JP2016146423A - High frequency choke coil and manufacturing method of the same - Google Patents
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Description
本発明は、広帯域な特性を有し、製造および実装が容易な高周波用チョークコイル(以下、RFCと記す)を実現するための技術に関する。 The present invention relates to a technique for realizing a high-frequency choke coil (hereinafter referred to as RFC) that has wide-band characteristics and is easy to manufacture and mount.
RFCは、直流を通過させ、周波数の高い交流(高周波)に対して高インピーダンスを示す特性を有し、主に高周波の増幅器やドライバ等の電源供給回路やバイアス供給回路等に用いられている。 The RFC has a characteristic of allowing direct current to pass and exhibiting high impedance with respect to alternating current (high frequency) having a high frequency, and is mainly used in a power supply circuit such as a high frequency amplifier or a driver, a bias supply circuit, or the like.
上記のように交流と直流の分離を行なうためのRFCで広帯域に渡って平坦な特性を得るためには使用帯域内での共振を抑える必要があり、そのための構造として、従来から磁性体や電波吸収体をコア材として用い、そのコアの外周に導線を巻いた円錐構造のものが知られている(例えば特許文献1)。 In order to obtain a flat characteristic over a wide band with an RFC for separating AC and DC as described above, it is necessary to suppress resonance within the use band. A conical structure is known in which an absorber is used as a core material and a conducting wire is wound around the outer periphery of the core (for example, Patent Document 1).
しかしながら、上記のようにコアに導線を巻いた円錐構造のRFCでは、導線をほどけないように隙間なく密に巻く必要があるため製造しにくく、導線の先端を別の回路に接続する場合、ハンダ材や接着剤を用いて配線するが、絶縁体の被覆を予め剥がしておく必要があり、部品の固定も含めた実装の作業は大変面倒であった。 However, it is difficult to manufacture an RFC having a conical structure in which a conducting wire is wound around a core as described above, because it is necessary to wrap the conducting wire densely without gaps, and when the tip of the conducting wire is connected to another circuit, solder is required. Wiring is performed using a material or an adhesive, but it is necessary to remove the insulation coating in advance, and mounting work including fixing of parts is very troublesome.
本発明は、この問題を解決し、広帯域な特性を有し、製造および実装が容易なRFCを提供することを目的としている。 An object of the present invention is to solve this problem and to provide an RFC having a wide band characteristic and easy to manufacture and mount.
前記目的を達成するために、本発明の請求項1の高周波用チョークコイルは、
基板(21)と、
該基板の一面側に導体で渦巻き状に複数周パターン形成されたコイル本体(25)と、
前記コイル本体の異なる周の導体間を接続するようにパターン形成され、該導体間の線間容量、浮遊容量に起因する共振を抑圧する抵抗体(30、40、30a〜30c、40a〜40c、50、60)とを有している。
In order to achieve the above object, a high frequency choke coil according to
A substrate (21);
A coil body (25) in which a plurality of circumferential patterns are spirally formed with a conductor on one surface side of the substrate;
Resistors (30, 40, 30a to 30c, 40a to 40c, which are patterned so as to connect conductors of different circumferences of the coil body, and suppress resonance caused by line capacitance between the conductors and stray capacitance, 50, 60).
また、本発明の請求項2の高周波用チョークコイルは、請求項1記載の高周波用チョークコイルにおいて、
前記基板の前記一面側と反対の面に基板設置用の脚部(22)を突設させている。
A high-frequency choke coil according to
A substrate installation leg portion (22) is projected from the surface opposite to the one surface side of the substrate.
また、本発明の請求項3の高周波用チョークコイルの製造方法は、
基板の一面側に抵抗体をパターン形成する段階と、
前記基板の一面側に、導体を渦巻き状に複数周パターン形成したコイル本体を設け、該コイル本体の異なる周の導体間を前記抵抗体によって接続する段階とを含むことを特徴としている。
A method for manufacturing a high-frequency choke coil according to
Patterning a resistor on one side of the substrate;
A coil main body in which a conductor is formed in a spiral pattern on one surface side of the substrate, and the conductors of different circumferences of the coil main body are connected by the resistor.
このように本発明の高周波用チョークコイルは、基板の一面側に導体を渦巻き状に複数周パターン形成したコイル本体の異なる周の導体間を抵抗体で接続して、導体間の線間容量、浮遊容量による共振を抑圧した構造であるから、基板に対する薄膜パターン処理のみで簡単に製造でき、しかも、基板上にパターン形成されたコイル本体の両端と他回路との間をワイヤボンディングで接続することができ、実装も極めて容易に行なえる。 As described above, the high-frequency choke coil of the present invention is formed by connecting the conductors of different circumferences of the coil body in which the conductor is spirally formed on one surface side of the substrate with a resistor, and the line capacitance between the conductors, Resonance due to stray capacitance is suppressed, so it can be easily manufactured only by thin film pattern processing on the substrate, and both ends of the coil body patterned on the substrate and other circuits are connected by wire bonding. And can be implemented very easily.
また、基板の反対面側に基板設置用の脚部を突設しているので、基板の反対面と設置面の間に空気の層が形成され、コイル本体と設置面との間の浮遊容量を減少させることができ、浮遊容量による使用帯域内での共振をさらに効果的に防ぐことができる。 In addition, because the board installation legs protrude from the opposite side of the board, an air layer is formed between the opposite side of the board and the installation surface, and the stray capacitance between the coil body and the installation surface Can be reduced, and resonance within the use band due to stray capacitance can be more effectively prevented.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明を適用したRFC20の構造を示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows the structure of an RFC 20 to which the present invention is applied.
このRFC20は、数10MHzから60GHz程度まで安定した高周波阻止特性を実現するためのものであり、図1の(a)の平面図に示しているように、所定厚さで外形がほぼ正方形の基板21と、基板21の上面側21aの中央に導体で渦巻き状に複数周パターン形成されたコイル本体25と、コイル本体25の異なる周の導体間を接続するようにパターン形成された抵抗体30、40とを有している。
This RFC 20 is for realizing a stable high-frequency blocking characteristic from several tens of MHz to about 60 GHz, and as shown in the plan view of FIG. 1A, a substrate having a predetermined thickness and a substantially square outer shape. 21, a
基板21は、絶縁体で、誘電正接(損失)が小さく比誘電率が小さい(3に近い)材料、例えば石英ガラスやテフロン(登録商標)等で、1辺が0.8mm程度、厚さ0.2mm程度に形成され、その下面側21bの四隅には、図1の(b)の正面図に示すように、基板設置用の脚部22が基板21の厚さと同じ程度の高さで突設されている。
The
このように、基板21の下面側21bに基板設置用の脚部22を突設しているので、基板21の下面側21bと設置面の間に空気の層が形成され、コイル本体25と設置面との間の浮遊容量を減少させることができ、浮遊容量による使用帯域内での共振をさらに効果的に防ぐことができる。ここでは脚部22が基板21と同一材料で形成されているものとするが、誘電正接(損失)が小さく比誘電率が小さい別の材料で形成してもよい。なお、脚部22の位置は、コイル本体25の磁束が集中する基板中央部を避けた位置に設けることが好ましく、理想的には浮遊容量を増加させないようにコイル本体25と重ならない位置に設けることができれば最良である。
Thus, since the board
コイル本体25の導体は、例えば金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)等を材料とし、所定幅(例えば25μm)、所定の隙間(例えば15μm)で基板21の上面21aの中心部から外縁まで外形に沿った四角形の渦巻き状に所定周(例えば8周)形成されており、その最内端と最外端には、ワイヤボンディングによる接続を容易にするために幅と長さが広く形成された端子部25a、25bが設けられている。
The conductor of the
そして、基板21の上面21aには、コイル本体25の中心から基板21の1辺とその対辺に直交するように延びた線に沿ってパターン形成された抵抗体30、40が設けられている。抵抗体30、40は、例えば窒化タンタル(Ta2N)、ニッケルクロム(NiCr)、酸化珪素(SiO2)等を材料とし、所定幅(例えば15μm)、所定厚さ(例えば0.01μm)で、コイル本体25の異なる周の導体間を接続する長さにパターン形成されており、ここでは、コイル本体25の外側の4本の隣合う導体間を所定抵抗(数100Ω)で接続している。この比較的低い抵抗でコイル本体25の導体間を接続したことにより、導体のインダクタンスと線間容量や浮遊容量による共振を抑圧することができ、RFCとして広帯域な特性が得られる。
The upper surface 21 a of the
図2は、このRFC20の回路を等価的に示したものであり、コイル本体25に複数のタップを設け、その間を抵抗体30、40の抵抗分R1、R2、R3で接続したものと言え、1周当りの導体長が短い部分より長い部分に集中的に抵抗分が接続されている。これは、1周当りの導体長が短い部分では線間容量や浮遊容量も少なくなりそれによる共振周波数が使用帯域を越えていてその影響を無視できるが、1周当りの導体長が長い部分では線間容量や浮遊容量も多くなりそれによる共振周波数が使用帯域内に入って無視できない影響が現れることを阻止するためである。
FIG. 2 shows the circuit of the RFC 20 equivalently, and it can be said that a plurality of taps are provided on the
図3は、従来構造のRFCと上記構造のRFC20の特性を示すものである。この特性は、50Ωの伝送線路(例えばマイクロストリップ線路)の主線路導体とアース導体の間に測定対象のRFCを並列接続したときの伝送線路の入出力間の損失(S21)を測定した結果である。 FIG. 3 shows the characteristics of the RFC having the conventional structure and the RFC 20 having the above structure. This characteristic is the result of measuring the loss (S 21 ) between the input and output of the transmission line when the RFC to be measured is connected in parallel between the main line conductor and the ground conductor of a 50Ω transmission line (for example, a microstrip line). It is.
従来構造のRFCの寸法は、太さ約0.05mmの被覆銅線をコアの回りに密着巻きで10回巻いたもので、細い方の径が約0.2mm、太い方の径が約1mm、コイル高さ0.5mmとする。 The size of the RFC of the conventional structure is a coated copper wire with a thickness of about 0.05 mm, wound 10 times around the core with close winding, with the thin diameter about 0.2 mm and the thick diameter about 1 mm. The coil height is 0.5 mm.
また、上記構造のRFC20は、基板21を、石英ガラス材で外形(横×縦)が0.8×0.75mm、厚さ0.2mmとし、コイル本体25を、導体材料金(Au)、導体幅25μm、導体間隙間15μm、巻き数8周とし、抵抗体30、40として、窒化タンタル(Ta2N)を材料とし、幅15μm、厚さ0.01μmで、コイル本体25の導体4本分の幅25μm×4とその4本の導体の間の隙間15μm×3の合計145μmの長さを持ち、コイル本体25の外側4周分の各導体間を約200Ωの抵抗で接続している。なお、抵抗体30、40単独では単位長さ当りの抵抗値は全長に渡って均一とするが、コイル本体25の導体と重なった部分の抵抗値は導体により0Ωに近い低抵抗となり、導体と導体の間だけが200Ωの抵抗値を持つことになる。
In addition, the RFC 20 having the above structure has a
図3に示しているように、実施形態のRFC20の特性Gと従来構造のRFCの特性Fは、ともに下限周波数40MHzから60GHzまで−3dBの範囲に入り、ほぼ同等の特性が得られている。したがって、実施形態のRFC20は、同等の周波数特性が得られる従来構造のRFCに比べて、基板21上にコイル本体25の導体や抵抗体30、40をパターン形成するだけで簡単に製造でき、また、コイル本体25の両端にワイヤボンディングするだけで簡単に実装できるので格段に使いやすくなる。
As shown in FIG. 3, both the characteristic G of the RFC 20 of the embodiment and the characteristic F of the RFC of the conventional structure are in the range of −3 dB from the lower limit frequency of 40 MHz to 60 GHz, and almost the same characteristics are obtained. Therefore, the RFC 20 of the embodiment can be easily manufactured only by patterning the conductors of the
図4は、実施形態のRFC20の特性Gと、抵抗体30、40を省いたときの特性G′を示すものであり、抵抗体30、40が無い場合、導体間の線間容量と浮遊容量に起因するものと思われる共振による多数の深いディップ点が生じて、特性Gのような広帯域特性は得られないことが判る。
FIG. 4 shows the characteristic G of the RFC 20 of the embodiment and the characteristic G ′ when the
また、図5は、抵抗体で接続されるコイル本体25の周位置を変化(抵抗体30、40の長さを変化)させたときのRFC20の特性の変化を示すものであり、外側6本の導体間を抵抗体30、40で接続した特性Ga、外側5本の導体間を抵抗体30、40で接続した特性Gb、前記同様に外側4本の導体間を抵抗体30、40で接続した特性G、外側3本の導体間を抵抗体30、40で接続した特性Gc、抵抗体30、40が無い場合の特性G′を示している。
FIG. 5 shows changes in the characteristics of the RFC 20 when the circumferential position of the
この図から明らかなように、コイル本体25の外側4本の導体間が抵抗体で接続されている状態では、内側の導体間が抵抗で接続されているか否かによる顕著な特性差が生じておらず、抵抗体による共振抑圧作用は、外側の導体間に対する接続が支配的であることが判る。また、外側3本の導体間のみを抵抗体で接続した特性Gcには、浅いディップ点が現れていることから、上記した寸法、材質のRFC20の場合、外側3本以上を抵抗体で接続したものが実用上好ましく、外側4本の導体間を抵抗体で接続したものが最良と推定される。
As is clear from this figure, in the state where the outer four conductors of the
次に、上記構造のRFC20の製造方法について図6に基づいて簡単に説明する。
始めに、図6の(a)のように、石英ガラス材からなる所定厚さの基板21を用意し、図6の(b)のように、基板上面21aに、抵抗体30、40の材料となる窒化タンタル(Ta2N)の層100を厚さ0.01μmで形成する。なお、図6では、抵抗体30、40、コイル本体25およびその材料の厚さを誇張して示している。
Next, a method for manufacturing the
First, as shown in FIG. 6A, a
次に、抵抗体30、40となる部分をマスク処理して不要な窒化タンタル(Ta2N)の層を除去し、図6の(c)のように、抵抗体30、40を幅15μm、長さ145μm(25×4+15×3)でパターン形成する。
Next, unnecessary tantalum nitride (Ta 2 N) layers are removed by masking the portions to be the
続いて、図6の(d)のように、コイル本体25の材料となる金(Au)の層101を厚さ8μmで形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 6D, a gold (Au) layer 101 which is a material of the
最後に、コイル本体25となる渦巻き状の部分をマスク処理して不要な金(Au)の層を除去し、図6の(e)のように、抵抗体30、40の両端を含む4ヶ所に外側4本の導体が交差した状態でコイル本体25をパターン形成する。なお、実際には、大きな基板上に抵抗体とコイル本体のパターンを複数組形成してから、その基板をカットすることで、一度に多数のRFC20を製造する。なお、脚部22については、基板21と別部材で製造したものを基板21の下面側に接着する方法や、基板21の下面側をその四隅部を残して切削する等の方法で形成することができる。
Finally, the spiral portion that becomes the
上記したRFC20の基板21、コイル本体25、抵抗体30、40の材質、形状、幅、厚み等の寸法は一例であって、本発明を限定するものではなく、上記以外の異なる材質や形状の組合せでもよく、幅や厚さ等の寸法変更も任意である。
The above-described dimensions, such as the material, shape, width, and thickness of the
また、上記実施形態では、2組の抵抗体30、40を用いていたが、例えば、コイル本体25のインダクタンスが小さい(巻き数が少ない場合)には、図7のように、外側3本の導体間を1組の抵抗体30で接続して共振を抑えることもでき、逆にインダクタンスが大きい(巻き数が多い場合)には、図8のように、外側5本の導体間を4組(3組でもよい)の抵抗体30、40、50、60で接続して共振を抑えることもできる。
Moreover, in the said embodiment, although 2 sets of
また、上記実施形態では、コイル本体25の4本の隣り合う導体に直線的に交差する1本の抵抗体30、40によって導体間を接続していたが、導体間を接続する抵抗体の配置は任意であり、例えば図9のように、二つの隣り合う導体間を接続単位として、抵抗体30a〜30c、40a〜40cで接続してもよい。また、抵抗体は必ずしも隣り合う導体間を結ぶ必要はなく、導体を跨ぐように飛び飛びに接続してもよい。
Further, in the above embodiment, the conductors are connected by the
また、上記実施形態では、コイル本体を四角形の渦巻き状に形成していたが、円形や6角形や8角形等の多角形の渦巻きに形成してもよい。 Moreover, in the said embodiment, although the coil main body was formed in the square spiral shape, you may form in polygonal spirals, such as circular, a hexagon, and an octagon.
20……RFC(高周波用チョークコイル)、21……基板、22……脚部、25……コイル本体、25a、25b……端子部、30、40、30a〜30c、40a〜40c、50、60……抵抗体 20 ... RFC (High Frequency Choke Coil), 21 ... Substrate, 22 ... Leg, 25 ... Coil body, 25a, 25b ... Terminal, 30, 40, 30a-30c, 40a-40c, 50, 60 …… Resistor
前記目的を達成するために、本発明の請求項1の高周波用チョークコイルは、
絶縁体からなる基板(21)と、
該基板の一面側に導体で渦巻き状に複数周パターン形成されたコイル本体(25)と、
前記基板の一面側で、前記コイル本体の最内端と最外端にパターン形成されたワイヤボンディング用の端子部(25a、25b)と、
前記基板の一面側で、前記コイル本体の異なる周の導体間を等価的に抵抗成分で接続するようにパターン形成され、該導体間の線間容量、浮遊容量に起因する共振を抑圧する抵抗体(30、40、30a〜30c、40a〜40c、50、60)とを有している。
また、本発明の請求項2の高周波チョークコイルは、請求項1記載の高周波用チョークコイルにおいて、
前記抵抗体は、前記異なる周の導体間を等価的に数100Ωの抵抗成分で接続していることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a high frequency choke coil according to
A substrate (21) made of an insulator;
A coil body (25) in which a plurality of circumferential patterns are spirally formed with a conductor on one surface side of the substrate;
On one side of the substrate, wire bonding terminal portions (25a, 25b) patterned on the innermost end and the outermost end of the coil body;
A resistor that is patterned on one surface side of the substrate so that conductors of different circumferences of the coil body are equivalently connected by a resistance component, and suppresses resonance caused by line capacitance between the conductors and stray capacitance. (30, 40, 30a-30c, 40a-40c, 50, 60).
The high frequency choke coil according to
The resistor is characterized in that the conductors of different circumferences are equivalently connected with a resistance component of several hundred Ω.
また、本発明の請求項3の高周波用チョークコイルは、請求項1または請求項2記載の高周波用チョークコイルにおいて、
前記基板の前記一面側と反対の面に基板設置用の脚部(22)を突設させている。
A high-frequency choke coil according to
A substrate installation leg portion (22) is projected from the surface opposite to the one surface side of the substrate.
また、本発明の請求項4の高周波用チョークコイルの製造方法は、
絶縁体からなる基板(21)の一面側に抵抗体(30、40、30a〜30c、40a〜40c、50、60)をパターン形成する段階と、
前記基板の一面側に、導体を渦巻き状に複数周パターン形成したコイル本体(25)と、該コイル本体の最内端と最外端にパターン形成したワイヤボンディング用の端子部(25a、25b)とを設けるとともに、前記コイル本体の異なる周の導体間を前記抵抗体によって等価的に抵抗成分で接続する段階とを含むことを特徴としている。
A method for manufacturing a high-frequency choke coil according to
Patterning resistors (30, 40, 30a to 30c, 40a to 40c, 50, 60) on one side of the substrate (21) made of an insulator;
A coil body (25) in which conductors are formed in a spiral pattern on one surface of the substrate , and wire bonding terminal portions (25a, 25b) patterned on the innermost and outermost ends of the coil body. And a step of equivalently connecting the conductors of different circumferences of the coil main body with a resistance component by the resistor .
Claims (3)
該基板の一面側に導体で渦巻き状に複数周パターン形成されたコイル本体(25)と、
前記コイル本体の異なる周の導体間を接続するようにパターン形成され、該導体間の線間容量、浮遊容量に起因する共振を抑圧する抵抗体(30、40、30a〜30c、40a〜40c、50、60)とを有する高周波用チョークコイル。 A substrate (21);
A coil body (25) in which a plurality of circumferential patterns are spirally formed with a conductor on one surface side of the substrate;
Resistors (30, 40, 30a to 30c, 40a to 40c, which are patterned so as to connect conductors of different circumferences of the coil body, and suppress resonance caused by line capacitance between the conductors and stray capacitance, 50, 60).
前記基板の一面側に、導体を渦巻き状に複数周パターン形成したコイル本体を設け、該コイル本体の異なる周の導体間を前記抵抗体によって接続する段階とを含むことを特徴とする高周波用チョークコイルの製造方法。 Patterning a resistor on one side of the substrate;
A high frequency choke comprising: a coil body in which a conductor is formed in a spiral pattern on one surface side of the substrate; and a conductor between different circumferences of the coil body is connected by the resistor. Coil manufacturing method.
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