JP2008098460A - インダクタ部品及びこれを実装したプリント基板 - Google Patents

Abstract

【課題】コモンモードチョークコイルなどのインダクタ部品の高周波特性を改善する。
【解決手段】 一対のインダクタ導体１４１，１４２と、これらインダクタ導体１４１，１４２の両側に配置された基板１０１，１０２とを備える。実装面側の基板１０１ａの表面には、インダクタ導体１４１，１４２と対向する領域に凹部１０１ａが形成されている。これにより、本発明によるインダクタ部品１００をプリント基板４０に実装すると、インダクタ導体１４１，１４２と対向する位置に配線パターン４２が配置されている場合であっても、凹部１０１ａにより形成される空間Ｓによって容量成分が低減する。このため、カットオフ周波数などの高周波特性が向上する。
【選択図】図３

Description

本発明はインダクタ部品及びこれを実装したプリント基板に関し、特に、高周波特性が改善されたインダクタ部品及びこれを実装したプリント基板に関する。

近年、高速な信号伝送インターフェースとして、ＵＳＢ２．０規格やＩＥＥＥ１３９４規格が広く普及し、パーソナルコンピュータやデジタルカメラなど数多くのデジタル機器に用いられている。ＵＳＢ２．０規格やＩＥＥＥ１３９４規格などのインターフェースは、古くから一般的であったシングルエンド伝送方式とは異なり、一対の信号線を用いて差動信号を伝送する差動信号方式が採用されている。

差動伝送方式は、シングルエンド伝送方式と比べて信号線から発生する放射電磁界が少ないだけでなく、外来ノイズの影響を受けにくいという優れた特徴を有している。このため、信号の小振幅化が容易であり、小振幅化による立ち上がり時間及び立ち下がり時間の短縮によって、シングルエンド伝送方式よりも高速な信号伝送を行うことが可能となる。

図７は、一般的な差動伝送回路の回路図である。

図７に示す差動伝送回路は、一対の信号線１１，１２と、信号線１１，１２に差動信号を供給する出力バッファ１３と、信号線１１，１２からの差動信号を受ける入力バッファ１４とを備えている。かかる構成により、出力バッファ１３に与えられる入力信号ＩＮは、一対の信号線１１，１２を経由して入力バッファ１４へ伝えられ、出力信号ＯＵＴとして再生される。このような差動伝送回路は、上述の通り、信号線１１，１２から発生する放射電磁界が少ないという特徴を有しているが、信号線１１，１２に共通のノイズ（コモンモードノイズ）が重畳した場合には比較的大きな放射電磁界を発生させてしまう。コモンモードノイズによって発生する放射電磁界を低減するためには、図７に示すように、信号線１１，１２にコモンモードチョークコイル２０を挿入することが有効である。

コモンモードチョークコイル２０は、信号線１１，１２を伝わる差動成分（信号）に対するインピーダンスが低く、同相成分（コモンモードノイズ）に対するインピーダンスが高いという特性を有している。このため、信号線１１，１２にコモンモードチョークコイル２０を挿入することにより、差動信号を実質的に減衰させることなく、一対の信号線１１，１２を伝わるコモンモードノイズを遮断することができる。コモンモードチョークコイル２０としては、例えば特許文献１に記載された素子が知られている。

コモンモードチョークコイルは、差動信号を全く減衰させないのが理想的であるが、実際には周波数が高くなるにつれて、差動信号もある程度減衰させてしまう。差動信号が３ｄＢ減衰する周波数は「カットオフ周波数」と呼ばれ、コモンモードチョークコイルの高周波特性を表す重要なパラメータとして評価される。近年では、非常に高いデータ転送レートが要求されており、これにより差動信号の周波数も年々高められている。このため、コモンモードチョークコイルのカットオフ周波数を高めることは、信号品質を高める上で非常に重要となる。

しかしながら、従来のコモンモードチョークコイルでは、カットオフ周波数を高めることは困難であった。以下にその理由を説明する。

図８は、一般的なコモンモードチョークコイルをプリント基板に実装した状態を示す略断面図である。

図８に示すように、一般的なコモンモードチョークコイル３０は、平板状の磁性体基板３１，３２によって一対のインダクタ導体３３，３４が挟み込まれた構造を有している。このため、はんだ５０を用いてコモンモードチョークコイル３０をプリント基板４０に実装すると、実装面側の磁性体基板３１とプリント基板４０が接触した状態となる。

ここで、インダクタ導体３３，３４を絶縁する絶縁材料３５や、プリント基板本体４１及びその表面に形成されたソルダーレジスト４２の比誘電率は３〜６程度であり、比較的低誘電率である。しかしながら、磁性体基板３１，３２の比誘電率は１０〜２０程度と比較的高いことから、インダクタ導体３３，３４と対向する位置に配線パターン４３が形成されていると、インダクタ導体３３，３４と配線パターン４３との間の容量成分が無視できなくなってくる。これがコモンモードチョークコイルのカットオフ周波数を低下させる一つの要因となっていた。
特開平８−２０３７３７号公報

このような容量成分を低減する方法としては、磁性体基板３１の厚さを大きくする方法が考えられる。しかしながら、この方法では、コモンモードチョークコイル全体が大型化し、低背化の要求に反してしまう。また、容量成分を低減する別の方法として、インダクタ導体３３，３４と対向する位置に配線パターン４３を配置しないという方法も考えられる。しかしながら、この方法では、プリント基板の集積度が低下するばかりでなく、配線パターンの設計自由度が低下してしまう。

尚、配線パターン４３との間の容量成分に起因する高周波特性の劣化は、コモンモードチョークコイルのみならず、他のインダクタ部品においても生じる問題である。

本発明は、このような問題を解決すべくなされたものであって、高周波特性が改善されたインダクタ部品及びこれを実装したプリント基板を提供することを目的とする。

本発明によるインダクタ部品は、互いに対向する第１及び第２の面を有する第１の基板と、前記第１の基板の前記第１の面上に形成されたインダクタ導体とを備え、前記第１の基板の前記第２の面のうち、前記インダクタ導体と対向する領域の少なくとも一部に凹部が形成されていることを特徴とする。また、本発明によるプリント基板は、上記のインダクタ部品が実装されたプリント基板であって、前記凹部を介して前記インダクタ導体と対向する位置に配線パターンが配置されていることを特徴とする。

このように、本発明によるインダクタ部品は、プリント基板に実装した場合、インダクタ導体と対向する位置に空間が形成される。このため、インダクタ導体と対向する位置に配線パターンが配置されている場合であっても、この空間によって容量成分が低減することから、カットオフ周波数などの高周波特性を向上させることが可能となる。

本発明において、前記第１の基板の前記第２の面に形成された凸部には、外部電極が設けられていることが好ましい。基板の凸部は、実装時においてプリント基板と接する領域であることから、ここに外部電極を設けることによって配線パターンとの電気的接続をとることが可能となる。

本発明において、少なくとも第１の基板が磁性材料によって構成されていることが好ましい。これによれば、インダクタ部品として本来求められる磁気特性が高められる。また、前記インダクタ導体はスパイラル状であることが好ましい。スパイラル状のインダクタ導体は、プリント基板と平行に形成されるため容量成分が発生しやすいからである。

本発明によるインダクタ部品は、前記インダクタ導体からみて前記第１の基板と反対側に設けられた第２の基板をさらに備え、前記第１の基板と前記第２の基板が実質的に同一形状を有していることが好ましい。実装面とは反対側に位置する基板は高周波特性に影響を与えないが、これら２つの基板を同一形状とすることにより、実装時においてインダクタ部品の表裏を区別する必要がなくなる。

また、本発明によるインダクタ部品は、前記インダクタ導体を複数備え、これによりコモンモードチョークコイルとして機能することが好ましい。これによれば、カットオフ周波数の高いコモンモードチョークコイルを提供することが可能となる。

このように、本発明によれば、基板に凹部が形成されていることから、プリント基板に実装した場合の容量成分を低減することが可能となる。これにより、カットオフ周波数などの高周波特性に優れたインダクタ部品及びこれを実装したプリント基板を提供することが可能となる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の好ましい第１の実施形態によるインダクタ部品１００の外形を示す略斜視図であり、（ａ）は斜め上方から見た図、（ｂ）は斜め下方から見た図である。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態によるインダクタ部品１００は、磁性材料によって構成される一対の基板１０１，１０２と、これら基板１０１，１０２に挟まれた樹脂積層部１１０とを備えて構成されている。基板１０１，１０２の材料については特に限定されないが、透磁率の高い材料、例えばフェライトなどの磁性材料を用いることが好ましい。これは、基板１０１，１０２の材料として磁性材料を用いることにより、インダクタ部品として本来求められる磁気特性が高められるからである。後述するように、樹脂積層部１１０は複数の樹脂層からなり、樹脂層間には一対のインダクタ導体が埋め込まれている。

一対の基板１０１，１０２のうち、実装時において上方に位置する基板１０２については平板状であるが、実装時において下方（実装面側）に位置する基板１０１については、表面に凹部１０１ａが形成されており、四隅に凸部１０１ｂが形成されている。また、インダクタ部品１００には４つの外部電極１２１〜１２４が設けられており、これら４つの外部電極１２１〜１２４はそれぞれ対応する凸部１０１ｂに亘って形成されている。

図２は、本実施形態によるインダクタ部品１００の構造を示す略分解斜視図である。

図２に示すように、本実施形態によるインダクタ部品１００を構成する樹脂積層部１１０は、５つの絶縁層１１１〜１１５によって構成されており、所定の絶縁層には導体パターンが形成されている。絶縁層１１１〜１１５の材料については特に限定されないが、ポリイミドなどを用いることが好ましい。

絶縁層に形成された導体パターンは、各絶縁層１１１〜１１４の表面に形成された内部電極１３１〜１３４と、絶縁層１１２，１１３の表面にそれぞれ形成されたスパイラル状のインダクタ導体１４１，１４２と、絶縁層１１１，１１４の表面にそれぞれ形成された接続導体１５１，１５２とを含んでいる。図２に示すように、インダクタ導体１４１，１４２は、いずれも基板１０１，１０２の主面に対して平行な平面状コイルである。

インダクタ導体１４１，１４２は、絶縁層１１３を介して向かい合うように配置されており、このため、両者は互いに磁気結合している。これらの導体パターンは、絶縁層上に、スパッタリング法、蒸着法、メッキ法などのいわゆる薄膜プロセスによって形成することができる。また、内部電極１３１〜１３４は、それぞれ図１に示した外部電極１２１〜１２４に接続される導体パターンである（図２では、外部電極１２１〜１２４の図示を省略してある）。

図２に示すように、インダクタ導体１４１の一端は内部電極１３１に接続されており、他端は接続導体１５１を介して内部電極１３３に接続されている。また、インダクタ導体１４２の一端は内部電極１３２に接続されており、他端は接続導体１５２を介して内部電極１３４に接続されている。そして、図２に示す矢印Ａからみた場合、インダクタ導体１４１，１４２は、いずれも一端から他端に向かっていずれも左回り（反時計回り）に巻回されている。したがって、外部電極１２１，１２２を一対の入力端子とすれば、インダクタ導体１４１，１４２は、互いに同方向に磁気結合することになる。ここで、「互いに同方向に磁気結合」とは、同相成分に対しては互いに磁束を強め合い、差動成分に対しては互いに磁束を打ち消し合うように磁気結合していることを言う。これにより、本実施形態によるインダクタ部品１００は、コモンモードチョークコイルとして機能することになる。

一方、実装面側に位置する基板１０１に着目すると、インダクタ導体１４１，１４２が形成される側の面（第１の面）１０１ｃについては実質的に平坦面である一方、既に説明したとおり、面１０１ｃと対向する側の面（第２の面）については、凹部１０１ａ及び凸部１０１ｂが形成されている。凹部１０１ａは、インダクタ導体１４１，１４２と対向する領域の少なくとも一部に設けられており、インダクタ導体１４１，１４２と対向する領域の全部分に凹部１０１ａが形成されていることが好ましい。後述するように、凹部１０１ａは、容量成分の低減を目的として設けられていることから、「インダクタ導体と対向する領域の少なくとも一部」とは、実質的に容量成分の低減に寄与しないような僅かな領域にのみ凹部（又は穴）が設けられているようなケースを含む意ではない。

凹部１０１ａの深さｄ０、すなわち、凹部１０１ａに相当する部分における基板１０１の厚さＴａと、凸部１０１ｂに相当する部分における基板１０１の厚さＴｂとの差（Ｔｂ−Ｔａ）については、基板１０１の機械的強度を確保可能な限度において、できるだけ大きいことが好ましい。これは、凹部１０１ａの深さｄ０が大きくなるほど、後述する容量の低減効果が顕著となるからである。

図３は、本実施形態によるインダクタ部品１００をプリント基板に実装した状態を示す略断面図である。

図３に示すように、本実施形態によるインダクタ部品１００は、実装面側に位置する基板１０１に凹部１０１ａが設けられていることから、はんだ５０を用いてプリント基板４０に実装すると、実装面側の基板１０１とプリント基板４０との間に空間Ｓが形成される。これにより、インダクタ導体１４１，１４２と対向する位置に配線パターン４３が形成されている場合であっても、これらの間の容量成分が非常に小さくなる。つまり、従来のインダクタ部品であれば、空間Ｓに相当する領域に比誘電率の高い磁性材料が存在していたのであるが、本実施形態によるインダクタ部品１００では、この領域に空間Ｓが存在することから、容量成分が大幅に小さくなる。

このように、本実施形態によるインダクタ部品１００では、一方の基板１０１の主面のうち、インダクタ導体１４１，１４２が形成されている面と対向する面に凹部１０１ａが形成されていることから、インダクタ導体１４１，１４２と配線パターン４３との間に空間Ｓを介在させることが可能となる。これにより、容量成分が減少することから、カットオフ周波数を高めることが可能となり、高速データ転送の要求に応えることが可能となる。

尚、本実施形態によるインダクタ部品１００は、基板１０１が凹凸形状を有していることから、この部分の加工が必要となる。基板１０１に凹凸形状を形成する方法としては、平板状の基板１０１を作製した後、個別に凹部１０１ａを形成しても構わないが、１つのウェハからインダクタ部品１００を多数個取りする場合には、図４に示すように、ウェハ１９０にマトリクス状の溝１９０ａを形成し、その後、各部品を取り出すことが好ましい。尚、図４において破線で示した領域は、一つのインダクタ部品１００に対応する領域である。図４に示した方法によれば、個別のチップに対する加工が不要であることから、高い作業効率を確保することが可能となる。

さらには、基板１０１（又はウェハ）を作製するための型枠に反転した凹凸形状を形成しておき、これにより基板１０１の成型と同時に凹凸形状を形成しても構わない。

次に、本発明の好ましい第２の実施形態について説明する。

図５は、本発明の好ましい第２の実施形態によるインダクタ部品２００の外形を示す略斜視図であり、（ａ）は斜め上方から見た図、（ｂ）は斜め下方から見た図である。

図５（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態によるインダクタ部品２００は、基板１０２が基板１０１と同一形状を有している、つまり、インダクタ導体と対向する位置に凹部１０２ａが形成されている点において、第１の実施形態によるインダクタ部品１００と異なる。その他の点については、第１の実施形態によるインダクタ部品１００と同一であることから、同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態によるインダクタ部品２００は、プリント基板に実装する際、表裏を区別する必要がない。つまり、基板１０１をプリント基板側に向けて実装しても、基板１０２をプリント基板側に向けて実装しても、第１の実施形態によるインダクタ部品１００と同じ効果を得ることが可能となる。これにより、実装時の作業効率を高めることが可能となる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

例えば、上記実施形態では、インダクタ部品の一例としてコモンモードチョークコイルを挙げて説明したが、本発明の適用対象がこれに限定されるものではなく、他のインダクタ部品に本発明を適用することも可能である。

また、上記実施形態では、インダクタ導体がスパイラル状であるが、プリント基板に実装した場合にプリント基板と平行な部分を有する形状であれば、インダクタ導体が他の形状（例えばヘリカル状）であっても構わない。

さらに、上記実施形態では、インダクタ導体の両側に基板が設けられているが、少なくとも実装面側に基板が設けられていれば足り、反対側の基板を省略しても構わない。

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこの実施例に何ら限定されるものではない。

図１に示したインダクタ部品１００と同じ形状を有する実施例サンプルを作製した。サイズは、幅Ｗ＝１．２５ｍｍ、奥行きＤ＝１．０ｍｍ、高さＨ＝０．６に設定した（幅Ｗ、奥行きＤ、高さＨの定義については図１参照）。また、凹部の深さｄ０＝０．１ｍｍとし、凹部の幅方向における距離ｄ１＝０．６ｍｍ、凹部の奥行き方向における距離ｄ２＝０．６ｍｍに設定した（深さｄ０、距離ｄ１、距離ｄ２の定義については図２参照）。基板の材料としてはフェライトを用いた。

一方、基板に凹部が設けられていない他は、実施例サンプルと同じ構造・サイズを有する比較例サンプルを作製した。

そして、これら実施例サンプル及び比較例サンプルについて、差動信号に対する通過特性を測定した。測定の結果を図６に示す。

図６に示すように、比較例サンプル（破線で表示）ではカットオフ周波数が５．４ＧＨｚであったのに対し、実施例サンプル（実線で表示）ではカットオフ周波数が５．９ＧＨｚであった。これにより、基板に深さ０．１ｍｍの凹部を形成することによってカットオフ周波数が約１０％向上したことが確認された。

本発明の好ましい第１の実施形態によるインダクタ部品１００の外形を示す略斜視図であり、（ａ）は斜め上方から見た図、（ｂ）は斜め下方から見た図である。 インダクタ部品１００の構造を示す略分解斜視図である。 インダクタ部品１００をプリント基板に実装した状態を示す略断面図である。 インダクタ部品１００の製造方法を説明するための図である。 本発明の好ましい第２の実施形態によるインダクタ部品２００の外形を示す略斜視図であり、（ａ）は斜め上方から見た図、（ｂ）は斜め下方から見た図である。 実施例の測定結果を示すグラフである。 一般的な差動伝送回路の回路図である。 一般的なコモンモードチョークコイルをプリント基板に実装した状態を示す略断面図である。

符号の説明

１１，１２ 信号線
１３ 出力バッファ
１４ 入力バッファ
２０，３０ コモンモードチョークコイル
３１，３２ 磁性体基板
３３，３４ インダクタ導体
３５ 絶縁材料
４０ プリント基板
４１ プリント基板本体
４２ ソルダーレジスト
４３ 配線パターン
１００，２００ インダクタ部品
１０１，１０２ 基板
１０１ａ 凹部
１０１ｂ 凸部
１０１ｃ 面
１０２ａ 凹部
１１０ 樹脂積層部
１１１〜１１４ 絶縁層
１２１〜１２４ 外部電極
１３１〜１３４ 内部電極
１４１，１４２ インダクタ導体
１５１，１５２ 接続導体
１９０ ウェハ
１９０ａ 溝

Claims (7)

1. 互いに対向する第１及び第２の面を有する第１の基板と、前記第１の基板の前記第１の面上に形成されたインダクタ導体とを備え、前記第１の基板の前記第２の面のうち、前記インダクタ導体と対向する領域の少なくとも一部に凹部が形成されていることを特徴とするインダクタ部品。
2. 前記第１の基板の前記第２の面に形成された凸部には、外部電極が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のインダクタ部品。
3. 前記第１の基板が磁性材料によって構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のインダクタ部品。
4. 前記インダクタ導体からみて前記第１の基板と反対側に設けられた第２の基板をさらに備え、前記第１の基板と前記第２の基板が実質的に同一形状を有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のインダクタ部品。
5. 前記インダクタ導体がスパイラル状であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のインダクタ部品。
6. 前記インダクタ導体を複数備え、これによりコモンモードチョークコイルとして機能することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のインダクタ部品。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載のインダクタ部品が実装されたプリント基板であって、前記凹部を介して前記インダクタ導体と対向する位置に配線パターンが配置されていることを特徴とするプリント基板。

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