JP5641230B2 - 電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、電子機器に関するものである。

特許文献１にプレーナ型コイル装置が開示されている。詳しくは、シートコイルは、絶縁シートに、コイルを形成する導体箔を設けて構成され、放熱板はシートコイルに対し絶縁され、シートコイルと放熱板とが積層された状態でコアに嵌め込まれている。

実開平４−２０２１７号公報

ところで、厚銅基板等の両面基板を用いてトランス等を構成することが行なわれている。厚銅基板は、絶縁性基板の両面にパターニングした銅板を接着して構成される。厚銅基板等の両面基板を用いて電子機器を構成する場合において放熱性を向上させる技術が確立されていない。

本発明の目的は、絶縁性基板の両面に金属板が接着された両面基板を用いて電子機器を構成する場合において放熱性を向上させることができるようにすることにある。

請求項１に記載の発明では、絶縁性基板の一方の面に第１の金属板が接着されるとともに前記絶縁性基板の他方の面に第２の金属板が接着された両面基板と、前記両面基板に発生した熱を放熱する放熱部材として機能するケースと、を備えた電子機器であって、前記第１の金属板には第１の巻線がパターニングされ、前記第２の金属板には第２の巻線がパターニングされ、前記ケース上に設けられたコアに対して前記第１の巻線と第２の巻線が巻回されており、前記ケースには、前記両面基板が載置される両面基板載置部が突設されており、前記両面基板載置部の高さは、当該両面基板載置部に載置された前記両面基板と前記コアとの間に隙間が生じる高さに設定されており、前記第１の金属板と前記第２の金属板のうちの発熱量が大きな金属板が前記両面基板載置部に対して電気的に絶縁された状態で当接していることを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、両面基板において、絶縁性基板の一方の面に第１の巻線がパターニングされた第１の金属板が接着されるとともに絶縁性基板の他方の面に第２の巻線がパターニングされた第２の金属板が接着されている。両面基板に発生した熱は放熱部材として機能するケースにおいて放熱される。このとき、第１の金属板と第２の金属板のうちの発熱量が大きな金属板がケースに対して電気的に絶縁された状態で当接しているので、放熱性に優れている。

請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の電子機器がトランスである場合に適用することができる。
請求項３に記載の発明のように、請求項１に記載の電子機器がインダクタである場合に適用することができる。

請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子機器において、前記第１の巻線と第２の巻線のうち、巻線の幅と、流れる電流値の少なくとも一方に基づく発熱量が大きな巻線がパターニングされた金属板が前記ケースに対して電気的に絶縁された状態で当接していることを要旨とする。

請求項４の記載の発明によれば、第１の巻線と第２の巻線のうち、巻線の幅と、流れる電流値の少なくとも一方に基づく発熱量が大きな巻線がパターニングされた金属板側について、熱がケースにより放熱され、電子機器の巻線の温度上昇を抑制することができる。

請求項５の記載の発明では、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子機器において、前記第１の巻線と第２の巻線のうちの巻数が大きな巻線がパターニングされた金属板が前記ケースに対して電気的に絶縁された状態で当接していることを要旨とする。

請求項５の記載の発明によれば、第１の巻線と第２の巻線のうちの巻数の大きな方が発熱量も大きいが、この大きな熱をケースにより放熱させることにより電子機器の巻線の温度上昇を抑制することができる。

請求項６に記載のように、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子機器において、前記金属板は、打ち抜き加工された銅板であるとよい。

本発明によれば、絶縁性基板の両面に金属板が接着された両面基板を用いて電子機器を構成する場合において放熱性を向上させることができる。

第１の実施形態におけるトランスの分解斜視図。 （ａ）はトランスの平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線での縦断面図。 厚銅基板の正面図。 第２の実施形態におけるインダクタの分解斜視図。 （ａ）はインダクタの平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線での縦断面図。 （ａ）は第３の実施形態におけるトランスの平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線での縦断面図。 （ａ）は第３の実施形態におけるトランスの平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線での縦断面図。 第４の実施形態における電子機器の正面図。 第４の実施形態における電子機器の回路構成図。

（第１の実施形態）
以下、本発明をトランスに具体化した第１の実施形態を図面に従って説明する。
図１，２に示すように、電子機器としてのトランス１０は、コア２０に一次巻線３０と二次巻線３１が巻かれているとともに放熱部材４０，４１により放熱されるようになっている。ここで、両面基板としての厚銅基板５０を用いて一次巻線３０と二次巻線３１を構成している。

厚銅基板５０は、図３に示すように、絶縁性基板（基材）５１の一方の面である下面には第１の金属板としての第１の銅板５２が接着シート（図示略）により接着されている。この第１の銅板５２には、図１，２の一次巻線３０がパターニングされている。一次巻線３０のパターニングは打ち抜き加工により行われる。また、絶縁性基板（基材）５１は、例えば、ガラス・エポキシ樹脂よりなる。

図３の絶縁性基板５１の他方の面である上面には第２の金属板としての第２の銅板５３が接着シート（図示略）により接着されている。この第２の銅板５３には、図１，２の二次巻線３１がパターニングされている。二次巻線３１のパターニングは打ち抜き加工により行われる。

このように、厚銅基板５０の少なくとも一部において、一次巻線３０と二次巻線３１を構成している。
絶縁性基板（基材）５１の厚さは例えば４００μｍ、第１の銅板５２の厚さは例えば５００μｍ、第２の銅板５３の厚さは例えば５００μｍである。

コア２０としてＥ−Ｅ型コアを用いており、Ｅ−Ｅ型コアはＥ型コア２１とＥ型コア２２により構成されている。Ｅ型コア２１は、四角板状の本体部２１ａと、本体部２１ａの一方の面（上面）の中央部に突出される中央磁脚２１ｂと、本体部２１ａの一方の面（上面）の端部に突設される両側磁脚２１ｃ，２１ｄとからなる。中央磁脚２１ｂおよび両側磁脚２１ｃ，２１ｄはその断面が長方形をなしている。同様に、Ｅ型コア２２は、四角板状の本体部２２ａと、本体部２２ａの一方の面（下面）の中央部に突出される中央磁脚２２ｂと、本体部２２ａの一方の面（下面）の端部に突設される両側磁脚２２ｃ，２２ｄとからなる。中央磁脚２２ｂおよび両側磁脚２２ｃ，２２ｄはその断面が長方形をなしている。

Ｅ型コア２１の中央磁脚２１ｂの先端面とＥ型コア２２の中央磁脚２２ｂの先端面とが突き合わされるとともに、Ｅ型コア２１の両側磁脚２１ｃ，２１ｄの先端面とＥ型コア２２の両側磁脚２２ｃ，２２ｄの先端面とが突き合わされる。これによりＥ−Ｅ型コアが構成され、閉磁路が形成される。

厚銅基板５０の絶縁性基板５１の中央部には、Ｅ型コア２２の中央磁脚２２ｂが通る貫通孔５４が形成されている。厚銅基板５０の第１の銅板５２による巻線３０は、絶縁性基板５１の貫通孔５４を中心として１本の導体が五周巻回された形状をなし、これにより５ターンだけ巻回されている。厚銅基板５０の第２の銅板５３による巻線３１は、絶縁性基板５１の貫通孔５４を中心として１本の導体が一周巻回された形状をなし、これにより１ターンだけ巻回されている。

ここで、第２の銅板５３による二次巻線３１については幅広であるが、第１の銅板５２による一次巻線３０については幅狭である。つまり、巻線の幅は巻数が多いほど巻線パターンの幅が狭くなる。巻線パターンの幅が狭くなると電気抵抗が大きくなり、発熱量も大きくなる。

放熱部材４０，４１は長方形の板材により構成されている。放熱部材４０，４１は、熱抵抗の小さな材料よりなる。具体的には、放熱部材４０，４１としてアルミを使用する。この場合、巻線全体の熱を放熱することができる。

放熱部材４０と放熱部材４１とは、水平方向において離間して配置されている。なお、放熱部材４０，４１は、図示しないケースに支持されている。放熱部材４０と放熱部材４１の間に、Ｅ型コア２１，２２の中央磁脚２１ｂ，２２ｂが通る。このとき、放熱部材４０，４１の上面に厚銅基板５０が配置され、Ｅ型コア２２の中央磁脚２２ｂには厚銅基板５０の絶縁性基板５１の貫通孔５４が通される。

また、厚銅基板５０の第１の銅板５２と放熱部材４０，４１の上面とがシリコン製シート（図示略）を挟んで電気的に絶縁され、かつ、当接する状態で接着されている。詳しくは、厚銅基板５０と放熱部材４０，４１とが電気的に絶縁されるとともに厚銅基板５０に発生した熱を放熱部材４０，４１に放熱可能に接着されている。

このように、巻線パターンの幅が狭い方を厚銅基板５０の放熱側に配置する。そして、厚銅基板５０に発生した熱を放熱する放熱部材４０，４１について、第１の銅板５２と第２の銅板５３のうちの発熱量が大きな第１の銅板５２側を放熱部材４０，４１に接近して配置している。詳しくは、一次巻線と二次巻線のうちの巻数が大きな巻線がパターニングされた第１の銅板５２側を放熱部材４０，４１に接近して配置した。これにより、第１の銅板５２と第２の銅板５３のうちの発熱量が大きな第１の銅板５２側が放熱部材４０，４１に接近して配置されているので、放熱性に優れている。詳しくは、一次巻線および二次巻線のうちの巻数の大きな方が発熱量も大きいが、この大きな熱を放熱部材４０，４１により放熱させることにより、トランスの巻線の温度上昇を抑制することができる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
一次巻線３０が５ターン、二次巻線３１が１ターンの場合、一次巻線３０を放熱側に配置して放熱しやすくする。即ち、一次巻線３０から直接、放熱する。このようにして、トランスの巻線３０，３１の温度上昇を抑制することができる。

広義には、一次巻線３０と二次巻線３１のうち、巻線の幅と、流れる電流値の少なくとも一方に基づく発熱量が大きな巻線がパターニングされた金属板側を放熱部材４０，４１に接近して配置する。これにより、一次巻線３０と二次巻線３１のうち、巻線の幅と、流れる電流値の少なくとも一方に基づく発熱量が大きな巻線がパターニングされた金属板側について、熱が放熱部材４０，４１により放熱され、トランスの巻線の温度上昇を抑制することができる。
（第２の実施形態）
次に、本発明をインダクタに具体化した第２の実施形態を図４，５に従って説明する。なお、第２の実施形態においては、第１の実施形態と同様な部分についてはその説明を省略する。

図４，５に示すように、電子機器としてのインダクタ６０は、コア２０に巻線８０（第１の巻線８１、第２の巻線８２）が巻回されているとともに放熱部材４０，４１により放熱されるようになっている。ここで、両面基板としての厚銅基板５０を用いて巻線８０（第１の巻線８１、第２の巻線８２）を構成している。

厚銅基板５０における第１の銅板５２には、第１の巻線８１がパターニングされている。また、厚銅基板５０における第２の銅板５３には、第２の巻線８２がパターニングされている。巻線８１，８２のパターニングは打ち抜き加工により行われる。

厚銅基板５０の第１の銅板５２は、絶縁性基板５１の貫通孔５４を中心として１本の導体が三周だけ巻回された形状をなし、これにより３ターンだけ巻回されている。厚銅基板５０の第２の銅板５３は、絶縁性基板５１の貫通孔５４を中心として１本の導体が二周だけ巻回された形状をなし、これにより２ターンだけ巻回されている。第１の銅板５２におけるパターンの一端と第２の銅板５３におけるパターンの一端とが電気的に接続されている。詳しくは、絶縁性基板５１に設けた貫通孔に充填した導体７０（図４参照）に第１の銅板５２におけるパターンの一端が接合されるとともに第２の銅板５３におけるパターンの一端が接合されている。

導体７０と第１の銅板５２でのパターンの一端との接合、および、導体７０と第２の銅板５３でのパターンの一端との接合は、超音波溶接、抵抗溶接、はんだ付け等により行われる。

このように、厚銅基板の少なくとも一部において、巻線を構成する。つまり、厚銅基板における一方の面において巻線の一部を構成し、巻線の残りの部分を他方の面において構成し、さらに、基板のそれぞれの面に構成された巻線を接続して電気的に一つの巻線としている。

ここで、第２の銅板５３による第２の巻線８２については幅広であるが、第１の銅板５２による第１の巻線８１については幅狭である。つまり、巻線の幅は巻数が多いほど巻線パターンの幅が狭くなる。巻線パターンの幅が狭くなると電気抵抗が大きくなり、発熱量も大きくなる。

厚銅基板５０の第１の銅板５２と放熱部材４０，４１の上面とがシリコン製シート（図示略）を挟んで電気的に絶縁され、かつ、当接する状態で接着されている。
このように厚銅基板のそれぞれの面の巻線の巻数を、放熱側の巻数が多くなるようにしている。

そして、厚銅基板５０に発生した熱を放熱する放熱部材４０，４１について、第１の銅板５２と第２の銅板５３のうちの発熱量が大きな第１の銅板５２側を放熱部材４０，４１に接近して配置する。詳しくは、第１の巻線と第２の巻線のうちの巻数が大きな巻線がパターニングされた第１の銅板５２側を放熱部材４０，４１に接近して配置した。これにより、第１の銅板５２と第２の銅板５３のうちの発熱量が大きな第１の銅板５２側が放熱部材４０，４１に接近して配置されているので、放熱性に優れている。詳しくは、第１の巻線および第２の巻線のうちの巻数の大きな方が発熱量も大きいが、この大きな熱を放熱部材４０，４１により放熱させることによりインダクタの巻線の温度上昇を抑制することができる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
インダクタの巻線８０の巻数が５ターンである場合、放熱側の巻数を３ターン、他方の面の巻数を２ターンにし、３ターンの巻線から直接放熱する。このようにしてインダクタの巻線の温度上昇を抑制することができる。
（第３の実施形態）
次に、本発明をトランスに具体化した第３の実施形態を図面に従って説明する。

図１，２に示したトランス１０においては放熱部材４０，４１は板材であったが、図６，７に示す本実施形態の電子機器としてのトランス１１０は放熱部材がケース１２０である。つまり、ケース１２０を放熱部材として用いており、トランスの巻線に発生した熱をケース１２０に逃がすようにしている。

図６において、コア１３０としてＥ−Ｉ型コアを用いており、コア１３０はＥ型コア１３１とＩ型コア１３２からなる。図６ではＩ型コア１３２を二点鎖線で示す。
両面基板としての厚銅基板１４０は、絶縁性基板１４１の一方の面である下面には第１の金属板としての第１の銅板１４２が接着され、第１の銅板１４２に一次巻線がパターニングされている。絶縁性基板１４１の他方の面である上面には第２の金属板としての第２の銅板１４３が接着され、第２の銅板１４３に二次巻線がパターニングされている。一次巻線、二次巻線のパターニングは打ち抜き加工により行われる。

このように、厚銅基板１４０の一部において、一次巻線と二次巻線を構成している。図６のＩ型コア１３２および第２の銅板１４３（二次巻線）を、図７では省略するとともに、絶縁性基板１４１を二点鎖線で示している。

板状をなすケース１２０の上面１２０ａには凹部１２１が形成されている。ケース１２０の凹部１２１にはＥ型コア１３１が嵌入されている。Ｅ型コア１３１は、板状の本体部１３１ａと、本体部１３１ａの一方の面（上面）の中央部に突出される中央磁脚１３１ｂと、本体部１３１ａの一方の面（上面）の端部に突設される両側磁脚１３１ｃ，１３１ｄとからなる。中央磁脚１３１ｂは円柱状をなしている。

図６（ａ），（ｃ）に示すように、ケース１２０の上面１２０ａにおいて、Ｅ型コア１３１の中央磁脚１３１ｂの配置位置を挟んで厚銅基板載置部１２２，１２３が突設されている。厚銅基板載置部１２２の上面１２２ａおよび厚銅基板載置部１２３の上面１２３ａは、平坦、且つ高さが同一である。

ケース１２０の厚銅基板載置部１２２，１２３の上面１２２ａ，１２３ａには厚銅基板１４０がシリコン製シート（図示略）を介して載置されている。これにより、厚銅基板１４０において発生した熱はケース１２０の厚銅基板載置部１２２，１２３に放熱することができる。

厚銅基板１４０の絶縁性基板１４１の中央部には、Ｅ型コア１３１の中央磁脚１３１ｂが通る貫通孔１４４が形成されている。厚銅基板１４０の第１の銅板１４２による巻線は、図７に示すように、絶縁性基板１４１の貫通孔１４４を中心として１本の導体が四周巻回された形状をなし、これにより４ターンだけ巻回されている。図６に示すように、厚銅基板１４０の第２の銅板１４３による巻線は、絶縁性基板１４１の貫通孔１４４を中心として１本の導体が一周巻回された形状をなし、これにより１ターンだけ巻回されている。

ここで、第２の銅板１４３による二次巻線については幅広であるが、第１の銅板１４２による一次巻線については幅狭である。つまり、巻線の幅は巻数が多いほど巻線パターンの幅が狭くなる。巻線パターンの幅が狭くなると電気抵抗が大きくなり、発熱量も大きくなる。

厚銅基板１４０の第１の銅板１４２がケース１２０の厚銅基板載置部１２２，１２３の上面１２２ａ，１２３ａと絶縁された状態で接着されており、これにより、巻線パターンの幅が狭い方が厚銅基板５０の放熱側に配置されている。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
第１の銅板１４２による一次巻線が４ターン、第２の銅板１４３による二次巻線が１ターンの場合、一次巻線（第１の銅板１４２）を放熱側に配置して放熱しやすくしている。即ち、一次巻線から直接、放熱する。このようにして、トランスの巻線の温度上昇を抑制することができる。
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態を説明する。

図９に示すように、電源装置として、プラグインハイブリッド車や電気自動車では、高圧バッテリ１５１から補機（バッテリ１５２）に電圧を供給するためのＤＣ／ＤＣコンバータ１５０を用いている。図９において、電子機器としてのＤＣ／ＤＣコンバータ１５０は、Ｈブリッジ回路１５３、トランス１５４、整流用Ｈブリッジ回路１５５、平滑回路１５６を具備している。Ｈブリッジ回路１５３は４つのスイッチング素子を備え、整流用Ｈブリッジ回路１５５は４つのダイオードを備え、平滑回路１５６はコイルとコンデンサを備えている。

図８に示すように、両面基板としての厚銅基板１６０は、絶縁性基板１６１の一方の面には第１の金属板としての第１の銅板１６２が接着され、第１の銅板１６２には、図９のトランス１５４の一次巻線がパターニングされている。この一次巻線の巻数は「５」である。一次巻線のパターニングは打ち抜き加工により行われる。

図８の絶縁性基板１６１の他方の面には第２の金属板としての第２の銅板１６３が接着され、第２の銅板１６３には、図９のトランス１５４の二次巻線がパターニングされている。この二次巻線の巻数は「１」である。二次巻線のパターニングは打ち抜き加工により行われる。

そして、トランスの二次側回路３００において流れる電流の方が一次側回路２００において流れる電流よりも大きい。二次側回路３００の方が流れる電流は大きいが、トランス１５４の一次巻線が細いので一次巻線の方の発熱量が大きくなる。

図８において、放熱部材１７０の上面に厚銅基板１６０がシリコン製シート（図示略）を挟んで電気的に絶縁され、かつ、当接する状態で接着されている。このとき、第１の銅板１６２が下向きになるように配置されており、発熱量が大きい一次巻線（５ターン）を放熱側にもってきている。つまり、第１の銅板１６２と第２の銅板１６３のうちの発熱量が大きな銅板１６２側を放熱部材１７０に接近して配置している。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・第３の実施形態で説明したケースに放熱する構成を、第２の実施形態で説明したようにインダクタに適用してもよい。

・トランスにおいて第１の銅板による巻数（ターン数）と第２の銅板による巻数（ターン数）とは適宜変更可能であり、例えば、第１の銅板による巻数が「３」、第２の銅板による巻数が「１」としてもよい。

・同様にインダクタにおいて第１の銅板による巻数（ターン数）と第２の銅板による巻数（ターン数）とは適宜変更可能であり、例えば、第１の銅板による巻数が「３」、第２の銅板による巻数が「１」としてもよい。

・両面基板として、絶縁性基板の両面に銅板が接着された厚銅基板を用いたが、これに限るものではない。つまり、金属板は銅板であったが、金属板として銅板以外の金属板を用いてもよい。例えば、アルミ板を用いてもよい。即ち、絶縁性基板の両面に接着される金属板（第１の金属板、第２の金属板）としてアルミ板等を用いてもよい。

・第１の実施形態および第２の実施形態において、放熱部材４０，４１について、放熱部材４０，４１を通して磁気回路が形成されないように磁気絶縁性を有する必要がある場合（例えば、コア内に放熱部材を配する場合）には、放熱部材４０，４１として高熱伝導性樹脂等を使用するとよい。

１０…トランス、２０…コア、３０…一次巻線、３１…二次巻線、４０…放熱部材、４１…放熱部材、５０…厚銅基板、５１…絶縁性基板、５２…第１の銅板、５３…第２の銅板、６０…インダクタ、８１…第１の巻線、８２…第２の巻線、１１０…トランス、１２０…ケース、１３０…コア、１４０…厚銅基板、１４１…絶縁性基板、１４２…第１の銅板、１４３…第２の銅板、１５０…ＤＣ／ＤＣコンバータ、１６０…厚銅基板、１６１…絶縁性基板、１６２…第１の銅板、１６３…第２の銅板、１７０…放熱部材、２００…一次側回路、３００…二次側回路。

Claims (6)

1. 絶縁性基板の一方の面に第１の金属板が接着されるとともに前記絶縁性基板の他方の面に第２の金属板が接着された両面基板と、
   前記両面基板に発生した熱を放熱する放熱部材として機能するケースと、
   を備えた電子機器であって、
   前記第１の金属板には第１の巻線がパターニングされ、前記第２の金属板には第２の巻線がパターニングされ、前記ケース上に設けられたコアに対して前記第１の巻線と第２の巻線が巻回されており、
   前記ケースには、前記両面基板が載置される両面基板載置部が突設されており、前記両面基板載置部の高さは、当該両面基板載置部に載置された前記両面基板と前記コアとの間に隙間が生じる高さに設定されており、
   前記第１の金属板と前記第２の金属板のうちの発熱量が大きな金属板が前記両面基板載置部に対して電気的に絶縁された状態で当接していることを特徴とする電子機器。
2. トランスであることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
3. インダクタであることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
4. 前記第１の巻線と第２の巻線のうち、巻線の幅と、流れる電流値の少なくとも一方に基づく発熱量が大きな巻線がパターニングされた金属板が前記ケースに対して電気的に絶縁された状態で当接していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子機器。
5. 前記第１の巻線と第２の巻線のうちの巻数が大きな巻線がパターニングされた金属板が前記ケースに対して電気的に絶縁された状態で当接していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子機器。
6. 前記金属板は、打ち抜き加工された銅板であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子機器。

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