JP2011108916A - 絶縁トランス - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁トランスの放熱性とハンダ付けを行う部分の平坦度を容易に出すことができ、１回のリフロー実装工程で製造可能となる製造性のよい絶縁トランスを提供する。
【解決手段】一次巻線１６、二次巻線２０、コア１２、絶縁カバー１４、一次巻線１６、固定チューブ２４とを備え、一次巻線１６又は二次巻き線２０の端部リード線部の先端は、ハンダ付け可能となるように絶縁被膜を除去し、一次巻線１６又は二次巻き線２０の端部リード線部の長さは、少なくともコア１２と端子部との絶縁距離以上の長さを有し、一次巻線１６又は二次巻線２０の端部リード線部のコア１２側部分は、固定チューブに挿入されて絶縁カバーに固定される絶縁トランス１０により実現される。絶縁トランス１０の熱は、コア底部に放熱板を設けて、密着した金属ベース基板に放熱する。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属ベース基板に実装し、伝導放熱するスイッチング電源装置において、コアに巻回する巻線の端部リード線を固定チューブにより固定することにより、実装時に端子がなくても１回のリフロー方式でハンダ付け可能な絶縁トランスに関する。

金属ベース基板に実装してスイッチング電源装置として使用する絶縁トランスは、発熱するという特性的な要求から金属ベース基板への放熱が容易に行うために、絶縁トランスと金属ベース基板との密着性の良い構造であることが望まれる。

一方では、安全規格に準じた絶縁距離の確保が要求され、空間を通して測定される端子とトランスの距離は、動作電圧に応じて決まってくる規格値である絶縁距離の制約があり、そのために端子を保持するボビンを広く取る構造としている。

例えば、図８に示した構造である。図８において、スイッチング電源装置は、コア１２に一次巻線１６と二次巻線２０が巻回され、それぞれの巻線は、ボビン２８で固定されている一次側端子２６と二次側端子２２に接続されている。金属ベース基板３０に実装する場合は、絶縁層３２を介してコア１２を接触させ、一次端子５８と二次端子２２は、接続用のランドである一次側パッド３４と二次側パッド３６にハンダ付けにより接続される。図８では、一次側において空間的に離した状態で絶縁距離Ａを確保する構造としているが、このためにボビン２８が大きくなり平坦度が出難く、コア１２、一次端子５８と二次端子２２を、均一に金属ベース基板に接することが要求されるリフロー実装に対しては不利であった。

この点を改良した絶縁トランスの一例を図９に示す。この例では、一次端子５８はフリーの状態としてとして、ボビン２８にはコア１２と二次端子２２のみを配置して面積を小さくしているため、平坦度は大幅に向上させることができる。ところが、一次端子５８はフリーの状態であるため、絶縁トランスの実装時にリフロー実装ができず、一度リフロー実装した後で、一次端子５８のみをハンダ付けする必要があった。このため、製造性に劣り、製造コスト増加の一因となっている。

絶縁距離を確保するために、空間的な距離ではなく絶縁樹脂などでコアを覆う方法も提案されている。

図１０は、コア１２を絶縁樹脂で覆って沿面距離を確保することにより、絶縁距離を規格に適合させる構造とした絶縁トランスの例である。コア１２が絶縁樹脂カバー６０で覆われているために、空間的な距離を短くでき、小型化された絶縁トランス構造となり、平坦度を出すことが容易である（特許文献１等参照）。

また、絶縁性であるボビンを利用して形状的に絶縁距離を確保する構造の提案もある（例えば特許文献２等参照）。

しかしながら、これらの小型化構造の絶縁トランスは、コアと金属ベース基板との間の密着性が悪く、また空隙が存在するために放熱効率が低下するため、何れも場合も熱伝導性の高いシリコーン等の樹脂を介在させて放熱効率を向上させている。このため、実装後にシリコーン樹脂を挿入するなど製造性の面で難があり、いずれも製造コストの増大を招いていた。

特開平４−２０９５０９号公報 特開２００６−２２８９９６号公報

スイッチング電源装置に使用される絶縁トランスは、発生した熱による温度上昇を放熱により抑え、コアと端子間の絶縁距離を確保しつつ、製造しやすく低コスト化が可能な構造が必要とされている。

しかしながら、従来は上記に説明したように、放熱性や絶縁距離の確保といった性能的な対応が中心であり、製造性についての考慮が不足していた。

このため、絶縁距離を空間的に確保するためのコアと端子間を離す方法は、ボビン形状が大きくなりハンダ付け面の平坦度が出し難く、巻線の端部を固定する端子をフリーとする方法は、２度目のハンダ付作業を行う製造工程の追加が要求される。さらに、絶縁樹脂カバーでコアを覆う方法は、コアと放熱機能を有する金属ベース基板との密着性等が課題となっている。

本発明は、絶縁トランスの放熱性とハンダ付けを行う部分の平坦度を容易に出すことができ、１回のリフロー実装工程で製造可能となる製造性のよい絶縁トランスを提供することを目的としている。

本発明は、従来の課題を解決するため、一次巻線と二次巻線が巻回されているコアと、一次巻線及び二次巻線とコア間に備えられた絶縁カバーと、絶縁カバーに設けられ、少なくとも一次巻線又は二次巻き線のコアへの巻き始めと巻き終りの端部リード線を固定するための固定チューブとを備え、一次巻線又は二次巻き線の端部リード線部の先端は、ハンダ付け可能となるように絶縁被膜を除去し、一次巻線又は二次巻き線の端部リード線部の長さは、少なくともコアと端子部との絶縁距離以上の長さを有し、一次巻線又は二次巻き線の端部リード線部のコア側部分は、固定チューブに挿入されて絶縁カバーに固定される絶縁トランスにより実現される。

一次巻線又は二次巻き線の皮膜は３層皮膜で覆われ、その端部の皮膜は除去されて、直接ハンダ付けができるようになっている。

端部のリード線部は固定チューブに通して、コア側を固定チューブで絶縁カバーに固定する。このとき、コアと巻線の皮膜を除去した部分までの端部リード線長さは自由に調整できる様にし、少なくとも絶縁距離以上の長さであり、巻線の皮膜を除去したハンダ付け部分が、金属ベース基板の絶縁層上にある接続部となるパッド上に位置するようにする。２本のペアとなる端部リード線はパッドの位置に応じて異なる長さであってもよい。固定チューブは、絶縁カバーの一部に固定されるため、端部リード線は実装の時には絶縁トランスを置くだけで、ハンダ付けするパッド上に端部リード線のハンダ付け部分が対応する位置となる。

絶縁カバーに固定チューブを固定するチューブ受けを設けることで、さらに取り扱いやすくなり製造時に容易に固定でき、端部リード線の位置決めも容易となる。

また、固定チューブにより、２本の端部リード線の長さを調整することができる。

絶縁トランスの熱は、コア底部に放熱板を設けて、密着した金属ベース基板に放熱する。放熱板は、放熱効率を高くするために金属板が望ましい。この金属板はハンダ付けにより、金属ベース基板に接続することで、さらに放熱効率を良くする事ができる。

絶縁トランスを配線パターン上に実装する際は、端部リード線を接続するハンダを付着したパッド部分に位置を合わせて固定する固定冶具を備えることにより、リフロー方式によるハンダ付け作業が１回の工程で可能となる。

本発明により、スイッチング電源装置で用いる絶縁トランスの放熱性を向上させ、絶縁距離を確保しつつ１回のリフロー工程のみで、絶縁トランスの実装が可能とすることができ、また、巻線部分を直接ハンダ付けするため、端子となる部品が不要となるためさらなる低コスト化が図れる。

本発明による絶縁トランスの斜視図 本発明による絶縁トランスの底面図 本発明による絶縁トランスを金属ベース基板に実装する場合の説明図 端部リード線を固定冶具により固定してパッドにハンダ付けする状態を示す説明図 配線パターンに応じて、端部リード線の長さが同じ場合と異なる場合に固定チューブで調整した場合の説明図 端部リード線の長さが同じ場合において、絶縁トランスを実装する配線パターンを示す説明図 端部リード線の長さが異なる場合において、絶縁トランスを実装する配線パターンを示す説明図 従来の方法により絶縁距離を確保したスイッチング電源装置を説明する説明図 一次端子をフリーとして、従来の方法により絶縁距離を確保したスイッチング電源装置を示す説明図 コアを絶縁樹脂カバーで覆った従来のスイッチング電源装置を説明するための説明図

本発明によるスイッチング電源装置における絶縁トランスの実施例を、図１〜図７を用いて以下に説明する。

図１は、本発明による絶縁トランスの実施例における斜視図を示している。本実施例は、入力部である一次側に本発明が適用されている場合についての具体的な実施例を示したものである。

本発明による絶縁トランス１０は、コア１２と、コア１２に巻回する一次巻線１６、二次巻線２０と二次巻線を接続する二次端子２２、絶縁カバー１４とチューブ受け２６、及び固定チューブ２４からなっている。

コア１２は上下に分割可能であり、入力側の一次巻線１６と出力側の二次巻線２０が入出力電圧の比に応じて巻回された後、嵌合される。二次巻線２０の端部は、二次端子２２に接続されている。二次端子２２は金属ベース基板にハンダ付けされるため、底部は広がっている。一次巻線１６側は、コア１２と絶縁カバー１４を挟んで、絶縁カバー１４に固定チューブ２４で固定される。一次巻線１６の巻き始め側と巻き終わり側の２本の線は固定チューブ２４の中を通して固定される。そのために、熱収縮チューブ等を利用している。一次巻線１６の端部リード線の先端は、絶縁皮膜により覆われている一次巻線１６の先端部の絶縁皮膜を剥がして、ハンダ付け部分１８としている。絶縁皮膜は、３層皮膜として十分な絶縁性を保っている。

絶縁カバー１４の一部にチューブ受け２６を設けている。このチューブ受け２６は、一次巻線１６を固定する固定チューブ２４を固定させる部分であり、一次巻線１６の位置決め用ガイドとしての機能を果たしている。２本の一次巻線１６の端部リード線は固定チューブ２４で固定され、さらに固定チューブ２４をガイドとしての機能を持つチューブ受け２６に固定チューブ２４を固定することにより、先端部のハンダ付け部分１８の位置が決められる。

図２は、本発明による絶縁トランス１０の底面を示している。絶縁カバー１４は、一次端子１６側の側面部と、底面部の一部を覆っている。コア１２の底面部は、放熱のための放熱用金属板３０が貼り付けられている。コア１２で発生する熱の放熱特性を良くするために材料を金属としており、さらに金属ベース基板にハンダ付け可能とするために、例えば銅板を使用する。

絶縁トランス１０は、リフロー方式によりハンダ付けして金属ベース基板に実装されることになるが、接する部分は、放熱用金属板３０と２つの二次端子２２の底面部分とで計３箇所となり、しかも、面積的にも狭いので、容易に平坦度を出すことができる。

本発明は、絶縁トランス１０を金属ベース基板に実装してスイッチング電源装置とするものであり、実装はリフロー方式を前提として、そのための製造性を向上させることを目的とした構造である。そこで、リフロー方式について以下簡単に説明する。

リフロー方式は、配線パターンが印刷されたプリント基板上の部品のハンダ付け部分にハンダペーストを印刷し、その上に部品を載せてから熱を加えてハンダを溶かすことにより、部品を実装する方法であり、現在では実装方法の主流となっている。加熱方法としては、赤外線式や熱風式などがある。手順は、まず部品の接合を予定する部分にハンダペーストを印刷塗布するが、穴の開いたステンレス製のメタルマスク上で、スキージ（へら）を使って一定の厚さでハンダペーストの印刷を行う。ハンダが塗布された部分には、部品をＮＣ制御のチップマウンター等で実装する。そして、部品への急激な熱衝撃の緩和とハンダ材のフラックス活性化促進、有機溶剤の気化を目的としてプレヒートする。次に、本加熱により高温にしてハンダを溶かす。最後に冷却して実装を完了する。

これらの製造プロセスのほとんどが自動化されているため、ハンダ付けする部分の平坦度や、１回の製造プロセスで実装が完了すること等が製造性の点で重要なファクタである。

図３は、本発明による絶縁トランス１０を、金属ベース基板３０に実装する場合の説明図である。金属ベース基板３０は絶縁層３２を介して配線パターンが印刷されており、一次巻線１６のハンダ付け部１８に対応した位置に一次側パッド３４があり、二次端子２２の底面部に対応して二次側パッド３６がある。一次巻線１６の端部リード線は固定チューブ２４で固定され、絶縁カバー１４の一部に設けられたチューブ受け２６に固定チューブ２４が固定されている。このため、一次巻線１６の先端部にあるハンダ付け部分１８は、一次側パッド３４と位置合わせができている。一次巻線１６の端部リード線はフリーな状態であるため、実装時に動く惧れがあるため、固定冶具３８を使って動かないように固定する。

図４は、固定冶具３８を使用して、一次巻線１６のハンダ付け部分１８が一次側パッド３４から動かないように固定している図である。図４において、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は側面図である。固定冶具３８は、一次巻線１６の２本の端部リード線部を上部から押さえつけて動かないようにするため、溝４０が設けられている。この溝４０によりハンダ付け部分１８は、ハンダ４２が印刷された一次側パッド３４上に固定される。固定冶具３８を端部リード線上部から押しつけると溝４０により、端部リード線が開いて、ハンダ４２面に位置が合うようにしてある。

図５は、端部リード線の長さを固定チューブ２４により調整して固定した図である。図５の（Ａ）は、一次巻線１６の巻始め側と巻き終わり側の２本の端部リード線を、同じ長さにした例であり、（Ｂ）は、異なる長さにした例である。長さは、金属ベース基板４０上に印刷された一次側パッド４４の位置に対応して任意に決めることができ、２本の端部リード線部は、長さを調整して、絶縁カバー１４に設けられたチューブ受け２６の固定チューブに通して固定される。

図６は、金属バース基板３０上の配線パターンと、ハンダ付けされる部分にハンダを印刷した平面図を示しており、一次巻線１６の端部ハンダ付け部分１８が同じ長さである場合の例である。一次側パッド３４は併置され、一方をアース側であるＳＧ（Ｓｉｇｎａｌ Ｄｒｏｕｎｄ）パターン５４に接続され、他の一方は入力側である一次側信号パターン５０に接続されている。一次側パッド上にはリフロー実装するためのハンダ４２が印刷されている。二次側パッド３６に対しても、二次端子２２の底面部をハンダ付けするためのハンダ４４が印刷されている。二次側パッド３６も、一方をＳＧパターン５６側に接続し、他の一方はトランスの出力側である二次側信号パターン５２に接続している。

また、コア１２の底面部に設けた放熱用金属板３０についてもリフロー実装時にハンダ付けするために、放熱板パッド４６を配置している。そして、放熱板パッド４６上にも、ハンダ４８が印刷されている。

図７は、一次巻線１６の端部ハンダ付け部分１８が、一次巻線１６の巻き始め側と巻き終わり側で異なる長さとなっている配線パターンの例である。アースとなるＳＧパターン５４に、一次側のアースとなるパッドを配している。

このように、本発明による固定チューブ２４を使用することにより、巻線の端部を直接パッドにリフロー方式により実装できるため、１回のハンダ付けで実装が完了する。しかも、絶縁トランス１０のボビン２８は面積を小さくでき、絶縁トランス１０における放熱用金属板３０を設けてもハンダ付けを行う部分の平坦度を出すことが容易である。また、巻線部分の先端のハンダ付け部分１８は、固定冶具３８を使用して、製造時に直接ハンダ付け可能となるため、ハンダ付け用の端子が不要となり、コストの低減にもなる。

本発明は、その目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。

１０ 絶縁トランス
１２ コア
１４ 絶縁カバー
１６ 一次巻線
１８ ハンダ付け部分
２０ 二次巻線
２２ 二次端子
２４ 固定チューブ
２６ チューブ受け
２８ 放熱用金属板
３０ 金属ベース基板
３２ 絶縁層
３４ 一次側パッド
３６ 二次側パッド
３８ 固定冶具
４０ 溝
４２、４４ ハンダ
４６ 放熱板パッド
４８ ハンダ
５０ 一次側信号パターン
５２ 二次側信号パターン
５４ 一次側ＳＧパターン
５６ 二次側ＳＧパターン
５８ 一次端子
６０ 絶縁樹脂カバー

Claims (8)

1. 一次巻線と二次巻線が巻回されているコアと、
   前記一次巻線及び前記二次巻線とコア間に備えられた絶縁カバーと、
   前記絶縁カバーに設けられ、少なくとも前記一次巻線又は前記二次巻き線のコアへの巻き始めと巻き終りの端部リード線を固定するための固定チューブと、
   を備え、
   前記一次巻線又は前記二次巻き線の前記端部リード線部の先端は、ハンダ付け可能となるように絶縁被膜を除去し、
   前記一次巻線又は前記二次巻き線の端部リード線部の長さは、少なくともコアと端子部との絶縁距離以上の長さを有し、
   前記一次巻線又は前記二次巻き線の端部リード線部のコア側部分は、前記固定チューブに挿入されて絶縁カバーに固定されること、
   を特徴とする絶縁トランス。
   
2. 請求項１に記載の範囲において、
   前記一次巻線又は前記二次巻線の皮膜は、３層皮膜であること、
   を特徴とする絶縁トランス。
   
3. 請求項１に記載の範囲において、
   前記絶縁カバーには、前記固定チューブを固定するチューブ受けを備えていること、
   を特徴とする絶縁トランス。
   
4. 請求項１に記載の範囲において、
   前記一次巻線又は前記二次巻き線の端部リード線部における巻き始め側と巻終わり側のそれぞれの端部リード線の長さは、絶縁トランスを実装する金属基板上のパターンにあるハンダ付け用パッドの位置に合わせて調整し、固定チューブで固定されること、
   を特徴とする絶縁トランス。
   
5. 請求項１に記載の範囲において、
   前記コアの底面部には放熱板を備えていること、
   を特徴とする絶縁トランス。
   
6. 請求項５に記載の範囲において、
   放熱板は、金属であること、
   を特徴とする絶縁トランス。
   
7. 請求項６に記載の範囲において、
   コアに設けられた放熱板と金属ベース基板はハンダ付けされること、
   を特徴とする絶縁トランス。
   
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の範囲において、
   前記絶縁トランスを配線パターンにリフロー方式によるハンダ付けで実装する際は、前記端部リード線を接続するハンダを付着したパッド部分に、皮膜を除去した巻線端部を固定する固定冶具を備えたこと、
   を特徴とする絶縁トランス。

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