JP2005012071A - 積層型コモンモードチョークコイル及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノーマルモード及びコモンモードのインピーダンスを最適化すると共に高周波特性を改善して、ノイズ除去特性を向上させ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】非磁性絶縁材料を積層して第１及び第２の内部導体３１，３２を形成する非磁性絶縁材料層２０と、非磁性積層体層２０の上下両面に配置された磁性材料層１５，１６とを具備してなる積層体に、外部電極が設けられている積層型コモンモードチョークコイル１０において、第１及び第２の内部導体３１，３２が、隣接する第２非磁性材料２２及び第３非磁性材料２３に分割形成された第１上部導体３１ａ，第１下部導体３１ｂ及び第２上部導体３２ａ，第２下部導体３２ｂを電気的に接続して平面視８の字状バイファイラ巻きに構成した。
【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（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）、ＩＥＥＥ１３９４（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ １３９４）及びＬＤＶＳ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ）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。
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（ディファレンシャル）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。
【０００３】
さて、従来のコモンモードチョークコイルには、表面に導体線路を形成した複数の非磁性体シートを積層し、各導体線路を連結することで平面視８の字状ソレノイド巻きとした第１及び第２のコイルを形成したものがある。（たとえば、特許文献１参照）
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−２１５９４９号公報（第３〜４頁、図１）
【０００５】
【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記載のコモンモードチョークコイルは、８の字ソレノイド巻きのコイルが二つ形成された構成であるため、二つのコイルが上下の異なる層にあって位置ずれを生じやすく、磁気結合が低くなるという問題を有している。また、二つのコイルは上下の位置関係にあって誘電体を挟んでいるため、コンデンサとしての容量が大きくなって高周波特性を低下させるという問題もある。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、ノーマルモード及びコモンモードのいずれにおいてもインピーダンスを最適化すると共に高周波特性を改善して、ノイズ除去特性を向上させることができ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提供を目的としている。
【０００６】
【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。
本発明の積層型コモンモードチョークコイルは、複数の非磁性絶縁材料を積層して第１及び第２の内部導体を形成する非磁性絶縁材料層と、該非磁性積層体層の上下両面に配置された磁性材料層とを具備してなる積層体に、前記第１及び第２の内部導体に接続された外部電極が設けられている積層型コモンモードチョークコイルであって、前記第１及び第２の内部導体が、隣接する複数の非磁性材料に分割形成された内部導体を電気的に接続して１または複数層の平面視８の字状バイファイラ巻きに構成されている。
【０００７】
このような積層型コモンモードチョークコイルとすれば、第１及び第２の内部導体が平面視８の字状バイファイラ巻きに形成されているので、同一面内に二つの内部導体が配列されて誘電体を挟まないため、コンデンサとしての容量を低減することができる。また、バイファイラ巻きとしたため、磁気結合する内部導体の線長を等しくして高い結合係数が得られ、かつ、磁気結合する内部導体の有効長さを十分に確保することもできる。
【０００８】
本発明の積層型コモンモードチョークコイルの製造方法は、複数の非磁性絶縁材料を積層して第１及び第２の内部導体を形成する非磁性絶縁材料層と、該非磁性積層体層の上下両面に配置された磁性材料層とを具備してなる積層体に、前記第１及び第２の内部導体に接続された外部電極が設けられている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、前記第１及び第２の内部導体は、隣接する複数の非磁性材料に内部導体が分割形成され、これら非磁性材料を積層して隣接する内部導体間が電気的に接続されることで、１または複数層の平面視８の字状バイファイラ巻きとされる。
【０００９】
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すれば、第１及び第２の内部導体を平面視８の字状バイファイラ巻きに形成して、同一面内に二つの内部導体が配列されて誘電体を挟まないためコンデンサとしての容量が低く、磁気結合する内部導体の線長を等しくして高い結合係数が得られ、かつ、磁気結合する内部導体の有効長さを十分に確保できる積層型コモンモードチョークコイルを容易に製造することができる。
【００１０】
【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（以下では「コモンモードチョークコイル」と呼ぶ）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。なお、図１は本発明におけるコモンモードチョークコイルの分解斜視図、図２は図１の完成状態を示すコモンモードチョークコイルの外観斜視図、図３は本発明によるコモンモードチョークコイルの磁気結合の様子を示す分解斜視図である。
【００１１】
図１及び図２において、図中の符号１０はコモンモードチョークコイルを示している。このコモンモードチョークコイル１０は、シート状とした複数枚の非磁性絶縁材料及び磁性材料を積層して一体化した構成とされる。また、略直方体形状の積層体としたコモンモードチョークコイル１０の対向する２側面には、後述する２組の内部導体と引出電極を介して接続されている４つの外部電極１１，１２，１３，１４が分配して設けられている。
図１に示す構成例では、積層体としたコモンモードチョークコイル１０の上下両端面側に、それぞれが１または複数層よりなる磁性材料層１５，１６を配置してある。そして、これら上下の磁性材料層１５，１６の間には、少なくとも２層の複数層よりなる非磁性絶縁材料層２０を配置してある。
【００１２】
磁性材料層１５，１６は、それぞれが磁性材料１５ａ，１５ｂ，１５ｃ及び磁性材料１６ａ，１６ｂ，１６ｃを３層に積層した構成とされる。ここで、磁性材料層１５，１６としては高透過率のものが好ましく、使用可能なシート状の磁性材料には、たとえばＮｉ−Ｚｎフェライト、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕフェライト等がある。
なお、磁性材料層１５，１６については、上述した３層に限定されることはなく、磁性材料の種類や厚みに応じて適宜変更することができる。
【００１３】
非磁性絶縁材料層２０は、上面側から第１非磁性絶縁材料２１、第２非磁性絶縁材料２２、第３非磁性絶縁材料２３及び第４非磁性絶縁材料２４の順に、シート状の非磁性絶縁材料を４層に積層した構成とされる。ここで、非磁性絶縁材料層２０として使用可能なシート状の非磁性絶縁材料には、たとえばアルミナなどのセラミックス材料、シリカなどのガラス材料やポリイミド樹脂などの樹脂材料等がある。
なお、第１非磁性絶縁材料２１及び第４非磁性絶縁材料２４については、諸条件に応じてなくしたり、あるいはそれぞれを２層以上としてもよい。
【００１４】
さて、上述した４層の非磁性絶縁材料のうち、中間層となる第２非磁性絶縁材料２２及び第３非磁性絶縁材料２３の上面側には、平面視８の字状バイファイラ巻きとした第１内部導体３１及び第２内部導体３２が設けられている。
一方の第１内部導体３１は、８の字状の略半分に相当する第１上部導体３１ａが第２非磁性絶縁材料２２の上面に、そして、８の字状の残りの略半分に相当する第１下部導体３１ｂが第３非磁性絶縁材料２３の上面にそれぞれ形成されている。これら第１上部導体３１ａ及び第１下部導体３１ｂは、第２非磁性材料２２に穿設されたスルーホール２２ａを介して電気的に接続され、その両端には引出電極３４及び３５が設けられている。
【００１５】
また、第２内部導体３２は、８の字状の略半分に相当する第２上部導体３２ａが第２非磁性絶縁材料２２の上面に、そして、８の字状の残りの略半分に相当する第２下部導体３２ｂが第３非磁性絶縁材料２３の上面に、それぞれが第１上部導体３１ａ及び第１下部導体３１ｂと短絡しないようにして、所定の間隔をもってほぼ平行に配置されている。これらの第２上部導体３２ａ及び第２下部導体３２ｂも、第１内部導体３１と同様に、第２非磁性材料２２に穿設されたスルーホール２２ｂを介して電気的に接続され、その両端には引出電極３６及び３７が設けられている。
なお、これらの各導体３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂは、たとえば銀などの導電体を印刷やメッキなど周知の手法により、非磁性絶縁材料の表面に形成したものである。
【００１６】
このように、第１内部導体３１は、隣接する二つの非磁性材料、すなわち第２非磁性材料２２及び第３非磁性材料２３に分割形成された第１上部導体３１ａ及び第１下部導体３１ｂを電気的に接続することにより、１層（１個）の平面視８の字状導体（コイル）を形成している。同様に、第２内部導体３２は、隣接する二つの非磁性材料である第２非磁性材料２２及び第３非磁性材料２３に分割形成された第２上部導体３２ａ及び第２下部導体３２ｂを電気的に接続することにより、１層（１個）の平面視８の字状導体を形成している。
そして、これら二つの第１内部導体３１及び第２内部導体３２が重ならないようほぼ平行に配置することにより、平面視８の字状バイファイラ巻きに構成された１層のコイルとなる。
【００１７】
従って、第１導体３１及び第２導体３２は、隣接する二つの非磁性材料２２，２３に形成された導体間がスルーホール２２ａ，２２ｂにより接続される構成としたため、線長が短くなる内側と線長が長くなる外側とに配置される割合を同じにすることができる。この結果、第１導体３１及び第２導体３２の有効長さは、すなわち、引出電極３４，３５，３６，３７との接続に必要な部分を除いて互いに平行に配置されている導体の長さは、バイファイラ巻きの採用で全長を長く確保でき、かつ、その長さについても同じに設定することができる。
換言すれば、図示した平面視８の字状バイファイラ巻きは、一方の非磁性導体を表裏逆にして重ねれば、導体のパターンが完全に一致するようになっており、当然ながら導体の有効長さは等しくなる。
【００１８】
ここで、第１内部導体３１の導体経路を詳細に説明すると、外部電極１１から第３非磁性絶縁材料２３の引出電極３４及び第１下部導体３１ｂを経由して他端Ａに至り、ここからスルーホール２２ａを介して第２非磁性絶縁材料２２の第１上部導体３１ａと電気的に接続される。そして、この第１上部導体３１ａは、引出電極３５を経由して引出電極１２に接続される。
また、第２内部導体３２の導体経路を詳細に説明すると、外部電極１３から第２非磁性絶縁材料２２の引出電極３６及び第２上部導体３２ａを経由してスルーホール２２ｂに至り、ここでスルーホール２２ｂを介して第３非磁性絶縁材料２３の第２下部導体３２ｂ（他端Ｂ）と電気的に接続される。そして、この第２下部導体３２ｂは、引出電極３７を経て外部電極１４に接続される。
【００１９】
以上のように構成された本発明のコモンモードチョークコイル１０について、以下にその製造方法を説明する。
最初に、所定の形状（たとえば矩形状）としたシート状の第１非磁性絶縁材料２１、第２非磁性絶縁材料２２、第３非磁性絶縁材料２３及び第４非磁性絶縁材料２４を作製する。
次に、第２非磁性絶縁材料２２の所定位置に、レーザ、パンチングなど周知の手法で穴あけ加工を施し、スルーホール２２ａ，２２ｂを設ける。
【００２０】
次に、第２非磁性絶縁材料２２の上面に、それぞれが平面視８の字状のほぼ半分となるように、第１上部導体３１ａ及び第２上部導体３２ａを、印刷やメッキなど周知の手法を用いて互いに短絡しないように形成する。
また、第３非磁性絶縁材料２３の上面所定位置には、積層した状態で上述した第１上部導体３１ａ及び第２上部導体３２ａとスルーホール２２ａ，２２ｂを介して接続され、平面視８の字状の残りの部分となる第１下部導体３１ｂ及び第２下部導体３２ａを印刷やメッキなど周知の手法により形成する。
【００２１】
この時、第１上側導体３１ａの一端には引出電極３５が、第２上部導体３２ａの一端には引出電極３６が、第１下部導体３１ｂの一端には引出電極３４が、そして第２下部導体３２ｂの一端には引出電極３７がそれぞれ一体に連続して形成されている。また、スルーホール２２ａ，２２ｂには、スルーホールを設けた非磁性絶縁材料に形成される導体と一体的に連続するよう銀などの導電材料が充填される。なお、スルーホールを介して接続される非磁性絶縁材料側の導体とは、導体端部に図示しない凸状の電極部を設けるなどしてスルーホールの導電体に接触させ、電気的に接続されるようになっている。
【００２２】
次に、第１非磁性絶縁材料２１、第２非磁性絶縁体材料２２、第３非磁性絶縁材料２３及び第４非磁性絶縁材料２４を積層し、非磁性絶縁材料層２０を形成する。これにより、第１上部導体３１ａ及び第１下部導体３１ｂがスルーホール２２ａを介して電気的に接続され、また、第２上部導体３２ａ及び第２下部導体３２ｂがスルーホール２２ｂを介して電気的に接続される。
なお、磁性材料層１５，１６は、非磁性材料層２０を挟み込むようにして上下に積層されることにより、積層体が完成する。
【００２３】
また、上述したコモンモードチョークコイル１０は、各非磁性絶縁材料に対し所定のピッチで複数組の内部導体を形成して積層してもよく、この場合、ダイシングなどで切断することにより、上述した積層体を同時に多数製造することができる。
最後に、積層体の対向する両側面に露出した引出電極３４，３５，３６，３７と接続させて、銀などの導電体からなる外部電極１１，１２，１３，１４をそれぞれ形成し、上述した構成のコモンモードチョークコイルを製造する。このような製造方法により、第１内部導体３１及び第２内部導体３２の長さを等しくした平面視８の字状バイファイラ巻きのコモンモードチョークコイル１０を容易に製造することができる。
なお、外部電極１１，１２，１３，１４は、必要に応じて銀などの導電体の上面にメッキ処理を施してもよい。
【００２４】
このように構成されたコモンモードチョークコイル１０は、平面視８の字状バイファイラ巻きとして第１内部導体３１及び第２内部導体３２の長さを十分に確保し、しかも、両内部導体３１，３２の長さを等しくしてあるので、コモンモードのインピーダンス値を高くし、かつ、ノーマルモードのインピーダンス値を低く抑えることができる。
【００２５】
図３は、上述したコモンモードチョークコイル１０において、コモンモード時における磁気結合の様子を示す図である。
この場合、第１内部導体３１及び第２内部導体３２の長さを等しく設定してあるので、第１上部導体３１ａと第２上部導体３２ａとが影響し合って矢印Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３のように磁気結合し、同時に、第１下部導体３１ｂと第２下部導体３２ｂとが影響し合って矢印Ｚ４，Ｚ５，Ｚ６のように磁気結合する。この結果、矢印Ｚ７で示すように、コモンモードチョークコイル１０全体に大きな磁気結合が生じることとなるので、コモンモードのインピーダンス値を向上させることができる。
すなわち、磁気結合に寄与する内部導体の有効長さを十分に確保することでコモンモードにおけるインピーダンス値を高くしてノイズ除去性能が向上し、かつ、磁気結合に寄与しない内部導体を極力低減し、磁気結合に寄与する両内部導体の長さを等しくしてあるので、ノーマルモードにおけるインピーダンス値を低減して電流が流れやすい、すなわち高速信号波形に影響を及ぼすことのない積層型のコモンモードチョークコイル１０となる。
【００２６】
さらに、上述した平面視８の字状バイファイラ巻きでは、同一の非磁性材料面上に二つの内部導体（第１内部導体３１及び第２内部導体３２）が配列されているので、ふたつの導体間に誘電体を挟んでコンデンサとしての容量を増すようなことはない。しかも、磁気結合する内部導体間の対向面積を小さく抑えることができるので、これによってもコンデンサ容量を低く抑えることが可能になる。
すなわち、同一の非磁性材料上に配置されて磁気結合する第１内部導体３１及び第２内部導体３２の対向面積は、非磁性材料の上下方向に配置されて磁気結合する場合の対向面積となる導体線幅とは異なり、導体高さ（厚み）の影響を受けることとなる。このため、現状の導体形成技術においては、たとえば５０〜１００μｍ程度となる導体の線幅を対向面積とするより、たとえば１０μｍ程度となる厚さが対向面積となるように、同一面上にバイファイラ巻きとした導体間で磁気結合させれば、対向面積を１／５〜１／１０程度まで小さくすることができるので、この結果、コンデンサ容量を低く抑えて良好な高周波特性を得ることができる。
【００２７】
また、上述したコモンモードチョークコイルは、たとえば図４に示すように、上述した構成の平面視８の字状バイファイラ巻きを上下方向に複数層並べて積層し、多層化することも可能である。
すなわち、図４に示す多層化したコモンモードチョークコイル１０Ａは、磁性材料層１５，１６間に非磁性材料層２０Ａを配置した積層体とされる。この場合の非磁性材料層２０Ａは、上述した第２非磁性材料２２及び第３非磁性材料２３の間に、第１中間非磁性材料２５及び第２中間非磁性材料２６を挟み込んで積層し、平面視８の字状バイファイラ巻きを２層形成した構成としてある。
【００２８】
この場合、第１中間非磁性材料２５に形成された導体３１ｂ′，３２ｂ′は、引出電極３４，３７及びその接続部を除いて第３非磁性材料２３の導体パターンと実質的に同じである。
また、第２中間非磁性材料２６に形成された導体３１ａ′，３２ａ′は、引出電極３５，３６及びその接続部を除いて第２非磁性材料２２の導体パターンと実質的に同じである。
【００２９】
ただし、導体３１ｂ′は、一方の端部Ａ′がスルーホール２２ａを介して第１上部導体３１ａと電気的に接続され、他方の端部がスルーホール２５ａを介して導体３１ａ′の一端Ｃと電気的に接続される。同様にして、導体３２ｂ′は、一方の端部Ｂ′がスルーホール２２ｂを介して第２上部導体３２ａと電気的に接続され、他方の端部がスルーホール２５ｂを介して導体３２ａ′の一端Ｄと電気的に接続される。
さらに、導体３１ａ′の他端がスルーホール２６ａを介して第１下部導体３１ｂの端部Ａと電気的に接続され、導体３２ａ′の他端がスルーホール２６ｂを介して第２下部導体３２ｂの端部Ｂと電気的に接続されている。
【００３０】
このように、平面視８の字状バイファイラ巻きを２層としても、上述したものと同様に、内部導体の有効長さがより一層長くなることでコモンモードにおけるインピーダンス値を高くしてノイズ除去性能を向上させ、かつ、ノーマルモードにおけるインピーダンス値を低減して電流が流れやすいものとなる。また、コンデンサ容量を低く抑えることができるので、良好な高周波特性を得ることができる。
また、上述した第１中間非磁性材料２５及び第２中間非磁性材料２６を１ユニットとして積層数を増せば、平面視８の字状バイファイラ巻きを２層以上に多層化することができ、特に、内部導体の有効長さが増すことにより、コモンモードにおけるインピーダンス値を高くしてノイズ除去性能を向上させることが可能になる。
なお、本発明の構成は上述した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。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の積層型コモンモードチョークコイルによれば、平面視８の字状バイファイラ巻きとした第１及び第２の内部導体を設けたので、第１内部導体と第２内部導体との長さが等しくなって高結合係数を得ることができ、互いの磁気結合が高くなることによりノーマルモードにおけるインピーダンス値は低減される。また、互いに平行に配置されて磁気結合する内部導体の有効長さを十分に確保することができるため、コモンモードのインピーダンス値は高くなる。従って、ノーマルモード及びコモンモードのいずれにおいてもインピーダンスが最適化され、さらに、良好な高周波特性も得られるので、ノイズ除去特性がより一層向上した積層型コモンモードチョークコイルとなる。
【００３２】
また、本発明による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、コンデンサとしての容量が低く良好な高周波特性が得られ、磁気結合する内部導体の線長が等しく高い結合係数を得られ、かつ、磁気結合する内部導体の有効長さを十分に確保できる積層型コモンモードチョークコイルの製造を容易にし、ノイズ除去特性が高く安価で信頼性の高い製品を提供できるようになる。
【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一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】図１の積層型コモンモードチョークコイルにおける磁気結合の様子を示す図である。
【図４】本発明の変形例として多層化した積層型コモンモードチョークコイルを示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１０，１０Ａ 積層型コモンモードチョークコイル（コモンモードチョークコイル）
１１、１２，１３，１４ 外部電極
１５，１６ 磁性材料層
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ 磁性材料
２０，２０Ａ 非磁性絶縁材料層
２１ 第１非磁性絶縁材料
２２ 第２非磁性絶縁材料
２２ａ，２２ｂ，２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂ スルーホール
２３ 第３非磁性絶縁材料
２４ 第４非磁性絶縁材料
２５ 第１中間非磁性材料
２６ 第２中間非磁性材料
３１ 第１内部導体
３２ 第１内部導体
３４，３５，３６，３７ 引出電極

Claims (2)

1. 複数の非磁性絶縁材料を積層して第１及び第２の内部導体を形成する非磁性絶縁材料層と、該非磁性積層体層の上下両面に配置された磁性材料層とを具備してなる積層体に、前記第１及び第２の内部導体に接続された外部電極が設けられている積層型コモンモードチョークコイルであって、
   前記第１及び第２の内部導体が、隣接する複数の非磁性材料に分割形成された内部導体を電気的に接続して１または複数層の平面視８の字状バイファイラ巻きに構成された積層型コモンモードチョークコイル。
2. 複数の非磁性絶縁材料を積層して第１及び第２の内部導体を形成する非磁性絶縁材料層と、該非磁性積層体層の上下両面に配置された磁性材料層とを具備してなる積層体に、前記第１及び第２の内部導体に接続された外部電極が設けられている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、前記第１及び第２の内部導体は、隣接する複数の非磁性材料に内部導体が分割形成され、これら非磁性材料を積層して隣接する内部導体間が電気的に接続されることで、１または複数層の平面視８の字状バイファイラ巻きとされる積層型コモンモードチョークコイルの製造方法。

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