JP2007200923A - 積層コモンモードチョークコイル - Google Patents

Abstract

【課題】 焼成における導体パターンの断線不良を防止でき、高周波でのインピーダンス特性を良好に得ることができる積層コモンモードチョークコイルを提供すること
【解決手段】 導体パターン１を含むコイル層１０と、非磁性層１１とを適宜な順に積層するとともに、コイル層に挟まれた非磁性層の所定位置にビアを設けて導体パターンを接続することにより当該積層体の内部に２つのコイルを内蔵し、その２つのコイルは電気的に相補動作する配置とする。コイル層は、導体パターンの周囲にＺｎフェライトなどの非磁性フェライト４が位置するように形成する。非磁性層は、アルミナ，シリカ等の磁性フェライトよりも低誘電率の誘電体から形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、積層コモンモードチョークコイルに関するもので、より具体的には、積層体の内部に２つのコイルを内蔵させる積層構造について、当該コイルパターンを覆い含ませる膜層領域の組成および配置の改良に関する。

よく知られるように、パーソナル・コンピュータなどのデジタル電子機器では、データ伝送について差動伝送方式が広く普及している。この差動伝送方式は、一対の伝送線路に逆位相の２種類の信号を一度に伝送する方式であり、外来ノイズに強くノイズ発生も少ないメリットがあって高速化データ伝送に適し、例えばＵＳＢ，ＩＥＥＥｌ３９４，ＬＶＤＳなど、多くの高速化デジタル通信に使われている。しかし差動伝送方式では、一対の伝送線路のわずかな伝送特性の違いにより同相成分（コモンモード）が発生してノイズ電流となる問題があり、コモンモードノイズを効果的に除去するために、コモンモードチョークコイルを用いている。

コモンモードチョークコイルは、同一巻数とした２つのコイルからなり、通常の差動信号（ディファレンシャルモード）に対しては２つのコイルに発生する磁束が打ち消し合って信号をそのまま通過させ、コモンモードに対しては２つのコイルに発生する磁束が強め合って大きなインピーダンスが生じ、このためコモンモードノイズを除去する動作となる。

このコモンモードチョークコイルとしては、コアに線材を巻く巻線型もあるが、例えば特許文献１などに見られるように、積層体の内部にコイルを内蔵する積層型があり、積層型は巻線型と比べて小型化できることから好まれている。
特許２９４９２４４号公報

しかしながら、そうした従来の積層コモンモードチョークコイルでは以下に示すような問題がある。コイルを構成する導体パターンが存在するコイル層は、導体パターンの周囲に非磁性体が存在する構成となっており、その導体パターンを構成する材料（Ａｇペースト等）と非磁性体を構成する材料（アルミナ、シリカ等）との熱収縮率の相違から、焼成時に導体パターンの非磁性体の境界部において線幅が細い導体パターンにストレスがかかり、導体パターンの断線を生じるおそれがある。

この発明は上記した課題を解決するもので、その目的は、小型化が行える積層型の構成を採り、焼成における導体パターンの断線不良を防止できる積層コモンモードチョークコイルを提供することにある。

上記した目的を達成するために、本発明に係る積層コモンモードチョークコイルは、導体パターンを含むコイル層と、非磁性層とを適宜な順に積層するとともに、前記コイル層，前記非磁性層の所定位置にビア（スルーホールも含む概念）を設けて前記導体パターンを接続することにより当該積層体の内部に２つのコイルを内蔵し、前記２つのコイルは電気的に相補動作する配置とする積層コモンモードチョークコイルにおいて、前記導体パターンは渦巻き形状とし、前記積層体は前記導体パターンの渦巻き形状の中央部および外側部を磁性体から形成するとともに、上下の最外層も磁性体として前記２つのコイルに対する中央ヨークおよび外ヨークとし、前記コイル層が、前記導体パターンと、その導体パターンの周囲に位置する非磁性フェライトと、を含むように構成した。コイル層が、導体パターンの周囲に非磁性フェライトを配置されているため、焼成時に導体パターンにかかるストレスが低減され、断線不良が防止される。

前記非磁性層は、アルミナ，シリカ等の磁性フェライトよりも低誘電率の誘電体から構成するとよい。また、非磁性層は、非磁性フェライトから構成されるようにしても良い。そして、前記非磁性フェライトは、Ｚｎフェライトを用いることができる。

そして、導体パターンに接する非磁性層に誘電率が低い誘電体を配置することで、コイル間の浮遊容量が大幅に低減し、高周波特性が良好となる。

本発明に係る積層コモンモードチョークコイルでは、細幅の導体バーンが形成されるコイル層の非磁性体を非磁性フェライトで構成したため、非磁性フェライトと導体パターンの熱収縮率の差が少なく、導体パターンに加わるストレスを抑制し、焼成時における導体パターンの断線不良を防止できる

図１から図３は、本発明の好適な一実施の形態を示している。本実施の形態の積層コモンモードチョークコイルは、導体パターン１を含むコイル層１０と非磁性層１１とを適宜な順に積層した積層体の最上層と最下層に磁性層１２を配置した構成をとる。

コイル層１０は、渦巻き状にパターニングされた導体パターン１と、その周囲に位置する非磁性フェライト４とを備え、さらに、その中央部位に矩形状の磁性体３ａを設けるとともに、長手側の両側縁に帯状の磁性体３ｂを設けた構成をとる。導体パターン１は、例えば、銀ペーストなどにより形成する。また、非磁性フェライト４は例えばＺｎフェライトなどを用いる。これにより、導体パターン１と非磁フェライト４の熱収縮率が比較的近くなり、焼成時に導体パターン１に加わるストレスが抑制できる。

非磁性層１１は、その大部分は誘電体６から構成され、その中央部位に矩形状の磁性体３ａを形成するとともに、長手側の両側縁に帯状の磁性体３ｂを形成する。さらに、所定位置に、ビア２を形成し、そのビア２を介して上下に位置するコイル層１０の導体パターン１同士を導通させる。誘電体６は、アルミナ，シリカ等の低誘電率（たとえば、ε＝５程度）の材料を用いる。

さらにコイル層１０，非磁性層１１の所定位置にはビア２を設け、そのビア２によって導体パターン１を適宜に接続することにより当該積層体の内部に２つのコイルを内蔵するように構成する。２つのコイルは電気的に相補動作する配置とする。

コイル層１０に形成した渦巻き形状の導体パターン１は、上下に隣接するコイル層を飛び越して接続し、２つのコイルパターンは交互に噛み合う状態としている。つまり、渦巻き形状の導体パターン１は第２，第４，第６，第８層に形成し、第２，第６層の導体パターン１は第３〜第５層を貫くビア２を設けて接続し、これを一方のコイルＡとし、そして第４，第８層の導体パターン１は第５〜第７層を貫くビア２を設けて接続し、これを他方のコイルＢとしている。

また、コイル層１０の磁性体３ａと、非磁性層１１の磁性体３ａとは、上下方向に重なるように配置され、同様にコイル層１０の磁性体３ｂと、非磁性層１１の磁性体３ｂとは、上下方向に重なるように配置される。さらに、これら磁性体３ａ，３ｂは、その上下端がそれぞれ磁性層１２に接続され、磁性体３ａが中央ヨーク，磁性体３ｂと磁性層１２が外ヨークを構成する。なお、磁性体３ａ，３ｂ並びに磁性層１２を構成する磁性体は、通常の磁性フェライトである。この磁性フェライトの誘電率は、１０程度である。

本実施の形態では、中間層となる第２層〜第８層は積層印刷により形成した。また、上下面となる第１層と第９層は、図２に示すように複数の磁性体シート５をシート成形法により圧着させて所定厚の膜層に形成した。但し、本発明ではこれに限ることはなく、例えば、磁性層１２を１枚で所定厚の磁性体シートをシート成形法により圧着して形成してもよく、各種の製造法を用いることができる。

本発明にあっては、コイル層１０が、細幅で渦巻き状に形成した導体パターン１の周囲にＺｎフェライト等の非磁性フェライト４が位置しているので、焼成時に導体パターン１に加わるコイル層１０の面方向のストレスは、抑制される。また、非磁性層１１は、誘電体６から形成されているため、導体パターン１と熱収縮率が異なるものの、焼成時に誘電体６から導体パターン１に加わるストレスは、導体パターン１と誘電体６の接触面において、当該面と平行な方向となり、さほど大きくならないとともに係る方向のストレスに対しては非磁性フェライト４の存在により強くなるので、導体パターン１の断線発生を抑制できる。

また、コモンモードチョークコイルとしては、コモンモードにおけるインピーダンスが大きいほどノイズ除去効果に優れており、またディファレンシャルモードにおけるインピーダンスが小さいほど信号をスムーズに通過させることができる。これらの特性は、コイルのインダクタンス（Ｌ），２つのコイルにおける浮遊容量（Ｃ）および結合により決まり、特性を良好に得るにはＬを大きくコイル間の結合も良好とし、そしてＣを小さくする必要がある。

係る面からみると、各層の導体パターン１は渦巻き形状のコイルパターンとするので、１層あたりの巻きターン数を多くすることができ、したがって、積層数は少ない設定を保ちつつ高インダクタンスを得ることができる。その結果、高インダクタンス化，小型化を両立できてコモンモード・インピーダンスを大きくすることができる。

各層の渦巻き形状の導体パターン１は積層順に接続するのではなく、上下に隣接する相手側導体パターン層を飛び越して接続し、２つのコイルパターンは交互に噛み合う状態に積層する構成であることから、コイル間の結合がよくなる。その結果、ディファレンシャルモード・インピーダンスを低く抑えることができ、コモンモード・インピーダンスを高く得ることができる。そして、高周波でのコモンモード・インピーダンスの低下も低減でき、周波数特性を良好にできる。

さらに本実施の形態では、非磁性層１１を誘電率が低い誘電体４により構成したため、コイル間の浮遊容量が大幅に低減する。このため、高周波でのインピーダンス特性を良好に得ることができる。

図４は、本発明の他の実施の形態を示している。本実施の形態では、非磁性層１１もＺｎフェライトなどの非磁性フェライトを用いて形成した。すなわち、図１から図３に示す誘電体６の形成領域を非磁性フェライト４で形成する。これにより、導体パターン１の３次元方向の全周囲が非磁性フェライトで覆われることとなり、熱膨張率の相違から焼成時に導体パターン１に加わるストレスがさらに小さくなり、パターンの断線のおそれがさらに抑制される。

図５は、他の例を示している。この例では、図１から図３に示す実施の形態と同様に、非磁性層１１を誘電率の低い誘電体６で構成する（もちろん、ヨークを構成する磁性体３，３ｂは設ける）。そして、この例では、コイル層１０が、導体パターン１の周囲にアルミやシリカ等の誘電率の低い（例えばε＝５程度）誘電体６を配置するように構成される。もちろん、このコイル層１０も、ヨークを構成する磁性体３，３ａは設ける。換言すると、図１から図３に示す非磁性フェライト４の形成領域を誘電体６で形成する。これにより、素子全体の誘電率が低下し、コイル間の浮遊容量がより大幅に低減させることができる。このため、高周波でのインピーダンス特性をより良好に得ることができる。

本発明の効果を実証するため、複数の構成例について解析演算を行い、インピーダンス特性を評価した。本発明に係る構成例は、積層体の内部の構成をそれぞれ一部変更した３種類とし、図３に示す積層構成による本発明１、図４に示す積層構成による本発明２、図５に示す積層構成による例１を用意した。つまり、本発明１は図３に示すように、コイル層１０は、導体パターン１の周囲に非磁性フェライト４としてＺｎフェライトを配置し、非磁性層１１は誘電率εが５程度の誘電体６により形成している。そして、本発明２は図４に示すように、導体パターン１を覆い含ませる膜層領域の全てをＺｎフェライトから形成しており、例１は図５に示すように、導体パターン１を覆い含ませる膜層領域の全てを誘電率εが５程度の誘電体６から形成している。

これらの構成例についてインピーダンスの周波数特性を解析したところ、図６，図７に示す結果を得た。すなわち、図６から明らかなように、本発明１および例１にあっては、少なくとも非磁性層１１に誘電率の低い誘電体を用いていることから浮遊容量を小さくすることができ、このため、全ての層にＺｎフェライトを用いた本発明２に比べて、コモンモード・インピーダンスは高周波での低下が少なく、ノイズを低減する作用，効果がより大きく得られる。

また、図７から分かるように、誘電体を用いた例１では、ディファレンシャルモード・インピーダンスは共振周波数が高周波にシフトしており、このため、信号をより高周波まで透過させることができる。そして、浮遊容量は導体パターン１の幅、コイルＡ，コイルＢ間の距離、コイル間の部材の誘電率でほぼ決定するため、導体パターン１に接する層間の膜層だけを誘電体とした本発明１であっても高周波域のインピーダンスを良好にし得ると予見でき、解析の結果、例１と同等のインピーダンス特性を得ることができることを確認した。

本発明に係る積層コモンモードチョークコイルの好適な一実施の形態であり、各層を分離して示す斜視図である。 図１に示す積層体における最外層の製造工程を説明する斜視図である。 図１，図２に示す積層体の内部を説明する断面図である。 本発明の他の実施の形態を示す断面図である。 他の例を示す断面図である。 本発明に係る積層構成についてコモンモードにおけるインピーダンス特性を演算したグラフ図である。 本発明に係る積層構成についてディファレンシャルモードにおけるインピーダンス特性を演算したグラフ図である。

符号の説明

１ 導体パターン
２ ビア
３ａ，３ｂ 磁性体
４ 非磁性フェライト
５ 磁性体シート
６ 誘電体
１０ コイル層
１１ 非磁性層
１２ 磁性層

Claims (4)

1. 導体パターンを含むコイル層と、非磁性層とを適宜な順に積層するとともに、前記コイル層，前記非磁性層の所定位置にビアを設けて前記導体パターンを接続することにより当該積層体の内部に２つのコイルを内蔵し、前記２つのコイルは電気的に相補動作する配置とする積層コモンモードチョークコイルにおいて、
   前記導体パターンは渦巻き形状とし、前記積層体は前記導体パターンの渦巻き形状の中央部および外側部を磁性体から形成するとともに、上下の最外層も磁性体として前記２つのコイルに対する中央ヨークおよび外ヨークとし、
   前記コイル層が、前記導体パターンと、その導体パターンの周囲に位置する非磁性フェライトと、を含むように構成されていることを特徴とする積層コモンモードチョークコイル。
2. 前記非磁性層は、アルミナ，シリカ等の磁性フェライトよりも低誘電率の誘電体から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の積層コモンモードチョークコイル。
3. 前記非磁性層は、非磁性フェライトから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の積層コモンモードチョークコイル。
4. 前記非磁性フェライトは、Ｚｎフェライトであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の積層コモンモードチョークコイル。
   

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