(57)【要約】【課題】スパイラル状導体間の容量成分が低減されたコモンモードチョークコイルを提供する。【解決手段】絶縁層１２２の上面１２２ａに形成されたスパイラル状導体１４１と、絶縁層１２３の下面１２３ｂに形成されたスパイラル状導体１４２と、絶縁層１２２，１２３間に配置された枠状体のスペーサ１９０とを備える。スペーサ１９０によってスパイラル状導体１４１，１４２間に空洞１９１が形成されることから、これらスパイラル状導体１４１，１４２間に生じる容量成分が非常に小さくなる。これにより、従来の一般的なコモンモードチョークコイルに比べて優れた高周波特性を得ることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに向き合うように平行に配置された第１及び第２のスパイラル状導体を備えるコモンモードチョークコイルであって、前記第１及び第２のスパイラル状導体間に空洞が設けられていることを特徴とするコモンモードチョークコイル。
【請求項２】
前記第１のスパイラル状導体内の隣接部分及び前記第２のスパイラル状導体内の隣接部分にも空洞が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のコモンモードチョークコイル。
【請求項３】
前記第１のスパイラル状導体から見て前記第２のスパイラル状導体とは反対側に配置された第１の絶縁層と、前記第２のスパイラル状導体から見て前記第１のスパイラル状導体とは反対側に配置された第２の絶縁層と、前記第１及び第２の絶縁層間に設けられ、前記第１及び第２のスパイラル状導体間に前記空洞を形成するスペーサとをさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のコモンモードチョークコイル。
【請求項４】
前記スペーサは、前記第１及び第２のスパイラル状導体の外周を取り囲む枠状体であることを特徴とする請求項３に記載のコモンモードチョークコイル。
【請求項５】
前記スペーサは、前記第１及び第２のスパイラル状導体間に設けられた、多孔質構造を有する絶縁体であることを特徴とする請求項３に記載のコモンモードチョークコイル。
【請求項６】
前記第１及び第２のスパイラル状導体の少なくとも一方は、表面が絶縁薄膜で覆われていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のコモンモードチョークコイル。
【請求項７】
前記第１及び第２のスパイラル状導体を挟んで両側に設けられた一対の磁性体基板をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のコモンモードチョークコイル。
【請求項８】
第１の絶縁層上に第１のスパイラル状導体が形成された第１のコイル部を作成する工程と、第２の絶縁層上に第２のスパイラル状導体が形成された第２のコイル部を作成する工程と、前記第１及び第２のスパイラル状導体間に空洞が形成されるよう、スペーサを介して前記第１及び第２のコイル部を積層する工程とを備えることを特徴とするコモンモードチョークコイルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はコモンモードチョークコイル及びその製造方法に関し、特に、高周波特性が改善されたコモンモードチョークコイル及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高速な信号伝送インターフェースとして、ＵＳＢ２．０規格やＩＥＥＥ１３９４規格が広く普及し、パーソナルコンピュータやデジタルカメラなど数多くのデジタル機器に用いられている。ＵＳＢ２．０規格やＩＥＥＥ１３９４規格などのインターフェースは、古くから一般的であったシングルエンド伝送方式とは異なり、一対の信号線を用いて差動信号を伝送する差動信号方式が採用されている。
【０００３】
差動伝送方式は、シングルエンド伝送方式と比べて信号線から発生する放射電磁界が少ないだけでなく、外来ノイズの影響を受けにくいという優れた特徴を有している。このため、信号の小振幅化が容易であり、小振幅化による立ち上がり時間及び立ち下がり時間の短縮によって、シングルエンド伝送方式よりも高速な信号伝送を行うことが可能となる。
【０００４】
図８は、一般的な差動伝送回路の回路図である。
【０００５】
図８に示す差動伝送回路は、一対の信号線１１，１２と、信号線１１，１２に差動信号を供給する出力バッファ１３と、信号線１１，１２からの差動信号を受ける入力バッファ１４とを備えている。かかる構成により、出力バッファ１３に与えられる入力信号ＩＮは、一対の信号線１１，１２を経由して入力バッファ１４へ伝えられ、出力信号ＯＵＴとして再生される。このような差動伝送回路は、上述の通り、信号線１１，１２から発生する放射電磁界が少ないという特徴を有しているが、信号線１１，１２に共通のノイズ（コモンモードノイズ）が重畳した場合には比較的大きな放射電磁界を発生させてしまう。コモンモードノイズによって発生する放射電磁界を低減するためには、図８に示すように、信号線１１，１２にコモンモードチョークコイル２０を挿入することが有効である。
【０００６】
コモンモードチョークコイル２０は、信号線１１，１２を伝わる差動成分（信号）に対するインピーダンスが低く、同相成分（コモンモードノイズ）に対するインピーダンスが高いという特性を有している。このため、信号線１１，１２にコモンモードチョークコイル２０を挿入することにより、差動信号を実質的に減衰させることなく、一対の信号線１１，１２を伝わるコモンモードノイズを遮断することができる。コモンモードチョークコイル２０としては、例えば特許文献１に記載された素子が知られている。
【０００７】
コモンモードチョークコイルは、差動信号を全く減衰させないのが理想的であるが、実際には周波数が高くなるにつれて、差動信号もある程度減衰させてしまう。差動信号が３ｄＢ減衰する周波数は「カットオフ周波数」と呼ばれ、コモンモードチョークコイルの高周波特性を表す重要なパラメータとして評価される。近年では、非常に高いデータ転送レートが要求されており、これにより差動信号の周波数も年々高められている。このため、コモンモードチョークコイルのカットオフ周波数を高めることは、信号品質を高める上で非常に重要となる。
【０００８】
しかしながら、従来のコモンモードチョークコイルでは、カットオフ周波数を高めることは困難であった。以下にその理由を説明する。
【０００９】
図９は、一般的なコモンモードチョークコイルの略断面図である。
【００１０】
図９に示すように、一般的なコモンモードチョークコイル３０は、樹脂からなる複数の絶縁層４１〜４３と、これら絶縁層の内部に形成された一対のスパイラル状導体５１，５２と、絶縁層の両側に配置された磁性体基板６１，６２によって構成されている。スパイラル状導体５１，５２は、互いに向き合うように平行に配置されており、これらの間には絶縁層４２が介在している。このため、スパイラル状導体５１，５２間には、絶縁層４２の厚さ及び比誘電率、並びに、スパイラル状導体５１，５２の導体幅で決まる所定の容量成分が生じ、これが大きいとコモンモードチョークコイルのカットオフ周波数を低下させてしまう。
【特許文献１】特開平８−２０３７３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このような容量成分を低減する方法としては、絶縁層４２の厚さを厚くする方法が考えられる。しかしながら、この方法では、スパイラル状導体５１，５２間の距離が遠くなることから、磁気結合が低減してしまう。
【００１２】
また、容量成分を低減する別の方法として、絶縁層４２の材料として低誘電率材料を用いる方法も考えられる。しかしながら、絶縁層４２に要求される特性を十分に満たす低誘電率材料は今のところ見あたらない。
【００１３】
また、容量成分を低減するさらに別の方法として、スパイラル状導体５１，５２の導体幅を狭くする方法も考えられる。しかしながら、導体幅を狭くすると直流抵抗が増大するとともに、磁気結合も低減してしまう。また、導体幅の縮小にはそもそもプロセス上の限界がある。
【００１４】
本発明は、このような問題を解決すべくなされたものであって、スパイラル状導体間に生じる容量成分を低減することにより、コモンモードチョークコイルの高周波特性を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明によるコモンモードチョークコイルは、互いに向き合うように平行に配置された第１及び第２のスパイラル状導体を備えるコモンモードチョークコイルであって、前記第１及び第２のスパイラル状導体間に空洞が設けられていることを特徴とする。また、本発明によるコモンモードチョークコイルの製造方法は、第１の絶縁層上に第１のスパイラル状導体が形成された第１のコイル部を作成する工程と、第２の絶縁層上に第２のスパイラル状導体が形成された第２のコイル部を作成する工程と、前記第１及び第２のスパイラル状導体間に空洞が形成されるよう、スペーサを介して前記第１及び第２のコイル部を積層する工程とを備えることを特徴とする。
【００１６】
このように、本発明によるコモンモードチョークコイルは、磁気結合する第１及び第２のスパイラル状導体間に空洞が形成されていることから、比誘電率＝１である絶縁層を用いたのとほぼ同じ効果が得られ、スパイラル状導体間に生じる容量成分が非常に小さくなる。また、本発明によるコモンモードチョークコイルは、前記第１のスパイラル状導体内の隣接部分及び前記第２のスパイラル状導体内の隣接部分にも空洞が設けられていることが好ましい。これによれば、第１及び第２のスパイラル状導体自体に存在する容量成分についても低減することが可能となる。
【００１７】
尚、本発明における「空洞」は、スパイラル状導体間の容量成分の低減を目的として設けられるものであり、したがって、実質的に容量成分の低減に寄与しないような僅かな空洞が設けられているようなケースを含む意ではない。
【００１８】
本発明によるコモンモードチョークコイルは、前記第１のスパイラル状導体から見て前記第２のスパイラル状導体とは反対側に配置された第１の絶縁層と、前記第２のスパイラル状導体から見て前記第１のスパイラル状導体とは反対側に配置された第２の絶縁層と、前記第１及び第２の絶縁層間に設けられ、前記第１及び第２のスパイラル状導体間に前記空洞を形成するスペーサとをさらに備えることが好ましい。これによれば、スペーサによって第１及び第２のスパイラル状導体間の空洞を確実に形成することが可能となる。
【００１９】
この場合、前記スペーサは、前記第１及び第２のスパイラル状導体の外周を取り囲む枠状体であっても構わないし、前記第１及び第２のスパイラル状導体間に設けられた多孔質構造を有する絶縁体であっても構わない。前者によれば、第１及び第２のスパイラル状導体間のほぼ全てが空洞となることから、容量成分を非常に小さくすることが可能となる。また、後者によれば、第１及び第２のスパイラル状導体間の短絡を確実に防止することが可能となる。
【００２０】
本発明において、前記第１及び第２のスパイラル状導体の少なくとも一方は、表面が絶縁薄膜で覆われていることが好ましい。これによれば、第１及び第２のスパイラル状導体間の短絡を防止することができるとともに、導体の表面が保護されることから製品の信頼性を高めることが可能となる。
【００２１】
本発明によるコモンモードチョークコイルは、前記第１及び第２のコイル導体を挟んで両側に設けられた一対の磁性体基板をさらに備えることが好ましい。これによれば、第１及び第２のコイル導体の磁気結合をより高めることが可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
このように、本発明によれば、磁気結合するスパイラル状導体間に空洞が形成されることから、これらスパイラル状導体間に生じる容量成分が大幅に低減する。これにより、カットオフ周波数などの高周波特性に優れたコモンモードチョークコイルを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００２４】
図１は、本発明の好ましい第１の実施形態によるコモンモードチョークコイル１００の構造を示す略分解斜視図であり、図２は、本実施形態によるコモンモードチョークコイル１００を組み立てた状態を示す略斜視図である。
【００２５】
図１に示すように、本実施形態によるコモンモードチョークコイル１００は、基板１１１，１１２と、基板１１１，１１２間に設けられた絶縁層１２１〜１２４と、所定の絶縁層に形成された導体パターンとを備えた積層型のコモンモードチョークコイルである。ここで、「積層型のコモンモードチョークコイル」とは、絶縁層を介して平面的な導体パターンが複数積層されたタイプのコモンモードチョークコイルを指し、ドラムに導線を巻回したタイプのコモンモードチョークコイルと区別される。
【００２６】
基板１１１，１１２の材料については特に限定されないが、透磁率の高い材料、例えばフェライトなどの磁性材料を用いることが好ましい。これは、基板１１１，１１２の材料として磁性材料を用いることにより、磁気結合が高められるからである。また、絶縁層１２１〜１２４の材料については、特に限定されないが、ポリイミドなどの非磁性体材料を用いることが好ましい。
【００２７】
絶縁層に形成された導体パターンは、各絶縁層１２１〜１２３の表面に形成された内部電極１３１〜１３４と、絶縁層１２２，１２３の表面にそれぞれ形成されたスパイラル状導体１４１，１４２と、絶縁層１２１，１２３の表面にそれぞれ形成された接続導体１５１，１５２とを含んでいる。図２に示すように、スパイラル状導体１４１，１４２は、いずれも基板１１１，１１２の主面に対して平行な平面状コイルである。尚、これらの導体パターンは、絶縁層上に、スパッタリング法、蒸着法、メッキ法などのいわゆる薄膜プロセスによって形成することができる。
【００２８】
図２に示すように、スパイラル状導体１４１は絶縁層１２２の上面１２２ａに設けられている一方、スパイラル状導体１４２は絶縁層１２３の下面１２３ｂに設けられている。尚、図２では、絶縁層１２３の下面１２３ｂが見えないことから、スパイラル状導体１４２を絶縁層１２３から分離した状態で示している。
【００２９】
絶縁層１２２の上面１２２ａと絶縁層１２３の下面１２３ｂは、互いに向き合う面である。このため、このままの状態で積層するとスパイラル状導体１４１とスパイラル状導体１４２が接触してしまうが、本実施形態によるコモンモードチョークコイル１００では、絶縁層１２２と絶縁層１２３との間にスペーサ１９０が配置されている。これにより、スパイラル状導体１４１とスパイラル状導体１４２は一定の距離を持って離間した状態に保持される。
【００３０】
本実施形態において用いるスペーサ１９０は、スパイラル状導体１４１，１４２の外周を取り囲む枠状体である。スペーサ１９０の厚さとしては、スパイラル状導体１４１とスパイラル状導体１４２が接触しないよう、これらの厚さの和を超える厚さに設定する必要がある。
【００３１】
図３は、図２示すＢ断面の略断面図である。
【００３２】
図３に示すように、スパイラル状導体１４１，１４２は、互いに向き合うように平行に配置されており、これらの間にはスペーサ１９０によって形成された空洞１９１が存在している。このような構造により、スパイラル状導体１４１，１４２間の比誘電率がほぼ１となることから、両者間にて生じる容量成分が低減する。また、本実施形態では、同じスパイラル状導体内の隣接部分、例えば、スパイラル状導体１４１のうち、相対的に内周に位置する部分と相対的に外周に位置する部分との間にも空洞１９１が存在している。このため、スパイラル状導体１４１，１４２自体に存在する容量成分についても低減される。
【００３３】
このように、スパイラル状導体１４１，１４２は空洞１９１を介して向かい合うように配置されていることから、両者は互いに磁気結合する。図１に示したように、スパイラル状導体１４１の一端は内部電極１３１に接続されており、他端は接続導体１５１を介して内部電極１３３に接続されている。また、スパイラル状導体１４２の一端は内部電極１３２に接続されており、他端は接続導体１５２を介して内部電極１３４に接続されている。尚、内部電極１３１〜１３４は、それぞれ図２に示した外部電極１０１〜１０４に接続される導体パターンである（図１では、外部電極１０１〜１０４の図示を省略してある）。
【００３４】
そして、図１に示す矢印Ａからみた場合、スパイラル状導体１４１，１４２は、いずれも一端から他端に向かっていずれも左回り（反時計回り）に巻回されている。したがって、外部電極１０１，１０２を一対の入力端子とすれば、スパイラル状導体１４１，１４２は、互いに同方向に磁気結合することになる。ここで、「互いに同方向に磁気結合」とは、同相成分に対しては互いに磁束を強め合い、差動成分に対しては互いに磁束を打ち消し合うように磁気結合していることを言う。
【００３５】
このように、本実施形態によるコモンモードチョークコイル１００では、絶縁層１２２と絶縁層１２３との間に枠状体のスペーサ１９０が配置されていることから、スパイラル状導体１４１，１４２間に空洞１９１が形成される。これにより、スパイラル状導体１４１，１４２間の容量成分が減少することから、カットオフ周波数などの高周波特性が向上し、高速データ転送の要求に応えることが可能となる。
【００３６】
本実施形態によるコモンモードチョークコイル１００の製造方法については特に限定されないが、例えば、図１に示すコイル部Ｃ１とコイル部Ｃ２を別個に作成し、スパイラル状導体１４１，１４２間に空洞１９１が形成されるよう、スペーサ１９０を介してこれらコイル部Ｃ１，Ｃ２を積層することにより作製することができる。ここで、コイル部Ｃ１とは、絶縁層１２１，１２２及びこれらの表面に形成された導体パターンを指し、コイル部Ｃ２とは、絶縁層１２３，１２４及びこれらの表面に形成された導体パターンを指す。
【００３７】
また、上記実施形態では、枠状体のスペーサ１９０として単体の部品を用いているが、略断面図である図４に示すように、基板１１１，１１２の外周を枠状に突起させれば、単体の部品としてのスペーサ１９０を省略することも可能である。但し、この場合は基板１１１，１１２の加工に高い精度が要求されることになる。
【００３８】
尚、本実施形態によるコモンモードチョークコイル１００では、スパイラル状導体１４１，１４２が空洞１９１を介して向き合っていることから、空洞に異物が混入すると両者が短絡するおそれが生じる。これを防止するためには、図５に示すように、スパイラル状導体１４１，１４２の少なくとも一方（図５ではスパイラル状導体１４１のみ）の表面を絶縁薄膜１９２で覆えばよい。また、スパイラル状導体１４１，１４２の両方を絶縁薄膜で覆えば、導体の表面が物理的・化学的に保護されることから、製品の信頼性を高めることも可能となる。
【００３９】
絶縁薄膜１９２の厚さとしては、短絡を防止可能な範囲でできる限り薄いことが好ましい。これは、絶縁薄膜１９２が厚くなれば厚くなるほど、スパイラル状導体１４１，１４２間の容量成分が増大し、空洞１９１を設けたメリットが少なくなるからである。
【００４０】
次に、本発明の好ましい第２の実施形態について説明する。
【００４１】
図６は、本発明の好ましい第２の実施形態によるコモンモードチョークコイル２００の構造を示す略分解斜視図である。本実施形態によるコモンモードチョークコイル２００の外形は図２に示した通りである。
【００４２】
図６に示すように、本実施形態によるコモンモードチョークコイル２００は、枠状体のスペーサ１９０の代わりに板状体のスペーサ２９０が用いられている点において、第１の実施形態によるコモンモードチョークコイル１００と相違している。その他の点については、基本的に第１の実施形態によるコモンモードチョークコイル１００と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４３】
スペーサ２９０は、多孔質構造を有する絶縁体である。したがって、スペーサ２９０の内部には、微小な空洞が多数存在している。
【００４４】
図７は、本実施形態によるコモンモードチョークコイル２００の略断面図である。
【００４５】
図７に示すように、本実施形態によるコモンモードチョークコイル２００においては、スパイラル状導体１４１，１４２間にスペーサ２９０が介在することになる。このスペーサ２９０は、多孔質構造を有する絶縁体であることから、両者間には微小な空洞（図示せず）が多数形成されることになる。このため、本実施形態によるコモンモードチョークコイル２００も、第１の実施形態によるコモンモードチョークコイル１００と同様の効果を得ることが可能となる。
【００４６】
しかも、本実施形態によるコモンモードチョークコイル２００は、スパイラル状導体１４１，１４２間にスペーサ２９０が物理的に存在することから、両者の短絡を効果的に防止することが可能となる。
【００４７】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００４８】
例えば、上記各実施形態では、一対のコイル導体の両側に基板が設けられているが、これら基板の一方又は両方を省略しても構わない。
【００４９】
また、第１の実施形態では、スパイラル状導体１４１，１４２の全外周を取り囲む枠状のスペーサ１９０を用いているが、スパイラル状導体１４１，１４２間に空洞を形成可能である限り、スパイラル状導体１４１，１４２の全外周を取り囲むことは必須でない。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の好ましい第１の実施形態によるコモンモードチョークコイル１００の構造を示す略分解斜視図である。
【図２】コモンモードチョークコイル１００を組み立てた状態を示す略斜視図である。
【図３】図２示すＢ断面の略断面図である。
【図４】コモンモードチョークコイル１００の変形例を示す略斜視図である。
【図５】コモンモードチョークコイル１００の他の変形例を示す略斜視図である。
【図６】本発明の好ましい第２の実施形態によるコモンモードチョークコイル２００の構造を示す略分解斜視図である。
【図７】コモンモードチョークコイル２００の略断面図である。
【図８】一般的な差動伝送回路の回路図である。
【図９】一般的なコモンモードチョークコイルの略断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１１，１２      信号線
１３      出力バッファ
１４      入力バッファ
２０，３０      コモンモードチョークコイル
４１〜４３      絶縁層
５１，５２      スパイラル状導体
６１，６２      磁性体基板
１００，２００      コモンモードチョークコイル
１０１〜１０４      外部電極
１１１，１１２      基板
１２１〜１２４      絶縁層
１２２ａ      絶縁層の上面
１２３ｂ      絶縁層の下面
１３１〜１３４      内部電極
１４１，１４２      スパイラル状導体
１５１，１５２      接続導体
１９０，２９０      スペーサ
１９１      空洞
１９２      絶縁薄膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008108903.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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