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1. (WO2008050739) CARTE DE CIRCUIT IMPRIMÉ ET FILTRE L'UTILISANT
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明 細書

プリント基板とそれを用レ、たフィルタ

技術分野

[0001] 本発明は各種電子機器に使用されるフィルタ用のプリント基板と、これにチップ形 固体電解コンデンサを実装して構成されるフィルタに関する。

背景技術

[0002] 電子機器の高周波化に伴い、電子部品の一つであるコンデンサにも従来よりも高 周波領域でのインピーダンス特性に優れたコンデンサが求められている。このような 要求に応えるために電気伝導度が高い導電性高分子を固体電解質に用いた固体 電解コンデンサが種々開発されている。またこのような固体電解コンデンサは大容量 であるため、高周波成分をカットする π型フィルタに用いられる。

[0003] 図 5はチップ形固体電解コンデンサを用いた従来のフィルタを構成するためのプリ ント基板の配線パターンを示す上面図、図 6は同プリント基板に実装するチップ形固 体電解コンデンサの実装面の正面図である。図 7は同プリント基板にチップ形固体電 解コンデンサとチップインダクタとを実装した状態を示す上面図である。

[0004] プリント基板(以下、基板) 60はパターン 61〜パターン 64を有する。チップインダ クタ 65はパターン 61とパターン 62の間に実装される。チップ形固体電解コンデンサ( 以下、コンデンサ) 50は 4端子型の構造を有している。コンデンサ 50は複数のコンデ ンサ素子(図示せず)を内蔵し、これらのコンデンサ素子は 2組に分けられている。一 方の組の陽極は端子 51に接続され、他方の組の陽極は端子 52に接続されている。 またこれらのコンデンサ素子の陰極は端子 53、 54に接続されている。そして端子 51 はパターン 61に、端子 52はパターン 62に、端子 53はパターン 63に、端子 54はパタ ーン 64に接続される。このようにして π型フィルタが構成されている。このような構造 により等価直歹 IJインダクタンス (ESL)を低減したコンデンサ 50は例えば特許文献 1に 開示されている。

[0005] 上記従来のフィルタではコンデンサ 50とチップインダクタ 65とを組み合わせて基板 60に実装している。そのため π型フィルタの高周波カット性を向上させるためには大 には基板 60上の面積を占有する。そのため π型フィルタを小型化することが困難で ある。

特許文献 1 :米国特許第 7215533号明細書

発明の開示

[0006] 本発明は低 ESL化したチップ形固体電解コンデンサを用いて小型の π型フィルタ を構成するためのプリント基板とそれを用いた π型フィルタである。

[0007] 本発明のプリント基板は、一対の陽極端子と一対の陰極端子がそれぞれ実装面の 対向する位置に配置された 4端子構造のチップ形固体電解コンデンサを実装するプ リント基板である。このプリント基板は、チップ形固体電解コンデンサの陽極端子と陰 極端子がそれぞれ接続される陽極パターンと陰極パターンをそれぞれ一対有する。 そしてこのプリント基板はさらに、チップ形固体電解コンデンサを実装する位置に設 けられ、陽極パターン同士を電気的に接続するインダクタ部を有する。本発明による プリント基板にチップ形固体電解コンデンサを実装することにより、小型の π型フィル タを形成すること力できる。

図面の簡単な説明

[0008] [図 1]図 1は本発明の実施の形態によるプリント基板の平面図である。

[図 2Α]図 2Αは本発明の実施の形態によるプリント基板に実装されるチップ形固体電 解コンデンサの平面断面図である。

[図 2Β]図 2Βは図 2Αに示すチップ形固体電解コンデンサの正面断面図である。

[図 2C]図 2Cは図 2Αに示すチップ形固体電解コンデンサの側面断面図である。

[図 2D]図 2Dは図 2Αに示すチップ形固体電解コンデンサの底面断面図である。

[図 2Ε]図 2Εは図 2Αに示すチップ形固体電解コンデンサの底面図である。

[図 2F]図 2Fは図 2Αに示すチップ形固体電解コンデンサにおけるコンデンサ素子の 一部切り欠き斜視図である。

[図 3]図 3は本発明の実施の形態による他のプリント基板の平面図である。

[図 4Α]図 4Αは本発明の実施の形態によるプリント基板に実装される他のチップ形固 体電解コンデンサの平面断面図である。

[図 4B]図 4Bは図 4Aに示すチップ形固体電解コンデンサの正面断面図である。

[図 4C]図 4Cは図 4Aに示すチップ形固体電解コンデンサの Y1— Y1線における側 面断面図である。

[図 4D]図 4Dは図 4Aに示すチップ形固体電解コンデンサの Y2— Y2線における側 面断面図である。

[図 4E]図 4Eは図 4Aに示すチップ形固体電解コンデンサの底面断面図である。

[図 4F]図 4Fは図 4Aに示すチップ形固体電解コンデンサの底面図である。

[図 5]図 5はチップ形固体電解コンデンサを用いた従来のフィルタを構成するための プリント基板の上面図である。

[図 6]図 6は図 5に示すプリント基板に実装するチップ形固体電解コンデンサの実装 面の正面図である。

[図 7]図 7は図 5に示すプリント基板に図 6に示すチップ形固体電解コンデンサとチッ ブインダクタとを実装した状態を示す上面図である。

符号の説明

1 コンデンサ素子

1A 積層体

2 陽極部

3 陰極部

4, 4A, 4B 陽極リードフレーム

5 陰極リードフレーム

5A ガイド壁

6 陽極端子

6A 端子部

6C, 7A 折り曲げ部

7 陰極端子

8 外装樹脂

11 , 11A プリント基板

12 陽極パターン

13, 13A インダクタ部

14 陰極パターン

20, 21 チップ形固体電解コンデンサ(コンデンサ)

30 陽極体

31 誘電体酸化皮膜

32 絶縁部

33 固体電解質層

34 陰極層

41 素子ユニット

発明を実施するための最良の形態

[0010] 図 1は本発明の実施の形態によるプリント基板(以下、基板) 11の構成を示す平面 図である。図 2A〜図 2Eは基板 11に実装されるチップ形固体電解コンデンサ(以下 、コンデンサ) 20の構造を示している。図 2Aは平面断面図、図 2Bは図 2Aの X— X 線における正面断面図、図 2Cは図 2Aの Y— Y線における側面断面図、図 2Dは図 2 Bの Z— Z線における底面断面図、図 2Eは底面図である。また図 2Fはコンデンサ 20 におけるコンデンサ素子 1の一部切り欠き斜視図である。

[0011] 図 1において、基板 11の上には、一対の陽極パターン 12と、インダクタ部 13と、 一対の陰極パターン 14が形成されている。インダクタ部 13は陰極パターン 14から絶 縁されつつ、陽極パターン 12同士を電気的に接続するように設けられている。インダ クタ部 13は銅、金、ニッケルなどの金属で構成されている。また陽極パターン 12と同 じ材料で構成してもよい。

[0012] 図 2Fに示すように、コンデンサ素子 1は、アルミニウムなどの弁作用金属からなる陽 極体 30を有する。陽極体 30の所定の位置には絶縁部 32が設けられ、陽極部 2と陰 極形成部(図示せず)とに分離されている。陽極体 30の陰極形成部の表面には、粗 面化処理の後に誘電体酸化皮膜 31が形成されている。誘電体酸化皮膜 31上には 導電性高分子からなる固体電解質層 33、カーボンと銀ペーストからなる陰極層 34が 順次積層形成され、陰極部 3が形成されている。コンデンサ素子 1は平板状に構成さ れている。

[0013] 図 2Bに示すように、複数枚のコンデンサ素子 1は、陽極部 2が交互に相反する方向 に配設されるように陰極部 3で積層されて積層体 1Aを構成している。すなわち、図 2 Aにおいて右側に陽極部 2が配置されたコンデンサ素子 1は第 1群を構成し、左側に 陽極部 2が配置されたコンデンサ素子 1は第 2群を構成している。そして第 1群のコン デンサ素子 1の陽極部 2は、第 2群のコンデンサ素子 1の陽極部 2と陰極部 3を中心と して反対側に配置されている。図 2Bは一例としてコンデンサ素子 1が 6枚の場合を示 しているが、枚数は限定されない。第 1群、第 2群はそれぞれ 1枚以上のコンデンサ 素子 1で構成されていればよい。

[0014] 図 2A〜図 2Cに示すように、一対の陽極リードフレーム 4は積層体 1Aの両端に位 置する陽極部 2をそれぞれ一体に結合している。すなわち陽極部 2の外周に陽極リ ードフレーム 4が巻き付けられ、陽極部 2を束ねるようにして抵抗溶接等によって陽極 部 2を結合している。また陰極リードフレーム 5は積層体 1 Aの中央に位置する陰極部 3の下面に、図示しない導電性銀ペーストを介して接合されている。ガイド壁 5Aは陰 極リードフレーム 5の両端にそれぞれ設けられている。すなわち、ガイド壁 5Aは陽極 端子 6同士を結ぶ方向と交差する方向の陰極リードフレーム 5の両端に設けられてい る。ガイド壁 5Aの内面は、導電性銀ペーストを介して陰極部 3と電気的に接続されて いる。なお、このような陽極リードフレーム 4、陰極リードフレーム 5は必要不可欠な部 材ではなぐ陽極部 2、陰極部 3を後述する陽極端子 6、陰極端子 7に直接接合して あよい。

[0015] 図 2A〜図 2Dに示すように、一対の陽極端子 6は陽極リードフレーム 4の下面にそ れぞれ接合される。陽極端子 6の一部は上面視で、後述する外装樹脂 8から突出す るように延長され、この延長部分は外装樹脂 8の側面に沿って上方へ折り曲げられて 折り曲げ部 6Cが設けられている。陽極端子 6はそれぞれ第 1群のコンデンサ素子 1 の陽極部 2、第 2群のコンデンサ素子 1の陽極部 2に、陽極リードフレーム 4を介して 電気的に接続されている。

[0016] 一対の陰極端子 7は陰極リードフレーム 5の下面の両端にそれぞれ接合されている 。すなわち、陰極端子 7は、積層体 1Aの中央に位置する陰極部 3にリードフレーム 5 を介して電気的に接続され、陽極端子 6同士を結ぶ方向と交差する方向の両端にそ

れぞれ配置されている。陰極端子 7の一部は、上面視で外装樹脂 8から突出するよう に延長され、この延長部分は外装樹脂 8の側面に沿って上方へ折り曲げられて折り 曲げ部 7Aが設けられている。

[0017] 絶縁性の外装樹脂 8は積層体 1A、陽極リードフレーム 4、陰極リードフレーム 5、陽 極端子 6の一部、陰極端子 7の一部を一体に被覆している。実装面となる下面には 陽極端子 6の端子部 6Aがそれぞれ対向する 2箇所に露呈し、陰極端子 7がそれぞ れ対向する 2箇所に露呈している。すなわち、外装樹脂 8は陽極端子 6の少なくとも 実装面となる面の一部と、陰極端子 7の少なくとも実装面となる面の一部とが露呈す る状態で、積層体 1Aを被覆している。

[0018] このようにコンデンサ 20は、実装面となる下面に陽極端子 6の端子部 6Aと陰極端 子 7がそれぞれ対向する 2箇所に露呈した 4端子構造を有している。この構造により、 各端子間に流れる電流によって発生する磁束がお互いに打ち消し合い、 ESLを大き く低減すること力 Sできる。さらに各端子間距離を可能な限り近づけて電流のループ長 さを小さくすることにより ESLをさらに低減することができる。

[0019] さらに、このように低 ESL化したコンデンサ 20を、基板 11に実装することにより、 π 型フィルタを形成することができる。その際、基板 11に設けられた陽極パターン 12に 端子部 6Αを接続し、陰極パターン 14に陰極端子 7を接続する。すなわち、陽極バタ ーン 12同士を電気的に接続するインダクタ部 13がコンデンサ 20を実装する位置に なるようにコンデンサ 20を配置する。

[0020] そして陽極パターン 12同士を電気的に接続したインダクタ部 13により、陽極端子 6 同士が電気的に接続される。すなわち、図 2Αにおける第 1群に含まれる複数のコン デンサ素子 1の合成キャパシタンスと、第 2群に含まれる複数のコンデンサ素子 1の合 成キャパシタンスとの間にインダクタ部 13が接続される。このようにして、 ESLが低減 されるとともに小型化された π型フィルタを形成することができる。またチップインダク タを別途用意する必要もなくなる。

[0021] また、陽極端子 6、陰極端子 7の一部を延出して外装樹脂 8の側面に沿って上方へ 折り曲げて折り曲げ部 6C、 7Aを設けている。この構成により、半田付け作業時に半 田フィレットが形成され易くなるば力、りでなぐ半田付け状態を上面から確認すること ができる。そのため半田付け作業の信頼性が向上する。

[0022] なお、本実施の形態においては、コンデンサ素子 1を 6枚積層して積層体 1Aを構 成した例を用いて説明した力本発明はこれに限定されない。コンデンサ素子 1の積 層枚数は要望される仕様に応じて適宜決定すればよぐ積層枚数は奇数でも構わな い。し力もながら、積層枚数を偶数にすることにより、各コンデンサ素子 1に流れる電 流によって発生する磁束をお互いに打ち消し合うことができるため、より好ましい。ま た本実施の形態では陽極部 2を交互に相反する方向に配設して積層体 1Aを構成し ているが、本発明はこれに限定されない。陽極部 2をランダムに相反する方向に配設 して積層体 1Aを構成してもよい。し力もながら陽極部 2を交互に相反する方向に配 設して積層体 1Aを構成することによって各コンデンサ素子 1に流れる電流の経路が より対称的になるため磁束がより効果的に打ち消しあうので好ましい。

[0023] また本実施の形態ではインダクタ部 13を基板 11にお!/、てコンデンサ 20を実装する 面に設けている力本発明はこれに限定されない。インダクタ部 13は、コンデンサ 20 を実装する面の裏側に形成してもよ!/、。あるいは多層構造の基板 11を用いて内層に インダクタ部 13を形成してもよい。

[0024] 次に、異なる形状のインダクタ部を有するプリント基板について説明する。図 3は本 発明の実施の形態による他のプリント基板(以下、基板) 11Aの平面図である。この 構成では、インダクタ部 13Aが蛇行形状を有している点が図 1とは異なる。基板 11A には図 2A〜図 2Eに示すコンデンサ 20を実装することで π型フィルタを形成すること ができる。

[0025] インダクタ部 13Aは蛇行形状であるため、インダクタ部 13Aのインダクタンス値を変 化させる自由度が増大する。そのため、インピーダンス値の制御を容易に行うことが 可能になる。また、インピーダンス値の制御は、 100kHz近傍から 1GHz近傍までの 広レ、周波数帯域で可能である。

[0026] なお、図 3ではインダクタ部 13Aを矩形の蛇行形状で示している力曲線の蛇行 形状でもよい。あるいは蛇行形状以外に、例えば二重の螺旋を一平面内で繋いだよ うな形状でもよぐ二重の螺旋を異なる平面に配置して互いに接続させてもよい。す なわち、インダクタ部 13Aの電流経路が陽極パターン 12同士の間の距離よりも長くな つていればよい。

[0027] 次に異なる構成の積層体 1Aを有するチップ形固体電解コンデンサ(以下、コンデ ンサ) 21を適用した π型フィルタについて説明する。図 4Α〜図 4Fは本発明の実施 の形態による他のコンデンサ 21の構成を示している。図 4Αは平面断面図、図 4Βは 図 4Αの Χ— Χ線における正面断面図、図 4Cは図 4Αの Y1—Y1線における左側面 断面図、図 4Dは図 4Αの Υ2— Y2泉における右側面断面図である。図 4Eは図 4Bの Z— Zにおける底面断面図、図 4Fは底面図である。

[0028] この構成では、コンデンサ素子 1を同一方向に揃えて複数枚積層して素子ユニット 41が構成されている。図 4B〜図 4Dでは一例として、 3枚のコンデンサ素子 1を積層 して素子ユニット 41が構成されている。このようにして構成された複数の素子ユニット 41は、それぞれの陽極部 2が交互に相反する方向に配置されるようにして積層され ている。図 4B〜図 4Dでは一例として、 2つの素子ユニット 41が積層されている。この ようにして積層体 1 Aが形成されている。なお陽極リードフレーム 4A、 4Bは、陽極部 2 と陽極端子 6とを接合するために設けられている。これらは抵抗溶接等によって接合 される。なお、陽極リードフレーム 4A、 4Bは必要不可欠な部材ではなぐ陽極部 2と 陽極端子 6とを直接結合してもよい。このようにコンデンサ素子 1を複数枚積層して素 子ユニット 41を形成することにより、作業性と組み立て精度が向上する。

[0029] なお、本実施の形態においては、コンデンサ素子 1を 3枚積層して素子ユニット 41 を構成した例を用いて説明したが、本発明はこれに限定されない。コンデンサ素子 1 の積層枚数は要望される仕様や作業性等に応じて適宜決定すればよい。また、素子 ユニット 41の積層段数は奇数でも構わないが、積層段数を偶数にすることによって 各コンデンサ素子 1に流れる電流によって発生する磁束をお互いに打ち消し合うこと ができる。そのためより好ましい。

[0030] 図 4A〜図 4Fに示すように積層体 1Aが複数の素子ユニット 41で構成されている構 成は図 1、図 3を用いて説明した基板 11ある!/、は基板 11 Aと組み合わせて π型フィ ノレタを構成することカできる。

産業上の利用可能性

[0031] 本発明によるプリント基板にチップ形固体電解コンデンサを実装して構成されたフィ ルタでは、 ESLが大きく低減されるとともに小型化できる。さらにチップインダクタが不 要になる。そのため特に高周波応答性が要求される分野等のフィルタとして有用であ