专利名称：线圈滤波器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种表面安装在电子设备的电路板上，阻止叠加在直流电源或信号等上传播的电磁波和高次谐波或高频信号的线圈滤波器及其制造方法。
背景技术：
近年的电子设备正如轻薄短小这类语言所形容的那样，随着产品的小型化，器件的小型化及器件的自动安装趋势不断发展，电感器件需要适用于表面安装的各种芯片型感应器。
作为芯片型的感应器主要包括在以陶瓷或铁氧体为材料的印刷电路板上形成厚膜导体，成形、烧制成层压构造的感应器；在以陶瓷或铁氧体为材料的基板上利用厚膜和薄膜导体形成技术形成螺旋状线圈，作为电极的感应器；在芯片型的基础金属上利用金属处理导体(例如喷镀等)，后利用激光等切削，形成线圈状的感应器；或者在由陶瓷或铁氧体等材料构成的绝缘体上缠绕覆膜铜线形成方形的芯片状的无引线的感应器等。
可是，按照上述构造会产生以下问题由于组件的影响或构造上的杂散电容、寄生电容等原因，使用频带受到限制；以及由于导体电阻大导致电流容量不足，或者磁饱和、Q值或插入损耗问题等。
所以，在要求低损耗的发送信息部分、天线的匹配、电流大的电源等方面使用感应器时，通常使用缠绕导线的单纯构造的绕组线圈。这种缠绕导线的线圈通常是按照不同用途以铁氧体等磁性体或陶瓷材料做芯材，或者是空心的。
可是，作为由于电子设备的电路板的电源或数字信号等叠加高(次)谐波、电源或数字信号等引起电磁波泄漏，即所谓的EMI(Electro Magnetic Interference)的噪声(电磁干扰)对策，一般是采用插入电阻或将电容器接地等方法，线圈也因其特性，被应用于对电压下降或DC电平变动要求比较严格的领域。
可是，通常的线圈因分布容量而存在共振点，一般共振点就是感应器的使用临界频率。另外，线圈也可应用于天线上，在特定的频率上又有对于EMI对策相反的效果。特别是数字设备涉及宽带产生高次谐波的情况，在使用上更应注意。并且，还要考虑磁通量引起的线圈间的耦合和基板接地面，以及安装的方向和极性，避开近似图案等问题。
另外，在单纯的缠绕导线的构造的线圈中，存在作为电路连接的端子(电极)的线圈两端焊锡部分的形状和处理的问题。为了便于自动安装机的操作，采取了尽量多做一些线圈两端的焊锡部分，差不多整个一周都做了焊锡处理，或者让连接基板的端子部分处于水平状态的多种措施，可是，在纳入塑料轧纹部分的带和卷盘上，产生了线圈两端子部分的导线的截面的头卡在塑料轧纹的内侧面、安装成品率低的问题。
本发明为了解决上述问题，其目的在于提供一种线圈形状的线圈滤波器及其制造方法，其适合表面安装在基于自动安装机的电子电路板上，器件间配置时需要考虑的因素少，可以实现高频特性优良的宽带的隔离，用于阻止在直流电源或信号等上叠加传播的电磁波和高次谐波或高频信号等。
发明内容
为了实现上述目的，本发明提供了一种可以阻止叠加在电子电路板等的电子设备的直流电源或信号等上传播的电磁波或高频信号的线圈滤波器，其特征是，在由相互邻接的导线间电绝缘的导线缠绕成线圈状的中间部分的两侧，为了缠绕一圈以上的导线形成环状导通的短路环，而使线圈端部的导线间电连接，导线端部弯入线圈形状端面的最外侧圆周部分的内侧。
另外，该滤波器的特征还包括把该中间部分的导线缠绕成多重或多层的线圈状。
另外，该滤波器的特征还包括该线圈端部的导线部分通过焊锡或熔接形成使导线间电连接的短路环。
另外，该滤波器的特征还包括该中间部分的邻接导线间的导线覆盖了绝缘膜，对形成该短路环的线圈端部进行了焊锡或金属电镀处理。
另外，该滤波器的特征还包括通过把该线圈端部的短路环部分缠绕成在一圈以上到不足最大绕数范围内的任意绕数，可以获得所需特性。
另外，该滤波器的特征还包括为了方便于向电子电路板等安装，把缠绕成具有形成该短路环的电极部分的线圈状的导线外形做成圆柱形。
另外，该滤波器的特征还包括在缠绕成该线圈状的导线的内侧配置了由磁体构成的芯材或棒状芯材。
另外，该滤波器的特征还包括在缠绕成该线圈状的导线的内侧配置了由磁体构成的芯材，该芯材配置在线圈两端部分的短路环部分的内侧。
另外，该滤波器的特征还包括为了防止配置在缠绕成该线圈状的导线内侧的由该磁体构成的芯材或棒状芯材脱落，该导线端部弯入线圈形状的外圆周部分的内侧。
另外，该滤波器的特征还包括作为缠绕成该线圈状的导线，可以使用由多根覆盖绝缘膜导线拧成的绞合线。
另外，该滤波器的特征还包括在该绞合线缠绕成的线圈状的内侧配置由磁体构成的芯材或棒状芯材，把该绞合线的端部多个部位熔接于该芯材两端部形成的导体环，构成短路环。
另外，本发明提供了一种线圈滤波器的制造方法，其特征在于在权利要求6或7描述的线圈滤波器中，把导线缠绕成线圈状后，插入外形跟该线圈内径相同或比该线圈内径小的由磁体构成的芯材或棒状芯材。
图1是本发明的第1实施例的线圈滤波器的形状示意图；图2是图1所示的线圈滤波器中插入了芯材的示意图；图3是本发明的第2实施例的线圈滤波器的形状示意图；图4是图3所示的线圈滤波器中插入了芯材的示意图；图5是现有的空芯型的绕组线圈的电感器件的形状示意图；图6是插入现有的芯材的绕组线圈的电感器件的形状示意图；图7是电感器件的阻抗特性示意图；图8是线圈滤波器及电感器件的衰减特性示意图；以及图9是自动安装托架的形状示意图。
具体实施例方式
以下，参照附图对本发明的线圈滤波器的优选实施例进行说明。
图1是本发明的第1实施例的线圈滤波器的形状示意图。
图1(a)是主视图，图1(b)是侧视图，根据用途选用适当粗细的导线，为了使相邻导线1a互相间能够绝缘，按照一定间隔的稀疏状态把中间部分缠绕成线圈状，把两端部1b电连接做成屏蔽线圈磁通量的短路环。这里，导线端部1c被加工成弯入线圈形状端面的最外侧圆周部分的内侧，没有图示，在安装前，对导线端部1c采用聚光熔接或激光焊锡进行连接处理，形成确保电连接的可靠的短路环。
这样，因为导线端部1c弯入线圈形状端面的最外侧圆周部分的内侧，与可能卡在用于自动安装机的塑料轧纹托架的内侧面的现有的简单切割导线形状的基板安装相比，安装率低下的情况得到大幅改善。
另外，因为具有短路环，从作为耦合或共振电路的感应器本来的特性中脱离出来，可是，铁氧体磁环电感线圈代表的EMI的消除过滤效果被提高。一般的感应器除了通过器件间的磁通量配置之外，因受GDN(接地)结构的影响等，也要考虑极性，可是具有短路环的本发明的线圈滤波器因为和闭合磁路型的感应器一样几乎不必考虑漏磁通的影响，所以器件的配置自由度大。并且，需要更大隔离的时候，可以通过多段连接结构，获得需要的特性。
聚光熔接因其便宜、简单，组装电子器件的时候经常被采用，用两个电极夹住多个需熔接材料，施加脉冲电压，因需熔接材料的接触部分的电阻发热，从而接合需熔接材料。如上所述，因为导线端部1c弯入线圈形状的最外侧圆周部分内侧，聚光熔接的电极配置及其熔接作业变得容易。
作为电连接的方法也有焊锡法。最近基于环保要求，出现了铅游离焊锡等各种焊锡，根据材料的选取，熔点也在升高，所以，为了适用于不能限定焊锡种类的多种安装基板，有必要对作为单个器件、具有高温耐热的覆盖绝缘膜的细铜线使用高熔点的焊锡。另外，由于安装的电子电路板的原因，不能限定使用于线圈滤波器的电极(端子)的焊锡的时候，也可以进行金属电镀处理。当然，为了提高焊锡润湿性也可以进行助熔处理。
另外，用于1608、1005等的芯片安装的器件大致有确定的长度、宽度，本发明的线圈滤波器也不例外。但是，本发明的线圈滤波器跟通常的线圈感应器只设定1圈单位相比，即使长度或绕数一定，短路环部分也可以设定为从1圈到确定的最大绕数范围内的任意长度或绕数，所以，能够实现近于线性的特性变化，可以获得具有需要特性的线圈滤波器。
图2是图1所示的线圈滤波器中插入了芯材的示意图。
图2(a)是主视图，图2(b)是侧视图，和图1一样，根据用途选用适当粗细的导线，为了使相邻导线1a互相间能够绝缘，按照一定间隔的稀疏状态把中间部分缠绕成线圈状，把两端部1b电连接做成屏蔽线圈磁通量的短路环。
与图1的空芯线圈相比，图2表示把由铁氧体的磁体构成的芯材1d插入绕组的内侧。插入芯材后，导线端部1c被加工成弯入线圈形状端面的最外侧圆周部分的内侧，没有图示，在安装前，对导线端部1c采用聚光熔接或激光焊锡进行接合处理，确保电连接。另外，因为导线端部1c被加工成弯入线圈形状的最外侧圆周部分的内侧，所以插入的芯材1d不会脱落，不用像现有的绕组线圈那样和线圈内径与芯材的外形相同或把芯材做得稍大，使之勉强插入，防止脱落。
对于温度变化线圈形状会变化的问题，因为缠绕成线圈状的导线是受线膨胀作用的，所以对于具有弹性硬性的线圈即使温度变化，其线圈内径几乎不变。
以前是把导线直接缠绕于铁氧体芯等，为了防止芯材从导线缠绕成的线圈中脱落，把芯材外形做得比线圈内径要大，勉强能够插入，受体积膨胀的芯材的影响，线圈半径变化，导致特性也会变化。
由此，把导线缠绕成线圈状后，插入外形跟该线圈内径相同或比该线圈内径小的由铁氧体等构成的芯材，为了防止插入的芯材脱落，采用了把导线端部加工成弯入线圈形状的最外侧圆周部分的内侧的制造方法，能做成随着温度变化引起的特性变化小的线圈滤波器。
把铁氧体芯材插入线圈内时，因其纳入线圈两端的短路环部分的内侧，使作为屏蔽磁通量的短路环的效果得以发挥。芯材溢出到短路环外侧时，因通过芯材会导致磁通量向外泄漏，不仅作为短路环的效果被削弱，还会对配置在周围的器件产生影响，也会受到安装基板的配线结构、周围器件的影响，导致特性发生变化。
另外，插入线圈形状的内侧的磁体构成的芯材，可以根据不同用途换成玻璃棒、塑料棒、陶瓷棒或电阻体(MELF型电阻器)、其他的金属材料等。例如，把组合多个本发明的线圈滤波器放入塑料容器中做成一体型的滤波器时，用和容器同一种类的塑料做棒状芯材，组装前后特性变化小，可以把作为单个器件的特性已知的线圈滤波器组合起来，能得到做成一体型后特性变化小的滤波器。
另外，以前作为EMI滤波器使用的铁氧体磁环电感线圈，贯穿端子穿过铁氧体芯那样简单的构造，会减少杂散容量，通过选择铁氧体材质，可把噪声变成热吸收，在高频带，使滤波器内部具有电阻成分，在低频带，成为电感成分主体。应用于表面安装的芯片型铁氧体磁环电感器件是在铁氧体上把导体结构做成线圈状或形成直线的层压型，或把金属板外部电极和内部导体部分形成一体，夹入铁氧体。
本发明的线圈滤波器可取代这个铁氧体磁环电感线圈，并且，通过选择插入的芯材的磁体材料和线圈的线径、绕数、绕线间隔等的组合，可获得适用于不同目的、用途的宽频带的隔离特性或必要的隔离特性，因直流电阻少，所以尤其适用于电源用途的滤波器。
图3是本发明的第2实施例的线圈滤波器的形状示意图。
图3(a)是主视图，图3(b)是侧视图，根据用途选用适当粗细的导线，为了使相邻导线1a互相间能够绝缘，把中间部分密集缠绕成线圈状，把两端部1b的绝缘膜剥离，进行焊锡或金属电镀等处理，使其电连接，做成屏蔽线圈磁通量的短路环。导线端部1c和图1一样，被加工成弯入线圈形状端面的最外侧圆周部分的内侧，没有图示，在安装前，对导线端部1c采用聚光熔接或激光焊锡进行连接处理，形成确保电连接的可靠的短路环。
密集缠绕时，因短路环间的容量加之线间的容量限制，使用频带会下降，可是和图1中稀疏缠绕的线圈相比，能使感应系数变大，并且由于L和C的复合作用，可以使用频带的隔离特性变大。并且，可以把中间部分的导线缠绕成多重或多层的线圈状来增大感应系数值，能够做成在更低的频带使用的滤波器。
图4是图3所示的线圈滤波器中插入了芯材的示意图。
图4(a)是主视图，图4(b)是侧视图，和图3一样，根据用途选用适当粗细的导线，为了使相邻导线1a互相间能够绝缘，把中间部分密集缠绕成线圈状，把两端部1b的绝缘膜剥离，进行焊锡或金属电镀等处理，使其电连接，形成屏蔽线圈磁通量的短路环。
与图3的空芯线圈相比，图4在线圈内侧插入了由使用铁氧体的磁体构成的芯材1d。和图2一样，插入芯材1d后，导线端部1c被加工成弯入线圈形状端面的最外侧圆周部分的内侧，对导线端部1c采用聚光熔接或激光焊锡进行连接处理，确保电连接。另外，因为导线端部1c被加工成弯入线圈形状的最外侧圆周部分的内侧，所以插入的芯材1d不会脱落。
如图2所示，通过组合插入的芯材的磁体材料和绕数等，可获得适用于不同目的、用途的宽频带的隔离特性或必要的隔离特性。另外，作为导线使用把细导线拧在一起的绞合线时，隔离特性会得到改善。特别是插入铁氧体时能发挥铁氧体效果的频带方面的改善较大。
做绞合线的短路环时，使拧在一起的多根覆盖绝缘膜铜线全部短路很难，没有图示，在铁氧体芯材的两端，形成导体环，在该导体环上进行多处聚光熔接。拧在一起的多根铜线的某处绝缘膜一定会被破坏，全部铜线会被连接到导体环形成的短路环上。
图5是现有的空芯型的绕组线圈的电感器件的形状示意图。
图5(a)是主视图，图5(b)是侧视图，根据用途选用适当粗细的导线，利用覆盖有绝缘膜互相间电绝缘导线2a，把中间部分密集缠绕成线圈状，把两端部2b的绝缘膜剥离，进行焊锡处理等形成的感应器。
单纯把图5所示的导线的端部2c切断的现有形状的感应器，存在以下问题在自动安装机使用塑料轧纹带的情况下，带和轴的输送环节，线圈的两端子部分的导线的截面的头卡在塑料轧纹的内侧面，使安装率下降。
图6是插入现有的芯材的绕组线圈的电感器件的形状示意图。
图6(a)是主视图，图6(b)是侧视图，和图5一样，根据用途选用适当粗细的导线，利用覆盖有绝缘膜互相间电绝缘导线2a，把中间部分密集缠绕成线圈状，把两端部2b的绝缘膜剥离，进行焊锡处理等，把由使用铁氧体的磁体构成的芯材2d插入线圈内侧。
图7是感应器的阻抗特性示意图。
图7(a)表示一般的铁氧体磁环的阻抗特性，图7(b)表示通常使用的高频滤波器电路用的空芯线圈的阻抗特性，图7(a)中的R(电阻)成分作为主体损耗比较大。另外，图7(b)中的R(电阻)成分少损耗也少，所以，Q值升高。
本发明的线圈滤波器可以代替图7(a)的铁氧体磁环电感线圈，可以根据线圈的线径、绕数、绕线间隔、短路环的长度、插入的磁体的芯材的选择，获得在需要的频带有效的隔离特性。
图8是线圈滤波器及感应器的衰减特性示意图。
图8(a)表示本发明的线圈滤波器的隔离(衰减值)特性，图8(b)表示一般的绕组线圈感应器的隔离特性，(A)表示单个使用的特性，(B)表示2个串联连接的特性。
这样，如图8(b)所示，一般的绕组线圈感应器因磁耦合，串联连接时(B)，因线间容量等产生的自振频率点下降，可是，隔离效果没有改善。
如图8(a)所示，本发明的线圈滤波器因隔离Q值下降，可是，宽频带的高隔离被保持。串联连接时，也因为短路环引起磁耦合度下降，所以，共振频率不会下降，并且，能获得高的隔离。
图9是自动安装用轧纹托架的示意图。
图9(b)是带和轴的主视图，图9(a)是侧视图，表示器件1、2的被安装的状态。3是磁带、3a是安装器件的凹陷(轧纹部分)，3b是传送磁带的圆孔，为了防止轧纹部分3a的器件1、2脱落，贴上薄膜状的薄片3c，器件安装时剥离后再安装器件。
本发明的线圈滤波器导线端部被加工成弯入线圈形状端面的最外侧圆周部分的内侧，所以，自动安装机即使使用轧纹托架的输送带，导线的截面的头也不会卡在塑料轧纹的内侧面，安装率得到改善。
代替现有的带和轴，近年出现了批量安装。没有图示，批量安装是使用批量送料器等把竿状的芯片器件排列在芯片安装机上供给安装，可以取代纸带等、包装材料等被使用的现有物，从地球资源及环保角度考虑，被认为是今后的趋势。另外，批量安装可以减少保管空间，降低输送能量。
可是，现有的绕组型线圈感应器不能把端子(电极)配置在整个圆周上，因此，要使之变成近似矩形的形状固定内外等的方向的方法等、或缠绕成矩形绕线管适应自动安装，可是，本发明的线圈滤波器因为可以做成没有内外、极性之分，没有突出部位的圆柱形，因此也能适用于批量安装面。
做成圆柱形时，还有可以使用不需要电动机而利用重力的批量送料器的优点。
产业上可利用性如上所述，本发明涉及一种阻止叠加于电子电路板等电子设备的直流电源或信号等上传播的电磁波或高频信号的线圈滤波器，其中间部分由相互绝缘的导线缠绕成线圈状，在中间部分的两侧，为了形成由导线缠绕一圈以上且环状导通的短路环，把线圈端部的导线间电连接，导线端部比线圈截面的最外侧圆周靠近内侧，所以，通过短路环实现保证宽频带的隔离效果及器件互相影响少的滤波器，导线端部在线圈端面的内侧，从而使器件安装机的安装成品率得到改善。
另外，可以把该中间部分的导线缠绕成多重或多层的线圈状，虽然还是同一外形尺寸，但可以获得具有在更低的频带上能够使用的特性的滤波器。
另外，线圈端部的导线部分通过焊锡或熔接使导线间电连接形成短路环，能确实保证短路环的特性。
另外，中间部分相邻的导线间的导线进行绝缘膜处理，构成短路环的线圈端部进行了焊锡或金属电镀处理，通过密集缠绕使感应系数值变大，因焊锡处理或金属电镀使向基板的安装变得更容易。
另外，可以把线圈端部的短路环部分在一圈以上到不足最大绕数范围内的缠绕任意绕数，从而获得所需特性，所以，可以选择适合于安装的电子电路的线圈滤波器。
另外，为了便于向电子电路板等安装，用来缠绕成具有构成短路环的电极部分的线圈状的导线的外形可以做成圆柱形，从而可以进行批量安装。
另外，在缠绕成线圈状的导线内侧配置了由磁体构成的芯材或棒状芯材，从而可以通过选择芯材来选择适合于安装的电子电路板的频带的隔离特性。
另外，为了防止由配置在缠绕成线圈状的导线内侧的磁体构成的芯材或棒状芯材的脱落，导线端部弯入线圈形状的外圆周部分的内侧，所以，不必对线圈形状、芯材进行特别加工，并且可以保持作为滤波器的初始特性。
另外，把由磁体构成的芯材配置在位于线圈端部的短路环部分的内侧，很难使磁通量达到外部，从而具有抑制相邻器件或基板等对滤波器特性的影响。
另外，作为缠绕成线圈状的导线，使用由多根覆盖绝缘膜的导线拧成的绞合线时，具有改善隔离特性的效果。
另外，在绞合线缠绕成的线圈状的内侧配置由磁体构成的芯材或棒状芯材，通过把该绞合线的端部多部位熔接于芯材两端部形成的导体环，构成短路环时，绞合线的所有线被连接到短路环。
另外，根据权利要求6或7记载的线圈滤波器，把导线缠绕成线圈状后，插入的是外形跟该线圈内径相同或比该线圈内径小的由磁体构成的芯材或棒状芯材，从而，可以实现受温度变化的影响小的滤波器特性。
权利要求
1.一种线圈滤波器，其可以阻止叠加在电子电路板等的电子设备的直流电源或信号等上传播的电磁波或高频信号，其特征在于在由相邻的导线间电绝缘的导线缠绕成线圈状的中间部分的两侧，所述导线端部弯入线圈形状端面的最外侧圆周部分的内侧，以使缠绕一圈以上的导线形成环状导通的短路环，而使线圈端部的导线间电连接。
2.根据权利要求1所述的线圈滤波器，其特征在于所述中间部分的导线缠绕成多重或多层的线圈状。
3.根据权利要求1或2所述的线圈滤波器，其特征在于所述线圈端部的导线部分通过焊锡或熔接形成使导线间电连接的短路环。
4.根据权利要求1至3中任一所述的线圈滤波器，其特征在于所述中间部分的相邻导线间的导线覆盖了绝缘膜，对形成所述短路环的线圈端部进行焊锡或金属电镀处理。
5.根据权利要求1至4中任一所述的线圈滤波器，其特征在于通过把所述线圈端部的短路环部分缠绕成在一圈到最大绕数范围内的任意绕数，以获得所需特性。
6.根据权利要求1至5中任一所述的线圈滤波器，其特征在于把用来缠绕成具有形成短路环的电极部分的线圈状的导线的外形做成圆柱形，以便向电子电路板安装。
7.根据权利要求1至6中任一所述的线圈滤波器，其特征在于缠绕成所述线圈状的导线内侧配置了磁体构成的芯材或棒状芯材。
8.根据权利要求1至6中任一所述的线圈滤波器，其特征在于缠绕成所述线圈状的导线内侧配置了磁体构成的芯材，所述芯材被配置在位于线圈两端部的短路环部分的内侧。
9.根据权利要求7或8所述的线圈滤波器，其特征在于所述导线端部弯入线圈形状的外圆周部分的内侧，以防止配置在缠绕成所述线圈状的导线内侧的磁体构成的芯材或棒状芯材脱落。
10.根据权利要求1至9中任一所述的线圈滤波器，其特征在于作为缠绕成所述线圈状的导线，使用由多根覆盖绝缘膜的导线拧成的绞合线。
11.根据权利要求10所述的线圈滤波器，其特征在于在所述绞合线缠绕成的所述线圈状的内侧配置磁体构成的芯材或棒状芯材，把所述绞合线的端部多个部位熔接于所述芯材两端部形成的导体环，构成短路环。
12.一种线圈滤波器的制造方法，其特征在于在权利要求7或8所述的线圈滤波器中，把导线缠绕成线圈状后，插入外形跟所述线圈内径相同或比所述线圈内径小的磁体构成的芯材或棒状芯材。
全文摘要
本发明提供了一种线圈滤波器，其适合表面安装于电子电路板，可以实现器件间的配置需要考虑的因素少、高频特性优良的宽频带的隔离，并可以阻止叠加在电子电路板等的电子设备的直流电源或信号等上传播的电磁波或高频信号，在由相邻的导线间电绝缘的导线缠绕成线圈状的中间部分(1a)的两侧，为了缠绕一圈以上的导线形成环状导通的短路环(1b)，而使线圈端部的导线间电连接，该导线端部(1c)弯入线圈形状端面的最外侧圆周部分的内侧。
文档编号H01F27/00GK1528004SQ0182345
公开日2004年9月8日 申请日期2001年10月25日 优先权日2001年6月6日
发明者小宫邦文 申请人:小宫邦文