JP6084148B2 - Coil integrated printed circuit board, magnetic device - Google Patents
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Description
本発明は、コイルパターンが複数の層に形成されたコイル一体型プリント基板と、該コイル一体型プリント基板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とに関する。 The present invention relates to a coil-integrated printed board in which a coil pattern is formed in a plurality of layers, and a magnetic device such as a choke coil or a transformer provided with the coil-integrated printed board.
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1〜7には、コイルの巻線を構成するコイルパターンが設けられた基板と、該基板を備えた磁気デバイスが開示されている。
For example,
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。コイルパターンの巻き形状やスルーホールによる接続状態は、特許文献8にも開示されている。また、スルーホール部分での電気抵抗を低減するため、スルーホールの内側にはんだを充填する技術が、特許文献9に開示されている。
In patent documents 1-5, the core which consists of a magnetic body has penetrated the board | substrate. The substrate is made of an insulator and has a plurality of layers. A coil pattern is formed on each layer so as to be wound around the core. Coil patterns of different layers are connected by through holes or the like. The coil pattern and the through hole are made of a conductor such as copper. The winding shape of the coil pattern and the connection state by the through hole are also disclosed in
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、基板の板面方向や厚み方向に複数回巻回されている。特許文献7では、多層基板の複数の層に、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やコイルパターンと配線回路とは、スルーホールや放熱部材で接続されている。放熱部材は、スルーホールや銅ピンから成る。
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、基板の温度が高くなる。基板の放熱対策として、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、基板を貫通する端子により、コイルパターンの発熱を外部に導いている。さらに、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 increases. As a heat dissipation measure for the substrate, in
特許文献3では、基板の各層のコイルパターンの一部の幅を広げて、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て、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、各層に設けた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
特許文献7では、基板の下方に、熱伝導性絶縁シートを介して冷却部を設け、基板を貫通するように、または基板に埋められるように、放熱部材を設けている。放熱部材の一端は、熱伝導性絶縁シートを介して冷却部に接していて、他端は、コイルパターンや配線回路に接続されている。
In
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用の、コイルが一体化された基板では、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、コイルパターンが設けられている基板の層数が多いほど、コイルパターンで発生した熱がこもって、基板の温度が上昇し易くなる。基板の温度が上昇すると、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。さらに、コイルパターンの電流経路中に電気抵抗の大きい部分が存在すると、電流の流れが妨げられて、コイルの所定の性能が達成できなくなるおそれがある。 For example, in a substrate integrated with a coil for a magnetic device used in a DC-DC converter through which a large current flows, a large current flows through the coil pattern and the amount of heat generated in the coil pattern increases. Further, as the number of layers of the substrate on which the coil pattern is provided is increased, the heat generated in the coil pattern is accumulated and the temperature of the substrate is likely to rise. When the temperature of the substrate rises, there is a risk that the characteristics of the magnetic device will vary and the performance will 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. Furthermore, if there is a portion with a large electrical resistance in the current path of the coil pattern, the current flow may be hindered and the predetermined performance of the coil may not be achieved.
本発明の課題は、コイルパターンの電流の流れを妨げることなく、コイルパターンからの発熱を放熱させ易くすることができる、コイル一体型プリント基板および磁気デバイスを提供することである。 An object of the present invention is to provide a coil-integrated printed circuit board and a magnetic device that can easily dissipate heat generated from a coil pattern without hindering the current flow of the coil pattern.
本発明によるコイル一体型プリント基板は、複数の層に形成されたコイルパターンと、異なる層にあるコイルパターン同士を電気的に接続する電気的層間接続手段と、特定の層にあるコイルパターンを他の外面層に熱的に接続する熱的層間接続手段とを備えている。そして、特定の層にあるコイルパターンの電流経路から外れた位置に、該コイルパターンの一部を幅方向に拡張した拡張領域が設けられ、特定の層にあるコイルパターンに対応させて、他の外面層に放熱パターンが設けられ、対応するコイルパターンの拡張領域と放熱パターンとが熱的層間接続手段により熱的に接続されている。 The coil-integrated printed circuit board according to the present invention includes a coil pattern formed in a plurality of layers, an electrical interlayer connection means for electrically connecting coil patterns in different layers, and a coil pattern in a specific layer. And thermal interlayer connection means for thermally connecting to the outer surface layer. Then, an extended region in which a part of the coil pattern is extended in the width direction is provided at a position deviating from the current path of the coil pattern in the specific layer, and other regions are provided corresponding to the coil pattern in the specific layer. A heat radiation pattern is provided on the outer surface layer, and the expansion region of the corresponding coil pattern and the heat radiation pattern are thermally connected by the thermal interlayer connection means.
また、本発明による磁気デバイスは、上記コイル一体型プリント基板と、磁性体から成り、コイル一体型プリント基板を貫通するコアとを備え、コアの周囲に巻回されるように、コイル一体型プリント基板の複数の層にコイルパターンが形成されている。 A magnetic device according to the present invention includes the above-described coil-integrated printed board and a core made of a magnetic material and penetrating the coil-integrated printed board, and is wound around the core so as to be wound around the core. Coil patterns are formed on a plurality of layers of the substrate.
上記構成によると、特定の層のコイルパターンの電流経路から外れた位置に設けた該コイルパターンの拡張領域と、他の外面層に設けた対応する放熱パターンとを、熱的層間接続手段により熱的に接続している。このため、コイルパターンの電流の流れを妨げることなく、特定の層のコイルパターンからの発熱を、熱的層間接続手段により他の外面層にある放熱パターンに伝えて、外部へ放熱させ易くすることができる。 According to the above configuration, the expansion region of the coil pattern provided at a position deviated from the current path of the coil pattern of the specific layer and the corresponding heat radiation pattern provided on the other outer surface layer are heated by the thermal interlayer connection means. Connected. For this reason, heat generated from the coil pattern of a specific layer is transmitted to the heat radiation pattern on the other outer surface layer by the thermal interlayer connection means without disturbing the current flow of the coil pattern, so that the heat can be easily radiated to the outside. Can do.
また、本発明では、上記コイル一体型プリント基板において、対応するコイルパターンの拡張領域と放熱パターンは、対向するように設けられ、熱的層間接続手段は、金属ピンを含み、対応するコイルパターンの拡張領域と放熱パターンとを通るように、当該コイル一体型プリント基板を貫通していてもよい。 According to the present invention, in the coil-integrated printed board, the extended area of the corresponding coil pattern and the heat radiation pattern are provided to face each other, the thermal interlayer connection means includes a metal pin, and the corresponding coil pattern The coil-integrated printed board may be penetrated so as to pass through the extended region and the heat radiation pattern.
また、本発明では、上記コイル一体型プリント基板において、電気的層間接続手段は、スルーホールから成り、接続対象のコイルパターンの電流経路上で、当該コイル一体型プリント基板を貫通していてもよい。 In the present invention, in the above-described coil-integrated printed board, the electrical interlayer connecting means may be a through hole, and may penetrate the coil-integrated printed board on the current path of the coil pattern to be connected. .
また、本発明では、上記コイル一体型プリント基板において、電気的層間接続手段は、複数のスルーホールが所定の間隔で集まったスルーホール群から成り、該スルーホール群は、異なる層にあるコイルパターン同士の接続数に応じて複数設けられていてもよい。 According to the present invention, in the coil-integrated printed circuit board, the electrical interlayer connection means includes a through hole group in which a plurality of through holes are gathered at a predetermined interval, and the through hole group is a coil pattern in a different layer. A plurality may be provided according to the number of connections between them.
また、本発明では、上記コイル一体型プリント基板において、スルーホール内に導電部材を充填してもよい。 In the present invention, in the coil-integrated printed board, the through hole may be filled with a conductive member.
また、本発明では、上記コイル一体型プリント基板において、表側外面層、裏側外面層、およびこれらの各層間に設けられた少なくとも1つの内層を備え、各層にコイルパターンを設け、表側外面層と内層にある各コイルパターンの電流経路から外れた位置に、該各コイルパターンの拡張領域をそれぞれ設け、表側外面層と内層にある各コイルパターンに対応させて、裏側外面層に放熱パターンを設けてもよい。また、熱的層間接続手段は、表側外面層のコイルパターンの拡張領域と該コイルパターンに対応する放熱パターンとを通るように、当該コイル一体型プリント基板を貫通して、対応する表側外面層のコイルパターンと放熱パターンとを熱的に接続する第1の熱的層間接続手段と、内層のコイルパターンの拡張領域と該コイルパターンに対応する放熱パターンとを通るように、当該コイル一体型プリント基板を貫通して、対応する内層のコイルパターンと放熱パターンとを熱的に接続する第2の熱的層間接続手段とを含んでいてもよい。 In the present invention, the coil-integrated printed board includes a front-side outer surface layer, a back-side outer surface layer, and at least one inner layer provided between each of these layers, and each layer is provided with a coil pattern, and the front-side outer surface layer and the inner layer An extended region of each coil pattern is provided at a position deviating from the current path of each coil pattern, and a heat radiation pattern is provided on the back outer surface layer corresponding to each coil pattern in the front outer surface layer and the inner layer. Good. Further, the thermal interlayer connection means passes through the coil-integrated printed board so as to pass through the extended region of the coil pattern of the front outer layer and the heat dissipation pattern corresponding to the coil pattern, and the corresponding outer layer of the front outer layer. The coil-integrated printed circuit board passes through the first thermal interlayer connection means for thermally connecting the coil pattern and the heat dissipation pattern, the extended region of the inner coil pattern, and the heat dissipation pattern corresponding to the coil pattern. And a second thermal interlayer connecting means for thermally connecting the corresponding inner layer coil pattern and heat radiation pattern.
また、本発明では、上記コイル一体型プリント基板において、第1の熱的層間接続手段の数より、第2の熱的層間接続手段の数の方を多くしてもよい。 In the present invention, in the coil-integrated printed board, the number of second thermal interlayer connection means may be larger than the number of first thermal interlayer connection means.
また、本発明では、上記コイル一体型プリント基板において、第1の熱的層間接続手段と第2の熱的層間接続手段は、柱状体から成り、第1の熱的層間接続手段の径より、第2の熱的層間接続手段の径の方を大きくしてもよい。 Further, in the present invention, in the coil-integrated printed board, the first thermal interlayer connection means and the second thermal interlayer connection means are formed of columnar bodies, and from the diameter of the first thermal interlayer connection means, The diameter of the second thermal interlayer connecting means may be increased.
さらに、本発明では、上記磁気デバイスにおいて、コイル一体型プリント基板の他の外面層側に、放熱器を設けてもよい。 Furthermore, in the present invention, in the magnetic device, a heat radiator may be provided on the other outer surface layer side of the coil-integrated printed board.
本発明によれば、コイルパターンの電流の流れを妨げることなく、コイルパターンからの発熱を放熱させ易くすることができる、コイル一体型プリント基板および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 coil integrated printed circuit board and magnetic device which can make it easy to radiate the heat | fever from a coil pattern, without disturbing the flow of the current of a coil pattern.
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 switching
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、1’、1”、21、31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。
In the switching
次に、第1実施形態による磁気デバイス1と、該磁気デバイス1に備わるコイル一体型プリント基板3(以下、単に「基板3」という。)の構造を、図2〜図4−2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(後述の磁気デバイス1’、1”、31も同様)。図3は、基板3の各層の平面図である。図4−1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4−2は、磁気デバイス1の断面図であって、図3のU−U断面を示している。
2 is an exploded perspective view of the magnetic device 1 (the same applies to
図2および図4−1(a)に示すように、コア2a、2bは、断面形状がE字形の上コア2aと、断面形状が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 and FIG. 4-1 (a), 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。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4−1(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(後述の磁気デバイス1’、1”、21、31も同様)。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. 4A, the lower ends of the left and right
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、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(後述の磁気デバイス1’、1”、21、31も同様)。
The board |
基板3の表面(図2、図4−1、および図4−2で上面)には、図3(a)に示すような表側外面層L1が設けられている。基板3の裏面(図2、図4−1、および図4−2で下面)には、図3(c)に示すような裏側外面層L3が設けられている。図4−1および図4−2に示すように、両外面層L1、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。つまり、基板3は、2つの外面層L1、L3と1つの内層L2の、3つの層L1、L2、L3を有している。
A front-side outer surface layer L1 as shown in FIG. 3A is provided on the surface of the substrate 3 (the upper surface in FIGS. 2, 4-1, and 4-2). On the back surface of the substrate 3 (the lower surface in FIGS. 2, 4-1, and 4-2), a back-side outer surface layer L3 as shown in FIG. 3C is provided. As shown in FIGS. 4A and 4B, an inner layer L2 as shown in FIG. 3B is provided between the outer surface layers L1 and L3. That is, the
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4−1(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。
The
複数の小径の貫通孔3aには、図2および図4−1(b)に示すように、各ねじ11が挿入される。基板3の裏面(裏側外面層L3)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(表側外面層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4−1および図4−2に示すように、基板3の裏側外面層L3側にヒートシンク10が近接状態で固定される。
As shown in FIGS. 2 and 4-1 (b), each
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、スルーホール群9a〜9d、パッド8b、8c、端子6i、6o、パターン4a〜4f、5a1〜5a9、5b1〜5b9、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とスルーホール群9a〜9dは、異なる層L1、L2、L3にあるパターン4a〜4f、5a7〜5a9、5b7〜5b9同士を接続する。
As shown in FIG. 3, the
詳しくは、各スルーホール8aは、基板3を貫通していて、表側外面層L1のパターン4a、4bと他の層L2、L3を接続する。また、各スルーホール8dは、図4−1に示すように基板3を貫通していて、表側外面層L1と他の層L2、L3を接続したり、表側外面層L1のパターン4a、4bと裏側外面層L3のパターン5a9、5b9を接続したり、内層L2のパターン4c、4dと裏側外面層L3のパターン5a7、5a8、5b7、5b8を接続したりする。
Specifically, each through
各スルーホール群9a、9b、9c、9dは、スルーホール8a、8dより小径で、図4−2に示すように基板3を貫通する複数のスルーホールが、所定の間隔で集まって構成されている(スルーホール群9c、9dの断面は図示省略)。図3に示すように、スルーホール群9a、9dは、表側外面層L1のパターン4a、4bと内層L2のパターン4c、4dを接続する。スルーホール群9b、9cは、内層L2のパターン4c、4dと裏側外面層L3のパターン4eを接続する。
Each through-
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。表側外面層L1と裏側外面層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)。
Of the pair of large-diameter through
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5a1〜5a9、5b1〜5b9が設けられている。各パターン4a〜4e、5a1〜5a9、5b1〜5b9は、銅箔から成る。表側外面層L1の各パターン4a、4b、5a1〜5a4、5b1〜5b4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。
Coil patterns 4 a to 4 e and heat radiation patterns 5 a 1 to 5 a 9 and 5 b 1 to 5 b 9 are provided on each
図3(a)に示すように、表側外面層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。
As shown in FIG. 3A, in the front side outer surface layer L1, the
図3(b)に示すように、内層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。
As shown in FIG. 3B, in the inner layer L2, the
図3(c)に示すように、裏側外面層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。
As shown in FIG. 3C, in the back side outer surface layer L3, the
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、スルーホール群9aにより電気的(導通可能)に接続されている。スルーホール群9aは、コイルパターン4a、4cの電流経路(幅W1で引き回された部分)上に設けられ、基板3を貫通している。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、スルーホール群9cにより電気的に接続されている。スルーホール群9cは、コイルパターン4c、4eの電流経路(幅W1で引き回された部分)上に設けられ、基板3を貫通している。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、スルーホール群9bにより電気的に接続されている。スルーホール群9bは、コイルパターン4e、4dの電流経路(幅W1で引き回された部分)上に設けられ、基板3を貫通している。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、スルーホール群9dにより電気的に接続されている。スルーホール群9dは、コイルパターン4d、4bの電流経路(幅W1で引き回された部分)上に設けられ、基板3を貫通している。このように、スルーホール群9a〜9dは、異なる層L1〜L3にあるコイルパターン4a〜4e同士の接続数に応じて複数(4つ)設けられている。
One end of the
スルーホール群9a〜9dを構成する小径の各スルーホールの表面には、銅めっきが施され、該スルーホールの内側は、銅などで埋められている。スルーホール群9a〜9dは、本発明の「電気的層間接続手段」の一例である。
The surface of each small-diameter through-hole constituting the through-
表側外面層L1のスルーホール群9b、9cの周辺と、裏側外面層L3のスルーホール群9a、9dの周辺には、各スルーホール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群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。表側外面層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と電気的に接続されている。コイルパターン4bの他端は、パッド8bを介して端子6oと電気的に接続されている。
The other end of the
上記構成により、基板3のコイルパターン4a〜4eは、表側外面層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、スルーホール群9aを経由して、内層L2に接続される。次に、コイルパターン4a〜4eは、内層L2で、凸部2Lの周囲に2回目が巻かれた後、スルーホール群9cを経由して、裏側外面層L3に接続される。
With the above configuration, the
次に、コイルパターン4a〜4eは、裏側外面層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、スルーホール群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〜4eは、内層L2で、凸部2rの周囲に5回目が巻かれた後、スルーホール群9dを経由して、表側外面層L1に接続される。そして、コイルパターン4a〜4eは、表側外面層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。
Next, the
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、スルーホール群9a、コイルパターン4c、スルーホール群9c、コイルパターン4e、スルーホール群9b、コイルパターン4d、スルーホール群9d、コイルパターン4b、および端子6oの順番で流れる。
As described above, the current flowing through the
放熱パターン5a1〜5a9、5b1〜5b9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。また、放熱パターン5a1〜5a9、5b1〜5b9同士は、別体になっていて、電気的に絶縁されている。つまり、各放熱パターン5a1〜5a9、5b1〜5b9は、コイルパターン4a〜4e、小パターン4f、および他の放熱パターン5a1〜5a9、5b1〜5b9と別体になっていて、電気的に絶縁されている。
The heat radiation patterns 5a 1 to 5a 9 and 5b 1 to 5b 9 are formed separately from the
放熱パターン5a1〜5a9、5b1〜5b9に対して、パッド8b、端子6i、6o、貫通孔3a、およびねじ11は絶縁されている。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、内層L2や裏側外面層L3の貫通孔3aの周囲の絶縁領域(導体の無い領域)R2より、表側外面層L1の貫通孔3aの周囲の絶縁領域R1の方が広くなっている(図3参照)。
Against
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、銅などの導体で柱状に形成された金属ピンから成る。表側外面層L1と裏側外面層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4−1(b)参照)。放熱ピン7a〜7eとこれらの周囲のパッド8cとスルーホール8dは、本発明の「熱的層間接続手段」の一例である。
Heat radiation pins 7a to 7f are embedded in the plurality of large-diameter through
図3(a)に示すように、表側外面層L1では、コイルパターン4aの電流経路から外れた位置に、該コイルパターン4aの一部を幅方向に拡張した拡張領域4t1が設けられている。つまり、コイルパターン4aと拡張領域4t1は、一体になっている。コイルパターン4aの拡張領域4t1に対して、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が熱的(熱伝導可能)に接続されている。また、コイルパターン4bの電流経路から外れた位置に、該コイルパターン4bの一部を幅方向に拡張した拡張領域4t2が設けられている。つまり、コイルパターン4bと拡張領域4t2は、一体になっている。コイルパターン4bの拡張領域4t2に対して、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が熱的に接続されている。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5a1〜5a4、5b1〜5b4、コイルパターン4a、4b、および小パターン4fに対して、電気的に絶縁されている。また、放熱パターン5a1〜5a4、5b1〜5b4に対して、コイルパターン4a、4bと小パターン4fは、電気的に絶縁されている。
As shown in FIG. 3 (a), the front outer surface layer L1, a position off the current path of the
図3(b)に示すように、内層L2では、コイルパターン4cの電流経路から外れた位置に、該コイルパターン4cの一部を幅方向に拡張した拡張領域4t3、4t4が設けられている。つまり、コイルパターン4cと拡張領域4t3、4t4は、一体になっている。コイルパターン4cの拡張領域4t3、4t4に対して、放熱ピン7c、7eとこれらの周囲のスルーホール8dがそれぞれ熱的に接続されている。また、コイルパターン4dの電流経路から外れた位置に、該コイルパターン4dの一部を幅方向に拡張した拡張領域4t5、4t6が設けられている。つまり、コイルパターン4dと拡張領域4t5、4t6は、一体になっている。コイルパターン4dの拡張領域4t5、4t6に対して、放熱ピン7d、7fとこれらの周囲のスルーホール8dがそれぞれ熱的に接続されている。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5a5、5a6、5b5、5b6とコイルパターン4c、4dに対して、電気的に絶縁されている。また、放熱パターン5a5、5a6、5b5、5b6に対して、コイルパターン4c、4dは電気的に絶縁されている。
As shown in FIG. 3 (b), in the inner layer L2,
コイルパターン4a〜4dの拡張領域4t1〜4t6は、基板3の板厚方向に重ならないように、層L1、L2にそれぞれ配置されている。コイルパターン4a〜4dの拡張領域4t1〜4t6が設けられた部分の幅W2、W3、W4は、各コイルパターン4a〜4dの電流経路の幅W1より大きくなっている(W1<W2、W3、W4)。また、各拡張領域4t1〜4t6の面積は、放熱ピン7a〜7fの軸に対して垂直な断面積より大きくなっている。
The
図3(c)に示すように、裏側外面層L3には、表側外面層L1のコイルパターン4aに対応させて、放熱パターン5a9が設けられ、コイルパターン4bに対応させて、放熱パターン5b9が設けられている。また、内層L2のコイルパターン4cに対応させて、放熱パターン5a7、5a8が設けられ、コイルパターン4dに対応させて、放熱パターン5b7、5b8が設けられている。対応するコイルパターン4a〜4dの拡張領域4t1、4t2、4t3、4t4、4t5、4t6と放熱パターン5a9、5b9、5a7、5a8、5b7、5b8の一部とは、それぞれ基板3の厚み方向に対向している。
As shown in FIG. 3 (c), the back side outer surface layer L3 is provided with a heat radiation pattern 5a 9 corresponding to the
また、裏側外面層L3において、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5a7に熱的に接続されている。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5a8に熱的に接続されている。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5a9に熱的に接続されている。
Further, the back side outer surface layer L3,
また、裏側外面層L3において、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5b7に熱的に接続されている。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5b8に熱的に接続されている。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5b9に熱的に接続されている。
Further, the back side outer surface layer L3,
さらに、裏側外面層L3において、放熱パターン5a7〜5a9、5b7〜5b9に対して、コイルパターン4eおよび小パターン4fは電気的に絶縁されている。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は電気的に絶縁されている。
Further, the back side outer surface layer L3, with respect to the
上記構成により、放熱ピン7aとこの周囲のスルーホール8dは、表側外面層L1のコイルパターン4aの拡張領域4t1と裏側外面層L3の放熱パターン5a9とを通るように、基板3を貫通している。このため、放熱ピン7aとこの周囲のスルーホール8dとパッド8cにより、コイルパターン4aの拡張領域4t1と放熱パターン5a9とが熱的に接続されている。また、放熱ピン7bとこの周囲のスルーホール8dは、表側外面層L1のコイルパターン4bの拡張領域4t2と裏側外面層L3の放熱パターン5b9とを通るように、基板3を貫通している。このため、放熱ピン7bとこの周囲のスルーホール8dとパッド8cにより、コイルパターン4bの拡張領域4t2と放熱パターン5b9とが熱的に接続されている。放熱ピン7a、7bとこれらの周囲のパッド8cとスルーホール8dは、本発明の「第1の熱的層間接続手段」の一例である。
With the above structure, through
放熱ピン7c、7eとこれらの周囲のスルーホール8dは、内層L2のコイルパターン4cの拡張領域4t3、4t4と裏側外面層L3の放熱パターン5a7、5a8とを通るように、基板3を貫通している。このため、放熱ピン7c、7eとこの周囲のスルーホール8dとパッド8cにより、コイルパターン4cの拡張領域4t3、4t4と放熱パターン5a7、5a8とが熱的に接続されている。また、放熱ピン7d、7fとこれらの周囲のスルーホール8dは、内層L2のコイルパターン4dの拡張領域4t5、4t6と裏側外面層L3の放熱パターン5b7、5b8とを通るように、基板3を貫通している。このため、放熱ピン7d、7fとこの周囲のスルーホール8dとパッド8cにより、コイルパターン4dの拡張領域4t5、4t6と放熱パターン5b7、5b8とが熱的に接続されている。放熱ピン7c〜7fとこれらの周囲のパッド8cとスルーホール8dは、本発明の「第2の熱的層間接続手段」の一例である。
The heat dissipation pins 7c and 7e and the surrounding through
表側外面層L1のコイルパターン4a、4bは、それぞれ1か所で、対応する裏側外面層L3の放熱パターン5a9、5b9と熱的に接続されている。これに対して、内層L2のコイルパターン4c、4dは、それぞれ2か所で、対応する裏側外面層L3の放熱パターン5a7、5a8、5b7、5b8と熱的に接続されている。
The
各放熱ピン7a〜7fの体積、各パッド8cの体積、および各スルーホール8dの体積は、それぞれ同一である。このため、表側外面層L1のコイルパターン4a、4bと裏側外面層L3の放熱パターン5a9、5b9を接続する複数(2カ所)の第1の熱的層間接続手段の合計容積より、内層L2のコイルパターン4c、4dと裏側外面層L3の放熱パターン5a7、5a8、5b7、5b8を接続する複数(4カ所)の第2の熱的層間接続手段の合計容積の方が、大きくなっている。前者の第1の熱的層間接続手段は、放熱ピン7a、7bとこれらの周囲のパッド8cとスルーホール8dのことであり、後者の第2の熱的層間接続手段は、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のことである。
The volume of each
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の温度が上昇する。
Since a large current flows through the
表側外面層L1では、基板3の熱は、放熱パターン5a1〜5a4、5b1〜5b4に拡散され、パターン4a、4b、4f、5a1〜5a4、5b1〜5b4などの導体の表面で放熱される。また、基板3の熱は、放熱ピン7a〜7fやスルーホール8d、8aやスルーホール群9a〜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。スルーホール群9a〜9dは、サーマルビアとして機能する。
In front outer surface layer L1, the heat of the
特に、表側外面層L1のコイルパターン4a、4bで発生した熱は、拡張領域4t1、4t2や放熱ピン7a、7bなどを伝って裏側外面層L3の放熱パターン5a9、5b9に拡散され、放熱パターン5a9、5b9の表面や放熱ピン7a、7bの下面から絶縁シート12を介してヒートシンク10で放熱される。
In particular, heat generated in the
内層L2では、基板3の熱は、放熱パターン5a5、5a6、5b5、5b6に拡散され、放熱ピン7a〜7fやスルーホール8dやスルーホール群9a〜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。特に、コイルパターン4c、4dで発生した熱は、拡張領域4t3、4t4、4t5、4t6や放熱ピン7c〜7fなどを伝って裏側外面層L3の放熱パターン5a7、5a8、5b7、5b8に拡散され、放熱パターン5a7、5a8、5b7、5b8の表面や放熱ピン7c〜7fの下面から絶縁シート12を介してヒートシンク10で放熱される。
In the inner layer L2, the heat of the
裏側外面層L3では、基板3の熱は、放熱パターン5a7〜5a9、5b7〜5b9に拡散され、パターン4e、4f、5a7〜5a9、5b7〜5b9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で放熱される。特に、コイルパターン4eで発生した熱は、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で放熱される。
In the back outer surface layer L3, the heat of the
上記第1実施形態によると、基板3の表側外面層L1と内層L2のコイルパターン4a〜4dの電流経路から外れた位置に、該コイルパターン4a〜4dの拡張領域4t1〜4t6を設けている。また、コイルパターン4a〜4dに対応させて、裏側外面層L3に放熱パターン5a7〜5a9、5b7〜5b9を設けている。そして、対応するコイルパターン4a〜4dの拡張領域4t1〜4t6と放熱パターン5a7〜5a9、5b7〜5b9とを、基板3を貫通する放熱ピン7a〜7fなどの熱的層間接続手段により熱的に接続している。
According to the first embodiment, the
このため、コイルパターン4a〜4eの電流の流れを妨げることなく、表側外面層L1と内層L2のコイルパターン4a〜4dからの発熱を、熱的層間接続手段により裏側外面層L3の放熱パターン5a7〜5a9、5b7〜5b9に伝えることができる。そして、該熱を、放熱パターン5a7〜5a9、5b7〜5b9の表面からヒートシンク10へ伝えて、ヒートシンク10から外部へ放熱させ易くすることができる。また、コイルパターン4a〜4eの電流の流れが妨げられないので、コイルの所定の性能を達成することが可能となる。
For this reason, the heat generation from the
また、異なる層L1〜L3のコイルパターン4a〜4e同士をスルーホール群9a〜9dで電気的に接続し、対応するコイルパターン4a〜4dと放熱パターン5a7〜5a9、5b7〜5b9を放熱ピン7a〜7fなどで熱的に接続している。また、裏側外面層L3では、コイルパターン4eと放熱パターン5a7〜5a9、5b7〜5b9を別体にして、電気的に絶縁している。このため、コイルパターン4a〜4eにおいて、電流経路と放熱経路を確実に分けて、通電性能と放熱性能を高めることができる。
In addition, the
また、基板3の表側外面層L1と内層L2にある各コイルパターン4a〜4dで発生した熱を、放熱ピン7a〜7fや裏側外面層L3の放熱パターン5a7〜5a9、5b7〜5b9などの異なる放熱経路でヒートシンク10に伝えて、効率良く放熱させることができる。
Further, the
また、対応するコイルパターン4a〜4dの拡張領域4t1〜4t6と放熱パターン5a7〜5a9、5b7〜5b9とを対向するように基板3に設けて、これらを通るように放熱ピン7a〜7fやスルーホール8dを基板3に貫通させている。このため、放熱ピン7a〜7fやスルーホール8dが基板3に設け易くなり、基板3の製造を容易にすることができる。
Further, the
また、スルーホール群9a〜9dを、接続対象のコイルパターン4a〜4eの電流経路上で、基板3を貫通するように設けている。また、スルーホール群9a〜9dを構成する小径の各スルーホール内に、銅などの導電部材を充填している。このため、スルーホール群9a〜9dの導電率を向上させて、コイルパターン4a〜4e同士の電気的接続の信頼性を高くしつつ、スルーホール群9a〜9dが基板3に設け易くなり、基板3の製造を容易にすることができる。
Further, the through-
さらに、表側外面層L1のコイルパターン4a、4bと裏側外面層L3の放熱パターン5a9、5b9を接続する第1の熱的層間接続手段の数より、内層L2のコイルパターン4c、4dと裏側外面層L3の放熱パターン5a7、5a8、5b7、5b8を接続する第2の熱的層間接続手段の数の方が多くなっている。これにより、表側外面層L1のコイルパターン4a、4bから裏側外面層L3の放熱パターン5a9、5b9への伝熱容積より、内層L2のコイルパターン4c、4dから裏側外面層L3の放熱パターン5a7、5a8、5b7、5b8への伝熱容積の方が大きくなる。このため、外気に触れない内層L2のコイルパターン4c、4dで発生した熱を、表側外面層L1のコイルパターン4a、4bで発生した熱より、裏側外面層L3へ伝わり易くすることができる。そして、その内層L2の発熱を、裏側外面層L3からヒートシンク10を介して外部へ放熱して、基板3にこもり難くすることが可能となる。
Further, the
次に、第2実施形態による磁気デバイス1’と、該磁気デバイス1’に備わるコイル一体型プリント基板3’(以下、単に「基板3’」という。)の構造を、図5および図6を参照しながら説明する。
Next, the structure of the
図5は、基板3’の各層の平面図である。図6は、磁気デバイス1’の断面図であって、(a)に図5のZ1−Z1断面を示し、(b)に図5のZ2−Z2断面を示している。
FIG. 5 is a plan view of each layer of the
基板3’は、表面(図6で上面)に、図5(a)に示すような表側外面層L1’が設けられ、裏面(図6で下面)に、図5(b)に示すような裏側外面層L2’が設けられた、2層の厚銅箔基板から構成されている。
The
図6(a)に示すように、上コア2aの各凸部2m、2L、2rは、基板3’の貫通孔3m、3L、3rにそれぞれ挿入されることにより、各層L1’、L2’を貫通している。基板3’の裏側外面層L2’側には、ヒートシンク10が近接状態でねじ11により固定されている。基板3’とヒートシンク10の間には、絶縁シート12が挟み込まれている。
As shown in FIG. 6 (a), the
図5に示すように、基板3’には、スルーホール8a、8d、スルーホール群9a’、9b’、パッド8b、8c、端子6i、6o、パターン4a’〜4c’、5L1〜5L7、5r1〜5r7、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とスルーホール群9a’、9b’は、異なる層L1’、L2’にあるパターン4a’〜4c’、5L5〜5L7、5r5〜5r7同士を接続する。
As shown in FIG. 5, through-
詳しくは、スルーホール8aは、基板3’を貫通していて、表側外面層L1’のパターン4a’、4b’と裏側外面層L2’を接続する。スルーホール8dは、図6(a)に示すように基板3’を貫通していて、表側外面層L1’と裏側外面層L2’を接続したり、表側外面層L1’のパターン4a’、4b’と裏側外面層L2’のパターン5L5〜5L7、5r5〜5r7を接続したりする。
Specifically, the through
各スルーホール群9a’、9b’は、スルーホール8a、8dより小径で、図6(b)に示すように基板3’を貫通する複数のスルーホールが、所定の間隔で集まって構成されている。図5に示すように、スルーホール群9a’は、表側外面層L1’のパターン4a’と裏側外面層L2’のパターン4c’を接続する。スルーホール群9b’は、表側外面層L1’のパターン4b’と裏側外面層L2’のパターン4c’を接続する。
Each through-
各層L1’、L2’には、コイルパターン4a’〜4c’と放熱パターン5L1〜5L7、5r1〜5r7が形成されている。これらのパターン4a’〜4c’、5L1〜5L7、5r1〜5r7は、銅箔から成り、表面に絶縁加工が施されている。各層L1’、L2’のレイアウトは、面対称になっている。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えて、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。
図5(a)に示すように、表側外面層L1’において、コイルパターン4a’は、凸部2Lの周囲4方向に2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2回巻回されている。
As shown in FIG. 5A, in the front side outer surface layer L1 ', the
図5(b)に示すように、裏側外面層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回巻回されてから、凸部2mの周囲3方向を経由して、凸部2rの周囲4方向に1回巻回されている。
As shown in FIG. 5B, in the back side outer surface layer L2 ′, the
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、スルーホール群9a’により電気的に接続されている。スルーホール群9a’は、コイルパターン4a’、4c’の電流経路(幅W5で引き回された部分)上に設けられ、基板3’を貫通している。コイルパターン4c’の他端とコイルパターン4b’の一端とは、スルーホール群9b’により電気的に接続されている。スルーホール群9b’は、コイルパターン4c’、4b’の電流経路(幅W5で引き回された部分)上に設けられ、基板3’を貫通している。このように、スルーホール群9a’、9b’は、異なる層L1’、L2’にあるコイルパターン4a’〜4c’同士の接続数に応じて複数(2つ)設けられている。
One end of the
スルーホール群9a’、9b’をそれぞれ構成する小径の各スルーホールの表面には、銅めっきが施され、該各スルーホールの内側は、銅などで埋められている。スルーホール群9a’、9b’は、本発明の「電気的層間接続手段」の一例である。
Copper plating is applied to the surface of each small-diameter through hole constituting each of the through-
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6iと電気的に接続されている。コイルパターン4b’の他端は、パッド8bとスルーホール8aを介して、端子6oと電気的に接続されている。
The other end of the
つまり、基板3’のコイルパターン4a’〜4c’は、表側外面層L1’で、起点である端子6iから、凸部2Lの周囲に1回目と2回目が巻かれた後、スルーホール群9a’を経由して、裏側外面層L2’に接続される。
That is, the
次に、コイルパターン4a’〜4c’は、裏側外面層L2’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、スルーホール群9b’を経由して、表側外面層L1’
に接続される。そして、コイルパターン4a’〜4c’は、表側外面層L1’で、凸部2r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。
Next, the
Connected to. And
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’、スルーホール群9a’、コイルパターン4c’、スルーホール群9b’、コイルパターン4b’、および端子6oの順番で流れる。
The current flowing through the
放熱パターン5L1〜5L7、5r1〜5r7は、各層L1’、L2’のコイルパターン4a’〜4c’の周辺にある空き領域に、該パターン4a’〜4c’と別体で形成されている。また、放熱パターン5L1〜5L7、5r1〜5r7同士は、別体になっていて、電気的に絶縁されている。つまり、各放熱パターン5L1〜5L7、5r1〜5r7は、コイルパターン4a’〜4c’および他の放熱パターン5L1〜5L7、5r1〜5r7と別体になっていて、電気的に絶縁されている。放熱パターン5L1〜5L7、5r1〜5r7に対して、パッド8b、端子6i、6o、貫通孔3a、およびねじ11は絶縁されている。
The heat radiation patterns 5L 1 to 5L 7 and 5r 1 to 5r 7 are formed separately from the
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、銅などの導体で柱状に形成された金属ピンから成る。各層L1’、L2’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6(a)参照)。放熱ピン7a’〜7f’とこれらの周囲のパッド8cとスルーホール8dは、本発明の「熱的層間接続手段」の一例である。
Heat dissipation pins 7a 'to 7f' are embedded in the plurality of large-diameter through
図5(a)に示すように、表側外面層L1’では、コイルパターン4a’の電流経路から外れた位置に、該コイルパターン4a’の一部を幅方向に拡張した拡張領域4s1〜4s3が設けられている。コイルパターン4a’と拡張領域4s1〜4s3は一体になっている。また、コイルパターン4b’の電流経路から外れた位置に、該コイルパターン4b’の一部を幅方向に拡張した拡張領域4s4〜4s6が設けられている。コイルパターン4b’と拡張領域4s4〜4s6は一体になっている。コイルパターン4a’の各拡張領域4s1〜4s3には、放熱ピン7a’、7c’、7e’とこれらの周囲のパッド8cおよびスルーホール8dがそれぞれ熱的に接続されている。コイルパターン4b’の各拡張領域4s4〜4s6には、放熱ピン7b’、7d’、7f’
とこれらの周囲のパッド8cおよびスルーホール8dがそれぞれ熱的に接続されている。放熱パターン5L1〜5L4、5r1〜5r4に対して、コイルパターン4a’、4b’、放熱ピン7a’〜7f’、パッド8c、およびスルーホール8dは電気的に絶縁されている。
As shown in FIG. 5A, in the front side outer surface layer L1 ′, extended regions 4s 1 to 4s in which a part of the
These
コイルパターン4a’、4b’の拡張領域4s1〜4s6が設けられた部分の幅W6、W7、W8は、各コイルパターン4a’、4b’の電流経路の幅W5より大きくなっている(W5<W6、W7、W8)。また、各拡張領域4s1〜4s6の面積は、放熱ピン7a’〜7f’の軸に対して垂直な断面積より大きくなっている。
The widths W6, W7, W8 of the portions where the extended regions 4s 1 to 4s 6 of the coil patterns 4a ′, 4b ′ are provided are larger than the width W5 of the current path of each
図5(b)に示すように、裏側外面層L2’では、表側外面層L1’のコイルパターン4a’に対応させて、放熱パターン5L5〜5L7が設けられ、コイルパターン4b’に対応させて、放熱パターン5r5〜5r7が設けられている。対応するコイルパターン4a’、4b’の拡張領域4s1、4s2、4s3、4s4、4s5、4s6と放熱パターン5L7、5L5、5L6、5r7、5r5、5r6の一部とは、それぞれ基板3’の厚み方向に対向している。
As shown in FIG. 5B, the back side outer surface layer L2 ′ is provided with heat radiation patterns 5L 5 to 5L 7 corresponding to the
また、裏側外面層L2’において、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5L5に熱的に接続されている。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5L6に熱的に接続されている。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5L7に熱的に接続されている。
Further, 'in,
また、裏側外面層L2’において、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5r5に熱的に接続されている。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5r6に熱的に接続されている。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5r7に熱的に接続されている。
Further, 'the heat dissipation pins 7d' back outer surface
さらに、裏側外面層L2’において、放熱パターン5L5〜5L7、5r5〜5r7に対して、コイルパターン4c’は電気的に絶縁されている。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4c’は電気的に絶縁されている。
Further, in the back side outer surface layer L2 ′, the
上記構成により、放熱ピン7c’、7e’、7a’とこれらの周囲のスルーホール8dは、表側外面層L1’のコイルパターン4a’の拡張領域4s2、4s3、4s1と裏側外面層L2’の放熱パターン5L5、5L6、5L7とを通るように、基板3’を貫通している。このため、放熱ピン7c’、7e’、7a’とこれらの周囲のスルーホール8dとパッド8cにより、4a’の拡張領域4s2、4s3、4s1と放熱パターン5L5、5L6、5L7とが熱的に接続されている。
With the above configuration, the radiating pins 7c ′, 7e ′, 7a ′ and the surrounding through
また、放熱ピン7d’、7f’、7b’とこれらの周囲のスルーホール8dは、表側外面層L1’のコイルパターン4b’の拡張領域4s5、4s6、4s4と裏側外面層L2’の放熱パターン5r5、5r6、5r7とを通るように、基板3を貫通している。このため、放熱ピン7d’、7f’、7b’とこれらの周囲のスルーホール8dとパッド8cにより、コイルパターン4b’の拡張領域4s5、4s6、4s4と放熱パターン放熱パターン5r5、5r6、5r7とが熱的に接続されている。
Further, the heat dissipation pins 7d ', 7f', 7b 'and the through-
さらに、表側外面層L1’のコイルパターン4a’、4b’は、それぞれ3か所で、対応する裏側外面層L2’の放熱パターン5L5〜5L7、5r5〜5r7と接続されている。
Furthermore, '
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。表側外面層L1’では、基板3’の熱は、放熱パターン5L1〜5L4、5r1〜5r4に拡散され、パターン4a’、4b’、5L1〜5L4、5r1〜5r4などの導体の表面で放熱される。また、基板3’の熱は、放熱ピン7a’〜7f’やスルーホール8d、8aやスルーホール群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。スルーホール群9a’、9b’は、サーマルビアとして機能する。
Since a large current flows through the
コイルパターン4a’、4b’の幅が狭い部分は、他より発熱量が高くなる。コイルパターン4a’、4b’で発生した熱は、拡張領域4s1〜4s6や放熱ピン7a’〜7f’などを伝って裏側外面層L2’の放熱パターン5L1〜5L4、5r1〜5r4に拡散され、放熱パターン5L1〜5L4、5r1〜5r4の表面や放熱ピン7a’〜7f’の下面から絶縁シート12を介してヒートシンク10で放熱される。
The portions where the widths of the
裏側外面層L2’では、基板3’の熱は、放熱パターン5L5〜5L7、5r5〜5r7に拡散され、パターン4c’、5L5〜5L7、5r5〜5r7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で放熱される。特に、コイルパターン4c’で発生した熱は、コイルパターン4c’の表面から絶縁シート12を介してヒートシンク10で放熱される。
', The substrate 3' backside exterior layer L2 heat is diffused to the
上記第2実施形態によると、基板3’の表側外面層L1’のコイルパターン4a’、4b’の電流経路から外れた位置に、該コイルパターン4a’、4b’の拡張領域4s1〜4s6を設けている。また、コイルパターン4a’、4b’に対応させて、裏側外面層L2’に放熱パターン5L5〜5L7、5r5〜5r7を設けている。そして、対応するコイルパターン4a’、4b’の拡張領域4s1〜4s6と放熱パターン5L5〜5L7、5r5〜5r7とを、基板3’を貫通する放熱ピン7a’〜7f’などの熱的層間接続手段により熱的に接続している。
According to the second embodiment, the extended regions 4s 1 to 4s 6 of the coil patterns 4a ′ and 4b ′ are located at positions away from the current paths of the
このため、コイルパターン4a’〜4c’の電流の流れを妨げることなく、表側外面層L1’のコイルパターン4a’、4b’からの発熱を、熱的層間接続手段により裏側外面層L2’の放熱パターン5L5〜5L7、5r5〜5r7に伝えることができる。そして、該熱を、放熱パターン5L5〜5L7、5r5〜5r7の表面からヒートシンク10へ伝えて、ヒートシンク10から外部へ放熱させ易くすることができる。また、コイルパターン4a’〜4c’の電流の流れが妨げられないので、コイルの所定の性能を達成することが可能となる。
Therefore, heat from the
また、異なる層L1’、L2’のコイルパターン4a’〜4c’同士をスルーホール群9a’、9b’で電気的に接続し、対応するコイルパターン4a’〜4c’と放熱パターン5L5〜5L7、5r5〜5r7を放熱ピン7a’〜7f’などで熱的に接続している。さらに、裏側外面層L2’でコイルパターン4c’と放熱パターン5L5〜5L7、5r5〜5r7を別体にして、電気的に絶縁している。このため、コイルパターン4a’〜4c’の電流経路と放熱経路を確実に分けて、通電性能と放熱性能を高めることができる。
In addition, the
また、対応するコイルパターン4a’、4b’の拡張領域4s1〜4s6と放熱パターン5L5〜5L7、5r5〜5r7とを対向するように基板3’に設けて、これらを通るように放熱ピン7a’〜7f’やスルーホール8dを基板3’に貫通させている。このため、放熱ピン7a’〜7f’やスルーホール8dが基板3’に設け易くなり、基板3’の製造を容易にすることができる。
Further, the extension regions 4s 1 to 4s 6 of the corresponding
さらに、スルーホール群9a’、9b’を接続対象のコイルパターン4a’〜4c’の電流経路上で基板3’を貫通するように設けている。また、スルーホール群9a’、9b’を構成する小径の各スルーホール内に、銅などの導電部材を充填している。このため、スルーホール群9a’、9b’の導電率を向上させて、コイルパターン4a’〜4c’同士の電気的接続信頼性を高くしつつ、スルーホール群9a’、9b’が基板3’に設け易くなり、基板3’の製造を容易にすることができる。
Furthermore, through-
次に、第3実施形態による磁気デバイス1”と、該磁気デバイス1”に備わるコイル一体型プリント基板3”(以下、単に「基板3”」という。)の構造を、図7および図8を参照しながら説明する。
Next, the structure of the
図7は、基板3”の各層の平面図である。図8は、磁気デバイス1”の断面図であって、(a)に図7のV1−V1断面を示し、(b)に図7のV2−V2断面を示している。
FIG. 7 is a plan view of each layer of the
基板3”は、表面(図8で上面)に、図7(a)に示すような表側外面層L1”が設けられ、裏面(図8で下面)に、図7(b)に示すような裏側外面層L2”が設けられた、2層の厚銅箔基板から構成されている。
The
図8(a)に示すように、上コア2aの各凸部2m、2L、2rは、基板3”の貫通孔3m、3L、3rにそれぞれ挿入されることにより、各層L1”、L2”を貫通している。基板3”の裏側外面層L2”側には、ヒートシンク10が近接状態でねじ11(図7)により固定されている。基板3”とヒートシンク10の間には、絶縁シート12が挟み込まれている。
As shown in FIG. 8 (a), the
図7に示すように、基板3”には、スルーホール8a、8d、スルーホール群9a”、9b”、パッド8b、8c、端子6i、6o、パターン4a”〜4c”、4u、5s0〜5s6、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とスルーホール群9a”、9b”は、異なる層L1”、L2”にあるパターン4a”〜4c”、5s1〜5s6同士を接続する。
As shown in FIG. 7, the
詳しくは、スルーホール8aは、基板3”を貫通していて、表側外面層L1”のパターン4a”、4b”と裏側外面層L2”を接続する。スルーホール8dは、図8(a)に示すように基板3”を貫通していて、表側外面層L1”と裏側外面層L2”を接続したり、表側外面層L1”のパターン4a”、4b”と裏側外面層L2”のパターン5s1〜5s6を接続したりする。
Specifically, the through
各スルーホール群9a”、9b”は、スルーホール8a、8dより小径で、図8(b)に示すように基板3”を貫通する複数のスルーホールが、所定の間隔で集まって構成されている。図7に示すように、スルーホール群9a”は、表側外面層L1”のパターン4a”と裏側外面層L2”のパターン4c”を接続する。スルーホール群9b”は、表側外面層L1”のパターン4b”と裏側外面層L2”のパターン4c”を接続する。
Each through
各層L1”、L2”には、コイルパターン4a”〜4c”と放熱パターン5s0〜5s6、4uが形成されている。これらのパターン4a”〜4c”、4u、5s0〜5s6は、銅箔から成り、表面に絶縁加工が施されている。各層L1”、L2”のレイアウトは、面対称になっている。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えて、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。
図7(a)に示すように、表側外面層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。
As shown in FIG. 7A, in the front side outer surface layer L1 ″, the
図7(b)に示すように、裏側外面層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回巻回されてから、凸部2mの周囲3方向を経由して、凸部2rの周囲4方向に1回巻回されている。
As shown in FIG. 7B, in the back side outer surface layer L2 ″, the
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、スルーホール群9a”により電気的に接続されている。スルーホール群9a”は、コイルパターン4a”、4c”の電流経路(幅Waで引き回された部分)上に設けられ、基板3”を貫通している。コイルパターン4c”の他端とコイルパターン4b”の一端とは、スルーホール群9b”により電気的に接続されている。スルーホール群9b”は、コイルパターン4c”、4b”の電流経路(幅Waで引き回された部分)上に設けられ、基板3”を貫通している。このように、スルーホール群9a”、9b”は、異なる層L1”、L2”にあるコイルパターン4a”〜4c”同士の接続数に応じて複数(2つ)設けられている。
One end of the
スルーホール群9a”、9b”をそれぞれ構成する小径の各スルーホールの表面には、銅めっきが施されていて、該各スルーホールの内側は、銅などで埋められている。スルーホール群9a”、9b”は、本発明の「電気的層間接続手段」の一例である。
Copper plating is applied to the surface of each small-diameter through-hole constituting each of the through-
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6iと電気的に接続されている。コイルパターン4b”の他端は、パッド8bとスルーホール8aを介して、端子6oと電気的に接続されている。
The other end of the
つまり、基板3”のコイルパターン4a”〜4c”は、表側外面層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、スルーホール群9a’を経由して、裏側外面層L2”に接続される。
In other words, the
次に、コイルパターン4a”〜4c”は、裏側外面層L2”で、凸部2Lの周囲に2回目が巻かれ、凸部2mの周囲を経由して、凸部2rの周囲に3回目が巻かれた後、スルーホール群9b”を経由して、表側外面層L1”に接続される。そして、コイルパターン4a”〜4c”は、表側外面層L1”で、凸部2rの周囲に4回目が巻かれた後、終点である端子6oに接続される。
Next, the
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”、スルーホール群9a”、コイルパターン4c”、スルーホール群9b”、コイルパターン4b”、および端子6oの順番で流れる。
The current flowing through the
図7(a)に示すように、表側表面層L1”のコイルパターン4a”、4b”の周辺にある空き領域には、放熱パターン5s0が、コイルパターン4a”、4b”と別体で複数(8つ)形成されている。放熱パターン5s0同士は、別体になっていて、電気的に絶縁されている。放熱パターン5s0に対して、パッド8b、端子6i、6o、貫通孔3a、およびねじ11は絶縁されている。
As shown in FIG. 7A, in the empty area around the
図7(b)に示すように、裏側外面層L2”のコイルパターン4c”の周辺にある空き領域には、放熱パターン5s1〜5s6が、コイルパターン4c”と別体で形成されている。放熱パターン5s1〜5s6、4u同士は、別体になっていて、電気的に絶縁されている。放熱パターン5s1〜5s6に対して、パッド8b、端子6i、6o、貫通孔3a、およびねじ11は電気的に絶縁されている。
As shown in FIG. 7 (b), heat radiation patterns 5s 1 to 5s 6 are formed separately from the
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、銅などの導体で柱状に形成された金属ピンから成る。各層L1”、L2”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を介してヒートシンク10と接触している(図8(a)参照)。放熱ピン7a”〜7f”とこれらの周囲のパッド8cとスルーホール8dは、本発明の「熱的層間接続手段」の一例である。
Heat dissipation pins 7a "to 7f" are embedded in the plurality of large-diameter through
図7(a)に示すように、表側外面層L1”では、コイルパターン4a”の電流経路から外れた位置に、該コイルパターン4a”の一部を幅方向に拡張した拡張領域4u1〜4u3が設けられている。コイルパターン4a”と拡張領域4u1〜4u3は一体になっている。また、コイルパターン4b”の電流経路から外れた位置に、該コイルパターン4b”の一部を幅方向に拡張した拡張領域4u4〜4u6が設けられている。コイルパターン4b”と拡張領域4u4〜4u6は一体になっている。コイルパターン4a”の各拡張領域4u1〜4u3には、放熱ピン7a”、7c”、7e”とこれらの周囲のパッド8cおよびスルーホール8dがそれぞれ熱的に接続されている。コイルパターン4b”の各拡張領域4u4〜4u6には、放熱ピン7b”、7d”、7f”とこれらの周囲のパッド8cおよびスルーホール8dがそれぞれ熱的に接続されている。放熱パターン5s0に対して、コイルパターン4a”、4b”、放熱ピン7a”〜7f”、パッド8c、およびスルーホール8dは、電気的に絶縁されている。
As shown in FIG. 7A, in the front-side outer surface layer L1 ″, extended regions 4u 1 to 4u in which a part of the
コイルパターン4a”、4b”の拡張領域4u1〜4u6が設けられた部分の幅Wb、Wc、Wdは、各コイルパターン4a”、4b”の電流経路の幅Waより大きくなっている(Wa<Wb、Wc、Wd)。また、各拡張領域4u1〜4u6の面積は、放熱ピン7a”〜7f
”の軸に対して垂直な断面積より大きくなっている。
The widths Wb, Wc, Wd of the portions where the expanded regions 4u 1 to 4u 6 of the coil patterns 4a ″, 4b ″ are provided are larger than the width Wa of the current path of each
It is larger than the cross-sectional area perpendicular to the axis "".
図7(b)に示すように、裏側外面層L2”では、表側外面層L1”のコイルパターン4a”に対応させて、放熱パターン5s1〜5s3が設けられ、コイルパターン4b”に対応させて、放熱パターン5s4〜5s6が設けられている。対応するコイルパターン4a”、4b”の拡張領域4u1、4u2、4u3、4u4、4u5、4u6と放熱パターン5s3、5s1、5s2、5s6、5s4、5s5の一部とは、それぞれ基板3”の厚み方向に対向している。裏側外面層L2”で、放熱パターン5s3、5s1、5s2、5s6、5s4、5s5同士は別体になっていて、電気的に絶縁されている。
As shown in FIG. 7B, the back side outer surface layer L2 ″ is provided with heat radiation patterns 5s 1 to 5s 3 corresponding to the
また、裏側外面層L2”において、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5s1に熱的に接続されている。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5s2に熱的に接続されている。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5s3に熱的に接続されている。
Moreover, "in,
また、裏側外面層L2”において、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5s4に熱的に接続されている。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5s5に熱的に接続されている。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5s6に熱的に接続されている。
Moreover, "in the
さらに、裏側外面層L2”において、放熱パターン5s1〜5s6に対して、コイルパターン4c”は電気的に絶縁されている。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4c”は絶縁されている。また、コイルパターン4c”の電流経路から外れた位置に、該コイルパターン4c”の一部を幅方向に拡張した拡張領域4u7〜4u9、4u0が設けられている。コイルパターン4c”と拡張領域4u7〜4u9、4u0は一体になっている。
Furthermore, in the back side outer surface layer L2 ″, the
上記構成により、放熱ピン7c”、7e”、7a”とこれらの周囲のスルーホール8dは、表側外面層L1”のコイルパターン4a”の拡張領域4u2、4u3、4u1と裏側外面層L2”の放熱パターン5s1、5s2、5s3とを通るように、基板3を貫通している。このため、放熱ピン7c”、7e”、7a”とこれらの周囲のスルーホール8dとパッド8cにより、コイルパターン4a”の拡張領域4u2、4u3、4u1と放熱パターン5s1、5s2、5s3とが熱的に接続されている。
With the above configuration, the radiating pins 7c ″, 7e ″, 7a ″ and the surrounding through-
また、放熱ピン7d”、7f”、7b”とこれらの周囲のスルーホール8dは、表側外面層L1”のコイルパターン4b”の拡張領域4u5、4u6、4u4と裏側外面層L2”の放熱パターン5s4、5s5、5s6とを通るように、基板3を貫通している。このため、放熱ピン7d”、7f”、7b”とこれらの周囲のスルーホール8dとパッド8cにより、コイルパターン4b”の拡張領域4u5、4u6、4u4と放熱パターン5s4、5s5、5s6とが熱的に接続されている。
Further, the heat dissipation pins 7d ", 7f ', 7b' and the through-
図7に示すように、裏側外面層L2”のコイルパターン4c”の面積(拡張領域4u7〜4u9、4u0の面積も含む)より、表側外面層L1”のコイルパターン4a”、4b”とこれに対応する裏側外面層L2”の放熱パターン5s1〜5s6の合計面積の方が大きくなっている。また、拡張領域4u7〜4u9、4u0の合計面積より、放熱パターン5s1〜5s6の合計面積の方が大きくなっている。
As shown in FIG. 7, the
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。表側外面層L1”では、基板3”の熱は、放熱パターン5s0に拡散され、パターン4a”、4b”、5s0などの導体の表面で放熱される。また、基板3”の熱は、放熱ピン7a”〜7f”やスルーホール8d、8a、やスルーホール群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。特に、コイルパターン4a”、4b”で発生した熱は、拡張領域4u1〜4u6や放熱ピン7a”〜7f”などを伝って裏側外面層L2”の放熱パターン5s1〜5s6に拡散され、放熱パターン5s1〜5s6の表面や放熱ピン7a”〜7f”の下面から絶縁シート12を介してヒートシンク10で放熱される。
Since a large current flows through the
裏側外面層L2”では、基板3”の熱は、放熱パターン5s1〜5s6に拡散され、パターン4c”、4u、5s1〜5s6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で放熱される。特に、コイルパターン4c”で発生した熱は、拡張領域4u7〜4u9、4u0に拡散され、コイルパターン4c”や拡張領域4u7〜4u9、4u0の表面から絶縁シート12を介してヒートシンク10で放熱される。
"In the
上記第3実施形態によると、基板3”の表側外面層L1”のコイルパターン4a”、4b”
の電流経路から外れた位置に、該コイルパターン4a”、4b”の拡張領域4u1〜4u6を設けている。また、コイルパターン4a”、4b”に対応させて、裏側外面層L2”に放熱パターン5s1〜5s6を設けている。そして、対応するコイルパターン4a”、4b”の拡張領域4u1〜4u6と放熱パターン5s1〜5s6とを、基板3”を貫通する放熱ピン7a”〜7f”などの熱的層間接続手段により熱的に接続している。
According to the third embodiment, the
The extended regions 4u 1 to 4u 6 of the
このため、コイルパターン4a”〜4c”の電流の流れを妨げることなく、表側外面層L1”のコイルパターン4a”、4b”からの発熱を、熱的層間接続手段により裏側外面層L2”の放熱パターン5s1〜5s6に伝えることができる。そして、該熱を、放熱パターン5s1〜5s6の表面からヒートシンク10へ伝えて、ヒートシンク10から外部へ放熱させ易くすることができる。また、コイルパターン4a”〜4c”の電流の流れが妨げられないので、コイルの所定の性能を達成することが可能となる。
Therefore, heat from the
また、異なる層L1”、L2”のコイルパターン4a”〜4c”同士をスルーホール群9a”、9b”で電気的に接続し、対応するコイルパターン4a”〜4c”と放熱パターン5s1〜5s6を放熱ピン7a”〜7f”などで熱的に接続している。さらに、裏側外面層L2”でコイルパターン4c”と放熱パターン5s1〜5s6を別体にして、電気的に絶縁している。このため、コイルパターン4a”〜4c”の電流経路と放熱経路を確実に分けて、通電性能と放熱性能を高めることができる。
Furthermore, different layers L1 ", L2"
また、対応するコイルパターン4a”、4b”の拡張領域4u1〜4u6と放熱パターン5s1〜5s6とを対向するように基板3’に設けて、これらを通るように放熱ピン7a”〜7f”やスルーホール8dを基板3”に貫通させている。このため、放熱ピン7a”〜7f”やスルーホール8dが基板3”に設け易くなり、基板3’の製造を容易にすることができる。
Further, the expansion regions 4u 1 to 4u 6 of the corresponding
さらに、スルーホール群9a”、9b”を接続対象のコイルパターン4a”〜4c”の電流経路上で基板3”を貫通するように設けている。また、スルーホール群9a”、9b”を構成する小径の各スルーホール内に、銅などの導電部材を充填している。このため、スルーホール群9a”、9b”の導電率を向上させて、コイルパターン4a”〜4c”同士の電気的接続信頼性を高くしつつ、スルーホール群9a”、9b”が基板3”に設け易くなり、基板3”の製造を容易にすることができる。
Further, through-
次に、第4実施形態による磁気デバイス21と、該磁気デバイス21に備わるコイル一体型プリント基板23(以下、単に「基板23」という。)の構造を、図9〜図14を参照しながら説明する。
Next, the structure of the
図9は、磁気デバイス21の分解斜視図である。図10は、磁気デバイス21の基板23の各層の平面図である。図11〜図14は、磁気デバイス21の断面図であって、図11は図10のA1−A1断面を示し、図12は図10のA2−A2断面を示し、図13は図10のA3−A3断面を示し、図14は図10のB−B断面を示している。
FIG. 9 is an exploded perspective view of the
図9に示すように、磁気デバイス21には、上下一対のコア2a、2b、基板23、およびヒートシンク10が備わっている。
As shown in FIG. 9, the
基板23は、3層の厚銅箔基板から構成されている。基板23の表面(図11〜図13で上面)には、図10(a)に示すような表側外面層La1が設けられ、裏面(図11〜図13で下面)には、図10(c)に示すような裏側外面層La3が設けられている。表側外面層La1と裏側外面層La3の間には、図10(b)に示すような内層La2が1つ設けられている。
The board |
基板23には、複数の開口部23m、23L、23rが設けられている。開口部23mは大径の円形の貫通孔から成り、開口部23L、23rは切欠きから成る。図9、図10、および図12に示すように、中央にある1つの開口部23mには、上コア2aの中央の凸部2mが挿入され、左右にある開口部23L、23rには、上コア2aの左右の凸部2L、2rがそれぞれ挿入される。
The
図12に示すように、上コア2aの左右の凸部2L、2rの下端に、下コア2bの上面を密着させることにより、該コア2a、2bは組み合わされる。下コア2bは、ヒートシンク10の上側に設けられた凹部10kに嵌め込まれる。
As shown in FIG. 12, the
基板23には、図9に示すように、小径で円形の貫通孔23aが2つ設けられている。各貫通孔23aには、図13に示すように、ねじ11が挿入される。基板23の裏面をヒートシンク10の上面と対向させる。そして、2つのねじ11を基板23の表面側から各貫通孔23a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11〜図14に示すように、基板23の裏側外面層La3側にヒートシンク10が近接状態で固定される。基板23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。
As shown in FIG. 9, the
図10に示すように、基板23には、スルーホール8a、8d、スルーホール群29a、29b、パッド8b、8c、端子6i、6o、パターン24a〜24d、25s0〜25s9、およびピン27a〜27dといった導体が設けられている。スルーホール8a、8d、スルーホール群29a、29b、端子6i、6o、およびピン27a〜27dは、基板23を貫通するように設けられている(図11、図13、および図14参照)。
As shown in FIG. 10, the
一対のスルーホール8aには、それぞれ端子6i、6oが埋設されている。外面層La1、La3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。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)。
スルーホール群29a、29bは、スルーホール8a、8dより小径で、図14に示すように基板23を貫通する複数のスルーホールが、所定の間隔で集まって構成されている。
The through-
基板23の各層La1〜La3には、コイルパターン24a〜24cと放熱パターン25s0〜25s9が設けられている。各パターン24a〜24c、25s0〜25s9は、銅箔から成る。表側外面層La1の各パターン24a、25s0〜25s2の表面には、絶縁加工が施されている。コイルパターン24a〜24c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24a〜24c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24a〜24cの表面から放熱できるように設定されている。
図10に示すように、各コイルパターン24a〜24cは、各層La1〜La3で中央の凸部2mの周囲に2回巻回されている。表側外面層La1のコイルパターン24aの一端と、内層La2のコイルパターン24bの一端とは、スルーホール群29aにより電気的に接続されている。スルーホール群29aは、コイルパターン24a、24bの電流経路(幅W1’で引き回された部分)上に設けられ、基板23を貫通している。内層La2のコイルパターン24bの他端と、裏側外面層La3のコイルパターン24cの一端とは、スルーホール群29bにより電気的に接続されている。スルーホール群29cは、コイルパターン24b、24cの電流経路(幅W1’で引き回された部分)上に設けられ、基板23を貫通している。
As shown in FIG. 10, the
つまり、スルーホール群29a、29bは、異なる層La1〜La3にあるコイルパターン24a〜24c同士を接続し、該接続数に応じて複数(2つ)設けられている。スルーホール群29a、29bをそれぞれ構成する小径の各スルーホールの表面には、銅めっきが施され、該各スルーホールの内側は、銅などで埋められている。スルーホール群29a、29bは、本発明の「電気的層間接続手段」の一例である。
That is, the through-
表側外面層La1のスルーホール群29bの周辺と、裏側外面層La3のスルーホール群29aの周辺には、小パターン24dがそれぞれ設けられている。それぞれのスルーホール群29a、29bと小パターン24dは接続されている。小パターン24dは、銅箔から成る。表側外面層La1の小パターン24dの表面には、絶縁加工が施されている。
And surrounding the through-
図10(a)に示すように、表側外面層La1のコイルパターン24aの他端は、パッド8bとスルーホール8aを介して端子6oと電気的に接続されている。図10(c)に示すように、裏側外面層La3のコイルパターン24cの他端は、パッド8bとスルーホール8aを介して端子6iと電気的に接続されている。
As shown in FIG. 10 (a), the other end of the front outer surface layer La 1 coil pattern 24a is connected to the terminal 6o electrically through the
上記構成により、基板23のコイルパターン24a〜24cは、裏側外面層La3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、スルーホール群29bを経由して、内層La2に接続される。次に、コイルパターン24a〜24cは、内層La2で、凸部2mの周囲に3回目と4回目が巻かれた後、スルーホール群29aを経由して、表側外面層La1に接続される。そして、コイルパターン24a〜24cは、表側外面層La1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。
With the above configuration, the
磁気デバイス21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24c、スルーホール群29b、コイルパターン24b、スルーホール群29a、およびコイルパターン24aの順に流れた後、端子6oから出力される。
As described above, the current flowing in the
図10に示すように、放熱パターン25s0〜25s9は、各層La1〜La3のコイルパターン24a〜24cや小パターン24dの周辺にある空き領域に、該パターン24a〜24dと別体で形成されている。また、放熱パターン25s0〜25s9同士は、別体になっている。つまり、各層La1〜La3で、放熱パターン25s0〜25s9は、互いに電気的に絶縁され、かつ、同じ層にあるコイルパターン24a〜24cに対して電気的に絶縁されている。また、放熱パターン25s0〜25s9に対して、パッド8b、端子6i、6o、貫通孔23a、およびねじ11は電気的に絶縁されている。
As shown in FIG. 10, the
複数の大径のスルーホール8dには、放熱ピン27a〜27dがそれぞれ埋め込まれている。放熱ピン27a〜27dは、銅などの導体で柱状に形成された金属ピンから成る。表側外面層La1と裏側外面層La3の放熱ピン27a〜27d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27a〜27d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27a〜27dの下端は、絶縁シート12と接触している(図11および図13参照)。放熱ピン27a〜27dとこれらの周囲のパッド8cとスルーホール8dは、本発明の「熱的層間接続手段」の一例である。
Heat dissipation pins 27a to 27d are embedded in the plurality of large-diameter through
図10(a)に示すように、表側外面層La1では、コイルパターン24aの電流経路から外れた位置に、該コイルパターン24aの一部を幅方向に拡張した拡張領域24t0、24t1、24t2が設けられている。つまり、コイルパターン24aと拡張領域24t0、24t1、24t2は、一体になっている。コイルパターン24aの拡張領域24t0、24t1に対して、放熱ピン27a、27cとこれらの周囲のパッド8cおよびスルーホール8dがそれぞれ熱的に接続されている。他の放熱ピン27b、27d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25s1、25s2にそれぞれ熱的に接続されているが、コイルパターン24a、拡張領域24t0、24t1、24t2、放熱パターン25s0、および小パターン24dに対しては、電気的に絶縁されている。
As shown in FIG. 10 (a), the front outer surface layer La 1, at a position deviated from the current path of the
また、表側外面層La1の放熱パターン25s1、25s2は、内層La2のコイルパターン24bに対応させて設けられている。放熱パターン25s1とコイルパターン24aの拡張領域24t2の近傍には、これらに対して電気的に絶縁されるように、放熱パターン25s0が設けられている。放熱パターン25s0〜25s2に対して、コイルパターン24aは電気的に絶縁されている。端子6iとこの周囲のスルーホール8aおよびパッド8bは、近傍にある拡張領域24t0に対して電気的に絶縁されている。端子6oとこの周囲のスルーホール8aおよびパッド8bは、近傍にある拡張領域24t2と電気的に接続され、放熱パターン25s0に対して電気的に絶縁されている。
Further, the
図10(b)に示すように、内層La2では、コイルパターン24bの電流経路から外れた位置に、該コイルパターン24bの一部を幅方向に拡張した拡張領域24t3、24t4が設けられている。つまり、コイルパターン24bと拡張領域24t3、24t4は、一体になっている。コイルパターン24bの拡張領域24t3、24t4に対して、放熱ピン27b、27dとこれらの周囲のパッド8cおよびスルーホール8dがそれぞれ熱的に接続されている。他の放熱ピン27a、27c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25s3、25s4にそれぞれ熱的に接続されているが、コイルパターン24bと拡張領域24t3、24t4に対しては、電気的に絶縁されている。
As shown in FIG. 10B, the inner layer La 2 is provided with extended regions 24t 3 and 24t 4 in which a part of the
また、内層La2において、放熱パターン25s3、25s4に対して、コイルパターン24bは電気的に絶縁されている。端子6iとこの周囲のスルーホール8aは、放熱パターン25s3に対して電気的に絶縁されている。端子6oとこの周囲のスルーホール8aは、拡張領域24t3に対して電気的に絶縁されている。
Further, in the inner layer La 2, with respect to the
図10(c)に示すように、裏側外面層La3には、表側外面層La1のコイルパターン24aに対応させて、放熱パターン25s5、25s6が設けられている。また、内層La2のコイルパターン24bに対応させて、放熱パターン25s7、25s8が設けられている。対応するコイルパターン24a、24bの拡張領域24t0、24t1、24t3、24t4と放熱パターン25s1、25s2、25s5、25s6、25s7、25s8の一部とは、それぞれ基板23の厚み方向に対向している。
As shown in FIG. 10C, the back side outer surface layer La 3 is provided with
また、裏側外面層La3において、放熱ピン27a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25s5に熱的に接続されている。放熱ピン27c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25s6に熱的に接続されている。放熱ピン27b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25s7に熱的に接続されている。放熱ピン27d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25s8に熱的に接続されている。
Further, the back side outer surface layer La 3, pads 8c and the through-
また、裏側外面層La3では、コイルパターン24cの電流経路から外れた位置に、該コイルパターン24cの一部を幅方向に拡張した拡張領域24t5、24t6が設けられている。つまり、コイルパターン24cと拡張領域24t5、24t6は、一体になっている。コイルパターン24cの拡張領域24t5に対して、端子6iとこれらの周囲のスルーホール8aおよびパッド8bが電気的に接続されている。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25s9に電気的に接続され、拡張領域24t6に対して電気的に絶縁されている。コイルパターン24cと拡張領域24t5、24t6に対して、放熱パターン25s5〜25s8は電気的に絶縁されている。
Further, in the back side outer surface layer La 3 , extended regions 24 t 5 and 24 t 6 are provided in which a part of the
表側外面層La1と内層La2のコイルパターン24a、24bの拡張領域24t0、24t1、24t3、24t4は、基板23の板厚方向に重ならないように、層La1、La2にそれぞれ配置されている。また、コイルパターン24a、24bの拡張領域24t0、24t1、24t3、24t4が設けられた部分の幅W2’、W3’、W4’、W5’は、コイルパターン24a、24bの電流経路の幅W1’より大きくなっている(W1’<W2’、W3’、W4’、W5’)。また、コイルパターン24a〜24cの各拡張領域24t0〜24t6の面積は、放熱ピン27a〜27dの軸に対して垂直な断面積より大きくなっている。
The extended regions 24t 0 , 24t 1 , 24t 3 , 24t 4 of the
上記構成により、放熱ピン27aとこの周囲のスルーホール8dは、表側外面層La1のコイルパターン24aの拡張領域24t0、内層La2の放熱パターン25s3、および裏側外面層La3の放熱パターン25s5を通るように、基板23を貫通している。このため、放熱ピン27aとこの周囲のスルーホール8dとパッド8cにより、コイルパターン24aの拡張領域24t0と放熱パターン25s3、25s5とが熱的に接続されている。また、放熱ピン27bとこの周囲のスルーホール8dは、表側外面層La1の放熱パターン25s1、内層La2のコイルパターン24bの拡張領域24t3、および裏側外面層La3の放熱パターン25s7を通るように、基板23を貫通している。このため、放熱ピン27bとこの周囲のスルーホール8dとパッド8cにより、コイルパターン24bの拡張領域24t3と放熱パターン25s1、25s7とが熱的に接続されている。放熱ピン27a、27bとこれらの周囲のパッド8cとスルーホール8dは、本発明の「第1の熱的層間接続手段」の一例である。
With the above structure, through
放熱ピン27cとこの周囲のスルーホール8dは、表側外面層La1のコイルパターン24aの拡張領域24t1、内層La2の放熱パターン25s4、および裏側外面層La3の放熱パターン25s6を通るように、基板23を貫通している。このため、放熱ピン27cとこの周囲のスルーホール8dとパッド8cにより、コイルパターン24aの拡張領域24t1と放熱パターン25s4、25s6とが熱的に接続されている。また、放熱ピン27dとこの周囲のスルーホール8dは、表側外面層La1の放熱パターン25s2、内層La2のコイルパターン24bの拡張領域24t4、および裏側外面層La3の放熱パターン25s8を通るように、基板23を貫通している。このため、放熱ピン27dとこの周囲のスルーホール8dとパッド8cにより、コイルパターン24bの拡張領域24t4と放熱パターン25s2、25s8とが熱的に接続されている。放熱ピン27c、27dとこれらの周囲のパッド8cとスルーホール8dは、本発明の「第2の熱的層間接続手段」の一例である。
Through
表側外面層La1と内層La2のコイルパターン24a、24bは、それぞれ2か所で、対応する裏側外面層La3の放熱パターン25s5〜25s8と熱的に接続されている。
Front outer surface layer La 1 and the inner layer La 2 coil patterns 24a, 24b is a two respectively, are in corresponding thermally and the
コイルパターン24a〜24cには大電流が流れるため、コイルパターン24a〜24cが発熱源となって、基板23の温度が上昇する。
Since a large current flows through the
表側外面層La1では、基板23の熱は、たとえば、拡張領域24t0〜24t2や放熱パターン25s0〜25s2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23の熱は、たとえば、放熱ピン27a〜27dや端子6i、6oやスルーホール8d、8aやスルーホール群29a、29bなどの基板23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。スルーホール群29a、29bは、サーマルビアとしても機能する。
In front outer surface layer La 1, heat of the
特に、表側外面層La1のコイルパターン24aで発生した熱は、拡張領域24t0〜24t2に拡散され易く、コイルパターン24aや24t0〜24t2の表面から放熱される。また、コイルパターン24aで発生した熱は、拡張領域24t0〜24t2から放熱ピン27a、27c、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La2、La3の放熱パターン25s3〜25s6、25s9に拡散される。そして、この拡散された熱は、裏側外面層La3の放熱パターン25s5、25s6、25s9の表面、放熱ピン27a、27c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La2では、基板23の熱は、たとえば、拡散領域24t3、24t4や放熱パターン25s3、25s4などの導体に拡散され、放熱ピン27a〜27dや端子6i、6oやスルーホール8d、8aやスルーホール群29a、29bなどの基板23を貫通する導体を伝って、表側外面層La1と裏側外面層La3の拡張領域24t0〜24t2、24t5、24t6や放熱パターン25s0〜25s2、25s5〜25s9に拡散される。そして、この拡散された熱は、表側外面層La1の拡張領域24t0〜24t2や放熱パターン25s0〜25s2の表面などから放熱されたり、裏側外面層La3の拡張領域24t5、24t6や放熱パターン25s5〜25s9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 La 2, heat of the
特に、内層La2のコイルパターン24bで発生した熱は、拡散領域24t3、24t4に拡散され易く、該拡散領域24t3、24t4から放熱ピン27b、27dおよびこれらの周囲のスルーホール8dを伝って、他の層La1、La3の放熱パターン25s1、25s2、25s7、25s8に拡散される。そして、この拡散された熱は、表側外面層La1の放熱パターン25s1、25s2の表面から放熱されたり、裏側外面層La3の放熱パターン25s7、25s8の表面や放熱ピン27b、27d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
裏側外面層La3では、基板23の熱は、たとえば、拡散領域24t5、24t6や放熱パターン25s5〜25s9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23の熱は、たとえば、放熱ピン27a〜27dや端子6i、6oやスルーホール8d、8aやスルーホール群9a、9bなどの基板23を貫通する導体を伝って、表側外面層La1の拡散領域24t0〜24t2や放熱パターン25s0〜25s2に拡散され、これら導体の表面などから放熱される。
In the back side outer surface layer La 3 , the heat of the
特に、裏側外面層La3のコイルパターン24cで発生した熱は、拡散領域24t5、24t6に拡散され易く、コイルパターン24cの表面や拡散領域24t5、24t6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24c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、表側外面層La1の端子6iの表面やこれの周囲のパッド8bの表面などから放熱される。
In particular, heat generated in the
上記第4実施形態によると、基板23の表側外面層La1と内層La2のコイルパターン24a、24bの電流経路から外れた位置に、該コイルパターン24a、24bの拡張領域24t0、24t1、24t3、24t4を設けている。また、コイルパターン24a、24bに対応させて、裏側外面層La3に放熱パターン25s5〜25s8を設けている。そして、対応するコイルパターン24a、24bの拡張領域24t0、24t1、24t3、24t4と放熱パターン25s5〜25s8とを、基板23を貫通する放熱ピン27a〜27dなどの熱的層間接続手段により熱的に接続している。
According to the fourth embodiment, the
このため、コイルパターン24a〜24cの電流の流れを妨げることなく、表側外面層La1と内層La2のコイルパターン24a、24bからの発熱を、熱的層間接続手段により裏側外面層La3の放熱パターン25s5〜25s8に伝えることができる。そして、該熱を、放熱パターン25s5〜25s8の表面からヒートシンク10へ伝えて、ヒートシンク10から外部へ放熱させ易くすることができる。また、コイルパターン24a〜24cの電流の流れが妨げられないので、コイルの所定の性能を達成することが可能となる。
Therefore, without interrupting the flow of current in the
また、異なる層La1、La2、La3のコイルパターン24a〜24c同士をスルーホール群29a、29bで電気的に接続し、対応するコイルパターン24a、24bと放熱パターン25s5〜25s8を放熱ピン27a〜27dなどで熱的に接続している。また、裏側外面層La3でコイルパターン24cと放熱パターン25s5〜25s8を別体にして、電気的に絶縁している。このため、コイルパターン24a〜24cの電流経路と放熱経路を確実に分けて、通電性能と放熱性能を高めることができる。
Further, the
また、基板23の表側外面層La1と内層La2にある各コイルパターン24a、24bで発生した熱を、放熱ピン27a〜27dや裏側外面層La3の放熱パターン25s5〜25s8などの異なる放熱経路でヒートシンク10に伝えて、効率良く放熱させることができる。
Further, each
また、対応するコイルパターン24a、24bの拡張領域24t0、24t1、24t3、24t4と放熱パターン25s5〜25s8とを対向するように基板23に設けて、これらを通るように放熱ピン27a〜27dやスルーホール8dを基板23に貫通させている。このため、放熱ピン27a〜27dやスルーホール8dが基板23に設け易くなり、基板23の製造を容易にすることができる。
Further, the expansion regions 24t 0 , 24t 1 , 24t 3 , 24t 4 and the
また、スルーホール群29a、29bを接続対象のコイルパターン24a〜24cの電流経路上で基板23を貫通するように設けている。また、スルーホール群29a、29bを構成する小径の各スルーホール内に、銅などの導電部材を充填している。このため、スルーホール群29a、29bの導電率を向上させて、コイルパターン24a〜24c同士の電気的接続の信頼性を高くしつつ、スルーホール群29a、29bが基板23に設け易くなり、基板23の製造を容易にすることができる。
Further, the through-
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、3’、3”、23の全ての層L1〜L3、L1’、L2’、L1”、L2”、La1、La2、La3にコイルパターン4a〜4e、4a’〜4c’、4a”〜4c”、24a〜24c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。複数の層を有する基板において、放熱パターンを設けた外面層と、これ以外の少なくとも1層に、コイルパターンを形成すればよい。
In the present invention, various embodiments other than those described above can be adopted. For example, in the above embodiment, all the layers L1 to L3, L1 ′, L2 ′, L1 ″, L2 ″, La 1 , La 2 , La 3 of the
また、以上の実施形態では、コア2aの3つの凸部2m、2L、2rまたは中央の凸部2mに巻回するように、基板3、3’、3”、23に
コイルパターン4a〜4e、4a’〜4c’、4a”〜4c”、24a〜24c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。
Further, in the above embodiment, the
また、図3などに示した第1実施形態では、表側外面層L1や内層L2のコイルパターン4a〜4dを裏側外面層L3の放熱パターン5a7〜5a9、5b7〜5b9に熱的に接続する放熱ピン7a〜7fなどの熱的層間接続手段の径を同一にした例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、図15に示す第5実施形態の磁気デバイス31のコイル一体型プリント基板33(以下、単に「基板33」という。)のように、放熱ピン37a〜37fなどの熱的層間接続手段の径を異ならせてもよい。
In the first embodiment shown in FIG. 3 and the like, thermally to the
図15に示す基板33において、各スルーホール8d、8d’には、放熱ピン37a〜37fが埋め込まれている。放熱ピン37a〜37fは、銅などの導体で柱状に形成された金属ピンから成る。放熱ピン37a、37bとこれらの周囲のスルーホール8d’とパッド8c’の各径より、放熱ピン37c、37d、37e、37fとこれらの周囲のスルーホール8dとパッド8cの各径の方が大きくなっている。放熱ピン37a〜37fとこれらの周囲のスルーホール8d’、8dとパッド8c’、8cは、本発明の「熱的層間接続手段」の一例である。
In the
放熱ピン37a、37bとこれらの周囲のスルーホール8d’とパッド8c’は、表側外面層L1のコイルパターン4a、4bの拡張領域4t1、4t2と裏側外面層L3の放熱パターン5a9、5b9とをそれぞれ熱的に接続している。放熱ピン37a、37bとこれらの周囲のスルーホール8d’とパッド8c’は、本発明の「第1の熱的層間接続手段」の一例である。
The heat dissipation pins 37a and 37b, the surrounding through
放熱ピン37c、37d、37e、37fとこれらの周囲のスルーホール8dとパッド8cは、内層L2のコイルパターン4c、4dの拡張領域4t3〜4t6と裏側外面層L3の放熱パターン5a7、5a8、5b7、5b8とをそれぞれ熱的に接続している。放熱ピン37c、37d、37e、37fとこれらの周囲のスルーホール8dとパッド8cは、本発明の「第2の熱的層間接続手段」の一例である。
つまり、表側外面層L1のコイルパターン4a、4bと裏側外面層L3の放熱パターン5a9、5b9を接続する柱状体である第1の熱的層間接続手段の径より、内層L2のコイルパターン4c、4dと裏側外面層L3の放熱パターン5a7、5a8、5b7、5b8を接続する柱状体である第2の熱的層間接続手段の径の方が大きくなっている。
That is, the
これにより、表側外面層L1のコイルパターン4a、4bから裏側外面層L3の放熱パターン5a9、5b9への伝熱容積より、内層L2のコイルパターン4c、4dから裏側外面層L3の放熱パターン5a7、5a8、5b7、5b8への伝熱容積の方が大きくなる。このため、外気に触れない内層L2のコイルパターン4c、4dで発生した熱を、表側外面層L1のコイルパターン4a、4bで発生した熱より、裏側外面層L3へ伝わり易くすることができる。そして、その内層L2の発熱を、裏側外面層L3からヒートシンク10を介して外部へ放熱して、基板33にこもり難くすることが可能となる。
Accordingly, the heat radiation volume from the
また、以上の実施形態では、異なる層の対応するコイルパターンと放熱パターンを、放熱ピンとパッドとスルーホールにより接続した例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば端子、ピン、およびスルーホールなどの少なくとも1つの熱的層間接続手段により、異なる層の対応するコイルパターンと放熱パターンを接続してもよい。 Moreover, although the example which connected the coil pattern and heat dissipation pattern which correspond to a different layer with the heat dissipation pin, the pad, and the through hole was shown in the above embodiment, this invention is not limited only to this. In addition to this, for example, the corresponding coil patterns and heat radiation patterns of different layers may be connected by at least one thermal interlayer connecting means such as terminals, pins, and through holes.
また、以上の実施形態では、異なる層のコイルパターン同士をスルーホール群により接続した例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば端子やピンや単一のスルーホールなどの他の電気的層間接続手段により、異なる層のコイルパターン同士を接続してもよい。 Moreover, although the example which connected the coil patterns of a different layer by the through hole group was shown in the above embodiment, this invention is not limited only to this. In addition to this, coil patterns of different layers may be connected to each other by other electrical interlayer connection means such as terminals, pins, and a single through hole.
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、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、放熱器を基板の両外面層にそれぞれ設けてもよいし、放熱器を省略してもよい。
Moreover, although the example which used the
また、以上の実施形態では、コイル一体型プリント基板として、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い。通常の厚みの銅箔が形成された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、内層が複数設けられた多層基板にも、本発明は適用することができる。 Moreover, although the example using the thick copper foil board | substrate was shown as a coil integrated type printed circuit board in the above embodiment, this invention is not limited only to this. Other substrates such as a printed circuit board or a metal substrate on which a copper foil having a normal thickness is formed may be used. In the case of a metal substrate, an insulator may be provided between the base material and each pattern. The present invention can also be applied to a multilayer substrate provided with a plurality of inner layers.
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、1’、1”、21、31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, in the above embodiment, the example which applied this invention to the
1、1’、1”、21、31 磁気デバイス
2a 上コア
2b 下コア
3、3’、3”、23、33 コイル一体型プリント基板
4a〜4e、4a’〜4c’、4a”〜4c”、24a〜24c コイルパターン
4t1〜4t6、4s1〜4s6、4u1〜4u6、24t0、24t1、24t3、24t4 拡張領域
5a7〜5a9、5b7〜5b9、5L5〜5L7、5r5〜5r7、5s1〜5s6、25s5〜25s8 放熱パターン
7a〜7f、7a’〜7f’、7a”〜7f”、27a〜27d、37a〜37f 放熱ピン
8d、8d’ スルーホール
8c、8c’ パッド
9a〜9d、9a’、9b’、9a”、9b”、29a、29b スルーホール群
10 ヒートシンク
L1、L1’、L1”、La1 表側外面層
L2、La2 内層
L3、L2’、L2”、La3 裏側外面層
1, 1 ′, 1 ″, 21, 31
Claims (10)
異なる層にある前記コイルパターン同士を電気的に接続する電気的層間接続手段と、
特定の層にある前記コイルパターンを他の外面層に熱的に接続する熱的層間接続手段と、を備えたコイル一体型プリント基板において、
前記特定の層にあるコイルパターンの電流経路から外れた位置に、該コイルパターンの一部を幅方向に拡張した拡張領域を設け、
前記特定の層にあるコイルパターンに対応させて、前記他の外面層に放熱パターンを設け、
対応する前記コイルパターンの拡張領域と前記放熱パターンとを前記熱的層間接続手段により熱的に接続した、ことを特徴とするコイル一体型プリント基板。 A coil pattern formed in a plurality of layers;
Electrical interlayer connection means for electrically connecting the coil patterns in different layers;
In a coil-integrated printed board comprising: a thermal interlayer connection means for thermally connecting the coil pattern in a specific layer to another outer surface layer;
An extended region in which a part of the coil pattern is extended in the width direction is provided at a position deviated from the current path of the coil pattern in the specific layer,
In correspondence with the coil pattern in the specific layer, a heat dissipation pattern is provided on the other outer surface layer,
A coil-integrated printed circuit board, wherein the corresponding extended region of the coil pattern and the heat radiation pattern are thermally connected by the thermal interlayer connection means.
対応する前記コイルパターンの拡張領域と前記放熱パターンは、対向するように設けられ、
前記熱的層間接続手段は、金属ピンを含み、対応する前記コイルパターンの拡張領域と前記放熱パターンとを通るように、当該コイル一体型プリント基板を貫通している、ことを特徴とするコイル一体型プリント基板。 In the coil integrated type printed circuit board according to claim 1,
The corresponding extended area of the coil pattern and the heat dissipation pattern are provided to face each other,
The thermal interlayer connection means includes a metal pin, and penetrates the coil-integrated printed board so as to pass through the corresponding extended area of the coil pattern and the heat dissipation pattern. Body type printed circuit board.
前記電気的層間接続手段は、スルーホールから成り、接続対象の前記コイルパターンの電流経路上に設けられ、当該コイル一体型プリント基板を貫通している、ことを特徴とするコイル一体型プリント基板。 The coil-integrated printed circuit board according to claim 1 or 2,
The coil-integrated printed circuit board, wherein the electrical interlayer connecting means includes a through hole, is provided on a current path of the coil pattern to be connected, and penetrates the coil-integrated printed circuit board.
前記電気的層間接続手段は、複数のスルーホールが所定の間隔で集まったスルーホール群から成り、
前記スルーホール群は、前記異なる層にあるコイルパターン同士の接続数に応じて複数設けられている、ことを特徴とするコイル一体型プリント基板。 In the coil integrated type printed circuit board according to any one of claims 1 to 3,
The electrical interlayer connection means comprises a through hole group in which a plurality of through holes are gathered at a predetermined interval.
A plurality of the through-hole groups are provided in accordance with the number of connection between the coil patterns in the different layers.
前記スルーホール内に導電部材を充填した、ことを特徴とするコイル一体型プリント基板。 In the coil integrated type printed circuit board according to claim 3 or 4,
A coil-integrated printed board, wherein the through hole is filled with a conductive member.
表側外面層、裏側外面層、およびこれらの各層間に設けられた少なくとも1つの内層を備え、
前記各層に前記コイルパターンを設け、
前記表側外面層と前記内層にある前記各コイルパターンの電流経路から外れた位置に、該各コイルパターンの前記拡張領域をそれぞれ設け、
前記表側外面層と前記内層にある前記各コイルパターンに対応させて、前記裏側外面層に前記放熱パターンを設け、
前記熱的層間接続手段は、
前記表側外面層の前記コイルパターンの拡張領域と該コイルパターンに対応する前記放熱パターンとを通るように、当該コイル一体型プリント基板を貫通して、前記対応する表側外面層のコイルパターンと放熱パターンとを熱的に接続する第1の熱的層間接続手段と、
前記内層のコイルパターンの拡張領域と該コイルパターンに対応する前記放熱パターンとを通るように、当該コイル一体型プリント基板を貫通して、前記対応する内層のコイルパターンと放熱パターンとを熱的に接続する第2の熱的層間接続手段とを含む、ことを特徴とするコイル一体型プリント基板。 The coil-integrated printed circuit board according to any one of claims 1 to 5,
A front-side outer surface layer, a back-side outer surface layer, and at least one inner layer provided between each of these layers;
Providing each coil with the coil pattern;
The extended areas of the coil patterns are respectively provided at positions outside the current paths of the coil patterns in the front outer surface layer and the inner layer,
Corresponding to each coil pattern in the front outer surface layer and the inner layer, the heat radiation pattern is provided in the back outer surface layer,
The thermal interlayer connection means includes:
The coil pattern and the heat radiation pattern of the corresponding front outer surface layer penetrate through the coil integrated printed board so as to pass through the extended region of the coil pattern of the front outer surface layer and the heat radiation pattern corresponding to the coil pattern. First thermal interlayer connection means for thermally connecting
The coil pattern and the heat radiation pattern corresponding to the inner layer are thermally passed through the coil-integrated printed circuit board so as to pass through the extended region of the coil pattern of the inner layer and the heat radiation pattern corresponding to the coil pattern. A coil-integrated printed circuit board comprising: a second thermal interlayer connection means for connection.
前記第1の熱的層間接続手段の数より、前記第2の熱的層間接続手段の数の方を多くした、ことを特徴とするコイル一体型プリント基板。 The coil-integrated printed board according to claim 6,
A coil-integrated printed circuit board, wherein the number of the second thermal interlayer connection means is greater than the number of the first thermal interlayer connection means.
前記第1の熱的層間接続手段と前記第2の熱的層間接続手段は、柱状体から成り、
前記第1の熱的層間接続手段の径より、前記第2の熱的層間接続手段の径の方を大きくした、ことを特徴とするコイル一体型プリント基板。 In the coil integrated type printed circuit board according to claim 6 or 7,
The first thermal interlayer connection means and the second thermal interlayer connection means are formed of columnar bodies,
A coil-integrated printed circuit board, wherein the diameter of the second thermal interlayer connection means is larger than the diameter of the first thermal interlayer connection means.
磁性体から成り、前記コイル一体型プリント基板を貫通するコアと、を備え、
前記コアの周囲に巻回されるように、前記コイル一体型プリント基板の複数の層にコイルパターンが形成されている、ことを特徴とする磁気デバイス。 A coil-integrated printed circuit board according to any one of claims 1 to 8,
A core made of a magnetic material and penetrating the coil-integrated printed board,
A magnetic device, wherein a coil pattern is formed on a plurality of layers of the coil-integrated printed circuit board so as to be wound around the core.
前記コイル一体型プリント基板の放熱パターンのある他の外面層側に、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 claim 9, wherein
A magnetic device, wherein a radiator is provided on the other outer surface layer side of the coil-integrated printed board having a heat radiation pattern.
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