JP2004311830A

JP2004311830A - 積層型コモンモードチョークコイル及びその製造方法

Info

Publication number: JP2004311830A
Application number: JP2003105373A
Authority: JP
Inventors: Kensho Nagatomo; 憲昭長友
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2003-04-09
Filing date: 2003-04-09
Publication date: 2004-11-04

Abstract

【課題】結合係数が高いバイファイラ型ソレノイド巻きとした積層型コモンモードチョークコイルを提供すること。
【解決手段】磁性体の周面に形成された第１コイル２１及び第２コイル２２が磁性体の厚さｔと直交する横巻方向のバイファイラー巻きに形成されているコイル形成層２０と、該コイル形成層２０の上下両面にそれぞれ形成された絶縁体層１２とを備えている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器に侵入するコモンモードノイズを除去する積層型コモンモードチョークコイル及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、パーソナルコンピュータやその周辺機器で採用されているＵＳＢ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢｕｓ）、ＩＥＥＥ１３９４（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｓ１３９４）及びＬＤＶＳ（ＬｏｗＶｏｌｔａｇｅＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＳｉｇｎａｌｉｎｇ）といった高速の差動伝送方式のラインに流れるコモンモードノイズを除去するために、コモンモードチョークコイルが使用されている。
【０００３】
このコモンモードチョークコイルは、２つ以上のコイルを磁気的に組み合わせたコイルのことであり、電流の伝導方向におけるノーマルモードの成分には影響を与えないようにしてコモンモードの成分のみを除去するように構成したものである。すなわち、ノーマルモードのインピーダンスを最小限に抑えて、コモンモードのインピーダンスをできるだけ大きくすることが必要となる。
【０００４】
従来のコモンモードチョークコイルとしては、積層体の厚み方向において互いに異なる層に、平面視で重なるよう第１及び第２のコイル電極（縦巻き）を形成したものがある。（たとえば、特許文献１参照）
【０００５】
また、他の従来技術として、表面に導体線路を形成した複数の磁性体シートを積層し、各導体線路を連結することにより所定のパターンにした横巻きのコイルをひとつ形成した磁性体シート積層体を、絶縁体シートを介して接合したものがある。このような構成とすれば、絶縁体シートを隔ててその両面側に巻数及び巻回方向が同一の一対（２個）のコイルが形成されるため、一方のコイルで発生した磁界の大部分が他方のコイルと結合し、２つのコイル間の結合係数が大きくなる。（たとえば、特許文献２参照）
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−３３５５１７号公報（段落番号００１７−００２９、図１−図３）
【特許文献２】
特開平５−３４７２１５号公報（段落番号００１３−００３４、図１−図４）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した特許文献１記載の従来技術は、積層体の厚み方向において二つのコイルが平面視で重なるように形成するものであるから、大きな結合係数を得るためには二つのコイル間にずれを生じないよう積層する必要がある。このため、製造時には高精度に積層させる必要があるため、製造工程が複雑になるなどして手間や製造コストがかかるという不都合がある。
【０００８】
また、特許文献２記載の従来技術は、複数の磁性体シートを積層して所定のコイルパターンをひとつだけ形成した一対の磁性体シート積層体間に、絶縁シートを介在させて接合したものである。しかしながら、この場合のコイルは、左右分離型ソレノイド巻きとなるため、結合係数が低いという問題がある。また、コイルが露出しているため、耐環境性が低いという問題もある。さらに、コイルが左右分離型であることから、アレイ化することによりチップの厚さが大きくなるという問題もある。
【０００９】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、結合係数が高いバイファイラ型ソレノイド巻きとした積層型コモンモードチョークコイル及びその製造方法の提供を目的としている。
また、積層型コモンモードチョークコイルにおいて、その耐環境性を向上させると共に、アレイ化しても薄くできるものの提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
請求項１に記載の積層型コモンモードチョークコイルは、磁性体の周面に形成された第１及び第２のコイル状導体線路が前記磁性体の厚さと直交する横巻方向のバイファイラー巻きに形成されているコイル形成層と、該コイル形成層の上面及び下面にそれぞれ形成された絶縁体層とを備えていることを特徴とするものである。
【００１１】
このような積層型コモンモードチョークコイルによれば、磁性体の周面に形成された第１及び第２のコイル状導体線路が前記磁性体の厚さと直交する横巻方向のバイファイラー巻きに形成されているコイル形成層と、該コイル形成層の上面及び下面にそれぞれ形成された絶縁体層とを備えており、コイル形成層の外側に積層された絶縁体層が第１及び第２のコイル状導体線路により形成された磁束の漏れを防いで、結合係数を向上させることができる。
すなわち、磁性体どうしが積層された場合に生じる磁束の漏れを、絶縁体層を設けることで防止している。
【００１２】
請求項１記載の積層型コモンモードチョークコイルにおいては、前記絶縁体層の上面及び下面にそれぞれ磁性体層を備えていることが好ましく、これにより、磁束はより一層大きくなる。
【００１３】
請求項１または２記載の積層型コモンモードチョークコイルにおいては、前記コイル形成層の側面に絶縁層を形成することが好ましく、これにより、側面に露出するスルーホール等の導電体が保護されて耐環境性を向上させることができる。
【００１４】
請求項４記載の積層型コモンモードチョークコイルの製造方法は、請求項１から３のいずれかに記載の積層型コモンモードチョークコイルの製造方法であって、前記コイル形成層の上面及び下面にそれぞれ絶縁体層を設けて積層する工程を備えていることを特徴とするものである。
【００１５】
このような積層型コモンモードチョークコイルの製造方法によれば、コイル形成層の上面及び下面にそれぞれ絶縁体層を設けて積層する工程を備えているので、磁束の漏れが少なくなり、大きな結合係数を有するものの製造が可能となる。
【００１６】
請求項４記載の積層型コモンモードチョークコイルの製造方法においては、前記コイル形成層の側面に絶縁層を形成する工程を備えていることが好ましく、これにより、導電体を保護して優れた耐環境性を有するものの製造が可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による積層型コモンモードチョークコイル及びその製造方法の一実施形態を図面に基づいて説明する。
＜第１の実施形態＞
最初に、本発明に係る積層型コモンモードチョークコイルの第１の実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。なお、図１は本実施形態における積層型コモンモードチョークコイルの分解斜視図、図２は図１の完成状態を示す積層型コモンモードチョークコイルの外観斜視図である。
【００１８】
図１及び図２において、図中の符号１０は積層型コモンモードチョークコイルを示している。この積層型コモンモードチョークコイル１０は、シート状とした磁性体層１１と、同じくシート状とした絶縁体層１２と、コイル形成層２０とを積層して一体化した構成とされる。図示の構成では、コイル形成層２０の上面及び下面に絶縁体層１２が積層され、さらに、絶縁体層１２の上面及び下面に磁性体層１１が積層された略直方体形状の積層体とされ、その対向する２側面には、後述する２組のコイル状導体線路と電気的に接続されている２組（合計４カ所）の外部電極１３，１４が分配して設けられている。
【００１９】
コイル形成層２０は、たとえば略直方体形状とした磁性体の周面に電気的に接続された第１のコイル状導体線路（以下、「第１コイル」と呼ぶ）２１及び第２のコイル状導体線路（以下、「第２コイル」と呼ぶ）２２が、その厚さｔと直交する横巻き方向のバイファイラー巻きに形成されたものである。
コイル形成層２０の基材となる磁性体は、たとえばＮｉ−Ｚｎフェライト、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕフェライト等のシート状材料を複数積層したものであり、その上面２０ａ及び下面２０ｂには、第１コイル２１及び第２コイル２２を形成する複数（図示の例では８本）の直線導体が等ピッチで平行に配列されている。これらの直線導体は、たとえば銀などの導電体を印刷やメッキなど周知の方法により形成したものである。
【００２０】
第１コイル２１は、上面２０ａ及び下面２０ｂにそれぞれ形成された直線導体間がそれぞれ第１スルーホール２３を介して電気的に接続され、渦巻状に連続するものである。また、第１コイル２１の両端部は、それぞれが外部電極１３と電気的に接続されている。
第２コイル２２は、上面２０ａ及び下面２０ｂにそれぞれ形成された直線導体間がそれぞれ第２スルーホール２４を介して電気的に接続され、渦巻状に連続するものである。また、第２コイル２２の両端部は、それぞれが外部電極１４と電気的に接続されている。
【００２１】
この結果、コイル形成層２０の周面には、第１コイル２１及び第２コイル２２よりなる１組のコイルがバイファイラー巻きに形成され、それぞれのコイル端部は、外部電極１３，１４を備えている。なお、スルーホール２３，２４は、磁性体の対向する側面に露出して設けられている。
【００２２】
このように構成されたコイル形成層２０の上面２０ａ及び下面２０ｂに積層される絶縁体層１２としては、たとえばアルミナ、ムライトなどのセラミックス材料、シリカ等のガラス材料、ポリイミド樹脂などの樹脂材料等をシート状とした非磁性絶縁材料が使用される。
また、絶縁体層１２の外側（上面及び下面）に積層される磁性体層１１は、たとえばＮｉ−Ｚｎフェライト、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕフェライト等のシート状材料を複数積層したものが使用される。なお、この磁性体層１１については、必ず設ける必要はなく、諸条件に応じて適宜設ければよい。
【００２３】
また、上述した積層型コモンモードチョークコイル１０の製造方法では、周知の方法でコイル成形層２０の周囲に第１コイル２１及び第２コイル２２を形成する。
この後、コイル形成層２０の上面２０ａ及び下面２０ｂに絶縁体層１２を設けて積層する工程を実施する。
さらに、必要に応じて、絶縁体層１２の外側に磁性体層１１を設けて積層する工程を実施して、コイル形成層２０の上下に少なくとも磁性体層１２が積層された積層体となる。
【００２４】
この積層体は、たとえば焼成炉に入れて所定時間、所定温度の環境にさらすことで一体的に焼成される。
こうして得られた積層体の焼成体は、第１コイル２１及び第２コイル２２の両端部にそれぞれ電気的に接続される外部電極１３，１４が形成され、積層型コモンモードチョークコイル１０となる。
【００２５】
このような積層型コモンモードチョークコイル１０とすれば、第１コイル２１及び第２コイル２２が厚さｔと直交する横巻方向のバイファイラー巻きに形成されているコイル形成層２０と、コイル形成層２０の上面２０ａ及び下面２０ｂにそれぞれ形成された絶縁体層１２とを備えているので、コイル形成層２０の外側に積層された絶縁体層１２が第１コイル２１及び第２コイル２２により形成された磁束の漏れを防いで、結合係数を向上させることができる。特に、磁性体層１１を設ける場合には、同じ磁性体どうしのコイル形成層２０及び磁性体層１１が接触して積層された場合に磁束の漏れが生じて結合係数を低下させているが、このような磁束の漏れは、両磁性体間に絶縁体層１２の層を設けることで防止される。
従って、結合係数が大きくなり、図２において矢印Ｚ１で示す方向に磁束が形成されるため、ノーマルモードにおけるインピーダンスを最小限に抑えることができる。
【００２６】
また、第１コイル２１及び第２コイル２２は、印刷やメッキ等により形成した表面電極からなり、電極幅に比べ電極高さが小さいため、シート内で隣接する第１コイル２１及び第２コイル２２の対向面積は小さく、浮遊容量が小さくなる。なお、浮遊容量が小さくなると、積層型コモンモードチョークコイル１０の高周波領域でのコモンモードインピーダンスは低下することなく、高周波特性が向上する。
【００２７】
また、上述した積層型コモンモードチョークコイル１０において、絶縁体層１２の上面及び下面にそれぞれ磁性体層１１を設けると、矢印Ｚ１方向に磁束を集約させやすく、その結果、第１コイル２１及第２コイル２２のそれぞれが形成していた非結合の磁束（磁束漏れ）を低減することにより、第１コイル２１及び第２コイル２２の結合に寄与する磁束の割合が大きくなる。
【００２８】
＜第２の実施形態＞
続いて、本発明に係る積層型コモンモードチョークコイルの第２の実施形態を図３及び図４に基づいて説明する。なお、図３は本実施形態における積層型コモンモードチョークコイルの分解斜視図、図４は図３の完成状態を示す積層型コモンモードチョークコイルの外観斜視図である。なお、上述した第１の実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２９】
この実施形態の積層型コモンモードチョークコイル１０Ａにおいては、コイル形成層２０の側面に絶縁層３０を形成してある。この絶縁層３０は、たとえばガラスペーストをディップ法により形成したもので、スルーホール２３，２４を被覆するようにして設けられている。すなわち、絶縁層３０を形成する工程を加えて、成形層２０の４つの側面の内、外部電極１３，１４が形成される面を除いた２面を覆うようにすればよい。
【００３０】
このような絶縁層３０を形成すると、スルーホール２３，２４の導電体が被覆されるため、外気と接触することなく保護されて耐環境性が向上する。従って、積層型コモンモードチョークコイル１０Ａの信頼性や耐久性を向上させることができる。
【００３１】
＜第３の実施形態＞
続いて、本発明に係る積層型コモンモードチョークコイルの第３の実施形態を図５及び図６に基づいて説明する。なお、図５は本実施形態における積層型コモンモードチョークコイルの分解斜視図、図６は図５の完成状態を示す積層型コモンモードチョークコイルの外観斜視図である。なお、上述した第１及び第２の実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３２】
この実施形態の積層型コモンモードチョークコイル１０Ｂは、第２の実施形態に示した積層型コモンモードチョークコイル１０Ｂをアレイ化したものであり、第１のコイル形成層２０Ａと第２のコイル形成層２０Ｂとの間に、中間の絶縁体層１２が設けられている。
【００３３】
この場合の積層型コモンモードチョークコイル１０Ｂは、上層から順に、第１の磁性体層１１と、第１の絶縁体層１２と、第１のコイル形成層２０Ａと、中間の絶縁体層１２と、第２のコイル形成層２０Ｂと、第２の絶縁体層１２と、第２の磁性体層１１とが積層されている。すなわち、上下に重ねたコイル形成層２０Ａ，２０Ｂの上下面間に絶縁体層１２を挟んだ状態として積層し、アレイ化したものである。なお、図示の例では、側面の絶縁層３０を設けて耐環境性を向上させているが、第１の実施形態のようにスルーホール２３，２４を露出させた構成としてもよい。
【００３４】
このような構成のアレイ化を行うことにより、積層型コモンモードチョークコイル用の外部電極１３，１４を左右（幅方向）に配列した左右分離型アレイ化が可能となり、高さの低い薄型として低背化することができる。
【００３５】
図７は、上述したアレイ化の変形例を示すもので、実質的には第２の実施形態で説明した積層型コモンモードチョークコイル１０Ａを一対上下に重ね合わせ、両チョークコイル１０Ａ，１０Ａの接合面間に中間の絶縁体層１２を介在させて積層し、アレイ化したものである。
【００３６】
この場合の積層型コモンモードチョークコイル１０Ｃは、上層から順に、第１の磁性体層１１と、第１の絶縁体層１２と、第１のコイル形成層２０Ａと、第２の絶縁体層１２と、第２の磁性体層１１と、中間の絶縁体層１２と、第３の磁性体層１１と、第３の絶縁体層１２と、第２のコイル形成層２０Ｂと、第４の絶縁体層１２と、第４の磁性体層１１とが積層されている。
すなわち、第１の磁性体層１１、第１の絶縁体層１２、第１のコイル形成層２０Ａ、第２の絶縁体層１２及び第２の磁性体層１１により上側（第１）の積層型コモンモードチョークコイル１０Ｃａが形成され、第３の磁性体層１１、第３の絶縁体層１２、第２のコイル形成層２０Ｂ、第４の絶縁体層１２及び第４の磁性体層１１により下側（第２）の積層型コモンモードチョークコイル１０Ｃｂが形成されており、上下に重ねた二つのチョークコイル１０Ｃａ，１０Ｃｂの間に絶縁体層１２を挟んだ状態として積層し、アレイ化したものである。なお、図示の例では、側面の絶縁層３０を設けて耐環境性を向上させているが、第１の実施形態のようにスルーホール２３，２４を露出させた構成としてもよい。
【００３７】
このような構成のアレイ化を行っても、積層型コモンモードチョークコイル用の外部電極１３，１４を左右（幅方向）に配列した左右分離型アレイ化が可能となり、高さの低い薄型として低背化することができる。しかも、図５に示したものと比較して、両チョークコイル１０Ｃａ，１０Ｃｂの接合面間には、中間の絶縁体層１２に加えて、磁性体層１１及び絶縁体層１２がそれぞれ一対設けられているので、絶縁体層１２による磁束漏れがより一層低減されて結合係数を大きくし、かつ、磁性体層１１により磁気干渉が低減されるためそれぞれの磁束を大きくし、良好なノイズ除去特性を得ることができる。
なお、本発明の構成は上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１記載の積層型コモンモードチョークコイルによれば、磁性体の周面に形成された第１及び第２のコイル状導体線路が磁性体の厚さと直交する横巻方向のバイファイラー巻きに形成されているコイル形成層と、該コイル形成層の上面及び下面にそれぞれ形成された絶縁体層とを備えており、コイル形成層の外側に積層された絶縁体層が第１及び第２のコイル状導体線路により形成された磁束の漏れを防いで、結合係数を向上させることができる。
また、第１コイル及び第２コイルは、表面電極からなり、電極幅に比べ電極高さが小さいため、シート内で隣接する第１コイル及び第２コイルの対向面積は小さく、浮遊容量が小さくなる。従って、優れたノイズ除去特性を有する積層型コモンモードチョークコイルとなる。
【００３９】
特に、絶縁体層の上面及び下面にそれぞれ磁性体層を設けた構成とすれば、磁束がより一層大きくなってノイズ除去特性を向上させる。
そして、コイル形成層の側面に絶縁層を形成することにより、導電体が保護されて耐環境性が向上するので、信頼性や耐久性の面でも優れたものとなる。
【００４０】
請求項４記載の積層型コモンモードチョークコイルの製造方法によれば、コイル形成層の上面及び下面にそれぞれ絶縁体層を設けて積層する工程を備えているので、磁束の漏れが少なくなり、大きな結合係数を有するものの製造が可能になって、優れたノイズ除去特性を有する積層型コモンモードチョークコイルを提供することができる。
この場合、コイル形成層の側面に絶縁層を形成する工程を加えることにより、導電体を保護して優れた耐環境性を有し、信頼性や耐久性が向上した積層型コモンモードチョークコイルを製造することができる。
【００４１】
また、上述した本発明の積層型コモンモードチョークコイルは、アレイ化した場合においても、チップが低背化されて回路中への組み込みが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る積層型コモンモードチョークコイルの第１の実施形態を示す分解斜視図である。
【図２】図１の完成状態を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る積層型コモンモードチョークコイルの第２の実施形態を示す分解斜視図である。
【図４】図３の完成状態を示す斜視図である。
【図５】本発明に係る積層型コモンモードチョークコイルの第３の実施形態としてアレイ化した状態を示す分解斜視図である。
【図６】図５の完成状態を示す斜視図である。
【図７】図５の変形例を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃコモンモードチョークコイル
１１磁性体層
１２絶縁体層
１３，１４外部電極
２０，２０Ａ，２０Ｂコイル形成層
２１第１コイル（第１のコイル状導体経路）
２２第２コイル（第２のコイル状導体経路）
２３，２４スルーホール

Claims

磁性体の周面に形成された第１及び第２のコイル状導体線路が前記磁性体の厚さと直交する横巻方向のバイファイラー巻きに形成されているコイル形成層と、該コイル形成層の上面及び下面にそれぞれ形成された絶縁体層とを備えていることを特徴とする積層型コモンモードチョークコイル。
前記絶縁体層の上面及び下面にそれぞれ磁性体層を備えていることを特徴とする請求項１記載の積層型コモンモードチョークコイル。
前記コイル形成層の側面に絶縁層を形成したことを特徴とする請求項１または２記載の積層型コモンモードチョークコイル。
請求項１から３のいずれかに記載の積層型コモンモードチョークコイルの製造方法であって、
前記コイル形成層の上面及び下面にそれぞれ絶縁体層を設けて積層する工程を備えていることを特徴とする積層型コモンモードチョークコイルの製造方法。
前記コイル形成層の側面に絶縁層を形成する工程を備えていることを特徴とする請求項４記載の積層型コモンモードチョークコイルの製造方法。