JP6902005B2 - コイル構造及びそれを有するコモンモードフィルタ - Google Patents

Description

本発明は、積層型のコモンモードフィルタなどといったコイル部品に含まれるコイル構造に関する。

携帯型電子機器や薄型の電子機器のニーズが拡大することに伴い、これらの電子機器の差動伝送回路等に用いるコモンモードフィルタ等も小型化及び薄型化が求められ、さらに、高周波化への対応も求められている。コモンモードフィルタ等においてデバイスの小型化が進むと、コイル径が部品サイズの決定要因になってくる。特許文献１には、コモンモードフィルタを小型化するに際して、チップ形状と類似した四角形に近い形状のコイルを形成することが開示されている。

特開２０１３−４５７８４号公報

コモンモードフィルタ等のコイル部品の小型化においては、絶縁体をこれまで以上に有効に使うことが重要であると考えられる。また、単に小型化するのみならず、電気的特性の維持・向上も必要である。これらのことにかんがみて、本発明は、コイル部品に高インピーダンス特性と優れた周波数特性とを両立させ得るようなコイル構造及びそれを有するコモンモードフィルタの提供を目的とする。

本発明者らが鋭意検討した結果、以下の特徴を有するコイル構造に関する本発明を完成した。コイル構造は、少なくとも１対の対向する側面をもち、少なくとも一部に磁性体を含む絶縁体を有する。コイル構造は、前記絶縁体中に埋め込まれ、前記側面に対して垂直な中心軸をもつ第１の平面コイルをさらに有する。コイル構造は、上記１対の対向する側面の一方の側面に形成された内端用外部電極と、上記１対の対向する側面の他方の側面に形成された外端用外部電極と、をさらに有する。コイル構造は、第１の平面コイルの内側の端部と内端用外部電極とを連結する第１の内側引出部と、第１の平面コイルの外側の端部と外端用外部電極とを連結する第１の外側引出部と、をさらに有する。一方の側面から第１の平面コイルに至る最短距離は、他方の側面から第１の平面コイルに至る最短距離より大きい。

本発明によれば、高インピーダンス特性と優れた周波数特性とを両立し得るコモンモードフィルタ等に有用なコイル構造が提供される。具体的には、内端用外部電極と平面コイルとの間での容量を低く抑えることができ、デバイスを小型化しても、周波数特性の向上と、高インピーダンス特性との両立が可能になる。好適態様においては、外部電極を平面コイルの最内周の径より外側に配置で、外部電極と平面コイル間での容量を低く抑えることができ、そのことで内周の径を大きくでき、周波数特性を落とすことなくインピーダンスを高くできる。別の好適態様では、内側引出部と平面コイルとの距離が大きいので、これらの間での容量を低く抑えることができ、周波数特性を向上させることができる。さらなる好適態様では、内側引出部が上側の平面コイルより上にあるから、容量を低く抑えたまま、絶縁体の高さを低くすることができる。別の好適態様では、内側引出部を非磁性体と磁性体との間に設けることで、容量を低く抑えたまま、絶縁体の高さをさらに低くすることができる。

本発明のコイル構造を有するコモンモードフィルタの模式図である。 本発明のコイル構造を有するコモンモードフィルタの模式平面図である。 本発明のコイル構造を有するコモンモードフィルタの模式断面図である。 本発明のコイル構造を有するコモンモードフィルタの模式断面図である。

以下、図面を適宜参照しながら本発明を詳述する。但し、本発明は図示された態様に限定されるわけでなく、また、図面においては発明の特徴的な部分を強調して表現することがあるので、図面各部において縮尺の正確性は必ずしも担保されていない。また、以下の説明では、本発明のコイル構造について、当該コイル構造を有するコイル部品の非限定的な例示としてのコモンモードフィルタの記述を介して説明する。

図１は本発明のコイル構造を有するコモンモードフィルタの模式図である、図１（Ａ）は平面図であり、図１（Ｂ）は断面図である。本発明によれば、コモンモードフィルタの内部には、２つの平面コイル、すなわち第１の平面コイル２０Ａ及び第２の平面コイル２０Ｂが絶縁層１１Ｍを上下から挟む積層構造が存在する。本発明において「上下」の概念は積層構造の説明の便宜のため、および、後述する各構成の方向性の便宜のためのものであって、製造時における工程の順序を限定するものではなく、使用時における方向性や配置を限定するものでもない。よって、２つの平面コイル２０Ａ・２０Ｂのうち、どちらを「上」として認識するかについては任意である。平面コイル２０Ａ・２０Ｂは、それぞれ、渦巻き状のコイルの内側の端部２１及び外側の端部２２をもつ。２つの平面コイルを含む積層構造について、その態様や製造方法は従来技術を適宜参照することができ、また、後述の実施例において、製造例が紹介される。

平面コイル２０Ａ・２０Ｂは、絶縁体１０の中に埋め込まれるように、かつ両平面コイルが中心軸を共有するように存在している。絶縁体１０は、少なくとも１対の対向する側面１０Ａ・１０Ｂをもつ。これら側面１０Ａ・１０Ｂは、上記にて定義した「上下」方向と略平行である。好適には絶縁体１０は直方体状であり、この形状がコモンモードフィルタ全体の寸法とほぼ等しい。

絶縁体１０は、好ましくは非磁性体１１と磁性体１２とを有し、さらに好ましくは、磁性体１２は、非磁性体１１の上下両側に配置される。好適には、２つの平面コイル２０Ａ・２０Ｂは非磁性体１１の内部に埋め込まれるように位置している。磁性体１２の材質としては、例えば、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕフェライトや、Ｍｎ−Ｚｎ−Ｃｕフェライト又は金属磁性材料など必要な透磁率や周波数特性に応じて、非限定的に例示される。非磁性体１１の材質としては、例えば、Ｚｎフェライトや、低温焼結が可能であるＺｎ−Ｃｕフェライトや、ホウケイ酸ガラス又はホウケイ酸ガラスと結晶質シリカとの混合物、又は樹脂などが挙げられる。絶縁体１０について、その態様や製造方法は従来技術を適宜参照することができ、また、後述の実施例において、製造例が紹介される。

上述の側面１０Ａ・１０Ｂには外部電極４１・４２が形成される。外部電極は、上述の平面コイル２０のうち内側の端部２１と電気的に接続する内端用外部電極４１と、外側の端部２２と電気的に接続する外端用外部電極４２とに分類できる。それぞれの端部２１・２２と、外部電極４１・４２との電気的な接続は、後述の引出部が担う。上述の側面１０Ａ・１０Ｂのうち、内端用外部電極４１が形成される面を「一方の側面１０Ａ」と呼び、外端用外部電極４２が形成される面を「他方の側面１０Ｂ」と呼ぶ。外部電極４１・４２の具体的な形状や製造方法などは従来技術や後述の実施例を適宜参照することができ、典型的にはめっき技術による製造が挙げられる。

平面コイル２０Ａ・２０Ｂの端部２１・２２と、外部電極４１・４２との連結及び電気的接続は、引出部３１・３２が担う。各引出部３１・３２は導体からなる。平面コイル２０Ａ・２０Ｂの内側の端部２１と内端用外部電極４１とは、第１の内側引出部３１Ａ及び第２の内側引出部３１Ｂが連結する。平面コイル２０Ａ・２０Ｂの外側の端部２２と外端用外部電極４２とは、第１の外側引出部３２Ａ及び第２の外側引出部３２Ｂが連結する。

本発明によれば、一方の側面１０Ａから平面コイル２０に至る最短距離Ｌ２は、他方の側面１０Ｂから平面コイル２０に至る最短距離Ｌ１より大きい。換言すると、絶縁体１０内において、平面コイル２０Ａ・２０Ｂは、外端用外部電極４２に近づけるように偏らせて配置するのである。これにより、内端用外部電極４１と平面コイル２０との間での容量を低く抑えることができ、デバイスを小型化しても、周波数特性の向上と、高インピーダンス特性との両立が可能になる。図２は、本発明のコイル構造の模式平面図である。図１の形態よりも、平面コイル２０は外端用外部電極４２により近づいており、上述のＬ２／Ｌ１の値が向上している。前記効果をより実効あらしめる観点から、Ｌ２／Ｌ１の値は、好ましくは１．２〜２．０である。

なお、一方の側面１０Ａから平面視したとき、好適には、外部電極は平面コイル２０の最内周より外側に位置している。ここで、「一方の側面１０Ａから平面視した」とは一方の側面１０Ａから他方の側面１０Ｂを見たときの透視図を意味し、「外部電極が平面コイルの最内周より外側に位置する」とは一方の側面１０Ａにある外部電極４１の位置が平面コイルの一番内側の周回の位置より外側に位置していることを意味する。つまり、図２に示すように、一方の側面１０Ａにおける２つの外部電極４１の間隔である符号ｂは平面コイルの最内周の間隔である符号ａより大きいことになる。また、他方の側面１０Ｂにある外部電極４２においても同様に位置している。

図１（Ｂ）は、本発明のコイル構造を有するコモンモードフィルタの模式断面図である。好適には、図１（Ｂ）に記載されるように、外側引出部３２Ａ・３２Ｂは、それぞれの平面コイル２０Ａ・２０Ｂと同一の平面に形成されている。

内側引出部３１については、パターン形成の都合上、通常は、平面コイル２０とは異なる面に形成される。平面コイル２０と内側引出部３１との接続には、ビア技術などで例示される接続導体５１Ａ・５１Ｂを用いることができる。平面コイル２０好適な一態様として、内側引出部３１は、（Ａ）上側の平面コイル２０Ａより上にある平面、又は、（Ｂ）下側の平面コイル２０Ｂより下にある平面、に形成される。２つの内側引出部３１Ａ・３２Ｂは、同一平面に形成されてもよいし、図１（Ｂ）に記載されるように異なる平面に形成されてもよい。図１（Ｂ）に記載されるように、上側の平面コイル２０Ａと接続する内側引出部３１Ａは、当該コイル２０Ａよりさらに上にあって、かつ、下側の平面コイル２０Ｂと接続する内側引出部３１Ｂは当該コイル２０Ｂよりさらに下にあってもよい。

図３は、本発明のコイル構造を有するコモンモードフィルタの模式断面図である。図３に記載されるように、特に好ましい態様によれば、２つの内側引出部３１はいずれも、上側の平面コイル２０Ａより上にある平面に形成される。このとき、２つの内側引出部３１が異なる平面に形成されていてもよいし、図３の形態のように、２つの内側引出部３１が同一平面に形成されていてもよい（後者の場合、図３の如き断面図では内側引出部が一つだけ視認できる。）。なお、２つの内側引出部３１がいずれも、「下側」の平面コイル２０Ｂより「下」にある平面に形成されると見受けられる場合であっても、コモンモードフィルタ全体を天地逆にみれば、「２つの内側引出部はいずれも、上側の平面コイルより上にある平面に形成される」という条件を充足することになるから、前記の特に好ましい態様の範疇に属する。

図４は本発明のコイル構造を有するコモンモードフィルタの模式断面図である。本発明の好適態様では、２つの内側引出部３１と２つの平面コイル２０との距離の最小値は、２つの平面コイル２０の間隔より大きい。２つの平面コイル２０Ａ・２０Ｂの間隔は図４において符号ｃとして記載されている。「２つの内側引出部と２つの平面コイルとの距離」は、４つの距離が想定される。それら４つの距離は、図１（Ｂ）に描写された符号を用いると、「内側引出部３１Ａ−平面コイル２０Ａ間の距離」、「内側引出部３１Ａ−平面コイル２０Ｂ間の距離」、「内側引出部３１Ｂ−平面コイル２０Ａ間の距離」、「内側引出部３１Ｂ−平面コイル２０Ｂ間の距離」である。この好適態様で着目するのは、それらの距離の最小値である。再び図４を参照すると、この形態では、２つの内側引出部３１は同一平面に形成されている。よって、「２つの内側引出部と２つの平面コイルとの距離」は、「内側引出部３１−平面コイル２０Ａ間の距離」と、「内側引出部３１−平面コイル２０Ｂ間の距離」の２つが想定され、距離が短い前者（符号ｄ）を上述の「最小値」であると評価する。この好適態様では、符号ｄの距離の方が符号ｃの距離よりも長い。内側引出部３１と平面コイル２０との距離が大きいことによって、これらの間での容量を低く抑えることができ、周波数特性を向上させることができる。

図４の形態では、内側引出部３１は非磁性体１１と磁性体１２との間にある。内側引出部３１は非磁性体１１と磁性体１２との間に存在することは、容量を低く抑えたまま、絶縁体１０の高さをさらに低くすることができる点で好ましい。好適には、２つの内側引出部３１のうちの一つだけが非磁性体１１と磁性体１２との間にあってもよいし、前記利点を考慮すると、より好ましくは、２つの内側引出部３１の両方が非磁性体１１と磁性体１２との間にある。

本発明のコイル構造は、平面コイルや引出部の配置に特徴があり、上述した特徴を備えるデバイスの具体的な製造方法は特に限定は無く、従来技術を適宜参照することができる。例えば、平面コイル２０の導体の材質としてＡｇなどが例示されその製法としてはペーストを用いた印刷などが非限定的に例示され、異なる平面にある平面コイル２０と内側引出部３１との接続のための接続導体５１の形成などではスルーホール技術などを適宜参照することができる。スルーホールの作成については、例えば、金型による打ち抜きやレーザー加工による穿孔などの手法が非限定的に挙げられる。また、コモンモードフィルタの典型的な製造例として、各絶縁層の前駆体となる磁性体シートおよび非磁性体シートを得て、当該シートに導体ペースト等を印刷し、適宜スルーホールを設けてコイルが形成されるようにして、これらを圧着して、樹脂を除去して（脱バインダー）、焼成する方法が挙げられる。こういった製法の具体例は以下の実施例において詳述する。

以下、実施例により本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に記載された態様に限定されるわけではない。

まず、磁性体シートを得るために、ＦｅＯ_２、ＺｎＯ、ＮｉＯを主材料とする仮焼粉砕後のＮｉ−Ｚｎ−系フェライト微粉末（透磁率９００）にブチラール樹脂と溶剤を加えてスラリーを作成した。このスラリーを一定の厚みになるようにドクターブレードで塗布し、乾燥し、所定サイズに切断して磁性体シートをつくった。次に、非磁性体シートを得るためにホウケイ酸ガラス粉末にブチラール樹脂と溶剤を加えてスラリーを作成した。このスラリーを一定の厚みになるようにドクターブレードで塗布し、乾燥し、所定サイズに切断して非磁性体シートをつくった。この非磁性体シートには所定の位置にスルーホールを形成した。次に、非磁性体シートにスクリーン版を用いてＡｇペーストを印刷し、乾燥して、平面コイル（周回数：５．５ｔ）、各引出部および接続導体のパターンを得た。次に、磁性体シートと非磁性体シート、および各パターンが印刷された非磁性体シートを積層し、プレス圧着をおこなった。これを所定のサイズに切断したあと５００℃、１ｈｒで脱バインダー処理に供し、大気炉中８９０℃、２ｈｒで焼成して積層体チップを形成した。得られた積層体チップの側面に各外部電極のためのＡｇペーストを印刷法によって塗布し、約６００℃で１時間の大気焼成をして端子電極を形成した。この端子電極にニッケル電解バレルめっきを施したあと、ハンダ電解バレルめっきをおこなって各外部電極を形成した。このようにして実施例・比較例のコモンモードフィルタを得た。

各実施例・比較例で得たコモンモードフィルタの絶縁体のサイズは以下のとおりである。
実施例１〜６、比較例１ １．２ｍｍ×１．０ｍｍ×０．５ｍｍ、
実施例７ １．２ｍｍ×１．０ｍｍ×０．４５ｍｍ、
実施例８ １．２ｍｍ×１．０ｍｍ×０．４ｍｍ、
各製品の模式図は以下のとおりである。
実施例１〜４、比較例１・・・図１
実施例５・・・図２
実施例６・・・図３
実施例７・・・図４
実施例８・・・図示無し

各実施例・比較例で得たコモンモードフィルタの各寸法は表１、表２のとおりである。なお、各寸法の調整は、非磁性体のシート厚みを調整することなどによって行った。

表１におけるａ、ｂは図２に示す寸法であり、ｃ、ｄは、図４に示す寸法である。

表２におけるＬ１、Ｌ２は図１に示す寸法である。

（評価）
各実施例、比較例のコモンモードフィルタの製品特性を表３にまとめる。

インピーダンス、カットオフ周波数の測定はＡｇｉｌｅｎｔ製ネットワークアナライザーＥ５０７１Ｃを用いた。インピーダンスのピーク値はコモンモードのインピーダンスであり、このピーク値を求めている。カットオフ周波数はディファレンシャルモードの伝送特性の挿入損失を測定から求めている。挿入損失が３ｄＢとなる周波数を、カットオフ周波数とした。

１０：絶縁体 １１：非磁性体
１２：磁性体 ２０：平面コイル
３１：内側引出部 ３２：外側引出部
４１：内端用外部電極 ４２：外端用外部電極

Claims (7)

1. 少なくとも１対の対向する側面をもち、少なくとも一部に磁性体を含む絶縁体と、
   前記絶縁体中に埋め込まれ、前記側面に対して垂直な平面上にある第１の平面コイルと、
   上記１対の対向する側面の一方の側面に形成された内端用外部電極と、
   上記１対の対向する側面の他方の側面に形成された外端用外部電極と、
   第１の平面コイルの内側の端部と内端用外部電極とを、上記第１の平面コイルの中心軸の軸方向から平面視したときに直線的に連結する第１の内側引出部と、
   第１の平面コイルの外側の端部と外端用外部電極とを連結する第１の外側引出部と、を有し、
   一方の側面から第１の平面コイルに至る最短距離は、他方の側面から第１の平面コイルに至る最短距離より大きい、コイル構造。
2. 一方の側面から平面視したとき、内端用外部電極及び外端用外部電極は第１の平面コイルの最内周より外側に位置している、請求項１記載のコイル構造。
3. さらに、
   前記絶縁体中に埋め込まれた第２の平面コイルと、
   第２の平面コイルの内側の端部と内端用外部電極とを連結する第２の内側引出部と、
   第２の平面コイルの外側の端部と外端用外部電極とを連結する第２の外側引出部と、を有し、
   一方の側面から第２の平面コイルに至る最短距離は、他方の側面から第２の平面コイルに至る最短距離より大きく、
   第１及び第２の平面コイルは中心軸を共有して、前記側面と垂直である絶縁層を上下から挟んで互いに対向するように配置されている、請求項１又は２記載のコイル構造。
4. 第１及び第２の内側引出部は、（Ａ）上側の平面コイルより上にある平面、又は、（Ｂ）下側の平面コイルより下にある平面、に形成され、第１及び第２の内側引出部と第１及び第２の平面コイルとの距離の最小値は、２つの平面コイルの間隔より大きい、請求項３記載のコイル構造。
5. 第１及び第２の内側引出部はいずれも、上側の平面コイルより上にある平面に形成され、第１及び第２の内側引出部と第１及び第２の平面コイルとの距離の最小値は、第１及び第２の平面コイルの間隔より大きい、請求項３記載のコイル構造。
6. 絶縁体が非磁性体と非磁性体の上下両側に配置される磁性体とを有し、第１及び第２の平面コイルは非磁性体内にあり、第１及び第２の内側引出部は非磁性体と磁性体との間にある、請求項３〜５のいずれか１項記載のコイル構造。
7. 請求項３〜６のいずれか１項記載のコイル構造を有するコモンモードフィルタ。

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