(57)【要約】【課題】低価格化を図ることができるだけでなく、十分なノイズ抑制効果を得ることができるコモンモードチョークコイル実装構造を提供する。【解決手段】コモンモードチョークコイル１を、配線基板１００上の差動伝送路１１０に実装した。配線基板１００は、コモンモードチョークコイル１の実装部位の真下に、グランド層１０１を有している。積層体４は、コイル５１，５２を覆う非磁性の絶縁部４０を最上部に有している。そして、コモンモードチョークコイル１は、磁性体基板３を上方に向け且つ積層体４の絶縁部４０を下側に向けた状態で差動伝送路１１０に実装されている。好ましくは、絶縁部４０を樹脂材料で形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のコイルを内包した積層体を磁性体基板上に有したチップ体と、各コイルの両端部にそれぞれ接続された複数の外部電極とを備えるコモンモードチョークコイルを、配線基板上に設けられた差動伝送路に実装したコモンモードチョークコイル実装構造であって、
上記配線基板は、上記コモンモードチョークコイルが実装される部位の真下に、コモンモードチョークコイルの実装面積よりも広いグランド層を有し、
上記積層体は、上記複数のコイルを上方より覆う非磁性の絶縁部を積層体の最上部に有し、
上記コモンモードチョークコイルは、上記磁性体基板を上方に向け且つ上記積層体の絶縁部を下側に向けた状態で上記差動伝送路に実装されている、
ことを特徴とするコモンモードチョークコイル実装構造。
【請求項２】
請求項１に記載のコモンモードチョークコイル実装構造において、
上記絶縁部は、樹脂材料、ガラス又はガラスセラミクスにいずれかで形成されている、
ことを特徴とするコモンモードチョークコイル実装構造。
【請求項３】
請求項１に記載のコモンモードチョークコイル実装構造において、
上記絶縁部は、樹脂基板である、
ことを特徴とするコモンモードチョークコイル実装構造。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載のコモンモードチョークコイル実装構造において、
上記樹脂は、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ペンゾシクロブテン樹脂のいずれかである、
ことを特徴とするコモンモードチョークコイル実装構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、差動伝送路上の輻射ノイズを抑制することが可能なコモンモードチョークコイル実装構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＵＳＢ等の差動伝送路に実装するチップ型のコモンモードチョークコイルでは、積層体を上下１対の磁性体基板で挟み、複数のコイルをこの積層体内に内包し、コイルの引き出し端部を、積層体の外側に形成された外部電極にそれぞれ接続した構成になっている（例えば、特許文献１参照）。
このようなコモンモードチョークコイルは、下方の磁性体基板を差動伝送路上に載せ、外部電極を半田付けする等して、差動伝送路に実装される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−０９８６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記した従来のコモンモードチョークコイル実装構造では、次のような問題がある。
過度にハイスペックな特性を必要としない用途向けに、低いコストでコモンモードチョークコイルを実装したい場合がある。磁性体基板を２枚使用するような従来のコモンモードチョークコイルでは、その低価格化が困難であり、かかる場合に対応することができない。
かといって、差動伝送路に接続されていない上方の磁性体基板を取り除いて、コモンモードチョークコイルの低コスト化を図ると、輻射ノイズに対する抑制効果が劣化してしまう。
【０００５】
この発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、低価格化を図ることができるだけでなく、十分なノイズ抑制効果を得ることができるコモンモードチョークコイル実装構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、複数のコイルを内包した積層体を磁性体基板上に有したチップ体と、各コイルの両端部にそれぞれ接続された複数の外部電極とを備えるコモンモードチョークコイルを、配線基板上に設けられた差動伝送路に実装したコモンモードチョークコイル実装構造であって、  配線基板は、コモンモードチョークコイルが実装される部位の真下に、コモンモードチョークコイルの実装面積よりも広いグランド層を有し、積層体は、複数のコイルを上方より覆う非磁性の絶縁部を積層体の最上部に有し、コモンモードチョークコイルは、磁性体基板を上方に向け且つ積層体の絶縁部を下側に向けた状態で差動伝送路に実装されている構成とした。
かかる構成により、コモンモード電流が、配線基板上の差動伝送路に生じると、コモンモード電流が、差動伝送路上のコモンモードチョークコイルに流入する。すると、複数のコイルを流れる電流による磁束が強め合い、コモンモードチョークコイルが高インピーダンスとなって、コモンモード電流を遮断する。
このとき、コモンモードチョークコイルが、磁性体基板を上方に向け且つ積層体の絶縁部を下側に向けた状態で差動伝送路に実装されているので、コモンモードチョークコイル内に生じた磁界は、上方の磁性体基板と下方のグランド層によって上下からシールドされる。このため、磁界がコモンモードチョークコイル内に閉じこめられ、複数のコイル間の磁気的結合度が高まる。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載のコモンモードチョークコイル実装構造において、絶縁部は、樹脂材料、ガラス又はガラスセラミクスにいずれかで形成されている構成とした。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１に記載のコモンモードチョークコイル実装構造において、絶縁部は、樹脂基板である構成とした。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項２又は請求項３に記載のコモンモードチョークコイル実装構造において、樹脂は、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ペンゾシクロブテン樹脂のいずれかである構成とした。
【発明の効果】
【００１０】
以上詳しく説明したように、この発明のコモンモードチョークコイル実装構造によれば、１つの磁性体基板しか用いていないコモンモードチョークコイルを実装するので、２つの磁性体基板を用いる従来のコモンモードチョークコイルを実装する場合に比べて、低価格化が可能である。しかも、コモンモードチョークコイル内に生じた磁界を、上方の磁性体基板と下方のグランド層によって上下からシールドして、磁界をコモンモードチョークコイル内に閉じ込めて、複数のコイルの磁気的結合度を高める構造であるので、十分なノイズ抑制効果を得ることができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の一実施例に係るコモンモードチョークコイル実装構造を示す斜視図である。
【図２】この実施例に適用されるコモンモードチョークコイルの外観図である。
【図３】図２のコモンモードチョークコイルを示す分解斜視図である。
【図４】コモンモードチョークコイルと差動伝送路との電気的接続構造を模式的に示す概略断面図である。
【図５】磁性体基板を下側に向けてコモンモードチョークコイルを実装した場合の磁界状態を示す概略図である。
【図６】絶縁部を下側に向けてコモンモードチョークコイルを実装した場合の磁界状態を示す概略図である。
【図７】近傍磁界の測定系を示す概略システム図である。
【図８】通常の実装構造による磁界強度分布図である。
【図９】この実施例の実装構造による磁界強度分布図である。
【図１０】受信感度の測定系を示す概略システム図である。
【図１１】８４チャンネル及び８５チャンネルでの受信感度を示す線図である。
【図１２】１０１２チャンネル及び１０１３チャンネルでの受信感度を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明の最良の形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
（実施例１）
図１は、この発明の一実施例に係るコモンモードチョークコイル実装構造を示す斜視図であり、図２は、この実施例に適用されるコモンモードチョークコイルの外観図であり、図３は、図２のコモンモードチョークコイルを示す分解斜視図である。
【００１４】
図１に示すように、この実施例のコモンモードチョークコイル実装構造は、コモンモードチョークコイル１を配線基板１００上に設けられた差動伝送路１１０に実装したものである。
【００１５】
図２に示すように、コモンモードチョークコイル１は、チップ体２と４つの外部電極６−１〜６−４とを備えている。
チップ体２は、フェライト等の磁性体基板３と磁性体基板３上に積層された積層体４とで構成されている。
積層体４には、１対のコイル５１，５２が内包され、外部電極６−１〜６−４が、チップ体２の外側に形成されている。具体的には、外部電極６−１，６−２は、コイル５１の両端部にそれぞれ電気的に接続され、外部電極６−３，６−４は、コイル５２の両端部にそれぞれ電気的に接続されている。
【００１６】
ここで、積層体４について詳しく述べる。
図３において、層４１〜４２は、絶縁性有する層であり、層４１は、磁性体基板３上に積層されている。そして、コイル５１がこの層４１上にパターン形成されると共に、その外側端部５１ａが層４１の右後縁部（図３の裏面側右縁部）に形成されている。そして、層４２がコイル５１上に積層され、コイル５１の内側端部５１ｂが、層４２の右前縁部（図３の表面側道縁部）に形成され、スルーホール４２ａを通じてコイル５１の内端５１ｃに電気的に接続されている。
さらに、層４３がコイル５１の内側端部５１ｂ上に積層され、コイル５２がこの層４３上にパターン形成されると共に、その外側端部５２ａが層４３の左後縁部に形成されている。そして、層４４がコイル５２上に積層され、コイル５２の内側端部５２ｂが、層４４の左前縁部に形成され、スルーホール４４ａを通じてコイル５２の内端５２ｃに電気的に接続されている。
この内側端部５２ｂ上に、層４５が積層され、層状の絶縁部４０が、この層４５上に積層されている。
【００１７】
すなわち、積層体４は、コイル５１，５２を上方より覆う絶縁部４０を最上部に有している。
絶縁部４０は、非磁性の絶縁材料で形成されている。この実施例では、この絶縁部４０として、樹脂材料であるポリイミド樹脂を用いている。
【００１８】
一方、 図１に示すように、配線基板１００は、例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus） の送信基板であり、表面に送信ＩＣ（Integrated Circuit）１２１とコネクタ１２２とが設けられている。差動伝送路１１０は１対の線路１１１，１１２で構成され、これら線路１１１，１１２によって、送信ＩＣ１２１とコネクタ１２２とが電気的に接続されている。
また、この配線基板１００の裏面には、コモンモードチョークコイル１の実装面積よりも広いベタのグランド層１０１が形成され、このグランド層１０１が、コモンモードチョークコイル１の実装部位の真下に位置する。なお、この実施例では、ベタのグランド層１０１を例示するが、グランド層１０１としては、コモンモードチョークコイル１の実装部位の真下に位置し、コモンモードチョークコイル１の実装面積よりも広いものであれば、ベタの層でなくとも良い。
【００１９】
コモンモードチョークコイル１は、上記のような配線基板１００上に実装されている。
図４は、コモンモードチョークコイル１と差動伝送路１１０との電気的接続構造を模式的に示す概略断面図である。
図４に示すように、コモンモードチョークコイル１は、磁性体基板３を上方に向け且つ積層体４の絶縁部４０を下側に向けた状態で差動伝送路１１０に実装されている。
具体的には、コモンモードチョークコイル１の絶縁部４０が差動伝送路１１０の線路１１１，１１２側に向けられ、外部電極６−１，６−２（６−３，６−４）が線路１１１（１１２）上に半田等で接続されている。すなわち、積層体４内のコイル５１（５２）において、外側端部５１ａ（５２ａ）が、外部電極６−２（６−４）を通じて、線路１１１（１１２）の右側部に接続され、内側端部５１ｂ（５２ｂ）が、外部電極６−１（６−３）を通じて、線路１１１（１１２）の左側部に接続されている。
【００２０】
次に、この実施例のコモンモードチョークコイル実装構造が示す作用及び効果について説明する。
図１及び図４において、送信ＩＣ１２１から１対の差動信号を差動伝送路１１０に送ると、差動信号が、線路１１１，１１２を通じてコモンモードチョークコイル１のコイル５１内に入力する。このとき、差動信号によって生じるコイル５１，５２の磁界が逆向きになり、互いに打ち消し合うので、コモンモードチョークコイル１のインピーダンスが小さくなる。この結果、差動信号は、コモンモードチョークコイル１を容易に通過して、コネクタ１２２側に向かう。
また、コモンモード電流が、線路１１１，１１２上に生じ、コモンモードチョークコイル１内に入力すると、コモンモード電流によって生じるコイル５１，５２の磁界が同方向を向き、互いに強め合う。このため、コモンモードチョークコイル１のインピーダンスが大きくなり、コモンモード電流は、コモンモードチョークコイル１によって遮断される。この結果、差動伝送路１１０上でのコモンモード電流による輻射ノイズが、コモンモードチョークコイル１によって抑制されることとなる。
【００２１】
図５は、磁性体基板３を下側に向けてコモンモードチョークコイル１を実装した場合の磁界状態を示す概略図であり、図６は、絶縁部４０を下側に向けてコモンモードチョークコイル１を実装した場合の磁界状態を示す概略図である。
上記のように、コモンモードチョークコイル１は、内部に発生する磁界が強い程、輻射ノイズ抑制効果が高くなる。
したがって、通常の実装構造のように、すなわち、図５に示すように、磁性体基板３側を下にして、コモンモードチョークコイル１を差動伝送路１１０に実装すると、コイル５１，５２で生じた磁界Ｈが積層体４の最上部の絶縁部４０から外部に漏れてしまう。このため、コイル５１，５２間の磁気的結合が弱まり、十分なノイズ抑制効果を得ることができなくなる。
これに対して、この実施例の実装構造のように、すなわち、図６に示すように、絶縁部４０を下側にして、コモンモードチョークコイル１を差動伝送路１１０に実装すると、コイル５１，５２で生じた磁界Ｈは、磁性体基板３によって上方からシールドされ、グランド層１０１によって、下方からシールドされる。このため、磁界Ｈがコモンモードチョークコイル１内に閉じ込められた状態になるので、コイル５１，５２間の磁気的結合が強まって、コモンモードチョークコイル１のインピーダンスが非常に高くなる。この結果、コモンモードチョークコイル１は、輻射ノイズに対して十分な抑制効果を発揮する。
【００２２】
発明者等は、かかる効果を確認すべく、次のような測定を行った。
図７は、近傍磁界の測定系を示す概略システム図である。
まず、近傍磁界測定を行った。
この測定では、図７に示すように、ポリイミド樹脂の絶縁部４０を積層体４の最上部にコーティングしたコモンモードチョークコイル１を、評価基板としての配線基板１００′の差動伝送路１１０上に実装する。そして、高速な９５０Ｍｂｐｓの差動信号Ｄ＋、Ｄ−と低速な１０Ｍｂｐｓのシングルエンド信号Ｄ＋とを、図示しない信号源から差動伝送路１１０の線路１１１，１１２に混在させて入力し、図示しないレシーバ側で受信する。この際、配線基板１００′の特性インピーダンスを５０Ωに設定し、レシーバ側の特性インピーダンスも５０Ωで整合終端しておく。
そして、スキャナー２１０により、コンピュータ２００からの位置データに基づいて、アンテナ２１１を評価基板１００′の表面に沿って走査し、その近傍磁界情報をスペクトラムアナライザ２２０に送る。すると、スペクトラムアナライザ２２０が、スキャナー２１０からの近傍磁界情報に基づいて、磁界強度を測定し、その測定データをコンピュータ２００に送る。これにより、配線基板１００′上の磁界強度分布図が、コンピュータ２００のディスプレイ２０１に表示される。
【００２３】
図８は、通常の実装構造による磁界強度分布図であり、図９は、この実施例の実装構造による磁界強度分布図である。
まず、図５に示したように、磁性体基板３を下側に向けてコモンモードチョークコイル１を差動伝送路１１０に実装した状態で、上記の如き近傍磁界測定を行った。
すると、図８に示すような磁界強度分布を得た。
磁性体基板３を下側に向けた状態では、図８の磁界分布で示すように、５０〜６０ｄＢｕＶの高レベルの磁界Ｈ１が、コモンモードチョークコイル１上、広範囲に存在する。つまり、コモンモードチョークコイル１の近傍の磁界強度が極めて大きくなっており、コモンモードチョークコイル１内部の磁界が外部に多量に放射されていることが確認できる。
次に、図６に示したように、絶縁部４０を下側に向けてコモンモードチョークコイル１を差動伝送路１１０に実装した状態で、上記と同様の近傍磁界測定を行った。
すると、図９に示すような磁界強度分布を得た。
絶縁部４０を下側に向けた状態では、図９の磁界分布で示すように、５０〜６０ｄＢｕＶの高レベルの磁界Ｈ１は、コモンモードチョークコイル１上、狭い範囲に減少する。つまり、コモンモードチョークコイル１の近傍の磁界強度が非常に小さくなっており、コモンモードチョークコイル１内部の磁界がシールドされていることが確認できる。
【００２４】
図１０は、受信感度の測定系を示す概略システム図である。なお、この図１０では、理解を容易にするため、ＴＥＭセル内部の携帯端末を透過して表している。
また、受信感度測定を行った。
この測定では、図１０に示すように、コモンモードチョークコイル１を実装した評価用の携帯端末３００をＴＥＭセル（Transverse ElectroMagnetic cell）３０１内に配置し、このＴＥＭセル３０１と、ＧＳＭ帯（Global System for Mobile communications band）の受信感度評価が可能なテストセット３０２とを、同軸ケーブル３０３で接続した。なお、携帯端末３００は、図７に示した配線基板１００′とほぼ同様の基板を内部に有し、コモンモードチョークコイル１はこの配線基板１００′の差動伝送路１１０に実装されている。
そして、９．６１８ＭＨｚのシングルエンド信号に起因するＥＧＳＭ帯（Expanded Global System for Mobile communications band）の受信感度を確認する。なお、このとき、最小受信感度は、ＢＥＲ値（Bit Error Rate value）が１．０％未満の最小セルパワー値として設定される。
また、９．６１８ＭＨｚのシングルエンド信号の動作時には、その高調波がＥＧＳＭ帯の９４２．２８ＭＨｚ、９５１．９４ＭＨｚで発生する。そして、９４２．２８ＭＨｚで発生する高調波が８４チャンネル及び８５チャンネルに感度抑圧を与え、９５１．９４ＭＨｚで発生する高調波が１０１２チャンネル及び１０１３チャンネルに感度抑圧を与える。このため、ここでは、８４チャンネル及び８５チャンネルと、１０１２チャンネル及び１０１３チャンネルとにおける受信感度を測定する。
【００２５】
図１１は、８４チャンネル及び８５チャンネルでの受信感度を示す線図であり、図１２は、１０１２チャンネル及び１０１３チャンネルでの受信感度を示す線図である。
まず、８４チャンネル及び８５チャンネルにおける受信感度を測定した。
具体的には、磁性体基板３を下側に向けてコモンモードチョークコイル１を実装した携帯端末３００において、受信感度測定を行った。すると、図１１の一点鎖線で示すような曲線Ｓ２を得た。破線Ｓ１で示すように、コモンモードチョークコイル１を実装しない携帯端末３００では、受信感度は非常に悪い。これに比べて、曲線Ｓ２で示すように、磁性体基板３を下側に向けた状態であっても、コモンモードチョークコイル１を実装した携帯端末３００では、受信感度は良くなっている。しかし、ノイズ抑制効果が十分でなく、良好な受信感度とはいえない。
次に、絶縁部４０を下側に向けてコモンモードチョークコイル１を実装した携帯端末３００において、受信感度測定を行った。すると、図１１の実線で示すような曲線Ｓ３を得た。曲線Ｓ３が示すように、受信感度が、８４チャンネル及び８５チャンネル双方において、ほぼ「−９５ｄＢｍ」であり、曲線２で示す磁性体基板３を下側に向けた状態の携帯端末３００に比べて、極めて良くなっていることが確認できる。
続いて、１０１２チャンネル及び１０１３チャンネルにおける受信感度を測定した。
磁性体基板３を下側に向けてコモンモードチョークコイル１を実装した携帯端末３００においては、図１２の一点鎖線で示すような曲線Ｓ２を得た。この場合においても、破線の曲線Ｓ１で示すコモンモードチョークコイル非実装の携帯端末３００の場合に比べて、受信感度は良くなっているが、十分ではない。
そして、絶縁部４０を下側に向けてコモンモードチョークコイル１を実装した携帯端末３００において、受信感度測定を行ったところ、図１２の実線で示すような曲線Ｓ３を得た。曲線Ｓ３が示すように、受信感度が、１０１２チャンネル及び１０１３チャンネル双方において、「−９５ｄＢｍ」未満であり、極めて良くなっていることが確認できる。
【００２６】
以上詳しく説明したように、この実施例のコモンモードチョークコイル実装構造によれが、１つの磁性体基板３しか用いていないコモンモードチョークコイル１を実装するので、２つの磁性体基板３を用いる従来のコモンモードチョークコイル１を実装する場合に比べて、低価格な構造を提供することができる。しかも、コモンモードチョークコイル１内に生じた磁界を、上方の磁性体基板３と下方のグランド層１０１によって上下からシールドして、コイル５１，５２間の磁気的結合を強め、コモンモード電流を確実に遮断する構造であるので、十分なノイズ抑制効果を得ることができる。
【００２７】
なお、この発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内において種々の変形や変更が可能である。
例えば、上記実施例では絶縁部４０をポリイミド樹脂で形成したが、樹脂材料は、これに限定されるものではなく、エポキシ樹脂やペンゾシクロブテン樹脂を用いても良い。
また、上記実施例では、絶縁部４０を樹脂材料をコーティングする等して形成したが、樹脂基板を積層体４の最上部に貼り付けても良い。
さらに、絶縁部４０は、樹脂でなく、ＳiＯ2等のガラス、ガラスセラミクスを用いても良い。
【符号の説明】
【００２８】
１…コモンモードチョークコイル、  ２…チップ体、  ３…磁性体基板、  ４…積層体、  ６−１〜６−４…外部電極、  ４０…絶縁部、  ４１〜４５…層、  ４２ａ，４４ａ…スルーホール、  ５１，５２…コイル、  ５１ａ，５２ａ…外側端部、  ５１ｂ，５２ｂ…内側端部、  ５１ｃ，５２ｃ…内端、  １００，１００′…配線基板、  １０１…グランド層、  １１１，１１２…線路、  １２２…コネクタ、  ２００…コンピュータ、  ２０１…ディスプレイ、  ２１０…スキャナー、  ２１１…アンテナ、  ２２０…スペクトラムアナライザ、  ３００…携帯端末、  ３０１…ＴＥＭセル、  ３０２…テストセット、  ３０３…同軸ケーブル、  Ｈ…磁界。
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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