JP7363559B2 - コイル部品及びこれを備える回路基板 - Google Patents

Description

本発明はコイル部品及びこれ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及びこれ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、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なコイル部品及びこれを備える回路基板を提供することを目的とする。

本発明によるコイル部品は、巻芯部、巻芯部の軸方向における一端に位置する第１の鍔部及び巻芯部の軸方向における他端に位置する第２の鍔部を有するコアと、巻芯部に巻回されたワイヤと、誘電体を介してワイヤと重なる第１の導電性部材と、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、第１の鍔部に設けられ、第１の導電性部材に接続された第３の端子電極とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、ワイヤと第１の導電性部材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。

本発明において、第１の導電性部材が巻芯部とワイヤの間に位置しても構わない。これによれば、第１の導電性部材の脱落を防止することが可能となる。或いは、ワイヤが巻芯部と第１の導電性部材の間に位置しても構わない。これによれば、ワイヤと第１の導電性部材の距離の調整が容易となる。

本発明によるコイル部品は、誘電体を介してワイヤと重なる第２の導電性部材と、第２の鍔部に設けられ、第２の導電性部材に接続された第４の端子電極とをさらに備え、第１の導電性部材と第２の導電性部材は、互いに絶縁されていても構わない。これによれば、ワイヤと第２の導電性部材の間の容量成分も付加されることから、自己共振周波数をより高めることが可能となる。しかも、第１の導電性部材と第２の導電性部材が互いに絶縁されていることから、第１及び第２の導電性部材がコイルとして機能することによるインダクタンスの低下が生じない。

本発明による回路基板は、第１、第２及び第３のランドパターンを有する基板と、上記の特徴を有するコイル部品とを備え、コイル部品は、第１、第２及び第３の端子電極がそれぞれ第１、第２及び第３のランドパターンに接続されるよう基板に搭載され、第３のランドパターンにはグランド電位が与えられることを特徴とする。

本発明によれば、第１の導電性部材によってワイヤとグランド間に容量成分が付加されることから、線間容量が見かけ上減少し、コイル部品の自己共振周波数を高めることが可能となる。

本発明によれば、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なコイル部品及びこれを備える回路基板を提供することが可能となる。

図１は、本発明の第１の実施形態によるコイル部品１の外観を示す略斜視図である。 図２は、コイル部品１が搭載される基板５の部分的な平面図である。 図３は、コイル部品１の等価回路図である。 図４は、第１の変形例によるコイル部品１Ａの外観を示す略斜視図である。 図５は、第２の変形例によるコイル部品１Ｂの外観を示す略斜視図である。 図６は、第３の変形例によるコイル部品１Ｃの構成を説明するための略断面図である。 図７は、第４の変形例によるコイル部品１Ｄの外観を示す略斜視図である。 図８は、本発明の第２の実施形態によるコイル部品２の外観を示す略斜視図である。 図９は、コイル部品２をｚ方向から見た略平面図である。 図１０は、第５の変形例によるコイル部品２Ａの外観を示す略斜視図である。 図１１は、本発明の第３の実施形態によるコイル部品３の外観を示す略斜視図である。 図１２は、コイル部品３の部分的な断面図である。 図１３は、第６の変形例によるコイル部品の部分的な断面図である。

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の実施形態によるコイル部品１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、導電板２１，２２と、誘電体板３１，３２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。

導電板２１，２２は金属などからなる導電性部材であり、巻芯部１３のｘｚ面を覆うように配置されている。誘電体板３１，３２は、樹脂やセラミックスなどの誘電体材料からなり、それぞれ導電板２１，２２の表面を覆うように配置されている。これにより、ワイヤＷは、巻芯部１３の一方のｘｚ面上においては誘電体板３１及び導電板２１を介して巻芯部１３に巻回され、巻芯部１３の他方のｘｚ面上においては誘電体板３２及び導電板２２を介して巻芯部１３に巻回されている。そして、導電板２１は端子電極Ｅ３に接続され、導電板２２は端子電極Ｅ４に接続される。導電板２１と端子電極Ｅ３や、導電板２２と端子電極Ｅ４は、それぞれ一体的であっても構わない。

図２は、本実施形態によるコイル部品１が搭載される基板５の部分的な平面図である。

図２に示すように、基板５にはコイル部品１を搭載される搭載領域６が定義されている。搭載領域６内にはランドパターンＰ１～Ｐ４が設けられており、コイル部品１を搭載領域６に搭載すると、端子電極Ｅ１～Ｅ４がそれぞれランドパターンＰ１～Ｐ４に接続されることになる。ランドパターンＰ１～Ｐ４は、それぞれ配線パターンＬ１～Ｌ４に接続されている。このうち、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、配線パターンＬ３，Ｌ４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。これにより、コイル部品１を基板５に搭載すると、導電板２１，２２にはグランド電位ＧＮＤが与えられることになる。尚、図２に示す平面においては、配線パターンＬ３とＬ４が分離しているが、図示しない他の領域において両者が短絡されていても構わない。

図３は、本実施形態によるコイル部品１の等価回路図である。

図３に示すように、本実施形態によるコイル部品１は、端子電極Ｅ１と端子電極Ｅ２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と導電板２１，２２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、導電板２１，２２の面積や、誘電体板３１，３２の厚み及び誘電率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。但し、誘電体板３１，３２の厚みが薄すぎると、ワイヤＷと導電板２１，２２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と導電板２１，２２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。

このように、本実施形態によるコイル部品１は、誘電体板３１，３２を介してワイヤＷと重なる導電板２１，２２を備えていることから、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。また、導電板２１，２２及び誘電体板３１，３２の上からワイヤＷが巻回されていることから、導電板２１，２２及び誘電体板３１，３２の脱落を防止することが可能となる。しかも、コイル部品内において導電板２１と導電板２２が互いに絶縁されていることから、端子電極Ｅ３，Ｅ４を同じグランドパターンに接続した場合に、導電板２１，２２がコイルとして機能することがない。これにより、導電板２１，２２がコイルとして機能することによるインダクタンスの低下を防止することができる。

図４は、第１の変形例によるコイル部品１Ａの外観を示す略斜視図である。

図４に示す第１の変形例によるコイル部品１Ａは、導電板２２及び誘電体板３２が省略されている点において、第１の実施形態によるコイル部品１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。第１の変形例が例示するように、導電板及び誘電体板からなるセットが１セットのみ設けられていても構わない。この場合、第１の実施形態によるコイル部品１と比べると、ワイヤＷと導電板が重なる面積が半分になることから、付加される容量成分の値は半分となる。このように、導電板の数を変更することにより、自己共振周波数を調整することが可能である。尚、第１の変形例によるコイル部品１Ａにおいては、端子電極Ｅ４を省略しても構わないし、実装強度を確保するためのダミー端子として端子電極Ｅ４を用いても構わない。

図５は、第２の変形例によるコイル部品１Ｂの外観を示す略斜視図である。

図５に示す第２の変形例によるコイル部品１Ｂは、導電板２１及び誘電体板３１のｘ方向における長さが半分に短縮されている点において、第１の変形例によるコイル部品１Ａと相違している。その他の基本的な構成は、第１の変形例によるコイル部品１Ａ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２の変形例が例示するように、導電板及び誘電体板からなるセットがワイヤＷの全てのターンと重なっている必要はなく、一部のターンのみと重なっていても構わない。この場合、第１の変形例によるコイル部品１Ａと比べると、ワイヤＷと導電板の重なる面積がさらに半分になることから、付加される容量成分の値はさらに半分となる。このように、ワイヤＷと導電板の重なる面積を適宜設計することにより、自己共振周波数を調整することが可能である。

図６は、第３の変形例によるコイル部品１Ｃの構成を説明するための略断面図である。

図６に示す第３の変形例によるコイル部品１Ｃは、巻芯部１３のｘｚ面１３ａ，１３ｂとｘｙ面１３ｃが導電板２１及び誘電体板３１で覆われている点において、第１の変形例によるコイル部品１Ａと相違している。その他の基本的な構成は、第１の変形例によるコイル部品１Ａ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３の変形例が例示するように、導電板２１及び誘電体板３１からなるセットが巻芯部１３の複数面を覆っても構わない。

図６に示す例では、巻芯部１３のもう一つのｘｙ面１３ｄについては、導電板２１及び誘電体板３１で覆われていないが、ｘｙ面１３ｄの一部についても導電板２１及び誘電体板３１で覆っても構わない。但し、導電板２１がループ状であると、導電板２１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してしまう。このため、導電板２１が巻芯部１３の全４面を覆う場合であっても、導電板２１がループ状とならないよう設計する必要がある。

図７は、第４の変形例によるコイル部品１Ｄの外観を示す略斜視図である。

図７に示す第４の変形例によるコイル部品１Ｄは、板状コア１４が追加されている点において、第１の実施形態によるコイル部品１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。

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８は、本発明の第２の実施形態によるコイル部品２の外観を示す略斜視図である。また、図９は、コイル部品２をｚ方向から見た略平面図である。

図８及び図９に示すように、第２の実施形態によるコイル部品２は、導電板２１，２２及び誘電体板３１，３２がワイヤＷの外側に配置されている点において、第１の実施形態によるコイル部品１と相違している。言い換えれば、巻芯部１３と導電板２１，２２及び誘電体板３１，３２の間にワイヤＷが位置している。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、巻回されたワイヤＷと誘電体板３１，３２の間にスペースＳが存在していても構わない。この場合、スペースＳの大きさによって自己共振周波数を調整することが可能となる。

本実施形態が例示するように、導電板２１，２２及び誘電体板３１，３２は、巻回されたワイヤＷの外側に配置されていても構わない。

図１０は、第５の変形例によるコイル部品２Ａの外観を示す略斜視図である。

図１０に示す第５の変形例によるコイル部品２Ａは、導電板２２及び誘電体板３２が省略されている点において、第２の実施形態によるコイル部品２と相違している。その他の基本的な構成は、第２の実施形態によるコイル部品２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５の変形例が例示するように、導電板及び誘電体板からなるセットが１セットのみ設けられていても構わない。

＜第３の実施形態＞
図１１は、本発明の第３の実施形態によるコイル部品３の外観を示す略斜視図である。

図１１に示すように、第３の実施形態によるコイル部品３は、巻回されたワイヤＷが銅箔付き絶縁シート（ＲＣＣ）４０で覆われている点において、第２の実施形態によるコイル部品２と相違している。銅箔付き絶縁シート４０は、断面図である図１２に示すように、銅箔４１と樹脂層４２が積層された構造を有しており、銅箔４１とワイヤＷの間に樹脂層４２が位置するよう配置される。銅箔４１は、端子電極Ｅ３に接続される。その他の基本的な構成は、第５の変形例によるコイル部品２Ａ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、銅箔付き絶縁シート４０を構成する銅箔４１が導電性部材として機能し、銅箔付き絶縁シート４０を構成する樹脂層４２が誘電体として機能する。このように、本実施形態においては、巻回されたワイヤＷの上に銅箔付き絶縁シート４０を配置していることから、より低コストでコイル部品を作製することが可能となる。

或いは、第６の変形例を説明するための図１３に示すように、ワイヤＷが埋め込まれるよう巻芯部１３の表面に絶縁樹脂５２を塗布し、さらに、絶縁樹脂５２の上に導電性樹脂５１を塗布し、この導電性樹脂５１を端子電極Ｅ３に電気的に接続しても構わない。この場合、さらに低コストでコイル部品を作製することが可能となる。

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。

１～３，１Ａ～１Ｄ，２Ａ コイル部品
５ 基板
６ 搭載領域
１０ ドラム型コア
１１，１２ 鍔部
１３ 巻芯部
１３ａ，１３ｂ ｘｚ面
１３ｃ，１３ｄ ｘｙ面
１４ 板状コア
２１，２２ 導電板（導電性部材）
３１，３２ 誘電体板（誘電体）
４０ 箔付き絶縁シート
４１ 銅箔
４２ 樹脂層
５１ 導電性樹脂
５２ 絶縁樹脂
Ｅ１～Ｅ４ 端子電極
Ｌ１～Ｌ４ 配線パターン
Ｐ１～Ｐ４ ランドパターン
Ｓ スペース
Ｗ ワイヤ

Claims (4)

1. 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の鍔部とを有するコアと、
   前記巻芯部に巻回されたワイヤと、
   誘電体を介して前記ワイヤと重なる第１及び第２の導電性部材と、
   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、
   前記第１の鍔部に設けられ、前記第１の導電性部材に接続された第３の端子電極と、
   前記第２の鍔部に設けられ、前記第２の導電性部材に接続された第４の端子電極と、を備え、
   前記第１の導電性部材と前記第２の導電性部材は、互いに絶縁されていることを特徴とするコイル部品。
2. 前記第１の導電性部材は、前記巻芯部と前記ワイヤの間に位置することを特徴とする請求項１に記載のコイル部品。
3. 前記ワイヤは、前記巻芯部と前記第１の導電性部材の間に位置することを特徴とする請求項１に記載のコイル部品。
4. 第１、第２及び第３のランドパターンを有する基板と、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載のコイル部品と、を備え、
   前記コイル部品は、前記第１、第２及び第３の端子電極がそれぞれ前記第１、第２及び第３のランドパターンに接続されるよう前記基板に搭載され、
   前記第３のランドパターンにはグランド電位が与えられることを特徴とする回路基板。

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