JP6153158B2

JP6153158B2 - 磁気デバイス

Info

Publication number: JP6153158B2
Application number: JP2013069812A
Authority: JP
Inventors: 孝治蜂谷; 知善小林; 山口　隆志; 隆志山口
Original assignee: Omron Automotive Electronics Co Ltd
Current assignee: Nidec Mobility Corp
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2017-06-28
Anticipated expiration: 2033-03-28
Also published as: JP2014192517A

Description

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

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

たとえば、特許文献１〜７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。

特許文献１〜５および７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、コイルパターンが設けられている。異なる層のコイルパターン同士は、スルーホールなどで接続されている。コイルパターンやスルーホールは、銅などの導体から成る。

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

特許文献１および４では、基板の各層で、コイルパターンの幅が部分的に異なっている。特許文献２および３では、基板の最も上にある外面層に設けられたコイルパターンの幅が、他の内層に設けられたコイルパターンの幅より太くなっている。特許文献５および７では、幅が細くて巻き数が多いコイルパターンが設けられた層と、幅が太くて巻き数が少ないコイルパターンが設けられた層が、それぞれ複数積層されている。また、特許文献７では、基板の最も上にある層と最も下にある層に、幅が細くて巻き数が多いコイルパターンが設けられている。特許文献６では、コイルパターンの幅が一定になっている。

コイルパターンに電流が流れると、コイルパターンが発熱し、基板の温度が上昇する。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。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。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。

特開２００８−２０５３５０号公報特開平７−３８２６２号公報特開平７−８６７５５号公報再表ＷＯ２０１０／０２６６９０号公報特開平８−６９９３５号公報特開２００８−１７７５１６号公報米国特許第７３３２９９３号明細書

基板の各層において、コイルパターンの幅を細くすると、基板を大きくしなくても、コイルパターンの巻き数を多くして、コイルの所定の性能を達成することができる。しかし、コイルパターンの幅を細くするほど、直流抵抗が高くなるため、コイルパターンでの発熱量が多くなり、基板の温度が上昇して、特性の変動や性能の劣化を招いてしまう。

特に、大電流が流れる直流−直流変換装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ）など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ので、コイルパターンの幅が細すぎると、発熱量がより多くなって、所定の特性や性能が得られない。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、基板の温度が高くなると、電子部品の誤動作や破壊を生じるおそれがある。

本発明の課題は、複数の層に幅の異なるコイルパターンが設けられた基板の放熱性能を高めることである。

本発明による磁気デバイスは、磁性体から成るコアと、絶縁体から成り、コアが貫通する基板と、基板の所定の層に設けられた、導体から成るコイルパターンとを備えている。基板は、表面と裏面にそれぞれ外面層が設けられており、コイルパターンは、基板の一方の外面層と他方の外面層にそれぞれ設けられている。基板の一方の外面層にあるコイルパターンの幅は、他方の外面層にあるコイルパターンの幅より細く、一方の外面層側に放熱器が設けられている。また、他方の外面層にあるコイルパターンと別体で、他方の外面層に設けられた導体から成る放熱パターンと、基板に設けられた導体から成る放熱用接続部とが設けられている。一方の外面層にあるコイルパターンと、他方の外面層にある放熱パターンとは、放熱用接続部を構成する導体で接続されている。

このようにすると、基板の一方の外面層にあるコイルパターンにおいて、パターンの幅が細いために発熱量が多くなっても、該コイルパターンで発生した熱を、放熱器により効率良く放熱させることができる。また、他方の外面層にあるコイルパターンにおいては、パターンの幅を太くすることで、発熱量を抑制できるとともに、該コイルパターンの表面から放熱させ易くすることができる。このため、複数の層に幅の異なるコイルパターンが設けられた基板の放熱性能を高めることができる。また、コイルパターンの発熱を許容することができる。

また、本発明では、上記磁気デバイスにおいて、基板の一方の外面層にあるコイルパターンの巻き数は、他方の外面層にあるコイルパターンの巻き数より多くてもよい。

また、本発明では、上記磁気デバイスにおいて、一方の外面層にあるコイルパターンを部分的に拡張することにより、当該一方の外面層に、導体から成る放熱部を設けてもよい。

本発明の磁気デバイスによれば、複数の層に幅の異なるコイルパターンが設けられた基板の放熱性能を高めることができる。

スイッチング電源装置の構成図である。本発明の第１実施形態による磁気デバイスの分解斜視図である。図２の磁気デバイスの基板の各層の平面図である。図２の磁気デバイスの断面図である。本発明の第２実施形態による磁気デバイスの分解斜視図である。図５の磁気デバイスの基板の各層の平面図である。図５の磁気デバイスの断面図である。

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

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

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

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

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

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

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

上記のスイッチング電源装置１００において、平滑回路５５のチョークコイルＬとして、後述の磁気デバイス１、１’が用いられる。チョークコイルＬには、たとえばＤＣ１５０Ａの大電流が流れる。チョークコイルＬの両端には、電力入出力用のリード端子６ｉ、６ｏが設けられている。

次に、第１実施形態による磁気デバイス１の構造を、図２〜図４を参照しながら説明する。

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

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

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

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

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

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

基板３の裏面（図２および図４で下面）には、図３（ａ）に示すような裏側外面層Ｌ１が設けられている。基板３の表面（図２および図４で上面）には、図３（ｂ）に示すような表側外面層Ｌ２が設けられている。つまり、基板３は、回路を形成可能な上下２層Ｌ１、Ｌ２を有している。裏側外面層Ｌ１は、本発明の「一方の外面層」の一例である。表側外面層Ｌ２は、本発明の「他方の外面層」の一例である。

基板３には、複数の開口部３ｍ、３Ｌ、３ｒが設けられている。各開口部３ｍ、３Ｌ、３ｒには、図２〜図４に示すように、上コア２ａの各凸部２ｍ、２Ｌ、２ｒがそれぞれ挿入される。これにより、上コア２ａは基板３を貫通する。

また、基板３には複数の貫通孔３ａが設けられている。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と反対側）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に示すように、基板３の裏側外面層Ｌ１側にヒートシンク１０が近接状態で固定される。基板３とヒートシンク１０の間には、伝熱性を有する絶縁シート１２が挟み込まれる。

図３に示すように、基板３には、複数のスルーホール８ｉ、８ｏ、９ａ、９ｂが形成されている。これらのスルーホール８ｉ、８ｏ、９ａ、９ｂは、異なる層Ｌ１、Ｌ２にあるパターン４ａ〜４ｃ同士を接続する。

詳しくは、スルーホール８ｉは、裏側外面層Ｌ１のパターン４ａと表側外面層Ｌ２を接続する。スルーホール８ｏは、裏側外面層Ｌ１のパターン４ｂと表側外面層Ｌ２を接続する。スルーホール９ａは裏側外面層Ｌ１のパターン４ａと表側外面層Ｌ２のパターン４ｃを接続する。スルーホール９ｂは裏側外面層Ｌ１のパターン４ｂと表側外面層Ｌ２のパターン４ｃを接続する。

大径のスルーホール８ｉには、電力入力用のリード端子６ｉが埋設されている。大径のスルーホール８ｏには、電力出力用のリード端子６ｏが埋設されている。リード端子６ｉ、６ｏは、銅などの導体から成る。各層Ｌ１、Ｌ２のリード端子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。リード端子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）。

図３に示すように、基板３の各層Ｌ１、Ｌ２には、コイルパターン４ａ〜４ｃと放熱パターン５Ｌ_１〜５Ｌ_７、５ｒ_１〜５ｒ_７が形成されている。これらのパターン４ａ〜４ｃ、５Ｌ_１〜５Ｌ_７、５ｒ_１〜５ｒ_７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、線対称になっている。

コイルパターン４ａ〜４ｃの幅、厚み、断面積、および巻き数は、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られるように設定されている。

図３（ａ）に示すように、裏側外面層Ｌ１において、コイルパターン４ａは、コア２ａの左側の凸部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、コア２ａの右側の凸部２ｒの周囲４方向に２回巻回されている。

図３（ｂ）に示すように、表側外面層Ｌ２において、コイルパターン４ｃは、コア２ａの凸部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。

つまり、裏側外面層Ｌ１のコイルパターン４ａ、４ｂの巻き数（合わせて４巻）は、表側外面層Ｌ２のコイルパターン４ｃの巻き数（２巻）より多くなっている。

図３に示すように、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、複数の小径のスルーホール９ａにより接続されている。スルーホール９ａの内側は、銅などの導体で埋められている。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、複数の小径のスルーホール９ｂにより接続されている。スルーホール９ｂの内側は、銅などの導体で埋められている。

コイルパターン４ａの他端は、パッド８ｂとスルーホール８ｉを介して、リード端子６ｉと接続されている。コイルパターン４ｂの他端は、パッド８ｂとスルーホール８ｏを介して、リード端子６ｏと接続されている。

つまり、基板３のコイルパターン４ａ〜４ｃは、裏側外面層Ｌ１で、起点であるリード端子６ｉとスルーホール８ｉ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９ａを経由して、表側外面層Ｌ２に接続される。

次に、コイルパターン４ａ〜４ｃは、表側外面層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９ｂを経由して、裏側外面層Ｌ１に接続される。そして、コイルパターン４ａ〜４ｃは、裏側外面層Ｌ１で、凸部２ｒの周囲に５回目と６回目が巻かれた後、終点であるスルーホール８ｏとリード端子６ｏに接続される。

磁気デバイス１に流れる電流も、上記のようにリード端子６ｉ、スルーホール８ｉ、コイルパターン４ａ、スルーホール９ａ、コイルパターン４ｃ、スルーホール９ｂ、コイルパターン４ｂ、スルーホール８ｏ、およびリード端子６ｏの順番で流れる。

図３（ａ）に示すように、裏側外面層Ｌ１には、コイルパターン４ａを部分的に基板３の板面上で拡張することにより、複数の放熱部４ｓが設けられている。また、コイルパターン４ｂを部分的に基板３の板面上で拡張することにより、複数の放熱部４ｔが設けられている。各放熱部４ｓ、４ｔは、コイルパターン４ａ、４ｂと同様に、導体から成る。

図３および図４に示すように、コイルパターン４ａ、４ｂの放熱部４ｓ、４ｔ以外の幅Ｗ１は、コイルパターン４ｃの幅Ｗ２より細くなっている。図４に示すように、コイルパターン４ａ、４ｂの幅Ｗ１部分の断面積Ｓ１は、コイルパターン４ｃの幅Ｗ２部分の断面積Ｓ２より、小さくなっている。

図３に示すように、各層Ｌ１、Ｌ２のコイルパターン４ａ、４ｂ、４ｃの周辺の空き領域には、放熱パターン５Ｌ_１〜５Ｌ_７、５ｒ_１〜５ｒ_７が設けられている。各層Ｌ１、Ｌ２において、放熱パターン５Ｌ_１〜５Ｌ_７、５ｒ_１〜５ｒ_７は、コイルパターン４ａ、４ｂ、４ｃと別体になっている。放熱パターン５Ｌ_１〜５Ｌ_７、５ｒ_１〜５ｒ_７同士も別体になっている。

つまり、放熱パターン５Ｌ_１〜５Ｌ_７、５ｒ_１〜５ｒ_７と、コイルパターン４ａ、４ｂ、４ｃとは絶縁されている。また、放熱パターン５Ｌ_１〜５Ｌ_７、５ｒ_１〜５ｒ_７同士も絶縁されている。また、放熱パターン５Ｌ_１〜５Ｌ_７、５ｒ_１〜５ｒ_７に対して、ねじ１１、パッド８ｂ、スルーホール８ｉ、８ｏ、およびリード端子６ｉ、６ｏも各層Ｌ１、Ｌ２において絶縁されている。

コイルパターン４ａ〜４ｃに大電流が流れると、コイルパターン４ａ〜４ｃが発熱して、基板３の温度が上昇する。また、表側外面層Ｌ２にあるコイルパターン４ｃより、裏側外面層Ｌ１にあるコイルパターン４ａ、４ｂの方が、幅が細くて、巻き数が多いので、コイルパターン４ａ、４ｂでの発熱量が多くなる。

表側外面層Ｌ２では、コイルパターン４ｃで発生した熱が、該コイルパターン４ｃの表面から放熱される。また、基板３の熱が、放熱パターン５Ｌ_５〜５Ｌ_７、５ｒ_５〜５ｒ_７の表面から放熱される。

裏側外面層Ｌ１では、コイルパターン４ａ、４ｂで発生した熱が、放熱部４ｓ、４ｔに拡散されて、コイルパターン４ａ、４ｂと放熱部４ｓ、４ｔの表面から絶縁シート１２を介してヒートシンク１０に伝わり、ヒートシンク１０で放熱される。また、基板３の熱が、放熱パターン５Ｌ_１〜５Ｌ_４、５ｒ_１〜５ｒ_４の表面から絶縁シート１２を介してヒートシンク１０に伝わり、ヒートシンク１０で放熱される。

上記第１実施形態によると、基板３の表側外面層Ｌ２に設けられたコイルパターン４ｃより、幅が細くて、巻き数が多いコイルパターン４ａ、４ｂが設けられた裏側外面層Ｌ１側に、ヒートシンク１０が設けられている。このため、コイルパターン４ｃよりコイルパターン４ａ、４ｂの方が発熱量が多くても、該コイルパターン４ａ、４ｂで発生した熱を、ヒートシンク１０により効率良く放熱させることができる。

また、表側外面層Ｌ２にあるコイルパターン４ｃの幅を太くしていることで、該コイルパターン４ｃでの発熱量を抑制できるとともに、該コイルパターン４ｃの表面から放熱させ易くすることができる。

よって、複数の層Ｌ１、Ｌ２に幅の異なるコイルパターン４ａ〜４ｃが設けられた基板３の放熱性能を高めることができる。また、コイルパターン４ａ〜４ｃの発熱を許容することができる。

また、裏側外面層Ｌ１のコイルパターン４ａ、４ｂを拡張して、放熱部４ｓ、４ｔを設けている。このため、コイルパターン４ａ、４ｂで発生した熱を、放熱部４ｓ、４ｔに拡散させて、該コイルパターン４ａ、４ｂと放熱部４ｓ、４ｔの表面からヒートシンク１０に伝えて、より放熱させ易くすることができる。

上記第１実施形態では、基板３の裏側外面層Ｌ１側にのみヒートシンク１０を設けた例を示したが、図５〜図７に示す第２実施形態のように、基板３’の裏側外面層Ｌ１’側と表側外面層Ｌ２’側に、それぞれヒートシンク１０、１０’を設けてもよい。以下、第２実施形態による磁気デバイス１’の構造を、図５〜図７を参照しながら説明する。

図５は、磁気デバイス１’の分解斜視図である。図６は、磁気デバイス１’の基板３’の各層の平面図である。図７は、磁気デバイス１’の断面図であって、図６のＹ−Ｙ断面を示している。

図５に示すように、基板３’の裏面をヒートシンク１０の上面（フィン１０ｆと反対側）と対向させ、かつ、基板３’の表面をヒートシンク１０’の下面（フィン１０ｆ’と反対側）と対向させる。そして、各ねじ１１’を、ヒートシンク１０’に設けられた各貫通孔１０ａ’と、スペーサである各スリーブ１３と、基板３’に設けられた各貫通孔３ａとに貫通させて、ヒートシンク１０の各ねじ孔１０ａに螺合する。

これにより、図７に示すように、基板３’の表側外面層Ｌ２’側にヒートシンク１０’が近接状態で固定され、裏側外面層Ｌ１’側にヒートシンク１０が近接状態で固定される。上コア２ａは、ヒートシンク１０’の下側に設けられた凹部１０ｋ’に嵌め込まれる。基板３’とヒートシンク１０、１０’の間には、伝熱性を有する絶縁シート１２、１２’が挟み込まれる。ヒートシンク１０は、本発明の「第１放熱器」の一例であり、ヒートシンク１０’は、本発明の「第２放熱器」の一例である。

前述の基板３と同様に、基板３’には、図６に示すように、スルーホール８ｉ、８ｏ、９ａ、９ｂ、リード端子６ｉ、６ｏ、およびパッド８ｂが設けられている。また、基板３’の各層Ｌ１’、Ｌ２’には、コイルパターン４ａ〜４ｃ、放熱部４ｓ、４ｔ、および放熱パターン５Ｌ_１〜５Ｌ_７、５ｒ_１〜５ｒ_７が設けられている。

また、基板３’には、複数の大径のスルーホール８ｄが設けられている。各スルーホール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の上下端は、絶縁シート１２、１２’と接触している（図７参照）。

図６（ａ）に示すように、裏側外面層Ｌ１’において、コイルパターン４ａの各放熱部４ｓには、パッド８ｃを介して放熱ピン７ａ、７ｃ、７ｅがそれぞれ接続されている。また、コイルパターン４ｂの各放熱部４ｔには、パッド８ｃを介して放熱ピン７ｂ、７ｄ、７ｆがそれぞれ接続されている。放熱ピン７ａ〜７ｆおよびパッド８ｃは、周囲の放熱パターン５Ｌ_１〜５Ｌ_４、５ｒ_１〜５ｒ_４に対して絶縁されている。

図６（ｂ）に示すように、表側外面層Ｌ２’において、左側の放熱パターン５Ｌ_５、５Ｌ_６、５Ｌ_７に対して、放熱ピン７ｃ、７ｅ、７ａとこれらの周囲のパッド８ｃがそれぞれ接続されている。また、右側の放熱パターン５ｒ_５、５ｒ_６、５ｒ_７に対して、放熱ピン７ｄ、７ｆ、７ｂとこれらの周囲のパッド８ｃが接続されている。

つまり、放熱ピン７ｃ、７ｅ、７ａにより、裏側外面層Ｌ１’のコイルパターン４ａと、表側外面層Ｌ２’の放熱パターン５Ｌ_５、５Ｌ_６、５Ｌ_７が接続されている。また、放熱ピン７ｄ、７ｆ、７ｂにより、裏側外面層Ｌ１’のコイルパターン４ｂと、表側外面層Ｌ２’の放熱パターン５ｒ_５、５ｒ_６、５ｒ_７が接続されている。放熱ピン７ａ〜７ｆは、本発明の「放熱用接続部」の一例である。

表側外面層Ｌ２’において、放熱パターン５Ｌ_５〜５Ｌ_７、５ｒ_５〜５ｒ_７と、コイルパターン４ｃとは別体になっていて、絶縁されている。

コイルパターン４ａ〜４ｃに大電流が流れたとき、表側外面層Ｌ２’では、コイルパターン４ｃで発生した熱が、該コイルパターン４ｃの表面から絶縁シート１２’を介してヒートシンク１０’に伝わり、ヒートシンク１０’で放熱される。また、基板３’の熱が、放熱パターン５Ｌ_５〜５Ｌ_７、５ｒ_５〜５ｒ_７の表面から絶縁シート１２’を介してヒートシンク１０’に伝わり、ヒートシンク１０’で放熱される。

裏側外面層Ｌ１’では、コイルパターン４ａ、４ｂで発生した熱が、放熱部４ｓ、４ｔに拡散されて、コイルパターン４ａ、４ｂと放熱部４ｓ、４ｔの表面から絶縁シート１２を介してヒートシンク１０に伝わり、ヒートシンク１０で放熱される。また、コイルパターン４ａ、４ｂで発生した熱が、放熱部４ｓ、４ｔから放熱ピン７ａ〜７ｆを介して表側外面層Ｌ２’の放熱パターン５Ｌ_５〜５Ｌ_７、５ｒ_５〜５ｒ_７に伝わって、該放熱パターン５Ｌ_５〜５Ｌ_７、５ｒ_５〜５ｒ_７に拡散される。そして、その熱が、放熱パターン５Ｌ_５〜５Ｌ_７、５ｒ_５〜５ｒ_７の表面から絶縁シート１２’を介してヒートシンク１０’に伝わり、ヒートシンク１０’で放熱される。

また、裏側外面層Ｌ１’では、基板３’の熱が、放熱パターン５Ｌ_１〜５Ｌ_４、５ｒ_１〜５ｒ_４の表面から絶縁シート１２を介してヒートシンク１０に伝わり、ヒートシンク１０で放熱される。

上記第２実施形態によると、基板３’の裏側外面層Ｌ１’側と表側外面層Ｌ２’側に、それぞれヒートシンク１０、１０’が設けられている。このため、裏側外面層Ｌ１’側だけでなく、表側外面層Ｌ２’においても、コイルパターン４ｃで発生した熱を、ヒートシンク１０’により放熱させ易くすることができる。

また、裏側外面層Ｌ１’のコイルパターン４ａ、４ｂで発生した熱は、ヒートシンク１０で放熱されるだけでなく、放熱ピン７ａ〜７ｆと表側外面層Ｌ２’の放熱パターン５Ｌ_５〜５Ｌ_７、５ｒ_５〜５ｒ_７などを介してヒートシンク１０’に伝わり、ヒートシンク１０’でも放熱される。このため、コイルパターン４ｃよりも発熱量の多いコイルパターン４ａ、４ｂの熱を、両方のヒートシンク１０、１０’により効率良く放熱させることができる。

よって、複数の層Ｌ１’、Ｌ２’に幅の異なるコイルパターン４ａ〜４ｃが設けられた基板３’において、コイルパターン４ａ〜４ｃにより大きな電流が流れても、基板３’の放熱性能を一層高めることができる。また、コイルパターン４ａ〜４ｃの発熱を許容することができる。

本発明では、以上述べた以外にも種々の実施形態を採用することができる。たとえば、以上の実施形態では、基板３、３’の表裏両面に設けた各外面層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ１’、Ｌ２’にコイルパターン４ａ〜４ｃ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。これ以外に、３層以上を有する多層基板において、一方の外面層を含んだ、２層以上にコイルパターンを形成してもよい。

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

また、以上の実施形態では、図４や図７に示したように、コイルパターン４ａ〜４ｃの厚みがほぼ同等になっている例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではなく、コイルパターン４ａ〜４ｃの厚みは異なっていてもよい。また、コイルパターン４ａ〜４ｃの幅が異なる部分の断面積をほぼ同等にしてもよい。

また、図６および図７に示したように、第２実施形態では、裏側外面層Ｌ１’のコイルパターン４ａ、４ｂと、表側外面層Ｌ２’の放熱パターン５Ｌ _５〜５Ｌ _７、５ｒ _５〜５ｒ _７を、スルーホール８ｄに埋設した放熱ピン７ａ〜７ｆ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つの接続手段により、異なる層のコイルパターンと放熱パターンを接続してもよい。

また、以上の実施形態では、基板３の裏側外面層Ｌ１、Ｌ１’にあるコイルパターン４ａ、４ｂを拡張して、放熱部４ｓ、４ｔ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。表側外面層Ｌ２、Ｌ２’にあるコイルパターン４ｃも拡張して、放熱部を設けてもよい。また、コイルパターン４ｃに対応する放熱パターンを裏側外面層Ｌ１、Ｌ１’に設けて、該放熱パターンとコイルパターン４ｃとを放熱ピンなどの接続手段により接続してもよい。

また、以上の実施形態では、放熱器として、ヒートシンク１０、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、１２’を設ける必要はなく、絶縁シート１２、１２’を省略することができる。

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。

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

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

１、１’ 磁気デバイス
２ａ上コア
２ｂ下コア
３、３’ 基板
４ａ、４ｂ、４ｃコイルパターン
４ｓ、４ｔ放熱部
５Ｌ _５、５Ｌ _６、５Ｌ _７、５ｒ _５、５ｒ _６、５ｒ _７放熱パターン
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆ放熱ピン
１０、１０’ ヒートシンク
Ｌ１、Ｌ１’ 裏側外面層
Ｌ２、Ｌ２’ 表側外面層
Ｗ１、Ｗ２コイルパターンの幅

Claims

磁性体から成るコアと、
絶縁体から成り、前記コアが貫通する基板と、
前記基板の所定の層に設けられた、導体から成るコイルパターンと、を備えた磁気デバイスにおいて、
前記基板は、表面と裏面にそれぞれ外面層が設けられ、
前記コイルパターンは、前記基板の一方の外面層と他方の外面層にそれぞれ設けられており、
前記基板の一方の外面層にある前記コイルパターンの幅は、他方の外面層にある前記コイルパターンの幅より細く、
前記一方の外面層側に放熱器が設けられ、
前記他方の外面層にある前記コイルパターンと別体で、前記他方の外面層に設けられた導体から成る放熱パターンと、
前記基板に設けられた導体から成る放熱用接続部と、をさらに備え、
前記一方の外面層にある前記コイルパターンと、前記他方の外面層にある前記放熱パターンとが、前記放熱用接続部を構成する導体で接続されている、ことを特徴とする磁気デバイス。
請求項１に記載の磁気デバイスにおいて、
前記基板の一方の外面層にある前記コイルパターンの巻き数は、他方の外面層にある前記コイルパターンの巻き数より多い、ことを特徴とする磁気デバイス。
請求項１または請求項２に記載の磁気デバイスにおいて、
前記一方の外面層にある前記コイルパターンを部分的に拡張することにより、当該一方の外面層に、導体から成る放熱部を設けた、ことを特徴とする磁気デバイス。