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JP2008072071A - コモンモードチョークコイル - Google Patents

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JP2008072071A
JP2008072071A JP2006281922A JP2006281922A JP2008072071A JP 2008072071 A JP2008072071 A JP 2008072071A JP 2006281922 A JP2006281922 A JP 2006281922A JP 2006281922 A JP2006281922 A JP 2006281922A JP 2008072071 A JP2008072071 A JP 2008072071A
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Kosuke Haruyama
耕佑 晴山
Katsuyuki Kayahara
勝之 萱原
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Taiyo Yuden Co Ltd
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Taiyo Yuden Co Ltd
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Abstract

【課題】 広い信号周波数帯域に対応可能なコモンモードチョークコイルを提供。
【解決手段】 絶縁体層15と、この内部に互いに対向するように配設された一対の渦巻き状のコイル12a,12bと、絶縁体層を挟み込むように積層された一対の第1の磁性体18a,18bと、この表面に形成されコイルの引き出し部に接続された端子電極11a,11b,11c,11dと、を備えたコモンモードチョークコイル10であって、絶縁体層はコイルの表面を覆う非磁性体13(13a,13b)とこの表面を覆う第2の磁性体14とからなり、第1の磁性体はフェライト焼結体からなり、第2の磁性体は金属系軟質磁性粉を含有する磁性粉含有樹脂からなる。このため、1GHz以下の信号周波数帯域及び1GHzを超える信号周波数帯域のそれぞれにおいて、信号波形の乱れを抑えつつコモンモードノイズを低減することができる。
【選択図】図2

Description

本発明は、差動伝送線路等に介設してコモンモードノイズを減衰するコモンモードチョークコイルに関するものである。
各種電子機器に用いられるコモンモードチョークコイルは、巻線型と非巻線型とに大別され、さらに非巻線型は、主に小型化・薄型化等の要望の強い電子機器で用いられている。非巻線型のコモンモードチョークコイルとして特許文献1には、図8に示されるように、フェライト等を材料とした一対の磁性体基板8a,8bと、この磁性体基板8a,8bに挟まれた積層体5とを備え、積層体5は絶縁体層3(3a,3b,3c,3d)、コイル導体層2a,2b及び引き出し導体層2c,2dとを積層したもので、絶縁体層3はポリイミド樹脂やエポキシ樹脂等の材料により形成されている。
特開平08−203737号公報
近年、各種電子機器におけるデータ量の増加・信号の高速化に伴い、従来の通信規格であるUSB2.0,IEEE1394,LVDS等の1GHz以下の信号周波数よりも高い1GHzを超える信号周波数を用いるDVI,HDMI等の通信規格が提案されている。
しかしながら、従来の非巻線型のコモンモードチョークコイルにおいては、磁性体基板としてフェライト等を用いていたため、1GHzを超える信号周波数においては磁性体としてほとんど機能しておらず、ノイズ抑制効果が得られないという課題があった。
本発明の目的は、上記課題を解決して1GHz以下の信号周波数及び1GHzを超える信号周波数のいずれにも対応可能なコモンモードチョークコイルを提供することにある。
前記目的を達成するため、本発明は、
(1)絶縁体層と、該絶縁体層の内部に互いに対向するように配設された少なくとも一対の渦巻き状のコイルと、前記絶縁体層を厚み方向に挟み込むように積層された一対の第1の磁性体と、該第1の磁性体の表面に形成され前記コイルの端の引き出し部に接続された端子電極と、を備えたコモンモードチョークコイルにおいて、
前記絶縁体層は前記コイルの表面を覆う非磁性体と該非磁性体の表面を覆う第2の磁性体とからなり、前記第1の磁性体はフェライト焼結体からなり、前記第2の磁性体は金属系軟質磁性粉を含有する磁性粉含有樹脂からなることを特徴とする。(・・・以下第1の課題解決手段と称する。)
また、上記コモンモードチョークコイルの主要な形態の一つは、
(2)前記磁性粉含有樹脂中の金属系軟質磁性粉は扁平形状であることを特徴とする。(・・・以下第2の課題解決手段と称する。)
また、上記コモンモードチョークコイルの他の主要な形態の一つは、
(3)前記磁性粉含有樹脂は前記コイルを被覆する非磁性体の絶縁体層の表面を覆うように塗布された後、硬化されたものであることを特徴とする。(・・・以下第3の課題解決手段と称する。)
上記第1の課題解決手段による作用は次の通りである。すなわち、前記絶縁体層は前記コイルの表面を覆う非磁性体と該非磁性体の表面を覆う第2の磁性体とからなり、前記第1の磁性体はフェライト焼結体からなり、前記第2の磁性体は金属系軟質磁性粉を含有する磁性体含有樹脂からなる。このため、1GHz以下の信号周波数帯域及び1GHzを超える信号周波数帯域のそれぞれにおいて、信号波形の乱れを抑えつつコモンモードノイズを低減することができる。
上記第2の課題解決手段による作用は次の通りである。すなわち、前記磁性粉含有樹脂中の金属系軟質磁性粉は扁平形状であるので、第2の磁性体の見かけ透磁率μ’を大きくすることができる。
上記第3の課題解決手段による作用は次の通りである。
すなわち、前記磁性粉含有樹脂は前記コイル導体を被覆する非磁性体の表面を覆うように塗布された後、硬化されたものである。これにより、前記磁性粉含有樹脂が硬化する過程で前記扁平形状の金属系軟質磁性粉はその扁平面がより安定な向き、すなわち前記コイル導体の外周を被覆する非磁性体の表面に沿ってより配列されやすくなる。このため、前記コイル導体に電流が流れた際に該コイル導体の外周に沿った磁束の通りがより良好となり、該磁性粉含有樹脂の見かけ透磁率μ’がより増大する。
本発明のコイル部品によれば、1GHz以下の信号周波数帯域及び1GHzを超える信号周波数帯域のそれぞれにおいて、信号波形の乱れを抑えつつコモンモードノイズを抑制することが可能なコモンモードチョークコイルを提供することができる。
本発明の前記目的とそれ以外の目的、構成特徴、作用効果は、以下の説明と添付図面によって明らかとなろう。
以下、本発明のコモンモードチョークコイルの第1の実施形態について、図1〜図3を参照して説明する。図1は第1の実施形態のコモンモードチョークコイル10の外観を示す斜視図であり、図2は前記実施形態のコモンモードチョークコイル10の内部構造を示す上記図1におけるA−A線の断面図であり、図3は上記実施形態のコモンモードチョークコイル10の主要部分の内部構造を説明するための分解斜視図である。
図1〜図3に示すように、本実施形態のコモンモードチョークコイル10は、絶縁体層15と、該絶縁体層15の内部に互いに対向するように配設された少なくとも一対の渦巻き状のコイル12a,12bと、前記絶縁体層15を厚み方向に挟み込むように積層された一対の第1の磁性体18a,18bと、該第1の磁性体18a,18bの表面に形成され前記コイルの引き出し部12c1,12c2,12c3,12c4に接続された端子電極11a,11b,11c,11dと、を備えたコモンモードチョークコイル10である。そして、前記絶縁体層15は前記コイル12a,12bの表面を覆う非磁性体13(13a,13b)と該非磁性体13(13a,13b)の表面を覆う第2の磁性体14とからなり、前記第1の磁性体18a,18bはフェライト焼結体からなり、前記第2の磁性体14は金属系軟質磁性粉を含有する磁性粉含有樹脂からなるものである。
また、本実施形態のコモンモードチョークコイル10は、前記磁性粉含有樹脂中の金属系軟質磁性粉は扁平形状である。
また、本実施形態のコモンモードチョークコイル10は、前記磁性粉含有樹脂は前記コイル12a,12bを被覆する非磁性体13(13a,13b)の表面を覆うように塗布された後、硬化されたものである。
より具体的には、本実施形態のコモンモードチョークコイル10の一対のコイル12a,12bは、それぞれ渦巻き状の2つのコイル12a1及び12a2、12b1及び12b2で構成されている。そして、一方のコイル12aは前記渦巻き状のコイル12a1の内周側と前記渦巻き状のコイル12a2の内周側とが図示省略したスルーホール導体により接続されている。同様に、他方のコイル12bは、前記渦巻き状のコイル12b1の内周側と前記渦巻き状のコイル12b2の内周側とが図示省略したスルーホール導体により接続されている。前記一方のコイル12aの渦巻き状のコイル12a1,12a2と前記他方のコイル12bの渦巻き状のコイル12b1,12b2とが前記絶縁性樹脂13の内部で交互に対向するように配設されている。
そして、上記一方のコイル12aの一方の渦巻き状のコイル12a1の外周側の引き出し12c1は前記コモンモードチョークコイル10の外周に設けられた端子電極11aに接続されており、上記一方のコイル12aの他方の渦巻き状のコイル12a2の外周側の引き出し導体12c3は前記コモンモードチョークコイル10の外周に設けられた端子電極11cに接続されている。同様に、上記他方のコイル12bの一方の渦巻き状のコイル12b1の外周側の引き出し導体12c2は前記コモンモードチョークコイル10の外周に設けられた端子電極11bに接続されており、上記他方のコイル12bの他方の渦巻き状のコイル12b2の外周側の引き出し導体12c4は前記コモンモードチョークコイル10の外周に設けられた端子電極11dに接続されている。
次に、上記コイルの好ましい実施形態は次の通りである。すなわち、上記コイル12a,12bの材質としては、導電性に優れた金属、例えばAg,Pd,Cu,Alもしくはこれらの合金などを用いることができる。
また、上記コイル12a,12bの形態としては層状が好ましいが、これに限定するものではなく、線状等であってもよい。また、上記コイル12a,12bは、外周が非磁性体13(13a,13b)により被覆されていることが好ましい。
次に、扁平形状の金属系軟質磁性粉の好ましい実施形態は次の通りである。すなわち、上記金属系軟質磁性材料としては、純鉄(Fe),カーボニル鉄(Fe−C),けい素鋼(Fe−Si),パーマロイ(Fe−Ni),パーメンジュール(Fe−Co),スーパーマロイ(Fe−Ni−Mo),パーメンバー(Fe−Ni−Co),Fe−Al合金,Fe−Al−Si(好ましくはセンダスト(通称))などが挙げられる。また、上記扁平形状の金属系軟質磁性粉に樹脂との親和性を高めるために、シランカップリング剤等を用いて化学的な表面処理を施すことが好ましい。
また、上記金属系軟質磁性粉の形状としては、扁平面と直交する厚み寸法に対する扁平面の長軸寸法の比をアスペクト比としたとき、該アスペクト比が2以上であることを意味する。また、該アスペクト比は、2〜60が望ましく、さらに望ましくは10〜30である。シミュレーションの結果、このようなアスペクト比の金属系軟質磁性粉を用いることにより、高い見掛け透磁率μ’の磁性粉含有樹脂が得られた。また、前記磁性粉のアスペクト比が2より小さいと、該磁性粉の反磁界が大きくなり、扁平面内の透磁率μ’が低下する。
また、上記金属系軟質磁性粉の扁平面の長軸寸法としては、数百nm〜30μmが好ましい。
また、上記金属系軟質磁性粉の化学的な表面処理としては、チタネート系、シラン系、アルミニウム系等のカップリング剤のうちの少なくとも1種の中から適宜選択して用いることができるが、樹脂との親和性を高める上ではシラン系カップリング剤がより好ましい。
次に、上記磁性粉含有樹脂に用いられる樹脂の好ましい実施形態は次の通りである。すなわち、上記樹脂としては熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂のどちらであってもよい。熱硬化性樹脂の例としては、ベンゾシクロブテン(BCB)、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリイミド樹脂(PI)、ポリフェニレンエーテルオキサイド樹脂(PPO)、ビスマレイミドトリアジンシアネートエステル樹脂、フマレート樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリビニルベンジルエーテル樹脂などが挙げられる。また熱可塑性樹脂の例としては、超低密度ポリエチレン樹脂(VLDPE)、低密度ポリエチレン樹脂(LDPE)、線状低密度ポリエチレン樹脂(LLDPE)、中密度ポリエチレン樹脂(MDPE)、高密度ポリエチレン樹脂(HDPE)、ポリプロピレン樹脂(PP)、ポリブテン樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、エチレン・ビニルアルコール共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、アイソタクチックポリスチレン樹脂、液晶ポリマーなどが挙げられる。特に、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂(PI)、ベンゾシクロブテン(BCB)は、低誘電率で且つ低誘電正接であること、及び、耐薬品性に優れており且つ低吸水率であるため高信頼性を確保することができる点で好ましい。
上記コイル12,12a,12a1,12a2,12b,12b1,12b2の外周を被覆する非磁性体13の表面には、上記磁性粉含有樹脂14をラミネート法や静水圧プレス法等、スプレー法、ローラー転写法、その他の手段により形成することができる。また、上記磁性粉含有樹脂を前記スプレー法やローラー転写法等により前記非磁性体13の表面に塗布した後、硬化させるのが好ましい。これによれば、前記コイル12,121,12a1,12a2,12b,12b1,12b2の外周を被覆する非磁性体13の表面に沿って扁平形状の金属系軟質磁性粉の扁平面が揃いやすくなる。また、前記スプレー法やローラー転写法等により、前記非磁性体13の表面に塗膜を徐々に重ねていくのがより好ましい。
次に、上記第1の磁性体18(18a,18b)の好ましい実施形態は次の通りである。すなわち、上記第1の磁性体18(18a,18b)としては、Ni−Zn系フェライト等の高抵抗のフェライト焼結体からなることが好ましい。
次に、本実施形態のコモンモードチョークコイル10の一例の製造方法について図4及び図5を参照して説明する。図4及び図5は本実施形態のコモンモードチョークコイル10の製造プロセスの一例を示す断面図である。
本実施形態のコモンモードチョークコイル10の一例の製造方法は、多数個のコモンモードチョークコイル10を一括して製造する方法である。
まず、非磁性体13aに対応する基台101にビア形成用の貫通孔102を開ける(図4(A))。この基台101としては、厚さがあらかじめ規定されたフィルム、銅張り積層板(RCC)やフレキシブル・プリント配線板の基材と同じものが用いられ、これらで一般的に用いられるベンゾシクロブテン(BCB),ポリイミド、エポキシ、ポリエステルなどの絶縁性樹脂を材料とする。
次に、この基台101の両面に、鍍金、エッチング、印刷、インクジェット法などの導体パターン形成方法によりコイルパターン103を形成する(図4(B)。なお、ここで前記貫通孔102にも導体が充填される。
次に、第2の非磁性体13bに対応する絶縁層104を両面に形成する(図4(C)。この絶縁層104は、RCCやドライフィルム状の絶縁層を熱真空ラミネート、静水圧プレス法などで積層し、これが液状の場合はスピンコート法で積層することで形成する。特に熱真空ラミネートを用いると膜厚バラツキを押さえるので好適である。絶縁層104の材料としては各種有機樹脂が用いられるが、樹脂としては熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂のどちらであってもよい。
次に、上述と同様の手順により、ビア形成用の貫通孔を形成し、コイルパターン105を形成し、絶縁層106を形成する(図4(D))。次に、エッチングなどの化学的手法により第2の磁性体14形成用の材料を充填させるための貫通孔107を形成する(図4(E))。
次に、貫通孔107に磁性粉含有樹脂14形成用の樹脂108を充填させ、さらに両面に第1の磁性体109,109としての板状のフェライト焼結体を貼り合わせることにより積層板を得る(図5(F))。この磁性粉含有樹脂形成用の材料としては、ベンゾシクロブテン(BCB),ポリイミド、エポキシ、ポリエステルなどの樹脂に扁平形状の金属系軟質磁性粉をフィラーとして混入させたものからなる。
次に、この積層板を単位部品毎にカットすることで積層体が得られる(図5(G))。最後に、積層体の側面に蒸着、スパッタリング、無電解メッキ、ディップ法、バレルメッキ、印刷法などで端子電極11a,11b,11c,11dを形成することでコモンモードチョークコイル10が得られる。
次に、本発明のコモンモードチョークコイルの実施例について説明する。前記絶縁体層15の第2の磁性体14の磁性粉含有樹脂に用いる磁性粉として(A)シランカップリング剤で表面処理を施したアスペクト比10、平均粒径20μmの扁平形状の金属系軟質磁性粉(センダスト)、(B)平均粒径20μmの球状のNi−Zn系フェライト粉、(c)前記絶縁体層として非磁性の非磁性体を用いたこと以外は同様にして、前記実施形態1のコモンモードチョークコイルを作成し、特性インピーダンスの周波数特性を測定した結果、本発明の実施例(A)においては、特性インピーダンスの変動が少なかったのに対し、比較例(B),(C)においては、1GHzを超える(〜2GHz)信号周波数において、転送特性を保つことが困難であった。
上記において、本発明の実施例(A)においては、1GHz以下(数百MHz)の信号周波数においては、フェライト焼結体からなる第1の磁性体18を通る磁束がコモンモードチョークコイル10の特性に寄与し、1GHzを超える(〜2GHz)の信号周波数においては、金属系軟質磁性粉を含有する磁性粉含有樹脂からなる第2の磁性体14を通る磁束がコモンモードチョークコイル10の特性に寄与しているものと考えられる。
参考のため、金属系軟質磁性粉を含有する磁性粉含有樹脂からなる第2の磁性体、フェライト磁性粉を含有する磁性粉含有樹脂、板状のフェライト焼結体それぞれについて、周波数に対する見かけ透磁率μ’を測定した結果を図6に示す。図より、金属系軟質磁性粉を含有する磁性粉含有樹脂の見かけ透磁率μ’は1GHzを超えるところまで低下が見られないのに対し、比較例のフェライト粉含有樹脂及びフェライト焼結体の見かけ透磁率μ’は1GHz以下ですでに大幅な低下が見られる。
次に、本発明のコモンモードチョークコイルの第2の実施形態について、図7を参照して説明する。図7は本実施形態のコモンモードチョークコイル20の内部構造を説明するための断面図である。
図7に示すように、本実施形態のコモンモードチョークコイル20は、絶縁体層25と、該絶縁体層25の内部に互いに対向するように配設された少なくとも一対の渦巻き状のコイル22a,22bと、前記絶縁体層25を厚み方向に挟み込むように積層された一対の第1の磁性体28a,28bと、該第1の磁性体28a,28bの表面に形成され前記コイル28a,28bの引き出し導体に接続された端子電極21a,21b,21c,21dと、を備えたコモンモードチョークコイル20である。そして、前記絶縁体層25は前記コイル22a,22bの表面を覆う非磁性体23と該非磁性体23の表面を覆う第2の磁性体24とからなり、前記第1の磁性体28a,28bはフェライト焼結体からなり、前記第2の磁性体24は金属系軟質磁性粉を含有する磁性粉含有樹脂からなるものである。
また、本実施形態のコモンモードチョークコイル20は、前記磁性粉含有樹脂中の金属系軟質磁性粉は扁平形状である。
また、本実施形態のコモンモードチョークコイル20は、前記磁性粉含有樹脂は前記コイル22a1,22a2を被覆する非磁性体23の表面を覆うように塗布された後、硬化されたものである。
具体的には、一対のコイル22a,22bが非磁性の非磁性体23の内部に互いに対向するように配設されるとともに、化学的に表面処理が施された扁平形状の金属系軟質磁性粉からなる磁性粉含有樹脂により前記非磁性体23の外周が被覆され、さらに該磁性粉含有樹脂の外側に一対の板状のフェライト焼結体からなる第1の磁性体28a,28bが貼着されている。
より具体的には、本実施形態のコモンモードチョークコイル20の一対のコイル22a,22bは、それぞれ渦巻き状の2つのコイル22a1及び22a2、22b1及び22b2で構成されている。そして、一方のコイル22aは前記渦巻き状のコイル22a1の内周側と前記渦巻き状のコイル22a2の内周側とが図示省略したスルーホール導体により接続されている。同様に、他方のコイル22bは、前記渦巻き状のコイル22b1の内周側と前記渦巻き状のコイル22b2の内周側とが図示省略したスルーホール導体により接続されている。前記一方のコイル22aの一方の渦巻き状のコイル22a2と前記他方のコイル22bの一方の渦巻き状のコイル22b2とが前記非磁性体23の内部で前記絶非磁性体23aを挟んで対向するように配設されている。
本実施形態のコモンモードチョークコイル20が先の第1の実施形態のコモンモードチョークコイル10と異なる点は、すなわち、先の実施形態のコモンモードチョークコイル10においては前記一方のコイル12aの渦巻き状のコイル12a1,12a2と前記他方のコイル12bの渦巻き状のコイル12b1,12b2とが前記非磁性体13の内部で交互に対向するように配設されていたのに対し、本実施形態のコモンモードチョークコイル20においては前記一方のコイル22aの一方の渦巻き状のコイル22a2と前記他方のコイル22bの一方の渦巻き状のコイル22b2とが前記非磁性体23の内部で前記非磁性体23aを挟んで対向するように配設されている点にあり、その他の構成及びその作用効果は先の第1の実施形態と同様であるため説明を省略する。
上記第1及び第2の実施形態のコモンモードチョークにおいては、いずれもコイルとして層状のものを用いたが、これに限定するものではなく、絶縁被覆した線状のコイル導体を巻回したものであってもよい。
本発明によれば、広い周波数帯域で使用するコモンモードチョークコイルに適用可能である。
本発明のコモンモードチョークコイルの第1の実施形態の外観を示す斜視図である。 前記第1の実施形態の内部構造を示す上記図1におけるA−A線の断面図である。 前記第1の実施形態の主要部分の内部構造を説明するための分解斜視図である。 前記第1の実施形態のコモンモードチョークコイルの製造方法の一例を示す部分拡大端面図である。 前記第1の実施形態のコモンモードチョークコイルの製造方法の一例を示す部分拡大端面図である。 本発明のコモンモードチョークコイルの一例に用いる磁性体の周波数に対する見かけ透磁率μ’の変化を示す図である。 本発明のコモンモードチョークコイルの第2の実施形態の内部構造を示す断面図である。 背景技術の一例を示す図である。
符号の説明
10:コモンモードチョークコイル
11a,11b,11c,11d:端子電極
12a1,12a2,12b1,12b2:コイル導体
12c1,12c2,12c3,12c4:引き出し導体
13、13a,13b:非磁性体
14:第2の磁性体
15:絶縁体層
18:第1の磁性体
20:コモンモードチョークコイル
21a,21b,21c,21d:端子電極
22a1,22a2,22b1,22b2:コイル導体
23、23a,23b:非磁性体
24:第2の磁性体
25:絶縁体層
28:第1の磁性体

Claims (3)

  1. 絶縁体層と、該絶縁体層の内部に互いに対向するように配設された少なくとも一対の渦巻き状のコイルと、前記絶縁体層を厚み方向に挟み込むように積層された一対の第1の磁性体と、該第1の磁性体の表面に形成され前記コイルの端の引き出し部に接続された端子電極と、を備えたコモンモードチョークコイルにおいて、
    前記絶縁体層は前記コイルの表面を覆う非磁性体と該非磁性体の表面を覆う第2の磁性体とからなり、前記第1の磁性体はフェライト焼結体からなり、前記第2の磁性体は金属系軟質磁性粉を含有する磁性粉含有樹脂からなることを特徴とするコモンモードチョークコイル。
  2. 前記磁性粉含有樹脂中の金属系軟質磁性粉は扁平形状であることを特徴とする請求項1記載のコモンモードチョークコイル。
  3. 前記磁性粉含有樹脂は前記コイルを被覆する非磁性体の絶縁体層の表面を覆うように塗布された後、硬化されたものであることを特徴とする請求項1記載のコモンモードチョークコイル。
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