JP2020004900A - コイル部品 - Google Patents

Abstract

【課題】 ワイヤ端部が断線し難く、電気的特性及び部品の姿勢が安定したはんだ付けが可能なコイル部品を提供する。【解決手段】 メインコアと、メインコアの両端に設けられた２つの鍔部と、メインコアに巻回されたワイヤと、２つの鍔部の底面に各々設けられた電極と、電極と電気的に接続して設けられ、一方の鍔部の側面側から見て、電極の高さよりも低い高さを有し、ワイヤの一方の端部が接合されている接続パッドとを含むコイル部品。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、コイル部品に関する。

電子部品であるコネクタ（ＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）コネクタ）を、配線基板に取り付けた場合、このＵＳＢコネクタに近接して、コイル部品を実装することができる。このコイル部品は、コモンモードチョークコイル部品と称され、ＵＳＢコネクタの端子ピンに流れる信号のノイズを低減する目的で設けられる。

上記チョークコイル部品は、外観が例えばボビン型であり、磁性材よりなるメインコアと、メインコアの両端に配置された磁性材よりなる第１及び第２鍔部とを有する。さらに、第１鍔部の外周の上部平坦面と第２鍔部の外周の上部平坦面との間には、磁性材よりなる板状コア（天板）が架け渡されている。第１鍔部及び第２鍔部の下部平坦面には、配線基板に実装するための電極端子がそれぞれ２つずつ合計４つ設けられる。

メインコアには、複数のワイヤ例えば２本のワイヤがバイファイラ巻回されコイルとして成形されている。２本のワイヤの４つの端部は、４つの電極端子に各々１つずつ、平坦になるように潰して接合される。このワイヤの端部は、チョークコイル部品を配線基板に実装する際に、電極端子と配線基板の端子との間に挟まれてはんだ接合されるので、ワイヤの端部の丸線部を潰して平坦部に加工するとはんだ付けしやすい。

特開２０１６−１４９４９８号公報

ところで、上記のコイル部品によると、ワイヤの丸線部と平坦部との境目がワイヤ設置の際の引張り荷重や製品可動時の温度サイクルによる部材の膨張、収縮の影響を受けて断線しやすくなっている。この結果、コイル部品の接続不良、不安定特性を生じることがある。また、配線基板に載置されるコイル部品は、電極と、配線基板の所定の印刷端子との間に、それぞれつぶされた形状の端部が位置するために、配線基板上のコイル部品の姿勢が不安定になりやすい。このためにそれぞれの配線基板でコイル部品の電気的特性がばらつく可能性が大きい。
そこで、本実施形態では、ワイヤ端部が断線し難く、電気的特性及び部品の姿勢が安定したはんだ付けが可能なコイル部品を提供することを目的とする。

実施形態によれば、メインコアと、
前記メインコアの両端に設けられ、実装時に配線基板に向けられる底面を有する第１鍔部及び第２鍔部と、
前記メインコアに巻回された巻回部を有する少なくとも１本以上のワイヤと、
前記第１鍔部の底面に設けられた第１電極と、
前記第２鍔部の底面に設けられた第２電極と、
前記メインコア上の前記第１電極と前記巻回部との間の領域に前記第１電極と電気的に接続して設けられ、前記第１鍔部の側面側から見て、前記第１電極の高さよりも低い高さを有し、前記ワイヤの一方の端部が接合されている第１接続パッドと、
前記メインコア上の前記第２電極と前記巻回部との間の領域に前記第２電極と電気的に接続して設けられ、前記第２鍔部の側面側から見て、前記第２電極の高さよりも低い高さを有し、前記ワイヤの他方の端部が接合されている第２接続パッドと、
を含むコイル部品が提供される。

第１実施形態にかかるコイル部品を表す斜視図である。 図１を底面から見た図である。 図２のＢ−Ｂ’断面図である。 実施形態にかかるコイル部品の製造工程を表す図である。 第１実施形態にかかるコイル部品の他の例を底面から見た図である。 第２実施形態にかかるコイル部品を底面から見た図である。 実施形態にかかるコイル部品を有する電子装置の適用例を表す図である。 図７の正面図である。 実施形態にかかるコイル部品を有する電子装置を適用した自動車の図である。 実施形態にかかるコイル部品を有する電子装置を適用した電車の図である。 実施形態にかかるコイル部品を有する電子装置を適用したデジタルカメラの図である。 実施形態に係るコイル部品を有する電子装置が適用された製品の図である。 実施形態に係るコイル部品を有する電子装置が適用された他の製品の図である。 実施形態に係るコイル部品を有する電子装置が適用されたさらに他の製品の図である。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、第１実施形態にかかるコイル部品の概略構成を例示する要部斜視図を示す。
図示するように、このコイル部品２０は、コモンモードチョークコイルであり、磁性材からなるメインコア２１と、メインコア２１の両端に設けられた、第１鍔部２２及び第２鍔部２３とを有する。メインコア２１にはワイヤ２６が巻回されている。
メインコア２１はその一端から他端に向かって軸方向に延在する。メインコア２１の形状は例えば直方体である。この形状は円柱状、あるいは多角柱状にすることもできる。

第１鍔部２２及び第２鍔部２３は、実装時に配線基板に向けられる底面２７−１、２７−２と、底面２７−１、２７−２に各々対向する天面２８−１、２８−２とを有する。また、第１鍔部２２の底面２７−１側に２つの足部２２ａが設けられ、この２つの足部２２ａ上に、各々磁性材のめっき層からなる独立した第１ａ電極２４ａ及び第１ｂ電極２４ｂが設けられている。第２鍔部２３の底面２７−２側に２つの足部２３ａが設けられ、この２つの足部２３ａ上にそれぞれ独立した第２ａ電極２５ａ及び図示しない第２ｂ電極２５ｂが設けられている。電極材料としては銀、銅、銀パラジウム、錫、ニッケル、金などがあげられる。第１鍔部２２及び第２鍔部２３では、１つの鍔部に２つの電極を設けたが、１つまたは３つ以上としても良い。鍔部は電極の数に応じて設けることができる。１つの鍔部に２つの足部を設けたが、１つまたは３つ以上としても良い。

第１鍔部２２及び第２鍔部２３の天面２８−１、２８−２には板状コア２９が設けられている。メインコア２１と板状コア２９は例えば同じ磁性材からなる。メインコア２１と板状コア２９は磁気回路を構成している。板状コア２９は省略することも可能である。

図２は、図１のコイル部品２０を底面から見た図を示す。
図示するように、メインコア２１に巻回されたワイヤ２６は、第１ワイヤ３１と第２ワイヤ３２とを備えている。第１ワイヤ３１と第２ワイヤ３２はメインコア２１の軸に沿ってコイル状に巻回された巻回部２６ａを有する。第１ワイヤ３１と第２ワイヤ３２は、例えばペア線として同時に巻回されており、これをバイファイラ巻きという。第１ワイヤ３１と第２ワイヤ３２は、樹脂によって絶縁被覆された金属線からなる。樹脂としては例えばポリウレタンやポリイミド等の有機皮膜や無機皮膜を使用できる。金属としては銅を使用できる。巻回された２本のワイヤは、電磁結合し、その電気的特性が所定周波数帯を除く帯域の不要ノイズを低減する特性に設計されている。ワイヤ２６では２本のワイヤを使用しているが、ワイヤは１本でも３本以上でも構わない。

図２に示すように、第１ａ電極２４ａ、第１ｂ電極２４ｂ、第２ａ電極２５ａ、及び第２ｂ電極２５ｂは、コイル部品２０を実装時に配線基板に向けられる底面から見たとき四隅に配置されており、第１ａ電極２４ａ、第１ｂ電極２４ｂ、第２ａ電極２５ａ、及び第２ｂ電極２５ｂと巻回部２６ａとの間のメインコア２１の底面に、各電極と連続して形成された接続パッド３４ａ、３４ｂ、３５ａ、及び３５ｂを各々備えている。

図３に、図２のＢ−Ｂ’断面図を示す。
コイル部品２０を第２鍔部の側面側から見たとき、図示するように、接続パッド３５ａと電極２５ａ、及び接続パッド３５ｂと電極２５ｂは電気的に接続し、接続パッド３５ａ及び接続パッド３５ｂの高さは、第２ａ電極２５ａ及び第２ｂ電極２５ｂの高さよりも十分低い。接続パッド３５ａには第１ワイヤ３１の一方の端部３１ｂが、接続パッド３５ｂには、第２ワイヤ３２の一方の端部３２ｂが、各々接続される。接続パッド３５ａ及び接続パッド３５ｂの高さは、第１ワイヤ端部３１ｂ及び第２ワイヤの端部３２ｂを各々接続しても、第２ａ電極２５ａ、及び第２ｂ電極２５ｂの高さよりも高くならないように設計される。

接続パッド３４ａ及び接続パッド３４ｂと、第１ａ電極２４ａ及び第１ｂ電極２４ｂとについても、図３の接続パッド３５ａ及び接続パッド３５ｂと、第２ａ電極２５ａ及び第２ｂ電極２５ｂと同様に、コイル部品２０を第１鍔部の側面側から見たとき、接続パッド３４ａと電極２４ａ、及び接続パッド３４ｂと電極２４ｂは電気的に接続し、接続パッド３４ａ及び接続パッド３４ｂの高さは、第１ａ電極２４ａ及び第１ｂ電極２４ｂの高さよりも十分低い。接続パッド３４ａには第１ワイヤ３１の一方の端部３１ａが、接続パッド３４ｂには第２ワイヤ３２の他方の端部３２ａが、各々接続される。接続パッド３４ａ及び接続パッド３４ｂの高さは、第１ワイヤの端部３１ａ及び第１ワイヤの端部３１ｂを各々接続しても、第１ａ電極２４ａ、及び第１ｂ電極２４ｂの高さよりも高くならないように設計される。

第１ワイヤ３１は、接続パッド３４ａ及び接続パッド３５ａを介して第１ａ電極２４ａ及び第２ａ電極２５ａの間を電気的に接続する。第２ワイヤ３２は、接続パッド３４ｂ及び接続パッド３５ｂを介して第１ｂ電極２４ｂと第２ｂ電極２５ｂとの間を電気的に接続する。
なお、ここでは、第２鍔部の側面側から見た様子を、図２のＢ−Ｂ’断面図である図３を使用して説明しているが、ここでいう第２鍔部の側面側とは、第２鍔部のどの側面側でも良い。同様に、及び第１鍔部の側面側とは、第１鍔部のどの側面側でも良い。

実施形態によれば、側面側から見て、電極の高さよりも低い高さを有する接続パッドにワイヤ端部を接合するので、第１ワイヤ３１の端部３１ａ、３１ｂ及び第２ワイヤ３２の端部３２ａ、３２ｂを潰す必要がなく、コイル部品を実装する際のリフロー工程で、第１ワイヤ３１端部３１ａ、３１ｂ及び第２ワイヤ３２の端部３２ａ、３２ｂが断線し難くなる。また、実施形態にかかるコイル部品２０は、第１ａ電極２４ａ、及び第１ｂ電極２４ｂ、第２ａ電極２５ａ及び第２ｂ電極２５ｂ上にワイヤがないので、配線基板上に実装されたコイル部品の姿勢が安定し、姿勢のばらつきが無くなるため、電気的特性が良好な回路配線基板を得ることができる。

接続パッド３４ａ、３４ｂ、３５ａ、及び３５ｂと、第１ａ電極２４ａ、第１ｂ電極２４ｂ、第２ａ電極２５ａ、及び第２ｂ電極２５ｂとの形成は、例えばスパッタ、あるいはめっき等により行うことができる。接続パッドの材料としては、銀、銅、銀パラジウム、錫、ニッケル、金などがあげられる。好ましくは電極と同じ材料を使用することができる。スパッタあるいはめっきに使用されるマスクにおいて、各電極と、各電極に隣接する各接続パッドとを、それぞれ連続したパターンにすることにより、１回のスパッタまたはめっき工程で、メインコア２１の底面に設けられる接続パッド３４ａ、３４ｂ、３５ａ、及び３５ｂと、足部２２ａに形成される第１ａ電極２４ａ及び第１ｂ電極２４ｂと、足部２３ａに形成される第２ａ電極２５ａ及び第２ｂ電極２５ｂとを形成することができる。実施形態によれば、マスクの形状を変更する以外は既存の設備及び工程を使用することが可能であり、低コストである。なお、接続パッド３４ａ、３４ｂ、３５ａ、及び３５ｂが設けられる位置は、メインコア２１上のワイヤ２６が巻回された巻回部２６ａと各電極２４ａ、２４ｂ、２５ａ、及び２５ｂとの間の領域内であり、接続パッド３４ａと電極２４ａ、接続パッド３４ｂと電極２４ｂ、接続パッド３５ａと電極２５ａ、及び接続パッド３５ｂと電極２５ｂがそれぞれ電気的に接続していればどこでも良い。

接続パッド３４ａ、３４ｂ、３５ａ、３５ｂと、ワイヤ端部３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂとの接続は、例えば、はんだ付け、熱圧着、超音波溶着、及びレーザ溶着などにより行うことができる。
メインコア、板状コア、第１鍔部、及び第２鍔部の材料として、磁性材を用いることができる。メインコア、板状コア、第１鍔部、及び第２鍔部に使用される磁性材として、同じ材料を用いることが好ましい。ここでいう同じ材料は、同様の磁気特性を有するものであれば、同じ成分の組み合わせで組成比が同一でないものも含む。好ましい磁性材としては、フェライトがあげられる。

図４（ａ）から図４（ｅ）に、実施形態にかかるコイル部品の製造工程を表す図を示す。
図４（ａ）に示すように、まず、図１と同様の構成を有する第１鍔部２２及び第２鍔部２３が設けられた直方体のメインコア２１を用意する。ここで、Ｘ１Ｘ２方向（第１方向）は、メインコア２１を配線基板に実装される面から見た場合の直方形の短辺方向、Ｙ１Ｙ２方向（第２方向）は、第１方向に交叉（本実施形態においては直交）する方向であり、配線基板に実装した場合のメインコア２１の高さ方向を示す。第１鍔部２２及び第２鍔部２３の実装時に配線基板に向けられる底面には、図２と同様の第１ａ電極２４ａ、第１ｂ電極２４ｂ、第２ａ電極２５ａ、及び第２ｂ電極２５ｂと、接続パッド３４ａ、３４ｂ、３５ａ、及び３５ｂとが設けられている。

次に、図４（ｂ）に示すように、メインコア２１上に、樹脂により絶縁被覆された第１ワイヤ３１及び第２ワイヤ３２を、メインコア２１の軸に沿って巻回する。
続いて、図４（ｃ）に示すように、第１ワイヤ３１及び第２ワイヤ３２を接続パッド３４ａ、３４ｂ、３５ａ、及び３５ｂの接続位置に合わせて切断し、第１ワイヤ３１の一方の端部３１ａを接続パッド３４ａに、第１ワイヤ３１の他方の端部３１ｂを接続パッド３５ａに、第２ワイヤ３２の一方の端部３２ａを接続パッド３４ｂに、第２ワイヤ３２の他方の端部３２ｂを接続パッド３５ｂに各々はんだ付けする。

その後、図４（ｄ）に示すように、メインコア２１を反転させて、第１ａ電極２４ａ、第１ｂ電極２４ｂ、第２ａ電極２５ａ、及び第２ｂ電極２５ｂとは反対側の第１鍔部２２及び第２鍔部２３の天面２８−１、２８−２が上になるように載置する。
さらに、図４（ｅ）に示すように、天面２８−１、２８−２上に板状コア２９を設置することにより、コイル部品２０が得られる。

図５に、第１実施形態にかかるコイル部品の他の例を底面から見た図を示す。
図１ないし図４と同一箇所には同一符号を付している。
このコイル部品３０は、巻回部２６ａと第１ワイヤ３１の一方の端部３１ａとの間、巻回部２６ａと第２ワイヤ３２の一方の端部３２ａとの間、巻回部２６ａと第１ワイヤ３１の他方の端部３１ｂとの間、巻回部２６ａと第２ワイヤ３２の一方の端部３２ｂとの間に、ワイヤに緩みを持たせた緩衝部４１、４２、４３、４４をさらに設けること以外は図２と同様の構成を有する。

このような緩衝部４１、４２、４３、４４を設けることにより、配線基板に実装する際に、コイル部品が加熱、冷却されてワイヤの収縮が起こっても、緩衝部でワイヤの収縮を吸収して、ワイヤ端部にかかる応力を低減することができるので、ワイヤ端部の断線が発生し難くなる。
接続パッド３４ａ、３４ｂ、３５ａ、及び３５ｂと、対応する第１ａ電極２４ａ、第１ｂ電極２４ｂ、第２ａ電極２５ａ、及び第２ｂ電極２５ｂとでは段差を持つように示されているが、これに限定されるものではない。要は、ワイヤ端部と接続パッドのはんだ付け部が電極の面（底面側）よりメインコア２１側に位置すれば良い。電極と接続パッドが傾斜していても良い。

図６に、第２実施形態にかかるコイル部品を底面から見た図を示す。
図示するように、コイル部品４０は、第１ａ電極２４ａ、第１ｂ電極２４ｂ、第２ａ電極２５ａ、及び第２ｂ電極２５ｂの代わりに、第１ａ電極５４ａ、第１ｂ電極５４ｂ、第２ａ電極５５ａ、及び第２ｂ電極５５ｂが設けられていること、各電極に接続パッドが設けられないこと、第１ａ電極５４ａ上には第１ワイヤ５１の一方の端部５１ａが、第２ａ電極５５ａ上には第１ワイヤ５１の他方の端部５１ｂが、第１ｂ電極５４ｂ上には第２ワイヤ５２の一方の端部５２ａが、第２ｂ電極５５ｂ上には、第２ワイヤ５２の他方の端部５２ｂが、各々平坦に潰されて、はんだ付けされていること、及び図５の緩衝部４１、４２、４３、４４と同様の緩衝部６１、６２、６３、６４をさらに設けること以外は、図２と同様の構成を有する。

第１ワイヤ５１及び第２ワイヤ５２の巻回部と端部との間に、緩みを持たせた緩衝部６１、６２、６３、６４を設けることにより、配線基板に実装する際に、コイル部品が加熱、冷却されてワイヤの収縮が起こっても、緩衝部でワイヤの収縮を吸収して、ワイヤ端部にかかる応力を低減することができるので、ワイヤ端部の断線が発生し難くなる。

実施形態にかかるコイル部品は、種々の電子装置の回路基板に適用することができる。
図７は、実施形態にかかるコイル部品を搭載可能な回路基板の一例を示す外観斜視図である。
回路基板１１０は、レセプタクル１００と、レセプタクル１００に接続され、ノイズを除去するためのコイル部品２０を搭載している。
レセプタクル１００は、外部を覆うシェル１０１、樹脂形成された絶縁体であるインシュレータ１０２、およびインシュレータ１０２と一体化されたコンタクト端子１０３から構成されている。シェル１０１は、金属材料で形成された筒状に形成されている。インシュレータ１０２は、シェル１０１の内部に配置され、一体化したコンタクト端子１０３を保持している。コンタクト端子１０３は、一端の領域が外部から挿入されるプラグと電気的な接続を行うコンタクトエリアであり、他端の領域がはんだ付けにより回路基板１１０と電気的に接続されている。

図７のレセプタクル１００は、回路基板１１０の一部を切り欠きした部分に配置されたオフセットタイプと呼ばれるタイプのコネクタである。シェル１０１は、基板１１０にはんだ付けされる支持脚部１０４−１、１０４−２、１０４−３、１０４−４を有しており、これらの支持脚部１０４−１、１０４−２、１０４−３、１０４−４により基板１１０に固定されている。

図８は、図７に示したレセプタクル１００を、嵌合相手のプラグの挿入方向から見た場合の正面図の一例である。レセプタクル１００は、回路基板１１０を切り欠きした部分に配置されているオフセットタイプであるため、基板上にレセプタクルを配置するオンボードタイプに比べて、回路基板１１０の表面からレセプタクル１００の最高面までの厚さＳ１を低減することが可能となっている。

図９は、実施形態にかかるコイル部品を有する電子装置を適用した自動車である。
電子装置は、例えば車４４０の運転席の前のダッシュボード内に配置されている。電子装置の内部には、プリント基板１０ａが取り付けられている。このプリント基板１０ａにコイル部品２０が搭載されている。

図１０は、実施形態に係るコイル部品を有する電子装置が適用された電車である。
電子装置は、電車４５０運転席の前の計器類の内部、あるいは電力を電車走行の動力源として適切な形に変換して主電動機を駆動する主制御装置等に使用できる。電子装置の内部には、プリント基板１０ａが取り付けられている。このプリント基板１０ａにコイル部品２０が搭載されている。

図１１ないし図１４は、実施形態に係るコイル部品を有する電子装置が適用された種々の製品を示している。図１１は、デジタルカメラ７１である。デジタルカメラ７１の内部には、電子回路が内蔵されこの回路には電源回路も含まれる。電子部品複合装置は、例えば電源回路に使用されている。

図１２は、タブレットＰＣ７３であり、図１３は、スマートフォン７４であり、図１４は、パーソナルコンピュータ７５である。これらの電子機器の内部には、通信装置や電源回路も含まれる。電子部品複合装置は、例えば通信装置や電源回路に使用されている。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

２０…コイル部品、２１…メインコア、２２…第１鍔部、２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ…足部、２３…第２鍔部、２３ａ…足部、２３ｂ…足部、２４ａ…第１ａ電極、２４ｂ…第１ｂ電極、２５ａ…第２ａ電極、２５ｂ…第２ｂ電極、２６…ワイヤ、２６ａ…巻回部、２７−１，２７−２…底面、２８−１，２８−２…天面、２９…板状コア、３１，５１…第１ワイヤ、３１ａ，３１ｂ，５１ａ，５１ｂ…第１ワイヤ端部、３２，５２…第２ワイヤ、３２ａ，３２ｂ，５２ａ，５２ｂ…第２ワイヤ端部、３４ａ…接続パッド、３４ｂ…接続パッド、３５ａ…接続パッド、３５ｂ…接続パッド、４１，４２，４３，４４，６１，６２，６３，６４…緩衝部、１０ａ，１１０…回路基板

Claims (4)

1. メインコアと、
   前記メインコアの両端に設けられ、実装時に配線基板に向けられる底面を有する第１鍔部及び第２鍔部と、
   前記メインコアに巻回された巻回部を有するワイヤと、
   前記第１鍔部の底面に設けられた第１電極と、
   前記第２鍔部の底面に設けられた第２電極と、
   前記メインコア上の前記第１電極と前記巻回部との間の領域に前記第１電極と電気的に接続して設けられ、前記第１鍔部の側面側から見て、前記第１電極の高さよりも低い高さを有し、前記ワイヤの一方の端部が接合されている第１接続パッドと、
   前記メインコア上の前記第２電極と前記巻回部との間の領域に前記第２電極と電気的に接続して設けられ、前記第２鍔部の側面側から見て、前記第２電極の高さよりも低い高さを有し、前記ワイヤの他方の端部が接合されている第２接続パッドと、
   を含むコイル部品。
2. 前記ワイヤは、前記巻回部と前記端部との間に緩みを持たせた緩衝部を有する請求項１に記載のコイル部品。
3. メインコアと、
   前記メインコアの両端に設けられ、実装時に配線基板に向けられる底面を有する第１鍔部及び第２鍔部と、
   前記メインコアに巻回された巻回部を有する少なくとも１本以上のワイヤと、
   前記第１鍔部の底面に設けられ、前記ワイヤの一方の端部が接合された第１電極と、
   前記第２鍔部の底面に設けられ、前記ワイヤの他方の端部が接合された第２電極と、
   前記ワイヤに設けられ、前記巻回部と前記一方の端部との間、及び前記巻回部と前記他方の端部との間に緩みを持たせた緩衝部とを含むコイル部品。
4. 前記ワイヤの一方の端部と前記第１電極との間、及び前記ワイヤの他方の端部と前記第２電極との間は、はんだ接合されている請求項１から３のいずれか１項に記載のコイル部品。

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