口部１５１の側壁と水平線との角度θによるインダクタンスを測定したものであり、表１を参照すると、６０度超過９０度以下の範囲では、前記角度θが小さいほど前記磁性複合体１５０の充填体積が増加してインダクタンスが増加することが確認できる。

前記表１で特に注目すべきことは、図５の例示のように前記角度θが６０度になり、その勾配によって上層の１次コイル電極１２１のコイルターン数が１ターン減少しても、コイルターン数が減少しない７０度である場合に比べて、インダクタンスの減少幅が大きくないということである。これは、前記コイル電極１２０のコイルターン数が１ターン減少することで損失するインダクタンスを、前記磁性複合体１５０が十分に相殺することを意味するものであり、このような相殺効果は、その勾配によってコイルターン数が１ターン減少する４５度超過６０度未満の範囲内で同様に現われる。

ただし、図６の例示のように、前記角度θが４５度である場合、タンジェント（ｔａｎｇｅｎｔ）値が１になり、その勾配によって減少する前記コイル電極１２０のコイルターン数は、上層に位置する１次コイル電極１２１のコイルターン数である２ターンと、下層に位置する２次コイル電極１２２のコイルターン数である１ターンなど計３ターンとなり、インダクタンスが急激に減少する。したがって、前記開口部１５１の側壁と水平線との角度θは、４５度超過９０度未満の範囲に設定することが好ましい。

以下、本発明のコモンモードフィルタ１００を製造する方法について説明する。

図７から図１０は、本発明のコモンモードフィルタ１００の製造方法を順に図示した工程図であり、本発明のコモンモードフィルタ１００の製造方法は、まず図７のように、前記磁性体基板１１０の一面にコイル導体とこれを覆う絶縁樹脂を繰り返して形成して、前記コイル電極１２０を囲む絶縁層１３０を形成する段階を行う。

前記絶縁樹脂はディップコーティング（ｄｉｐ ｃｏａｔｉｎｇ）方式やスピンコーティング（ｓｐｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ）方式など、通常の公知技術を用いて塗布することができ、各層の絶縁樹脂は以降硬化過程を経て一体化される。

また、前記コイル電極１２０は、サブトラクティブ工法、アディティブ工法、セミアディティブ工法など、通常の公知技術を用いて形成することができる。この際、外部電極との電気的接続のための連結端子１４１を、ともにメッキすることが好ましい。

最上層の絶縁樹脂まで塗布されるとこれを所定条件で熱処理して前記絶縁層１３０を硬化させる。この際、熱処理条件に応じて後段階で形成される開口部１５１の傾斜角度θを決定することができる。

熱処理過程が終了すると、図８のように、前記絶縁層１３０の中心部に前記絶縁層１３０を貫通する開口部１５１を加工、形成する。この際、前記絶縁層１３０は感光性を有するため、紫外線（ＵＶ）を照射して反応させることで、必要なだけ前記開口部１５１をパターニングすることができる。またはエキシマ（Ｅｘｉｍｅｒ）レーザーやＹＡＧレーザー、ＣＯ_２レーザーなどのレーザー工法により行うこともできる。

その後、図９のように前記絶縁層１３０の上面に、前記コイル電極１２０の端部と連結される前記外部電極１４０を所定厚さでメッキした後、最後に図１０のように、前記開口部１５１を含む前記外部電極１４０の間に磁性ペーストを充填、硬化させることで、本発明のコモンモードフィルタ１００を完成させることができる。

前記磁性ペーストは、軟磁性金属粉末とフェライト粉末が主成分として混合したスラリー（Ｓｌｕｒｒｙ）形態の磁性物質である。前記外部電極１４０の間に前記磁性ペーストを注入すると、これが前記開口部１５１の内部から充填され、前記外部電極１４０の高さまで充填が完了したら、これを焼結して硬化させる。これにより、前記外部電極１４０の間の磁性複合体１６０と、前記開口部１５１の内部の磁性複合体１５０は一体に形成される。

以上の詳細な説明は本発明を例示するものである。また、上述の内容は本発明の好ましい実施形態を示して説明するものに過ぎず、本発明は多様な他の組合、変更及び環境で用いることができる。即ち、本明細書に開示された発明の概念の範囲、述べた開示内容と均等な範囲及び／または当業界の技術または知
識の範囲内で変更または修正が可能である。

上述の実施形態は本発明を実施するにおいて最善の状態を説明するためのものであり、本発明のような他の発明を用いるにおいて当業界に公知された他の状態での実施、そして発明の具体的な適用分野及び用途で要求される多様な変更も可能である。

従って、以上の発明の詳細な説明は開示された実施状態に本発明を制限しようとする意図ではない。また、添付された請求範囲は他の実施状態も含むと解釈されるべきであろう。

１００ コモンモードフィルタ
１１０ 磁性体基板
１２０ コイル電極
１３０ 絶縁層
１４０ 外部電極
１５０、１６０ 磁性複合体
１５１ 開口部

Claims (11)

1. 磁性体基板と、
   前記磁性体基板の上部に設けられ、内部にコイル電極が形成された絶縁層と、
   前記絶縁層の中心部を貫通する開口部と、
   前記開口部の内部に形成された磁性複合体と、を含み、
   前記開口部の側壁が所定角度で傾斜しており、
   前記コイル電極は、１次コイル電極と前記１次コイル電極の下層に位置する２次コイル電極とを含み、前記１次コイル電極のターン数が前記２次コイル電極のターン数よりも１ターン少ない、コモンモードフィルタ。
2. 前記開口部の底面の幅ｗ１とコモンモードフィルタ素子の幅ｗ２との割合が０．０１：１〜０．２：１である、請求項１に記載のコモンモードフィルタ。
3. 前記開口部の側壁と水平線との角度θが、４５度超過９０度未満である、請求項１に記載のコモンモードフィルタ。
4. 前記磁性複合体は、軟磁性金属とフェライトを主成分として含有する、請求項１に記載のコモンモードフィルタ。
5. 前記磁性複合体の横断面は、楕円形または四角形である、請求項１に記載のコモンモードフィルタ。
6. 前記コイル電極は、電磁気的に結合する前記１次コイル電極と前記２次コイル電極で構成される、請求項１に記載のコモンモードフィルタ。
7. 前記絶縁層の上面に形成され、前記コイル電極の両端とそれぞれ連結される外部電極と、前記外部電極の間に形成された磁性複合体と、をさらに含む、請求項１に記載のコモンモードフィルタ。
8. 磁性体基板の一面に、コイル導体とこれを覆う絶縁樹脂を繰り返して形成してコイル電極を囲む絶縁層を形成する段階と、
   前記絶縁層を焼成する段階と、
   前記絶縁層の中心部を貫通する開口部を加工する段階と、
   前記開口部の内部に磁性複合体を形成する段階と、を含み、
   前記開口部の側壁が所定角度で傾斜するように加工することをさらに含み、
   上層に位置する前記コイル導体のターン数が下層に位置する前記コイル導体のターン数よりも１ターン少ない、コモンモードフィルタの製造方法。
9. 前記開口部はレーザー工法により形成される、請求項８に記載のコモンモードフィルタの製造方法。
10. 前記磁性複合体は、軟磁性金属粉末とフェライト粉末が主成分として混合した磁性ペーストを前記開口部の内部に充填した後、焼成することで形成される、請求項８に記載のコモンモードフィルタの製造方法。
11. 前記絶縁層の上面に、前記コイル電極の両端と連結される外部電極を所定厚さでメッキ形成した後、前記開口部を含む前記外部電極の間に、軟磁性金属粉末とフェライト粉末が主成分として混合した磁性ペーストを充填した後、焼成する、請求項８に記載のコモンモードフィルタの製造方法。

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