JP2008135429A - インダクタと、このインダクタを用いた高周波装置、およびこの高周波装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インダクタコイルの高さが高く、高周波装置の薄型化が困難である。
【解決手段】基板２１と、この基板２１に設けられた接続端子２５ａと接続端子２５ｂと、この接続端子２５ａと接続端子２５ｂとの間を連結するように基板２１上に装着されたインダクタ導体２２とを設け、インダクタ導体２２と接続端子２５ａとの間およびインダクタ導体２２と接続端子２５ｂとの間は共にはんだ３２によって接続されたものである。これにより、インダクタは基板上にインダクタ導体が装着されることによって形成されるので、薄い高周波装置を実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板上に形成されるインダクタと、これを用いた高周波装置とその製造方法に関するものである。

以下、従来の高周波装置について図面を用いて説明する。図７は、従来の高周波装置の側面図である。図７において、従来の高周波装置１は、基板２上に電子部品３や空芯コイル４がはんだ付けで装着されている。

そして、この空芯コイル４と基板２上に装着された電子部品３とで発振回路が構成され、約３００ＭＨｚの高周波信号を発振する。なおこの空芯コイル４は、外形が３．６ｍｍで、銅線の太さが０．４ｍｍで５．５回巻かれている。

このような空芯コイル４を基板２へ実装するために、空芯コイル４の両端には脚４ａが設けられる。そのためにこの脚４ａは基板２と平行となるように折り曲げられている。ここで、空芯コイル４が基板２へ装着された状態において、はんだと空芯コイル４の本体部４ｂとが短絡しないように、本体部４ｂと脚との間には約０．２ｍｍの隙間４ｃが設けられる。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開平０６−２３６８１６号公報

しかしながらこのような従来の空芯コイル４が基板２へ実装されたときの高さは約４．３ｍｍであり、電子部品３の高さに比べて高い。従ってこの空芯コイル４の高さが、高周波装置１が薄くできないという大きな課題の原因となっている。

そこで本発明は、この問題を解決したもので、高周波装置の薄型化を実現するインダクタを提供することを目的としたものである。

この目的を達成するために本発明のインダクタは、第１の基板と、この第１の基板に設けられた第１の接続端子ならびに第２の接続端子と、この第１の接続端子と前記第２の接続端子との間を連結するように前記第１の基板上に装着されたインダクタ導体とを設け、前記インダクタ導体と前記第１の接続端子との間および前記インダクタ導体と第２の接続端子との間は共に接続部材によって接続されたものである。これにより所期の目的を達成できる。

以上のように本発明によれば、第１の基板と、この第１の基板に設けられた第１の接続端子ならびに第２の接続端子と、この第１の接続端子と前記第２の接続端子との間を連結するように前記第１の基板上に装着されたインダクタ導体とを設け、前記インダクタ導体と前記第１の接続端子との間および前記インダクタ導体と第２の接続端子との間は共に接続部材によって接続されたインダクタである。

これにより、インダクタは基板上にインダクタ導体が装着されることによって形成されるので、薄いインダクタを実現できるという効果がある。また、導体の形状や長さを変更すれば、インダクタで送信あるいは受信する周波数を容易に変更できる。さらにこのような導体は、プレス加工（板金加工）で容易に加工が可能であるので、生産性も良く、安価なインダクタを得ることができる。それに加えて導体パターンインダクタに比べて、容易に導体の厚みを厚くできる。従って、インダクタの持つ抵抗値を小さくでき、Ｑ値の大きな良いインダクタを実現できる。

（実施の形態１）
以下、本実施の形態の発振器２０（高周波装置の一例として用いた）について図面を用いて説明する。図１（ａ）は、本発明の一実施の形態における高周波装置の上面図であり、図１（ｂ）は同、下方から見た断面図であり、図２は、同、側面図であり、図３は、要部拡大断面図である。

まず図１から図２において、発振器２０について説明する。基板２１は、折り曲げ加工が容易なフレキシブル基板２１である。ここで基板２１には、インダクタが塔載されたインダクタ部２１ａと、この複数の電子部品２３が塔載された回路部２１ｂと、この回路部２１ｂとインダクタ部２１ａとの間を連結する連結部２１ｃとを有している。そしてインダクタ部２１ａと連結部２１ｃとがそれぞれ直角に折り曲げられ、インダクタ部２１ａと回路部２１ｂとが対向する状態で配置される。

そして、この回路部２１ｂ上に装着された電子部品２３とインダクタ部２１ａに形成されるインダクタとによって、発振器２０が形成される。つまりここでは、インダクタ部２１ａに形成されるインダクタが、発振回路のタンク回路を構成する発振回路用のインダクタとして用いられるものである。

そして、この回路部２１ｂ上の回路とインダクタ部２１ａ上に装着されたインダクタ導体２２とは、連結部２１ｃ上に設けられた導体パターン２４ａ、導体パターン２４ｂを介して接続されている。なお本実施の形態では回路部２１ｂ上に発振回路を構成したが、これはインダクタが用いられる回路であれば、他の高周波回路に用いても構わない。

では、次にインダクタ導体２２およびインダクタ部２１ａの詳細を説明する。インダクタは、インダクタ部２１ａの両面に装着された成形導体２２ａと成形導体２２ｂとによって構成される。なお、本実施の形態において成形導体２２ａ、成形導体２２ｂは共にＣの字型をしている。そして成形導体２２ａと成形導体２２ｂとは同じものを用いている。従って成形導体２２ａと成形導体２２ｂとを異なるものを準備する必要がなく、効率的である。

導体パターン２４ａは、インダクタ部２１ａの表側において接続端子２５ａへ接続される。接続端子２５ａは、成形導体２２ａにおける一方の端部近傍に対応する位置に形成される。中間端子２６ａは、インダクタ部２１ａの表側において、成形導体２２ａの他方の端部の近傍に設けられる。そして、固定用ランド２７ａは、インダクタ部２１ａの表側において、成形導体２２ａのほぼ中間点に対応する位置に設けられる。なおこの固定用ランド２７ａは他の回路とは接続せず、独立させている。

中間端子２６ａはスルーホール２８を介して、インダクタ部２１ａの裏側の中間端子２６ｂに接続されている。中間端子２６ｂは、成形導体２２ｂにおける一方の端部近傍に対応する位置に形成される。接続端子２５ｂは、インダクタ部２１ａの裏側において、成形導体２２ｂの他方の端部の近傍に設けられ、導体パターン２４ｂと接続される。そして、固定用ランド２７ｂは、インダクタ部２１ａの裏側において、成形導体２２ｂのほぼ中間点に対応する位置に設けられる。なおこの固定用ランド２７ｂは他の回路とは接続せず、独立させている。

そしてインダクタ部２１ａの表と裏側のそれぞれに、成形導体２２ａと成形導体２２ｂとが装着され、接続端子２５ａと成形導体２２ａ、固定用ランド２７ａと成形導体２２ａ、中間端子２６ａと成形導体２２ａ、中間端子２６ｂと成形導体２２ｂ、固定用ランド２７ｂと成形導体２２ｂおよび接続端子２５ｂと成形導体２２ｂとがそれぞれはんだ３２（接続部材の一例として用いた）によって接続される。なお本実施の形態でははんだを用いたが、これは導電性接着剤を用いても良い。

これにより、接続端子２５ａと接続端子２５ｂとの間にインダクタ導体２２が連結され、インダクタ部２１ａ上に空芯状のインダクタが形成される。なお、本実施の形態では２巻きのインダクタが構成される。

以上のように、インダクタ部２１ａの両面に薄板によって形成された成形導体２２ａ、成形導体２２ｂが装着され、これらがはんだ付け接続されることによってインダクタが形成される。これにより、厚みの薄いインダクタを実現でき、発振器２０も薄型化が可能となる。

なお、接続端子２５ａと接続端子２５ｂとの間がインダクタとなるので、接続端子２５ａ、接続端子２５ｂあるいは中間端子２６ａ、中間端子２６ｂの位置を適宜変更すれば、成形導体２２ａや成形導体２２ｂを変えずとも容易にインダクタ長の異なるインダクタを得ることができる。

ここで図３は、本実施の形態における高周波装置の導体部の要部拡大断面図である。成形導体２２ａ、成形導体２２ｂにおいて、接続端子２５ａ、接続端子２５ｂ、中間端子２６ａ、中間端子２６ｂ、固定用ランド２７ａおよび固定用ランド２７ｂに対応する位置には、インダクタ部２１ａ側に向かって突出した突起２９が設けられている。これにより、成形導体２２ａあるいは成形導体２２ｂとインダクタ部２１ａとの間には隙間が形成されるので、インダクタ部２１ａにおける成形導体２２ａあるいは成形導体２２ｂの下にもパターンを形成することが可能となる。従って小型な発振器２０を実現できる。

次にインダクタ部２１ａには、インダクタ導体２２で囲まれた領域に孔３０が設けられる。この孔３０は、インダクタ部２１ａと回路部２１ｂとが対向した状態において、回路部２１ｂの電子部品２３に対応する位置に設けられる。逆に言えば、インダクタ部２１ａと回路部２１ｂとを対向するように曲げた場合に、電子部品２３は孔３０に入るような位置に実装されるわけである。そして、インダクタ部２１ａは、電子部品２３が孔３０を貫通するような位置で折り曲げられる。これにより、薄型の発振器２０を実現できる。

ここで、一般的に汎用の電子部品実装機では、回路部２１ｂの外周から０．５ｍｍ程度の領域は電子部品２３が実装できない。そこでインダクタ部２１ａは回路部２１ｂと同じ大きさまたは、回路部２１ｂより大きくし、インダクタ導体２２がこの実装不可能な領域と対応するようにすることで、電子部品２３が実装できない回路部２１ｂの外周近傍の領域を有効に利用することができる。なおこの場合においても、回路部２１ｂの電子部品２３が実装不可能な領域には、パターンを設けることが可能であるので、基板２１の面積を有効に利用でき、発振器２０を小型化できる。

さらに、成形導体２２ａの上面は、電子部品２３の中で最も高さの高い部品より突出しなければ良い。そこで、最も高い部品の高さが、インダクタの厚み（インダクタ導体２２の厚みと基板２１の厚みの総和）より大きい場合に、成形導体２２ａの上面と最も高さの高い部品の上面とが等しい高さとなるように、基板２１を折り曲げる。そしてインダクタ部２１ａあるいは成形導体２２ｂと回路部２１ｂとの間に生じる隙間に低背の電子部品を装着することもできる。これによりさらに、基板２１の面積をより有効に利用することが可能となる。

なお、本実施の形態において孔３０は、成形導体２２ａの内周より約０．５ｍｍ小さい半径の孔とし、すべての電子部品２３に対して１個とした。これにより電子部品２３の位置の異なる高周波装置へも容易に対応が可能となる。なお、孔３０は各々の電子部品２３に対して１つずつの孔を設けても良い。

では本実施の形態における発振器２０の製造方法を説明する。基板２１の接続端子２５ａ、固定用ランド２７ａ、中間端子２６ａへスクリーン印刷などによりクリーム状のはんだ３２を塗布し、成形導体２２ａを装着する。その後で、リフロー炉などではんだ３２を溶融させて、成形導体２２ａがインダクタ部２１ａへ接続固定される。

次に、電子部品２３を装着すべき箇所や接続端子２５ｂ、固定用ランド２７ｂ、中間端子２６ｂへスクリーン印刷などによりクリーム状のはんだ３２を塗布し、電子部品２３や成形導体２２ｂを装着する。そしてリフロー炉などによってはんだ３２を溶融させて、電子部品２３や成形導体２２ｂが基板２１へ接続固定される。

その後に、電子部品２３が孔３０に入り込むように、インダクタ部２１ａや連結部２１ｃを折り曲げて発振器２０が完成する。

なお、成形導体２２ａ、成形導体２２ｂは、薄い金属板を板金加工（いわゆるプレス加工）で打ち抜いて形成したものである。従って、非常に生産性が良好であり、安価である。本実施の形態では、厚みが０．１５ｍｍの黄銅板を用いているので、錆び難く防錆処理が不要である。なお、本実施の形態では黄銅を用いたが、これは鋼板を用いても良い。この場合、導体抵抗が小さくできるので、インダクタ効率が良好になる。そして、これは、発振器用のインダクタとして導体パターンを用いた場合に比べて、導体の厚みを大きくできるので、Ｑ値の大きなインダクタが容易に形成できる。このようなインダクタを発振器２０に用いた場合、Ｑ値が高い発振回路が構成できる。従って、薄型でありかつ、ノイズの小さな発振器２０を実現できる。

なお、インダクタ部２１ａや回路部２１ｂが四角形である場合には、成形導体２２ａ、成形導体２２ｂはコの字型とすると良い。この場合基板２１の材料を有効的に使用できる。またこれ以外にもインダクタ部２１ａ、回路部２１ｂはＤの字型などのように、この発振器２０を収納する機器のレイアウトに応じた形状としてもよい。そしてインダクタ導体は、その場合のインダクタ部の外周に応じた形状としておけばよい。成形導体２２ａや成形導体２２ｂはプレス加工で形成するので、容易に塔載される基板に適した形状にできる。

また、本実施の形態における成形導体２２ａ、成形導体２２ｂのインダクタ部２１ａに対向する面側には、絶縁膜３１を形成している。なおこの絶縁膜３１は、ポリイミドなどのような耐熱性を有する樹脂によって形成される。そして、成形導体２２ａや成形導体２２ｂにおいて、接続端子２５ａ、接続端子２５ｂ、固定用ランド２７ａ、固定用ランド２７ｂ、中間端子２６ａと中間端子２６ｂに対応する位置は絶縁膜３１の不形成部としておく。これにより、はんだ３２は絶縁膜３１の不形成部にのみ付着するので、インダクタ導体２２のインダクタ長のばらつきを小さくできる。

なお、本実施の形態では突起２９によってインダクタ部２１ａと成形導体２２ａ、成形導体２２ｂとの間に隙間を設けることで、成形導体２２ａ、成形導体２２ｂとインダクタ部２１ａの導体３３との短絡を防止したが、これは成形導体２２ａ、成形導体２２ｂに設けた絶縁膜３１のみにより短絡を防止しても良い。ただしいずれの場合も、プレス加工によって発生する成形導体２２ａ、成形導体２２ｂの加工バリによって成形導体２２ａ、成形導体２２ｂと導体３３との短絡が発生しないようにすることが必要である。そこで、成形導体２２ａ、成形導体２２ｂをインダクタ部２１ａへ装着時にバリ方向がインダクタ部２１ａの反対側となるように装着するか、あるいは導体３３上にも絶縁膜を形成するなどの処理を行う。

また、本実施の形態ではインダクタ部２１ａの表裏に装着された成形導体２２ａ、成形導体２２ｂで構成したが、これはインダクタンスが小さくてよい場合には、一方面のみに装着しても良い。ただしこの場合には、中間端子２６ａ、中間端子２６ｂは不要となり、接続端子２５ａと接続端子２５ｂとは同じ面に形成される。なお、この場合インダクタ導体２２は、インダクタ部２１ａが折り曲げられた状態においてインダクタ導体２２が電子部品２３と対向する側に形成する。これは、電子部品２３と成形導体２２ｂとは、基板２１を折り曲げ前において同じ面側となるので、１度のリフロー加熱で発振器２０を得ることができるためである。従って生産性が良好な発振器２０を実現できる。

さらに、本実施の形態では接続端子２５ａ、接続端子２５ｂを共に回路部２１ｂ上の回路へ接続する差動型の発振器２０としたが、これは接続端子２５ａあるいは接続端子２５ｂのいずれか一方のみを発振回路へ接続すれば、不均衡型発振器２０を構成させることもできる。

また、インダクタ導体２２に直列あるいは並列に容量素子を設ければ、同調形式のフィルタとして用いることも可能である。またその場合において、容量素子として容量を変化させることができる可変容量ダイオードを用いれば、通過させる周波数を可変できる薄型かつ減衰特性の良好な同調フィルタを得ることも可能となる。なおこのような同調フィルタでは、インダクタ導体２２の近傍に容量素子（あるいは可変容量ダイオード）を配置することが望ましい。これにより、インダクタ導体２２と容量素子との間を接続するパターンなどへの妨害信号の飛び込みを少なくできる。そして本発明におけるインダクタはインダクタ導体２２がインダクタ部２１ａ上に装着されて実現されたものであるので、このインダクタ導体２２の近傍に容量素子を装着することが可能であり、同調型フィルタの実現にも適するものである。

では次に、成形導体２２ａあるいは成形導体２２ｂの他の例について説明する。図４（ａ）は、第２の例における成形導体２２ｃの上面図であり、図４（ｂ）は同、側面図である。この例において成形導体２２ｃは、矩形状のＣの字型である。そして、この成形導体２２ｃは板金成形の過程で、厚みが０．１５ｍｍの黄銅製の薄板が折り曲げ部５１で折り曲げられて成形される。これにより、第１例における成形導体２２ａ、成形導体２２ｂと同じ効果に加え、成形導体２２ｃをインダクタ部２１ａへ装着するための面積をさらに小さくできるという効果を奏する。従って、一般的に汎用の電子部品実装機では、実装が困難で実質的に部品の搭載ができない回路部２１ｂの外周から０．５ｍｍ程度の領域をインダクタ領域として有効的に使用できる。これにより、基板２１の面積を有効的に利用可能である。また、孔３０を設けた場合、孔３０を大きくできるので、電子部品２３を配置できる面積を大きくできる。なお、この成形導体２２ｃもプレス加工によって加工されるので、容易に突起２９を設けることができる。

図５は、第３の例における成形導体２２ｄの上面図である。この例において、成形導体２２ｄは、厚みが０．１５ｍｍの黄銅製の薄板を渦巻状に打ち抜いたものである。この場合、第１例における成形導体２２ａ、成形導体２２ｂと同じ効果に加え、３巻き以上のインダクタンスを必要とするインダクタを実現できる。従ってさらに、周波数の低い周波数を発振するインダクタを実現できるという効果を有する。

なお、成形導体としては上記各例以外にも、一般的な絶縁皮膜付の銅線を上記各例に示したような形状に成形して用いることもできる。

（実施の形態２）
以下、本実施の形態における送受信器６１（高周波装置の一例として用いた）について、図面を用いて説明する。図６は、本実施の形態における送受信器の断面図である。図６において、図１と同じものには、同じ番号を用い、その説明は簡略化している。

図６において、本実施の形態における６１は送受信器である。基板６３は、インダクタ部６３ａ、回路部６３ｂと連結部６３ｃから構成される。そして回路部６３ｂの表裏には成形導体６２ａ、成形導体６２ｂが装着されている。なおこの成形導体６２ａ、成形導体６２ｂは、実施の形態１のインダクタ導体２２と同様に、基板６３の回路部６３ｂの表側において、成形導体６２ａに囲まれた領域に電子部品２３が装着されている。ここで回路部６３ｂには受信回路が形成され、成形導体６２ａ、成形導体６２ｂで構成されるインダクタ導体６２へ接続される。これにより、インダクタ導体６２は送受信器６１における受信回路部分の発振器のインダクタとなる。

回路部６３ｂとインダクタ部６３ａとの間には送信回路が構成された基板６４が設けられる。ここで、成形導体６２ｂあるいはインダクタ部６３ａと基板６４の表側とが対向するように配置される。そして基板６４の表側に装着された電子部品６５は、孔３０に対応する位置に装着される。

基板６４の裏面側には、コネクタ６６が装着されている。このコネクタ６６には、連結部６３ｃから切り曲げられて形成された接続部６３ｄが挿入される。これにより、基板６４上の送信回路は、接続部６３ｄと連結部６３ｃを介してインダクタ導体２２に接続されることとなる。この構成によりインダクタ導体２２は、送受信器６１における送信回路部分の発振器のインダクタとなる。

以上の構成によって、送信回路用と受信回路用の発振インダクタを必要とする送受信器６１の小型・薄型化が実現できる。なお本実施の形態では、コネクタ６を用いて基板６４と接続部６３ｄを接続したが、これは接続部６３ｄを直接基板６４へはんだ付けして接続しても良い。

なお本実施の形態におけるインダクタ導体６２には、実施の形態１におけるいずれの例の成形導体を用いてもかまわない。

本発明にかかるインダクタは、薄型のインダクタを得るという効果を有し、携帯機器などのように薄型が要求される機器に用いる高周波装置等として有用である。

（ａ）本発明の一実施の形態における発振器の上面図、（ｂ）同、断面図 同、側面図 同、導体部の要部拡大断面図 （ａ）同、成形導体の第２の実施例の上面図、（ｂ）同、側面図 同、導体の第３の実施例の上面図 第２の実施の形態における送受信器の断面図 従来の高周波装置の側面図

符号の説明

２１ 基板
２２ インダクタ導体
２５ａ 接続端子
２５ｂ 接続端子
３２ はんだ

Claims (14)

1. 第１の基板と、この第１の基板に設けられた第１の接続端子ならびに第２の接続端子と、この第１の接続端子と前記第２の接続端子との間を連結するように前記第１の基板上に装着されたインダクタ導体とを設け、前記インダクタ導体と前記第１の接続端子との間および前記インダクタ導体と第２の接続端子との間は共に接続部材によって接続されたインダクタ。
2. インダクタ導体の断面は四角形とした請求項１に記載のインダクタ。
3. インダクタ導体には、第１の接続端子と同じ面側に装着された第１の成形導体と、この第１の導体部の反対面側に装着された第２の成形導体とを有し、前記第１の基板には、前記第１の接続端子と同じ面側に設けられた第１の中間端子と、この第１の中間端子の反対側の面に設けられた第２の中間端子と、この第２の中間端子と前記第１の中間端子とを接続するスルーホールとを有し、前記第１の成形導体と前記第１の中間端子および、前記第２の成形導体と前記第２の中間端子とがそれぞれ接続された請求項１に記載のインダクタ。
4. インダクタ導体はＣの字型とした請求項３に記載のインダクタ。
5. 基板には、インダクタ導体の中央に対応する位置に、他の回路とは独立して設けられた固定用ランドを設け、この固定用ランドと前記インダクタ導体との間がはんだ付け接続された請求項１に記載のインダクタ。
6. インダクタ導体は、板金成形された板体とした請求項１に記載のインダクタ。
7. 基板とインダクタ導体との間には、絶縁膜が形成された請求項１に記載のインダクタ。
8. 請求項１に記載のインダクタと、第１の基板に装着された第１の電子部品とを有し、前記第１の電子部品はインダクタで囲まれた領域に装着された高周波装置。
9. 第１の基板には、請求項１に記載のインダクタが形成されたインダクタ部と、第１の電子部品が装着された回路部と、前記インダクタと前記回路部との間を接続する連結部とを有し、前記連結部が前記インダクタ部と前記回路部とが平行に配置されるように折り返され、前記インダクタ部は前記回路部の上方あるいは下方のいずれかに配置される高周波装置。
10. インダクタ部は第１の電子部品の装着面側に折り返され、前記インダクタ部の第１の基板には少なくとも前記第１の電子部品と対応する位置に孔が設けられ、前記第１の電子部品は前記孔を貫通する請求項９に記載の高周波装置。
11. インダクタ部と回路部とはほぼ同じ大きさとすると共に、インダクタ導体はＣの字型とし、前記インダクタ部には前記インダクタ導体で囲まれた領域に孔を設けた請求項１０に記載の高周波装置。
12. 請求項９に記載の高周波装置と、この高周波装置におけるインダクタ部と回路部との間に挟まれるとともに、前記インダクタ部と平行に配置された第２の基板と、この第２の基板のインダクタ部と対向する面に装着された第２の電子部品とを有し、前記インダクタ部には前記第２の電子部品に対応する位置に孔を設け、前記第２の電子部品は前記孔を貫通した高周波装置。
13. 請求項４に記載のインダクタと、このインダクタの基板のいずれか一方と対向するとともに、前記インダクタと接続された第２の基板と、この第２の基板の一方に装着された第２の電子部品とを有し、前記インダクタの基板には前記第２の電子部品に対応する位置に孔を設け、前記第２の電子部品は前記孔を貫通する高周波装置。
14. 請求項９に記載の高周波装置の製造方法において、第１の基板に接続部材を塗布し、その後で前記第１の基板上へ第１の電子部品とインダクタ導体とを装着し、その後で前記接続部材を硬化し、その後でインダクタ部と回路部とが対向するように前記第１の基板を折り曲げる高周波装置の製造方法。

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