JP6614050B2 - コモンモードチョークコイル - Google Patents

Description

本発明は、コモンモードチョークコイルに関する。

下記の特許文献１、２に、３つの巻線型コイルを含むコモンモードチョークコイルが開示されている。

特許文献１に開示されたコモンモードチョークコイルでは、信号入力電極側においては３本のワイヤが整列巻きされ、信号出力電極側においては３本のワイヤが分離巻きされている。

特許文献２に開示されたコモンモードチョークコイルでは、１本目及び２本目のワイヤが巻芯部の１層目に巻き付けられ、３本目のワイヤは、１層目に巻き付けられた１本目のワイヤと２本目のワイヤとの間の凹部に沿って巻き付けられている。この構成により、３本のワイヤから選択される２本のワイヤの中心間の距離が、いずれの組み合わせにおいても等しくなる。

特開２００２−２４６２４４号公報 特許第３９５２９７１号公報

特許文献１に開示された３本のワイヤがコアに整列巻きで巻き付けられたコモンモードチョークコイルの最も端に位置する一巻分のワイヤから、他の２本のワイヤの一巻分までの距離が異なる。このため、ワイヤ間で結合度が異なってしまう。その結果、コモンモードチョークコイルが挿入される３本のライン間のノーマルモードインピーダンスが、２本のラインの組み合わせによって異なってしまう。

特許文献２に開示されたコモンモードチョークコイルにおいては、３本のワイヤ間の距離が均一になるように工夫されている。ところが、１層目に巻き付けられる２本のワイヤでそれぞれ構成される２つのインダクタと、１層目の２本のワイヤの間の凹部に沿って巻き付けられる３本目のワイヤで構成されるインダクタとを比較すると、インダクタの直径が同一ではない。このため、１層目に巻き付けられたワイヤからなる２つのインダクタの自己インダクタンスと、３本目のワイヤからなるインダクタの自己インダクタンスとが異なる。その結果、３つのインダクタがそれぞれ挿入される３本のライン間のノーマルモードインピーダンスが、２本のラインの組み合わせによって異なってしまう。

本発明の目的は、ライン間のノーマルモードインピーダンスの差異を小さく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である。

本発明の第１の観点によるコモンモードチョークコイルは、
積層された複数の絶縁層からなる絶縁部材と、
前記絶縁部材の内部に配置されたｎ本のインダクタと
を有し、
前記ｎは３または４であり、
前記インダクタの各々は、前記複数の絶縁層の積層方向に隣接する２つの絶縁層の界面に配置された複数のコイル導体層にそれぞれ含まれるコイル導体と、前記積層方向に隣り合う前記コイル導体層に含まれる前記コイル導体を相互に接続するビア導体とを含み、
前記複数のコイル導体層の各々に前記インダクタのｎ本の前記コイル導体が含まれ、前記複数のコイル導体層の各々に含まれる前記コイル導体からなるパターンはｎ回対称性を有し、
前記複数のコイル導体層の各々に含まれるｎ本の前記コイル導体は、同一中心かつ同一半径を持つ円弧状のパターンを有し、前記複数のコイル導体層の各々に含まれる前記コイル導体の始点を通過する半径と終点を通過する半径とのなす角度が３６０°／ｎ未満である。

ｎ本のインダクタから選択した２つのインダクタの結合度のばらつきが抑制される。このため、コモンモードチョークコイルをｎラインの伝送線路に挿入したとき、ライン間のノーマルモードインピーダンスのばらつきが抑制される。また、巻線構造のコモンモードチョークコイルに比べて、部品の小型化を図ることができる。

コイル導体を円弧状にすることにより、コイル導体の対称性を高めることができる。例えば、異なるコイル導体層の間で、コイル導体を同一の形状に保つことができる。

本発明の第２の観点によるコモンモードチョークコイルにおいては、前記絶縁部材の内部に配置された前記インダクタの個数が３本である。

例えば、コモンモードチョークコイルを３ラインの伝送線路に挿入した場合、ライン間のノーマルモードインピーダンスのばらつきが抑制される。

本発明の第３の観点によるコモンモードチョークコイルにおいては、
前記コイル導体層の各々に含まれる３本の前記コイル導体の各々は、それぞれ半径の異なる複数の円弧状のパターンを連結した形状を有し、前記コイル導体の各々の始点を通過する半径と終点を通過する半径とのなす角度が１２０°より大きく、
前記第１の方向に隣り合う前記コイル導体層の前記コイル導体は、同一の回転方向に向かって一方は半径が段階的に大きくなり、他方は半径が段階的に小さくなっている。
本発明の第４の観点によるコモンモードチョークコイルは、
さらに、
前記絶縁部材の表面に配置された複数の外部電極と、
前記複数の外部電極とｎ本の前記インダクタとをそれぞれ接続する引き出し導体とを有する。

コモンモードチョークコイルを実装基板に実装するとき、コモンモードチョークコイルの実装面積を削減することができる。

ｎ本のインダクタから選択した２つのインダクタの結合度のばらつきが抑制される。このため、コモンモードチョークコイルをｎラインの伝送線路に挿入したとき、ライン間のノーマルモードインピーダンスのばらつきが抑制される。また、巻線構造のコモンモードチョークコイルに比べて、部品の小型化を図ることができる。

図１は、実施例１によるコモンモードチョークコイルの概略分解斜視図である。 図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃは、それぞれ実施例１によるコモンモードチョークコイルの１層目、２層目、３層目のコイル導体層の平面図である。 図３Ａは、実施例１によるコモンモードチョークコイルの斜視図であり、図３Ｂ及び図３Ｃは、それぞれ実施例１の変形例によるコモンモードチョークコイルの斜視図及び底面図である。 図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃは、それぞれ実施例２によるコモンモードチョークコイルの１層目、２層目、及び３層目のコイル導体層の平面図である。 図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃは、それぞれ実施例３によるコモンモードチョークコイルの１層目、２層目、及び３層目のコイル導体層の平面図である。 図６Ａ及び図６Ｂは、それぞれ実施例４によるコモンモードチョークコイルの分解概略斜視図及び側面図である。 図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ実施例５によるコモンモードチョークコイルの１層目及び２層目のコイル導体層の平面図である。 図８Ａ及び図８Ｂは、それぞれ実施例６によるコモンモードチョークコイルの１層目及び２層目のコイル導体層の平面図である。

［実施例１］
図１から図３Ｃまでの図面を参照して、実施例１によるコモンモードチョークコイルについて説明する。

図１に、実施例１によるコモンモードチョークコイルの概略分解斜視図を示す。実施例１によるコモンモードチョークコイルは、複数の絶縁層１１からなる絶縁部材１０と、絶縁部材１０の内部に配置された複数、例えば３本のインダクタ２０と、複数のインダクタ２０の各々の両端にそれぞれ接続された複数の外部電極３０とを有する。絶縁層１１は、例えばフェライト粉末を含有するグリーンシートやガラスペーストを焼成することにより形成される。

絶縁部材１０の内部に、第１の方向（積層方向）に積み重ねられた複数のコイル導体層２１が配置されている。例えば、コイル導体層２１は、それぞれ積層方向に隣接する２つの絶縁層１１の界面に配置される。コイル導体層２１の各々に、インダクタ２０の本数と同じ本数、実施例においては３本のコイル導体２２が含まれる。すなわち、コイル導体層２１の各々は、複数のインダクタ２０のコイル導体２２を１つずつ含む。コイル導体２２は、例えばフォトリソグラフィ技術を用いて銅箔をエッチングする方法、銅ペーストをスクリーン印刷して焼成する方法等により形成される。

３つのインダクタ２０の各々は、コイル導体層２１に含まれるコイル導体２２と、積層方向に隣り合うコイル導体層２１に配置されたコイル導体２２を相互に接続するビア導体２３とを含む。１本のコイル導体２２は、その一方の端部である始点２２ａにおいて、ビア導体２３を介してその下のコイル導体層２１内のコイル導体２２に接続され、他方の端部である終点２２ｂにおいて、他のビア導体２３を介してその上のコイル導体層２１内のコイル導体２２に接続される。図１において、始点２２ａを中空の円で示し、終点２２ｂを塗りつぶしの円で示している。

積層方向に関して両端のコイル導体層２１の外側に、複数の引き出し導体２５が配置されている。複数のインダクタ２０の各々の両端が、それぞれ引き出し導体２５を介して外部電極３０に接続されている。

コイル導体層２１の各々に含まれる３本のコイル導体２２は、３回対称性を有する。すなわち、３本のコイル導体２２からなるパターンは、ある中心点を回転中心として１２０°回転させると元のパターンに重なる。より一般的には、インダクタ２０の本数をｎ（ｎは３以上の整数）とすると、コイル導体層２１の各々に含まれるｎ本のコイル導体２２からなるパターンは、ｎ回対称性を有する。すなわち、ｎ本のコイル導体２２からなるパターンは、ある中心点を回転中心として３６０°／ｎだけ回転させると元のパターンに重なる。ｎ本のインダクタ２０は、全体としても、積層方向に平行な中心軸を回転中心とするｎ回対称性を有する。

例えば、複数のコイル導体層２１の各々に含まれる３本のコイル導体２２は、同一中心かつ同一半径を持つ円弧状のパターンを有する。コイル導体２２で構成される円弧状のパターンの中心角は１２０°よりやや小さい。

図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃに、それぞれ１層目、２層目、３層目のコイル導体層２１の平面図を示す。１つ目のインダクタ２０のコイル導体２２を太い実線で示し、２つ目のインダクタ２０のコイル導体２２を細い実線で示し、３つ目のインダクタ２０のコイル導体２２を破線で示す。

図２Ａから図２Ｃに示すように、３本のコイル導体２２からなるパターンは、同一の中心２６、及び同一の半径ｒを持つ円弧状のパターンを有する。コイル導体２２の一方の端部を始点２２ａといい、他方の端部を終点２２ｂということとする。始点２２ａから終点２２ｂに向かう回転方向が時計回りになるように、始点２２ａ及び終点２２ｂを定義する。

最下層及び最上層以外のコイル導体２２の各々の始点２２ａ（例えば図２Ｂ）は、ビア導体２３（図１）を介してその下のコイル導体２２の終点２２ｂ（例えば図２Ａ）に接続され、終点２２ｂ（例えば図２Ｂ）は、他のビア導体２３（図１）を介してその上のコイル導体２２の始点２２ａ（例えば図２Ｃ）に接続される。このような接続構成を可能にするために、１つのコイル導体２２の終点２２ｂの真上に上層のコイル導体２２の始点２２ａが配置され、１つのコイル導体２２の始点２２ａの真下に下層のコイル導体２２の終点２２ｂが配置される。

最下層（１層目）のコイル導体２２の始点２２ａ（図２Ａ）は、ビア導体２３（図１）を介してその下の引き出し導体２５（図１）に接続されている。最上層のコイル導体２２の終点２２ｂは、他のビア導体２３（図１）を介してその上の引き出し導体２５（図１）に接続されている。

１つのコイル導体２２で構成される円弧パターンの中心角θは、１２０°よりやや小さい。少ない層数でインダクタ２０の巻き数を多くするために、中心角θは、同一層内のコイル導体２２同士が短絡しない範囲でできるだけ大きくすることが好ましい。

異なるコイル導体層２１に含まれるコイル導体２２は、周方向にずれて配置される。コイル導体２２が円弧状であるため、異なるコイル導体層２１でコイル導体２２が周方向にずれても同一の形状を保つことができる。

図３Ａに、実施例１によるコモンモードチョークコイルの斜視図を示す。コモンモードチョークコイルを構成する絶縁部材１０は、ほぼ直方体の外形を有する。直方体の高さ方向が絶縁層１１の積層方向に対応する。相互に反対方向を向く一対の側面に、それぞれ３個の外部電極３０が形成されている。外部電極３０にハッチングを付して示している。外部電極３０の各々は、側面の下端から上端まで達し、底面の一部の領域及び上面の一部の領域まで延びる。外部電極３０は、図１に示したように、インダクタ２０に接続されている。

図３Ｂ及び図３Ｃに、それぞれ実施例１の変形例によるコモンモードチョークコイルの斜視図及び底面図を示す。本変形例においても、コモンモードチョークコイルを構成する絶縁部材１０は、ほぼ直方体の外形を有する。

図３Ｃに示すように、底面に６個の外部電極３０が形成されている。４つの外部電極３０は、それぞれ底面の頂点を含む領域に配置され、残りの２つの外部電極３０は、相互に対向する一対の辺の中点を含む領域に配置されている。図３Ｂに示すように、外部電極３０は、側面の一部の領域まで延びる。

次に、実施例１の効果について説明する。
実施例１においては、３つのインダクタ２０（図１）から選択した２つのインダクタ２０の結合度が、いずれの２つの組み合わせにおいてもほぼ等しい。このため、実施例１によるコモンモードチョークコイルを３ラインの伝送線路に挿入したとき、いずれのライン間でも等しいノーマルモードインピーダンスが得られる。また、巻線構造のコモンモードチョークコイルに比べて、部品の小型化を図ることができる。これにより、コモンモードチョークコイルの実装面積を削減することができる。

上記実施例１では、１つのコイル導体層２１に含まれる複数のコイル導体２２が円周に沿う形状であったが、円周の他に、回転対称性を有する他の平面形状を採用してもよい。インダクタ２０の本数がｎであるとき、コイル導体２２が沿う形状として、ｎ回対称性を有する平面形状を採用することが好ましい。例えば、インダクタ２０の本数が３本であるとき、コイル導体２２が沿う形状として、正三角形、正六角形等を採用することができる。インダクタ２０の本数が４本であるとき、コイル導体２２が沿う形状として、正方形、正八角形等を採用することができる。

コイル導体層２１を積層する層数は、必要とされるインダクタンスに応じて決定することができる。大きなインダクタンスが必要である場合には、コイル導体層２１の層数を増やせばよい。

［実施例２］
図４Ａから図４Ｃまでの図面を参照して、実施例２によるコモンモードチョークコイルについて説明する。以下、実施例１との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。実施例１では、コイル導体層２１に含まれるコイル導体２２が円周に沿う平面形状を有していたが、実施例２では、コイル導体２２が正三角形の外周に沿う平面形状を有する。

図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃに、それぞれ実施例２によるコモンモードチョークコイルの１層目、２層目、及び３層目のコイル導体層２１の平面図を示す。いずれの層においても、コイル導体２２は正三角形の外周に沿う形状を有する。正三角形の頂点に対応する位置においては、コイル導体２２は丸みを帯びている。１つのコイル導体層２１に含まれる３本のコイル導体２２からなるパターンは３回対称性を有する。

１つのコイル導体層２１に含まれるコイル導体２２の終点２２ｂの真上に、上層のコイル導体２２の始点２２ａが配置され、コイル導体２２の始点２２ａの真下に、下層のコイル導体２２の終点２２ｂが配置されている。異なるコイル導体層２１に含まれるコイル導体２２は、周方向にずれて配置される。このため、異なるコイル導体層２１に含まれるコイル導体２２は、同一の平面形状にはならない。

実施例２においても、３つのインダクタ２０（図１）から選択した２つのインダクタ２０の結合度が、いずれの２つの組み合わせにおいてもほぼ等しい。このため、実施例１と同様の効果が得られる。

［実施例３］
図５Ａから図５Ｃまでの図面を参照して、実施例３によるコモンモードチョークコイルについて説明する。以下、実施例１との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。実施例１では、コモンモードチョークコイルが３本のインダクタ２０を含んでいたが、実施例３では、４本のインダクタ２０を含んでいる。

図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃに、それぞれ実施例３によるコモンモードチョークコイルの１層目、２層目、３層目のコイル導体層２１の平面図を示す。コイル導体層２１の各々に４本のコイル導体２２が含まれる。１本目のインダクタ２０のコイル導体２２を太い実線で表し、２本目のインダクタ２０のコイル導体２２を太い破線で表し、３本目のインダクタ２０のコイル導体２２を細い実線で表し、４本目のインダクタ２０のコイル導体２２を細い破線で表す。

１つのコイル導体層２１に含まれる４本のコイル導体２２からなるパターンは、４回対称性を有する。実施例３では、４本のコイル導体２２は、同一の中心２６、及び同一の半径ｒを持つ円弧状の形状を有する。コイル導体２２で構成される円弧パターンの中心角θは、９０°よりやや小さい。

実施例３においては、例えば、各コイル導体層２１において、周方向に隣り合うコイル導体２２の位置関係と、中心を挟んで向かい合うコイル導体２２の位置関係とは同一とはいえない。ただし、４本のワイヤを整列巻きした４本のインダクタを持つコモンモードチョークコイルと比べて、４本のインダクタ２０から選択した２つのインダクタ２０の結合度のばらつきが小さくなる。このため、実施例３によるコモンモードチョークコイルを４ラインの伝送線路に挿入したとき、ライン間のノーマルモードインピーダンスのばらつきを小さくすることできる。

［実施例４］
図６Ａ及び図６Ｂを参照して、実施例４によるコモンモードチョークコイルについて説明する。以下、実施例１との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。実施例１では、複数の絶縁層１１が実装基板に対して垂直方向に積み重ねられていた。実施例４では、実装基板に対して横方向に積み重ねられる。

図６Ａ及び図６Ｂに、それぞれ実施例４によるコモンモードチョークコイルの分解概略斜視図及び側面図を示す。図６Ｂにおいて、実際には外部からは見えないコモンモードチョークコイル内部のコイル導体２２が示されている。複数の絶縁層１１が横方向に積み重ねられている。最も端の絶縁層１１の外側の表面に３個の外部電極３０が形成されている。図６Ａ及び図６Ｂにおいて、外部電極３０にハッチングが付されている。外部電極３０は、絶縁層１１の積層方向と直交し、かつ実装基板と平行な方向に３個の外部電極３０が並んで配置されている。

図６Ｂに示すように、最も端のコイル導体層２１に含まれる３本のコイル導体２２の始点２２ａが、それぞれ外部電極３０と重なる。これらの始点２２ａと外部電極３０とは、絶縁層１１を厚さ方向に貫通するビア導体２３（図１）を介して接続される。これらのビア導体２３が、実施例１の引き出し導体２５（図１）として作用する。

図６Ｂに示した側面とは反対側の側面においては、最も端のコイル導体層２１に含まれる３本のコイル導体２２の終点２２ｂが、それぞれ外部電極３０にビア導体２３（図１）を介して接続される。

実施例４によるコモンモードチョークコイルの外部電極３０は、図３Ａに示した外部電極３０に対応する。図３Ａにおいて、絶縁層１１の積層方向は左右方向に相当する。

実施例４においては、実施例１と比べて引き出し導体２５（図１）を短くすることができる。また、３つのインダクタ２０の間で、引き出し導体２５の長さが同一になる。このため、引き出し導体２５自体が有する自己インダクタンスのばらつきに起因するノーマルモードインピーダンスのばらつきを抑制することができる。

［実施例５］
図７Ａ及び図７Ｂを参照して実施例５によるコモンモードチョークコイルについて説明する。以下、実施例１との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。実施例１では、１つのコイル導体層２１に含まれるコイル導体２２の始点２２ａを通過する半径と終点２２ｂを通過する半径とのなす角度は１２０°未満であった。実施例５では、１つのコイル導体層２１に含まれるコイル導体２２の始点２２ａを通過する半径と終点２２ｂを通過する半径とのなす角度が１２０°より大きい。

図７Ａ及び図７Ｂに、それぞれ実施例５によるコモンモードチョークコイルの１層目及び２層目のコイル導体層２１の平面図を示す。１つのコイル導体層２１に３本のコイル導体２２が含まれている。コイル導体２２の始点２２ａを通過する半径と終点２２ｂを通過する半径とのなす角度が１２０°より大きいため、３本のコイル導体２２を相互に接触させることなく１つの円周上に配置することはできない。

１つのコイル導体２２は、共通の中心２６を持ち半径の異なる複数の円弧パターンを連結した形状を有する。実施例５においても、１つのコイル導体層２１に含まれる３本のコイル導体２２からなるパターンは、３回対称性を有する。図７Ａに示した１層目のコイル導体層２１においては、コイル導体２２上の仮想点を始点２２ａから終点２２ｂに向かって時計回りに進めると、円弧パターンの半径が段階的に大きくなる。図７Ｂに示した２層目のコイル導体層２１においては、その逆に、コイル導体２２上の仮想点を始点２２ａから終点２２ｂに向かって時計回りに進めると、円弧パターンの半径が段階的に小さくなる。このように、円弧パターンの半径を段階的に大きくまたは小さくすることにより、コイル導体２２同士の接触が回避されている。１層目と同様のパターンを有するコイル導体層２１と、２層目と同様のパターンを有するコイル導体層２１とが交互に積み重ねられている。

実施例５においても、３つのインダクタ２０から選択した２つのインダクタ２０の結合度が、いずれの２つの組み合わせにおいてもほぼ等しい。このため、実施例１と同様の効果が得られる。さらに、実施例５において、より少ない層数で、インダクタ２０の巻き数を多くすることができる。

［実施例６］
図８Ａ及び図８Ｂを参照して実施例６によるコモンモードチョークコイルについて説明する。以下、実施例５との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。

図８Ａ及び図８Ｂに、それぞれ実施例６によるコモンモードチョークコイルの１層目及び２層目のコイル導体層２１の平面図を示す。実施例５では、コイル導体２２上の仮想点を始点２２ａから終点２２ｂに向かって時計回りに進めると、円弧パターンの半径が段階的に大きくまたは小さくなったが、実施例６においては、半径が徐々に大きくまたは小さくなる。すなわち、１つのコイル導体層２１に含まれる３本のコイル導体２２は、多条スパイラル形状を有する。

実施例６においても、３つのインダクタ２０から選択した２つのインダクタ２０の結合度が、いずれの２つの組み合わせにおいてもほぼ等しい。このため、実施例５と同様の効果が得られる。

上述の各実施例は例示であり、異なる実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

１０ 絶縁部材
１１ 絶縁層
２０ インダクタ
２１ コイル導体層
２２ コイル導体
２２ａ コイル導体の一方の端部（始点）
２２ｂ コイル導体の他方の端部（終点）
２３ ビア導体
２５ 引き出し導体
２６ 中心
３０ 外部電極

Claims (4)

1. 積層された複数の絶縁層からなる絶縁部材と、
   前記絶縁部材の内部に配置されたｎ本のインダクタと
   を有し、
   前記ｎは３または４であり、
   前記インダクタの各々は、前記複数の絶縁層の積層方向に隣接する２つの絶縁層の界面に配置された複数のコイル導体層にそれぞれ含まれるコイル導体と、前記積層方向に隣り合う前記コイル導体層に含まれる前記コイル導体を相互に接続するビア導体とを含み、
   前記複数のコイル導体層の各々に前記インダクタのｎ本の前記コイル導体が含まれ、前記複数のコイル導体層の各々に含まれる前記コイル導体からなるパターンはｎ回対称性を有し、
   前記複数のコイル導体層の各々に含まれるｎ本の前記コイル導体は、同一中心かつ同一半径を持つ円弧状のパターンを有し、前記複数のコイル導体層の各々に含まれる前記コイル導体の始点を通過する半径と終点を通過する半径とのなす角度が３６０°／ｎ未満であるコモンモードチョークコイル。
2. 前記絶縁部材の内部に配置された前記インダクタの本数は３本である請求項１に記載のコモンモードチョークコイル。
3. さらに、
   前記絶縁部材の表面に配置された複数の外部電極と、
   前記複数の外部電極とｎ本の前記インダクタとをそれぞれ接続する引き出し導体と
   を有する請求項１または２に記載のコモンモードチョークコイル。
4. 前記絶縁部材の内部に配置された前記インダクタの本数は４本である請求項１に記載のコモンモードチョークコイル。
   

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