JP2014179399A - 磁気デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】コイルパターンが設けられた基板を放熱させ易くすることが可能な磁気デバイスを提供する。
【解決手段】磁気デバイス１は、磁性体から成るコア２ａ、２ｂと、絶縁体から成り、複数の層Ｌ１〜Ｌ３を有する基板３と、導体から成り、コア２ａの周囲に巻回されるように各層Ｌ１〜Ｌ３に設けられたコイルパターン４ａ〜４ｅと、導体から成り、各層Ｌ１〜Ｌ３に設けられた放熱パターン５ａ_１〜５ａ_９、５ｂ_１〜５ｂ_９とを備える。基板３の異なる層Ｌ１〜Ｌ３にある各放熱パターン５ａ_１〜５ａ_９、５ｂ_１〜５ｂ_９を、基板３の板面における同一直線Ｑで分割する。
【選択図】図３

Description

本発明は、磁性体から成るコアと、コイルパターンが形成された基板とを備えた、チョークコイルやトランスなどの磁気デバイスに関する。

たとえば、高電圧の直流をスイッチングして交流に変換した後、低電圧の直流に変換する、直流−直流変換装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ）のようなスイッチング電源装置がある。このスイッチング電源装置には、チョークコイルやトランスなどの磁気デバイスが使用されている。

たとえば、特許文献１〜６には、コイルの巻線が基板に設けられたコイルパターンから成る、磁気デバイスが開示されている。

特許文献１〜５では、磁性体から成るコアが、基板を貫通している。基板は、絶縁体から成り、複数の層を有している。各層には、コアの周囲に巻回されるように、コイルパターンが形成されている。異なる層のコイルパターン同士は、スルーホールなどで接続されている。コイルパターンやスルーホールは、銅などの導体から成る。

特許文献６では、基板が、一対の絶縁層と、該絶縁層に挟持された磁性体層とから構成されている。磁性体層には、導体から成るコイルパターンが形成されている。コイルパターンは、基板の板面や厚み方向に複数回巻回されている。

コイルパターンに電流が流れると、コイルパターンから発熱し、基板の温度が上昇する。放熱対策として、特許文献１では、コイルパターンを基板の各層のほぼ全域に広げている。また、基板の端部に放熱器を取り付けている。

特許文献３では、基板の所定の層のコイルパターンの一部の幅を広げて、空き領域に放熱パターン部を設けている。また、上方の基板より下方の基板を突出させ、該突出部に放熱パターン部を設けて、外気に直接触れるようにしている。さらに、各層の放熱パターン部の面方向位置を異ならせている。

特許文献６では、コイルパターンの内側に、磁性体層と下方の絶縁層とを貫通する伝熱用貫通導体を設け、基板の下面に伝熱用貫通導体と接続された放熱用導体層を設けている。伝熱用貫通導体と放熱用導体層は、コイルパターンに接続されていない。

特開２００８−２０５３５０号公報 特開平７−３８２６２号公報 特開平７−８６７５５号公報 再表ＷＯ２０１０／０２６６９０号公報 特開平８−６９９３５号公報 特開２００８−１７７５１６号公報

たとえば、大電流が流れるＤＣ−ＤＣコンバータで使用される磁気デバイスでは、コイルパターンに大電流が流れて、コイルパターンでの発熱量が多くなる。また、コイルパターンの数やコイルパターンが設けられた基板の層数が多いほど、発熱量が多く、熱が基板にこもり易く、基板の温度が上昇する。基板の温度が高くなると、磁気デバイスの特性の変動や性能の劣化を生じるおそれがある。また、同一基板上に他のＩＣチップなどの電子部品が実装されている場合、電子部品の誤動作や破壊を生じるおそれがある。

本発明の課題は、コイルパターンが設けられた基板を放熱させ易くすることができる磁気デバイスを提供することである。

本発明による磁気デバイスは、磁性体から成るコアと、絶縁体から成り、複数の層を有する基板と、導体から成り、コアの周囲に巻回されるように、基板の所定の層に設けられたコイルパターンと、導体から成り、基板の所定の層に設けられた放熱パターンとを備え、基板の異なる層にある各放熱パターンを、基板の板面における同一位置で分割している。

これにより、基板の放熱パターンの分割位置に対して、両側の発熱が互いに伝わり難くなり、両側の放熱パターンからそれぞれ放熱され易くなる。つまり、基板の熱を、放熱パターンの分割位置の一方側と他方側で別々に放熱させることができる。このため、コイルパターンが設けられた基板を放熱させ易くすることが可能となる。

また、本発明では、上記磁気デバイスにおいて、基板の一方の表面に設けられた一の層の放熱パターンの分割位置に合わせて、他の層の放熱パターンを分割してもよい。

また、本発明では、上記磁気デバイスにおいて、各放熱パターンを、基板の板面と平行でかつコイルパターンの巻回中心を通る同一直線で分割してもよい。

また、本発明では、上記磁気デバイスにおいて、放熱パターンの分割位置に対して一方側に、コイルパターンに対する電力の入力端子部を設け、他方側に、コイルパターンに対する電力の出力端子部を設けてもよい。

また、本発明では、上記磁気デバイスにおいて、分割された放熱パターンの一方と他方の面積を同等にしてもよい。

また、本発明では、上記磁気デバイスにおいて、放熱パターンは、コイルパターンの周辺の空き領域に、コイルパターンと別体で設けられてもよい。

さらに、本発明では、上記磁気デバイスにおいて、基板の一方の表面側に放熱器を設けてもよい。

本発明によれば、コイルパターンが設けられた基板を放熱させ易くすることができる磁気デバイスを提供することが可能となる。

スイッチング電源装置の構成図である。 本発明の実施形態による磁気デバイスの分解斜視図である。 図２の基板の各層の平面図である。 図２の磁気デバイスの断面図である。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。各図において、同一の部分または対応する部分には、同一符号を付してある。

図１は、スイッチング電源装置１００の構成図である。スイッチング電源装置１００は、電気自動車（またはハイブリッドカー）用のＤＣ−ＤＣコンバータであり、高電圧の直流をスイッチングして交流に変換した後、低電圧の直流に変換する。以下で詳述する。

スイッチング電源装置１００の入力端子Ｔ１、Ｔ２には、高電圧バッテリ５０が接続されている。高電圧バッテリ５０の電圧は、たとえばＤＣ２２０Ｖ〜ＤＣ４００Ｖである。入力端子Ｔ１、Ｔ２へ入力される高電圧バッテリ５０の直流電圧Ｖｉは、フィルタ回路５１でノイズが除去された後、スイッチング回路５２へ与えられる。

スイッチング回路５２は、たとえばＦＥＴ（Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ）を有する公知の回路からなる。スイッチング回路５２では、ＰＷＭ駆動部５８からのＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）信号に基づいて、ＦＥＴをオンオフさせて、直流電圧に対してスイッチング動作を行う。これにより、直流電圧が高周波のパルス電圧に変換される。

そのパルス電圧は、トランス５３を介して、整流回路５４へ与えられる。整流回路５４は、一対のダイオードＤ１、Ｄ２によりパルス電圧を整流する。整流回路５４で整流された電圧は、平滑回路５５へ入力される。平滑回路５５は、チョークコイルＬおよびコンデンサＣのフィルタ作用により整流電圧を平滑し、低電圧の直流電圧として出力端子Ｔ３、Ｔ４へ出力する。この直流電圧により、出力端子Ｔ３、Ｔ４に接続された低圧バッテリ６０が、たとえばＤＣ１２Ｖに充電される。低圧バッテリ６０の直流電圧は、図示しない各種の車載電装品へ供給される。

また、平滑回路５５の出力電圧Ｖｏは、出力電圧検出回路５９により検出された後、ＰＷＭ駆動部５８へ出力される。ＰＷＭ駆動部５８は、出力電圧Ｖｏに基づいてＰＷＭ信号のデューティ比を演算し、該デューティ比に応じたＰＷＭ信号を生成して、スイッチング回路５２のＦＥＴのゲートへ出力する。これにより、出力電圧を一定に保つためのフィードバック制御が行なわれる。

制御部５７は、ＰＷＭ駆動部５８の動作を制御する。フィルタ回路５１の出力側には、電源５６が接続されている。電源５６は、高電圧バッテリ５０の電圧を降圧し、制御部５７に電源電圧（たとえばＤＣ１２Ｖ）を供給する。

上記のスイッチング電源装置１００において、平滑回路５５のチョークコイルＬとして、後述する磁気デバイス１が用いられる。チョークコイルＬには、たとえばＤＣ１５０Ａの大電流が流れる。チョークコイルＬの両端には、電力入出力用の端子６ｉ、６ｏが設けられている。端子６ｉは、本発明の「入力端子部」の一例であり、端子６ｏは、本発明の「出力端子部」の一例である。

次に、磁気デバイス１の構造を、図２〜図４を参照しながら説明する。

図２は、磁気デバイス１の分解斜視図である。図３は、磁気デバイス１の基板３の各層の平面図である。図４は、磁気デバイス１の断面図であって、（ａ）に図３のＸ−Ｘ断面、（ｂ）に図３のＹ−Ｙ断面を示している。

図２に示すように、コア２ａ、２ｂは、Ｅ字形の上コア２ａとＩ字形の下コア２ｂの、２個１対で構成されている。コア２ａ、２ｂは、フェライトまたはアモルファス金属などの磁性体から成る。

上コア２ａは、下方へ突出するように、３つの凸部２ｍ、２Ｌ、２ｒを有している。中央の凸部２ｍに対して、左右の凸部２Ｌ、２ｒの方が、突出量が多くなっている。

図４（ａ）に示すように、上コア２ａの左右の凸部２Ｌ、２ｒの下端を、下コア２ｂの上面に密着させて、該コア２ａ、２ｂは組み合わされる。この状態では、直流重畳特性を高めるため、上コア２ａの凸部２ｍと下コア２ｂの上面には所定の大きさの隙間が設けられている。これにより、磁気デバイス１（チョークコイルＬ）に大電流を流したときでも、所定のインダクタンスを実現することができる。コア２ａ、２ｂ同士は、図示しないねじや金具などの固定手段により固定される。

下コア２ｂは、ヒートシンク１０の上側に設けられた凹部１０ｋ（図２）に嵌め込まれる。ヒートシンク１０の下側には、フィン１０ｆが設けられている。ヒートシンク１０は、金属製であり、本発明の「放熱器」の一例である。

基板３は、絶縁体から成る薄板状の基材の各層に、厚みの厚い銅箔（導体）でパターンが形成された厚銅箔基板から構成されている。本実施形態では、基板３に他の電子部品や回路が設けられていないが、実際に磁気デバイス１を図１のスイッチング電源装置１００で使用する場合、基板３より大きな同一基板上に磁気デバイス１とスイッチング電源装置１００の他の電子部品や回路が設けられる。

基板３の上下２つの表面のうち、図２および図４で上側の表面には、図３（ａ）に示すような第１層Ｌ１が設けられている。図２および図４で下側の表面には、図３（ｃ）に示すような第３層Ｌ３が設けられている。図４に示すように、基板３の第１層Ｌ１と第３層Ｌ３の間には、図３（ｂ）に示すような第２層Ｌ２が設けられている。つまり、基板３は、２つの表層Ｌ１、Ｌ３と１つの内層Ｌ２の、３つの層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を有している。

基板３には、複数の貫通孔３ｍ、３Ｌ、３ｒ、３ａが設けられている。そのうち、大径の貫通孔３ｍ、３Ｌ、３ｒには、図２〜図４（ａ）に示すように、コア２ａの各凸部２ｍ、２Ｌ、２ｒがそれぞれ挿入される。つまり、コア２ａの凸部２ｍ、２Ｌ、２ｒは、基板３の各層Ｌ１〜Ｌ３を貫通する。

複数の小径の貫通孔３ａには、図２および図４（ｂ）に示すように、各ねじ１１が挿入される。基板３の第３層Ｌ３側をヒートシンク１０の上面（フィン１０ｆと反対の面）と対向させる。そして、各ねじ１１を基板３の第１層Ｌ１側から各貫通孔３ａに貫通させて、ヒートシンク１０の各ねじ孔１０ａに螺合する。これにより、図４に示すように、基板３の一方の表面側（第３層Ｌ３側）にヒートシンク１０が近接状態で固定される。

基板３とヒートシンク１０の間には、伝熱性を有する絶縁シート１２が挟み込まれる。絶縁シート１２は可撓性を有しているため、基板３やヒートシンク１０と隙間なく密着する。

図３に示すように、基板３には、スルーホール８ａ、８ｄ、９ａ〜９ｄ、パッド８ｂ、８ｃ、端子６ｉ、６ｏ、パターン４ａ〜４ｆ、５ａ_１〜５ａ_９、５ｂ_１〜５ｂ_９、およびピン７ａ〜７ｆといった導体が設けられている。スルーホール８ａ、８ｄ、９ａ〜９ｄは、異なる層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３にあるパターン４ａ〜４ｆ、５ａ_７〜５ａ_９、５ｂ_７〜５ｂ_９同士を接続する。

詳しくは、スルーホール８ａは、第１層Ｌ１のパターン４ａ、４ｂと他の層Ｌ２、Ｌ３を接続する。スルーホール８ｄは、第１層Ｌ１と他の層Ｌ２、Ｌ３を接続したり、第１層Ｌ１のパターン４ａ、４ｂと第３層Ｌ３のパターン５ａ_９、５ｂ_９を接続したり、第２層Ｌ２のパターン４ｃ、４ｄと第３層Ｌ３のパターン５ａ_７、５ａ_８、５ｂ_７、５ｂ_８を接続したりする。スルーホール９ａ、９ｄは、第１層Ｌ１のパターン４ａ、４ｂと第２層Ｌ２のパターン４ｃ、４ｄを接続する。スルーホール９ｂ、９ｃは、第２層Ｌ２のパターン４ｃ、４ｄと第３層Ｌ３のパターン４ｅを接続する。

一対の大径のスルーホール８ａのうち、一方には電力入力用の端子６ｉが埋設され、他方には電力出力用の端子６ｏが埋設されている。端子６ｉ、６ｏは、銅ピンから成る。第１層Ｌ１と第３層Ｌ３の端子６ｉ、６ｏの周囲には、銅箔から成るパッド８ｂが設けられている。端子６ｉ、６ｏやパッド８ｂの表面には、銅めっきが施されている。端子６ｉ、６ｏの下端は、絶縁シート１２と接触している（図示省略）。

基板３の各層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３には、コイルパターン４ａ〜４ｅと放熱パターン５ａ_１〜５ａ_９、５ｂ_１〜５ｂ_９が設けられている。各パターン４ａ〜４ｅ、５ａ_１〜５ａ_９、５ｂ_１〜５ｂ_９は、銅箔から成る。第１層Ｌ１の各パターン４ａ、４ｂ、５ａ_１〜５ａ_４、５ｂ_１〜５ｂ_４の表面には、絶縁加工が施されている。コイルパターン４ａ〜４ｅの幅や厚みや断面積は、コイルの所定の性能を達成しつつ、所定の大電流（たとえばＤＣ１５０Ａ）を流しても、コイルパターン４ａ〜４ｅでの発熱量をある程度に抑えて、しかもコイルパターン４ａ〜４ｅの表面から放熱できるように設定されている。

図３（ａ）に示すように、第１層Ｌ１において、コイルパターン４ａは、凸部２Ｌの周囲４方向に１回巻回されている。コイルパターン４ｂは、凸部２ｒの周囲４方向に１回巻回されている。

図３（ｂ）に示すように、第２層Ｌ２において、コイルパターン４ｃは、凸部２Ｌの周囲４方向に１回巻回されている。コイルパターン４ｄは、凸部２ｒの周囲４方向に１回巻回されている。

図３（ｃ）に示すように、第３層Ｌ３において、コイルパターン４ｅは、凸部２Ｌの周囲４方向に１回巻回されてから、凸部２ｍの周囲３方向に１回巻回され、さらに凸部２ｒの周囲４方向に１回巻回されている。

コイルパターン４ａの一端とコイルパターン４ｃの一端とは、スルーホール９ａにより接続されている。コイルパターン４ｃの他端とコイルパターン４ｅの一端とは、スルーホール９ｃにより接続されている。コイルパターン４ｅの他端とコイルパターン４ｄの一端とは、スルーホール９ｂにより接続されている。コイルパターン４ｄの他端とコイルパターン４ｂの一端とは、スルーホール９ｄにより接続されている。

各スルーホール９ａ〜９ｄの表面には、銅めっきが施されている。各スルーホール９ａ〜９ｄの内側は、銅などで埋められていてもよい。

第１層Ｌ１のスルーホール９ｂ、９ｃの周辺と、第３層Ｌ３のスルーホール９ａ、９ｄの周辺には、スルーホール９ａ〜９ｄを形成し易くするため、小パターン４ｆがそれぞれ設けられている。それぞれのスルーホール９ａ〜９ｄと小パターン４ｆは接続されている。小パターン４ｆは、銅箔から成る。第１層Ｌ１の小パターン４ｆの表面には、絶縁加工が施されている。

コイルパターン４ａの他端は、パッド８ｂを介して端子６ｉと接続されている。コイルパターン４ｂの他端は、パッド８ｂを介して端子６ｏと接続されている。

上記により、基板３のコイルパターン４ａ〜４ｅは、第１層Ｌ１で、起点である端子６ｉから、凸部２Ｌの周囲に１回目が巻かれた後、スルーホール９ａを経由して、第２層Ｌ２に接続される。次に、第２層Ｌ２で、凸部２Ｌの周囲に２回目が巻かれた後、スルーホール９ｃを経由して、第３層Ｌ３に接続される。

次に、コイルパターン４ａ〜４ｅは、第３層Ｌ３で、凸部２Ｌの周囲に３回目が巻かれ、凸部２ｍの周囲を経由して、凸部２ｒの周囲に４回目が巻かれた後、スルーホール９ｂを経由して、第２層Ｌ２に接続される。次に、コイルパターン４ａ〜４ｅは、第２層Ｌ２で、凸部２ｒの周囲に５回目が巻かれた後、スルーホール９ｄを経由して、第１層Ｌ１に接続される。そして、コイルパターン４ａ〜４ｅは、第１層Ｌ１で、凸部２ｒの周囲に６回目が巻かれた後、終点である端子６ｏに接続される。

磁気デバイス１に流れる電流も、上記のように、端子６ｉ、コイルパターン４ａ、スルーホール９ａ、コイルパターン４ｃ、スルーホール９ｃ、コイルパターン４ｅ、スルーホール９ｂ、コイルパターン４ｄ、スルーホール９ｄ、コイルパターン４ｂ、および端子６ｏの順番で流れる。

図３に示すように、放熱パターン５ａ_１〜５ａ_９、５ｂ_１〜５ｂ_９は、各層Ｌ１〜Ｌ３のコイルパターン４ａ〜４ｅや小パターン４ｆの周辺にある空き領域に、該パターン４ａ〜４ｅ、４ｆと別体で形成されている。放熱パターン５ａ_１〜５ａ_９、５ｂ_１〜５ｂ_９同士も、別体になっている。

ヒートシンク１０と近接する第３層Ｌ３では、図３（ｃ）に示すように、基板３の板面と平行でかつコイルパターン４ｃの巻回中心Ｐを通る直線Ｑで、放熱パターン５ａ_７〜５ａ_９、５ｂ_７〜５ｂ_９が分割されている。つまり、直線Ｑに対して左側にある放熱パターン５ａ_７〜５ａ_９と右側にある放熱パターン５ｂ_７〜５ｂ_９は、絶縁されている。直線Ｑは、コア２ａの凸部２Ｌ、２ｍ、２ｒの並び方向に対して垂直な基板３の中心線でもある。

直線Ｑに対して左側にある放熱パターン５ａ_９と右側にある放熱パターン５ｂ_９は、対称になっている。また、左側にある放熱パターン５ａ_７と右側にある放熱パターン５ｂ_７は、ほぼ対称になっている。また、左側にある放熱パターン５ａ_８と右側にある放熱パターン５ｂ_８は、一部対称になっている。

左側の放熱パターン５ａ_７〜５ａ_９は、基板３の左端部にある各貫通孔３ａ、コイルパターン４ｅ、およびコア２ａの凸部２ｍの周辺で分割されている。右側の放熱パターン５ｂ_７〜５ｂ_９は、基板３の右端部にある各貫通孔３ａ、コイルパターン４ｅ、およびコア２ａの凸部２ｍの周辺で分割されている。

図３に示すように、第１層Ｌ１と第２層Ｌ２では、第３層Ｌ３に合わせて、同一直線Ｑで放熱パターン５ａ_１〜５ａ_６、５ｂ_１〜５ｂ_６が分割されている。つまり、基板３の異なる層Ｌ１〜Ｌ３にある放熱パターン５ａ_１〜５ａ_９、５ｂ_１〜５ｂ_９は、基板３の厚み方向に投影した場合の、基板３の板面における同一位置Ｑで分割されている。第３層Ｌ３は、本発明の「一の層」の一例であり、第１層Ｌ１と第２層Ｌ２は、本発明の「他の層」の一例である。

図３（ａ）に示すように、第１層Ｌ１では、直線Ｑに対して左側にある放熱パターン５ａ_２〜５ａ_４と右側にある放熱パターン５ｂ_２〜５ｂ_４は、対称になっている。また、左側にある放熱パターン５ａ_１と右側にある放熱パターン５ｂ_１は、一部対称になっている。

左側にある放熱パターン５ａ_１〜５ａ_４は、基板３の左端部にある各貫通孔３ａ、ピン７ｅのパッド８ｃ、コイルパターン４ａ、およびコア２ａの凸部２ｍの周辺で分割されている。右側にある放熱パターン５ｂ_１〜５ｂ_４は、基板３の右端部にある各貫通孔３ａ、ピン７ｆの周囲のパッド８ｃ、コイルパターン４ｂ、およびコア２ａの凸部２ｍの周辺で分割されている。

図３（ｂ）に示すように、第２層Ｌ２では、直線Ｑに対して左側にある放熱パターン５ａ_６と右側にある放熱パターン５ｂ_６は、対称になっている。また、左側にある放熱パターン５ａ_５と右側にある放熱パターン５ｂ_５は、一部対称になっている。

左側にある放熱パターン５ａ_５、５ａ_６は、コイルパターン４ｃおよびコア２ａの凸部２ｍの周辺で分割されている。右側にある放熱パターン５ｂ_５、５ｂ_６は、コイルパターン４ｄおよびコア２ａの凸部２ｍの周辺で分割されている。

各層Ｌ１〜Ｌ３の同一直線Ｑで分割された左側の放熱パターン５ａ_１〜５ａ_９と右側の放熱パターン５ｂ_１〜５ｂ_９の面積は、ほぼ同等になっている。同一直線Ｑに対して左側には、端子６ｉが設けられ、右側には、端子６ｏが設けられている。端子６ｉ、６ｏとこれらの周囲のパッド８ｂやスルーホール８ａは、放熱パターン５ａ_１〜５ａ_９、５ｂ_１〜５ｂ_９に対して絶縁されている。

また、ねじ１１も、放熱パターン５ａ_１〜５ａ_９、５ｂ_１〜５ｂ_９に対して絶縁されている。ねじ１１の軸部１１ｂより径の大きな頭部１１ａが基板３の表面側に配置されるため、第２層Ｌ２や第３層Ｌ３の貫通孔３ａの周囲の絶縁領域（導体の無い領域）より、第１層Ｌ１の貫通孔３ａの周囲の絶縁領域の方が広くなっている。

複数の大径のスルーホール８ｄには、放熱ピン７ａ〜７ｆがそれぞれ埋め込まれている。放熱ピン７ａ〜７ｆは、銅ピンから成る。第１層Ｌ１と第３層Ｌ３の放熱ピン７ａ〜７ｆの周囲には、銅箔から成るパッド８ｃが設けられている。放熱ピン７ａ〜７ｆやパッド８ｃの表面には、銅めっきが施されている。放熱ピン７ａ〜７ｆの下端は、絶縁シート１２と接触している（図４（ｂ）参照）。

図３（ａ）に示すように、第１層Ｌ１では、コイルパターン４ａの幅広部４ｓに、放熱ピン７ａとこの周囲のパッド８ｃおよびスルーホール８ｄが接続されている。また、コイルパターン４ｂの幅広部４ｔに、放熱ピン７ｂとこの周囲のパッド８ｃおよびスルーホール８ｄが接続されている。他の放熱ピン７ｃ〜７ｆとこれらの周囲のパッド８ｃおよびスルーホール８ｄは、放熱パターン５ａ_１〜５ａ_４、５ｂ_１〜５ｂ_４、コイルパターン４ａ、４ｂ、および小パターン４ｆに対して絶縁されている。また、放熱パターン５ａ_１〜５ａ_４、５ｂ_１〜５ｂ_４に対して、コイルパターン４ａ、４ｂと小パターン４ｆは絶縁されている。

図３（ｂ）に示すように、第２層Ｌ２では、コイルパターン４ｃの幅広部４ｕ、４ｖに、放熱ピン７ｃ、７ｅとこれらの周囲のスルーホール８ｄがそれぞれ接続されている。また、コイルパターン４ｄの幅広部４ｗ、４ｘに、放熱ピン７ｄ、７ｆとこれらの周囲のスルーホール８ｄがそれぞれ接続されている。他の放熱ピン７ａ、７ｂとこれらの周囲のスルーホール８ｄは、放熱パターン５ａ_５、５ａ_６、５ｂ_５、５ｂ_６とコイルパターン４ｃ、４ｄに対して絶縁されている。また、放熱パターン５ａ_５、５ａ_６、５ｂ_５、５ｂ_６に対して、コイルパターン４ｃ、４ｄは絶縁されている。

図３（ｃ）に示すように、第３層Ｌ３では、放熱ピン７ｃとこの周囲のパッド８ｃおよびスルーホール８ｄは、放熱パターン５ａ_７に接続されている。放熱ピン７ｅとこの周囲のパッド８ｃおよびスルーホール８ｄは、放熱パターン５ａ_８に接続されている。放熱ピン７ａとこの周囲のパッド８ｃおよびスルーホール８ｄは、放熱パターン５ａ_９に接続されている。

放熱ピン７ｄとこの周囲のパッド８ｃおよびスルーホール８ｄは、放熱パターン５ｂ_７に接続されている。放熱ピン７ｆとこの周囲のパッド８ｃおよびスルーホール８ｄは、放熱パターン５ｂ_８に接続されている。放熱ピン７ｂとこの周囲のパッド８ｃおよびスルーホール８ｄは、放熱パターン５ｂ_９に接続されている。

放熱パターン５ａ_７〜５ａ_９、５ｂ_７〜５ｂ_９に対して、コイルパターン４ｅおよび小パターン４ｆは絶縁されている。また、放熱ピン７ａ〜７ｆ、パッド８ｃ、およびスルーホール８ｄに対して、コイルパターン４ｅと小パターン４ｆは絶縁されている。

上記により、第１層Ｌ１のコイルパターン４ａと第３層Ｌ３の放熱パターン５ａ_９は、放熱ピン７ａとこの周囲のパッド８ｃとスルーホール８ｄにより接続されている。第１層Ｌ１のコイルパターン４ｂと第３層Ｌ３の放熱パターン５ｂ_９は、放熱ピン７ｂとこの周囲のパッド８ｃとスルーホール８ｄにより接続されている。

第２層Ｌ２のコイルパターン４ｃと第３層Ｌ３の放熱パターン５ａ_７、５ａ_８は、放熱ピン７ｃ、７ｅとこれらの周囲のパッド８ｃとスルーホール８ｄにより接続されている。第２層Ｌ２のコイルパターン４ｄと第３層Ｌ３の放熱パターン５ｂ_７、５ｂ_８は、放熱ピン７ｄ、７ｆとこれらの周囲のパッド８ｃとスルーホール８ｄにより接続されている。

コイルパターン４ａ〜４ｅには大電流が流れるため、コイルパターン４ａ〜４ｅが発熱源となって、基板３の温度が高くなる。

第１層Ｌ１では、直線Ｑに対して左側の基板３の熱は、放熱パターン５ａ_１〜５ａ_４に拡散され、コイルパターン４ａや放熱パターン５ａ_１〜５ａ_４などの導体の表面で放熱される。また、直線Ｑに対して左側の基板３の熱は、放熱ピン７ａ、７ｃ、７ｅやスルーホール９ａ、９ｃなどの基板３を貫通する導体を伝って、絶縁シート１２を介してヒートシンク１０で放熱される。直線Ｑに対して右側の基板３の熱は、放熱パターン５ｂ_１〜５ｂ_４に拡散され、パターン４ｂ、５ｂ_１〜５ｂ_４などの導体の表面で放熱される。また、直線Ｑに対して右側の基板３の熱は、放熱ピン７ｂ、７ｄ、７ｆやスルーホール９ｂ、９ｄなどの基板３を貫通する導体を伝って、絶縁シート１２を介してヒートシンク１０で放熱される。スルーホール９ａ〜９ｄは、サーマルビアとして機能する。

また、左側のコイルパターン４ａで発生した熱は、放熱ピン７ａなどを伝って第３層Ｌ３の放熱パターン５ａ_９に拡散され、放熱パターン５ａ_９の表面や放熱ピン７ａの下面から絶縁シート１２を介してヒートシンク１０に伝わって、ヒートシンク１０で放熱される。右側のコイルパターン４ｂで発生した熱は、放熱ピン７ｂなどを伝って第３層Ｌ３の放熱パターン５ｂ_９に拡散され、放熱パターン５ｂ_９の表面や放熱ピン７ｂの下面から絶縁シート１２を介してヒートシンク１０に伝わって、ヒートシンク１０で放熱される。

第２層Ｌ２では、直線Ｑに対して左側の基板３の熱は、放熱パターン５ａ_５、５ａ_６に拡散され、放熱ピン７ａ、７ｃ、７ｅやスルーホール９ａ、９ｃなどの基板３を貫通する導体を伝って、絶縁シート１２を介してヒートシンク１０で放熱される。直線Ｑに対して右側の基板３の熱は、放熱パターン５ｂ_５、５ｂ_６に拡散され、放熱ピン７ｂ、７ｄ、７ｆやスルーホール９ｂ、９ｄなどの基板３を貫通する導体を伝って、絶縁シート１２を介してヒートシンク１０で放熱される。

また、左側のコイルパターン４ｃで発生した熱は、放熱ピン７ｃ、７ｅなどを伝って第３層Ｌ３の放熱パターン５ａ_７、５ａ_８に拡散され、放熱パターン５ａ_７、５ａ_８の表面や放熱ピン７ｃ、７ｅの下面から絶縁シート１２を介してヒートシンク１０に伝わって、ヒートシンク１０で放熱される。右側のコイルパターン４ｄで発生した熱は、放熱ピン７ｄ、７ｆなどを伝って第３層Ｌ３の放熱パターン５ｂ_７、５ｂ_８に拡散され、放熱パターン５ｂ_７、５ｂ_８の表面や放熱ピン７ｄ、７ｆの下面から絶縁シート１２を介してヒートシンク１０に伝わって、ヒートシンク１０で放熱される。

第３層Ｌ３では、直線Ｑに対して左側の基板３の熱は、放熱パターン５ａ_７〜５ａ_９に拡散され、パターン４ｅ、５ａ_７〜５ａ_９などの導体の表面から絶縁シート１２を介してヒートシンク１０に伝わって、ヒートシンク１０で放熱される。直線Ｑに対して右側の基板３の熱は、放熱パターン５ｂ_７〜５ｂ_９に拡散され、パターン４ｅ、５ｂ_７〜５ｂ_９などの導体の表面から絶縁シート１２を介してヒートシンク１０に伝わって、ヒートシンク１０で放熱される。また、コイルパターン４ｅの発熱は、コイルパターン４ｅの表面から絶縁シート１２を介してヒートシンク１０に伝わって、ヒートシンク１０で放熱される。

上記実施形態によると、基板３の各層Ｌ１〜Ｌ３の放熱パターン５ａ_１〜５ａ_９、５ｂ_１〜５ｂ_９の分割位置Ｑに対して、左右両側の発熱が互いに伝わり難くなる。そして、基板３の左側の熱が、放熱パターン５ａ_１〜５ａ_９に拡散されて、基板３の表面にある放熱パターン５ａ_１〜５ａ_４、５ａ_７〜５ａ_９から放熱され易くなる。また、基板３の右側の発熱が、放熱パターン５ｂ_１〜５ｂ_９に拡散されて、基板３の表面にある放熱パターン５ｂ_１〜５ｂ_４、５ｂ_７〜５ｂ_９から放熱され易くなる。つまり、基板３の熱を、放熱パターン５ａ_１〜５ａ_９、５ｂ_１〜５ｂ_９の分割位置Ｑの左側と右側で別々に放熱させることができる。このため、コイルパターン４ａ〜４ｅが設けられた基板３を放熱させ易くなる。

また、第３層Ｌ３の放熱パターン５ａ_７〜５ａ_９、５ｂ_７〜５ｂ_９に、他の層Ｌ１、Ｌ２のコイルパターン４ａ〜４ｄが接続され、第３層Ｌ３で左側の放熱パターン５ａ_７〜５ａ_９と右側の放熱パターン５ｂ_７〜５ｂ_９が分割位置Ｑで絶縁されている。また、第３層Ｌ３のコイルパターン４ｅと放熱パターン５ａ_７〜５ａ_９、５ｂ_７〜５ｂ_９が絶縁されている。このため、コイルパターン４ａ〜４ｅの通電経路に影響を与えることなく、分割位置Ｑの左側と右側で放熱経路を分けることができる。

また、ヒートシンク１０と近接する基板３の下面に設けられた、第３層Ｌ３の放熱パターン５ａ_７〜５ａ_９、５ｂ_７〜５ｂ_９の分割位置Ｑに合わせて、他の層Ｌ１、Ｌ２の放熱パターン５ａ_１〜５ａ_６、５ｂ_１〜５ｂ_６を分割している。このため、基板３の熱を、第３層Ｌ３の分割位置Ｑの左側の放熱パターン５ａ_７〜５ａ_９と右側の放熱パターン５ｂ_７〜５ｂ_９から別々にヒートシンク１０に伝えて、ヒートシンク１０で放熱させることができる。

また、各層Ｌ１〜Ｌ３の放熱パターン５ａ_１〜５ａ_９、５ｂ_１〜５ｂ_９を、基板３の板面と平行でかつコイルパターン４ａ〜４ｅの巻回中心Ｐを通る同一直線Ｑで分割している。また、その分割位置Ｑの左側と右側の基板３上に、コイルパターン４ａ〜４ｅに対する電力の入出力端子部６ｉ、６ｏをそれぞれ設けている。このため、放熱パターン５ａ_１〜５ａ_９、５ｂ_１〜５ｂ_９の分割位置Ｑの左右両側で、基板３の熱の差が小さく抑えられるので、左側の放熱パターン５ａ_１〜５ａ_９と右側の放熱パターン５ｂ_１〜５ｂ_９を、面対称などのように同様の形状にして、基板３の設計を容易にすることができる。

また、分割位置Ｑの左側の放熱パターン５ａ_１〜５ａ_９と右側の放熱パターン５ｂ_１〜５ｂ_９の面積をほぼ同等にしている。このため、左側の放熱パターン５ａ_１〜５ａ_９と右側の放熱パターン５ｂ_１〜５ｂ_９の放熱性能を同等にして、分割位置Ｑの左右両側で基板３の熱を偏りなく放熱させることができる。

さらに、放熱パターン５ａ_１〜５ａ_９、５ｂ_１〜５ｂ_９を各層Ｌ１〜Ｌ３のコイルパターン４ａ〜４ｅの周辺の空き領域に、コイルパターン４ａ〜４ｅと別体で設けている。このため、コイルパターン４ａ〜４ｅで発生した熱が、周辺の放熱パターン５ａ_１〜５ａ_９、５ｂ_１〜５ｂ_９に直接伝わらなくなる。そして、基板３にこもった熱を、第１層Ｌ１の放熱パターン５ａ_１〜５ａ_４、５ｂ_１〜５ｂ_４の表面から放熱させたり、第３層Ｌ３の放熱パターン５ａ_７〜５ａ_９、５ｂ_７〜５ｂ_９などを介してヒートシンク１０で放熱させたりすることができる。また、各層Ｌ１〜Ｌ３の空き領域に放熱パターン５ａ_１〜５ａ_９、５ｂ_１〜５ｂ_９を広く形成して、放熱性能を上げることができる。

本発明では、以上述べた以外にも種々の実施形態を採用することができる。たとえば、以上の実施形態では、基板３の全ての層Ｌ１〜Ｌ３にコイルパターン４ａ〜４ｅと放熱パターン５ａ_１〜５ａ_９、５ｂ_１〜５ｂ_９をそれぞれ設けた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。複数の層を有する基板において、２つ以上の層にコイルパターンと放熱パターンを設け、コイルパターンと放熱パターンを設けない層があってもよい。また、ある層には、コイルパターンだけを設け、別のある層には、放熱パターンだけを設けてもよい。ただし、基板の表面の層には、放熱パターンを設けるのが好ましい。

また、以上の実施形態では、コイルパターン４ａ〜４ｅと別体で放熱パターン５ａ_１〜５ａ_９、５ｂ_１〜５ｂ_９を設けた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。コイルパターンを拡張して、コイルパターンと一体で放熱パターンを設けてもよい。

また、以上の実施形態では、コア２ａの３つの凸部２ｍ、２Ｌ、２ｒに巻回するように、基板３にコイルパターン４ａ〜４ｅを形成した例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。コイルパターンは、コアの少なくとも１つの凸部に巻回されていればよい。

また、以上の実施形態では、電力の入力端子部として端子６ｉを設け、電力の出力端子部として端子６ｏを基板３に設けた例を示したが、端子６ｉ、６ｏを省略して、スルーホール８ａおよびパッド８ｂを端子部としてもよい。そして、これらの端子部８ａ、８ｂに、電子部品や回路を直接接続してもよい。たとえば、図１に示したスイッチング電源装置１００の場合、コイルパターン４ａの端子部８ａ、８ｂ（入力側）に、整流回路５４のダイオードＤ１、Ｄ２のカソードを半田付けで接続し、コイルパターン４ｂの端子部８ａ、８ｂ（出力側）に、平滑回路５５のコンデンサＣの一端や、出力電圧検出回路５９および出力端子Ｔ３につながるラインの一端を半田付けで接続すればよい。

また、以上の実施形態では、コイルパターン４ａ〜４ｅの巻回中心Ｐを通り、コア２ａの凸部２Ｌ、２ｍ、２ｒの並び方向に対して垂直な基板３の中心線Ｑで、各層Ｌ１〜Ｌ３の放熱パターン５ａ_１〜５ａ_９、５ｂ_１〜５ｂ_９を分割した例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外の、基板の板面と平行な直線や曲線で、基板の所定の層の放熱パターンを分割してもよい。また、コイルパターンに対する電力の入出力端子部は、放熱パターンの分割位置に対して一方側のみに設けてもよい。さらに、分割された放熱パターンの一方と他方の面積は同等でなくてもよい。

また、以上の実施形態では、放熱器として、ヒートシンク１０を用いた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではなく、これ以外の、空冷式や水冷式の放熱器、または冷媒を用いた放熱器などを用いてもよい。また、金属製の放熱器だけでなく、たとえば熱伝導性の高い樹脂で形成された放熱器を用いてもよい。この場合、放熱器と基板との間に絶縁シート１２を設ける必要はなく、絶縁シート１２を省略することができる。さらに、放熱器を基板の両表面側にそれぞれ設けてもよいし、放熱器を省略してもよい。

また、以上の実施形態では、厚銅箔基板を用いた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではなく、一般的な樹脂製のプリント基板や金属製の基板などのような、他の基板を用いてもよい。金属製の基板の場合は、基材と各パターンとの間に絶縁体を設ければよい。また、内層が設けられていない両面基板にも、本発明は適用することができる。

また、以上の実施形態では、Ｅ字形の上コア２ａにＩ字形の下コア２ｂを組み合わせた例を示したが、本発明は、２つのＥ字形コアを組み合わせた磁気デバイスにも適用することができる。

さらに、以上の実施形態では、車両用のスイッチング電源装置１００における、平滑回路５５のチョークコイルＬとして使用される磁気デバイス１に本発明を適用した例を挙げたが、トランス５３（図１）として使用される磁気デバイスに対しても、本発明を適用することは可能である。また、車両以外の、たとえば電子機器用のスイッチング電源装置で使用される磁気デバイスにも本発明を適用することは可能である。

１ 磁気デバイス
２ａ 上コア
２ｂ 下コア
３ 基板
４ａ〜４ｅ コイルパターン
５ａ_１〜５ａ_９、５ｂ_１〜５ｂ_９ 放熱パターン
６ｉ 電力入力用の端子
６ｏ 電力出力用の端子
１０ ヒートシンク
Ｌ１ 第１層
Ｌ２ 第２層
Ｌ３ 第３層
Ｐ コイルパターンの巻回中心
Ｑ 同一直線

Claims (7)

1. 磁性体から成るコアと、
   絶縁体から成り、複数の層を有する基板と、
   導体から成り、前記コアの周囲に巻回されるように、前記基板の所定の層に設けられたコイルパターンと、
   導体から成り、前記基板の所定の層に設けられた放熱パターンと、を備えた磁気デバイスにおいて、
   前記基板の異なる層にある前記各放熱パターンを、前記基板の板面における同一位置で分割した、ことを特徴とする磁気デバイス。
2. 請求項１に記載の磁気デバイスにおいて、
   前記基板の一方の表面に設けられた一の層の前記放熱パターンの分割位置に合わせて、他の層の前記放熱パターンを分割した、ことを特徴とする磁気デバイス。
3. 請求項１または請求項２に記載の磁気デバイスにおいて、
   前記各放熱パターンを、前記基板の板面と平行でかつ前記コイルパターンの巻回中心を通る同一直線で分割した、ことを特徴とする磁気デバイス。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の磁気デバイスにおいて、
   前記放熱パターンの分割位置に対して一方側に、前記コイルパターンに対する電力の入力端子部を設け、他方側に、前記コイルパターンに対する電力の出力端子部を設けた、ことを特徴とする磁気デバイス。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の磁気デバイスにおいて、
   前記分割された放熱パターンの一方と他方の面積を同等にした、ことを特徴とする磁気デバイス。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の磁気デバイスにおいて、
   前記放熱パターンは、前記コイルパターンの周辺の空き領域に、前記コイルパターンと別体で設けられている、ことを特徴とする磁気デバイス。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の磁気デバイスにおいて、
   前記基板の一方の表面側に放熱器を設けた、ことを特徴とする磁気デバイス。

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