專利名稱：線圈形濾波器及其制造方法
技術領域：
本發明為有關粘著于電子產品的電路板上，將重疊于直流電源或信號上而散播的電磁波、高倍頻諧波或高頻信號阻隔的線圈形濾波器(COILFILTER)及其制造方法。
晶片型電感有以陶瓷或鐵氧體為材料，于陶瓷基板上將厚膜導體形成積層構造后成型、燒成、或以陶瓷或鐵氧體材料為基板使用厚膜或薄膜導體成型技術將渦卷狀的線圈形成電極；或以晶片型的母材電鍍導體后再以激光等切割成線圈形狀、或以陶瓷或鐵氧體為絕緣體以被覆銅線纏繞成四角形晶片的無導線電感等等。
但上述構造由于封裝的影響或構造上的游離容量、寄生容量等等因素因而產生使用頻率的限制、導體阻抗過大產生電流量不足，或磁飽和、Q值及插入損失等等的問題。
因此，要求低功率損失的發射器、天線的匹配或大電流電源線路等需使用電感時，會被要求使用纏繞導線單純構造的繞線式線圈。此種纏繞導線的線圈，因用途而定可裝配鐵氧體等磁性體或陶瓷材料的芯材，或以空芯線圈型態使用。
為了解決重疊于電子產品電路板的電源或數字信號的高(倍頻)諧波，或電源及數字信號泄漏的電磁波，被稱為EMI(Electro-MagneticInterference)的電磁波干擾對策一般使用插入電阻或電容接地等等的對策，線圈也因其特性，于壓降或直流電壓的變動要求嚴格時經常被使用。
但通常線圈因分布容量的緣故而存在共振點，一般而言共振點為電感使用頻率的界限。同時由于線圈本身也可成為天線，于特定的頻率時對EMI對策也會產生反效果。特別是如數字式產品于整個寬頻帶皆有高諧波產生時使用上需注意。同時也需注意因磁束的影響而產生線圈間的結合或電路板的接地等等，因此于表面粘著時的方向、極性，相互間不可過于接近的考慮非常重要。
同時，單純以導線纏繞的線圈其做為與電路連接的端子(電極)的線圈兩端，其焊錫處的形狀及處理也是問題。雖有為了自動表面粘著機處理容易，盡可能于線圈兩端大量焊錫，或是與電路板接觸的端子加工成水平形狀等等的改良方式，但表面粘著的卷帶包裝因線圈兩端導線切斷面的銳角易與袋壁勾扯而造成表面粘著不良的情形。
為了實現上述目的，本發明為以阻隔重疊掄直流電源或信號上而散播的電磁波或高頻信號為目的的濾波器，其鄰接的導線間絕緣且以線圈形纏繞的中央部兩側，至少一圈以上的導線以環狀導通的導通環構成導線端部導線間短路，且該導線的末端折入線圈最外圈的內部為其特征。
同時，前述中央部的導線以多重或多層纏繞為其特征。
同時，前述線圈端部的導線以焊錫或熔接構成導線間短路的導通環為其特征。
同時，前述線圈中央部的導線以絕緣膜被覆，前述構成導通環的線圈端部以焊錫或金屬電鍍處理為其特征。
同時，前述線圈端部的導通環以一圈以上但未達全部圈數的任意圈數以獲得所需特性的構造為其特征。
同時，前述包含由導通環構成的電極部，其線圈形纏繞導線的外形，以于電路板上表面粘著容易的圓筒形為其特效。
同時，前述線圈形纏繞的導線內側以磁性體構成的鐵粉芯或棒狀的芯材裝配為其特征。
同時，前述線圈形纏繞的導線內側以磁性體構成的鐵粉芯裝配，此鐵粉芯裝配于構成前述線圈端部導通環的內側為其特征。
同時，前述線圈形纏繞的導線內側裝配的磁性體構成的鐵粉芯或棒狀的芯材，為了不使其脫落，導線末端折入線圈最外圈圓周的內側為其特征。
同時，前述線圈形纏繞的導線使用復數條絕緣膜被覆導線捻合而成的絞合線(LITZ線)為其特征。
同時，前述絞合線(LITZ線)構成的線圈內側裝配磁性體構成的鐵粉芯或棒狀的芯材，將前述絞合線(LITZ線)的端部多處熔接于此芯材兩端形成的導環上而形成導通環為其特征。
同時，記述于前項的線圈形濾波器(COILFILTER)，導線以線圈形纏繞后，將與線圈內徑相同或較線圈內徑小，由磁性體構成的鐵粉芯或棒狀的芯材插入線圈內為其特征。
圖2為
圖1所示的線圈形濾波器(COILFILTER)插入芯材后的示意圖。
圖3為本發明第二種實施型態的線圈形濾波器(COILFILTER)形狀示意圖。
圖4為圖3所示的線圈形濾波器(COILFILTER)插入芯材后的示意圖。
圖5為現有空芯型繞線電感的形狀示意圖。
圖6為現有將鐵粉芯插入繞線線圈而構成的電感形狀示意圖。
圖7為電感的阻抗特性圖。
圖8為線圈形濾波器(COILFILTER)及電感的衰減特性。
圖9為自動粘著用卷帶的形狀示意圖。
圖1為本發明第一種實施型態的線圈形濾波器(COILFILTER)形狀示意圖。
圖1(a)為正視圖，圖1(b)為側視圖，視用途而定將適當粗細的導線，以導線間1a絕緣的一定間隔疏松方式纏繞成線圈的中央部，兩端的1b以導通方式構成遮斷線圈磁束的導通環。導線末端的1c加上成折入線圈最外圈的內部，雖無圖示但導線末端的1c以點焊或激光焊錫等接合處理方式以確保表面粘著前確實地構成電流導通的導通環。
由于導線末端的1c折入線圈最外圍的內部，因此與現有僅單純切斷導線而易與自動粘著機使用的塑膠卷帶袋壁勾扯相較，可大幅改善表面粘著不的良率。
同時，因有導通環的構造，雖與匹配或共振回路用途的電感原有特性不同，但卻較以晶片電感等等為代表的EMI濾波器效果為佳。一般的電感因相互間的磁束，除了配置方向外，尚需考慮接地(GND)線路的影響或視場合而定的極性等等。但有導通環構造的本發明線圈形濾波器(COILFILTER)因與閉路型電感相同，因幾乎不需考慮磁漏的影響，故零件配置的自由度大為提高。因此，需要更大的隔離效果時可多段連接以獲得所需的特性。
點焊因其低價及簡便之故而被大量采用于電子零件的組立，兩電極間夾以復數的被焊材后施加脈沖電壓，而后利用被焊材因阻抗生熱而將被焊材接合。如上述般若將導線末端的1c折入線圈最外圈的內部，可使得點焊用電極的配置及點焊加工更容易。
電流的導通也有利用焊錫的方式。最近因考慮環保的問題而出現各種不同的無鉛焊錫，因材料而定其熔點也愈來愈高，因此要對應無特定焊錫的各種電路板時，零件本身施以耐高溫絕緣膜的銅導線也需使用高熔點的焊錫。還有，若因電路板的理由使得線圈形濾波器(COILFILTER)的電極(端子)無法使用特定的焊錫時，也可施以鍍金處理。當然，為了提高焊錫性也可施以助焊劑處理。
被稱為1608、1005等等的表面粘著零件其長寬尺寸皆固定，本發明的線圈形濾波器(COILFILTER)也不例外。但本發明的線圈形濾波器(COILFILTER)與一般的繞線式電感僅能設定以整數圈為單位相較，若長度及圈數一定時，其導通環可設定最少一圈至最大圈數為止的任意長度或圈數，可使其變化出近乎直線的特性且獲得所需特性的線圈形濾波器(COILFILTER)。
圖2為圖1所示的線圈形濾波器(COILFILTER)中裝入芯材的示意圖。
圖2(a)為正視圖，圖2(b)為側視圖，與圖1相同視用途而定將適當粗細的導線，以導線1a間絕緣的一定間隔疏松方式纏繞成線圈的中央部，兩端的1b以導通方式構成遮斷線圈磁束的導通環。
相較于圖1的空芯線圈，圖2為使用由鐵粉芯的磁性體構成的芯材1d插入線圈的內側，芯材插入后，導線末端的1c加工成折入線圈最外圈的內部，雖無圖示但導線末端的1c施以點焊或激光焊錫等接合處理以確實地構成電流導通。同時，導線兩端的1c加工成折入線圈最外圈的內部因此插入的芯材1d不會脫落，故不需像現有線圈一樣，將芯材外徑加大強迫插入線圈內以使其不脫落等等的特殊處理。
著眼于溫度變化對線圈形狀的影響時，纏繞成線圈的導線因其受線性膨脹的支配，因此線圈于松弛的狀態下受到溫度的變化時，其外徑幾乎不會改變。
將導線直接纏繞于鐵粉芯、或不使芯材脫落而將芯材外徑加大強迫插入線圈等等現有產品，受到芯材膨脹的影響線圈直徑改變時特性也跟著改變。
因此，導線纏繞成線圈狀后，將與線圈內徑相同或較小的芯材插入，且為了不使芯材脫落而使用將導線末端折入線圈最外圈的內部的制造方法時，可制造出對溫度變化而言特性變化較小的線圈形濾波器(COILFILTER)。
鐵粉芯插入線圈內且于線圈兩端的導通環內側時可發揮導通環遮斷磁束的效果。芯材超出導通環的外側時，不僅磁束透過芯材外漏使得濾波的效果較差外，影響周邊零件的配置、或受到電路板的線路及周邊零件的影響等等使得特性產生變化。
同時，替代插入線圈內由磁性體構成的芯材，也可因應各種不同用途使用玻璃棒、塑膠棒、陶瓷棒、電阻或其他金屬材料。例如，本發明的線圈形濾波器(COILFILTER)以復數個組合后封裝而構成整體形的濾波器時，因使用與封裝材料相同的棒狀芯材故封裝前后的特性變化較小，可組合已知特性的單體線圈形濾波器(COILFILTER)以獲得整體化后特性變化較小的濾波器。
但是，現有以EMI濾波器為目的的磁珠電感，其鐵粉芯上以端子貫穿的簡單構造可減少游離容量，可選擇鐵粉芯的材質將雜訊轉換成熱能后吸收，高頻帶時使之保有內部濾波器的阻抗成分，低頻帶時則以電感值為主體。表面粘著用的晶片型電感則于鐵粉芯上將導體線路以線圈狀或直線狀形成積層型，或將金屬板外部電極與內部導體一體成型后押入鐵粉芯等等的構造。
本發明的線圈形濾波器(COILFILTER)為取代瓷珠電感，更因插入的芯材與線圈的線徑、圈數、繞線的間隔等等的組合，視目的、用途而定可獲得寬頻帶隔離或所需的隔離特性，且因其直流阻抗低因此最適合于電源用途的濾波器。
圖3為本發明第二種實施型態的線圈形濾波器(COILFILTER)形狀示意圖。
圖3(a)為正視圖，圖3(b)為側視圖，視用途而定將適當粗細的導線，以導線1a間絕緣方式將絕緣膜被覆的導線以緊密方式纏繞成線圈的中央部，兩端的1b則將絕緣膜剝離后施以焊錫或鍍金處理而將其導通以構成遮斷線圈磁束的導通環。導線末端的1c與圖1相同，加工成折入線圈最外圈的內部，雖無圖示但導線未端的1c以點焊或激光焊錫等接合處理方式以確保表面粘著前確實地構成電流導通的導通環。
以緊密方式纏繞時，雖因導線間的容量再加上導通環間的容量使得使用頻率范圍降低，但與圖1所示疏松纏繞的線圈相比其電感值可增大，同時因L(電感)及C(電容)的復合作用也可使得使用頻率的隔離特性提高。更有甚者，若將中央部的導線以多重或多層線圈狀纏繞而將電感值加大，則可使其變成使用于較低頻率范圍的濾波器。
圖4為圖3所示的線圈形濾波器(COILFILTER)中裝入芯材的示意圖。
圖4(a)為正視圖，圖4(b)為側視圖，與圖3相同視用途而定將適當粗細的導線，以導線1a間絕緣方式將絕緣膜被覆的導線以緊密方式纏繞成線圈的中央部，兩端的1b則將絕緣膜剝離后施以焊錫或鍍金處理而將其導通以構成遮斷線圈磁束的導通環。
相較于圖3的空芯線圈，圖4為使用鐵粉芯的磁性體構成的芯材1d插入線圈的內側，與圖2相同于芯材1d插入后，導線未端的1c加工成折入線圈最外圈的內部，導線末端的1c則以點焊或激光焊錫等接合處理以確實地構成電流導通。由于導線兩端的1c加上成折入線圈最外圈的內部因此插入的芯材1d不會脫落。
如圖2的說明，因插入的芯材與線圈的線徑、圈數、繞線的間隔等等的組合，視目的、用途而定可獲得寬頻帶隔離特性或所需的隔離特性。同時若導線使用細導線捻合而成的絞合線(LITZ線)時可改善隔離特性。特別是裝入鐵芯時，于鐵芯可發揮效果的頻帶其改善更大。
要將絞合線(LITZ線)做成導通環時，因復數條捻合的絕緣被覆銅線要全部導通相當困難，雖無圖示，若將鐵粉芯的兩端形成導環，再將導環數處以點焊熔接。由于絞合線(LITZ線)為捻合而成，因此某處的被覆膜一定會被電壓沖破而焊接，以結果而言，全部的銅線因導環而構成的導通環而連接。
圖5為現有空芯型繞線電感的形狀示意圖。
圖5(a)為正視圖，圖5(b)為側視圖，將適當粗細的導線，以導線2a間絕緣方式將絕緣膜被覆的導線以緊密方式纏繞成線圈的中央部，兩端的2b則將絕緣膜剝離后施以焊錫等處理而構成電感。
如圖5導線端鄰2c僅單純切斷而無任何處理的現有形狀的電感，于自動粘著機使用塑膠卷帶包裝時，因線圈兩端導線切斷面的銳角易與袋壁勾扯而造成表面粘著不良的情形。
圖6為現有將鐵粉芯插入繞線線圈而構成的電感形狀示意圖。
圖6(a)為正視圖，圖6(b)為側視圖，與圖5相同，將適當粗細的導線，以導線2a間絕緣方式將絕緣膜被覆的導線以緊密方式纏繞成線圈的中央部，兩端的2b則將絕緣膜剝離后施以焊錫等處理，再將由磁性體構成的芯材2d插入線圈內側。
圖7為電感的阻抗特性圖。
圖7(a)為一般磁珠電感的阻抗特性，圖7(b)為一般常用于高頻濾波回路的空芯電感阻抗特性。于圖7(a)因以電阻(R)成份為主體因此可看出損失較大，圖7(b)因以電阻(R)成份較少損失也少故Q值變得較高。
本發明的線圈形濾波器(COILFILTER)為圖7(a)磁珠電感的替代品，因線圈的線徑、圈數、繞線的間隔，導通環長度或插入的磁性體芯材的選定等等，可于所需頻帶獲得有效的隔離特性。
圖8為線圈形濾波器(COILFILTER)及電感的衰減特性。
圖8(a)為本發明的線圈形濾波器(COIIFILTER)的隔離(衰減值)特性，圖8(b)為一般繞線式電感的隔離特性，分別各有(A)為單一使用時的特性，(B)為二個緊鄰串聯時的特性。
由圖中可看出圖8(b)所示的一般繞線式電感因磁力結合之故，于緊鄰串聯的(B)中，由線間的容量等等所衍生的自共振頻率雖降低，但隔離的效果幾乎沒有改善。
圖8(a)所示本發明的線圈形濾波器(COILFILTER)雖因導通環而使得Q值降低，但可于整個寬頻帶保持高隔離。串聯時也因有導通環之故使得磁力結合度減低，共振頻率幾乎不降低，可獲得更高的隔離。
圖9為自動粘著用卷帶的形狀示意圖。
圖9(b)為卷帶的正視圖，圖9(a)為斷面圖，顯示零件1、2裝入卷帶內的狀態。3為卷帶，3a為裝入零件的凹部，3b為送帶時的定位孔。為了不使凹部3a內的零件1、2脫落而貼上薄膜狀的保護帶3c，于零件粘著時剝離后使用。
本發明的線圈形濾波器(COILFILTER)因導線兩端加工成折入線圈最外圈的內部，于自動粘著機使用卷帶時也不會因導線切斷面的銳角與卷帶凹部內壁勾扯，可改善表面粘著的不良率。
與現有的卷帶品不同，近年來出現了散裝粘著。散裝黏若是將散裝的晶片型零件于粘著機上使用散裝送料機經整列后供料而粘著加工、代替現有使用的紙帶等等包裝材料，于地球資源及環境保護的層面而言也會成為今后的趨勢。同時散裝粘著由于儲存空間較小因此運送成本也可降低。
但是現有的繞線式電感因端子(電極)無法配置于全周，故有將其變化成近四角形使得正反方向可固定、或于四角形的線軸上繞線以對應自動粘著等等方法，本發明的線圈形濾波器(COILFILTER)因形狀可為無正反向或極性及表面無突起的圓筒形，因此也可適用于散裝粘著。若使其為圓筒形，也有可使用不需馬達等等而利用重力原理的散裝送料機的優點。
如以上所說明，本發明為以阻隔重疊于直流電源或信號上而散播的電磁波或高頻信號為目的的濾波器，其鄰接的導線間絕緣且以線圈形纏繞的中央部兩側，至少一圈以上的導線以環狀導通的導通環構成導線端部導線間短路，且該導線的末端折入線圈最外圈的內部。因此，可實現因導通環而獲得寬頻帶隔離效果及零件間相互影響較小的濾波器，也因導線兩端折入線圈最外圈的內部而可獲得零件自動粘著時不良率改善的效果。
同時，前述因中央部的導線以多重或多層纏繞，可于同一外形尺寸獲得于更低頻帶使用特性的濾波器。
同時，因線圈端部的導線以焊錫或熔接構成導線間短路的導通環，可因導通環而確實地維持特性。
同時，因線圈中央部的導線以絕緣膜被覆，構成導通環的線圈端部以焊錫或金屬電鍍處理。可因緊密纏繞使得電感值加大，焊錫或金屬電鍍可使得于電路板上的粘著較為容易。
同時，因線圈端部的導通環以一圈以上但未達全部圈數的任意圖數以獲得所需特性的構造，可配合電子線路選擇所需的線圈形濾波器(COILFILTER)。
同時，包含由導通環構成的電極合，其線圈形纏繞導線的外形，因以于電路板上表面粘著容易的圓筒形構成，故可散裝粘著。
同時，線圈形纏繞的導線內側以磁性體構成的鐵粉芯或棒狀的芯材裝配，可因不同芯材而選擇配合電路板頻率的隔離特性。
同時，線圈形纏繞的導線內側裝配的磁性體構成的鐵粉芯或棒狀的芯材，為了不使其脫落，導線末端折入線圈最外圍圓周的內側，因此線圈的形狀及芯材不需特別加上，可維持濾波器本身原有的初期特性。
同時，以磁性體構成的鐵粉芯裝配于構成線圈端鄰導通環的內側，因此磁束不易漏泄，有抑制因緊鄰的零件及電路板等等產生的不良濾波特性影響的效果。
同時，線圈形纏繞的導線使用復數條絕緣膜被覆導線捻合而成的絞合線(LITZ線)時，有改善隔離特性的效果。
同時，絞合線(LITZ線)構成的線圈內側裝配磁性體構成的鐵粉芯或棒狀的芯材，將絞合線(LITZ線)的端部多處熔接于此芯材兩端形成的導環上而形成導通環時，有絞合線(LITZ線)中所有的導線與導通環導通的效果。
同時，記述于前項的線圈形濾波器(COILFILTER)，導線以線圈形纏繞后，將與線圈內徑相同或較線圈內徑小，由磁性體構成的鐵粉芯或棒狀的芯材插入線圈內時，可實現對溫度變化影響較小的濾波特性。
權利要求
1.一種線圈形濾波器及其制造方法，是使用于電子產品的電路板上，以阻隔重疊于直流電源或信號上而散播的電磁波或高頻信號為目的的濾波器，其特征在于，其鄰接的導線間絕緣且以線圈形纏繞的中央部兩側，至少一圈以上的導線以環狀導通的導通環構成導線端部導線間短路，且該導線的未端折入線圈最外圈的內部。
2.按權利要求1所述的線圈形濾波器及其制造方法，其特征在于，其中該前述中央部的導線以多重或多層纏繞。
3.按權利要求1-2所述的線圈形濾波器及其制造方法，其特征在于，其中該前述線圈端部的導線以焊錫或熔接構成導線間短路的導通環。
4.按權利要求1-3所述的線圈形濾波器及其制造方法，其特征在于，其中該前述線圈中央部的導線以絕緣膜被覆，前述構成導通環的線圈端部以焊錫或金屬電鍍處理。
5.按權利要求1-4所述的線圈形濾波器及其制造方法，其特征在于，其中該前述線圈端部的導通環以一圈以上但未達全部圈數的任意圈數以獲得所需特性。
6.按權利要求1-5所述的線圈形濾波器及其制造方法，其特征在于，其中該含前述線圈端部導通環的電極部，其線圈形纏繞導線的外形，以于電路板上表面粘著容易的圓筒形。
7.按權利要求1-6所述的線圈形濾波器及其制造方法，其特征在于，其中該前述線圈形纏繞的導線內側以磁性體構成的鐵粉芯或棒狀的芯材裝配。
8.按權利要求1-6所述的線圈形濾波器及其制造方法，其特征在于，其中該前述線圈形纏繞的導線內側以磁性體構成的鐵粉芯裝配，此鐵粉芯裝配于構成前述線圈端部導通環的內側。
9.按權利要求7-8所述的線圈形濾波器及其制造方法，其特征在于，其中該前述線圈形纏繞的導線內側裝配的磁性體構成的鐵粉芯或棒狀的芯材，為了不使其脫落，導線末端需折入線圈最外圈圓周的內側。
10.按權利要求1-9所述的線圈形濾波器及其制造方法，其特征在于，其中該前述線圈形纏繞的導線使用復數條絕緣膜被覆導線捻合而成的絞合線。
11.按權利要求10所述的線圈形濾波器及其制造方法，其特征在于，其中該前述絞合線構成的線圈內側裝配磁性體構成的鐵粉芯或棒狀的芯材，將前述絞合線的端部多處熔接于此芯材兩端形成的導環上而形成導通環。
12.按權利要求7或8所述的線圈形濾波器及其制造方法，其特征在于，其中該線圈形濾波器，導線以線圈形纏繞后，將與線圈內徑相同或較線圈內徑小，由磁性體構成的鐵粉芯或棒狀的芯材插入線圈內。
全文摘要
一種線圈形濾波器及其制造方法,提供適合于電子線路板的自動表面粘著,較不需考慮零件間相互的排列,可于寬頻帶實現優越高頻特性隔離效果的線圈形濾波器;使用于電子產品電路板上,以阻隔重疊于直流電源或信號上而散播的電磁波或高頻信號為目的的濾波器,其鄰接的導線間絕緣且以線圈形纏繞的中央部兩側,至少一圈以上的導線以環狀導通的導通環(SHORT RING以下稱導通環)構成導線端部導線間短路,且該導線的末端折入線圈最外圈的內部而構成。
文檔編號H03H7/01GK1389880SQ0210527
公開日2003年1月8日 申請日期2002年2月25日 優先權日2001年6月6日
發明者小宮邦文 申請人:小宮邦文