JP2018019063A - Printed wiring board - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、コイルが実装されるプリント配線基板に関する。 The present invention relates to a printed wiring board on which a coil is mounted.
プリント配線基板は、ガラスエポキシ等の基材の片面または両面に銅箔等の導体層を形成したものである。このプリント配線基板にコイルを実装した場合、導体層がコイルの特性に影響を及ぼす場合がある。コイルに電流が流れると磁束が発生し、この電流が変化すると発生する磁束も変化する。変化する磁束が導体層を横切っている場合、導体層に渦電流が発生し、渦電流が新たな磁場をつくる。この磁場はコイルの磁場を打ち消す方向に働くため、これによってコイルの電気抵抗(直流抵抗成分)Rが増加し、コイルの特性を示す指標であるQ(Q=ωL/R、L:コイルのインダクタンス(H)、R:コイルの電気抵抗(Ω))が低下する。また、渦電流によってコイルのインダクタンスも低下する。 The printed wiring board is obtained by forming a conductor layer such as a copper foil on one side or both sides of a base material such as glass epoxy. When a coil is mounted on this printed wiring board, the conductor layer may affect the characteristics of the coil. When a current flows through the coil, a magnetic flux is generated. When this current changes, the generated magnetic flux also changes. When the changing magnetic flux crosses the conductor layer, an eddy current is generated in the conductor layer, and the eddy current creates a new magnetic field. Since this magnetic field acts in a direction that cancels the magnetic field of the coil, this increases the electrical resistance (DC resistance component) R of the coil, and Q (Q = ωL / R, L: coil inductance that is an index indicating the characteristics of the coil) (H), R: Electric resistance (Ω) of the coil is lowered. Further, the inductance of the coil is also reduced by the eddy current.
上の課題を解決するために従来より特許文献1のような提案がなされている。特許文献1のプリント配線基板では、チョークコイルが実装される基板上の位置の導体パターンを複数の領域に分断することによって、大きい渦電流の発生を抑制している。 In order to solve the above problem, a proposal as in Patent Document 1 has been conventionally made. In the printed circuit board of Patent Document 1, generation of a large eddy current is suppressed by dividing a conductor pattern at a position on the board on which the choke coil is mounted into a plurality of regions.
しかし、特許文献1のように導体パターンが複数の領域に分割されても、分割された各領域内で渦電流が発生するため抑制の効果は限定的である。また、導体層によるインダクタンスの変化を防止することはできない。 However, even if the conductor pattern is divided into a plurality of regions as in Patent Document 1, since the eddy current is generated in each divided region, the effect of suppression is limited. In addition, it is impossible to prevent a change in inductance due to the conductor layer.
この発明の目的は、コイルの特性を良好な状態に維持できるプリント配線基板を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a printed wiring board capable of maintaining the coil characteristics in a good state.
本発明のプリント配線基板は、不導体の基材と、基材の表面に形成された導体層と、導体層においてコイルが実装される領域と、この領域の基材および前記導体層がコイルの幅よりも狭い幅でコイルの軸方向にわたって除去された除去部と、を備えたことを特徴とする。 The printed wiring board of the present invention includes a non-conductive base material, a conductor layer formed on the surface of the base material, a region in which the coil is mounted in the conductor layer, and the base material in the region and the conductor layer of the coil. And a removal portion removed over the axial direction of the coil with a width narrower than the width.
本発明において、コイルと除去部との間に非磁性体の不導体プレートが設けられてもよく、コイルが、導体層と平行に実装されてもよい。 In the present invention, a non-magnetic non-conductive plate may be provided between the coil and the removal portion, and the coil may be mounted in parallel with the conductive layer.
また、本発明のプリント配線基板は、スピーカシステムのクロスオーバー回路に用いられるものであってもよい。 The printed wiring board of the present invention may be used for a crossover circuit of a speaker system.
この発明のプリント配線基板では、実装されたコイルのQなどの特性の低下を最小限に留めることができる。 In the printed wiring board of the present invention, it is possible to minimize the deterioration of characteristics such as Q of the mounted coil.
図面を参照して本発明の実施形態であるプリント配線基板(以下、基板)1について説明する。基板1は、スピーカシステムのクロスオーバー回路用の基板の例を示している。クロスオーバー回路とは、オーディオアンプからスピーカケーブルで入力されたスピーカ駆動信号を、2つのスピーカユニット(2ウェイ)または3つのスピーカユニット(3ウェイ)に分割して供給するための回路である。2ウェイのスピーカシステムでは、高音域用スピーカユニットおよび低音域用スピーカが用いられ、スピーカ駆動信号は高音域、低音域の2つの周波数帯域に分割される。3ウェイのスピーカシステムでは、高音域用スピーカ、中音域用スピーカおよび低音域用スピーカが用いられ、スピーカ駆動信号は高音域、中音域および低音域の3つの周波数帯域に分割される。この実施形態のクロスオーバー回路は、コイル、コンデンサ、抵抗などの受動部品のみで構成されており、パッシブクロスオーバー回路と呼ばれる。スピーカ駆動信号は、低周波(オーディオ周波数)、ローインピーダンスおよび比較的大電流などの特徴を有するため、クロスオーバー回路では、電気抵抗が少ない幅の広い回路パターン、低周波をフィルタできるインダクタンスの大きいコイルなどが用いられる。 A printed wiring board (hereinafter referred to as a board) 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. A substrate 1 shows an example of a substrate for a crossover circuit of a speaker system. The crossover circuit is a circuit for supplying a speaker drive signal input from an audio amplifier through a speaker cable to two speaker units (2 ways) or three speaker units (3 ways). In the 2-way speaker system, a high-frequency range speaker unit and a low-frequency range speaker are used, and the speaker drive signal is divided into two frequency bands, a high-frequency range and a low-frequency range. In the 3-way speaker system, a high-frequency range speaker, a mid-range range speaker, and a low-range range speaker are used, and the speaker drive signal is divided into three frequency bands, a high-frequency range, a mid-range range, and a low-range range. The crossover circuit of this embodiment includes only passive components such as a coil, a capacitor, and a resistor, and is called a passive crossover circuit. Speaker drive signals have characteristics such as low frequency (audio frequency), low impedance, and relatively large current. Therefore, in a crossover circuit, a wide circuit pattern with low electrical resistance and a coil with high inductance that can filter low frequencies Etc. are used.
図1において、基板1は、ガラスエポキシ等の不導体からなる基材4の表裏それぞれに導体層である銅箔2,3が形成された両面基板である。基板1には複数の(図面上は4つの)実装領域10、20、30、40が形成されている。この実装領域10、20、30、40にフィルタ用のコイルが実装される。実装領域10、20、30、40には、基板1に並行な軸を有するコイルが実装される。なお、基板1には、他の部品も実装されるが、また、基板1の銅箔2,3には回路パターンが形成されているが、説明の簡略化のためこれらの図示は省略している。
In FIG. 1, a substrate 1 is a double-sided substrate in which
基板1に実装されるコイルの例を図2に示す。図示のコイル50は、例えば、実装領域10に実装されるコイルである。コイル50は、両端にフランジ53、54を有するボビン52に銅線51が巻きつけられたものである。ボビン52の内部には鉄芯55が設けられ、少ない巻き線で高いインダクタンスが得られるようにしている。銅線51の両端は、リード線として基板1に形成された接続穴(ビアホール)60に挿入されてハンダ付け固定される。また、実装領域10の両側には貫通穴である結束穴61が2つずつ形成されている。コイル50が実装領域10上に載置されたのち、結束穴61に通されたインシュロック(登録商標)などの結束バンド62でコイル50を縛ることにより、基板1とコイル50が結束される
An example of a coil mounted on the substrate 1 is shown in FIG. The illustrated
ここでは、実装領域10に実装されるコイル50について説明したが、他の実装領域に実装されるコイル、および、その実装形態もほぼ同様である。ただし、実装領域30に実装されるコイルは鉄芯を有さない中空コイルである。
Here, the
図3は、コイル50に電流が流されることによって形成される磁束を示す図である。コイル50は基板1上に実装される。基板1の表裏には銅箔2,3が形成されている。コイル50に電流が流されると、コイル50の内部を軸方向に貫通して、その周囲を周回する磁束70が生じる。磁束70は、コイル50内部(鉄芯55)では高い磁束密度でS極(図示ではフランジ53側)からN極(図示ではフランジ54側)にほぼ平行に形成され、コイル外ではN極端部からコイルの周囲を周回してS極端部に戻る。基板側を周回する磁束はN極付近で基板を表から裏へ貫通し、S極付近で裏から表へ貫通する。
FIG. 3 is a diagram illustrating a magnetic flux formed when a current is passed through the
通常の基板では、コイル50の下部にも銅箔2,3が形成されている。スピーカ駆動信号はオーディオ信号(交番電流)であるため、銅箔2,3を横切る磁束が変化する。銅箔2,3を横切る磁束が変化すると、銅箔2,3に渦電流が発生する。この渦電流によってコイル50の磁束とは逆方向の磁束が生じる。この逆方向の磁束による相互誘導によりコイル50の電流値が低下する。これにより、コイル50の抵抗値Rが増加し、コイルの性能を示す値であるQ(Q=ωL/R)が低下する。また、渦電流による相互誘導の影響でコイル50のインダクタンスLも低下する。
In a normal substrate,
そこでこの実施形態では、図1、図2に示すように、実装領域10の一部または全部の銅箔2,3を除去し、導体除去部11,12を形成した。これにより、コイル50の磁束70が高い密度で通過する領域に導体が無くなり、渦電流による相互誘導によるQの低下や、インダクタンスの変化を防止することができた。導体除去部11,12は、エッチングまたは剥離で銅箔2,3を基材4から除去して形成してもよい。また、導体除去部11,12として基板1の開口部を形成してもよい。すなわち、基材4を銅箔2,3とともに切り取って導体除去部11,12としてもよい。
Therefore, in this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, a part or all of the
導体除去部は、実装領域40の導体除去部41のように、コイルの軸方向全体にわたって形成してもよい。一方、実装領域10の導体除去部11,12のように、コイルの軸方向の前後両端部に形成し、コイルの中央部に対応する位置に形成しないようにしてもよい。図3に示したように、コイルの中央部の対応する位置では、基板1を横切る磁束が少ないため、銅箔2,3を残してもコイルのQに及ぼす悪影響が少ないためである。
The conductor removal portion may be formed over the entire axial direction of the coil, like the
以下に、プリント配線基板にコイルを実装した場合のインダクタンスLおよびQの変化を測定した実験例を示す。あるケイ素鋼板入りのコイル(L=30.18mHを空中に保持し、このコイルに1kHz,1Vの信号を入力したところ、Qは29.5であった。すなわち、電気抵抗Rは約6.4Ωであった。このコイルを通常の基板(実装領域にも銅箔が残されている基板)に実装したところ、インダクタンスLは29.74mHに低下し、上と同様の1kHz,1Vの信号を入力したところ、Qは15.3に極度に低下した。すなわち電気抵抗Rがほぼ倍(12.21Ω)になった。一方、このコイルを基板1の実装領域10に実装したところ、インダクタンスLは30.12mHと殆ど変化なく、上と同様の1kHz,1Vの信号を入力したところ、Qは26.8とわずかな低下に抑えることができた。このときの電気抵抗Rは7.06Ωであった。
Below, the experiment example which measured the change of the inductances L and Q at the time of mounting a coil on a printed wiring board is shown. When a coil containing a certain silicon steel plate (L = 30.18 mH was held in the air and a signal of 1 kHz and 1 V was input to this coil, Q was 29.5. That is, the electric resistance R was about 6.4Ω. When this coil was mounted on a normal board (a board in which copper foil was also left in the mounting area), the inductance L dropped to 29.74 mH, and the same 1 kHz, 1 V signal as above was input. As a result, Q was extremely reduced to 15.3, that is, the electric resistance R was almost doubled (12.21Ω) On the other hand, when this coil was mounted on the mounting
以上説明したように、本実施形態の基板1では、実装されたコイルのQの低下およびインダクタンスLの変化を最小限に留めることができる。 As described above, in the substrate 1 of the present embodiment, the Q of the mounted coil and the change in the inductance L can be minimized.
なお、図1において、実装領域10では、実装領域10の範囲内で導体除去部11,12が形成されている。さらに、実装領域20の導体除去部21,22のように、実装領域20からはみ出して形成されてもよい。導体除去部21,22は、コイルの軸方向(長手方向)に実装領域20を越えて形成されている。図3に示したように、コイルの軸方向は実装領域を越えて高い密度の磁束が通過する場合があるため、実装領域20を軸方向に越えた位置の銅箔2,3を除去することは、コイルのQの改善に有効である。
In FIG. 1, in the mounting
また、図1において、実装領域30には導体除去部が形成されていない。上述したように、実装領域30には中空コイルが実装される。中空コイルは、一般的に鉄芯入りコイルよりもインダクタンスLが小さい(生じる磁束が少ない)ため、渦電流の影響が小さいと考えられるためである。また、中空コイルは、鉄芯入りコイルよりもQが高いため、渦電流で性能が多少低下しても回路全体に及ぼす影響が少ないと考えられる。
In FIG. 1, no conductor removal portion is formed in the mounting
図4は、Qの低下をさらに抑制した変形例を示す図である。実装領域10に導体除去部11,12を形成したうえに、さらに、図4に示すように、コイル50と基板1との間にプレート80を挟んで実装してもよい。プレート80は、不導体で非磁性体(好ましくは空気の透磁率に近いもの)が好適である。プレート80として、たとえば、カラスエポキシ、木材、ガラス、樹脂、セラミックスなどが適用可能である。これにより、銅箔2,3とコイル50との距離が長くなるため、実装されたコイル50のQの低下およびインダクタンスLの変化をより小さく留めることができる。また、上述したように、導体除去部11、12を基板1を切除して形成した場合には、プレート80が基板1の補強にもなる。
FIG. 4 is a diagram showing a modified example in which the decrease in Q is further suppressed. In addition to forming the
なお、上の実施形態では、基板に水平の軸を有するコイル50を実装する場合について説明したが、それ以外の角度でもよい。たとえば、図5に示すように、基板1に垂直の軸を有するコイル57を実装した場合にも本発明を適用可能である。この場合でもコイル57が実装される位置およびその周縁部に導体除去部58を形成することが好ましい。
In the above embodiment, the case where the
なお、この実施形態では、コイルの実装領域を基準とし、その範囲内、または、コイルの軸方向に実装領域を越える部分に導体除去部を形成した。他の方式として、実装されるコイルの磁束を観察して基板を通過する磁束密度が所定値以上のエリアを求め、このエリアに導体除去部を形成してもよい。 In this embodiment, with the coil mounting area as a reference, the conductor removal portion is formed within that range or at a portion exceeding the mounting area in the axial direction of the coil. As another method, an area where the magnetic flux density passing through the substrate is a predetermined value or more is obtained by observing the magnetic flux of the coil to be mounted, and the conductor removal portion may be formed in this area.
また、上記の実施形態では、表の銅箔2および裏の銅箔3に対して同形状の導体除去部を形成することを想定しているが、銅箔2,3にこれぞれ異なる形状の導体除去部を形成してもよい。また、本発明は片面基板にも適用可能である。
In the above embodiment, it is assumed that the same shape of the conductor removal portion is formed on the front copper foil 2 and the
1 プリント配線基板(基板)
2,3 銅箔(導体層)
4 基材
10,20,30,40 実装領域
11,12,21,22,41 導体除去部
50 コイル
51 銅線
53,54 フランジ
55 鉄芯
60 接続穴
61 結束穴
1 Printed wiring board (board)
2,3 Copper foil (conductor layer)
4
Claims (4)
該基材の表面に形成された導体層と、
該導体層においてコイルが実装される領域と、
該領域の前記基材および前記導体層が、前記コイルの幅よりも狭い幅で、前記コイルの軸方向にわたって除去された除去部と、
を備えたプリント配線基板。 A non-conductive substrate;
A conductor layer formed on the surface of the substrate;
A region in which the coil is mounted in the conductor layer;
The base material and the conductor layer in the region have a width narrower than the width of the coil, and are removed over the axial direction of the coil; and
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