JP2013207151A - トランス - Google Patents

Abstract

【課題】プリント配線板全体の厚みを小さくでき、且つ、他の電子部品の実装スペースを確保することができるトランスの提供を目的とする。
【解決手段】積層してなるプリント配線板１０の内部に設けられた環状のコア２と、コア２に沿って設けられ巻線比が異なる一次コイル３Ａ及び二次コイル３Ｂと、を有し、一次コイル３Ａ及び二次コイル３Ｂのそれぞれは、コア２よりもプリント配線板１０における上層の層面に設けられた複数の第１配線パターン４ａ，４ｂ、及びコア２よりもプリント配線板１０における下層の層面に設けられた複数の第２配線パターン５ａ，５ｂ、及び複数の第１配線パターン４ａ，４ｂと複数の第２配線パターン５ａ，５ｂとをコア２に沿って螺旋状となるよう接続する複数のビア６ａ，６ｂによって形成されている、トランス１を採用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、トランスに関するものである。

電子制御装置には、多数の電子部品がプリント配線板上に実装されている。しかしながら、この電子制御装置に実装された電子部品で使用する電源電圧は様々であるため、電源電圧を変圧するために、トランスが使用されている。トランスは、環状のコアに沿って巻線比の異なる一次コイル及び二次コイルが設けられる構成となっている。

下記特許文献１には、プリント配線板に実装するトランスが開示されている。このトランスは、上部が開口する収納ケースに収納され、そのリードが収納ケースの底部に設けられた貫通孔を通してプリント配線板に固定される。これにより、収納ケースとトランスとをプリント配線板上に実装することができる。

特開２００７−２９４８１０号公報

ところで、上記従来技術では、プリント配線板の上に収納ケースとトランスとを実装するため、プリント配線板全体の厚みが増して大型化してしまう問題がある。また、収納ケースにトランスを収納することで部品が一回り大きくなることから、プリント配線板の実装スペースを広く占有してしまい、他の電子部品のための実装スペースを減らしてしまうという問題がある。また、トランスのリードは、貫通孔を通してプリント配線板の裏側で半田付けされるため、プリント配線板の表面側実装面と反対側の実装面における実装スペースを減らしてしまうという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、プリント配線板全体の厚みを小さくでき、且つ、他の電子部品の実装スペースを確保することができるトランスの提供を目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、積層してなるプリント配線板の内部に設けられた環状のコアと、前記コアに沿って設けられ巻線比が異なる一次コイル及び二次コイルと、を有し、前記一次コイル及び二次コイルのそれぞれは、前記コアよりも前記プリント配線板における上層の層面に設けられた複数の第１配線パターン、及び前記コアよりも前記プリント配線板における下層の層面に設けられた複数の第２配線パターン、及び前記複数の第１配線パターンと前記複数の第２配線パターンとを前記コアに沿って螺旋状となるよう接続する複数のビア、によって形成されている、トランスを採用する。

また、本発明においては、前記コアは、前記プリント配線板における前記上層の層面と前記下層の層面との間の層面に設けられた第３配線パターンである、という構成を採用する。

また、本発明においては、前記第３配線パターンは、前記プリント配線板における前記上層の層面と前記下層の層面との間の複数の層面に設けられている、という構成を採用する。

また、本発明においては、前記コアは、フェライト、あるいは、圧粉コアからなる、という構成を採用する。

本発明においては、積層構造のプリント配線板の内部にコアを設け、配線パターンとビアとの組合せでもって、プリント配線板の内部に立体的にトランスを形成することで、プリント配線板にトランスとしての機能を付加できるため、プリント配線板全体の厚みを小さくでき、且つ、他の電子部品の実装スペースを確保することができる。

本発明の実施形態におけるトランスを示す平面図である。 本発明の実施形態におけるトランスを示す斜視図である。 本発明の実施形態におけるトランスを示す断面図である。 本発明の別実施形態におけるトランスのコアを示す平面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態におけるトランス１を示す平面図である。図２は、本発明の実施形態におけるトランス１を示す斜視図である。図３は、本発明の実施形態におけるトランス１を示す断面図である。なお、図３は、図１における矢視Ａ−Ａ断面に対応する。
本実施形態のトランス１は、電源電圧を変圧するものであり、環状のコア２に沿って設けられ巻線比が異なる一次コイル３Ａ及び二次コイル３Ｂを有する。このトランス１は、以下のように構成される。

符号１０は、プリント配線板を示す。プリント配線板１０は、ガラスエポキシ材やガラスコンポジット材等の絶縁材料からなる板状の基板が複数積層してなる多層基板である。本実施形態のプリント配線板１０は、図３に示すように、第１層１０Ａ、第２層１０Ｂ、第３層１０Ｃ、第４層１０Ｄからなる４層基板である。なお、プリント配線板１０の積層数は、２層以上であればよく、例えば４層よりも多くてもよい。

プリント配線板１０は、複数の層面（２０Ａ〜２０Ｅ）を有する。第１層面２０Ａは、プリント配線板１０の表面であって、第１層１０Ａの上面である。第２層面２０Ｂは、第１層１０Ａの下面と第２層１０Ｂの上面との接続面である。第３層面２０Ｃは、第２層１０Ｂの下面と第３層１０Ｃの上面との接続面である。第４層面２０Ｄは、第３層１０Ｃの下面と第４層１０Ｄの上面との接続面である。第５層面２０Ｅは、第４層１０Ｄの下面であって、プリント配線板１０の裏面である。

コア２は、図１に示すように、環状に形成されている。本実施形態のコア２は、平面視で矩形の環状に形成されている。コア２は、プリント配線板１０の内部に設けられている。本実施形態のコア２は、図２及び図３に示すように、２つ設けられており、平面視では重なって配置されている。コア２は、第２層面２０Ｂ及び第３層面２０Ｃに設けられている。本実施形態のコア２は、導体の配線パターン（第３配線パターン）であり、後述する配線パターンと同様に、例えばエッチングによって形成することができる。

一次コイル３Ａは、図１に示すように、コア２に沿って設けられている。また、一次コイル３Ａは、図２に示すように、コア２の周りに螺旋状に設けられている。一次コイル３Ａは、第１配線パターン４ａと、第２配線パターン５ａと、ビア６ａと、を備えている。
第１配線パターン４ａ及び第２配線パターン５ａは、銅等の導体であり、エッチングによって形成することができる。ビア６ａは、プリント配線板１０の層間を接続する導体のメッキ穴である。

第１配線パターン４ａは、図３に示すように、コア２よりも上層である第１層１０Ａの第１層面２０Ａ（プリント配線板１０の表面）に設けられている。第１配線パターン４ａは、図１に示すように、平面視でコア２の内環側と外環側とを跨ぐように設けられている。また、第１配線パターン４ａは、平面視矩形のコア２の一辺２ａに、並列で間隔をあけて複数設けられている。複数の第１配線パターン４ａは、平面視矩形のコア２の一辺２ａに対して、所定角度で傾いて交差するようそれぞれ設けられている。

第２配線パターン５ａは、図３に示すように、コア２よりも下層である第４層１０Ｄの第４層面２０Ｄに設けられている。第２配線パターン５ａは、図１に示すように、平面視でコア２の内環側と外環側とを跨ぐように設けられている。また、第２配線パターン５ａは、第１配線パターン４ａが設けられている平面視矩形のコア２の一辺２ａに、並列で間隔をあけて複数設けられている。複数の第２配線パターン５ａは、平面視矩形のコア２の一辺２ａに対して、所定角度（対応する第１配線パターン４ａに対し１８０°変位した角度）で傾いて交差するようそれぞれ設けられている。

ビア６ａは、図２に示すように、複数の第１配線パターン４ａと、複数の第２配線パターン５ａと、をコア２に沿って螺旋状となるよう接続するものであり、複数設けられている。ビア６ａは、図３に示すように、第１層面２０Ａの第１配線パターン４ａと、第４層面２０Ｄの第２配線パターン５ａと、を電気的に接続する。ビア６ａは、図１に示すように、コア２の内環側及び外環側のそれぞれにおいて平面視で上下に重なる第１配線パターン４ａと第２配線パターン５ａとを接続する。このビア６ａによって、図２に示すように、第１配線パターン４ａと第２配線パターン５ａとが交互に直列に接続され、螺旋状の一次コイル３Ａが形成される。

二次コイル３Ｂは、図１に示すように、コア２の周りに螺旋状に設けられている。二次コイル３Ｂは、コア２に沿って設けられている。また、二次コイル３Ｂは、一次コイル３Ａに対して巻線比が異なっている。一次コイル３Ａの巻数と、二次コイル３Ｂの巻数によって所定の変圧比が得られる。なお、二次コイル３Ｂは、一次コイル３Ａと基本的構成は共通するため、一次コイル３Ａと同一又は同等の構成部分については、その説明を簡略若しくは省略する。

二次コイル３Ｂは、第１配線パターン４ｂと、第２配線パターン５ｂと、ビア６ｂと、を備えている。
第１配線パターン４ｂ及び第２配線パターン５ｂは、銅等の導体であり、第１配線パターン４ａ及び第２配線パターン５ａと同時にエッチングによって形成することができる。ビア６ｂは、プリント配線板１０の層間を接続する導体のメッキ穴である。

第１配線パターン４ｂは、第１配線パターン４ａと同じ第１層面２０Ａに設けられている。第１配線パターン４ｂは、一次コイル３Ａが設けられた平面視矩形のコア２の一辺２ａにかかる対辺２ｂに、並列で第１配線パターン４ａよりも狭い間隔（ピッチ）で複数設けられている。複数の第１配線パターン４ｂは、平面視矩形のコア２の対辺２ｂに対して、所定角度（第１配線パターン４ａより小さい角度）で傾いて交差するようそれぞれ設けられている。

第２配線パターン５ｂは、第２配線パターン５ａと同じ第４層面２０Ｄに設けられている。第２配線パターン５ｂは、平面視矩形のコア２の対辺２ｂに、並列で第２配線パターン５ａよりも狭い間隔（ピッチ）をあけて複数設けられている。複数の第２配線パターン５ｂは、平面視矩形のコア２の対辺２ｂに対して、所定角度（対応する第１配線パターン４ｂに対し１８０°変位した角度）で傾いて交差するようそれぞれ設けられている。

ビア６ｂは、複数の第１配線パターン４ｂと、複数の第２配線パターン５ｂと、をコア２に沿って螺旋状となるよう接続するものであり、複数設けられている。ビア６ｂは、コア２の内環側及び外環側のそれぞれにおいて平面視で上下に重なる第１配線パターン４ｂと第２配線パターン５ｂとを接続する。このビア６ｂによって、第１配線パターン４ｂと第２配線パターン５ｂとが交互に直列に接続され、ピッチが狭い螺旋状の二次コイル３Ｂが形成される。

上記構成のトランス１によれば、積層構造の多層基板であるプリント配線板１０の内部にコア２を設け、第１配線パターン４ａ，４ｂ、第２配線パターン５ａ，５ｂ、及びビア６ａ，６ｂの組合せでもって巻線比の異なる一次コイル３Ａ及び二次コイル３Ｂを設け、プリント配線板１０の内部に立体的にトランス１を形成することができる。このため、プリント配線板１０の表層の実装スペースに大型のトランスを実装することなく、プリント配線板１０にトランス１としての機能を付加することが可能となる。

上記構成のトランス１によれば、プリント配線板１０全体の厚みを薄くすることができる。また、上記構成のトランス１によれば、プリント配線板１０に貫通穴を設ける必要がないので、例えば、プリント配線板１０の裏面である第５層面２０Ｅに電子部品を実装することができる。したがって、本実施形態によれば、プリント配線板１０における電子部品の実装スペースを確保することができる。

また、本実施形態においては、コア２が、配線パターンであるため、コア２を他の配線パターンと同様にエッチング等で形成でき、トランス１を含むプリント配線板１０を効率的に製造することができる。
また、本実施形態においては、コア２及び一次コイル３Ａ及び二次コイル３Ｂをエッチングによる配線パターンにより形成するため、変圧比（巻数比）を精密に設定することができる。このため、従来よりも変圧性能の向上を図ることができる。
また、本実施形態においては、コア２が、プリント配線板１０における上層の第１層面２０Ａと下層の第４層面２０Ｄとの間の、第２層面２０Ｂ及び第３層面２０Ｃに設けられているため、インダクタンスが多くなり、漏れ磁束の低減を図ることができ、また、絶縁基板である第２層１０Ｂを間に挟むために渦電流の発生を抑制することができる。

したがって、上述の本実施形態によれば、積層してなるプリント配線板１０の内部に設けられた環状のコア２と、コア２に沿って設けられ巻線比が異なる一次コイル３Ａ及び二次コイル３Ｂと、を有し、一次コイル３Ａ及び二次コイル３Ｂのそれぞれは、コア２よりもプリント配線板１０における上層の第１層面２０Ａに設けられた複数の第１配線パターン４ａ，４ｂ、及びコア２よりもプリント配線板１０における下層の第４層面２０Ｄに設けられた複数の第２配線パターン５ａ，５ｂ、及び複数の第１配線パターン４ａ，４ｂと複数の第２配線パターン５ａ，５ｂとをコア２に沿って螺旋状となるよう接続する複数のビア６ａ，６ｂによって形成されている、トランス１を採用することによって、プリント配線板１０全体の厚みを小さくでき、且つ、他の電子部品の実装スペースを確保することができる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例を採用することができる。
図４は、本発明の別実施形態におけるトランス１のコア２を示す図である。

（１）本実施形態では、コア２が配線パターンであるとしたが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、図４（ａ）に示すように、コア２が、フェライト、あるいは、圧粉コアからなるよう構成しても良い。この構成によれば、コア２が高い透磁率を有し、また、電気抵抗が高くなって渦電流の発生を効果的に抑制することができる。この構成を採用する場合には、フェライトや圧粉コアを部品としてプリント配線板１０の内部に組み込むことでコア２を形成することができる。

（２）本実施形態では、一次コイル３Ａが設けられた平面視矩形のコア２の一辺２ａにかかる対辺２ｂに二次コイル３Ｂを設けたが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、図４（ａ）に示すように、コア２の対辺２ｂだけでなく、一辺２ａに繋がる辺２ｃ，２ｂにも二次コイル３Ｂ１，３Ｂ２を設けても良い。二次コイル（３Ｂ，３Ｂ１，３Ｂ２）は、それぞれ巻線比が異なる。この構成によれば、プリント配線板１０の回路側でいずれの二次コイル（３Ｂ，３Ｂ１，３Ｂ２）に接続するかを選択することにより、変圧比を容易に変更することができる。また、二次コイル（３Ｂ，３Ｂ１，３Ｂ２）は、同時にパターン形成できるため、数が増えても製造に影響は小さい。

（３）本実施形態では、コア２が配線パターンである場合に帯状に形成したが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、配線パターンであれば、エッチングにより形状は容易に調整できるので、図４（ｂ）に示すように、配線パターンを幅方向に複数分割して同心環状のコア２を形成しても良い。両パターンの間は不図示の絶縁材（接着剤等）が充填されるので、渦電流の発生を効果的に抑制することができる。

（４）本実施形態では、一次コイル３Ａが設けられた平面視矩形のコア２の一辺２ａにかかる対辺２ｂに二次コイル３Ｂを設けたが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、図４（ｂ）に示すように、コア２の対辺２ｂだけでなく、一辺２ａに繋がる辺２ｃ，２ｂにも二次コイル３Ｂ１，３Ｂ２を設けても良い。二次コイル（３Ｂ，３Ｂ１，３Ｂ２）は、それぞれ巻線比が同一である。この構成によれば、一次コイル３Ａの一入力で、二次コイル（３Ｂ，３Ｂ１，３Ｂ２）からの多出力を得ることができるため、実装スペースの省スペース化を図ることができる。また、二次コイル（３Ｂ，３Ｂ１，３Ｂ２）は、同時にパターン形成できるため、数が増えても製造に影響は小さい。

（５）また、例えば、渦電流対策として、コア２を形成する配線パターンに穴を複数設けて電気抵抗を高くする構成を採用しても良い。

（６）また、例えば、銅損対策として、第１配線パターン４ａとビア６ａと接続部を太く、また、第２配線パターン５ａとビア６ａとの接続部を太く、のように、このような接続部におけるビア６ａ，６ｂを部分的に太くしメッキ厚を厚くする等して、接続部における電気抵抗を下げる構成を採用しても良い。

１…トランス、２…コア、３Ａ…一次コイル、３Ｂ…二次コイル、３Ｂ１…二次コイル、３Ｂ２…二次コイル、４ａ，４ｂ…第１配線パターン、５ａ，５ｂ…第２配線パターン、６ａ，６ｂ…ビア、１０…プリント配線板、１０Ａ…第１層、１０Ｂ…第２層、１０Ｃ…第３層、１０Ｄ…第４層、２０Ａ…第１層面、２０Ｂ…第２層面、２０Ｃ…第３層面、２０Ｄ…第４層面、２０Ｅ…第５層面

Claims (4)

1. 積層してなるプリント配線板の内部に設けられた環状のコアと、
   前記コアに沿って設けられ巻線比が異なる一次コイル及び二次コイルと、を有し、
   前記一次コイル及び二次コイルのそれぞれは、
   前記コアよりも前記プリント配線板における上層の層面に設けられた複数の第１配線パターン、及び前記コアよりも前記プリント配線板における下層の層面に設けられた複数の第２配線パターン、及び前記複数の第１配線パターンと前記複数の第２配線パターンとを前記コアに沿って螺旋状となるよう接続する複数のビア、によって形成されている、
   ことを特徴とするトランス。
2. 前記コアは、前記プリント配線板における前記上層の層面と前記下層の層面との間の層面に設けられた第３配線パターンであることを特徴とする請求項１に記載のトランス。
3. 前記第３配線パターンは、前記プリント配線板における前記上層の層面と前記下層の層面との間の複数の層面に設けられていることを特徴とする請求項２に記載のトランス。
4. 前記コアは、フェライト、あるいは、圧粉コアからなることを特徴とする請求項１に記載のトランス。

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