JP2014179402A - Magnetic device - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a magnetic device such as a choke coil or a transformer, which includes a core made of a magnetic material and a substrate on which a coil pattern is formed.
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。 For example, there is a switching power supply device such as a DC-DC converter (DC-DC converter) that converts a high-voltage direct current into a alternating current after switching to a low-voltage direct current. The switching power supply device uses a magnetic device such as a choke coil or a transformer.
たとえば、特許文献1〜6には、コイルの巻線が基板に形成さ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。
For example,
特許文献1〜5では、コアが、基板に設けられた開口部に挿入されている。基板は、表面や裏面に設けられた表層と、それらの間に設けられた内層とを有する、多層基板から成る。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を接続するため、スルーホールやピンなどから成る接続部が、基板に設けられている。また、コイルパターンに対して電力を入出力するため、ピンやスルーホールなどから成る端子部が、基板に設けられている。これらの通電用のピンやスルーホールは、基板を貫通している。 In patent documents 1-5, the core is inserted in the opening part provided in the board | substrate. A board | substrate consists of a multilayer substrate which has the surface layer provided in the surface and the back surface, and the inner layer provided among them. A coil pattern is formed on each layer so as to be wound around the core. In order to connect the coil patterns of different layers, a connection portion made of a through hole, a pin, or the like is provided on the substrate. Further, in order to input / output electric power to / from the coil pattern, a terminal portion including pins and through holes is provided on the substrate. These energization pins and through holes penetrate the substrate.
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、コイルパターンが形成されている。
In
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。
When a current flows through the coil pattern, heat is generated from the coil pattern, and the temperature of the substrate rises. As a heat dissipation measure, in
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を広げて、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。
In
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。
In
コイルの所定の性能を達成するため、コイルパターンを細くすると、基板を大きくしなくても、各層にコイルパターンを多数回巻回して、コイルの巻き数を増やすことができる。また、基板の層数を増やしても、コイルの巻き数を増やすことができる。しかし、コイルパターンが細くなると、コイルパターンでの発熱量が多くなり、基板の層数が多くなると、熱が基板にこもり易くなり、いずれも基板の温度が上昇し易くなる。 If the coil pattern is made thin in order to achieve the predetermined performance of the coil, the number of turns of the coil can be increased by winding the coil pattern many times on each layer without enlarging the substrate. Even if the number of layers of the substrate is increased, the number of turns of the coil can be increased. However, when the coil pattern is thinned, the amount of heat generated in the coil pattern is increased. When the number of layers of the substrate is increased, heat is easily trapped on the substrate, and the temperature of the substrate is easily increased in all cases.
特に、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るため、各コイルパターンでの発熱量が多くなり、基板の温度が高くなる。そして、この結果、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。 In particular, in a magnetic device used in a DC-DC converter through which a large current flows, a large amount of current flows through the coil pattern, so the amount of heat generated in each coil pattern increases and the temperature of the substrate increases. As a result, the characteristics of the magnetic device may vary and the performance may deteriorate. In addition, when an electronic component such as another IC chip is mounted on the same substrate, there is a risk of malfunction or destruction of the electronic component.
本発明の課題は、複数の層にコイルパターンが設けられた多層の基板の放熱性能を高めることができる磁気デバイスを提供することである。 The subject of this invention is providing the magnetic device which can improve the thermal radiation performance of the multilayer board | substrate with which the coil pattern was provided in the several layer.
本発明による磁気デバイスは、コアと、コアが挿入される開口部、ならびに表面に設けられた表面層、裏面に設けられた裏面層、およびこれらの層間に設けられた内層を有する多層の基板と、基板の複数の層に設けられ、コアの周囲に巻回されるコイルパターンと、基板に設けられ、異なる層にあるコイルパターン同士を接続する接続部と、基板に貫通するように設けられ、コイルパターンに対して電力を入出力する複数の端子部とを備えている。そして、基板の表面層と裏面層の端子部の近傍に、基板の板面方向に広がる放熱パターンが設けられている。 A magnetic device according to the present invention includes a core, an opening into which the core is inserted, a surface layer provided on the front surface, a back surface layer provided on the back surface, and a multilayer substrate having an inner layer provided between these layers. A coil pattern provided in a plurality of layers of the substrate and wound around the core; a connection portion provided in the substrate for connecting the coil patterns in different layers; and provided so as to penetrate the substrate; And a plurality of terminal portions for inputting / outputting electric power to / from the coil pattern. And the heat dissipation pattern which spreads in the board surface direction of a board | substrate is provided in the vicinity of the terminal part of the surface layer of a board | substrate, and a back surface layer.
これにより、複数の層にコイルパターンが設けられた多層の基板の熱を、基板を貫通する端子部により、基板の表面層と裏面層に設けられた放熱パターンに伝えて、放熱パターンに拡散させ、放熱パターンの表面から放熱させることができる。つまり、電力入出力用の端子部を、放熱経路として兼用して、基板を放熱させ易くすることができ、基板の放熱性能を高めることが可能となる。 As a result, the heat of the multilayer substrate having the coil pattern provided on the plurality of layers is transmitted to the heat radiation pattern provided on the front surface layer and the back surface layer of the substrate by the terminal portion penetrating the substrate, and diffused to the heat radiation pattern. The heat can be dissipated from the surface of the heat radiation pattern. That is, the power input / output terminal portion can also be used as a heat dissipation path to facilitate heat dissipation of the substrate, and the heat dissipation performance of the substrate can be improved.
また、本発明では、上記磁気デバイスにおいて、コイルパターンは、帯状に形成されて、基板の各層に複数回巻回され、端子部は、表面層にあるコイルパターンに接続された第1端子部と、裏面層にあるコイルパターンに接続された第2端子部と、から成るようにしてもよい。 According to the present invention, in the magnetic device, the coil pattern is formed in a strip shape, wound around each layer of the substrate a plurality of times, and the terminal portion is connected to the coil pattern in the surface layer and the first terminal portion. And a second terminal portion connected to the coil pattern on the back surface layer.
また、本発明では、上記磁気デバイスにおいて、裏面層の第1端子部の近傍に設けられた放熱パターンは、第1端子部と接続され、かつ、裏面層に設けられたコイルパターンおよび第2端子部に対して絶縁されていてもよい。 In the present invention, in the magnetic device, the heat radiation pattern provided in the vicinity of the first terminal portion of the back surface layer is connected to the first terminal portion, and the coil pattern and the second terminal provided in the back surface layer. It may be insulated from the part.
また、本発明では、上記磁気デバイスにおいて、裏面層の第2端子部の近傍に設けられた放熱パターンは、裏面層に設けられたコイルパターンおよび第2端子部と接続されていてもよい。 In the present invention, in the magnetic device, the heat radiation pattern provided in the vicinity of the second terminal portion of the back surface layer may be connected to the coil pattern and the second terminal portion provided in the back surface layer.
また、本発明では、上記磁気デバイスにおいて、端子部は、接続部より大径の銅ピンから成るようにしてもよい。 In the present invention, in the above magnetic device, the terminal portion may be made of a copper pin having a diameter larger than that of the connection portion.
さらに、本発明では、上記磁気デバイスにおいて、裏面層側に放熱器を設けてもよい。 Furthermore, in this invention, you may provide a heat radiator in the back surface layer side in the said magnetic device.
本発明によれば、複数の層にコイルパターンが設けられた多層の基板の放熱性能を高め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。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the magnetic device which can improve the thermal radiation performance of the multilayer board | substrate with which the coil pattern was provided in the several layer.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.
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。
FIG. 1 is a configuration diagram of the switching
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。
A
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。
The
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。
The pulse voltage is given to the
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。
The output voltage Vo of the smoothing
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。
The
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、電力を入出力するための端子6i、6oが設けられている。
In the switching
次に、磁気デバイス1の構造を、図2〜図6を参照しながら説明する。
Next, the structure of the
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〜図6は、磁気デバイス1の断面図であって、図4は図3のX−X断面を示し、図5は図3のY−Y断面を示し、図6は図3のZ−Z断面を示している。
FIG. 2 is an exploded perspective view of the
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。
As shown in FIG. 2, the
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。凸部2m、2L、2rは、図3に示すように、一列に並んでいる。図2に示すように、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。
The
図5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。
As shown in FIG. 5, the lower ends of the left and
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。
The
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、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。
The board |
基板3の表面(図2および図4〜図6で上面)には、図3(a)に示すような表面層L1が設けられている。基板3の裏面(図2および図4〜図6で下面)には、図3(c)に示すような裏面層L3が設けられている。図4〜図6に示すように、表面層L1と裏面層L3の間には、図3(b)に示すような内層L2が設けられている。 A surface layer L1 as shown in FIG. 3A is provided on the surface of the substrate 3 (upper surface in FIGS. 2 and 4 to 6). A back surface layer L3 as shown in FIG. 3C is provided on the back surface of the substrate 3 (the bottom surface in FIGS. 2 and 4 to 6). As shown in FIGS. 4 to 6, an inner layer L2 as shown in FIG. 3B is provided between the front surface layer L1 and the back surface layer L3.
つまり、基板3は、回路を形成可能な2つの表層L1、L3と、1つの内層L2の、計3つの層L1、L2、L3を有した、多層の基板である。なお、多層の基板とは、3つ以上の層を有する基板のことである。
That is, the
基板3には、複数の開口部3m、3L、3rが設けられている。開口部3mは大径の円形の貫通孔から成り、開口部3L、3rは切欠きから成る。図2、図3、および図5に示すように、中央にある1つの開口部3mには、コア2aの中央の凸部2mが挿入され、左右にある開口部3L、3rには、コア2aの左右の凸部2L、2rがそれぞれ挿入される。
The
また、基板3には、小径で円形の貫通孔3aが2つ設けられている。各貫通孔3aには、図2に示すように、各ねじ11が挿入される。基板3の裏面をヒートシンク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の表面側から各貫通孔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〜図6に示すように、基板3の裏面層L3側にヒートシンク10が近接状態で固定される。
The
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。
An insulating
図3に示すように、基板3には、スルーホール8a、8d、9a、9b、パッド8b、8c、端子6i、6o、パターン4a〜4d、4t0〜4t6、5s0〜5s9、およびピン7a〜7dといった導体が設けられている。スルーホール8a、8d、9a、9b、端子6i、6o、およびピン7a〜7dは、基板3を貫通するように設けられている(図4および図6参照)。
As shown in FIG. 3, the
一対のスルーホール8aのうち、一方のスルーホール8aには、端子6iが埋設され、他方のスルーホール8aには、端子6oが埋設されている。一対の端子6i、6oは、銅ピンから成る。表面層L1と裏面層L3の端子6i、6oの周囲には、スルーホール8aのパッド8bが設けられている。パッド8bは、銅箔から成る。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、図4に示すように、絶縁シート12と接触している。端子6i、6oは、本発明の「端子部」の一例である。
Of the pair of through
基板3の各層L1〜L3には、コイルパターン4a〜4cと放熱パターン4t0〜4t6、5s0〜5s9が設けられている。各パターン4a〜4d、4t0〜4t6、5s0〜5s9は、銅箔から成る。表面層L1の各パターン4a、4t0〜4t2、5s0〜5s2の表面には、絶縁加工が施されている。
Each layer L1~
コイルパターン4a〜4cは、基板3の板面方向と平行な帯状に形成されている。コイルパターン4a〜4c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〜4cでの発熱量をある程度に抑制して、しかもコイルパターン4a〜4cの表面から放熱できるように設定されている。
The
図3に示すように、各コイルパターン4a〜4cは、各層L1〜L3で中央の凸部2mの周囲に2回巻回されている。表面層L1のコイルパターン4aの一端と、内層L2のコイルパターン4bの一端とは、複数のスルーホール9aにより接続されている。内層L2のコイルパターン4bの他端と、裏面層L3のコイルパターン4cの一端とは、複数のスルーホール9bにより接続されている。
As shown in FIG. 3, each of the
つまり、各スルーホール9a、9bは、異なる層L1、L2、L3にあるコイルパターン4a〜4c同士を接続する。各スルーホール9a、9bの表面には、銅めっきが施されている。各スルーホール9a、9bの内側は、銅などで埋められていてもよい。各端子6i、6oの径は、各スルーホール9a、9bの径より大きくなっている。スルーホール9a、9bは、本発明の「接続部」の一例である。
That is, the through
表面層L1のスルーホール9bの周辺と、裏面層L3のスルーホール9aの周辺には、スルーホール9a、9bを形成し易くするため、小パターン4dがそれぞれ設けられている。それぞれのスルーホール9a、9bと小パターン4dは接続されている。小パターン4dは、銅箔から成る。表面層L1の小パターン4dの表面には、絶縁加工が施されている。
図3(a)に示すように、表面層L1のコイルパターン4aの他端は、パッド8bとスルーホール8aを介して端子6oと接続されている。図3(c)に示すように、裏面層L3のコイルパターン4cの他端は、パッド8bとスルーホール8aを介して端子6iと接続されている。端子6oは、本発明の「第1端子部」の一例であり、端子6iは、本発明の「第2端子部」の一例である。
As shown in FIG. 3A, the other end of the
上記により、基板3のコイルパターン4a〜4cは、裏面層L3で、起点である端子6iから、凸部2mの周囲に1回目と2回目が巻かれた後、スルーホール9bを経由して、内層L2に接続される。次に、コイルパターン4a〜4cは、内層L2で、凸部2mの周囲に3回目と4回目が巻かれた後、スルーホール9aを経由して、表面層L1に接続される。そして、コイルパターン4a〜4cは、表面層L1で、凸部2mの周囲に5回目と6回目が巻かれた後、終点である端子6oに接続される。
As described above, the
磁気デバイス1に流れる電流も、上記のように、端子6iから入力されて、コイルパターン4c、スルーホール9b、コイルパターン4b、スルーホール9a、およびコイルパターン4aの順に流れた後、端子6oから出力される。
As described above, the current flowing through the
図3に示すように、基板3の各層L1〜L3の空き領域には、放熱パターン4t0〜4t6、5s0〜5s9が設けられている。そのうち、放熱パターン4t0〜4t6は、コイルパターン4a〜4cの一部を基板3の板面方向に広げることにより、コイルパターン4a〜4cと一体で設けられている。つまり、各層L1〜L3で、放熱パターン4t0〜4t6は、コイルパターン4a〜4cと接続されている。
As shown in FIG. 3, heat radiation patterns 4 t 0 to 4 t 6 and 5 s 0 to 5 s 9 are provided in the empty areas of the layers L 1 to L 3 of the
放熱パターン5s0〜5s9は、基板3の板面方向に広がるように、各層L1〜L3でコイルパターン4a〜4cと別体で設けられている。また、放熱パターン5s0〜5s9同士も別体になっている。つまり、各層L1〜L3で、放熱パターン5s0〜5s9は、互いに絶縁され、かつ、同じ層にあるコイルパターン4a〜4cに対して絶縁されている。
The heat radiation patterns 5s 0 to 5s 9 are provided separately from the
また、パターン4a〜4d、4t0〜4t6、5s0〜5s9は、ねじ11に対して絶縁されている。図3(b)および(c)に示すように、内層L2や裏面層L3の貫通孔3aの周囲の最短絶縁領域より、表面層L1の貫通孔3aの周囲の最短絶縁領域の方が大きくなっている。これは、ねじ11の軸部11bより径の大きな頭部11aが基板3の表面層L1側に配置されるので、表面層L1で頭部11aとこの近傍のパターン4a、4d、5s2や放熱部4t0〜4t2を絶縁するためである。
Further, the
図3(a)に示すように、表面層L1において、端子6iの近傍には、放熱パターン4t0が設けられている。端子6iとこの周囲のスルーホール8aおよびパッド8bは、放熱パターン4t0に対して絶縁されている。端子6oの近傍には、放熱パターン4t2、5s0が設けられている。端子6oとこの周囲のスルーホール8aおよびパッド8bは、放熱パターン4t2と接続され、放熱パターン5s0に対して絶縁されている。
As shown in FIG. 3 (a), in the surface layer L1, in the vicinity of the terminal 6i, it is provided radiating pattern 4t 0. Through-
また、表面層L1において、放熱パターン4t2、5s0の近傍には、放熱パターン5s1が設けられている。放熱パターン5s1は、放熱パターン4t2、5s0に対して絶縁されている。コア2aの端子6i、6oと反対側には、放熱パターン4t1、5s2が設けられている。
Further, in the surface layer L1, in the vicinity of the
図3(b)に示すように、内層L2において、端子6iの近傍には、放熱パターン5s3が設けられている。端子6iとこの周囲のスルーホール8aは、放熱パターン5s3に対して絶縁されている。端子6oの近傍には、放熱パターン4t3が設けられている。端子6oとこの周囲のスルーホール8aは、放熱パターン4t3に対して絶縁されている。コア2aに対して端子6i、6oと反対側には、放熱パターン5s4、4t4が設けられている。
As shown in FIG. 3 (b), in the inner layer L2, in the vicinity of the terminal 6i, it is provided radiating pattern 5s 3. Through
図3(c)に示すように、裏面層L3において、端子6iの近傍には、放熱パターン4t5が設けられている。端子6iとこの周囲のスルーホール8aおよびパッド8bは、放熱パターン4t5と接続されている。端子6oの近傍には、放熱パターン5s9、4t6が設けられている。端子6oとこの周囲のスルーホール8aおよびパッド8bは、放熱パターン5s9と接続され、放熱パターン4t6、4t5および端子6iに対して絶縁されている。
As shown in FIG. 3 (c), the rear surface layer L3, in the vicinity of the terminal 6i, are provided radiating pattern 4t 5. Through-
また、裏面層L3において、放熱パターン4t5の近傍には、放熱パターン5s5が設けられている。放熱パターン5s5は、放熱パターン4t5に対して絶縁されている。放熱パターン4t6の近傍には、放熱パターン5s7が設けられている。放熱パターン5s7は、放熱パターン4t6に対して絶縁されている。コア2aの端子6i、6oと反対側には、放熱パターン5s6、5s8が設けられている。
Further, the rear surface layer L3, in the vicinity of the heat radiation pattern 4t 5, are provided radiating pattern 5s 5. Radiating pattern 5s 5 is insulated against heat radiation pattern 4t 5. In the vicinity of the heat radiation pattern 4t 6, the heat radiation pattern 5s 7 is provided. Radiating pattern 5s 7 is insulated from the heat radiation pattern 4t 6. On the opposite side to the
複数のスルーホール8dには、放熱ピン7a〜7dがそれぞれ埋め込まれている。放熱ピン7a〜7dは、銅ピンから成る。放熱ピン7a〜7dの径は、端子6i、6oやスルーホール9a、9bの径より大きくなっている。
Heat dissipation pins 7a to 7d are embedded in the plurality of through
表面層L1と裏面層L3の放熱ピン7a〜7dの周囲には、スルーホール8dのパッド8cが設けられている。パッド8cは、銅箔から成る。放熱ピン7a〜7d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〜7dの下端は、絶縁シート12と接触している(図6参照)。
A
図3に示すように、放熱ピン7aとこの周囲のスルーホール8dおよびパッド8cにより、表面層L1の放熱パターン4t0、内層L2の放熱パターン5s3、および裏面層L3の放熱パターン5s5が接続されている。放熱ピン7bとこの周囲のスルーホール8dおよびパッド8cにより、表面層L1の放熱パターン5s1、内層L2の放熱パターン4t3、および裏面層L3の放熱パターン5s7が接続されている。
As shown in FIG. 3, the through-
放熱ピン7cとこの周囲のスルーホール8dおよびパッド8cにより、表面層L1の放熱パターン4t1、内層L2の放熱パターン5s4、および裏面層L3の放熱パターン5s6が接続されている。放熱ピン7dとこの周囲のスルーホール8dおよびパッド8cにより、表面層L1の放熱パターン5s2、内層L2の放熱パターン4t4、および裏面層L3の放熱パターン5s8が接続されている。
The through-
コイルパターン4a〜4cには大電流が流れるため、コイルパターン4a〜4cが発熱源となって、基板3の温度が上昇する。
Since a large current flows through the
表面層L1では、基板3の熱は、たとえば、放熱パターン4t0〜4t2、5s0〜5s2などの導体に拡散され、該導体の表面から放熱される。また、基板3の熱は、たとえば、放熱ピン7a〜7dや端子6i、6oやスルーホール8d、8a、9a、9b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、9bは、サーマルビアとしても機能する。
In the surface layer L1, the heat of the
特に、表面層L1のコイルパターン4aで発生した熱は、放熱パターン4t0〜4t2に拡散され易く、これらのパターン4a、4t0〜4t2の表面から放熱される。また、コイルパターン4aで発生した熱は、放熱ピン7a、7c、端子6o、およびこれらの周囲のスルーホール8d、8aを伝って、他の層L2、L3の放熱パターン5s3〜5s6、5s9に拡散される。そして、この拡散された熱は、裏面層L3の放熱パターン5s5、5s6、5s9の表面、放熱ピン7a、7cの下面、および端子6o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。
In particular, heat generated by the
内層L2では、基板3の熱は、たとえば、放熱パターン4t3、4t4、5s3、5s4などの導体に拡散され、放熱ピン7a〜7dや端子6i、6oやスルーホール8d、8a、9a、9bなどの基板3を貫通する導体を伝って、表面層L1と裏面層L3の放熱パターン4t0〜4t2、4t5、4t6、5s0〜5s2、5s5〜5s9に拡散される。そして、この拡散された熱は、表面層L1の放熱パターン4t0〜4t2、5s0〜5s2の表面などから放熱されたり、裏面層L3の放熱パターン4t5、4t6、5s5〜5s9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で放熱されたりする。
In the inner layer L2, for example, the heat of the
特に、内層L2のコイルパターン4bで発生した熱は、放熱パターン4t3、4t4に拡散され易く、該パターン4t3、4t4から放熱ピン7b、7dおよびこれらの周囲のスルーホール8dを伝って、他の層L1、L3の放熱パターン5s1、5s2、5s7、5s8に拡散される。そして、この拡散された熱は、表面層L1の放熱パターン5s1、5s2の表面から放熱されたり、裏面層L3の放熱パターン5s7、5s8の表面や放熱ピン7b、7d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で放熱されたりする。
In particular, heat generated in the
裏面層L3では、基板3の熱は、たとえば、放熱パターン4t5、4t6、5s5〜5s9などの導体に拡散され、該導体から絶縁シート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、基板3の熱は、たとえば、放熱ピン7a〜7dや端子6i、6oやスルーホール8d、8a、9a、9bなどの基板3を貫通する導体を伝って、表面層L1の放熱パターン4t0〜4t2、5s0〜5s2に拡散され、該放熱パターン4t0〜4t2、5s0〜5s2の表面などから放熱される。
In the backside layer L3, the heat of the
特に、裏面層L3のコイルパターン4cで発生した熱は、放熱パターン4t5、4t6に拡散され易く、コイルパターン4cの表面や放熱パターン4t5、4t6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4cで発生した熱は、端子6iおよびこれの周囲のスルーホール8aを伝って、表面層L1の放熱パターン4t0の表面や端子6iの表面などから放熱される。
In particular, heat generated in the
上記実施形態によると、各層L1〜L3にコイルパターン4a〜4cが設けられた基板3の熱を、基板3を貫通する端子6i、6oにより、表面層L1と裏面層L3に設けた放熱パターン4t0、4t2、5s0、4t5、4t6、5s9に伝えることができる。そして、熱を放熱パターン4t0、4t2、5s0、4t5、4t6、5s9に拡散させて、表面層L1の放熱パターン4t0、4t2、5s0の表面から放熱させたり、裏面層L3の放熱パターン4t5、4t6、5s9の表面からヒートシンク10を介して放熱させたりすることができる。つまり、電力入出力用の端子6i、6oを、放熱経路として兼用して、基板3を放熱させ易くすることができる。
According to the above embodiment, the heat of the
また、コイルパターン4a、4bで発生した熱を、放熱ピン7a〜7dにより、表面層L1と裏面層L3の放熱パターン4t0、4t1、5s1、4t2、5s5〜5s8に伝えて、拡散させることができる。そして、表面層L1の放熱パターン4t0、4t1、5s1、4t2の表面から放熱させたり、裏面層L3の放熱パターン5s5〜5s8やヒートシンク10を介して放熱させたりすることができる。また、裏面層L3のコイルパターン4cで発生した熱を、放熱パターン4t5、4t6、5s5〜5s9やヒートシンク10を介して放熱させることができる。
The
よって、多層の基板3の放熱性能を高めることが可能となる。本例では、3つの層にコイルパターンを6巻きした基板3の放熱性能を高めることが可能となる。
Therefore, the heat dissipation performance of the
また、帯状のコイルパターン4a〜4cの幅を広くすることで、コイルパターン4a〜4cでの発熱量を抑制しながら、コイルパターン4a〜4cの表面から放熱させ易くすることができる。また、各層L1〜L3にコイルパターン4a〜4cを複数回巻回することで、少ない層数の基板3で、コイルパターン4a〜4cの巻き数を多くすることができる。
In addition, by widening the width of the strip-
また、裏面層L3の端子6oの近傍に設けられた放熱パターン5s9を、該端子6oと接続し、かつ、裏面層L3のコイルパターン4cおよび端子6iに対して絶縁している。このため、表面層L1のコイルパターン4aで発生した熱を、該コイルパターン4aの表面や表面層L1の放熱パターン4t0〜4t2などの表面から放熱させるだけでなく、端子6oにより裏面層L3の放熱パターン5s9に伝えて、ヒートシンク10を介して放熱させることもできる。また、コイルパターン4a〜4cの電流経路に影響を与えないようにすることもできる。
Further, the heat radiation pattern 5s 9 provided in the vicinity of the terminal 6o backside layer L3, connected to the terminal 6o, and insulates the
また、裏面層L3の端子6iの近傍に設けられた放熱パターン4t5を、裏面層L3のコイルパターン4cおよび端子6iと接続している。このため、コイルパターン4cで発生した熱を、該コイルパターン4cの表面から放熱させるだけでなく、端子6iや放熱パターン4t5に伝わり易くして、該放熱パターン4t5の表面からも放熱させることができる。また、熱を端子6iにより表面層L1の放熱パターン4t0に伝えて、該放熱パターン4t0の表面からも放熱させることができる。
Further, the heat radiation pattern 4t 5 provided in the vicinity of the terminal 6i of the back surface layer L3 is connected to the
さらに、コイルパターン4a〜4c同士を接続するスルーホール9a、9bより、大径の銅ピンから端子6i、6oを構成している。このため、各コイルパターン4a〜4cで発生した熱を端子6i、6oにより、基板3の表面層L1や裏面層L3の端子6i、6oの近傍にある放熱パターン4t0、4t2、5s0、4t5、5s9に伝え易くして、放熱性能をより高めることができる。
Furthermore, the
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〜4cおよび放熱パターン4t0〜4t6、5s0〜5s9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。多層の基板において、複数の層にコイルパターンを設け、少なくとも表面層と裏面層の端子6i、6oの近傍に、基板3の板面方向に広がるように、放熱パターンを設ければよい。また、コイルパターンは、コア2aの中央の凸部2mに巻回されるものに限らず、コアの複数の凸部に巻回されるものであってもよい。また、一つの層におけるコイルパターンの巻き数は、1回でも3回以上でもよい。但し、基板のサイズを考慮して、各層のコイルパターンの巻き数を設定するのが好ましい。また、コイルパターンでの発熱量の抑制や、コイルパターンの表面からの放熱をし易くするため、コイルパターンの幅を広くするのが好ましい。
In the present invention, various embodiments other than those described above can be adopted. For example, in the above embodiment, the example in which the
また、以上の実施形態では、基板3の開口部3mが貫通孔から成り、開口部3L、3rが切欠きから成る例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、基板の開口部を全て貫通孔から構成してもよいし、溝やくぼみから構成してもよい。また、開口部は基板に1つだけ設けてもよい。
Moreover, although the
また、以上の実施形態では、接続部としてスルーホール9a、9bを基板3に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。これ以外に、端子やピンなどの他の接続部を基板に設けて、異なる層のコイルパターン同士を接続するようにしてもよい。
In the above embodiment, the example in which the through
また、以上の実施形態では、端子部として銅ピンから成る端子6i、6oを基板3に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。これ以外に、たとえば端子6i、6oを省略して、スルーホール8aやパッド8bを端子部として設けてもよい。そして、これらの端子部に、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。
Moreover, although the example which provided the terminal 6i and 6o which consist of a copper pin as a terminal part in the board |
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、放熱器を基板の両面に設けたり、省略したりしてもよい。
Moreover, although the example which used the
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、基材とコイルパターンとの間に絶縁体を設ければよい。 Moreover, although the example using a thick copper foil board | substrate was shown in the above embodiment, this invention is not limited only to this, A general resin-made printed boards, metal boards, etc. Other substrates may be used. In the case of a metal substrate, an insulator may be provided between the base material and the coil pattern.
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。
Moreover, although the example which combined the I-shaped
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。
Furthermore, although the example which applied this invention to the
1 磁気デバイス
2a 上コア
2b 下コア
3 基板
3m、3L、3r 開口部
4a〜4c コイルパターン
4t0、4t2、4t5 放熱パターン
5s0、5s9 放熱パターン
6i、6o 端子
9a、9b スルーホール
10 ヒートシンク
L1 表面層
L2 内層
L3 裏面層
1
Claims (6)
前記コアが挿入される開口部、ならびに表面に設けられた表面層、裏面に設けられた裏面層、およびこれらの層間に設けられた内層を有する多層の基板と、
前記基板の複数の層に設けられ、前記コアの周囲に巻回されるコイルパターンと、
前記基板に設けられ、異なる層にある前記コイルパターン同士を接続する接続部と、
前記基板に貫通するように設けられ、前記コイルパターンに対して電力を入出力する複数の端子部と、を備えた磁気デバイスにおいて、
前記基板の前記表面層と前記裏面層の前記端子部の近傍に、前記基板の板面方向に広がる放熱パターンを設けた、ことを特徴とする磁気デバイス。 The core,
A multilayer substrate having an opening into which the core is inserted, a surface layer provided on the front surface, a back surface layer provided on the back surface, and an inner layer provided between these layers;
A coil pattern provided on a plurality of layers of the substrate and wound around the core;
A connecting portion provided on the substrate and connecting the coil patterns in different layers;
In a magnetic device comprising a plurality of terminal portions that are provided so as to penetrate through the substrate and that input and output power to the coil pattern,
A magnetic device, wherein a heat radiation pattern extending in the plate surface direction of the substrate is provided in the vicinity of the terminal portion of the front surface layer and the back surface layer of the substrate.
前記コイルパターンは、帯状に形成されて、前記基板の各層に複数回巻回され、
前記端子部は、前記表面層にある前記コイルパターンに接続された第1端子部と、前記裏面層にある前記コイルパターンに接続された第2端子部と、から成る、ことを特徴とする磁気デバイス。 The magnetic device according to claim 1.
The coil pattern is formed in a strip shape and wound around each layer of the substrate a plurality of times,
The terminal portion includes a first terminal portion connected to the coil pattern on the front surface layer and a second terminal portion connected to the coil pattern on the back surface layer. device.
前記裏面層の前記第1端子部の近傍に設けられた前記放熱パターンは、前記第1端子部と接続され、かつ、前記裏面層に設けられた前記コイルパターンおよび前記第2端子部に対して絶縁されている、ことを特徴とする磁気デバイス。 The magnetic device according to claim 2, wherein
The heat dissipation pattern provided in the vicinity of the first terminal portion of the back surface layer is connected to the first terminal portion, and the coil pattern and the second terminal portion provided in the back surface layer. A magnetic device characterized by being insulated.
前記裏面層の前記第2端子部の近傍に設けられた前記放熱パターンは、前記裏面層に設けられた前記コイルパターンおよび前記第2端子部と接続されている、ことを特徴とする磁気デバイス。 The magnetic device according to claim 2 or claim 3,
The magnetic device, wherein the heat radiation pattern provided in the vicinity of the second terminal portion of the back surface layer is connected to the coil pattern and the second terminal portion provided in the back surface layer.
前記端子部は、前記接続部より大径の銅ピンから成る、ことを特徴とする磁気デバイス。 The magnetic device according to any one of claims 1 to 4,
The said terminal part consists of a copper pin larger diameter than the said connection part, The magnetic device characterized by the above-mentioned.
前記裏面層側に放熱器を設けた、ことを特徴とする磁気デバイス。 The magnetic device according to any one of claims 1 to 5,
A magnetic device, wherein a heat radiator is provided on the back layer side.
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