JP4010624B2 - トランスあるいはトランスを備えた回路モジュールの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は携帯機器用の電源回路や、表示、照明のためのエレクトロ・ルミネセンス（ＥＬ）の駆動回路等に用いるトランス、あるいはトランスを備えた回路モジュールとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電子機器は高性能化、多機能化とともに小型化、軽量化が追求され、そのための回路構成として部品の表面実装が普及してきた。これに応じてＩＣチップ、抵抗、キャパシタ、インダクタ等の能動、受動の回路部品も表面実装に適するものが多く用いられている。トランスすなわち変成器は電源回路や昇圧回路の構成に欠かせない部品であるが、これについても表面実装型のものが各種供給されており、これらは例えば図１０に示すような外観で、金属のシールド・カバー部分を含んでいる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これらのトランスは、以前よりも大幅に寸法が小さくなっているとはいえ、まだ十分に小型化されたものではなく、携帯機器の小型化、軽量化の隘路になっている。本発明はこの問題を解決して、小型で高性能のトランス、あるいはトランスを備えた回路モジュールを提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
図１はトランスの原理的な構成図で、磁性材で作ったロの字形の磁心１にコイル２とコイル３の巻き線を施して一次コイルと二次コイルにしたもので、磁心１は閉磁路をなしている。本発明では、磁心１を中央部で左右に２分割した２個のコの字形の磁心を用い、それぞれに巻き線してコイル２、コイル３とし、二つの磁心の端部同士を接合してロの字形に一体化したものを絶縁材の基板に取り付けた構造を取る。コイルの各端末は基板に設けた端末パッドに接続し、端末パッドは導電パターンによって外部回路への接続用の端子電極に接続されている。そして基板上に封止樹脂を積層して、その中にトランスを封入する。封止樹脂の表面にＮｉメッキ等で金属被膜を作ることにより、この被膜が電磁シールド作用を行う。
【０００５】
このような構造のトランスを、本発明では集合基板を用いて製作する。すなわち個々のトランスとなる多数の領域を含み、導電パターンやスルーホールを形成した大型の集合基板の各領域にトランスを実装する。あるいはトランスだけでなく、トランスとともに回路を構成する部品を併せて実装する。そして集合基板の周囲に枠を設け、枠内に樹脂を充填して固化させ、枠を外して各領域の境界線に沿って集合基板をダイシングすることにより、樹脂封止された個別の完成トランス、あるいはトランスを備えた回路モジュールを多数個取りするのである。
なお、前述のように封止樹脂の表面を金属のシールド膜で被覆する場合には、封止樹脂の上面だけでなく側面にもシールド膜が必要である。そこで封止樹脂の固化後に、各トランス領域の境界線に沿ってほぼ集合基板に達する深さにハーフ・ダイシングする。これによって封止樹脂は溝で個々の領域毎に分割されて側面を生じ、無電解メッキ等による金属被膜が側面を含む全表面に形成される。その後、各トランス領域の境界線に沿って集合基板をフル・ダイシングすれば、封止樹脂の全面にシールド膜を設けたトランスになる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図２は本発明によるトランスの第１の実施形態を透視的に示した斜視図で、部品はガラス入りエポキシ樹脂等の絶縁材料の基板４に搭載してある。珪素鋼板、パーマロイ、フェライト等の磁性材料で作ったコの字形の二つの磁心１ａ、１ｂにそれぞれコイル２、３が巻き線してあり、磁心１ａ、１ｂの端部である接合部５で二つの磁心を接合して一体化し、ロの字形の閉磁路にしてある。コイル端末７は、巻線の端末を磁心に巻き付けて導電接着剤やペーストはんだの導電性結合材で固定したものである。磁心１ａ、１ｂの表面は通常でも酸化被膜を生じて絶縁性になっていることが多いが、本実施形態では磁心１ａ、１ｂにいわゆるパリレン処理等の化学蒸着を行って表面に絶縁被覆してあるので、巻き線の端末を磁心に巻き付けても短絡することはない。磁心表面への絶縁膜の形成は、化学蒸着以外にも粉体塗装、静電塗装等によって行うことができる。
【０００７】
基板４に窪みまたは貫通穴であるコイル収容部６を設けてあり、コイル２、３をコイル収容部６に入れることで、磁心１ａ、１ｂの下面が基板４の表面に接するようにして全体の厚さの増加を押さえている。基板４には導電パターン８が形成してあり、これにつながる端末パッド９にコイル端末７をはんだ等の導電接着剤で接続する。導電パターン８は基板４の四隅の各スルーホール１０にそれぞれ接続している。図２ではスルーホール１０は基板の両面をつなぐ導電被覆された湾曲面であるが、製造工程においてこの部分は円穴スルーホールだったのである。スルーホール１０は基板４の下面に設けた端子電極に接続しており、この端子電極を機器の回路基板に接続してトランスを取り付ける。
【０００８】
基板４上に封止樹脂１１を積層し、磁心１ａ、１ｂやコイル２、３を封止樹脂１１中に封入して完成トランスにしてある。トランスは封止樹脂１１の内部で機械的に保護されているが、さらに封止樹脂１１の表面にＮｉメッキ等によって金属被膜を形成する。この金属被膜は電磁シールド作用を行う。
【０００９】
図２の磁心１ａ、１ｂは磁界に垂直な断面が長方形であるが、磁心の断面形状としては正方形や円形であってもよい。コイルの巻き数が極めて少ない場合には、磁心は当初からロの字形の一体部品であってもよいが、一般にはロの字形の閉じた磁心に巻き線するのは不便で、製造コスト上極めて不利であり、本発明では上記のようにコの字形に分割したものに巻き線して接合する。接合部５の接合は強固でなければならず、さもないとこの部分の磁気抵抗が増して磁束が減少し、トランスの性能が低下する。
【００１０】
図３に磁心の接合部５の構造を二、三示すが、図３（Ａ）は磁心１ａ、１ｂの端面を突き合わせて溶接、接着等により接合したもので、先の図２はこの方式のものである。図３（Ｂ）は磁心１ａ、１ｂの端部にそれぞれ段差を設けて、溶接、接着等により重ね接合したものであり、図３（Ｃ）は磁心１ａ、１ｂの段差部をねじ１２で締結したものである。
【００１１】
次に、このようなトランスを製造する方法を説明する。これには寸法の大きな集合基板を用い、集合基板は多数のトランスの基板となる領域を含むものである。図４はその様な集合基板１４の一部を示す斜視図で、縦横の境界線１５、１６によって区分される領域のそれぞれが、個々のトランスに相当する。基板に用いるのは、前記のようなガラス入りエポキシ樹脂の他、プリント回路基板に用いるのと同種の絶縁材料である。図のように、集合基板１４には長方形の穴である多数のコイル収容部６が開けてある。また、集合基板１４の表面には導電パターン８、端末パッド９、スルーホール１０が多数形成してあり、端末パッド９は導電パータン８でスルーホール１０に接続され、スルーホール１０を通じて基板下面の端子電極につながっている。
【００１２】
次に、このような集合基板１４の端末パッド９に、印刷などによって、銀ペースト等の導電接着剤を塗布する。そして図５に示すように、コイル２、３がコイル収容部６に収まりコイル端末７が端末パッド９上に乗るように位置を合わせて、コイル２、３を集合基板１４上に装着する。それから上記導電接着剤をリフローしてコイル端末７を端末パッド９に接合する。
磁心１ａ、１ｂにコイル２、３を巻き線して磁心を一体に接合し、端末処理してトランス部品を作る工程は、集合基板１４の準備とは別に行っておく。
【００１３】
次に、図６に示すように、粘着テープ等のマスク材１７を用いて、集合基板１４の多数のスルーホール１０（図５）を塞ぐ。これは封止樹脂充填の際に樹脂がスルーホール１０から流れ出ないようにするためである。そして集合基板１４の周囲に枠１８を接合する。枠１８は封止樹脂の注入用である。
なお、コイル収容部６が凹部であって底があるなら問題ないが、貫通穴の場合には、図示は省くが集合基板１４の下面も、全面あるいは少なくともコイル収容部６の貫通穴の箇所に粘着テープ等のマスク材を貼って塞ぐことを要する。
【００１４】
次に、図７のように、枠１８の内側にエポキシ樹脂等の封止樹脂１１を充填してキュアし、樹脂１１の固化後に枠１８を除去する。このように部品を実装して樹脂中に封入した集合基板を境界線１５、１６に沿ってダイシングすれば、分割された各部分が図２のような個々のトランスになるのである。本実施形態の場合、図４に見るように集合基板１４の境界線１５、１６はスルーホール１０の中心を通る配置なので、分割後はスルーホール１０の一部が図２のように基板４の四隅の導電被覆を持つ凹面になって、基板下面の端子電極に導通する。
【００１５】
上記の工程によって個々のトランスが得られ、回路基板に実装して用いることができるが、封止樹脂１１は内部の回路部品を保護しているものの、電磁シールドの機能はない。回路部品間の電磁的な干渉やコイル間の相互誘導を防ぐために、各トランスに金属のシールド・カバーを取り付けることはもとより可能であるが、先にちょっと触れたように、本発明では封止樹脂１１の表面に金属被膜を形成し、これを電磁シールド膜にする。シールド膜の形成は、例えば無電解ニッケル・メッキによって行うのであるが、図７のように枠１８の内側に充填した封止樹脂１１の表面に金属被覆しただけであると、ダイシングで個別トランスにした時に封止樹脂１１の上面のみ金属被覆されていて、封止樹脂１１の側面には金属被覆がない状態のものになる。電磁シールドを有効に行うには、封止樹脂１１の全面に金属被覆せねばならない。
【００１６】
そこで図７のものから枠１８を除去した後、各領域の境界線１５、１６に沿ってほぼ集合基板１４の表面に達する深さで封止樹脂１１を縦横にハーフ・ダイシングする。図８がそのようにハーフ・ダイシングしたものであって、封止樹脂１１は個別トランスの各領域毎に溝１９、２０で区分され、これを無電解メッキすれば溝内の封止樹脂表面にも金属被膜を形成できる。その後に集合基板１４をフル・ダイシングすれば、分割された個別の完成トランスは封止樹脂の全面が金属被覆されたものであって、高い電磁シールド特性を持つ。
【００１７】
上述の方法は、図７のように集合基板１４の全面に封止樹脂１１を充填し、境界線１５、１６の全部に沿ってハーフ・ダイシングするのであるが、樹脂注入用の枠１８を枡目状のものにして、樹脂注入により図８のごとく封止樹脂１１に溝１９、２０が形成されるようにすることもできる。あるいは溝の一部（例えば溝１９、２０のうち一方の方向のみ）を枠１８によって形成し、残りの溝をハーフ・ダイシングするなどの組み合わせが可能で、このような配分は枠１８の複雑さや樹脂充填の手間等を考慮して定めればよい。
【００１８】
次に、本発明の第２の実施形態を図９に示して説明する。基本的には第１の実施形態である図２のものと同様、コイル２、３を巻き線した磁心１ａ、１ｂを接合部５で接合して一体化し、閉磁路にしたトランスを基板４に搭載し、コイル端末７を端末パッド９に接合して封止樹脂１１でパッケージしたものである。
【００１９】
本実施形態の特徴は、基板４上に磁心１ａ、１ｂとコイル２、３によるトランスのほか、コイル２とコイル３の間すなわち閉磁路の内側に、ＩＣチップ２１やその他の回路部品２３を搭載したことである。従って、図示は省くが、基板４にはこれらの回路部品用の導電パターンを形成してあり、ＩＣチップ２１はワイヤ・ボンド２２で導電パターンに接続する。外部回路への接続用端子も図２のものと違ってコイル端末用以外のものが必要になるので、図９では基板４の四隅の他、辺の部分にもスルーホール１０による導電部を配置して、基板４の上面の導電パターンと下面の端子電極を接続している。
【００２０】
このように構成した第２の実施形態は、第一の実施形態が単純なトランスであるのに対し、特定の回路動作を行う機能モジュールとなる。例えばＥＬ駆動回路などである。追加部品は二つのコイルの間の場所に配置するからスペースの有効利用となり、機能が向上するにもかかわらず寸法の増加を最小限に押さえることができる。
【００２１】
第２の実施形態のものの製造方法も、基本的には図４ないし図８に示した第１の実施形態の場合と同様で、集合基板１４を用いて製作を進める。ただし、集合基板１４は、トランス用の導電パターンに加えて回路部品用のボンディング・パッドや導電パターンを設け、端子電極用のスルーホール１０の数を増したものになる。そして当然ながら、図５の部品の実装工程では、磁心１ａ、１ｂとコイル２、３からなるトランスの実装に加えてＩＣその他の回路部品の実装を行う。
【００２２】
以上の説明で、トランスの実施形態として磁心がロの字型の閉磁路のものを示した。しかし同じく閉磁路であって他の形状のもの、例えば磁心が日の字型であって中央の磁路に二つのコイルを共通に巻いたトランスもある。容易に分かるように、本発明はこのようなものにも応用することが可能である。そしてトランスのみでなく他の回路要素も含む回路モジュールを構成する場合には、同様に閉磁路の内側に回路部品を配置してスペースを有効利用し、小型化を図るのである。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によって大幅に小型、薄型化したトランスを得ることができる。封止樹脂によって機械的に保護された構造である上、封止樹脂表面の金属被膜により電磁シールドされているので、従来のようにシールド・ケース等を用いるために寸法が増すということがない。さらに、トランス以外の回路部品を併せて搭載することにより、トランスを含む構成の回路モジュールを実現できるが、回路部品をトランスの閉磁路の内側に配置するので、この場合も寸法の増加が最小限で済む。
製造に関しては集合基板を用いて加工を進め、最後にダイシングによって完成トランスを一度に多数個取りするから、極めて生産性がよい。これによって小型で高性能のトランス、あるいはトランスを備えた回路モジュールを廉価に提供できるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】トランスの原理的構成図である。
【図２】本発明のトランスの斜視図である。
【図３】本発明のトランスの磁心の接合部である。
【図４】本発明のトランスの製造に用いる集合基板の一部を示す斜視図である。
【図５】本発明のトランスの製造工程において、集合基板にトランスを取り付けた状態の斜視図である。
【図６】本発明のトランスの製造工程において、集合基板に枠とマスク材を取り付けた状態の斜視図である。
【図７】本発明のトランスの製造工程において、集合基板に取り付けた枠内に封止樹脂を充填した状態の斜視図である。
【図８】本発明のトランスの製造工程において、集合基板上の封止樹脂をハーフ・ダイシングした状態の斜視図である。
【図９】本発明のトランスを備えた回路モジュールの斜視図である。
【図１０】従来のトランスの外観図である。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ 磁心
２、３ コイル
４ 基板
５ 接合部
６ コイル収容部
７ コイル端末
８ 導電パターン
１０ スルーホール
１１ 封止樹脂
１４ 集合基板
１５、１６ 境界線
１７ マスク材
１８ 枠
１９、２０ 溝
２１ ＩＣチップ
２３ 回路部品

Claims (2)

1. コの字形の磁心に巻き線を施した二つのコイルの前記磁心の端部同士を接合して一体化した、ロの字形の閉磁路コイルを基板に取り付け、該コイルの端末を前記基板の端子電極に接続し、前記基板に封止樹脂を積層して前記コイルを封入し、
   前記封止樹脂は、上面および側面のほぼ全表面に、金属被膜を形成して電磁シールド膜としたことを特徴とするトランスの製造方法であって、
   多数の完成品となる領域を有し、スルーホールを設けた集合基板の導電パターンに、導電性結合材を塗布する工程と、
   前記集合基板の各領域に閉磁路の磁心を持つコイルを装着する工程と、
   前記導電性結合材の固化により前記コイルの端末を導電パターンに接合し前記コイルを固定する工程と、
   前記集合基板の周囲に枠を固定し、前記集合基板のスルーホールをマスク材で塞ぐ工程と、
   前記枠に囲まれた前記集合基板上に封止樹脂を充填して固化する工程と、
   前記枠を除去する工程と、
   前記封止樹脂を、前記スルーホールを通る境界線に沿って、ほぼ前記集合基板に達する深さまでハーフ・ダイシングする工程と、
   前記封止樹脂の表面に金属被膜を形成して電磁シールド膜にする工程と、
   前記集合基板を前記境界線に沿ってフル・ダイシングする工程を含む加工により、
   個別の完成品を多数個取りすることを特徴とするトランスの製造方法。
2. 請求項１に記載のトランスのロの字形の閉磁路の内側の前記基板上に、回路部品を実装したことを特徴とする、トランスを備えた回路モジュールの製造方法であって、
   請求項１に記載のトランスの製造方法における集合基板にコイルを装着する工程に、該コイルの閉磁路の内側に他の回路部品を装着することを含め、
   導電性結合材を固化して前記コイルを固定する工程に、前記回路部品の固定を含めたことを特徴とするトランスを備えた回路モジュールの製造方法。

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