JP2007200923A - Laminated common mode choke coil - Google Patents
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Description
本発明は、積層コモンモードチョークコイルに関するもので、より具体的には、積層体の内部に2つのコイルを内蔵させる積層構造について、当該コイルパターンを覆い含ませる膜層領域の組成および配置の改良に関する。 The present invention relates to a laminated common mode choke coil. More specifically, in a laminated structure in which two coils are built in a laminated body, the composition and arrangement of a film layer region that covers and includes the coil pattern is improved. About.
よく知られるように、パーソナル・コンピュータなどのデジタル電子機器では、データ伝送について差動伝送方式が広く普及している。この差動伝送方式は、一対の伝送線路に逆位相の2種類の信号を一度に伝送する方式であり、外来ノイズに強くノイズ発生も少ないメリットがあって高速化データ伝送に適し、例えばUSB,IEEEl394,LVDSなど、多くの高速化デジタル通信に使われている。しかし差動伝送方式では、一対の伝送線路のわずかな伝送特性の違いにより同相成分(コモンモード)が発生してノイズ電流となる問題があり、コモンモードノイズを効果的に除去するために、コモンモードチョークコイルを用いている。 As is well known, a differential transmission system is widely used for data transmission in digital electronic devices such as personal computers. This differential transmission method is a method of transmitting two types of signals having opposite phases to a pair of transmission lines at a time, and has an advantage of being resistant to external noise and generating less noise and suitable for high-speed data transmission. It is used for many high-speed digital communications such as IEEEl394, LVDS. However, in the differential transmission method, there is a problem that a common mode component (common mode) is generated due to a slight difference in transmission characteristics between a pair of transmission lines, resulting in a noise current. A mode choke coil is used.
コモンモードチョークコイルは、同一巻数とした2つのコイルからなり、通常の差動信号(ディファレンシャルモード)に対しては2つのコイルに発生する磁束が打ち消し合って信号をそのまま通過させ、コモンモードに対しては2つのコイルに発生する磁束が強め合って大きなインピーダンスが生じ、このためコモンモードノイズを除去する動作となる。 The common mode choke coil consists of two coils with the same number of turns. For the normal differential signal (differential mode), the magnetic flux generated in the two coils cancels each other and passes the signal as it is. In this case, the magnetic fluxes generated in the two coils are strengthened to generate a large impedance, and therefore, the operation for removing the common mode noise is performed.
このコモンモードチョークコイルとしては、コアに線材を巻く巻線型もあるが、例えば特許文献1などに見られるように、積層体の内部にコイルを内蔵する積層型があり、積層型は巻線型と比べて小型化できることから好まれている。
しかしながら、そうした従来の積層コモンモードチョークコイルでは以下に示すような問題がある。コイルを構成する導体パターンが存在するコイル層は、導体パターンの周囲に非磁性体が存在する構成となっており、その導体パターンを構成する材料(Agペースト等)と非磁性体を構成する材料(アルミナ、シリカ等)との熱収縮率の相違から、焼成時に導体パターンの非磁性体の境界部において線幅が細い導体パターンにストレスがかかり、導体パターンの断線を生じるおそれがある。 However, the conventional laminated common mode choke coil has the following problems. The coil layer in which the conductor pattern constituting the coil is present has a structure in which a nonmagnetic material exists around the conductor pattern, and the material (Ag paste, etc.) constituting the conductor pattern and the material constituting the nonmagnetic material Due to the difference in thermal contraction rate from (alumina, silica, etc.), stress may be applied to the conductor pattern having a narrow line width at the boundary between the nonmagnetic materials of the conductor pattern during firing, and the conductor pattern may be disconnected.
この発明は上記した課題を解決するもので、その目的は、小型化が行える積層型の構成を採り、焼成における導体パターンの断線不良を防止できる積層コモンモードチョークコイルを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a multi-layer common mode choke coil that has a multi-layer structure that can be miniaturized and that can prevent a disconnection failure of a conductor pattern during firing.
上記した目的を達成するために、本発明に係る積層コモンモードチョークコイルは、導体パターンを含むコイル層と、非磁性層とを適宜な順に積層するとともに、前記コイル層,前記非磁性層の所定位置にビア(スルーホールも含む概念)を設けて前記導体パターンを接続することにより当該積層体の内部に2つのコイルを内蔵し、前記2つのコイルは電気的に相補動作する配置とする積層コモンモードチョークコイルにおいて、前記導体パターンは渦巻き形状とし、前記積層体は前記導体パターンの渦巻き形状の中央部および外側部を磁性体から形成するとともに、上下の最外層も磁性体として前記2つのコイルに対する中央ヨークおよび外ヨークとし、前記コイル層が、前記導体パターンと、その導体パターンの周囲に位置する非磁性フェライトと、を含むように構成した。コイル層が、導体パターンの周囲に非磁性フェライトを配置されているため、焼成時に導体パターンにかかるストレスが低減され、断線不良が防止される。 In order to achieve the above object, a laminated common mode choke coil according to the present invention comprises a coil layer including a conductor pattern and a nonmagnetic layer laminated in an appropriate order, and the coil layer and the nonmagnetic layer are predetermined. A laminated common in which two coils are built in the laminated body by providing vias (concepts including through holes) at positions and connecting the conductor patterns, and the two coils are arranged to be electrically complementary to each other. In the mode choke coil, the conductor pattern is formed in a spiral shape, and the laminated body is formed with a spiral central portion and an outer portion of the conductor pattern from a magnetic body, and upper and lower outermost layers are also magnetic bodies with respect to the two coils. A central yoke and an outer yoke, and the coil layer has the conductor pattern and a non-magnetic frame positioned around the conductor pattern. And light, and configured to contain. Since the coil layer is provided with nonmagnetic ferrite around the conductor pattern, stress applied to the conductor pattern during firing is reduced, and disconnection failure is prevented.
前記非磁性層は、アルミナ,シリカ等の磁性フェライトよりも低誘電率の誘電体から構成するとよい。また、非磁性層は、非磁性フェライトから構成されるようにしても良い。そして、前記非磁性フェライトは、Znフェライトを用いることができる。 The nonmagnetic layer may be composed of a dielectric having a lower dielectric constant than magnetic ferrite such as alumina or silica. The nonmagnetic layer may be made of nonmagnetic ferrite. The nonmagnetic ferrite can be Zn ferrite.
そして、導体パターンに接する非磁性層に誘電率が低い誘電体を配置することで、コイル間の浮遊容量が大幅に低減し、高周波特性が良好となる。 By disposing a dielectric having a low dielectric constant in the nonmagnetic layer in contact with the conductor pattern, the stray capacitance between the coils is greatly reduced, and the high frequency characteristics are improved.
本発明に係る積層コモンモードチョークコイルでは、細幅の導体バーンが形成されるコイル層の非磁性体を非磁性フェライトで構成したため、非磁性フェライトと導体パターンの熱収縮率の差が少なく、導体パターンに加わるストレスを抑制し、焼成時における導体パターンの断線不良を防止できる In the laminated common mode choke coil according to the present invention, since the nonmagnetic material of the coil layer in which the narrow conductor burn is formed is composed of nonmagnetic ferrite, the difference in heat shrinkage between the nonmagnetic ferrite and the conductor pattern is small, and the conductor Suppresses stress applied to the pattern and prevents disconnection failure of the conductor pattern during firing
図1から図3は、本発明の好適な一実施の形態を示している。本実施の形態の積層コモンモードチョークコイルは、導体パターン1を含むコイル層10と非磁性層11とを適宜な順に積層した積層体の最上層と最下層に磁性層12を配置した構成をとる。
1 to 3 show a preferred embodiment of the present invention. The laminated common mode choke coil according to the present embodiment has a configuration in which a
コイル層10は、渦巻き状にパターニングされた導体パターン1と、その周囲に位置する非磁性フェライト4とを備え、さらに、その中央部位に矩形状の磁性体3aを設けるとともに、長手側の両側縁に帯状の磁性体3bを設けた構成をとる。導体パターン1は、例えば、銀ペーストなどにより形成する。また、非磁性フェライト4は例えばZnフェライトなどを用いる。これにより、導体パターン1と非磁フェライト4の熱収縮率が比較的近くなり、焼成時に導体パターン1に加わるストレスが抑制できる。
The
非磁性層11は、その大部分は誘電体6から構成され、その中央部位に矩形状の磁性体3aを形成するとともに、長手側の両側縁に帯状の磁性体3bを形成する。さらに、所定位置に、ビア2を形成し、そのビア2を介して上下に位置するコイル層10の導体パターン1同士を導通させる。誘電体6は、アルミナ,シリカ等の低誘電率(たとえば、ε=5程度)の材料を用いる。
Most of the
さらにコイル層10,非磁性層11の所定位置にはビア2を設け、そのビア2によって導体パターン1を適宜に接続することにより当該積層体の内部に2つのコイルを内蔵するように構成する。2つのコイルは電気的に相補動作する配置とする。
Further,
コイル層10に形成した渦巻き形状の導体パターン1は、上下に隣接するコイル層を飛び越して接続し、2つのコイルパターンは交互に噛み合う状態としている。つまり、渦巻き形状の導体パターン1は第2,第4,第6,第8層に形成し、第2,第6層の導体パターン1は第3〜第5層を貫くビア2を設けて接続し、これを一方のコイルAとし、そして第4,第8層の導体パターン1は第5〜第7層を貫くビア2を設けて接続し、これを他方のコイルBとしている。
The
また、コイル層10の磁性体3aと、非磁性層11の磁性体3aとは、上下方向に重なるように配置され、同様にコイル層10の磁性体3bと、非磁性層11の磁性体3bとは、上下方向に重なるように配置される。さらに、これら磁性体3a,3bは、その上下端がそれぞれ磁性層12に接続され、磁性体3aが中央ヨーク,磁性体3bと磁性層12が外ヨークを構成する。なお、磁性体3a,3b並びに磁性層12を構成する磁性体は、通常の磁性フェライトである。この磁性フェライトの誘電率は、10程度である。
The
本実施の形態では、中間層となる第2層〜第8層は積層印刷により形成した。また、上下面となる第1層と第9層は、図2に示すように複数の磁性体シート5をシート成形法により圧着させて所定厚の膜層に形成した。但し、本発明ではこれに限ることはなく、例えば、磁性層12を1枚で所定厚の磁性体シートをシート成形法により圧着して形成してもよく、各種の製造法を用いることができる。
In the present embodiment, the second to eighth layers that are intermediate layers are formed by lamination printing. Further, as shown in FIG. 2, the first layer and the ninth layer serving as upper and lower surfaces were formed into a film layer having a predetermined thickness by pressing a plurality of
本発明にあっては、コイル層10が、細幅で渦巻き状に形成した導体パターン1の周囲にZnフェライト等の非磁性フェライト4が位置しているので、焼成時に導体パターン1に加わるコイル層10の面方向のストレスは、抑制される。また、非磁性層11は、誘電体6から形成されているため、導体パターン1と熱収縮率が異なるものの、焼成時に誘電体6から導体パターン1に加わるストレスは、導体パターン1と誘電体6の接触面において、当該面と平行な方向となり、さほど大きくならないとともに係る方向のストレスに対しては非磁性フェライト4の存在により強くなるので、導体パターン1の断線発生を抑制できる。
In the present invention, since the
また、コモンモードチョークコイルとしては、コモンモードにおけるインピーダンスが大きいほどノイズ除去効果に優れており、またディファレンシャルモードにおけるインピーダンスが小さいほど信号をスムーズに通過させることができる。これらの特性は、コイルのインダクタンス(L),2つのコイルにおける浮遊容量(C)および結合により決まり、特性を良好に得るにはLを大きくコイル間の結合も良好とし、そしてCを小さくする必要がある。 Further, as the common mode choke coil, the larger the impedance in the common mode, the better the noise removal effect, and the smaller the impedance in the differential mode, the more smoothly the signal can pass. These characteristics are determined by the inductance (L) of the coil, the stray capacitance (C) and the coupling between the two coils, and in order to obtain good characteristics, it is necessary to increase L, improve the coupling between the coils, and decrease C. There is.
係る面からみると、各層の導体パターン1は渦巻き形状のコイルパターンとするので、1層あたりの巻きターン数を多くすることができ、したがって、積層数は少ない設定を保ちつつ高インダクタンスを得ることができる。その結果、高インダクタンス化,小型化を両立できてコモンモード・インピーダンスを大きくすることができる。
From this point of view, since the
各層の渦巻き形状の導体パターン1は積層順に接続するのではなく、上下に隣接する相手側導体パターン層を飛び越して接続し、2つのコイルパターンは交互に噛み合う状態に積層する構成であることから、コイル間の結合がよくなる。その結果、ディファレンシャルモード・インピーダンスを低く抑えることができ、コモンモード・インピーダンスを高く得ることができる。そして、高周波でのコモンモード・インピーダンスの低下も低減でき、周波数特性を良好にできる。
Since the
さらに本実施の形態では、非磁性層11を誘電率が低い誘電体4により構成したため、コイル間の浮遊容量が大幅に低減する。このため、高周波でのインピーダンス特性を良好に得ることができる。
Furthermore, in this embodiment, since the
図4は、本発明の他の実施の形態を示している。本実施の形態では、非磁性層11もZnフェライトなどの非磁性フェライトを用いて形成した。すなわち、図1から図3に示す誘電体6の形成領域を非磁性フェライト4で形成する。これにより、導体パターン1の3次元方向の全周囲が非磁性フェライトで覆われることとなり、熱膨張率の相違から焼成時に導体パターン1に加わるストレスがさらに小さくなり、パターンの断線のおそれがさらに抑制される。
FIG. 4 shows another embodiment of the present invention. In the present embodiment, the
図5は、他の例を示している。この例では、図1から図3に示す実施の形態と同様に、非磁性層11を誘電率の低い誘電体6で構成する(もちろん、ヨークを構成する磁性体3,3bは設ける)。そして、この例では、コイル層10が、導体パターン1の周囲にアルミやシリカ等の誘電率の低い(例えばε=5程度)誘電体6を配置するように構成される。もちろん、このコイル層10も、ヨークを構成する磁性体3,3aは設ける。換言すると、図1から図3に示す非磁性フェライト4の形成領域を誘電体6で形成する。これにより、素子全体の誘電率が低下し、コイル間の浮遊容量がより大幅に低減させることができる。このため、高周波でのインピーダンス特性をより良好に得ることができる。
FIG. 5 shows another example. In this example, similarly to the embodiment shown in FIGS. 1 to 3, the
本発明の効果を実証するため、複数の構成例について解析演算を行い、インピーダンス特性を評価した。本発明に係る構成例は、積層体の内部の構成をそれぞれ一部変更した3種類とし、図3に示す積層構成による本発明1、図4に示す積層構成による本発明2、図5に示す積層構成による例1を用意した。つまり、本発明1は図3に示すように、コイル層10は、導体パターン1の周囲に非磁性フェライト4としてZnフェライトを配置し、非磁性層11は誘電率εが5程度の誘電体6により形成している。そして、本発明2は図4に示すように、導体パターン1を覆い含ませる膜層領域の全てをZnフェライトから形成しており、例1は図5に示すように、導体パターン1を覆い含ませる膜層領域の全てを誘電率εが5程度の誘電体6から形成している。
In order to demonstrate the effect of the present invention, analysis calculations were performed on a plurality of configuration examples, and impedance characteristics were evaluated. The configuration examples according to the present invention are shown in FIG. 3 according to the
これらの構成例についてインピーダンスの周波数特性を解析したところ、図6,図7に示す結果を得た。すなわち、図6から明らかなように、本発明1および例1にあっては、少なくとも非磁性層11に誘電率の低い誘電体を用いていることから浮遊容量を小さくすることができ、このため、全ての層にZnフェライトを用いた本発明2に比べて、コモンモード・インピーダンスは高周波での低下が少なく、ノイズを低減する作用,効果がより大きく得られる。
When the frequency characteristics of impedance were analyzed for these configuration examples, the results shown in FIGS. 6 and 7 were obtained. That is, as apparent from FIG. 6, in the
また、図7から分かるように、誘電体を用いた例1では、ディファレンシャルモード・インピーダンスは共振周波数が高周波にシフトしており、このため、信号をより高周波まで透過させることができる。そして、浮遊容量は導体パターン1の幅、コイルA,コイルB間の距離、コイル間の部材の誘電率でほぼ決定するため、導体パターン1に接する層間の膜層だけを誘電体とした本発明1であっても高周波域のインピーダンスを良好にし得ると予見でき、解析の結果、例1と同等のインピーダンス特性を得ることができることを確認した。
Further, as can be seen from FIG. 7, in Example 1 using a dielectric, the differential mode impedance has a resonance frequency shifted to a high frequency, so that the signal can be transmitted to a higher frequency. Since the stray capacitance is substantially determined by the width of the
1 導体パターン
2 ビア
3a,3b 磁性体
4 非磁性フェライト
5 磁性体シート
6 誘電体
10 コイル層
11 非磁性層
12 磁性層
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記導体パターンは渦巻き形状とし、前記積層体は前記導体パターンの渦巻き形状の中央部および外側部を磁性体から形成するとともに、上下の最外層も磁性体として前記2つのコイルに対する中央ヨークおよび外ヨークとし、
前記コイル層が、前記導体パターンと、その導体パターンの周囲に位置する非磁性フェライトと、を含むように構成されていることを特徴とする積層コモンモードチョークコイル。 A coil layer including a conductor pattern and a nonmagnetic layer are laminated in an appropriate order, and vias are provided at predetermined positions of the coil layer and the nonmagnetic layer to connect the conductor pattern to the inside of the laminate. In a laminated common mode choke coil that includes two coils and the two coils are arranged to be electrically complementary to each other,
The conductor pattern has a spiral shape, and the laminate has a spiral central portion and an outer portion of the conductor pattern formed from a magnetic material, and the upper and lower outermost layers are also magnetic materials, and a central yoke and an outer yoke for the two coils. age,
A laminated common mode choke coil, wherein the coil layer includes the conductor pattern and a nonmagnetic ferrite positioned around the conductor pattern.
4. The laminated common mode choke coil according to claim 1, wherein the nonmagnetic ferrite is Zn ferrite. 5.
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