JP2013207149A - トロイダルコイル - Google Patents

Abstract

【課題】プリント配線板の実装スペースを確保することができるトロイダルコイルの提供を目的とする。
【解決手段】積層してなるプリント配線板１０の内部に設けられた環状のコア２と、コア２よりもプリント配線板１０における上層の層面に設けられた複数の第１配線パターン４、及びコア２よりもプリント配線板１０における下層の層面に設けられた複数の第２配線パターン５、及び複数の第１配線パターン４と複数の第２配線パターン５とをコア２に沿って螺旋状となるよう接続する複数のビア６、を備えるコイル３と、を有する、トロイダルコイル１を採用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、トロイダルコイルに関するものである。

電子制御装置には、多数の電子部品がプリント配線板上に実装されている。しかしながら、この電子制御装置を作動させると、高い周波数の電流によるノイズが発生する場合がある。このため、プリント配線板には、当該ノイズを除去するためのチョークコイルが実装されている。チョークコイルとして、環状のトロイダルコイルが用いられる場合がある。このコイルは、他の電子部品に比べて比較的大型であるため、プリント配線板における実装領域を広く占有してしまうという問題がある。

下記特許文献１には、チョークコイルを実装した基板全体を薄くするためのチョークコイル実装基板及びその製造方法が開示されている。この手法は、基板に開口部を形成し、そこにチョークコイルを挿入する。チョークコイルには、開口部よりも大きいフランジ部が設けられており、このフランジ部を開口部に係止し、且つ、電極が半田ランドに接した状態でリフロ加工する。これにより、半田ランドからの半田の這い上がりが形成されて、チョークコイルが基板に固定される。

特開平１１−２４３２６９号公報

ところで、上記従来技術では、基板の開口部にチョークコイルを挿入し固定していることから、基板にチョークコイルを挿入するための大きな穴を貫通して設ける必要がある。
しかしながら、このような大きな貫通穴を設けると、その分だけ基板の実装スペースを減らしてしまうという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、プリント配線板の実装スペースを確保することができるトロイダルコイルの提供を目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、積層してなるプリント配線板の内部に設けられた環状のコアと、前記コアよりも前記プリント配線板における上層の層面に設けられた複数の第１配線パターン、及び前記コアよりも前記プリント配線板における下層の層面に設けられた複数の第２配線パターン、及び前記複数の第１配線パターンと前記複数の第２配線パターンとを前記コアに沿って螺旋状となるよう接続する複数のビア、を備えるコイルと、を有する、トロイダルコイルを採用する。

また、本発明においては、前記コアは、前記プリント配線板における前記上層の層面と前記下層の層面との間の層面に設けられた第３配線パターンである、という構成を採用する。

また、本発明においては、前記第３配線パターンは、前記プリント配線板における前記上層の層面と前記下層の層面との間の複数の層面に設けられている、という構成を採用する。

また、本発明においては、前記コアは、フェライト、あるいは、圧粉コアからなる、という構成を採用する。

本発明においては、積層構造のプリント配線板の内部にコアを設け、配線パターンとビアとの組合せでもって、プリント配線板の内部に立体的にトロイダルコイルを形成することで、プリント配線板にチョークコイルとしての機能を付加できるため、プリント配線板における電子部品の実装スペースを確保することができる。

本発明の実施形態におけるトロイダルコイルを示す平面図である。 本発明の実施形態におけるトロイダルコイルを示す斜視図である。 本発明の実施形態におけるトロイダルコイルを示す断面図である。 本発明の別実施形態におけるトロイダルコイルのコアを示す平面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態におけるトロイダルコイル１を示す平面図である。図２は、本発明の実施形態におけるトロイダルコイル１を示す斜視図である。図３は、本発明の実施形態におけるトロイダルコイル１を示す断面図である。なお、図３は、図１における矢視Ａ−Ａ断面に対応する。
本実施形態のトロイダルコイル１は、他に実装された電子部品によるノイズを除去するチョークコイルとして機能する。このトロイダルコイル１は、以下のように構成される。

符号１０は、プリント配線板を示す。プリント配線板１０は、ガラスエポキシ材やガラスコンポジット材等の絶縁材料からなる板状の基板が複数積層してなる多層基板である。本実施形態のプリント配線板１０は、図３に示すように、第１層１０Ａ、第２層１０Ｂ、第３層１０Ｃ、第４層１０Ｄからなる４層基板である。なお、プリント配線板１０の積層数は、２層以上であればよく、例えば４層よりも多くてもよい。

プリント配線板１０は、複数の層面（２０Ａ〜２０Ｅ）を有する。第１層面２０Ａは、プリント配線板１０の表面であって、第１層１０Ａの上面である。第２層面２０Ｂは、第１層１０Ａの下面と第２層１０Ｂの上面との接続面である。第３層面２０Ｃは、第２層１０Ｂの下面と第３層１０Ｃの上面との接続面である。第４層面２０Ｄは、第３層１０Ｃの下面と第４層１０Ｄの上面との接続面である。第５層面２０Ｅは、第４層１０Ｄの下面であって、プリント配線板１０の裏面である。

符号２は、コアを示す。コア２は、図１に示すように、環状に形成されている。本実施形態のコア２は、平面視で矩形の環状に形成されている。コア２は、プリント配線板１０の内部に設けられている。本実施形態のコア２は、図２及び図３に示すように、２つ設けられており、平面視では重なって配置されている。コア２は、第２層面２０Ｂ及び第３層面２０Ｃに設けられている。本実施形態のコア２は、導体の配線パターン（第３配線パターン）であり、後述する配線パターンと同様に、例えばエッチングによって形成することができる。

符号３は、コイルを示す。コイル３は、図１に示すように、コア２に沿って設けられている。また、コイル３は、図２に示すように、コア２の周りに螺旋状に設けられている。コイル３は、第１配線パターン４と、第２配線パターン５と、ビア６と、を備えている。
第１配線パターン４及び第２配線パターン５は、銅等の導体であり、エッチングによって形成することができる。ビア６は、プリント配線板１０の層間を接続する導体のメッキ穴である。

第１配線パターン４は、図３に示すように、コア２よりも上層である第１層１０Ａの第１層面２０Ａ（プリント配線板１０の表面）に設けられている。第１配線パターン４は、図１に示すように、平面視でコア２の内環側と外環側とを跨ぐように設けられている。また、第１配線パターン４は、平面視矩形のコア２の各辺に、並列で間隔をあけて複数設けられている。複数の第１配線パターン４は、平面視矩形のコア２の各辺に対して、所定角度で傾いて交差するようそれぞれ設けられている。

第２配線パターン５は、図３に示すように、コア２よりも下層である第４層１０Ｄの第４層面２０Ｄに設けられている。第２配線パターン５は、図１に示すように、平面視でコア２の内環側と外環側とを跨ぐように設けられている。また、第２配線パターン５は、平面視矩形のコア２の各辺に、並列で間隔をあけて複数設けられている。複数の第２配線パターン５は、平面視矩形のコア２の各辺に対して、所定角度（対応する第１配線パターン４に対し１８０°変位した角度）で傾いて交差するようそれぞれ設けられている。

ビア６は、図２に示すように、複数の第１配線パターン４と、複数の第２配線パターン５と、をコア２に沿って螺旋状となるよう接続するものであり、複数設けられている。ビア６は、図３に示すように、第１層面２０Ａの第１配線パターン４と、第４層面２０Ｄの第２配線パターン５と、を電気的に接続する。ビア６は、図１に示すように、コア２の内環側及び外環側のそれぞれにおいて平面視で上下に重なる第１配線パターン４と第２配線パターン５とを接続する。このビア６によって、図２に示すように、第１配線パターン４と第２配線パターン５とが交互に直列に接続され、螺旋状のコイル３が形成される。

上記構成のトロイダルコイル１によれば、積層構造の多層基板であるプリント配線板１０の内部にコア２を設け、第１配線パターン４、第２配線パターン５、及びビア６の組合せでもってコイル３を設け、プリント配線板１０の内部に立体的にトロイダルコイル１を形成することができる。このため、プリント配線板１０の表層の実装スペースに大型のトロイダルコイルを実装することなく、プリント配線板１０にチョークコイルとしての機能を付加することが可能となる。

上記構成のトロイダルコイル１によれば、プリント配線板１０全体の厚みを薄くすることができる。また、上記構成のトロイダルコイル１によれば、プリント配線板１０に貫通穴を設ける必要がないので、例えば、プリント配線板１０の裏面である第５層面２０Ｅに電子部品を実装することができる。したがって、本実施形態によれば、プリント配線板１０における電子部品の実装スペースを確保することができる。

また、本実施形態においては、コア２が、配線パターンであるため、コア２を他の配線パターンと同様にエッチング等で形成でき、トロイダルコイル１を含むプリント配線板１０を効率的に製造することができる。
また、本実施形態においては、コア２が、プリント配線板１０における上層の第１層面２０Ａと下層の第４層面２０Ｄとの間の、第２層面２０Ｂ及び第３層面２０Ｃに設けられているため、インダクタンスが多くなり、漏れ磁束の低減を図ることができ、また、絶縁基板である第２層１０Ｂを間に挟むために渦電流の発生を抑制することができる。

したがって、上述の本実施形態によれば、積層してなるプリント配線板１０の内部に設けられた環状のコア２と、コア２よりもプリント配線板１０における上層の第１層面２０Ａに設けられた複数の第１配線パターン４、及びコア２よりもプリント配線板１０における下層の第４層面２０Ｄに設けられた複数の第２配線パターン５、及び複数の第１配線パターン４と複数の第２配線パターン５とをコア２に沿って螺旋状となるよう接続する複数のビア６、を備えるコイル３と、を有する、トロイダルコイル１を採用することによって、プリント配線板１０の実装スペースを確保することができる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例を採用することができる。
図４は、本発明の別実施形態におけるトロイダルコイル１のコア２を示す図である。

（１）本実施形態では、コア２が配線パターンであるとしたが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、図４（ａ）に示すように、コア２が、フェライト、あるいは、圧粉コアからなるよう構成しても良い。この構成によれば、コア２が高い透磁率を有し、また、電気抵抗が高くなって渦電流の発生を効果的に抑制することができる。この構成を採用する場合には、フェライトや圧粉コアを部品としてプリント配線板１０の内部に組み込むことでコア２を形成することができる。

（２）本実施形態では、コア２が配線パターンである場合に帯状に形成したが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、配線パターンであれば、エッチングにより形状は容易に調整できるので、図４（ｂ）に示すように、配線パターンを幅方向に複数分割して同心環状のコア２を形成しても良い。両パターンの間は不図示の絶縁材（接着剤等）が充填されるので、渦電流の発生を効果的に抑制することができる。

（３）また、例えば、渦電流対策として、コア２を形成する配線パターンに穴を複数設けて電気抵抗を高くする構成を採用しても良い。

（４）また、例えば、銅損対策として、第１配線パターン４とビア６と接続部を太く、また、第２配線パターン５とビア６との接続部を太く、例えば接続部におけるビア６を部分的に太くしメッキ厚を厚くする等して、接続部における電気抵抗を下げる構成を採用しても良い。

１…トロイダルコイル、２…コア、３…コイル、４…第１配線パターン、５…第２配線パターン、６…ビア、１０…プリント配線板、１０Ａ…第１層、１０Ｂ…第２層、１０Ｃ…第３層、１０Ｄ…第４層、２０Ａ…第１層面、２０Ｂ…第２層面、２０Ｃ…第３層面、２０Ｄ…第４層面、２０Ｅ…第５層面

Claims (4)

1. 積層してなるプリント配線板の内部に設けられた環状のコアと、
   前記コアよりも前記プリント配線板における上層の層面に設けられた複数の第１配線パターン、及び前記コアよりも前記プリント配線板における下層の層面に設けられた複数の第２配線パターン、及び前記複数の第１配線パターンと前記複数の第２配線パターンとを前記コアに沿って螺旋状となるよう接続する複数のビア、を備えるコイルと、
   を有することを特徴とするトロイダルコイル。
2. 前記コアは、前記プリント配線板における前記上層の層面と前記下層の層面との間の層面に設けられた第３配線パターンであることを特徴とする請求項１に記載のトロイダルコイル。
3. 前記第３配線パターンは、前記プリント配線板における前記上層の層面と前記下層の層面との間の複数の層面に設けられていることを特徴とする請求項２に記載のトロイダルコイル。
4. 前記コアは、フェライト、あるいは、圧粉コアからなることを特徴とする請求項１に記載のトロイダルコイル。

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