JP2004515054A - 変圧器／インダクタデバイスとその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ＰＣＢやＦＬＥＸの組立部品として使用され、インダクタ、チョーク、変圧器などの強磁性体材料からなる電気誘導コンポーネントの製造方法に関する。１つの好ましい実施の形態では、ホールは強磁性体基板を貫通して形成され、導電性材料でめっきされる。これらのホールの配置と後のデザインにより、磁気コア用の基板を使用し、デバイスが形成される平坦なメディア内に誘導コンポーネントが形成される。このアプローチの採用により、最近のＩＣへの表面実装技術の要求に比べて、誘導コンポーネントの物理的なサイズが小型化される。このプロセスは、量産技術を利用してこれらのコンポーネントを製造可能なので、製造プロセスにおけるデバイスの不連続なハンドリングが解消される。別の好ましい実施の形態では、連続した薄い同心の高透磁率リングが基板上でエッチングされ、渦電流効果が小さく高透磁率の変圧器、インダクタが提供される。
【選択図】図１８Ｂ

Description

【０００１】
（発明の属する技術分野）
本発明は、電気誘導部品およびその部品の製造方法に関する。
（発明の背景）
電気誘導部品は、通常、強磁性体のコアと絶縁された電線の巻線を使用して製造される。強磁性体のコアには、一般的には、トロイダルコア、ロッドコア、または図１に示されているように、下側のＥ形をした強磁性体部品とＥ形の３本のレッグを結合する強磁性体カップとで構成されたアセンブリなどがある。
【０００２】
トロイダルコアとロッドコアの場合は、変圧器用の多数の複数巻の巻線またはインダクタ用のシングル巻線を形成するために、絶縁された銅線が人手または自動的に巻かれる。そのアセンブリは、銅線を保護するために、通常カプセルに封入される。その回路の接続は、応用される際に必要なワイヤのはんだ接続によって行われる。この方法は、個々のパーツのハンドリングを含むので、高い人件費を必要とする。また、漏れインダクタンス、分散した巻線間キャパシタンス、銅線の正確な位置決めの難しさに起因する巻線間の通常モードのアンバランスというような電気的なパラメータが、大きく変動する可能性を有している。
【０００３】
図１に示したＥ形とＥ形を囲むカップで構成されたアセンブリは、要求されるようなＥ形のレッグの周りに、絶縁された銅線を人手によるか自動的に巻くことによって電気誘導部品に形成される。所定の位置へカップを接着することまたはクランプすることのいずれかと、最終的な封入によって、この組立が終了する。同様に、回路の接続は、応用の際に必要なワイヤのはんだ接合によって形成される。このデバイスは、上記のようなトロイダルコアやロッドコアに限定されるだけではなく、通常デバイスの形状がかなり大きい。その理由は、カップが分離しているために、磁気パス（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｐａｔｈ）が、Ｅ形とキャップとの間に、変圧器の効率を低下させる非強磁性ギャップという抵抗を有するからである。
【０００４】
図１に示したような構成を有するパワー変圧器の場合には、さらに、Ｅ形のコアとキャップによって、これらの巻線がヒートシンクから隔離されるために、巻線内の抵抗ロスに起因する熱を、簡単には取り除くことができないという欠点がある。
（発明の開示）
本発明に係る好ましい実施の形態は、最先端の技術を越える極めて重要な利点を有する、インダクタと変圧器およびそれらのデバイスの製造方法を提供する。本発明に係るこれらのインダクタや変圧器は、エレクトロニクス、電気通信、コンピュータの分野で、多くのものへ応用することができる。以下に説明する好ましい実施の形態では、長方形の強磁性体材料のスラブが、プリント回路の間に封入される。スラブの製造の際に、複数のスルーホール（ビアホール）が、スラブの上面から底面にかけて、穿孔されるかまたは形成される。その孔の数は、巻線の目標のターン数に相当する。
【０００５】
この実施の形態では、回路基板に個別の電気誘導デバイスを使用したりアセンブルすることよりも、むしろ回路基板内に変圧器やインダクタなどを形成するために、斬新な形態でアンペアの法則が利用されている。このように、巻線は絶縁された電気的なワイヤではない。むしろ、スラブを貫通する孔は、スルーホールめっきなどによって、電気的に伝導がもたらされ、スラブを封入するプリント回路に電気的に接続される。このめっきスルーホールパターンとプリント回路は、穿孔されたり成形された強磁性体材料であるインダクタや変圧器のコアにおいて、インダクタや変圧器の巻線を形成する。また、この実施の形態は、特に高周波インダクタや変圧器の製造における本質的な改良を提供する。
【０００６】
以下に説明する別の好ましい実施の形態では、インダクタや変圧器のコアが、フレキシブル回路（ＦＬＥＸ）またはプリント回路（ＰＣＢ）のような適当な基板の上に支持された、多層の一連の薄い同心の強磁性体金属リングによって形成されている。これらの同心リングのコアに近接して設けられたスルーホールは、インダクタや変圧器の巻線を提供するプリント回路に、電気的な接続を提供する。この実施の形態によれば、最小の渦電流効果を有する高透磁率のインダクタや変圧器を構成することが可能である。そのような構成のインダクタや変圧器は、小型の低周波電源用に特別に応用される。
【０００７】
上記の利点に加えて、好ましい実施の形態には、多くのその他の重要な長所がある。それらの長所には、優れた抜熱、電気的な接続が簡単化されたより便利な外部接続、磁気性能を向上させるより短いフラックスパス、より簡単な製造、より多く集積された相互接続、より小さな電気誘導デバイス、優れた性能および優れた製造の再現性などが含まれる。
（好ましい実施の形態に関する詳細な説明）
本発明に係る一般的な性質、本質的な特徴および長所は上述のとおりである。図面を参照した以下の詳細な説明によって、当業者には、特定の好ましい実施の形態とその改良が明らかになるであろう。
【０００８】
図２は、トロイダルコア３０を有する典型的な従来の技術に係る変圧器を示す図である。簡単化するために、この変圧器は絶縁されたワイヤで形成された２つの巻線、すなわち２−ターン巻線３２と４−ターン巻線３４とを備えている。それぞれのターン３６は、電流が一つの巻線を流れた時に、周りを回る一つの磁束パス３８がコア３０内を流れるように、コア３０の材料の回りに巻かれている。図２Ａは、コア３０の中心側を通りコア３０の外側を回る巻線３２、３４を示している。
【０００９】
本発明に係る好ましい実施の形態には、多くの異なるコアと巻線の配置がある。図３に概略的に示した好ましい実施の形態の一つでは、強磁性体材料で形成されたスラブ５０は、トップ面５２とボトム面５４と、断面図に示されているように、スラブ５０内に、２つの外側ビアホール５６と１つの内側ビアホール６８とを備えている。下記のように、小型のインダクタや変圧器に関しては、スラブ５０は、比較的高い比抵抗を有する厚さが薄いフェライトの層であることが好ましい。
【００１０】
図３Ａと３Ｂは、本発明に係る好ましい実施の形態の一つに従って構成された「バーチャル」トロイダル変圧器を示す図であり、この変圧器では、８つの外側ビアホール５６と６つの内側ビアホール６８（図３Ｂには全部は示されていない）を備えるスラブ５０が用いられている。導電体５８は、スラブ５０のトップ面５２とボトム面５４に設けられている。また、導電体５８は、他のデバイスまたは回路に接続するためのパッド６０を備えている。下記のように、これらの外側と内側のビアホール５６、６８は、トップからボトムにわたってめっきされており、導電体５８と電気的に接続されている。その結果、完全な電気的回路が、例えばパッド６０とパッド６０との間に広がっている。下記のように、「バーチャル」トロイダル変圧器６２は、円形のパス６２を有するように形成されている。
【００１１】
図４は、強磁性体スラブ７０を示す図であり、そのスラブ７０の上には、２つの独立したバーチャルコア７２、７４を備えている。第２の変圧器７４は、本発明に係る別の実施の形態を示しており、この場合にはビアが特別のパターンで再配置されている。この再配置により、内側の長方形部７６と外側の長方形部７７とで長方形のバーチャルトロイダルコア７５が形成されている。
【００１２】
図２に示した巻線３２、３４は、コア３０により電気誘導的に一体にカップルされる。コア３０は、第１の巻線３２を第２の巻線３４にカップルする磁束パスを提供し、そこでは第１の巻線３２に電圧が存在する時に、第２の巻線３４に電圧が発生する。これは、１つの巻線からもう１つの巻線にエネルギを変換するという変圧器に関する基本的な理論である。磁束の主要部は、コアの内径４０と外径４２との間に拘束される。
【００１３】
アンペアの法則により、コアの形状に依存することなく、磁束パスが拘束される。したがって、以下に詳しく説明するように、同様に作動するデバイスを作るために、ドーナッツ形のトロイダルコアを実際に製造する必要はない。
【００１４】
ＦＬＥＸの一部としての製造：
一つの製造方法は、図５、６、７に示されているようなＦＬＥＸ９２の回路のトップとボトム層に、多数の強磁性体スラブ（コア９０）を組み込むことである。所定の巻線に対応する銅の回路パターン（ＦＬＥＸ）９２が、スラブのトップとボトム面１１２、１１４に、接着剤１１５によって接着されているエポキシシート１１０の上に形成される。このように、コア９０は、積層プロセスによって回路内に包含される。ビアホールは、ＦＬＥＸ９２とコアの複合層を貫通して形成されるので、図６、図７に示されているように、トップＦＬＥＸ１１６の回路とボトムＦＬＥＸ１１７の回路との間に接続が形成される。導体インクでビアを埋めることと通常の工業的なめっきプロセスは、多くの数のバーチャルコアに対して、同時に接続を形成するのに用いる方法として好ましい方法である。図６と図７は、この構造の断面図である。
【００１５】
ＰＣＢの一部としての製造：
図８、９、１０に示されている別の製造方法は、ＰＣＢ回路のトップ層１７０とボトム層１７２との間に、多数の強磁性体ピース１５０を埋め込む方法である。図８に、ＰＣＢに接着されているか、またはプリプレグアレイ１５６におけるホール１５４の配列を示す。このプリプレグのパネルは、それぞれの強磁性体ピース１５０が適合するように形成される。強磁性体ピース１５０がホール１５４に挿入された後に（図８参照）、図９に示されているように、ＰＣＢのトップ部１７０とボトム部１７２が、アレイ１５６に積層される。このように、２枚のエポキシシートの間に強磁性体ピース１５０を挟み込む積層プロセスによって、強磁性体ピース１５０が埋め込まれる。ビアホール１９０は、ＰＣＢ１９２と強磁性体ピース１５０の複合層を貫通して形成されるので、トップＰＣＢ１９４の回路とボトムＰＣＢ１９６の回路との間の接続が形成される（図１０参照）。導電性インク１９８または通常の工業的なめっきプロセスで埋められたビアホール１９０は、多数のコアに対する接続を同時に形成するために用いるのに好適である。この断面の構造は、図６と図７に示したＦＬＥＸ１１７の構造に類似している。主な相違は、ＰＣＢの材料が非変形性であることに起因しており、その材料は個々のピース１５０に適合しない。
【００１６】
ＦＬＥＸまたはＰＣＢを用いない製造：
図１１は、別の製造方法を示す図であり、この場合には、多数のコア２１０が、キャリア２１２の上に保持される。それぞれのコア２１０は、適当なホール２１４の型に嵌め込まれる。次に、通常の工業的な導体インクのスクリーニングプロセスが、コア２１０のトップ２１５とボトム２１６上に回路を形成するために用いられ、ホール２１４が充填されて、トップ２１５側とボトム２１６側との間に要求される接続が形成される。
【００１７】
アンペアの法則の新奇な利用：
磁気スラブを貫通する導体ビアを備えている上記の本発明に係る実施の形態では、極めて新奇な形態でアンペアの法則が利用されている。それらのビアは、基板上に形成された２つの巻線の間に、１つの磁束パスを存在させるような態様で形成されている。図３Ａに示したように、内側のビア６８内に入るすべての閉鎖パスは、ゼロの純電流を取り囲むので、そのようなパスには磁束がないはずである。外側のビア５６を取り囲むすべてのパスも、ゼロの純電流を取り囲むはずである。その理由は、内側のホール６８は、外側のビア５６を取り囲む領域に、ゼロ磁束を生成する外側のホール５６を流れる電流に等しいが対向する電流を有するからである。しかしながら、内側のビア６８と外側のビア５６との間の閉鎖パスは、内側のビアに囲まれているために、純磁束を有しているはずである。内側のビア６８または外側のビア５６を部分的に取り囲む別のパスには、磁束が電流と同様に物理的にもっとも短いパスを選択するので、有意な磁束はない。このように、この構成は、図２に示したトロイダルコアに極めて類似した挙動をするものであり、それはバーチャルトロイダルコア６２として示されている。
【００１８】
ビアホールを適当に選択することにより、バーチャルコアの多くの異なった形状と基板上のコアの配列が可能であることが明らかである。このように、多くの独立した磁気回路を基板上に構築することができる。このために、図３に示した強磁性体スラブ５０のトップ面５２とボトム面５４に、ビアと回路導体を適切に配置することによって、シンプルなインダクタや変圧器よりもより複雑な回路を組み立てることができる。例えば、従来のＰＣＢやＦＬＥＸ（フレキシブル回路基板）に係る業界（写真現像、エッチング、めっき）で利用されているプロセスを用いて、抵抗器、キャパシタ、集積回路などの多数の部品を、同じ基板上に配置し、超小型回路アセンブリを形成することができる。
【００１９】
代表的な周波数範囲が１００ＫＨｚから１００ＭＨｚである無線周波数に使われるような高周波回路に有用なインダクタや変圧器を、上記の実施の形態に従って組み立てることができる。強磁性体スラブ５０は、代表的な透磁率１００から１０，０００、抵抗値１，０００から１０^９ｏｈｍ／ｃｍを有するフェライト材料の薄い層で形成することが望ましい。代表的なフェライトの組成は、鉄酸化物とアルニコを含んでいる。そのようなフェライト材料は、スラブを貫通するめっきされたビアが相互に絶縁されるだけの十分に高い抵抗値を備えている。そのような構成のインダクタや変圧器は小型化に適している。それらは、複雑なピンやリードフレームを必要としない。このように、直径０．０３インチ（０．７６ｍｍ）のビアを有し、長さ１．５インチ（３８．１ｍｍ）、幅１インチ（２５．４ｍｍ、厚さ０．０５インチ（１．２７ｍｍ）のスラブは、２つまたはそれ以上の変圧器用のコアを提供することができる。この強磁性体スラブは極めて小さい。トップ面とボトム面に設けられた表面パッドにより接続部が形成され、その接続部によりＰＣＢに対して直接、表面実装することができる。このように、デバイスのフットプリントが減少し、他の部品に対してより多くのスペースを生み出す。
【００２０】
図示されている巻線は、実質的には２つの平行な面に位置する。したがって、代表的な応用である、１０層の平らな変圧器の巻線は、５層だけ全体の高さを減らすことができる。強磁性体スラブは、例えば０．０５インチ（１．２７ｍｍ）というように非常に薄い。したがって、本発明に係るインダクタと変圧器は、３次元のＥ形コア構造の代えて、１枚の極めて薄い板面に構築され、さらに大きな率で全体の高さを減少させることができる。
【００２１】
高いフレキシブル密度と最小の渦電流を有する変圧器／インダクタに係るさらに好ましい実施の形態：
低周波電力の変圧器などの多くの電気誘導デバイスは、例えば１０，０００から１００，０００の範囲の比較的高い相対透磁率を有するコアを必要とする。一方、好ましい実施の形態によって示された改良は、低い値と高い値、すなわち、１，０００から１，０００，０００の範囲に対して適用することができる。ある金属や合金は、これらの高いフレキシブル密度を提供し、それらには、鋼、鉄、シリカ鉄、７８パーマロイ、Ｍｕｍｅｔａｌ、純鉄およびスーパーアロイが含まれる。これらの高フレキシブル密度は、変圧器やインダクタを構成する場合に明確な優位性をもたらすことができる。しかし、金属は抵抗値が低いために、より高い磁束密度という長所に反する誘導渦電流が流れることを防止できない。
【００２２】
図１３に、金属コア内に流れる磁束によって生じる誘導渦電流３００が示されている。コアに金属を用いる現在の変圧器／インダクタでは、通常、トロイダルコア（「トロイド」となっていますが、左記のように訳しています）またはＥ形のコアを、積層されたＥ形の薄板で構成することによって、これらの渦電流を減少させている。なお、Ｅ形のそれぞれの薄板は、いくつかのタイプの絶縁性ボンディング材料で電気的に分離されている。すべてのＥ形コアは、フルコアを形成するために、多数のそのような薄板を含んで構成されている。この構成によって、渦電流は、それぞれの薄板の断面領域に限定される。以下に説明するように、本発明の重要な特徴は、コアの断面積をさらに減少させられることにある。
【００２３】
図１４〜図１８は、コア材料として強磁性体金属の使用を可能にする本発明の実施の形態に係る製造方法を示す図である。これらの図において、フレキシブル回路またはプリント回路基板２９０は、ＦＬＥＸまたはＰＣＢ上に形成され、絶縁シートで分離された、一連の積層された薄い金属の環状リングを支持している。環状のリングの中心側と外側のめっきされたビアホールによって、コアの周りに電気的なターンが完成される。以下に説明するように、この実施の形態では、それぞれの積層されたコア部の断面積を実質的に減少させることによって、渦電流を実質的に最少化している。
【００２４】
複数のコア積層体が、ＰＣＢまたはＦＬＥＸ２９０に対して磁性金属シートによる第１の積層を行うステップと、それに続く、複数の近接した間隔で、連続した幅が狭いコアセグメントのパターンを形成するために強磁性体シートの一部をエッチングするステップによって形成される。図１４は、エッチングされた１６のコアアレイを有するＰＣＢまたはＦＬＥＸ３１０の単一の層を示す図である。この技術分野で知られている積層プロセスとエッチングプロセスによって、通常、アレイのサイズとパターンに依存する１６を超えるアレイを製造することができる。コアアレイ３１５は、シート３１０のトップとボトムの両方に同一のアレイが形成されるように、周知のダブルサイズプロセスを利用して、エッチングすることが好ましい。
【００２５】
図１５は、単一のコアアレイ３１５を示す拡大図であり、１６個の同心の強磁性体導電性金属リング３２０ａ−３２０ｐで構成された１つのアレイを示している。なお、リング３２０ａ−３２０ｐは、それぞれエッチングにより除去されたスペースまたはボイド３２５ａ−３２５ｏによって、相互に絶縁されている。さらに、アレイ３１５の外側の領域３３０と、もっとも内側のリング３２０内の領域３３５とは、磁性材料のボイドとなっている。ただし、本発明は同心のリングアレイに限定されない。また、当業者であれば、相互に絶縁された、一連の分離したものが連続するより大きな正方形や長方形などのコアアレイを構成できることが明らかなはずである。
【００２６】
次の製造ステップは、コアアレイ３１５を有する複数のＰＣＢまたはＦＬＥＸ層３１０を、きちんと位置合わせして積層することである。図１６Ａに示されているように、同心リング３１５ａ−３１５ｈのコアアレイが、各層上にコアパターンを有する相互の層のトップに位置決めされて積層される。その結果、極めて小さな渦電流領域を有する複数の高磁束キャリィ金属コアが製造される。このように、コアアレイ３１５をエッチングするのに使われるはじめのシートの厚さは、例えば、０．０００５インチ（０．０１３ｍｍ）から０．０１０インチ（０．２５ｍｍ）の範囲というように、非常に薄くすることができる。また、同心リングは、従来のＰＣＢやＦＬＥＸ（ＦＰＣ）のエッチング技術を使い、０．００２インチ（０．０５１ｍｍ）から０．００３インチ（０．０７６ｍｍ）のオーダという極めて狭い幅にエッチングすることができる。その結果、断面渦電流を生成するコア領域は、そのサイズが大幅に減少する。
【００２７】
積層プロセスの部分として、絶縁材料３４０の薄い層が、トップ面のエッチングされた同心リングアレイ３１５のそれぞれに隣接して配置される。その絶縁材料３４０には、例えば、エポキシが使用される。この絶縁シートとエッチングされた強磁性体リングをサポートする絶縁シートとは、異なった材料でもよい。代表的な材料には、ＰＣＢボードやＦＬＥＸ製造用のＤｕｐｏｎｔ社とＲｏｇｅｒｓ社製のエポキシとアクリルがある。エポキシとプリプレグ（ガラス含有エポキシ）は、通常、ＰＣＢボードの製造に使われ、アクリルは、通常、ＦＬＥＸの製造に使われる。積層プロセスの間に、図１５に示したボイド３２５、ボイド３３０とボイド３３５は、図１８Ａと図１８Ｂに示した絶縁材料３４０で埋められる。
【００２８】
上記のように、本発明の好ましい実施の形態に係る電気的な巻線は、コア構造体の両側に設けられた、プリント回路を接続する導電性スルーホールビアによって提供されることが好ましい。図１４〜図１８に示した実施の形態に係る巻線の製造ステップは、図１７Ａ、１７Ｂ、１８Ａ、１８Ｂに示されている。
【００２９】
図１７Ａと１７Ｂに示したように、追加する銅の層３５０、３５５が、この銅の面とエッチングされた金属面とを分離するための２つの追加された絶縁材料の層３６０、３６５を介して、トップ面とボトム面に積層される。
【００３０】
図１８Ａ、１８Ｂは、積層されたアレイを貫通して穿孔されたビアホール３７０を備える完成した構造を示す図である。これらのビアホール３７０は、低抵抗の強磁性体リングに近接して、ただし、接触しないように配設される。接触させないのは、めっきされたビアホールによって提供されている巻線ターンを電気的に絶縁するためである。次に、これらのビアホール３７０は、例えば銅のような導電性材料でめっきされる。導電性インクと導電性のペーストも、ビアホールの充填に利用される。次に、銅の層３５０、３５５がエッチングされ、同心リングコアアレイ３１５の回りに巻線を形成するために、めっきされたスルーホール３７０に電気的に接続された回路パターンが形成される。
【００３１】
図１８Ａ、１８Ｂに示した実施の形態では、図面を簡単化するために、各変圧器に対して、少数のビアホール３７０ａ、３７０ｂ、３７０ｃと３７０ｄだけを図示した。当業者であれば、図１４〜図１８に示した実施の形態は、さらにスルーホールを追加することによって、多数の巻線の設置が可能なことが明らかなはずである。追加されたスルーホールに必要な接続を提供するために、必要に応じて、銅の層３５０、３５５の上に、さらに銅の層を積層してもよい。
【００３２】
個々の変圧器とインダクタは、アレイからパーツをダイカッティングまたはルーティングする通常の方法によって、図１８Ａ、１８Ｂに示した積層アレイから切り出される。切り出されたそれぞれのデバイスは、図１と１３に示した従来の電気誘導デバイスと置き換えて使用することができる。また、エッチングされた金属コアは、図１６に示したようなアレイの一部であるので、金属コアは、他のコンポーネントと内部接続されることも可能である。
【００３３】
好ましい実施の形態の優位性：
単ピースコア：
図１に示したようなＥ形コア構造では、Ｅ形コアと不可欠のキャップとの間にギャップが生じる。ほとんどの変圧器では、例えばエポキシやクランプを用いて別のコアに接合される半分のコアを必要とするＥタイプコアが用いられている。これらのプロセスは、時間を要し、導入ロス（ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ ｌｏｓｓ）、デバイスのパラメータの不一致の発生がある。なお、このパラメータの不一致は、Ｅ形コアとキャップとの間に生じるギャップに起因するものである。一方、本発明の好ましい実施の形態に係るコアは、連続したピースであり、それは変圧器の効率の向上をもたらす。また、単一ピースのデザインは、分離した２つのピースを、別の処理ステップで一体に接合するというプロセスを不要にする。
【００３４】
図１４〜図１８に示した実施の形態において、磁気の飽和を避けるために、意図的なギャップが必要とされる場合には、図１５に示したそれぞれの同心リングに、エッチングにより分離部を形成することができる。そのようなエッチングされたギャップが設けられたリングによれば、Ｅ形コアにおける従来の機械的な分離の場合に生じる大きなばらつきが解消される。
【００３５】
渦電流の低減：
図１４〜図１８に示した態様で構成されたインダクタと変圧器は、金属の積層を２方向に分けることにより、渦電流が極めて少ないという優れた性能を発揮する。これは、上記の好ましい実施の形態の場合には、（ａ）リング３２０がエッチングされる金属のシートは、ＰＣＢやＦＬＥＸの製造に用いられる材料より大幅に薄いものとすることができること、（ｂ）個々の絶縁されたリング３２０は非常に狭い幅に製造可能なことという事実によって、従来の積層コアに比べてより薄いコアを有するからである。渦電流は、セグメントの断面積の二乗に比例するので、好ましい実施の形態の場合には、従来の変圧器やインダクタの製造方法に比べて、渦電流を大幅に減少させることができる。例えば、図１に示した従来のＥ形コアの場合には、このコアの金属積層体は、薄板がばらばらになるか、またはまったく機械的な完全性を持たないので、２方向に分けることができない。
【００３６】
表面実装：
好ましい実施の形態に従って形成された巻線は、別のリードフレーム構造や複雑なピンニングや終端めっきを必要とすることなく、表面実装リードに成形することができる。
【００３７】
相互接続：
エッチングされる変圧器／インダクタは、ＰＣＢやＦＰＣの製造に用いられるものと同じプロセスを利用して製造されるので、変圧器は、電源や回路アセンブリに一体化された部品とされることが好ましい。それによって、物理的な大きさを小さくし、接続部を減らし、一般的なアセンブリをよりコンパクト化、小型化することができる。全体の回路の面積が変圧器の面積程度に小さいので、回路のバランスをとるためのキャリアとして変圧器の領域を使用することにより、回路コンポーネントを、エッチングされた変圧器の上または下に直接載置することができる。
【００３８】
磁気的な健全性（Ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ Ｓｏｕｎｄ）：
好ましい実施の形態に従って構成されたコアは、従来の変圧器よりもロスが少ない、より効率的な磁束パスを提供する。これらの特性は、デザインや機能の点で、トロイダルコアに極めて近似している。磁束パスは、Ｅ形コアやＰＱコアなどの従来のコアを使用する変圧器より短い
サイズ：
好ましい実施の形態によれば、それらは複雑なピンやリードフレームを必要としないので、さらに小さく作ることができる。トップとボトム面の表面パッドは、それら自体の接続を形成し、ＰＣＢに直接実装される。それによって、デバイスのフットプリントを減らし、他のコンポーネントに対して、より広いスペースを生み出す。巻線は２つの面に存在するので、代表的な応用である１０層の平らな変圧器の巻線は、５層だけ全体の高さが減少する。さらに、３次元のＥ形コア構造ではなく１つの面にあるコアは、全体の高さを大きな割合で減少させる。
【００３９】
コスト：
好ましい実施の形態は、フレキシブル回路で作製可能であり、平坦な多層の巻線を製造する場合よりも製造コストが大幅に安い。また、リードフレームやポッティングやキャップ接着の必要性がないので、デバイスの製造がより容易になる。
【００４０】
抜熱：
本発明に係る好ましい実施の形態に従って構成されたインダクタや変圧器の重要な特徴は、従来の変圧器におけるように、熱を発生する巻線がアセンブリ内に埋め込まれたり、相互のトップで巻かれているのではなく、平坦な変圧器の場合のように一緒に積層されているのでもないということである。そうではなく、めっきされた巻線は、実質的に、変圧器やインダクタのトップとボトム面に配置されている。このレイアウトは、巻線内に埋もれてトラップされる熱がほとんどないという、優れた熱放散性を発揮する。また、ＰＣＢは、ヒートシンクに取り付けられることが好ましい。なお、そのヒートシンクは、例えば、わずか０．００５インチ（０．１３ｍｍ）の厚さの薄いはんだマスクだけで隔てられ、その結果、ヒートシンクに熱的に接触する状態で巻線の半分が配設されることになる。それによって熱比（ｈｅａｔ ｒａｔｉｏ）に対して優れた表面領域を提供する。図１２は、銅やアルミニウムなどのヒートシンク２３２に直接装着された効率のよい抜熱用の広い表面領域２３０の一例を示す図である。
【００４１】
本発明は、ここでは、ある好ましい実施の形態に関して開示したが、これらの実施の形態は、例を示すためだけに開示したものであり、本発明に係る技術的範囲を限定するものではない。したがって、本発明に係る技術的範囲は、特許請求の範囲における記載に基づいて解釈されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】マッチング強磁性体キャップを有する従来の強磁性体Ｅ形コアを示す概念図である。
【図２Ａ】従来のトロイダル変圧器を示す平面図である。
【図２Ｂ】従来の変圧器を示す側面図である。
【図３Ａ】「バーチャル」トロイダル変圧器を示す平面図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示した「バーチャル」トロイダル変圧器の側面図である。
【図４】別の「バーチャル」変圧器に係る好ましい実施の形態を示す平面図である。
【図５】個々のコアを示すためにトップＦＬＥＸ層を取り除いた状態で、ＦＬＥＸの大きなパネル上に積層されたコアのアレイを示す図である。
【図６】個々のコアスラブに積層されたトップとボトムＦＬＥＸを示す拡大側面図である。
【図７】個々のスラブにおけるビアホールを示す断面図である。
【図８】２５のコアのハウスに対して２５のホールのアレイを有するＰＣＢプリプレグの例を示す図である。
【図９】コアに積層されたトップとボトムＰＣＢを示す個々のコアの拡大側面図である。
【図１０】個々の強磁性体スラブにおけるビアホールを示す拡大断面図である。
【図１１】スクリーンされた導体ペーストで埋め込まれたビアホールを示す拡大断面図である。
【図１２】体積比に対して改善された表面領域による本発明の熱放散特性を示す図である。
【図１３】渦電流が発生する態様を説明する金属トロイダルコアを示す図である。
【図１４】強磁性体金属の同心リングをエッチングすることによって形成された複数のコアの積層体を示す図である。
【図１５】図１４に示したコアの積層体の一つを示す拡大図である。
【図１６Ａ】複数の積層されたコアの積層体を示す断面図である。
【図１６Ｂ】図１６Ａに示したコアの積層体の一つを示す拡大図である。
【図１７Ａ】トップとボトムのプリント回路が追加された後の図１６Ａに示した積層体を示す断面図である。
【図１７Ｂ】図１７Ａに示したコアの積層体の一つを示す拡大図である。
【図１８Ａ】図１７Ａに示した積層構造を貫通して穿孔されたビアホール全体にめっきが施された後の断面図である。
【図１８Ｂ】図１８Ａに示したコアの積層体の一つを示す拡大図である。

Claims (28)

1. 強磁性体金属の薄いシートをエッチングし、前記強磁性体金属の幅の狭い同心リングで構成された複数のアレイを形成するステップと、
   絶縁材料によって分離された複数の前記アレイを積層し、渦電流効果を最小化するように、前記強磁性体材料のシートの厚さと、幅の狭い前記同心リングの幅とによって制限された小さな断面積を有する複数のコアを形成するステップと、
   銅のシートの間に前記アレイの積層体を積層するステップと、
   前記銅のシートをプリント回路に成形するステップと、
   前記積層された強磁性体アレイに近接させて、前記プリント回路を貫通するビアホールを形成するステップと、
   前記プリント回路に電気的に接続させて前記ビアホールにめっきを施し、電気的巻線を形成するステップと、
   を含む、渦電流効果が小さい小型インダクタ／変圧器の製造方法。
2. 絶縁層によって個別に分離された、実質的に同一で、薄い同心の複数の強磁性体リングで構成された積層体と、
   前記強磁性体リングで構成された前記積層体の両側に位置する第１のプリント回路および第２のプリント回路と、
   前記積層体を貫通し、前記プリント回路間を電気的に接続し、中心軸が実質的に前記同心のリングの中心軸に平行な導電性のビアホールと、
   を含んで構成されている、渦電流効果が小さい小型インダクタ／変圧器。
3. 基板上の強磁性体フェライト材料の薄い層と、
   該フェライト材料を貫通し、インダクタ／変圧器の電気的巻線を提供する複数のめっきされたビアホールと、
   を含んで構成されているインダクタ／変圧器。
4. 絶縁材料の薄いシートに強磁性体の薄い層を形成するステップと、
   第１と第２の前記薄いシートの間に、前記強磁性体材料の層を有する前記シートを積層するステップと、
   積層された前記シートを貫通するスルーホールを形成するステップと、
   該スルーホールの内側に導電性材料をめっきし、導電性の前記スルーホールと電気的に接続する前記第１と第２の薄いシート上にプリント回路を形成し、該プリント回路がインダクタ／変圧器の電気的巻線の一部を構成するようにするステップと、
   を含む小型インダクタ／変圧器の製造方法。
5. 前記シートが、プリント回路基板である請求項４に記載の小型インダクタ／変圧器の製造方法。
6. 前記シートが、フレキシブル回路基板である請求項４に記載の小型インダクタ／変圧器の製造方法。
7. トップ層とボトム層に回路を有し、間隔を空けて設けられた複数の強磁性体のコアを積層するステップを含む、複数の小型のインダクタ／変圧器の製造方法。
8. 前記トップ層とボトム層が、フレキシブル回路のシートである請求項７に記載の複数の小型のインダクタ／変圧器の製造方法。
9. 前記トップ層とボトム層が、プリント回路基板である請求項７に記載の複数の小型のインダクタ／変圧器の製造方法。
10. フェライト材料から前記コアを製造する際に、前記強磁性体内にビアホールを形成するステップを含む請求項７に記載の複数の小型のインダクタ／変圧器の製造方法。
11. 前記コアの製造後に、前記強磁性体のコアを貫通する孔を開けることによってビアホールを形成するステップを含む請求項７に記載の複数の小型のインダクタ／変圧器の製造方法。
12. 前記コアをスルーホール内に形成し、導電性インクプロセスを用いて、前記コアのトップとボトム上の回路と、前記スルーホールとを形成するステップを含む請求項７に記載の複数の小型のインダクタ／変圧器の製造方法。
13. 表面にプリント回路を有する第１の薄いシートを形成するステップと、
    表面に第２の薄いシートを有するプリント回路を形成するステップと、
    前記第１と第２の薄いシート間に、強磁性体材料の層を有するシートを積層するステップと、
    積層された前記シートを貫通するスルーホールを形成するステップと、
    前記第１と第２の薄いシート上の前記プリント回路に電気的に接続させて、前記スルーホール内に導電性材料をめっきし、形成された導電性スルーホールがインダクタ／変圧器の巻線の一部を形成するようにするステップと、
    を含む小型のインダクタ／変圧器の製造方法。
14. 前記シートが、プリント回路基板である請求項１３に記載の小型のインダクタ／変圧器の製造方法。
15. 前記シートが、フレキシブル回路である請求項１３に記載の小型のインダクタ／変圧器の製造方法。
16. 絶縁材料の薄いシート上に強磁性体の薄い層を形成するステップと、
    該薄い層をエッチングし、一連の薄い分離したものが連続する強磁性体材料の部材を形成するステップと、
    表面にプリント回路を有する第１の薄いシートを形成するステップと、
    表面にプリント回路を有する第２の薄いシートを形成するステップと、
    前記第１と第２の薄いシートの間に、エッチングされた前記強磁性体材料の部材を有する複数の前記シートを積層するステップと、
    積層された前記シートを貫通するスルーホールを形成するステップと、
    前記第１と第２の薄いシートに電気的に接続させて、前記スルーホール内に導電性材料をめっきし、形成されたスルーホールがインダクタ／変圧器の巻線の一部を形成するようにするステップと、
    を含む小型のインダクタ／変圧器の製造方法。
17. 前記シートが、プリント回路基板である請求項１６に記載の小型のインダクタ／変圧器の製造方法。
18. 前記シートが、フレキシブル回路である請求項１６に記載の小型のインダクタ／変圧器の製造方法。
19. 前記連続した強磁性体材料の部材が、十分に大きな径を有する一連の分離した同心リングである請求項１６に記載の小型のインダクタ／変圧器の製造方法。
20. 前記薄い別々の連続した強磁性体材料部材が、一連の相似形で連続的に大きくなる幾何学図形である請求項１６に記載の小型のインダクタ／変圧器の製造方法。
21. 前記薄い別々の連続した強磁性体部材の厚さが、約０．０００５インチ（０．０１３ｍｍ）〜約０．０１０インチ（０．２５ｍｍ）の範囲である請求項１６に記載の小型のインダクタ／変圧器の製造方法。
22. 前記薄い別々の連続した強磁性体部材のエッチング後の幅が、約０．００２インチ（０．０５１ｍｍ）〜約０．００３インチ（０．０７６ｍｍ）の範囲である請求項２１に記載の小型のインダクタ／変圧器の製造方法。
23. 薄い層をエッチングし、一連の分離したものが連続する強磁性体部材を形成して、第１と第２の薄いシート上にプリント回路を形成するステップと、
    前記第１と第２の薄いシートの間に、強磁性体材料のエッチングされた層を有する複数のシートを積層するステップと、
    積層された前記シートを貫通するスルーホールを形成するステップと、
    該スルーホール内に導電性材料をめっきし、前記薄い層をエッチングすることにより一連の分離したものが連続する強磁性体部材が形成されている、前記第１と第２の薄いシート上のプリント回路に電気的に接続させて、前記第１と第２の薄いシート上にプリント回路を形成し、前記導電性スルーホールがインダクタ／変圧器の巻線の一部を形成するようにするステップと、
    を含む小型のインダクタ／変圧器の製造方法。
24. 前記シートが、プリント回路基板である請求項２３に記載の小型のインダクタ／変圧器の製造方法。
25. 前記シートが、フレキシブル回路である請求項２３に記載の小型のインダクタ／変圧器の製造方法。
26. 回路基板に回路パターンをプリントするステップと、
    前記回路基板を貫通する孔を形成するステップと、
    導電性材料で前記孔を埋めるステップと、
    接続と前記パターンを用いて、磁気コアとして前記回路基板を用いるデバイスを創出するステップと、
    を含むプリント回路基板のデザインに用いられるデバイスの製造方法。
27. さらに、前記プリント回路基板に強磁性体基板を採用し、該基板に対して前記スルーホールを形成するステップを含む請求項２６に記載のデバイスの製造方法。
28. 一連の間隔を空けて設けられたスルーホールを有する磁性材料のスラブと、
    前記スルーホール内の導電性材料と、
    前記導電性材料に電気的に接続されて前記トップとボトム面のそれぞれに配設されたプリント回路と、
    を含んで構成されたインダクタまたは変圧器。

Images