JP2005050957A

JP2005050957A - 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: JP2005050957A
Application number: JP2003204608A
Authority: JP
Inventors: Kensho Nagatomo; 憲昭長友
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2003-07-31
Publication date: 2005-02-24

Abstract

【課題】層間剥がれを抑制す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を提供すること。
【解決手段】第１から第４の非磁性絶縁材料３５〜３８を積層して第１及び第２内部導体４１、４２を形成する非磁性絶縁材料層２１と、非磁性絶縁材料層２１の上下両面に配置された磁性材料層１５、１６とを具備し、これらを一体的に焼成させた積層体に、第１及び第２内部導体４１、４２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１０であって、収縮比及び比透磁率が非磁性絶縁材料層２１よりも高く磁性材料層１５、１６よりも低い第１及び第２低透磁率材料層２０、２２が、非磁性絶縁材料層２１と磁性材料層１５、１６との間に設けられていることを特徴とする。
【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、複数の非磁性絶縁材料の表面に導体を形成し、これを積層することによって形成された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。
【０００４】
しかし、複数の非磁性絶縁材料を積層することによってコイルが形成されているため、機械的、熱的なストレスによって積層した非磁性絶縁材料が剥離する層間剥がれが生じやすくなってしまう。
そこで、複数のコイルを左右に分離して配置することにより機械的、熱的なストレスを広範囲に分散させ、層間剥がれを抑制する構成が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−１３８９３７号公報（第２−３頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術のコモンモードチョークコイルでは、積層した非磁性絶縁材料と磁性材料とを焼成させた際に、焼成される前後の寸法比である収縮比が非磁性絶縁材料と磁性材料とで大きく異なるため、非絶縁材料と磁性材料との間で層間剥がれが生じる恐れがある。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、層間剥がれを抑制す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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明に係る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複数の内部導体を形成する非磁性絶縁材料層と、該非磁性絶縁材料層の上下両面に配置された磁性材料層とを具備し、これらを一体的に焼成させた積層体に、前記複数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、焼成させる前後の寸法比である収縮比及び比透磁率が前記非磁性絶縁材料層よりも高く前記磁性材料層よりも低い低透磁率材料層が、前記非磁性絶縁材料層と前記磁性材料層との間に設けられていることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、内部導体が設けられた非磁性絶縁材料層に向かって徐々に収縮比が小さくなるような材料の配置とされているため、隣接する層間の収縮比の差が小さくなり、焼成させた際に各磁性材料及び非磁性絶縁材料の収縮比の差による層間剥がれを抑制することができる。また、徐々に透磁率の小さい材料が配置されているため、内部導体で発生した磁束の、磁束漏れを抑制することができる。
【００１０】
また、本発明に係る積層型コモンモードチョークコイルは、前記非磁性絶縁材料層及び前記低透磁率材料層の材料組成はガラス材料を含み、前記低透磁率材料層のガラス材料の組成比の重量％が、前記非磁性絶縁材料層よりも小さい値に設定されていることが好ましい。
この発明によれば、ガラス材料の組成比を高くすることによって、収縮比及び透磁率を低くした非磁性絶縁材料及び低透磁率材料を形成することができる。
【００１１】
また、本発明に係る積層型コモンモードチョークコイルは、前記低透磁率材料層は複数のシート状材料の積層体とされ、各シート状材料における前記ガラス材料の組成比の重量％が、前記非磁性絶縁材料層に向かって順次増加することが好ましい。
この発明によれば、ガラス材料の組成比を順次増加させることによって、非磁性絶縁材料層に向かって順次収縮比及び透磁率が低くなるように積層されるため、層間剥がれをより一層抑制することができる。
【００１２】
また、本発明に係る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複数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これらを一体的に焼成させた積層体に、前記複数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、前記非磁性絶縁材料層と前記磁性材料層との間に前記低透磁率材料層を配置して積層することを特徴とする。
この発明によれば、内部導体が設けられた非磁性絶縁材料層に向かって徐々に収縮比が小さくなるような材料が配置されているため、焼成させた際に各磁性材料及び非磁性絶縁材料の収縮比の違いによる層間剥がれを抑制することが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。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による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。なお、図１は本実施形態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である。
【００１４】
図１及び図２において、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１１〜１４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又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、上から順に磁性材料層１５、第１低透磁率材料層２０、非磁性絶縁材料層２１、第２低透磁率材料層２２、磁性材料層１６を配置してある。
【００１５】
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、例えばＮｉ−Ｚｎフェライト、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕフェライトなどがある。
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。
【００１６】
第１低透磁率材料層２０は、上面から順に第１低透磁率材料３１、第２低透磁率材料３２の順に、シート状の低透磁率材料を２層積層した構成とされ、第２低透磁率材料層２２も同様に、第３低透磁率材料３３、第４低透磁率材料３４の順に、シート状の低透磁率材料を２層積層した構成とされる。
非磁性絶縁材料層２１は、上面側から第１非磁性絶縁材料３５、第２非磁性絶縁材料３６、第３非磁性絶縁材料３７、第４非磁性絶縁材料３８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。
【００１７】
ここで、第１低透磁率材料層２０、非磁性絶縁材料層２１、第２低透磁率材料層２２として使用可能なシート状の非磁性絶縁材料には、磁性材料と誘電材料とガラス材料とからなる複合磁器材料を用いる。磁器材料には、例えば、Ｎｉ−Ｚｎフェライト、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕフェライトなどがある。なお、磁性材料層１５、１６に用いた磁性材料と同材料であることが望ましい。誘電材料には、例えば、ＢａＴｉＯ_３、ＴｉＯ_２、ＳｒＴｉＯ_３又は、組成（ＰｂＯ_ｘ・Ｌａ_２Ｏ_３ｙ／２）・（ＺｒＯ_ｕ・ＴｉＯ_ｖ）で表されるペロブスカイト型リラクサー系材料などがある。ガラス材料には、例えば、ＳｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３とＲＯ又はＲＯ_２（但し、ＲはＣａ、Ｂａ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｔｉの群から選択された少なくとも１種。）の組成からなる材料などがある。
なお、第１非磁性絶縁材料３５及び第４非磁性絶縁材料３８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。
また、焼成させる前後の寸法比である収縮比及び比透磁率は、高いほうから順に、磁性材料層１５、１６、第１及び第４低透磁率材料３１、３４、第２及び第３低透磁率材料３２、３３、第１から第４非磁性絶縁材料３５〜３８となっている。また、比誘電率は、第１から第４非磁性絶縁材料３５〜３８がもっとも小さくなっている。
【００１８】
さて、上述した４層の非磁性絶縁材料のうち、中間部の第２非磁性絶縁材料３６及び第３非磁性絶縁材料３７には、それぞれの上面に渦巻状（スパイラル状）とした第１の上部導体４１ａ、第２の上部導体４２ａ及び第１の下部導体４１ｂ、第２の下部導体４２ｂが設けられている。なお、これらの各内部導体４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂは、例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形成したものである。
【００１９】
このうち、第１の上部導体４１ａ及び第２の上部導体４２ａは、第２非磁性絶縁材料３６の上面に形成され、それぞれが１ターン以上の渦巻状となっている。そして、第１の上部導体４１ａの内側には第２の上部導体４２ａが略平行に配置され、互いに短絡しないように設けられている。すなわち、第１の上部導体４１ａと第２の上部導体４２ａとを１つの組とした場合、この１組が渦巻状になっており、その渦巻方向は、上面視において第１の上部導体４１ａ及び第２の上部導体４２ａが共に同じ方向となっている。
【００２０】
第１の上部導体４１ａの一方の端部、すなわち渦巻きの外側となる端部には、外部電極１１に接続される引出電極４４が形成されている。また、第１の上部導体４１ａの他方の端部、すなわち渦巻きの内側となる端部には、第２非磁性絶縁材料３６を貫通する第１スルーホール３６ａが設けられている。この結果、第１の上部導体４１ａの他端側は、第１スルーホール３６ａを介して、後述する第３非磁性絶縁材料３７側に形成されている第１の下部導体４１ｂと電気的に接続されて第１の内部導体４１が構成されている。
【００２１】
同様に、第２の上部導体４２ａの一方の端部、すなわち渦巻きの外側となる端部には、外部電極１３に接続される引出電極４６が形成されている。また、第２の上部導体４２ａの他方の端部、すなわち渦巻きの内側となる端部には、第２非磁性絶縁材料３６を貫通する第２スルーホール３６ｂが設けられている。この結果、第２の上部導体４２ａの他端側は、第２スルーホール３６ｂを介して、後述する第３非磁性絶縁材料３７側に形成されている第２の下部導体４２ｂと電気的に接続されて第２の内部導体４２が構成されている。
【００２２】
また、第１の下部導体４１ｂ及び第２の下部導体４２ｂは、第３非磁性絶縁材料３７の上面に形成され、それぞれが１ターン以上の渦巻状となっている。この場合においても、上述した第２非磁性絶縁材料３６の上部導体配置と同様に、第１の下部導体４１ｂの内側に第２の下部導体４２ｂが略平行に配置され、互いに短絡しないように設けられている。すなわち、第１の下部導体４１ｂと第２の下部導体４２ｂとを１つの組とした場合、この１組が渦巻状になっており、その渦巻方向は、上面視において第１の下部導体４１ｂ及び第２の下部導体４２ｂ共に同じ方向となっており、しかも、上述した第１の上部導体４１ａ及び第２の上部導体４２ａとも同方向となっている。
【００２３】
第１の下部導体４１ｂの一方の端部、すなわち渦巻きの外側となる端部には、外部電極１２に接続される引出電極４５が形成されている。また、第１の下部導体４１ｂの他方の端部、すなわち渦巻きの内側となる端部が、第１スルーホール３６ａを介して上述した第２非磁性絶縁材料３６に形成されている第１の上部導体４１ａと電気的に接続されている。
同様に、第２の下部導体４２ｂの一方の端部、すなわち渦巻きの外側となる端部には外部電極１４に接続される引出電極４７が形成されている。また、第２の下部導体４２ｂの他方の端部、すなわち渦巻きの内側となる端部は、第２スルーホール３６ｂを介して上述した第２非磁性絶縁材料３６側に形成されている第２の上部導体４２ａと電気的に接続されている。
【００２４】
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（例えば矩形状）としたシート状の第１から第４低透磁率材料３１〜３４及び第１から第４非磁性絶縁材料３５〜３８を作製する。
次に、中間位置となる第２非磁性絶縁材料３６の所定位置に、レーザ、パンチングなど周知の手法を用いて穴あけ加工を施し、スルーホール３６ａ、３６ｂを設ける。
【００２５】
次に、第２非磁性絶縁材料３６及び第３非磁性絶縁材料３７の上面に、それぞれ１ターン以上の第１の上部導体４１ａ、第２の上部導体４２ａ及び第１の下部導体４２ａ、第２の下部導体４２ｂ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。
【００２６】
この時、第１の上部導体４１ａの一端には引出電極４４が、第２の上部導体４２ａの一端には引出電極４６が、第１の上部導体４１ｂの一端には引出電極４６が、そして第２下部電極３２ｂの一端には引出電極４７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３６ａ、３６ｂ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、導体側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。
【００２７】
次に、第１から第４非磁性絶縁材料３５〜３８を積層し、非磁性絶縁材料層２１を形成する。これにより、第１の上部導体４１ａ及び第１の下部導体４１ｂがスルーホール３６ａを介して電気的に接続され、また、第２の上部導体４２ａ及び第２の下部導体４２ｂがスルーホール３６ｂを介して電気的に接続される。
なお、磁性材料層１５、１６と第１及び第２低透磁率材料層２０、２２とは、非磁性絶縁材料層２１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を形成し、これを焼成することによって完成する。
【００２８】
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４４〜４７と接続させて、銀などの導電体からなる外部電極１１〜１４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。
なお、外部電極１１〜１４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。
【００２９】
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、中央に設けられた非磁性絶縁材料層２１に向かって徐々に収縮比が小さくなるように、多層構造の第１低透磁率材料層２０及び第２低透磁率材料層２２が配置されているため、焼成させた際に収縮比の違いによる層間剥がれを抑制することができる。
また、中心に設けられた非磁性絶縁材料層２１に向かって徐々に透磁率が小さい材料が配置されているため、第１及び第２の内部導体で発生した磁束の、磁束漏れを抑制することができる。
また、非磁性絶縁材料層２１が最も比誘電率の低い材料層となっているため、第１及び第２の内部導体による浮遊容量を低減することができる。
【００３０】
【実施例】
次に、本発明に係る積層型コモンモードチョークコイルを、実施例により具体的に説明する。
【００３１】
先ず、以下のようにして磁性材料、誘電材料及びガラス材料を得た。
磁性材料：ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＣｕＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３を出発原料とし、これらを各々１５：２５：１２：４８（モル比）の割合で湿式混合後、９５０℃で仮焼し、Ｎｉ_０．１５Ｚｎ_０．２５Ｃｕ_０．１２Ｆｅ_０．９６Ｏ_１．９６の磁性材料を得た。得られた磁性材料は、湿式にて４８時間粉砕し平均粒径約１μｍのスピネル構造の磁性材料を得た。
誘電材料：ＰｂＯ、Ｌａ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２を出発原料とし、これらを各々８８：６：７０：３０（モル比）の割合で湿式混合後、１０５０℃で仮焼し、Ｐｂ_０．８８Ｌａ_０．１２Ｚｒ_０．７Ｔｉ_０．３Ｏ_３．０６の誘電材料を得た。得られた誘電材料は、湿式にて２４時間粉砕し、平均粒径約１μｍのペロブスカイト型の誘電材料を得た。
ガラス材料：ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＢａＯの各々の割合が５５：１５：２０：１０（重量比）のガラス材料を得るために、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｂａの各成分の酸化物、炭酸塩又は水酸化物を混合し、１１００℃で溶解後急冷し、ガラス材料を得た。
次に、磁性材料、誘電材料及びガラス材料を用いて、表１に示す複合比でそれぞれ混合し、ポリビニルブラチールなどのバインダを混合粉に対し９．４ｗｔ％加えて混練し複合ペイントを調整し、この複合ペイントでドクターブレード法により厚み１０〜５０μｍの磁性材料、低透磁率材料及び非磁性絶縁材料の各グリーンシートを作成した。
この表で、材料特性は、各材料のグリーンシートを約０．８ｍｍの厚さで積層し、プレス成形し、大気中で９４０℃で４時間焼成して得られた焼結体試料の特性結果を示しており、比透磁率μ及び比誘電率εは周波数１ＭＨｚでの測定値、Δμは材料Ａの比誘電率に対する各材料の比誘電率の比を記載している。また、絶縁抵抗率は１×１０^９Ωｃｍ以上を高絶縁性として○、１×１０^９Ωｃｍ未満を×と記載している。
【００３２】
【表１】

【００３３】
次に、実施例と、比較例として磁性材料層１５、１６、第１から第４低透磁率材料３１〜３４及び第１から第４非磁性絶縁材料３５〜３８に対し、それぞれ表２に示すような磁性材料、低透磁率材料及び非磁性絶縁材料の各グリーンシートを用いて、厚さ０．８μｍになるように積層し、その途中で、市販のＡｇペーストを用いて内部電極（内部導体）としてバイファイラ巻きのコイルを印刷形成し（コイルはスルーホールを介して接続。）、熱間圧着後、焼成後に焼結体寸法が１．２×１．０ｍｍとなるように切断し、コモンモードチョークコイル１０を得た。このチップを４００℃で脱脂処理した後、大気中で９４０℃で１時間焼成した。得られた焼結体の層間剥がれの有無を調べた。
【００３４】
【表２】

【００３５】
表２に示されるように、本発明によれば、層間剥がれを抑制できることを確認した。
【００３６】
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。
例えば、上記実施形態においてバイファラ巻きのコイルを用いたが、これに限らず、ソレノイド巻きや、８の字巻きや、ミアンダ巻きなどであってもよい。
また、上述したコモンモードチョークコイル１０は、上述した構成のものを複数組並べて、アレイ化することも可能である。
【００３７】
【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は、収縮比及び比透磁率が磁性材料層から中心に設けられた非磁性絶縁材料層に向かって順次小さくなる低透磁率材料層が設けられているので、焼成させた際に各磁性材料及び非磁性絶縁材料の収縮比の違いによる層間剥がれが抑制された積層型コモンモードチョークコイルを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施形態における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。
【図２】本発明に係る一実施形態における積層型コモンモードチョークコイルを示す外観斜視図である。
【符号の説明】
１０積層型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第１低透磁率材料層
２１非磁性絶縁材料層
２２第２低透磁率材料層
３１第１低透磁率材料
３２第２低透磁率材料
３３第３低透磁率材料
３４第４低透磁率材料
３５第１非磁性絶縁材料
３６第２非磁性絶縁材料
３７第３非磁性絶縁材料
３８第４非磁性絶縁材料
４１第１の内部導体
４２第２の内部導体

Claims

複数の非磁性絶縁材料を積層して複数の内部導体を形成する非磁性絶縁材料層と、該非磁性絶縁材料層の上下両面に配置された磁性材料層とを具備し、これらを一体的に焼成させた積層体に、前記複数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、
焼成させる前後の寸法比である収縮比及び比透磁率が前記非磁性絶縁材料層よりも高く前記磁性材料層よりも低い低透磁率材料層が、前記非磁性絶縁材料層と前記磁性材料層との間に設けられ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。
前記非磁性絶縁材料層及び前記低透磁率材料層の材料組成はガラス材料を含み、前記低透磁率材料層のガラス材料の組成比の重量％が、前記非磁性絶縁材料層よりも小さい値に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の積層型コモンモードチョークコイル。
前記低透磁率材料層は複数のシート状材料の積層体とされ、各シート状材料における前記ガラス材料の組成比の重量％が、前記非磁性絶縁材料層に向かって順次増加することを特徴とする請求項２に記載の積層型コモンモードチョークコイル。
複数の非磁性絶縁材料を積層して複数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これらを一体的に焼成させた積層体に、前記複数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、
前記非磁性絶縁材料層と前記磁性材料層との間に前記低透磁率材料層を配置して積層す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。