CN109565933A - 多层基板 - Google Patents

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川边雅彦
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Abstract

具备：第1金属板，形成第1线圈；第2金属板，在线圈的卷绕轴方向上与第1金属板相对，形成第2线圈；第1绝缘层，内置第1金属板；及第2绝缘层，内置第2金属板。在第1金属板经由多个通孔连接金属箔，在形成于金属箔的图案安装有内置于第1绝缘层的电子部件。

Description

多层基板
技术领域
本发明涉及多层基板。
背景技术
在专利文献1所公开的多层印刷基板中，具备由4以上的偶数层形成且形成有厚度薄的薄导体的向外部露出的至少1个外层和形成有厚度厚的厚导体的不向外部露出的至少1个内层，由形成于内层的厚导体形成线圈图案，在形成于外层的薄导体，表面安装有电子部件。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2015-88689号公报
发明内容
发明要解决的课题
在使内置第1线圈的绝缘层与内置第2线圈的绝缘层层叠了的情况下，若将线圈与电子部件层叠地配置则会招致层叠方向的大型化。另外，存在想要实现投影面积的小型化这一要求。
本发明的目的在于，提供一种能够实现投影面积的小型化并且能够抑制层叠方向的大型化的多层基板。
用于解决课题的技术方案
在技术方案1所记载的发明中，其要旨在于，具备：第1金属板，形成第1线圈；第2金属板，在线圈的卷绕轴方向上与所述第1金属板相对，形成第2线圈；第1绝缘层，内置所述第1金属板；及第2绝缘层，内置所述第2金属板，在所述第1绝缘层的一面或另一面或者所述第2绝缘层的一面或另一面中的至少一方配置形成导电层的金属箔，在所述第1金属板经由通孔连接所述导电层，在形成所述导电层的所述金属箔的图案安装有内置于所述第1绝缘层的电子部件。
根据技术方案1所记载的发明，由于对金属箔形成图案并安装电子部件，因此，与对第1金属板形成图案并安装的情况相比，能够使图案微细化并能够使投影面积小型化。另外，由于将电子部件和第1金属板内置于第1绝缘层，因此，与将电子部件和第1金属板内置于不同的绝缘层并将它们层叠的情况相比，能够抑制层叠方向上的大型化。
在技术方案2所记载的发明中，在技术方案1所记载的多层基板的基础上，其要旨在于，所述第1绝缘层配置于比所述第2绝缘层靠散热构件侧处，所述金属箔配置于比所述第1金属板及所述第2金属板靠散热构件侧处。
根据技术方案2所记载的发明，金属箔中的电子部件的热的散热性能比第1金属板中的散热性能差，但由于在散热构件侧配置金属箔，因此，散热性与此相应地提高，能够抑制散热性下降。
在技术方案3所记载的发明中，在技术方案2所记载的多层基板的基础上，其要旨在于，在所述第2绝缘层内置有无源部件。
根据技术方案3所记载的发明，能够将散热的必要性低的无源部件内置于第2绝缘层。
在技术方案4所记载的发明中，在技术方案2或3所记载的多层基板的基础上，其要旨在于，内置于所述第1绝缘层的所述电子部件是功率元件。
根据技术方案4所记载的发明，散热的必要性高的功率元件的散热性优异。
发明的效果
根据本发明，能够实现投影面积的小型化并且抑制层叠方向上的大型化。
附图说明
图1是实施方式中的绝缘型DC-DC转换器的电路图。
在图2中，(a)是多层基板、磁性芯、散热构件的俯视图，(b)是(a)的A-A线处的纵剖视图。
图3是图2的(a)的B-B线处的纵剖视图。
在图4中，(a)是多层基板中的第2绝缘层(第2金属板)的配置部分的俯视图，(b)是(a)的A-A线处的纵剖视图。
在图5中，(a)是多层基板中的第1绝缘层(第1金属板)的配置部分的俯视图，(b)是(a)的A-A线处的纵剖视图。
图6是多层基板中的第1绝缘层(第1金属板)的配置部分的仰视图(图5的(b)的C向视图)。
图7是另一例的多层基板的仰视图。
图8是另一例的多层基板的纵剖视图。
具体实施方式
以下，按照附图说明具体化为绝缘型DC-DC转换器的一实施方式。
如图1所示，作为电力变换装置的绝缘型DC-DC转换器10是正向(英文：forward)形DC-DC转换器，具备变压器11。变压器11具备初级侧线圈(绕组)11a和次级侧线圈(绕组)11b。绝缘型DC-DC转换器10是机动车用，搭载于车辆。绝缘型DC-DC转换器10对变压器11的初级侧的输入电压进行降压后向变压器11的次级侧输出。
初级侧线圈11a的一方的端子与输入端子连接，输入端子与电池12的正极端子连接。初级侧线圈11a的另一方的端子经由初级侧开关元件14接地。将功率MOSFET用作初级侧开关元件14。
在输入端子与变压器11的初级侧线圈11a之间连接有平滑电容器13的正极，平滑电容器13的负极接地。平滑电容器13使用电解电容器。通过平滑电容器13使变压器11的初级侧电压平滑。
在变压器11的次级侧线圈11b连接有由二极管16、17形成的整流电路。二极管16的阳极连接于变压器11的次级侧的接地，阴极连接于变压器11的次级侧线圈11b的一端。二极管17的阳极连接于二极管16的阳极，阴极连接于变压器11的次级侧线圈11b的另一端。
而且，电容器19与二极管17并联连接。线圈18设置于变压器11的次级侧线圈11b与电容器19之间。由线圈18和电容器19构成滤波电路。
在初级侧开关元件14的栅极端子连接有控制IC15。从控制IC15向初级侧开关元件14的栅极端子输出脉冲信号，通过该脉冲信号来使初级侧开关元件14进行开关。在初级侧开关元件14处于接通(ON)时从初级侧的电源向次级侧供给能量。在初级侧开关元件14处于断开(OFF)时将储存于线圈18的能量向输出放出。详细而言，直流电压通过平滑电容器13而被向变压器11的初级侧线圈11a供给，通过控制IC15对初级侧开关元件14进行接通/断开控制，在该接通/断开动作下的、初级侧开关元件14的接通期间，在初级侧线圈11a流动有初级电流，因变压器11的电动势而流动有次级电流。在初级侧开关元件14处于断开时，线圈18的电流因线圈18的反电动势而经由二极管17流向输出。
在控制IC15连接有检测电路20，通过检测电路20来检测输出电压Vout。检测电路20的输出电压Vout的测定结果被送向控制IC15。控制IC15将检测电路20的输出电压Vout的测定结果作为反馈信号而以输出电压Vout成为所希望的一定值的方式控制初级侧开关元件14的占空比。
伴随于绝缘型DC-DC转换器10的驱动而变压器11、初级侧开关元件14等发热。
以下，对变压器11及初级侧开关元件14的具体的构造进行说明。变压器11及初级侧开关元件14使用多层基板而构成。
多层基板通过将导电层(配线图案)和绝缘层(树脂层)交替地层叠而构成。
图2的(a)中示出多层基板30、磁性芯63、散热构件70的俯视面，图2的(b)中示出图2的(a)的A-A线处的纵剖面，图3中示出图2的(a)的B-B线处的纵剖面。如图2的(a)、(b)所示，多层基板30具备第1金属板31、第2金属板32、第1绝缘层33、第2绝缘层34、第1金属箔35、第2金属箔36、第3金属箔37、第4金属箔38、第3绝缘层39、电子部件50及电子部件55。第1金属板31为铜板，第2金属板32为铜板。第1金属箔35为铜箔，第2金属箔36为铜箔，第3金属箔37为铜箔，第4金属箔38为铜箔。由第1金属箔35形成第1导电层L1，由第2金属箔36形成第2导电层L2，由第3金属箔37形成第3导电层L3，由第4金属箔38形成第4导电层L4。
第1金属板31及第2金属板32的厚度例如为500μm左右。第1金属板31及第2金属板32通过冲压而被形成图案，能够供大电流流动。另一方面，第1金属箔35、第2金属箔36、第3金属箔37及第4金属箔38的厚度比第1金属板31及第2金属板32的厚度薄，例如为100μm以下。第1金属箔35、第2金属箔36、第3金属箔37及第4金属箔38利用蚀刻而被形成图案，在使大电流流动的图案中成为宽幅，在使控制电流流动的图案中成为窄幅。
在作为第2绝缘层34的一面的上表面配置有第1金属箔35并且在作为第2绝缘层34的另一面的下表面配置有第2金属箔36。同样，在作为第1绝缘层33的一面的上表面配置有第3金属箔37并且在作为第1绝缘层33的另一面的下表面配置有第4金属箔38。
第1金属箔35被形成图案为所希望的布线形状，如图4的(a)所示，形成有图案35a、35b、35c。第2金属箔36被形成图案为所希望的布线形状，如图4的(a)所示，形成有图案36a。第3金属箔37被形成图案为所希望的布线形状，如图5的(a)所示，形成有图案37a、37b。第4金属箔38被形成图案为所希望的布线形状，如图6所示，形成有图案38a、38b。
如图2的(b)所示，在第1绝缘层33之上隔着薄的第3绝缘层39层叠有第2绝缘层34。也就是说，在第3金属箔37之上隔着薄的第3绝缘层39配置有第2金属箔36。
如图5的(a)、(b)所示，在第1绝缘层33中内置有第1金属板31。如图4的(a)、(b)所示，在第2绝缘层34中内置有第2金属板32。
第1金属板31被形成图案为所希望的线圈形状，如图5的(a)及图6所示，形成有作为初级侧线圈(绕组)的第1线圈31a。第2金属板32被形成图案为所希望的线圈形状，如图4的(a)所示，形成有作为次级侧线圈(绕组)的第2线圈32a。
如图5的(a)及图5的(b)所示，第1线圈31a呈螺旋状，匝数为“2”。如图4的(a)及图4的(b)所示，第2线圈32a呈C字状，匝数为“1”。第1金属板31的第1线圈31a和第2金属板32的第2线圈32a配置成在上下方向上重叠。也就是说，第1金属板31的第1线圈31a和第2金属板32的第2线圈32a在上下方向、即线圈的卷绕轴方向上相对。
这样，多层基板30具备：第1金属板31，形成作为初级侧线圈(绕组)的第1线圈31a；第2金属板32，在线圈的卷绕轴方向上与第1金属板31相对，形成作为次级侧线圈(绕组)的第2线圈32a；第1绝缘层33，内置第1金属板31；及第2绝缘层34，内置第2金属板32。
如图6所示，第1金属板31的第1线圈31a的内周侧端部经由多个通孔40而与第4金属箔38的图案38a连接，更详细而言，第1线圈31a的内周侧端部与图案38a通过多个通孔40的导体而相互电导通。如图5的(a)所示，第1线圈31a的外周侧端部经由多个通孔41而与第3金属箔37的图案37a连接，更详细而言，第1线圈31a的外周侧端部与图案37a通过多个通孔41的导体而相互电导通。
如图4的(a)所示，第2金属板32的第2线圈32a的一端部经由多个通孔42而与第2金属箔36的图案36a连接，更详细而言，第2线圈32a的一端部与图案36a通过多个通孔42的导体而相互电导通。同样地如图4的(a)所示，第2线圈32a的另一端部经由多个通孔43而与第1金属箔35的图案35a连接，更详细而言，第2线圈32a的另一端部与图案35a通过多个通孔43的导体而相互电导通。
如图5的(a)、(b)所示，在第1绝缘层33内置有电子部件50。电子部件50例如是图1的初级侧开关元件14、即功率元件(有源部件)。此外，内置于第1绝缘层33的电子部件50也可以是初级侧开关元件14以外的功率元件、例如图1的二极管16、17等。电子部件50经由多个通孔51而与第4金属箔38的图案38b连接，更详细而言，电子部件50的电极(例如漏极电极)与图案38b通过多个通孔51的导体而相互电导通。电子部件50经由多个通孔52而与第3金属箔37的图案37b连接，更详细而言，电子部件50的电极(例如源极电极)与图案37b通过多个通孔52的导体而相互电导通。这样，在形成于第4金属箔38的图案38b安装有内置于第1绝缘层33的电子部件50。
如图4的(a)、(b)所示，在第2绝缘层34内置有电子部件55。电子部件55例如是图1的电容器19、即无源部件。电子部件55经由多个通孔56而与第1金属箔35的图案35b连接，更详细而言，电子部件55的电极(例如正极电极)与图案35b通过多个通孔56的导体而相互电导通。另外，电子部件55经由多个通孔57而与第1金属箔35的图案35c连接，更详细而言，电子部件55的电极(例如负极电极)与图案35c通过多个通孔57的导体而相互电导通。
如图2的(a)、图2的(b)、图3所示，在多层基板30形成有芯用贯通孔60、61、62。在多层基板30组装有EI型磁性芯63。EI型磁性芯63由E型磁性芯64和I型磁性芯65形成。详细而言，在多层基板30中的线圈的中心部(绕组的中心)形成有圆形的贯通孔60。在多层基板30中的线圈的外径侧(绕组图案的外周端)形成有贯通孔61及贯通孔62。E型磁性芯64从多层基板30中的一面，以中央脚部64a通过贯通孔60并且两侧脚部64b、64c通过贯通孔61及贯通孔62的方式配置。I型磁性芯65以E型磁性芯64的中央脚部64a的顶端面及两侧脚部64b、64c的顶端面抵接的方式配置于多层基板30中的另一面。
组装有EI型磁性芯63的多层基板30配置在散热构件(热沉，heat sink)70之上。散热构件70呈平板状。组装有EI型磁性芯63的多层基板30以热接合的状态配置于散热构件70的上表面。
多层基板30中的第1绝缘层33配置于比第2绝缘层34靠散热构件70侧处。另外，多层基板30中的第4金属箔38配置于比第1金属板31及第2金属板32靠散热构件70侧处。
接着，对作用进行说明。
如图2的(a)、(b)、图3所示，形成有作为初级侧线圈的第1线圈31a的第1金属板31和形成有作为次级侧线圈的第2线圈32a的第2金属板32埋入多层基板30并内置化。因而，第1金属板31(第1线圈31a)与第2金属板32(第2线圈32a)之间的空间变小。
具体而言，在导电层L1与导电层L2之间内置有第2金属板32(第2线圈32a)。另外，在导电层L3与导电层L4之间内置有第1金属板31(第1线圈31a)。第1金属板31(第1线圈31a)和第2金属板32(第2线圈32a)通过绝缘层39而绝缘。另外，在导电层L1、L2、L3、L4与各金属板31、32(线圈31a、32a)之间进行了连接。
由此，能够实现交流电阻的降低。另外，与电路的连接性优异。
也就是说，若构成为将磁性芯组装到在基板的一面配置有初级侧线圈并且在基板的另一面配置有次级侧线圈的构件，则有可能在初级侧线圈与次级侧线圈之间产生与基板的厚度相应的空间而漏电感增加、线圈的损失增加、磁性芯的高度、体积增加。
与此相对，在本实施方式中，通过将初级侧线圈和次级侧线圈以层叠的状态内置于多层基板，能够缩短初级侧线圈与次级侧线圈之间的距离，能够降低变压器的损失并且能够实现变压器的小型化。
另外，多层基板30配置于散热构件(热沉)70之上，当伴随于绝缘型DC-DC转换器10的驱动而变压器11、初级侧开关元件14等发热时，该热从散热构件70逸出。
也就是说，在第1金属板31的第1线圈31a产生的热向散热构件70传播而在散热构件70中向大气中逸出。另外，在第2金属板32的第2线圈32a产生的热向散热构件70传播而在散热构件70中向大气中逸出。在此，能够缩短第1线圈31a与第2线圈32a之间的距离，散热性提高而使得变压器的温度上升被降低。同样，在电子部件50、55产生的热向散热构件70传播而在散热构件70中向大气中逸出。在此，电子部件50相对于散热构件70接近地配置，散热性优异。
另外，在金属箔38的图案38b连接有电子部件50，伴随于图案38b的微细化而投影面积的小型化得以实现。
而且，在第1绝缘层33中，内置有形成有第1线圈31a的第1金属板31和电子部件50。另外，在第2绝缘层34中，内置有形成有第2线圈32a的第2金属板32和电子部件55。通过在同一绝缘层内置金属板和电子部件而防止层叠方向上的大型化。
根据上述实施方式，能够获得如以下那样的效果。
(1)作为多层基板30的构成，具备：第1金属板31，形成第1线圈；第2金属板32，在线圈的卷绕轴方向上与第1金属板31相对，形成第2线圈；第1绝缘层33，内置第1金属板31；及第2绝缘层34，内置第2金属板32，在第1金属板31经由多个通孔40连接金属箔38，在形成于金属箔38的图案38b安装有内置于第1绝缘层33的电子部件50。
因而，由于对金属箔38形成图案并安装电子部件50，因此，与对第1金属板31形成图案并安装的情况相比，能够使图案微细化并能够使投影面积小型化。另外，由于将电子部件50和第1金属板31内置于第1绝缘层33，因此，与将电子部件50和第1金属板31内置于不同的绝缘层并将它们层叠的情况相比，能够抑制层叠方向上的大型化。其结果，能够实现投影面积的小型化并且抑制层叠方向上的大型化。
(2)第1绝缘层33配置于比第2绝缘层34靠散热构件70侧处，金属箔38配置于比第1金属板31及第2金属板32靠散热构件70侧处。因而，金属箔38中的电子部件50的热的散热性能比第1金属板31中的散热性能差，但由于在散热构件70侧配置金属箔38，因此，散热性与此相应地提高，能够抑制散热性下降。
(3)在第2绝缘层34内置有作为无源部件的电子部件55。因而，能够将散热的必要性低的无源部件(55)内置于第2绝缘层34。
(4)内置于第1绝缘层33的电子部件50是功率元件。因而，散热的必要性高的功率元件的散热性优异。
实施方式不限定于前述内容，例如也可以如以下这样具体化。
·也可以代替图6而设为图7所示的构成。在图7中，作为第4金属箔38的图案90，从与第1金属板31的第1线圈31a的连接部(通孔40的配置部)以沿着螺旋状的第1线圈31a的配置区域的方式延长。即，呈C字状地延伸设置。由此，伴随于第1线圈31a的通电而第1线圈31a发热时的热能够经由延长了的金属箔的图案90向散热构件70容易地逸出。由此，能够实现散热性的提高。
·多层基板通过将导电层(配线图案)和绝缘层(树脂层)交替地层叠而构成，但其层数不限。例如，也可以设为图8所示的、具有6个金属箔121、122、123、124、125、126的导电层L1～L6的多层基板。在图8中，具备第1金属板111、第2金属板112、第3金属板113、第1绝缘层100、第2绝缘层101、第3绝缘层102、第1金属箔121、第2金属箔122、第3金属箔123、第4金属箔124、第5金属箔125、第6金属箔126、第4绝缘层103、第5绝缘层104、电子部件130、电子部件131及电子部件132。在作为第3绝缘层102的一面的上表面配置有第1金属箔121并且在作为第3绝缘层102的另一面的下表面配置有第2金属箔122。在作为第2绝缘层101的一面的上表面配置有第3金属箔123并且在作为第2绝缘层101的另一面的下表面配置有第4金属箔124。在作为第1绝缘层100的一面的上表面配置有第5金属箔125并且在作为第1绝缘层100的另一面的下表面配置有第6金属箔126。在第1绝缘层100之上隔着薄的第4绝缘层103层叠有第2绝缘层101。在第2绝缘层101之上隔着薄的第5绝缘层104层叠有第3绝缘层102。
在第1绝缘层100中内置有第1金属板111。在第2绝缘层101中内置有第2金属板112。在第3绝缘层102中内置有第3金属板113。
第1金属板111被形成图案为所希望的线圈形状，形成有作为初级侧线圈(绕组)的第1线圈。第2金属板112被形成图案为所希望的线圈形状，形成有作为次级侧线圈(绕组)的第2线圈。第3金属板113被形成图案为所希望的线圈形状，形成有作为初级侧线圈(绕组)的第3线圈。
在第1金属板111的初级侧线圈的一端经由多个通孔140连接有形成于金属箔126的图案126a。在第3金属板113的初级侧线圈的一端经由多个通孔141连接有形成于金属箔121的图案121a。第1金属板111的初级侧线圈的另一端与第3金属板113的初级侧线圈的另一端经由通孔(图示省略)连接。
在第2金属板112的次级侧线圈的一端经由通孔145连接有形成于金属箔123的图案123a。另外，在第2金属板112的次级侧线圈的另一端经由通孔146连接有形成于金属箔124的图案124a。
这样一来，第1金属板111(初级侧线圈)、第2金属板112(次级侧线圈)、第3金属板113(初级侧线圈)成为层叠为多层的构造。
另外，在形成于金属箔126的图案126b经由通孔150连接有内置于第1绝缘层100的电子部件130。另外，在形成于金属箔125的图案125a经由通孔151连接有电子部件130。在形成于金属箔123的图案123b经由通孔152连接有内置于第2绝缘层101的电子部件131。在形成于金属箔121的图案121b经由通孔153连接有内置于第3绝缘层102的电子部件132。
·在图2的(b)中第1金属板31经由通孔而与金属箔37、38连接并且第2金属板32经由通孔而与金属箔35、36连接，但不限于此。只要第1金属板31经由通孔而与金属箔35、36、37、38中的任一个连接即可，另外，第2金属板32也只要经由通孔而与金属箔35、36、37、38中的任一个连接即可。
同样，在图2的(b)中电子部件50经由通孔而与金属箔37、38连接并且电子部件55经由通孔而与金属箔35连接，但不限于此。电子部件50只要经由通孔而与金属箔35、36、37、38中的任一个连接即可，另外，电子部件55也只要经由通孔而与金属箔35、36、37、38中的任一个连接即可。
·由第1线圈和第2线圈构成了变压器，但不限于此。也可以不由第1线圈和第2线圈构成变压器。
·磁性芯63是通常的EI型磁性芯，但不限于此。磁性芯的形状不限。
·内置于多层基板的电子部件的种类不限。电子部件可以是有源部件也可以是无源部件，例如也可以还使图1中的控制功率MOSFET(14)的控制IC15内置。
·金属板31、32为铜板，金属箔35、36、37、38为铜箔，但不限于此，金属板31、32也可以为铜板以外的金属板，金属箔35、36、37、38也可以为铜箔以外的金属箔。
·作为多层基板的各导电层的金属箔35、36、37、38的厚度可以相同也可以不同。例如，也可以是，供大电流(功率电流)流动的导电层厚，供小电流(控制电流)流动的导电层薄。
·虽然散热构件(热沉)也可以设置于多层基板的单面，但是散热构件(热沉)也可以设置于多层基板的两面。
·虽然具体化为DC-DC转换器，但也可以具体化为其他电力变换装置，例如变换器。
附图标记说明
30 多层基板
31 第1金属板
32 第2金属板
33 第1绝缘层
34 第2绝缘层
38 第1金属箔
38b 图案
40 通孔
50 电子部件
55 电子部件
70 散热构件

Claims (4)

1.一种多层基板，其特征在于，具备：
第1金属板，形成第1线圈；
第2金属板，在线圈的卷绕轴方向上与所述第1金属板相对，形成第2线圈；
第1绝缘层，内置所述第1金属板；及
第2绝缘层，内置所述第2金属板，
在所述第1绝缘层的一面或另一面或者所述第2绝缘层的一面或另一面中的至少一方配置形成导电层的金属箔，
在所述第1金属板经由通孔连接所述导电层，
在形成所述导电层的所述金属箔的图案安装有内置于所述第1绝缘层的电子部件。
2.根据权利要求1所述的多层基板，其特征在于，
所述第1绝缘层配置于比所述第2绝缘层靠散热构件侧处，
所述金属箔配置于比所述第1金属板及所述第2金属板靠散热构件侧处。
3.根据权利要求2所述的多层基板，其特征在于，
在所述第2绝缘层内置有无源部件。
4.根据权利要求2或3所述的多层基板，其特征在于，
内置于所述第1绝缘层的所述电子部件是功率元件。
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