WO2014199887A1 - 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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Abstract

 フレキシブルインダクタ(101)は、フレキシブル基材に形成された、第1入出力端子(41)、第2入出力端子(42)、および、一端が第1入出力端子(41)に接続され、他端が第2入出力端子(42)に接続された面状のコイル状導体パターン(31)を備える。フレキシブルインダクタ(101)は、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る。フレキシブルインダクタ(101)は、コイル状導体パターン(31)のうち金属部に近い側が曲げの内側となるように曲げられて、筐体に実装されている。このような構造により、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なる。

Description

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
 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て、前記筐体の内部に取り付けられ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て、前記筐体の内部に取り付けられ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て、前記筐体の内部に取り付けられ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て、前記筐体の内部に取り付けられ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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