JP5994942B2 - フレキシブルインダクタの取り付け構造および電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、二つの回路間を接続するフレキシブルインダクタの取り付け構造およびその構造を備えた電子機器に関するものである。
従来、高周波信号を扱う電子機器において、筐体内に複数の基板等の実装回路部材を備え、それらをフレキシブルケーブルで接続する構造が採られる場合が多い。また、例えば特許文献１に開示されているように、フレキシブルケーブルの一部に平面状のコイル状導体パターンを設けることがある。
特開２０１１−１８５０５号公報
例えば小型の通信端末装置においては、グランド導体、バッテリーパック、シールドケース等の金属物が高密度に搭載されている。このような小型の電子機器にコイル状導体パターンを備えるケーブルを実装すると、コイル状導体パターンの近傍に金属部（金属物）が位置せざるを得ず、その結果、金属部に渦電流が発生するため、インダクタのＱ値が低下してしまう。
特許文献１に示されているフレキシブルケーブルのように、コイル状導体パターンをフェライト等の磁性体で覆って閉磁路構造にすれば、近接する金属部の影響を最小限に抑えることができる。
しかし、磁性体を備えた構造であると、磁性体を付加するための管理・製造プロセスが煩雑となるうえ、本来薄型であるフレキシブルケーブルが大型化してしまう。また、磁性体としてセラミック系フェライトを用いた場合、フレキシブルケーブルの可撓性を妨げることにもなる。
本発明の目的は、フレキシブルインダクタを金属部の近傍に配置しても金属部の影響を受け難くした、フレキシブルインダクタの取り付け構造、およびその構造を備えた電子機器を提供することにある。
本発明のフレキシブルインダクタの取り付け構造は、面状のフレキシブル基材にインダクタが構成されたフレキシブルインダクタの、筐体内への取り付け構造であって、
前記フレキシブルインダクタは、前記フレキシブル基材に形成された、第１入出力端子、第２入出力端子、および、一端が前記第１入出力端子に接続され、他端が前記第２入出力端子に接続され、複数回巻回された面状のコイル状導体パターンを備え、前記フレキシブルインダクタは、前記筐体内に配置された金属部または筐体の金属部の近傍に配置され、
前記フレキシブルインダクタは、前記コイル状導体パターンのうち前記金属部に近い側が曲げの内側となるように曲げられた状態で前記筐体の内部に取り付けられ、前記コイル状導体パターンのうち、前記曲げにより互いに近づく部分である、導体パターンの２つの組について、少なくとも一方の組は、前記コイル状導体パターンによるコイル軸から遠い側のコイル状導体パターンに比べて、前記コイル軸に近い側のコイル状導体パターンが、前記金属部から遠ざかっていることを特徴とする。
前記フレキシブル基材の一方主面および他方主面のうち、前記金属部から離れた側の主面に前記コイル状導体パターンが形成されていることが好ましい。
本発明の電子機器は、面状のフレキシブル基材に、第１入出力端子、第２入出力端子、および複数回巻回された面状のコイル状導体パターンが形成されることにより構成されたフレキシブルインダクタと、このフレキシブルインダクタを収納する筐体とを備える電子機器であって、
前記フレキシブルインダクタは、前記コイル状導体パターンのうち前記金属部に近い側が曲げの内側となるように曲げられた状態で前記筐体の内部に取り付けられ、前記コイル状導体パターンのうち、前記曲げにより互いに近づく部分である、導体パターンの２つの組について、少なくとも一方の組は、前記コイル状導体パターンによるコイル軸から遠い側のコイル状導体パターンに比べて、前記コイル軸に近い側のコイル状導体パターンが、前記金属部から遠ざかっていることを特徴とする。
前記金属部は、例えば前記筐体内に配置された配線基板のグランド電極である。
本発明によれば、フレキシブルインダクタの曲げの内側の磁界が相対的に弱くなり、この曲げの内側に金属部が存在しても、その金属部の影響を受け難くい。そのため、金属部の近接によるＱ値の大幅な低下を抑制できる。
図１は第１の実施形態に係るフレキシブルインダクタ１０１の分解斜視図である。 図２（Ａ）はフレキシブルインダクタ１０１の平面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。 図３はフレキシブルインダクタ１０１の実装位置における断面図である。 図４は筐体内にフレキシブルインダクタ１０１Ａ，１０１Ｂが配置された電子機器の平面図である。 図５（Ａ）（Ｂ）はフレキシブルインダクタ１０１の矩形スパイラル状の導体パターン３１による磁界強度の概念図である。 図６（Ａ）は第２の実施形態に係るフレキシブルインダクタ１０２の平面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。 図７は、フレキシブルインダクタ１０２の実装位置における断面図である。 図８はフレキシブルインダクタ１０２の導体パターン３１により生じる磁界の磁界強度の概念図である。 図９は第３の実施形態に係るフレキシブルインダクタ１０３の分解斜視図である。
《第１の実施形態》
図１は第１の実施形態に係るフレキシブルインダクタ１０１の分解斜視図、図２（Ａ）はフレキシブルインダクタ１０１の平面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
フレキシブルインダクタ１０１は、フレキシブルな樹脂基材１１，１２の積層体であるフレキシブル基材１０およびこれら樹脂基材１１，１２に形成された各種導体パターンを備えている。
樹脂基材１１は、矩形状（長尺状）の平面形状を有しており、その上面には、一方端部に第１入出力端子４１、他方端部に第２入出力端子４２、配線パターン２１，２２、およびほぼ中央部に矩形スパイラル状の導体パターン３１が形成されている。樹脂基材１２の下面には配線パターン２３が形成されている。
配線パターン２１は導体パターン３１の外周端と第１入出力端子４１との間に繋がっている。配線パターン２２の第１端は第２入出力端子４２に繋がっている。配線パターン２３は、樹脂基材１１，１２に設けられた層間接続導体（ビアホール導体）１２１，１２２を介して導体パターン３１の内周端と配線パターン２２の第２端との間に繋がっている。
樹脂基材１１，１２は例えば液晶ポリマー（LCP）や熱可塑性ポリイミド等の樹脂をシート状に成形したものであり、本発明に係る「フレキシブル基材」に相当する。矩形スパイラル状の導体パターン３１は、例えばＣｕ箔やＡｌ箔等の金属薄膜をスパイラル状にパターニングしたものであり、本発明に係る「コイル状導体パターン」に相当する。この矩形スパイラル状の導体パターン３１もまたフレキブル性を有する。
樹脂基材１１の上面には、第１入出力端子４１および第２入出力端子４２の形成領域を除く領域にレジスト層６１が形成される。樹脂基材１２の下面には、その全面にレジスト層６２が形成される。なお、レジスト層６２は必ずしも設けなくてもよい。なおレジスト層６２もフレキシブルであり、したがって、フレキシブルインダクタ１０１全体がフレキシブル性を有する。
図１に示す樹脂基材１１，１２が積層されることで、図２（Ａ）（Ｂ）に示すフレキシブル基材１０が構成される。スパイラル状の導体パターン３１は、複数回巻回された、いわゆる複数ターン巻きの平面コイルパターンであり、フレキシブル基材１０の面に対して垂直方向にコイル軸が向く。
導体パターン３１、第１，第２入出力端子４１，４２、配線パターン２１〜２３はＣｕ箔やＡｌ箔等の金属箔で構成されており、樹脂基材１１，１２に比べて硬いので、図２（Ｂ）において、第１入出力端子４１の形成領域は、面積の広い第１入出力端子４１の存在により、比較的リジッドな領域ＲＲである。同様に、第２入出力端子４２の形成領域は、面積の広い第２入出力端子４２の存在により、比較的リジッドな領域ＲＲである。その他の領域はフレキシブル領域ＦＲである。
図３はフレキシブルインダクタ１０１の実装位置における断面図である。図４は筐体内にフレキシブルインダクタ１０１Ａ，１０１Ｂが配置された電子機器の平面図である。
図３に示すように、プリント配線板７１，７２は、例えばアンテナ基板とＲＦ回路基板のようにそれぞれ別々の回路基板であり、プリント配線板７１，７２には接続用電極５１，５２が形成されていて、フレキシブルインダクタ１０１の入出力端子４１，４２は接続用電極５１，５２にそれぞれはんだ付けされる。なおフレキシブルインダクタ１０１の基板の接続は表面実装型コネクタを用いたコネクタ接続であってもよい。
プリント配線板７１にはグランド電極８１が形成されている。プリント配線板７１上の接続用電極５１と、プリント配線板７２上の接続用電極５２との高さは異なっていて、フレキシブルインダクタ１０１はコイル状導体パターンである導体パターン３１が屈曲した状態で実装されている。すなわち、導体パターン３１のコイル軸に関してプリント配線板７１のグランド電極８１に近い側が曲げの内側となるように屈曲している。
図４に示す例では、スマートフォンやタブレット端末のような通信端末装置等の筐体９１内にプリント配線板７１，７２，７３およびバッテリーパック８３等が収められている。プリント配線板７３にはアンテナ８８が設けられている。プリント配線板７１と７２との間はフレキシブルインダクタ１０１Ａで接続されていて、プリント配線板７１と７３との間はフレキシブルインダクタ１０１Ｂで接続されている。これらのフレキシブルインダクタ１０１Ａ，１０１Ｂの構造はいずれも図１、図２に示したフレキシブルインダクタ１０１と同じである。
図５（Ａ）（Ｂ）はフレキシブルインダクタ１０１の矩形スパイラル状の導体パターン３１による磁界強度の概念図である。図５（Ａ）はフレキシブルインダクタ１０１の断面図に導体パターン３１により生じる磁界の強度を等磁位線で表した図、図５（Ｂ）は導体パターン３１の４つの辺３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄについて示す図である。
フレキシブルインダクタ１０１の屈曲によって、導体パターン３１のうち辺３１ａ，３１ｂは湾曲している。そのため、導体パターン３１の辺３１ａ，３１ｂに流れる電流により生じる磁界は、曲げの内側へはあまり拡がらず、相対的に曲げの外側へ大きく拡がる。これは、導体パターン３１の巻回数（ターン数）が多いほど顕著であるため、巻回数は２ターン以上、さらには３ターン以上となっていることが好ましい。したがって、導体パターン３１による磁界はグランド電極等の金属部と強く結合することはなく、金属部に生じる渦電流は少なく、インダクタのＱ値の低下が抑制される。
《第２の実施形態》
図６（Ａ）は第２の実施形態に係るフレキシブルインダクタ１０２の平面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
フレキシブルインダクタ１０２は、樹脂基材であるフレキシブル基材１３に形成された各種導体パターンを備えている。
フレキシブル基材１３の上面には、第１入出力端子４１、第２入出力端子４２および配線パターン２２が形成されている。フレキシブル基材１３の下面には、配線パターン２１、および矩形スパイラル状の導体パターン３１が形成されている。また、配線パターン２１と第１入出力端子４１とを接続するスルーホールもしくはビアホール導体などの層間接続導体、配線パターン２２と導体パターン３１とを接続するスルーホールもしくはビアホール導体などの層間接続導体が形成されている。
このように、フレキシブル基材１３としては積層しない単層の樹脂基材を用いてもよい。
図７は、フレキシブルインダクタ１０２の実装位置における断面図である。図８はフレキシブルインダクタ１０２の導体パターン３１により生じる磁界の磁界強度の概念図である。
プリント配線板７１，７２にはグランド電極８１が形成されている。プリント配線板７１，７２には接続用電極５１，５２が形成されていて、フレキシブルインダクタ１０２の入出力端子４１，４２は接続用電極５１，５２にそれぞれはんだ付けされる。
第１の実施形態で示したフレキシブルインダクタと同様に、フレキシブルインダクタ１０２の屈曲によって、導体パターン３１による磁界はグランド電極等の金属部と強く結合することはない。そのため、金属部に生じる渦電流は少なく、インダクタのＱ値の低下が抑制される。
特に、フレキシブル基材の主面のうち、金属部から離れた側の主面に導体パターン３１が形成されているので、導体パターン３１は金属部から離れ、インダクタのＱ値低下の抑制に対してより効果的である。
《第３の実施形態》
図９は第３の実施形態に係るフレキシブルインダクタ１０３の分解斜視図である。第１の実施形態で図１に示したフレキシブルインダクタ１０１と異なり、樹脂基材１１，１２の両方に矩形スパイラル状の導体パターン３１，３２が形成されている。導体パターン３１の内周端と導体パターン３２の内周端とはビアホール導体１２２を介して接続されている。また、導体パターン３２の外周端と配線パターン２１の端部とはビアホール導体１２１を介して接続されている。すなわち、コイル状導体パターンは積層型のコイルパターンである。その他の構成は第１の実施形態で示したとおりである。
本実施形態のフレキシブルインダクタ１０３は、その導体パターン３１のコイル開口径が導体パターン３２のコイル開口径も大きい。また、コイル開口径の大きな導体パターン３１側が金属部に近い側であり、曲げの内側である。この構造により、コイルの磁界は曲げの外側方向に、より大きく拡がるようになるという作用効果を奏する。
なお、以上に示した幾つかの実施形態では、フレキシブルインダクタ１０１が筐体内に配置された金属部の近傍に配置される例を示したが、その金属部が金属筐体の一部である場合にも同様に適用できる。また、コイル状導体パターンは、実施形態のように単機能インダクタンス素子あってもよいが、例えば、フレキシブルインダクタがキャパシタンス素子をさらに含み、コイル状導体パターンとで共振回路が構成されていてもよい。またＨＦ通信システムのコイルアンテナとして利用されていてもよい。
ＦＲ…フレキシブル領域
ＲＲ…リジッド領域
１０…フレキシブル基材
１１，１２…樹脂基材
１３…フレキシブル基材
２１，２２，２３…配線パターン
３１，３２…コイル状導体パターン
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ…コイル状導体パターンの辺
４１…第１入出力端子
４２…第２入出力端子
５１，５２…接続用電極
６１，６２…レジスト層
７１，７２，７３…プリント配線板
８１…グランド電極
８３…バッテリーパック
８８…アンテナ
９１…筐体
１０１，１０２，１０３…フレキシブルインダクタ
１０１Ａ，１０１Ｂ…フレキシブルインダクタ
１２１，１２２…ビアホール導体

Claims (5)

  1. 面状のフレキシブル基材にインダクタが構成されたフレキシブルインダクタの、筐体内への取り付け構造であって、
    前記フレキシブルインダクタは、前記フレキシブル基材に形成された、第１入出力端子、第２入出力端子、および、一端が前記第１入出力端子に接続され、他端が前記第２入出力端子に接続され、複数回巻回された面状のコイル状導体パターンを備え、
    前記フレキシブルインダクタは、前記筐体内に配置された金属部または筐体の金属部の近傍に配置され、
    前記フレキシブルインダクタは、前記コイル状導体パターンのうち前記金属部に近い側が曲げの内側となるように曲げられた状態で前記筐体の内部に取り付けられ、
    前記コイル状導体パターンのうち、前記曲げにより互いに近づく部分である、導体パターンの２つの組について、少なくとも一方の組は、前記コイル状導体パターンによるコイル軸から遠い側のコイル状導体パターンに比べて、前記コイル軸に近い側のコイル状導体パターンが、前記金属部から遠ざかっていることを特徴とするフレキシブルインダクタの取り付け構造。
  2. 前記フレキシブル基材の一方主面および他方主面のうち、前記金属部から離れた側の主面に前記コイル状導体パターンが形成されている、請求項１に記載のフレキシブルインダクタの取り付け構造。
  3. 前記金属部は、前記筐体内に配置された配線基板のグランド電極である、請求項１または２に記載のフレキシブルインダクタの取り付け構造。
  4. 面状のフレキシブル基材に、第１入出力端子、第２入出力端子、および複数回巻回された面状のコイル状導体パターンが形成されることにより構成されたフレキシブルインダクタと、このフレキシブルインダクタを収納する筐体とを備える電子機器であって、
    前記フレキシブルインダクタは、前記筐体内に配置された金属部または筐体の金属部の近傍に配置され、
    前記フレキシブルインダクタは、前記コイル状導体パターンのうち前記金属部に近い側が曲げの内側となるように曲げられた状態で前記筐体の内部に取り付けられ、
    前記コイル状導体パターンのうち、前記曲げにより互いに近づく部分である、導体パターンの２つの組について、少なくとも一方の組は、前記コイル状導体パターンによるコイル軸から遠い側のコイル状導体パターンに比べて、前記コイル軸に近い側のコイル状導体パターンが、前記金属部から遠ざかっていることを特徴とする電子機器。
  5. 前記金属部は、前記筐体内に配置された配線基板のグランド電極である、請求項４に記載の電子機器。
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