JPH10270255A

JPH10270255A - 高周波チップビーズ素子

Info

Publication number: JPH10270255A
Application number: JP7634197A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Nakano; 敦之中野; Akinori Oi; 明徳大井; Takuya Aoki; 卓也青木; Minoru Takatani; 稔高谷
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1997-03-27
Filing date: 1997-03-27
Publication date: 1998-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】 GHz帯域の高周波成分を確実に吸収できる高
域阻止及び低域通過特性を有する高周波チップビーズ素
子を提供する。【解決手段】絶縁基体１と、少なくとも一つの信号導
体２とを含む。絶縁基体１は、フェライト粉と絶縁樹脂
とを混合した複合部材でなる。信号導体２は、絶縁基体
２の内部に螺旋状に埋設されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波チップビー
ズ素子に関し、更に詳しくは、GHz帯域でノイズ吸収特
性を有する高周波チップビーズ素子に係る。

【０００２】

【従来の技術】低域通過型（高域阻止型）の高周波チッ
プビーズ素子は、典型的には、低域通過型フィルタであ
る。従来の一般的な低域通過型フィルタは、インピーダ
ンスの整合と、不整合との間の周波数特性の差を利用
し、高周波側の周波数帯域に属する信号を反射させるこ
とにより、必要なフィルタ特性を得ている。しかし、反
射型の低域通過型フィルタでは、反射された不要な周波
数成分がフィルタの前段に戻され、例えば、回路中で予
期しない発振を引き起すことがある。吸収型の低域通過
型フィルタは不要周波数成分を吸収するタイプのフィル
タであり、反射型の低域通過型フィルタに見られる上記
欠点を改善する。

【０００３】吸収型の低域通過型フィルタは既に提案さ
れている。フェライトを用いたものがその一例であり、
積層型ノイズ対策部品として、広く用いられている。

【０００４】積層型ノイズ対策部品は、フェライトでな
る磁性層の内部に導体を埋設した構造をもち、フェライ
トペーストと、導体ペーストまたは金属箔とを、印刷技
術または厚膜シート積層法等によって積層することによ
って得られる。

【０００５】従来の積層形ノイズ対策部品としては、低
直流抵抗であるＡｇ及びＡｇ合金と同時焼成する目的
で、磁性層を、低温焼結の可能なNiCuZnフェライトを用
いたものが知られている。しかし、NiCuZnフェライトは
誘電率が１０〜１５程度であり、導体パターン間に発生
する浮遊容量が大きくなる。このため、自己共振周波数
を高くすることができず、高周波での使用に制限を受け
る。

【０００６】別の例として、高透磁率材料であるＭｎ
系、高周波材料として適したプラナー系などがあるが、
焼成温度が高く、また、焼成雰囲気の制御などが必要な
ために、金属内部導体との同時焼成には適さない。

【０００７】しかも、フェライトチップビーズの形態を
採る積層形ノイズ対策部品の場合、インピーダンスのピ
ークはμの低い材料を用いても７００〜８００MHz程度
であり、GHz帯域でのノイズ吸収はできない。また、イ
ンピーダンス値を増加するのに巻数を増加させたり、高
いμ材を使用すればよいが、そのピーク値が低周波側に
シフトする。

【０００８】別の先行技術として、U.S.P.4,297,661号
は、マイクロストリップをフェライトによって構成した
高域通過型フィルタを開示している。この高域通過型フ
ィルタは低域側で吸収作用が発生し、高域側では吸収作
用が発生しなくなる現象を利用したものであるが、GHz
以上の高周波領域にある不要信号成分を吸収によって抑
止することはできない。

【０００９】Schiffresは、IEEE Trans Electron Magn
Compt. EMC-6 55-61 1964において、フェライトを用い
た同軸伝送線路を提案しているいるが、この同軸伝送線
路は主にMHz帯域での特性取得を目的としたものであ
り、GHz以上の高周波領域での透過特性及び反射特性を
開示していない。GHz以上の高周波領域では、やはり透
過が起こるものと思われる。

【００１０】高域側で吸収作用のある非磁性材料と、フ
ェライトとを組み合わせ、高周波側でも吸収による信号
除去を行なう試みも報告されている。SchlickeがIEEE S
pectrum 59-68 1967において提案したEMIフィルタや、B
ogarがProc.of IEEE 67 159-163 1979において提案した
低域通過型EMIフィルタがその例である。これらの先行
技術においては、同軸型フィルタの絶縁物の一部を、フ
ェライトと誘電体とを積層することによって構成してあ
る。また、Fialloは、ペンシルバニア州立大学博士論文
1993において、フェライトと誘電体を組み合わせたマイ
クロストリップ構造のフィルタを提案している。しか
し、これらの先行技術においては、多層構造をとらざる
を得ず、構造が複雑になる。

【００１１】次に、U.S.P.4,146,854号には、フェライ
トビーズと、金属や樹脂複合部材等でなる電波吸収体と
を用いた減衰素子が開示され、また、特開平4ー127701号
公報には、非磁性のマイクロストリップ線路の一部に電
波吸収物質を用いる技術が開示されている。しかし、い
ずれの場合にも、電波吸収体もしくは電波吸収物質は、
吸収しきれない高周波成分を抑える目的で補助的に使用
されているに過ぎない。

【００１２】更に、U.S.P.4,301,428号には、適当な電
気抵抗をもつ導電性素子と、磁性吸収混合物とを含む電
線またはケーブル等が開示されている。導電性素子は、
繊維、樹脂、またはガラス等でなる非導電性コアを、薄
い導電金属層で被覆した複合構造を有している。磁性吸
収混合物は非導電性であり、導電性素子を被覆してい
る。しかし、信号線路に電気抵抗値を持たせることはノ
イズ成分の除去のみならず、信号成分の減衰も引き起こ
してしまうため、例えば微小信号を扱う用途では問題が
ある。また、この先行例は電線を開示するものであっ
て、回路素子としての事例は記載されていない。

【００１３】特開平8ー78218号公報は、強磁性金属粉と
絶縁樹脂とを混合した複合部材でなる絶縁基体の内部に
信号線用電極を設け、絶縁基体の表面にアース用電極を
設けた高周波チップビーズ素子を開示している。この高
周波チップビーズ素子によれば、１GHz以上の高周波成
分を吸収できる高域阻止及び低域通過特性を有する高周
波チップビーズ素子が得られる。しかし、この高周波チ
ップビーズ素子は強磁性金属粉を用いるため、高域阻止
周波数特性がシャープであり、阻止周波数領域を拡大す
るのに向いていない。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、GHz
帯域の高周波成分を確実に吸収できる高域阻止及び低域
通過特性を有する高周波チップビーズ素子を提供するこ
とである。

【００１５】本発明のもう一つの課題は、阻止周波数領
域の拡大された高周波チップビーズ素子を提供すること
である。

【００１６】本発明の更にもう一つの課題は、簡素な構
造を有する高周波チップビーズ素子を提供することであ
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上述した課題解決のた
め、本発明に係る高周波チップビーズ素子は、絶縁基体
と、少なくとも一つの信号導体とを含む。前記絶縁基体
は、フェライト粉と絶縁樹脂とを混合した複合部材でな
る。前記信号導体は、前記絶縁基体の内部に螺旋状に埋
設されている。

【００１８】絶縁基体は、フェライト粉と絶縁樹脂とを
混合した複合部材でなるから、信号導体を通る周波数信
号に含まれる高周波領域の不要な高周波成分を、絶縁基
体の吸収作用によって確実に吸収できる。具体的には、
１GHz以上の高周波帯域において吸収作用（高域阻止）
を生じ、それよりも低い周波数帯域に属する信号は通過
させる（低域通過）高周波チップビーズ素子となる。従
って、本発明に係る高周波チップビーズ素子は、低域通
過型フィルタとして用いることができる。

【００１９】この高周波チップビーズ素子はフェライト
粉を用いるため、高域阻止周波数特性がブロードであ
る。このため、強磁性金属粉を用いた場合と比較して、
阻止周波数領域が広くなる。

【００２０】しかも、高周波成分を吸収する絶縁基体が
フェライト粉と絶縁樹脂とを混合した複合部材でなり、
この絶縁基体の内部に、信号線用電極が螺旋状に埋設さ
れた構造であるから、構造がきわめて簡素化される。

【００２１】本発明において用いられる複合部材の場合
は、周波数の増加とともに透磁率の減少を伴うけれど
も、これと同時に誘電率も小さくなり、その分だけイン
ピーダンスの変化が少なくなるように寄与して、結果と
して反射が少なくなる。このため、高周波領域で吸収に
よる高域阻止作用を発揮する低域通過型フィルタが実現
でき、反射の少ない高周波チップビーズ素子を得ること
ができる。

【００２２】しかも、強磁性金属粉を用いた特開平8ー78
218号公報に開示の技術と異なって、フェライト粉を用
いているので、フェライト粉の残留損失を積極的に利用
し、周波数阻止領域を拡大できる。フェライト粉は多結
晶体であり、強磁性金属粉と比較して、広い周波数領域
にわたって、残留損失を発生する。本発明は、このフェ
ライト粉の特性を有効に利用したものである。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る高周波チップ
ビーズ素子の断面図、図２は図１に示した高周波チップ
ビーズ素子に含まれる信号導体を強調した斜視図であ
る。図示された高周波チップビーズ素子は、絶縁基体１
と、少なくとも一つの信号導体２とを含んでいる。絶縁
基体１は、フェライト粉と絶縁樹脂とを混合した複合部
材でなる。信号導体２は、絶縁基体１の内部に螺旋状に
埋設されている。

【００２４】絶縁基体１は、相反する両端部に、外部接
続用の一対の端子電極５１、５２を備える。従って、面
実装チップ部品として用いることができる。信号導体２
は、端子導体５１、５２のある方向とは直交する方向に
間隔を隔てて巻き進むように巻かれる。各ターンの間隔
は、信号導体２を構成する線材の線径以上であればよ
い。信号導体２は、両端が一対の端子電極５１、５２の
それぞれに接続されている。

【００２５】絶縁基体１は、フェライト粉と絶縁樹脂と
を混合した複合部材でなるから、信号導体２を通る周波
数信号に含まれる高周波領域の不要な高周波成分を、絶
縁基体１の吸収作用によって確実に吸収できる。具体的
には、１GHz以上の高周波帯域において吸収作用（高域
阻止）を生じ、それよりも低い周波数帯域に属する信号
は通過させる（低域通過）高周波チップビーズ素子とな
る。従って、本発明に係る高周波チップビーズ素子は、
低域通過型フィルタとして用いるのに適している。

【００２６】この高周波チップビーズ素子は、フェライ
ト粉を用いるため、高域阻止周波数特性がブロードであ
る。このため、強磁性金属粉を用いた場合と比較して、
阻止周波数領域の広い高周波チップビーズ素子が得られ
る。

【００２７】しかも、高周波成分を吸収する絶縁基体１
がフェライト粉と絶縁樹脂とを混合した複合部材でな
り、この絶縁基体１の内部に、信号導体２が螺旋状に埋
設された構造であるから、構造がきわめて簡素化され
る。

【００２８】本発明に係る高周波チップビーズ素子は、
フェライト材料の残留損失と、有機絶縁樹脂の低誘電率
とを利用している。本発明に係る高周波チップビーズ素
子の低域通過及び高域阻止の機構は次の通りである。

【００２９】伝送路において、その反射利得Ｓ１１(ω)
と透過利得Ｓ２１(ω)は、素子の反射率をΓ、透過率を
Ｔとすると以下の式で表される。

【００３０】 S11(ω)=(1ーT² )Γ/(1ーT²Γ²) S21(ω)=(1ーΓ²)T/(1ーT²Γ²) Γ={(μ_eff/ε_eff )^1/2 ーZo }/{(μ_eff/ε_eff )^1/2 +Zo } T=exp{-iω(ε_effμ_eff)^1/2x} と表される。ここで、ε_effは材料の複素実効誘電率、
μ_effは材料の複素実効透磁率である。複素実効誘電率
ε_eff及び複素実効透磁率μ_effは、実際には材料の複素
誘電率と複素透磁率に形状の因子を加味したものであ
る。Ｚｏは回路の特性インピーダンスである。

【００３１】まず、高周波領域で吸収を起こすために
は、透過率Ｔがゼロに近くなければならない。その条件
は(ε_effμ_eff)が虚数、または実数でマイナスになるこ
とである。つまり、ε_eff、μ_effのどちらかまたは両方
の虚数成分が存在し、しかもその値が大きいほど伝送線
での吸収が大きいことになる。言い換えれば、材料の損
失角(tan δ)が高周波で大きくなることである。

【００３２】また、全周波数にわたって反射を小さくす
る（Ｓ１１を小さくする）ためには反射率Γがゼロに近
くなければならない。従って、(μ_eff/ε_eff)^1/2は全周
波数を通して特性インピーダンスＺｏに近くなる必要が
ある。

【００３３】一方、本発明において用いられる複合部材
は１GHz程度から吸収が顕著となり、２０GHz以上でも吸
収があり、また、誘電的吸収も伴なっている。

【００３４】一般的に、誘電率ε、透磁率μの実数成分
は、吸収のある領域では周波数とともに減少する。この
ため、吸収がある場合、高周波チップビーズ素子の特性
インピーダンスＺｏは周波数とともに変化し、結果とし
て、反射率Γが増加し、反射が顕著になる。

【００３５】本発明において用いられる複合部材の場合
は、周波数の増加とともに透磁率の減少を伴うけれど
も、これと同時に誘電率も小さくなり、その分だけイン
ピーダンスの変化が少なくなるように寄与して、結果と
して反射が少なくなる。このため、高周波領域で吸収に
よる高域阻止作用を発揮する低域通過型フィルタが実現
でき、反射の少ない高周波チップビーズ素子を得ること
ができる。

【００３６】フェライト粉と混合する絶縁樹脂は、特に
種類は問わないが、エポキシ系、フェノール系、ゴム
系、アクリル系またはテフロン系で良好な特性が得られ
ることを確認している。これらの絶縁樹脂は、単独で用
いることもできるし、併用することもできる。これらの
樹脂を用いることによって、従来のような高温（約９０
０℃）でなく、１００℃〜２００℃の低温で製品を得る
ことができるため、焼成温度や焼成雰囲気の制限にとら
われず、絶縁基体１を容易に製造できる。

【００３７】絶縁基体１に含まれるフェライト粉として
は、各種の材料を用いることができる。例として、NiーC
uーZn、MnーZn、MnーMgーZn、NiーZn等のフェライト材料を挙
げることができる。絶縁樹脂は、フェライト粉の重量に
対して５重量部乃至９０重量部の範囲が好ましい。

【００３８】この範囲内でフェライト粉の含有量を変化
させることによって、絶縁基体１のμ及びεを任意に変
化させることができ、高周波のノイズ吸収特性を容易に
設計できる。

【００３９】フェライト粉に対する絶縁樹脂の含有量が
９０重量部よりも多くなると、充分な減衰が得られな
い。また、フェライト粉に対する絶縁樹脂の含有量が５
重量部よりも少なくなると、樹脂と均一に混合すること
が困難になり、部品の強度が低下すると共に、電極間の
絶縁抵抗の著しい劣化を招く。

【００４０】図１及び図２に示した高周波チップビーズ
素子は、フェライト粉及び絶縁樹脂を混合した塗料また
は厚膜シートと、導体ペーストまたは金属箔とを、印刷
技術または厚膜シート積層法等によって積層することに
よって得ることができる。このため、きわめて量産性に
優れたものとなる。

【００４１】図３は本発明に係る高周波チップビーズ素
子の電気的等価回路図である。図３に示すように、図１
及び図２に示した高周波チップビーズ素子は、端子間５
１−５２に信号導体２によって発生する線路インダクタ
ンスＬを挿入した等価回路となる。

【００４２】図３の回路によって表現される高周波チッ
プビーズ素子の磁気損失は、線路インダクタンスＬに比
例するので、線路インピーダンスＬが駆動回路（図示し
ない）の出力インピーダンス以上となる周波数帯域で、
損失が大きくなり、低域通過フィルタと等価な特性を示
す。但し、通常の低損失回路素子で構成された低域通過
フィルタと異なって、減衰帯域においては、信号のエネ
ルギーを素子内で吸収し、反射させない。このように、
小さな粒子径を有するフェライト粉を含有する絶縁基体
１の内部に、信号導体２を埋設することにより、広い周
波数で大きな磁気損失を示し、しかも、不要な周波数成
分を吸収する高周波チップビーズ素子を実現できる。

【００４３】次に、絶縁基体１の組成を変えて得られた
比較例１及び２と、実施例１〜６について、インピーダ
ンスピーク値と、そのときの周波数とを表１に示す。比
較例１及び２はフェライト内部に信号導体を埋設したも
のである。

【００４４】表１の結果から、NiCuZnフェライトのみ
で、樹脂を含まない絶縁基体を用いた比較例１及び比較
例２では、７００MHz程度でインピーダンス．ピークが
発生するのに対して、NiCuZnフェライト及び樹脂の複合
物でなる絶縁基体を用いた実施例１〜実施例６では、１
GHz以上の高周波帯域においてインピーダンスピークが
発生することがわかる。

【００４５】図４は比較例１と実施例６の電磁気的特性
を比較して示す図である。図４に示すように、比較例１
は、７００MHz程度の周波数においてインピーダンスピ
ークが発生する特性を示す。実施例６は、３GHz程度の
周波数においてインピーダンスピークが発生する特性を
示す。この結果から、樹脂−フェライト複合部材は、フ
ェライト焼結体よりも阻止周波数領域が高いことがわか
る。

【００４６】図５は磁性金属粉であるカーボニル鉄を用
いて作成されたチップビーズの電磁気的特性Ｌ２と、Ni
CuZn系フェライトを用いて作成されたチップビーズの電
磁気的特性を比較して示す図である。図５において、横
軸に周波数をとり、縦軸にインピーダンス値｜Ｚ｜をと
ってある。図５に示すように、フェライト材料を用いる
ことにより、磁性金属粉を用いた場合よりも、広い周波
数帯域でノイズをカットすることができる。このこと
は、フェライト粉を用いた本発明に係るチップビーズ
は、強磁性金属粉を用いた特開平8ー78218号公報に開示
の技術と異なって、フェライト粉の残留損失を積極的に
利用し、周波数阻止領域を拡大できることを意味する。
フェライト粉は多結晶体であり、強磁性金属粉と比較し
て、広い周波数領域にわたって、残留損失を発生する。
本発明は、このフェライト粉の特性を有効に利用したも
のである。

【００４７】しかも、カーボニル鉄等の磁性金属粉に比
べ、フェライト材料は、フェライト系及びフェライト組
成の選択幅が広く、磁気的特性を、必要に応じて、広い
範囲で設計できる利点が得られる。

【００４８】更に、磁性金属粉（カーボニル鉄）と樹脂
とを混合させた複合材料（特開平8ー78218号公報）の場
合、絶縁性を確保するために、カーボニル鉄の表面を酸
化処理し、高抵抗膜を形成しなければならない。これに
対して、フェライトを用いた本発明の場合は、そのよう
な前処理が不要であるから、製造工程を短縮することが
できる。

【００４９】図６は本発明に係る高周波チップビーズ素
子の別の実施例を示す断面図である。図において、図１
〜図３と同一の構成部分には参照符号を付して、その詳
細な説明は省略する。図６に示した高周波チップビーズ
素子は、信号導体２が端子導体５１、５２のある方向に
旋回するように絶縁基体１の内部に埋設されている。絶
縁基体１がフェライト粉と絶縁樹脂とを混合した複合部
材でなることは既に述べた通りである。

【００５０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、次
のような効果を得ることができる。（ａ）高周波領域の高周波成分を確実に吸収できる高域
阻止及び低域通過特性を有する高周波チップビーズ素子
を提供できる。（ｂ）１GHz以上の高周波成分を確実に吸収できる高域
阻止及び低域通過特性を有する高周波チップビーズ素子
を提供できる。（ｃ）素子周波数領域の拡大された高周波チップビーズ
素子を提供できる。（ｄ）簡素な構造を有する高周波チップビーズ素子を提
供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る高周波チップビーズ素子の断面図
である。

【図２】図１に示した高周波チップビーズ素子に含まれ
る信号導体を強調した斜視図である。

【図３】図１及び図２に示した高周波チップビーズ素子
の電気的等価回路図である。

【図４】比較例１と、本発明の実施例６の電磁気的特性
を比較して示す図である。

【図５】磁性金属粉であるカーボニル鉄とフェライトと
の電磁気的特性を比較して示す図である。

【図６】本発明に係る高周波チップビーズ素子の別の実
施例の断面図である。

【符号の説明】

１絶縁基体２信号導体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高谷稔東京都中央区日本橋１丁目13番１号ティーディーケイ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁基体と、少なくとも一つの信号導体
とを含む高周波チップビーズ素子であって、前記絶縁基体は、フェライト粉と絶縁樹脂とを混合した
複合部材でなり、前記信号導体は、前記絶縁基体の内部に螺旋状に埋設さ
れている高周波チップビーズ素子。
【請求項２】請求項１に記載の高周波チップビーズ素
子であって、低域通過型のフィルタとして用いられる高周波チップビ
ーズ素子。
【請求項３】請求項２に記載の高周波チップビーズ素
子であって、 GHz帯域でノイズ吸収特性を有する高周波チップビーズ
素子。
【請求項４】請求項１に記載の高周波チップビーズ素
子であって、前記絶縁樹脂の含有量は、前記フェライト粉の重量に対
して５重量部乃至９０重量部の範囲にある高周波チップ
ビーズ素子。
【請求項５】請求項１に記載の高周波チップビーズ素
子であって、前記絶縁樹脂は、エポキシ、フェノール、ゴム、アクリ
ルまたはテフロンの少なくとも一種である高周波チップ
ビーズ素子。
【請求項６】請求項１に記載の高周波チップビーズ素
子であって、前記絶縁基体は、相対する両端に一対の外部接続用端子
導体を有しており、前記信号導体は、両端が前記外部接続用端子導体にそれ
ぞれ接続されている高周波チップビーズ素子。
【請求項７】請求項６に記載の高周波チップビーズ素
子であって、前記信号導体は、前記端子導体のある方向とは直交する
方向に巻き進むように巻かれている高周波チップビーズ
素子。
【請求項８】請求項７に記載の高周波チップビーズ素
子であって、フェライト粉及び絶縁樹脂を混合した塗料または厚膜シ
ートと、導体ペーストまたは金属箔とを、印刷技術また
は厚膜シート積層法等によって積層することによって得
られる高周波チップビーズ素子。