CN1389880A - 线圈形滤波器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种线圈形滤波器及其制造方法,提供适合于电子线路板的自动表面粘着,较不需考虑零件间相互的排列,可于宽频带实现优越高频特性隔离效果的线圈形滤波器;使用于电子产品电路板上,以阻隔重叠于直流电源或信号上而散播的电磁波或高频信号为目的的滤波器,其邻接的导线间绝缘且以线圈形缠绕的中央部两侧,至少一圈以上的导线以环状导通的导通环(SHORT RING以下称导通环)构成导线端部导线间短路,且该导线的末端折入线圈最外圈的内部而构成。

Description

线圈形滤波器及其制造方法

技术领域

本发明为有关粘着于电子产品的电路板上，将重叠于直流电源或信号上而散播的电磁波、高倍频谐波或高频信号阻隔的线圈形滤波器(COILFILTER)及其制造方法。

背景技术

近年来的电子产品，有如轻薄短小的形容词，伴随着产品小型化、零件小型化及小型零件自动表面粘着技术等等的进步，电感零件也因应表面粘着而开发出各种不同的晶片型电感。

晶片型电感有以陶瓷或铁氧体为材料，于陶瓷基板上将厚膜导体形成积层构造后成型、烧成、或以陶瓷或铁氧体材料为基板使用厚膜或薄膜导体成型技术将涡卷状的线圈形成电极；或以晶片型的母材电镀导体后再以激光等切割成线圈形状、或以陶瓷或铁氧体为绝缘体以被覆铜线缠绕成四角形晶片的无导线电感等等。

但上述构造由于封装的影响或构造上的游离容量、寄生容量等等因素因而产生使用频率的限制、导体阻抗过大产生电流量不足，或磁饱和、Q值及插入损失等等的问题。

因此，要求低功率损失的发射器、天线的匹配或大电流电源线路等需使用电感时，会被要求使用缠绕导线单纯构造的绕线式线圈。此种缠绕导线的线圈，因用途而定可装配铁氧体等磁性体或陶瓷材料的芯材，或以空芯线圈型态使用。

为了解决重叠于电子产品电路板的电源或数字信号的高(倍频)谐波，或电源及数字信号泄漏的电磁波，被称为EMI(Electro-MagneticInterference)的电磁波干扰对策一般使用插入电阻或电容接地等等的对策，线圈也因其特性，于压降或直流电压的变动要求严格时经常被使用。

但通常线圈因分布容量的缘故而存在共振点，一般而言共振点为电感使用频率的界限。同时由于线圈本身也可成为天线，于特定的频率时对EMI对策也会产生反效果。特别是如数字式产品于整个宽频带皆有高谐波产生时使用上需注意。同时也需注意因磁束的影响而产生线圈间的结合或电路板的接地等等，因此于表面粘着时的方向、极性，相互间不可过于接近的考虑非常重要。

同时，单纯以导线缠绕的线圈其做为与电路连接的端子(电极)的线圈两端，其焊锡处的形状及处理也是问题。虽有为了自动表面粘着机处理容易，尽可能于线圈两端大量焊锡，或是与电路板接触的端子加工成水平形状等等的改良方式，但表面粘着的卷带包装因线圈两端导线切断面的锐角易与袋壁勾扯而造成表面粘着不良的情形。

发明内容

本发明的目的在于提供一种线圈形滤波器及其制造方法，其适合电路板的表面粘着、不需考虑各零件间的配置、阻隔重叠于直流电源或信号上而散播的电磁波，高倍频谐波或高频信号等等，具有优越高频特性且实现宽频带隔离的线圈形滤波器(COILFILTER)。

为了实现上述目的，本发明为以阻隔重叠抡直流电源或信号上而散播的电磁波或高频信号为目的的滤波器，其邻接的导线间绝缘且以线圈形缠绕的中央部两侧，至少一圈以上的导线以环状导通的导通环构成导线端部导线间短路，且该导线的末端折入线圈最外圈的内部为其特征。

同时，前述中央部的导线以多重或多层缠绕为其特征。

同时，前述线圈端部的导线以焊锡或熔接构成导线间短路的导通环为其特征。

同时，前述线圈中央部的导线以绝缘膜被覆，前述构成导通环的线圈端部以焊锡或金属电镀处理为其特征。

同时，前述线圈端部的导通环以一圈以上但未达全部圈数的任意圈数以获得所需特性的构造为其特征。

同时，前述包含由导通环构成的电极部，其线圈形缠绕导线的外形，以于电路板上表面粘着容易的圆筒形为其特效。

同时，前述线圈形缠绕的导线内侧以磁性体构成的铁粉芯或棒状的芯材装配为其特征。

同时，前述线圈形缠绕的导线内侧以磁性体构成的铁粉芯装配，此铁粉芯装配于构成前述线圈端部导通环的内侧为其特征。

同时，前述线圈形缠绕的导线内侧装配的磁性体构成的铁粉芯或棒状的芯材，为了不使其脱落，导线末端折入线圈最外圈圆周的内侧为其特征。

同时，前述线圈形缠绕的导线使用复数条绝缘膜被覆导线捻合而成的绞合线(LITZ线)为其特征。

同时，前述绞合线(LITZ线)构成的线圈内侧装配磁性体构成的铁粉芯或棒状的芯材，将前述绞合线(LITZ线)的端部多处熔接于此芯材两端形成的导环上而形成导通环为其特征。

同时，记述于前项的线圈形滤波器(COILFILTER)，导线以线圈形缠绕后，将与线圈内径相同或较线圈内径小，由磁性体构成的铁粉芯或棒状的芯材插入线圈内为其特征。

附图说明

请参阅以下有关本发明一较佳实施例的详细说明及其附图，将可进一步了解本发明的技术内容及其目的功效；有关该实施例的附图为：

图1为本发明第一种实施型态的线圈形滤波器(COILFILTER)形状示意图。

图2为图1所示的线圈形滤波器(COILFILTER)插入芯材后的示意图。

图3为本发明第二种实施型态的线圈形滤波器(COILFILTER)形状示意图。

图4为图3所示的线圈形滤波器(COILFILTER)插入芯材后的示意图。

图5为现有空芯型绕线电感的形状示意图。

图6为现有将铁粉芯插入绕线线圈而构成的电感形状示意图。

图7为电感的阻抗特性图。

图8为线圈形滤波器(COILFILTER)及电感的衰减特性。

图9为自动粘着用卷带的形状示意图。

具体实施方式

接着，参照图面并同时说明本发明线圈形滤波器(COILFILTER)其实施型态的具体实例。

图1为本发明第一种实施型态的线圈形滤波器(COILFILTER)形状示意图。

图1(a)为正视图，图1(b)为侧视图，视用途而定将适当粗细的导线，以导线间1a绝缘的一定间隔疏松方式缠绕成线圈的中央部，两端的1b以导通方式构成遮断线圈磁束的导通环。导线末端的1c加上成折入线圈最外圈的内部，虽无图示但导线末端的1c以点焊或激光焊锡等接合处理方式以确保表面粘着前确实地构成电流导通的导通环。

由于导线末端的1c折入线圈最外围的内部，因此与现有仅单纯切断导线而易与自动粘着机使用的塑胶卷带袋壁勾扯相较，可大幅改善表面粘着不的良率。

同时，因有导通环的构造，虽与匹配或共振回路用途的电感原有特性不同，但却较以晶片电感等等为代表的EMI滤波器效果为佳。一般的电感因相互间的磁束，除了配置方向外，尚需考虑接地(GND)线路的影响或视场合而定的极性等等。但有导通环构造的本发明线圈形滤波器(COILFILTER)因与闭路型电感相同，因几乎不需考虑磁漏的影响，故零件配置的自由度大为提高。因此，需要更大的隔离效果时可多段连接以获得所需的特性。

点焊因其低价及简便之故而被大量采用于电子零件的组立，两电极间夹以复数的被焊材后施加脉冲电压，而后利用被焊材因阻抗生热而将被焊材接合。如上述般若将导线末端的1c折入线圈最外圈的内部，可使得点焊用电极的配置及点焊加工更容易。

电流的导通也有利用焊锡的方式。最近因考虑环保的问题而出现各种不同的无铅焊锡，因材料而定其熔点也愈来愈高，因此要对应无特定焊锡的各种电路板时，零件本身施以耐高温绝缘膜的铜导线也需使用高熔点的焊锡。还有，若因电路板的理由使得线圈形滤波器(COILFILTER)的电极(端子)无法使用特定的焊锡时，也可施以镀金处理。当然，为了提高焊锡性也可施以助焊剂处理。

被称为1608、1005等等的表面粘着零件其长宽尺寸皆固定，本发明的线圈形滤波器(COILFILTER)也不例外。但本发明的线圈形滤波器(COILFILTER)与一般的绕线式电感仅能设定以整数圈为单位相较，若长度及圈数一定时，其导通环可设定最少一圈至最大圈数为止的任意长度或圈数，可使其变化出近乎直线的特性且获得所需特性的线圈形滤波器(COILFILTER)。

图2为图1所示的线圈形滤波器(COILFILTER)中装入芯材的示意图。

图2(a)为正视图，图2(b)为侧视图，与图1相同视用途而定将适当粗细的导线，以导线1a间绝缘的一定间隔疏松方式缠绕成线圈的中央部，两端的1b以导通方式构成遮断线圈磁束的导通环。

相较于图1的空芯线圈，图2为使用由铁粉芯的磁性体构成的芯材1d插入线圈的内侧，芯材插入后，导线末端的1c加工成折入线圈最外圈的内部，虽无图示但导线末端的1c施以点焊或激光焊锡等接合处理以确实地构成电流导通。同时，导线两端的1c加工成折入线圈最外圈的内部因此插入的芯材1d不会脱落，故不需像现有线圈一样，将芯材外径加大强迫插入线圈内以使其不脱落等等的特殊处理。

着眼于温度变化对线圈形状的影响时，缠绕成线圈的导线因其受线性膨胀的支配，因此线圈于松弛的状态下受到温度的变化时，其外径几乎不会改变。

将导线直接缠绕于铁粉芯、或不使芯材脱落而将芯材外径加大强迫插入线圈等等现有产品，受到芯材膨胀的影响线圈直径改变时特性也跟着改变。

因此，导线缠绕成线圈状后，将与线圈内径相同或较小的芯材插入，且为了不使芯材脱落而使用将导线末端折入线圈最外圈的内部的制造方法时，可制造出对温度变化而言特性变化较小的线圈形滤波器(COILFILTER)。

铁粉芯插入线圈内且于线圈两端的导通环内侧时可发挥导通环遮断磁束的效果。芯材超出导通环的外侧时，不仅磁束透过芯材外漏使得滤波的效果较差外，影响周边零件的配置、或受到电路板的线路及周边零件的影响等等使得特性产生变化。

同时，替代插入线圈内由磁性体构成的芯材，也可因应各种不同用途使用玻璃棒、塑胶棒、陶瓷棒、电阻或其他金属材料。例如，本发明的线圈形滤波器(COILFILTER)以复数个组合后封装而构成整体形的滤波器时，因使用与封装材料相同的棒状芯材故封装前后的特性变化较小，可组合已知特性的单体线圈形滤波器(COILFILTER)以获得整体化后特性变化较小的滤波器。

但是，现有以EMI滤波器为目的的磁珠电感，其铁粉芯上以端子贯穿的简单构造可减少游离容量，可选择铁粉芯的材质将杂讯转换成热能后吸收，高频带时使之保有内部滤波器的阻抗成分，低频带时则以电感值为主体。表面粘着用的晶片型电感则于铁粉芯上将导体线路以线圈状或直线状形成积层型，或将金属板外部电极与内部导体一体成型后押入铁粉芯等等的构造。

本发明的线圈形滤波器(COILFILTER)为取代瓷珠电感，更因插入的芯材与线圈的线径、圈数、绕线的间隔等等的组合，视目的、用途而定可获得宽频带隔离或所需的隔离特性，且因其直流阻抗低因此最适合于电源用途的滤波器。

图3为本发明第二种实施型态的线圈形滤波器(COILFILTER)形状示意图。

图3(a)为正视图，图3(b)为侧视图，视用途而定将适当粗细的导线，以导线1a间绝缘方式将绝缘膜被覆的导线以紧密方式缠绕成线圈的中央部，两端的1b则将绝缘膜剥离后施以焊锡或镀金处理而将其导通以构成遮断线圈磁束的导通环。导线末端的1c与图1相同，加工成折入线圈最外圈的内部，虽无图示但导线未端的1c以点焊或激光焊锡等接合处理方式以确保表面粘着前确实地构成电流导通的导通环。

以紧密方式缠绕时，虽因导线间的容量再加上导通环间的容量使得使用频率范围降低，但与图1所示疏松缠绕的线圈相比其电感值可增大，同时因L(电感)及C(电容)的复合作用也可使得使用频率的隔离特性提高。更有甚者，若将中央部的导线以多重或多层线圈状缠绕而将电感值加大，则可使其变成使用于较低频率范围的滤波器。

图4为图3所示的线圈形滤波器(COILFILTER)中装入芯材的示意图。

图4(a)为正视图，图4(b)为侧视图，与图3相同视用途而定将适当粗细的导线，以导线1a间绝缘方式将绝缘膜被覆的导线以紧密方式缠绕成线圈的中央部，两端的1b则将绝缘膜剥离后施以焊锡或镀金处理而将其导通以构成遮断线圈磁束的导通环。

相较于图3的空芯线圈，图4为使用铁粉芯的磁性体构成的芯材1d插入线圈的内侧，与图2相同于芯材1d插入后，导线未端的1c加工成折入线圈最外圈的内部，导线末端的1c则以点焊或激光焊锡等接合处理以确实地构成电流导通。由于导线两端的1c加上成折入线圈最外圈的内部因此插入的芯材1d不会脱落。

如图2的说明，因插入的芯材与线圈的线径、圈数、绕线的间隔等等的组合，视目的、用途而定可获得宽频带隔离特性或所需的隔离特性。同时若导线使用细导线捻合而成的绞合线(LITZ线)时可改善隔离特性。特别是装入铁芯时，于铁芯可发挥效果的频带其改善更大。

要将绞合线(LITZ线)做成导通环时，因复数条捻合的绝缘被覆铜线要全部导通相当困难，虽无图示，若将铁粉芯的两端形成导环，再将导环数处以点焊熔接。由于绞合线(LITZ线)为捻合而成，因此某处的被覆膜一定会被电压冲破而焊接，以结果而言，全部的铜线因导环而构成的导通环而连接。

图5为现有空芯型绕线电感的形状示意图。

图5(a)为正视图，图5(b)为侧视图，将适当粗细的导线，以导线2a间绝缘方式将绝缘膜被覆的导线以紧密方式缠绕成线圈的中央部，两端的2b则将绝缘膜剥离后施以焊锡等处理而构成电感。

如图5导线端邻2c仅单纯切断而无任何处理的现有形状的电感，于自动粘着机使用塑胶卷带包装时，因线圈两端导线切断面的锐角易与袋壁勾扯而造成表面粘着不良的情形。

图6为现有将铁粉芯插入绕线线圈而构成的电感形状示意图。

图6(a)为正视图，图6(b)为侧视图，与图5相同，将适当粗细的导线，以导线2a间绝缘方式将绝缘膜被覆的导线以紧密方式缠绕成线圈的中央部，两端的2b则将绝缘膜剥离后施以焊锡等处理，再将由磁性体构成的芯材2d插入线圈内侧。

图7为电感的阻抗特性图。

图7(a)为一般磁珠电感的阻抗特性，图7(b)为一般常用于高频滤波回路的空芯电感阻抗特性。于图7(a)因以电阻(R)成份为主体因此可看出损失较大，图7(b)因以电阻(R)成份较少损失也少故Q值变得较高。

本发明的线圈形滤波器(COILFILTER)为图7(a)磁珠电感的替代品，因线圈的线径、圈数、绕线的间隔，导通环长度或插入的磁性体芯材的选定等等，可于所需频带获得有效的隔离特性。

图8为线圈形滤波器(COILFILTER)及电感的衰减特性。

图8(a)为本发明的线圈形滤波器(COIIFILTER)的隔离(衰减值)特性，图8(b)为一般绕线式电感的隔离特性，分别各有(A)为单一使用时的特性，(B)为二个紧邻串联时的特性。

由图中可看出图8(b)所示的一般绕线式电感因磁力结合之故，于紧邻串联的(B)中，由线间的容量等等所衍生的自共振频率虽降低，但隔离的效果几乎没有改善。

图8(a)所示本发明的线圈形滤波器(COILFILTER)虽因导通环而使得Q值降低，但可于整个宽频带保持高隔离。串联时也因有导通环之故使得磁力结合度减低，共振频率几乎不降低，可获得更高的隔离。

图9为自动粘着用卷带的形状示意图。

图9(b)为卷带的正视图，图9(a)为断面图，显示零件1、2装入卷带内的状态。3为卷带，3a为装入零件的凹部，3b为送带时的定位孔。为了不使凹部3a内的零件1、2脱落而贴上薄膜状的保护带3c，于零件粘着时剥离后使用。

本发明的线圈形滤波器(COILFILTER)因导线两端加工成折入线圈最外圈的内部，于自动粘着机使用卷带时也不会因导线切断面的锐角与卷带凹部内壁勾扯，可改善表面粘着的不良率。

与现有的卷带品不同，近年来出现了散装粘着。散装黏若是将散装的晶片型零件于粘着机上使用散装送料机经整列后供料而粘着加工、代替现有使用的纸带等等包装材料，于地球资源及环境保护的层面而言也会成为今后的趋势。同时散装粘着由于储存空间较小因此运送成本也可降低。

但是现有的绕线式电感因端子(电极)无法配置于全周，故有将其变化成近四角形使得正反方向可固定、或于四角形的线轴上绕线以对应自动粘著等等方法，本发明的线圈形滤波器(COILFILTER)因形状可为无正反向或极性及表面无突起的圆筒形，因此也可适用于散装粘着。若使其为圆筒形，也有可使用不需马达等等而利用重力原理的散装送料机的优点。

如以上所说明，本发明为以阻隔重叠于直流电源或信号上而散播的电磁波或高频信号为目的的滤波器，其邻接的导线间绝缘且以线圈形缠绕的中央部两侧，至少一圈以上的导线以环状导通的导通环构成导线端部导线间短路，且该导线的末端折入线圈最外圈的内部。因此，可实现因导通环而获得宽频带隔离效果及零件间相互影响较小的滤波器，也因导线两端折入线圈最外圈的内部而可获得零件自动粘着时不良率改善的效果。

同时，前述因中央部的导线以多重或多层缠绕，可于同一外形尺寸获得于更低频带使用特性的滤波器。

同时，因线圈端部的导线以焊锡或熔接构成导线间短路的导通环，可因导通环而确实地维持特性。

同时，因线圈中央部的导线以绝缘膜被覆，构成导通环的线圈端部以焊锡或金属电镀处理。可因紧密缠绕使得电感值加大，焊锡或金属电镀可使得于电路板上的粘着较为容易。

同时，因线圈端部的导通环以一圈以上但未达全部圈数的任意图数以获得所需特性的构造，可配合电子线路选择所需的线圈形滤波器(COILFILTER)。

同时，包含由导通环构成的电极合，其线圈形缠绕导线的外形，因以于电路板上表面粘着容易的圆筒形构成，故可散装粘着。

同时，线圈形缠绕的导线内侧以磁性体构成的铁粉芯或棒状的芯材装配，可因不同芯材而选择配合电路板频率的隔离特性。

同时，线圈形缠绕的导线内侧装配的磁性体构成的铁粉芯或棒状的芯材，为了不使其脱落，导线末端折入线圈最外围圆周的内侧，因此线圈的形状及芯材不需特别加上，可维持滤波器本身原有的初期特性。

同时，以磁性体构成的铁粉芯装配于构成线圈端邻导通环的内侧，因此磁束不易漏泄，有抑制因紧邻的零件及电路板等等产生的不良滤波特性影响的效果。

同时，线圈形缠绕的导线使用复数条绝缘膜被覆导线捻合而成的绞合线(LITZ线)时，有改善隔离特性的效果。

同时，绞合线(LITZ线)构成的线圈内侧装配磁性体构成的铁粉芯或棒状的芯材，将绞合线(LITZ线)的端部多处熔接于此芯材两端形成的导环上而形成导通环时，有绞合线(LITZ线)中所有的导线与导通环导通的效果。

同时，记述于前项的线圈形滤波器(COILFILTER)，导线以线圈形缠绕后，将与线圈内径相同或较线圈内径小，由磁性体构成的铁粉芯或棒状的芯材插入线圈内时，可实现对温度变化影响较小的滤波特性。

Claims (12)

1、一种线圈形滤波器及其制造方法，是使用于电子产品的电路板上，以阻隔重叠于直流电源或信号上而散播的电磁波或高频信号为目的的滤波器，其特征在于，其邻接的导线间绝缘且以线圈形缠绕的中央部两侧，至少一圈以上的导线以环状导通的导通环构成导线端部导线间短路，且该导线的未端折入线圈最外圈的内部。

2、按权利要求1所述的线圈形滤波器及其制造方法，其特征在于，其中该前述中央部的导线以多重或多层缠绕。

3、按权利要求1-2所述的线圈形滤波器及其制造方法，其特征在于，其中该前述线圈端部的导线以焊锡或熔接构成导线间短路的导通环。

4、按权利要求1-3所述的线圈形滤波器及其制造方法，其特征在于，其中该前述线圈中央部的导线以绝缘膜被覆，前述构成导通环的线圈端部以焊锡或金属电镀处理。

5、按权利要求1-4所述的线圈形滤波器及其制造方法，其特征在于，其中该前述线圈端部的导通环以一圈以上但未达全部圈数的任意圈数以获得所需特性。

6、按权利要求1-5所述的线圈形滤波器及其制造方法，其特征在于，其中该含前述线圈端部导通环的电极部，其线圈形缠绕导线的外形，以于电路板上表面粘着容易的圆筒形。

7、按权利要求1-6所述的线圈形滤波器及其制造方法，其特征在于，其中该前述线圈形缠绕的导线内侧以磁性体构成的铁粉芯或棒状的芯材装配。

8、按权利要求1-6所述的线圈形滤波器及其制造方法，其特征在于，其中该前述线圈形缠绕的导线内侧以磁性体构成的铁粉芯装配，此铁粉芯装配于构成前述线圈端部导通环的内侧。

9、按权利要求7-8所述的线圈形滤波器及其制造方法，其特征在于，其中该前述线圈形缠绕的导线内侧装配的磁性体构成的铁粉芯或棒状的芯材，为了不使其脱落，导线末端需折入线圈最外圈圆周的内侧。

10、按权利要求1-9所述的线圈形滤波器及其制造方法，其特征在于，其中该前述线圈形缠绕的导线使用复数条绝缘膜被覆导线捻合而成的绞合线。

11、按权利要求10所述的线圈形滤波器及其制造方法，其特征在于，其中该前述绞合线构成的线圈内侧装配磁性体构成的铁粉芯或棒状的芯材，将前述绞合线的端部多处熔接于此芯材两端形成的导环上而形成导通环。

12、按权利要求7或8所述的线圈形滤波器及其制造方法，其特征在于，其中该线圈形滤波器，导线以线圈形缠绕后，将与线圈内径相同或较线圈内径小，由磁性体构成的铁粉芯或棒状的芯材插入线圈内。

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