JP2021132075A

JP2021132075A - コイル部品を備える回路基板

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Publication number: JP2021132075A
Application number: JP2020025598A
Authority: JP
Inventors: 花子吉野; Hanako Yoshino; 啓吾東田; Keigo Higashida
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2020-02-18
Filing date: 2020-02-18
Publication date: 2021-09-09
Also published as: CN113345698A; US20210257143A1

Abstract

【課題】コイル部品を備える回路基板において、広い周波数帯域で自己共振周波数を高める。【解決手段】回路基板３は、基板２と、基板２に搭載されたコイル部品１とを備える。コイル部品１は、ドラム型コア１０と、ドラム型コア１０の巻芯部１３に巻回されたワイヤＷとを有する。基板２は、誘電体３０と、誘電体３０を介してワイヤＷと容量結合し、グランド電位が与えられる容量電極２０とを有する。このように、ワイヤＷと容量電極２０の間に容量成分が付加されることから、ワイヤＷのターン間における容量成分（線間容量）が見かけ上減少する。これにより、広い周波数帯域において自己共振周波数を高めることが可能となる。【選択図】図１

Description

本発明はコイル部品を備える回路基板に関し、特に、ドラム型のコアにワイヤが巻回されてなるコイル部品を備える回路基板に関する。

ドラム型のコアにワイヤが巻回されてなるコイル部品としては、特許文献１に記載されたコイル部品が知られている。特許文献１に記載されたコイル部品は、３層構造となるようワイヤを巻芯部に巻回するとともに、各巻回層におけるワイヤのターン数によって自己共振周波数を調整している。

特開２０１１−８２４６３号公報

しかしながら、特許文献１に記載された方法では、自己共振周波数を低下させることはできるものの、自己共振周波数を高めることは困難である。また、特許文献１に記載された方法は、１ＧＨｚを超えるような周波数帯域では十分な効果を得ることができない。

したがって、本発明は、コイル部品を備える回路基板において、広い周波数帯域で自己共振周波数を高めることを目的とする。

本発明の一側面による回路基板は、基板と、基板に搭載されたコイル部品とを備え、コイル部品は、コアと、コアに巻回されたワイヤとを有し、基板は、誘電体と、誘電体を介してワイヤと容量結合し、グランド電位が与えられる容量電極とを有することを特徴とする。

本発明によれば、ワイヤと容量電極の間に容量成分が付加されることから、ワイヤのターン間における容量成分（線間容量）が見かけ上減少する。これにより、広い周波数帯域において自己共振周波数を高めることが可能となる。しかも、ワイヤと容量電極の間に誘電体が設けられていることから、ワイヤと容量電極の間の容量成分を高めることができる。

本発明において、コアは、ワイヤが巻回された巻芯部と、巻芯部の軸方向における一端に位置する第１の鍔部と、巻芯部の軸方向における他端に位置する第２の鍔部とを有し、コイル部品は、第１の鍔部に設けられ、ワイヤの一端に接続された第１の端子電極と、第２の鍔部に設けられ、ワイヤの他端に接続された第２の端子電極とをさらに有し、基板は、第１の端子電極に接続された第１のランドパターンと、第２の端子電極に接続された第２のランドパターンとをさらに有し、容量電極の高さは、第１及び第２のランドパターンの高さよりも高くても構わない。これによれば、ワイヤと容量電極の距離が近くなることから、より大きな容量成分を付加することが可能となる。

本発明において、容量電極は、ワイヤを第１の方向から覆う第１の容量電極と、ワイヤを第１の方向とは異なる第２の方向から覆う第２の容量電極とを含むものであっても構わない。これによれば、ワイヤが複数の方向から容量電極で覆われることから、より大きな容量成分を付加することが可能となる。

本発明の他の側面による回路基板は、基板と、基板に搭載されたコイル部品とを備え、コイル部品は、コアと、コアに巻回されたワイヤとを有し、基板は、ワイヤと容量結合し、グランド電位が与えられる容量電極を有し、容量電極は、ワイヤを第１の方向から覆う第１の容量電極と、ワイヤを第１の方向とは異なる第２の方向から覆う第２の容量電極とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、ワイヤと容量電極の間に容量成分が付加されることから、ワイヤのターン間における容量成分（線間容量）が見かけ上減少する。これにより、広い周波数帯域において自己共振周波数を高めることが可能となる。しかも、ワイヤが複数の方向から容量電極で覆われることから、大きな容量成分を付加することが可能となる。

本発明において、容量電極は、基板の表面に搭載されたケース部材であり、コイル部品は、ケース部材の内部に収容されていても構わない。これによれば、基板に対して複雑な加工を行うことなく、より大きな容量成分を付加することが可能となる。

本発明において、基板は、コイル部品の少なくとも一部を収容するキャビティを有し、容量電極は、キャビティの内壁に設けられていても構わない。これによれば、ケース部材などの別部材を用いることなく、より大きな容量成分を付加することが可能となる。

本発明によれば、コイル部品を備える回路基板において、広い周波数帯域で自己共振周波数を高めることが可能となる。

図１は、本発明の第１の実施形態による回路基板３の外観を示す略斜視図である。図２は、コイル部品１の外観を示す略斜視図である。図３は、コイル部品１が搭載される基板２の略斜視図である。図４は、回路基板３の略断面図である。図５は、回路基板３の等価回路図である。図６は、第１の変形例による回路基板３Ａの構造を説明するための略断面図である。図７は、第２の変形例による回路基板３Ｂの外観を示す略斜視図である。図８は、回路基板３Ｂからコイル部品１を取り外した状態を示す略斜視図である。図９は、回路基板３Ｂからコイル部品１を取り外した状態を示す略平面図である。図１０は、第３の変形例による回路基板３Ｃの外観を示す略透過斜視図である。図１１は、第４の変形例による回路基板３Ｄの外観を示す略斜視図である。図１２は、本発明の第２の実施形態による回路基板４の外観を示す略斜視図である。図１３は、回路基板４からコイル部品１を取り外した状態を示す略平面図である。図１４は、キャビティ２ｃの内部に容量電極２５〜２７を配置した例を示す略斜視図である。図１５は、キャビティ２ｃの内部に容量電極２６，２７を配置した例を示す略斜視図である。

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

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態による回路基板３の外観を示す略斜視図である。

図１に示すように、第１の実施形態による回路基板３は、基板２とその表面２ａに搭載されたコイル部品１からなる。コイル部品１の構造は図２に示されている。図２に示すように、コイル部品１は、ドラム型コア１０と、端子電極Ｅ１〜Ｅ４と、ワイヤＷとを備えている。ドラム型コア１０は、ｘ方向を軸方向とする巻芯部１３と、巻芯部１３のｘ方向における一端に設けられた鍔部１１と、巻芯部１３のｘ方向における他端に設けられた鍔部１２とを含む。ドラム型コア１０の材料としては、フェライトなど、透磁率μが１０〜４０００Ｈ／ｍである高透磁率材料を用いることが好ましい。

端子電極Ｅ１，Ｅ３は鍔部１１に設けられ、端子電極Ｅ２，Ｅ４は鍔部１２に設けられる。端子電極Ｅ１〜Ｅ４は、端子金具からなるものであっても構わないし、鍔部１１，１２の表面に塗布された導電性ペーストからなるものであっても構わない。ワイヤＷは巻芯部１３に巻回され、その一端は端子電極Ｅ１に接続され、他端は端子電極Ｅ２に接続される。端子電極Ｅ３，Ｅ４については省略しても構わないが、ダミー端子として端子電極Ｅ３，Ｅ４を用いることにより、実装強度を高めることができる。また、端子電極Ｅ１，Ｅ３を一体化し、端子電極Ｅ２，Ｅ４を一体化しても構わない。

図３は、コイル部品１が搭載される基板２の略斜視図である。

図３に示すように、基板２の表面２ａには、コイル部品１を搭載される搭載領域２ｂが定義されている。搭載領域２ｂ内にはランドパターンＰ１，Ｐ２が設けられており、コイル部品１を搭載領域２ｂに搭載すると、端子電極Ｅ１，Ｅ３がランドパターンＰ１に接続され、端子電極Ｅ２，Ｅ４がランドパターンＰ２に接続されることになる。さらに、搭載領域２ｂ内には、容量電極２０が設けられている。容量電極２０の表面は誘電体３０で覆われている。これにより、コイル部品１を搭載領域２ｂに搭載すると、断面図である図４に示すように、誘電体３０を介して容量電極２０がワイヤＷと重なり、両者が容量結合する。ランドパターンＰ１と端子電極Ｅ１，Ｅ３、並びに、ランドパターンＰ２と端子電極Ｅ２，Ｅ４は、ハンダ４０を介して接続される。ワイヤＷと誘電体３０の間には、両者が干渉しないようスペースＳが設けられる。

ランドパターンＰ１，Ｐ２は、それぞれ配線パターンＬ１，Ｌ２に接続されている。配線パターンＬ１，Ｌ２は一対の入出力配線を構成し、コイル部品１に含まれるワイヤＷを介して接続される。一方、容量電極２０は、配線パターンＬ３に接続されている。配線パターンＬ３は、グランド電位ＧＮＤが供給されるグランドパターンである。

図５は、本実施形態による回路基板３の等価回路図である。

図５に示すように、本実施形態による回路基板３は、配線パターンＬ１と配線パターンＬ２の間にコイルとして機能するワイヤＷが接続されるとともに、ワイヤＷと容量電極２０の間に容量成分が付加される。付加される容量成分の量は、容量電極２０の面積や、誘電体３０の厚み及び誘電率、スペースＳの大きさなどによって調整することができる。このような容量成分が付加されると、ワイヤＷの隣接ターン間に生じる容量成分（線間容量）が自己共振周波数に与える影響が小さくなり、その結果、自己共振周波数が高くなる。このことは、線間容量が見かけ上減少したことを意味する。このような効果は、１ＧＨｚを超える周波数帯域においても得ることができる。

このように、本実施形態による回路基板３は、グランド電位ＧＮＤが供給される容量電極２０が基板２の搭載領域２ｂに設けられていることから、基板２にコイル部品１を搭載すると、ワイヤＷと容量電極２０の間に容量成分が付加される。これにより、コイル部品１を設計変更することなく、実際の線間容量から算出される自己共振周波数よりも高い自己共振周波数を得ることが可能となる。しかも、容量電極２０が誘電体３０で覆われていることから、より大きな容量成分を付加することが可能となるとともに、ワイヤＷと容量電極２０の間におけるショート不良を防止することが可能となる。

図６は、第１の変形例による回路基板３Ａの構造を説明するための略断面図である。

図６に示す第１の変形例による回路基板３Ａは、基板２の表面２ａを基準としたランドパターンＰ１，Ｐ２の高さＴ１よりも、基板２の表面２ａを基準とした容量電極２０の高さＴ２の方が高い点において、第１の実施形態による回路基板３と相違している。基板２の裏面はグランドパターンＧで覆われており、容量電極２０は基板２を貫通してグランドパターンＧに接続されたポスト導体によって構成されている。その他の基本的な構成は、第１の実施形態による回路基板３と同じであることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

第１の変形例においては、ランドパターンＰ１，Ｐ２の高さＴ１よりも容量電極２０の高さＴ２の方が高いことから、容量電極２０をワイヤＷにより近づけることが可能となる。つまり、スペースＳを小さくすることができる。これにより、より大きな容量成分を付加することが可能となる。但し、容量電極２０の高さＴ２が大きすぎると、ワイヤＷと容量電極２０の距離が近くなりすぎ、使用する周波数帯域によっては両者が高周波ショートを起こすおそれがある。したがって、ワイヤＷと容量電極２０の距離は、使用する周波数帯域を考慮して、高周波ショートが生じない距離が確保されるよう設計することが好ましい。

図７は、第２の変形例による回路基板３Ｂの外観を示す略斜視図である。また、図８及び図９は、それぞれ回路基板３Ｂからコイル部品１を取り外した状態を示す略斜視図及び略平面図である。

図７〜図９に示す第２の変形例による回路基板３Ｂは、容量電極２０が３つの容量電極２１〜２３からなる点において、第１の実施形態による回路基板３と相違している。その他の基本的な構成は、第１の実施形態による回路基板３と同じであることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

容量電極２１はｘｙ面を構成し、コイル部品１が搭載されると、ワイヤＷとｚ方向に重なる。これに対し、容量電極２２，２３はｘｚ面を構成し、コイル部品１が搭載されると、ワイヤＷとｙ方向に重なる。これにより、ワイヤＷと容量電極２０が３方向から重なることから、より大きな容量成分を付加することが可能となる。特に、コイル部品１の平面サイズが小さい場合、ｘｙ面を構成する容量電極２１のみでは十分な容量成分を付加することが困難であるが、本例によれば、コイル部品１の平面サイズが小さい場合であっても、十分な容量成分を付加することが可能となる。

図１０は、第３の変形例による回路基板３Ｃの外観を示す略透過斜視図である。

図１０に示す第３の変形例による回路基板３Ｃは、容量電極２４がケース部材からなる点において、第１の実施形態による回路基板３と相違している。その他の基本的な構成は、第１の実施形態による回路基板３と同じであることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。容量電極２４は、基板２の表面２ａに搭載された金属製のケース部材であり、その内部にコイル部品１が収容される。容量電極２４には、グランド電位ＧＮＤが与えられる。このように、金属製のケース部材を容量電極２４として用いた場合であっても、容量電極２４とワイヤＷが容量結合することから、自己共振周波数を調整することが可能である。

但し、容量電極２４はケース状であることから、複数箇所でグランドパターンに接続すると、容量電極２４を含めたグランドパターンがループ状となる。この場合、容量電極２４とグランドパターンがコイルとして機能することから、インダクタンスが大幅に低下する。これを防止するためには、容量電極２４とグランドパターンとの接続箇所は１箇所とすることが好ましい。また、容量電極２４自体がループ状となる場合には、容量電極２４の一部に開口部を設けるか、或いは、容量電極２４の一部を非導電性材料によって構成することによって、容量電極２４自体がループ状とならないよう設計することが好ましい。

図１１は、第４の変形例による回路基板３Ｄの外観を示す略斜視図である。

図１１に示す第４の変形例による回路基板３Ｄは、コイル部品１に板状コア１４が追加されている点において、第１の実施形態による回路基板３と相違している。その他の基本的な構成は、第１の実施形態による回路基板３と同じであることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

板状コア１４は、鍔部１１，１２に固定されており、鍔部１１と鍔部１２を繋ぐ磁路として機能する。板状コア１４の材料としては、ドラム型コア１０と同様の高透磁率材料を用いることが好ましい。このように、板状コア１４を付加すれば、ドラム型コア１０と板状コア１４によって閉磁路が形成されることから、インダクタンスを高めることが可能となる。

＜第２の実施形態＞
図１２は、本発明の第２の実施形態による回路基板４の外観を示す略斜視図である。また、図１３は、回路基板４からコイル部品１を取り外した状態を示す略平面図である。

図１２及び図１３に示すように、第２の実施形態による回路基板４は、基板２にキャビティ２ｃが設けられ、キャビティ２ｃの内部にコイル部品１が収容されている点において、第１の実施形態による回路基板４と相違している。キャビティ２ｃの底面にはランドパターンＰ１，Ｐ２が設けられ、キャビティ２ｃの内壁（ｘｚ面）には容量電極２５，２６が設けられている。その他の基本的な構成は、第１の実施形態によるコイル部品１と同じであることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態においては、キャビティ２ｃの内部にコイル部品１を搭載すると、容量電極２５，２６とワイヤＷが容量結合する。これにより、第１の実施形態と同様、自己共振周波数を調整することが可能となる。しかも、容量電極２５，２６がキャビティ２ｃの内壁に設けられていることから、第１の実施形態と比べてより大きな容量成分を付加することができるとともに、容量電極２５，２６を支持するための支持部材などを用いる必要がなくなる。また、コイル部品１がキャビティ２ｃに収容されることから、回路基板４を低背化することが可能となる。但し、コイル部品１の全体がキャビティ２ｃに収容されている必要はなく、コイル部品１の一部のみがキャビティ２ｃに収容されていても構わない。

また、図１３に示した基板２においては、容量電極２５，２６が基板２の表面２ａにも形成されているが、この点は必須でない。また、図１３に示した基板２においては、ｘｚ面を構成するキャビティ２ｃの内壁に容量電極２５，２６を設けているが、容量電極を設ける位置については特に限定されない。例えば、図１４に示す例のように、容量電極２５，２６に加えて、キャビティ２ｃの底面に容量電極２７を設けても構わないし、図１５に示す例のように、容量電極２５を削除する代わりに、キャビティ２ｃの底面に容量電極２７を設けても構わない。このように、容量電極を形成する位置や面積によって、自己共振周波数を調整することができる。

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。

１コイル部品
２基板
２ａ基板の表面
２ｂ搭載領域
２ｃキャビティ
３，３Ａ〜３Ｄ，４回路基板
１０ドラム型コア
１１，１２鍔部
１３巻芯部
１４板状コア
２０〜２７容量電極
３０誘電体
Ｅ１〜Ｅ４端子電極
Ｇグランドパターン
Ｌ１〜Ｌ３配線パターン
Ｐ１，Ｐ２ランドパターン
Ｓスペース
Ｗワイヤ

Claims

基板と、
前記基板に搭載されたコイル部品と、を備え、
前記コイル部品は、コアと、前記コアに巻回されたワイヤとを有し、
前記基板は、誘電体と、前記誘電体を介して前記ワイヤと容量結合し、グランド電位が与えられる容量電極とを有することを特徴とする回路基板。
前記コアは、前記ワイヤが巻回された巻芯部と、前記巻芯部の軸方向における一端に位置する第１の鍔部と、前記巻芯部の前記軸方向における他端に位置する第２の鍔部とを有し、
前記コイル部品は、前記第１の鍔部に設けられ、前記ワイヤの一端に接続された第１の端子電極と、前記第２の鍔部に設けられ、前記ワイヤの他端に接続された第２の端子電極とをさらに有し、
前記基板は、前記第１の端子電極に接続された第１のランドパターンと、前記第２の端子電極に接続された第２のランドパターンとをさらに有し、
前記容量電極の高さは、前記第１及び第２のランドパターンの高さよりも高いことを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
前記容量電極は、前記ワイヤを第１の方向から覆う第１の容量電極と、前記ワイヤを前記第１の方向とは異なる第２の方向から覆う第２の容量電極とを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の回路基板。
基板と、
前記基板に搭載されたコイル部品と、を備え、
前記コイル部品は、コアと、前記コアに巻回されたワイヤとを有し、
前記基板は、前記ワイヤと容量結合し、グランド電位が与えられる容量電極を有し、
前記容量電極は、前記ワイヤを第１の方向から覆う第１の容量電極と、前記ワイヤを前記第１の方向とは異なる第２の方向から覆う第２の容量電極とを含むことを特徴とする回路基板。
前記容量電極は、前記基板の表面に搭載されたケース部材であり、
前記コイル部品は、前記ケース部材の内部に収容されていることを特徴とする請求項４に記載の回路基板。
前記基板は、前記コイル部品の少なくとも一部を収容するキャビティを有し、
前記容量電極は、前記キャビティの内壁に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の回路基板。