CN101364468A

CN101364468A - 共模扼流线圈

Info

Publication number: CN101364468A
Application number: CNA2008101089233A
Authority: CN
Inventors: 伊藤知一; 奥村武史
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2007-06-08
Filing date: 2008-06-06
Publication date: 2009-02-11
Anticipated expiration: 2028-06-06
Also published as: KR20080108018A; JP2008306014A; US7616085B2; US20080303621A1; CN101364468B; JP5073373B2

Abstract

本发明涉及共模扼流线圈，其包括：两个层压的线圈导体，设置在这些层压线圈导体中的一个上的第一磁性基板，以及设置在另一个线圈导体上的第二磁性基板。当假设从一个线圈导体的导体中心到第一磁性基板的表面的距离记为A，从另一个线圈导体的导体中心到第二磁性基板的表面的距离记为B，并且从一个线圈导体的导体中心到另一个线圈导体的导体中心的距离记为C时，满足C＜(A+B)/2。因而，由于磁性基板和线圈导体之间的距离的差变得相对小，所以由于距离的差而引起的漏感减少，并能够增大对差模信号的截止频率。

Description

共模扼流线圈

技术领域

本发明涉及共模扼流线圈(common mode choke coil)，更具体地说，涉及增大了对差模信号的截止频率的共模扼流线圈。

背景技术

近来，作为高速信号传输接口的USB 2.0标准和IEEE 1394标准已变得普遍。这些接口用在诸如个人计算机和数码相机的各种数字设备中。与目前通常使用的单端传输***不同，USB 2.0标准和IEEE 1394标准采用差分信号***，在该***中用一对信号线来传输差分信号(差模信号)。

差分传输***具有优良的特性，使得从数据线产生的辐射电磁场比单端传输***中小，并且不易受到外界噪声的影响。因此，容易使信号的幅度最小化，并且由于幅度小，通过减少上升时间和下降时间，能够以比单端传输***更高的速度进行信号传输。

图6是常规差分传输电路的电路图。

图6所示的差分传输电路包括一对数据线2和4、将差模信号提供给该对数据线2和4的输出缓冲器6、以及从该对数据线2和4接收差模信号的输入缓冲器8。根据这种结构，要提供到输出缓冲器6的输入信号IN经由数据线2和4被传输到输入缓冲器8，并作为输出信号OUT而再现(reproduce)。该差分传输电路具有以下特性：从数据线2和4产生的辐射电磁场较少。然而，当共同噪声(共模噪声)叠加到数据线2和4上时，就会产生相对大的辐射电磁场。为了减小由共模噪声产生的辐射电磁场，如图6所示，在数据线2和4中***共模扼流线圈10是有效的。

共模扼流线圈10具有以下特性：即相对于在数据线2和4上传输的差分分量(差模信号)的阻抗低，而相对于同相分量(共模噪声)的阻抗高。因此，通过在数据线2和4中***共模扼流线圈10，可以拦截在该对数据线2和4上传输的共模噪声而基本不衰减该差模信号。已知例如在日本专利申请特开平No.H8-203737、特开No.2005-12071以及特开No.2005-12072中描述的一种层压共模扼流线圈。

共模扼流线圈的特性是基本不衰减差模信号。然而，随着频率变高，差模信号的衰减也逐渐增大。因此，为了提高高速接口中的信号质量，需要进一步提高对差模信号的截止频率。

发明内容

作为来自这一观点的研究结果，本发明的一个发明人发现通过将预定值赋予线圈导体的宽度W和长度L之比能够增大对差模信号的截止频率(日本专利申请特开No.2006-261585)。然而，作为本发明人的进一步研究的结果，发现即使线圈导体的宽度W和长度L之比相同，截止频率也根据线圈导体沿层压方向的位置、线圈导体的厚度以及磁性基板之间的距离而变化。

因此本发明的目的是通过调节线圈导体沿层压方向的位置、线圈导体的厚度以及磁性基板之间的距离，进一步增大共模扼流线圈的截止频率。

作为发明人对线圈导体沿层压方向的位置、线圈导体的厚度以及磁性基板之间的距离相对于截止频率等的关系的深入研究的结果，已经发现截止频率的降低部分地是由于该对线圈导体和磁性基板之间的距离的不平衡而引起的。

鉴于上述技术知识而实现了本发明。根据本发明的共模扼流线圈包括第一层压线圈导体和第二层压线圈导体、设置在第一线圈导体侧的第一磁性基板、以及设置在第二线圈导体侧的第二磁性基板，并且当假设从第一线圈导体的导体中心到第一磁性基板的表面的距离记为A，从第二线圈导体的导体中心到第二磁性基板的表面的距离记为B，并且从第一线圈导体的导体中心到第二线圈导体的导体中心的距离记为C时，满足表达式C<(A+B)/2。

根据本发明，由于满足C<(A+B)/2，因此磁性基板与第一线圈导体和第二线圈导体之间的距离的差变得相对小。结果，由于因距离差而引起的漏感(leakage inductance)减少，能够增大对差模信号的截止频率。

在本发明中，“线圈导体的导体中心”是指线圈导体沿层压方向(即厚度方向)的中心。

在本发明中，还优选地满足(A+B)/3<C<(A+B)2。由此，因为磁性基板之间的距离相隔不太远，从而能够充分保证对共模噪声的阻抗。

当第一线圈导体和第二线圈导体的厚度均记为E时，优选地满足E<(D/3)。由此，能够很容易地满足条件C<(A+B)/2，而不会过多地增大磁性基板之间的距离，或过多地减小线圈之间的距离。

在本发明中，还优选地满足A<B/3。由此，当从第一磁性基板侧起顺序地层压这些部件时，能够保持充分的平整度。

在本发明中，优选的是第一线圈导体和第二线圈导体的平面形状为弯曲螺旋图案。由此，因为导体长度变得比直线螺旋图案更短，因此能够进一步提高截止频率。

由此，根据本发明，能够提高共模扼流线圈的截止频率。

附图说明

通过参考以下结合附图对本发明的详细说明，本发明的上述和其它目的、特征和优点将变得更加清楚，其中：

图1是示出根据本发明的第一实施方式的共模扼流线圈的构成的示意性立体图；

图2是层状结构的示意性分解立体图；

图3是根据本发明的第一实施方式的共模扼流线圈的局部截面图；

图4是包含在根据本发明的第二实施方式的共模扼流线圈中的层状结构的示意性分解立体图；

图5是示出相对于差模信号的***损失的频率特性图；以及

图6是常规差分传输电路的电路图。

具体实施方式

下面将参考附图详细描述本发明的优选实施方式。

图1是示出根据本发明的第一实施方式的共模扼流线圈100的构成的示意性立体图。

如图1所示，根据第一实施方式的共模扼流线圈100是薄膜型，并包括第一磁性基板(磁性层)11A和第二磁性基板11B，并且层状结构12介于第一磁性基板11A和第二磁性基板11B之间。端电极14a至14d形成在由第一磁性基板11A、层状结构12和第二磁性基板11B形成的层压体的外周。

第一磁性基板11A和第二磁性基板11B对层状结构12提供物理保护，并且还具有作为共模扼流线圈的闭合磁路的作用。可使用烧结铁素体(sintered ferrite)、复合铁素体(一种包含粉末状铁素体的树脂)等作为第一磁性基板11A和第二磁性基板11B的材料。

图2是层状结构12的示意性分解立体图；

如图2所示，层状结构12是通过根据薄膜形成技术来层压多个层而形成，并且包括第一绝缘层15A至第五绝缘层15E、实际用作共模扼流线圈的第一线圈导体21和第二线圈导体22、以及第一抽头导体(extractionconductor)31至第四抽头导体34。第一实施方式中的层状结构12具有设置在第一绝缘层15A至第五绝缘层15E之间的4层结构的导电层。

第一绝缘层15A至第五绝缘层15E在各导电图案之间绝缘，或在导电图案和磁性基板之间绝缘，并且还起到确保其上形成有导电图案的平面的平整度的作用。具体地说，第一绝缘层15A和第五绝缘层15E减小了第一磁性基板11A和第二磁性基板11B的表面粗糙度，以提高导电图案的粘合性。尽管不具体加以限制，但优选地使用具有优良的电磁绝缘特性和良好可加工性的树脂材料(例如聚酰亚胺树脂(polyimide resin)和环氧树脂(epoxy resin))，用于绝缘层15A至15E。

在第一线圈导体21和第二线圈导体22的内部中心区域中设置有穿透绝缘层15A至15E的开口25。在开口25内部设置有用于形成第一磁性基板11A和第二磁性基板11B之间的闭合磁路的磁性体26。可以使用诸如复合铁素体的磁性材料作为磁性体26。

第一线圈导体21设置在第二绝缘层15B上。第一线圈导体21由诸如Cu的金属材料制成，并具有螺旋形状。第一线圈导体21的外周侧的一端经由第一抽头导体31连接到端电极14a。另一方面，第一线圈导体21内周侧的一端经由穿透第二绝缘层15B的接触孔24a以及第三抽头导体33连接到端电极14c。

第二线圈导体22设置在第三绝缘层15C上。第二线圈导体22也由诸如Cu的金属材料制成，并具有与第一线圈导体21相同的螺旋形状。因为在平面图中看来，第二线圈导体22设置在与第一线圈导体21相同的位置，并与第一线圈导体21完全重叠，因此在第一线圈导体21和第二线圈导体22之间发生强磁耦合。第二线圈导体22外周侧的一端经由第二抽头导体32连接到端电极14b。另一方面，第二线圈导体22内周侧的一端经由穿透第四绝缘层15D的接触孔24b以及第四抽头导体34连接到端电极14d。

第一线圈导体21的厚度和第二线圈导体22的厚度大致相同。如稍后所述，线圈导体的厚度是影响截止频率的一个重要参数。

图3是根据第一实施方式的共模扼流线圈100的局部截面图。

如图3所示，当假设从第一线圈导体21的导体中心到第一磁性基板11A的表面的距离记为A，从第二线圈导体22的导体中心到第二磁性基板11B的表面的距离记为B，并且从第一线圈导体21的导体中心到第二线圈导体22的导体中心的距离记为C时，根据第一实施方式的共模扼流线圈100满足C<(A+B)/2。距离A对应于图2所示的第一绝缘层15A和第二绝缘层15B的总厚度(＝A′)与线圈导体厚度的一半(＝E/2)二者之和。距离B对应于第四绝缘层15D和第五绝缘层15E的总厚度(＝B′)与线圈导体厚度的一半(＝E/2)二者之和。此外，距离C对应于第三绝缘层15C的厚度(＝D)与线圈导体的厚度(＝E)之和。

满足上述关系表达式意味着第一磁性基板11A与第一线圈导体21和第二线圈导体22之间的距离的差、第二磁性基板11B与第一线圈导体21和第二线圈导体22之间的距离的差都小。因而，由于距离的差而引起的漏感减小，并且能够增大对差模信号的截止频率。

下面详细描述磁性基板与第一线圈导体21和第二线圈导体22的距离的差。如图3所示，因为第一线圈导体21和第二线圈导体22是层压的，所以从一个磁性基板到第一线圈导体21和第二线圈导体22的距离必然不同。即，从第一磁性基板11A来看，到第一线圈导体21的距离为A，到第二线圈导体22的距离为A+C，并且第二线圈导体22总是位于远端。相反，从第二磁性基板11B来看，到第二线圈导体22的距离为B，到第一线圈导体21的距离为B+C，并且第一线圈导体21总是位于远端。

所产生的不平衡不可避免地增大了漏感，由此导致截止频率的减小。因此，在本发明中，距离A和B设定为较大，而距离C设定为较小，由此满足表达式C<(A+B)/2。因而，由于不平衡减小，能够减小漏感。

然而，如果距离A和B设定得过大，磁性基板11A和11B之间的距离变得过大，结果，对共模噪声的阻抗减小。如果考虑到这一点，进一步优选地满足(A+B)/3<C<(A+B)2。由此，因为磁性基板11A和11B之间的距离没有相距过大，所以能够充分保证对共模噪声的阻抗。磁性基板11A和11B之间的允许距离取决于所要求的截止频率。

在另一方面，如果为了减小距离C而将线圈之间的距离(从第一线圈导体21表面到第二线圈导体表面的距离)D设定得过窄，则特征阻抗发生很大变化，因此而不能获得期望的特性。

此外，因为根据要求的特性，线圈之间的距离D是近似固定的，所以几乎没有余地来实际调节距离D。因此，为了减小距离C而不改变距离D，仅需要将线圈导体的厚度E设定为较小，同时固定距离D。具体地说，优选地满足E<(D/3)。由此，能够容易地满足条件C<(A+B)/2，而不过分增大磁性基板之间的距离或过分减小线圈之间的距离。

尽管没有具体限定距离A和距离B之间的关系，但在生产中当从第一磁性基板11A侧起顺序地层压多个部件时，优选地满足条件A<B/3。这是因为，如果在从第一磁性基板11A起进行层压时距离A增大，则需要将第一绝缘层15A和第二绝缘层15B设定得较厚，结果，在层压时平整度降低，由此使得特性变差。另一方面，如果将距离设定为A<B/3，则可以将位于层压开始侧的第一绝缘层15A和第二绝缘层15B的厚度设定得充分薄，并且因此能够保持足够的平整度。

如上所述，因为根据第一实施方式的共模扼流线圈满足C<(A+B)/2，磁性基板与第一线圈导体21和第二线圈导体22之间的距离的不平衡较小。因此，减小了漏感，并能够增大对差模信号的截止频率。

图4是包含在根据本发明的第二实施方式的共模扼流线圈200中的层状结构12的示意性分解立体图。

如图4所示，在第二实施方式中，第一线圈导体21和第二线圈导体22的平面形状是弯曲的螺旋图案。即，在第一实施方式中，第一线圈导体21和第二线圈导体22的平面形状为大致方形，并具有线性螺旋图案，而在第二实施方式中，第一线圈导体21和第二线圈导体22的平面形状为大致圆形。

根据这种平面形状，可以使第一线圈导体21和第二线圈导体22的导体长度比第一实施方式中的短。结果，能够进一步提高对差模信号的截止频率。

本发明绝不限于上述实施方式，而是在如权利要求所述的本发明的范围内可能有各种修改，这些修改自然也包括在本发明的范围内。

实施例

下面描述本发明的实施例；然而，本发明绝不限于该实施例。

首先，制备工作实施例的共模扼流线圈，以及和图1至图3所示的共模扼流线圈100具有相同结构的比较例的共模扼流线圈。在每个样品中，从第一磁性基板11A到第一线圈导体21的表面的距离A′设定为10μm，从第二磁性基板11B到第二线圈导体22的表面的距离B′设定为38μm，并且线圈之间的距离D固定为20μm。对于该实施例，线圈导体的厚度E设定为5μm，而比较例的线圈导体的厚度E设定为18μm。即，该实施例和比较例之间仅是线圈导体的厚度E不同。

因此，图3中示出的距离A至C如表1所示。

表1

	A(μm)	B(μm)	C(μm)
	A(μm)	B(μm)	C(μm)	实施例	12.5	40.5	25.0
比较例	19.0	47.0	38.0	实施例	12.5	40.5	25.0

如表1所示，在该实施例中，满足C<(A+B)/2，而在比较例中，为C≥(A+B)/2。

随后将该实施例和比较例中的共模扼流线圈分别连接到测量仪器，以测量每个样品对差模信号的频率特性。图5中示出了测量结果。

如图5所示，在比较例样品中的截止频率fc(衰减了3dB的频率)是6.3GHz，而在该实施例样品中截止频率fc为7.1GHz。即，证实了在满足C<(A+B)/2的实施例中截止频率fc比在比较例中高大约0.8GHz。

Claims

1.一种共模扼流线圈，该共模扼流线圈包括：

层压的第一线圈导体和第二线圈导体；

设置在所述第一线圈导体侧的第一磁性基板；

设置在所述第二线圈导体侧的第二磁性基板；

其中，满足C<(A+B)/2，其中从所述第一线圈导体的导体中心到所述第一磁性基板的表面的距离记为A，从所述第二线圈导体的导体中心到所述第二磁性基板的表面的距离记为B，并且从所述第一线圈导体的导体中心到所述第二线圈导体的导体中心的距离记为C。

2.如权利要求1所述的共模扼流线圈，其中，满足(A+B)/3<C<(A+B)2。

3.如权利要求1或2所述的共模扼流线圈，其中，满足E<(D/3)，其中所述第一线圈导体和所述第二线圈导体的厚度均记为E。

4.如权利要求1或2所述的共模扼流线圈，其中满足A<B/3。

5.如权利要求1或2所述的共模扼流线圈，其中所述第一线圈导体和所述第二线圈导体的平面形状均为弯曲的螺旋图案。