JP6489896B2 - 電子モジュール - Google Patents

Description

本発明は、電子モジュールに関し、詳しくは、コア及びコイルが組み込まれている多層基板を有する電子モジュールに関する。

基板に各種電子部品を実装して形成する電子モジュールの一種としてＤＣ−ＤＣコンバーターが知られている。一般的なＤＣ−ＤＣコンバーターでは、磁性材料からなるコアとコイルとが組み合わされてなるコアコイル部品であるトランスやインダクタが基板上に表面実装されている。

近年、ＤＣ−ＤＣコンバーターが組み込まれる機器において、薄型化並びに小型化が重要な課題となっている。このため、ＤＣ−ＤＣコンバーターにおいても、小型化が望まれている。

そこで、ＤＣ−ＤＣコンバーターに実装される電子部品のうち、比較的高さが高い部品であるコアコイル部品の薄型化が試みられている。ここで、高さを抑えたトランスとして、薄型の積層シートコイルを複数枚積層して形成される積層コイルを採用したトランスがある。このようなトランスとしては、例えば、特許文献１に示される電子回路装置に搭載されているトランスが知られている。

この特許文献１に開示されているトランスは、各積層シートコイルに設けられている導電体の電気的接続が、各積層シートコイルに設けられた接続孔に埋設された接続孔配線（スルーホール配線又はビア配線）を通じて行われている。

ところで、ＤＣ−ＤＣコンバーターにおいては、更なる薄型化に対応すべく、上記したようなトランスをＤＣ−ＤＣコンバーターの多層基板に直接組み込むことが試みられている。詳しくは、ＤＣ−ＤＣコンバーターのベースとなる多層基板における所定の領域に、コアが挿通されるコア挿通孔を設け、このコア挿通孔を囲むように各層にコイルの一部となるコイル配線パターンを形成する。そして、各層のコイル配線パターンは、特許文献１のトランスと同様に、各層に設けられた接続孔に埋設された接続孔配線、すなわち、スルーホール配線又はビア配線を通じて電気的に接続する。これにより多層基板内にコイルが形成される。そして、上記したコア挿通孔にコアが挿通されることにより、多層基板にトランスが形成される。この場合、トランスが多層基板に直接組み込まれるので、厚さ方向の寸法が更に短縮化され、ＤＣ−ＤＣコンバーターの薄型化に貢献する。

特開２０１２−１３４２９１号公報

上記したようなトランスが組み込まれている多層基板においては、各層のコイル配線パターンをつなぐスルーホール配線等は、通常、他の電子部品が実装される領域に形成されており、他の電子部品は、これらスルーホール配線の上を避けて実装されている。

ところで、ＤＣ−ＤＣコンバーターにおいては、小型化及び実装する電子部品の高密度化も要望されている。しかしながら、上記のようにスルーホール配線等が電子部品の実装領域に存在していると、電子部品の実装に活用できる基板表面の面積が減少し、これらの要望に応えるのは難しい。

そこで、上記したスルーホール配線等の代わりに、コア挿通孔の内壁面に、いわゆる端面スルーホールを形成し、この端面スルーホールにより各層のコイル配線パターンを電気的に接続することが行われている。この場合、他の電子部品の実装を阻害しないので、ＤＣ−ＤＣコンバーターの小型化及び高密度実装に貢献する。

しかしながら、端面スルーホールは、コアに臨んでいるので、コアと接触して短絡を起こすおそれがある。また、コア挿通孔の内壁面は、円柱状のコアの外形に沿うように曲面となっている。このような曲面部分に端面スルーホールを形成すると、その形成の過程でバリが出やすく、端面スルーホールの導電体部分を含むバリが生じると、短絡を更に起こし易くなる。

本発明は、上記の事情に基づいてなされたものであり、その目的とするところは、コアと端面スルーホールとの短絡の発生を抑制できる電子モジュールを提供することにある。

本発明は、コア挿通孔が形成され、多数の配線層が積層されてなる多層基板と、磁性材料で形成され、前記コア挿通孔に挿通されるコアと、を備え、前記多層基板は、前記配線層のそれぞれにおける前記コア挿通孔を囲む位置に形成された複数のコイル配線パターンと、前記コア挿通孔の内壁面に形成され、前記複数のコイル配線パターンを電気的に接続してコイルを形成する端面スルーホールと、を含み、前記コア挿通孔は、平面視が多角形形状をなし、その多角形形状の辺に相当する部分の内壁面に凹部が設けられており、前記凹部に前記端面スルーホールが形成されている、電子モジュールである。

コア挿通孔は、平面視が多角形形状をなしている。そのため多層基板にコア挿通孔を形成する際に、その切断面は直線状になるので、コア挿通孔の内壁面の端面スルーホールが形成された部分に導電体のバリが生ずる虞を低減することができる。それによってコア挿通孔の内壁面に形成された端面スルーホールにコアの外周面が接する虞を低減することができる。

更に、コア挿通孔は、その多角形形状の辺に相当する部分の内壁面に凹部が設けられている。そして、端面スルーホールは、コア挿通孔の内壁面の凹部に形成されている。つまり、端面スルーホールは、コア挿通孔に挿通されるコアの外周面から離間した位置に位置付けられることになる。それによってコア挿通孔の内壁面に形成された端面スルーホールにコアの外周面が接する虞を更に低減することができる。

これにより本発明によれば、コア挿通孔の内壁面に形成された端面スルーホールにコアの外周面が接することによってコアと端面スルーホールとが短絡する虞を低減することができるという作用効果が得られる。

本発明によれば、コア挿通孔の内壁面に形成された端面スルーホールにコアの外周面が接することによってコアと端面スルーホールとが短絡する虞を低減することができる。

本発明の実施形態に係る電子モジュールを示した斜視図である。 コアの構造を示した斜視図である 第１層目のコアコイル領域を示した平面図である。 第２層目のコアコイル領域を示した平面図である。 第３層目のコアコイル領域を示した平面図である。 貫通孔が形成された中間製品を示した平面図である。 貫通孔が形成された第１層目のコアコイル領域を示した平面図である。 貫通孔が形成された第２層目のコアコイル領域を示した平面図である。 貫通孔が形成された第３層目のコアコイル領域を示した平面図である。 端面スルーホールが形成された回路基板を示した平面図である。

本発明を適用した電子モジュールとしてのＤＣ−ＤＣコンバーター（以下、コンバーターという）２の形態について、図面を参照しながら以下に説明する。

図１に示すように、コンバーター２は、回路基板４と、この回路基板４の表面に実装されている電子部品６と、この回路基板４の一部に組み込まれているコアコイル領域８とを有している。

回路基板４は、ウェハース状に絶縁体と配線パターンとが積み重ねられてなる多層基板である。そして、この回路基板４の表面に実装された電子部品６は、コンバーター２を構成するために必要な機能を備えた各種の電子機能部品（ＬＳＩ等）である。

コアコイル領域８は、図１において、仮想線で囲まれた部分であり、インダクタの機能を発揮する。この部分においては、回路基板４の内部にコイルが設けられており、このコイルと協働してインダクタを形成するコア１２が回路基板４に嵌め込まれている。

コア１２は、フェライトからなり、図２に示すように、蓋板１４と本体１６とを有している。

蓋板１４は、図２（ａ）に示すように、平面視形状が扁平な八角形をなした板状体である。

本体１６は、図２（ｂ）に示すように、平面視形状が蓋板１４と同様な八角形をなしている底板１８と、この底板１８の中心に設けられた円柱状の中心軸２０と、この中心軸２０を囲むように底板１８の側面から上方へ延びる一対の側壁２２、２４とを有している。これら蓋板１４と本体１６とは、重ね合わされ、例えば、接着剤で固定されることにより、図２（ｃ）に示すようなコア１２となる。

このコア１２は、回路基板４におけるコアコイル領域８の所定位置に設けられた中心軸用挿通孔２６及び側壁用切欠２８、３０に中心軸２０及び側壁２２、２４がそれぞれ嵌め込まれ、その状態で、蓋板１４が本体１６に固定されることにより、回路基板４に組み込まれる。

次に、回路基板４内に設けられているコイルについて説明する。このコイルの態様については、コアコイル領域８の製造の手順を説明することにより明らかとなるので、斯かる製造の手順と併せて説明する。

回路基板４は、一般的な多層基板の製造方法、例えば、ビルドアップ工法により製造される。ここで、上記した絶縁体の素材としては、例えば、エポキシ樹脂やポリイミドが用いられ、配線パターンの素材としては、例えば、銅が用いられる。

まず、ビルドアップ工法により、各層に配線パターンが形成された回路基板４の中間製品７２を得る。

この中間製品７２では、上記した多層基板の製造過程において、他の配線パターンと同時にコアコイル領域８にコイル配線パターン３２が設けられる。各層のコイル配線パターン３２及びその周囲の態様について以下に説明する。ここで、本実施形態におけるコイルは、３層のコイル配線パターン３２を有している。

第１層目のコアコイル領域８に相当する部分には、図３に示すように、コア１２の側壁２２、２４が挿通される側壁用切欠２８、３０が設けられており、これら側壁用切欠２８、３０の間に位置付けられた絶縁体からなるコイル形成部３４が存在している。このコイル形成部３４には、その中央にコア１２の中心軸２０が挿通される中心軸用挿通孔２６が形成される予定の孔形成予定部３６が存在している。

ここで、孔形成予定部３６すなわち中心軸用挿通孔２６の形状について説明する。この中心軸貫通孔２６は、多角形形状をなしており、本実施形態では、略八角形をなしている。詳しくは、八角形の８つの辺のうち、左斜め下及び右斜め下に位置付けられる２つの辺３８、４０がコア１２の中心軸２０から離れる方向、すなわち、中心軸２０の径方向外側に向かって退避するように設けられている。つまり、斯かる退避した２つの辺３８、４０の部分は、中心軸用挿通孔２６にコア１２の中心軸２０が挿通された際に、中心軸２０と接触することを避けることができる位置に位置付けられている。ここで、図３中において左側の退避した辺を第１退避辺３８とし、右側の退避した辺を第２退避辺４０とする。なお、これら退避した２つの辺の部分以外の辺の部分はコア１２の中心軸２０とは接触しても構わない。

第１層目のコイル形成部３４には、上記した孔形成予定部３６を囲むように螺旋状の第１コイル配線４２が形成されている。この第１コイル配線４２は、コイル形成部３４の付け根の左側に位置付けられている基端部４４から右回りに延びるようにコイル形成部３４を螺旋状に１周し、その先端部４６が巻き始めの基端部４４の付近、すなわち上記した第１退避辺３８とオーバーラップする位置に位置付けられている。この先端部４６は第１接続部４８となる。なお、第１コイル配線４２の基端部４４は、回路基板４の所定の配線パターン５０とつながっている。

第２層目のコアコイル領域８に相当する部分には、図４に示すように、第１層目と同じく側壁用切欠２８、３０及びコイル形成部３４が設けられている。第２層目における第２コイル配線５２は、図４に示すように、第１層目の孔形成予定部３６と同じ形状の孔形成予定部３６を囲むようにコイル形成部３４の上に設けられている。但し、この第２コイル配線５２は、図４から明らかなように、一部がストレートに切り欠かれたストレート切欠５４を有する環状をなしている。そして、このストレート切欠５４の左右両側には、第１退避辺３８及び第２退避辺４０とオーバーラップするように孔形成予定部３６側にせり出した左側せり出し部５６及び右側せり出し部５８が設けられている。ここで、左側せり出し部５６は第２接続部６０となり、右側せり出し部５８は第３接続部６２となる。

第３層目のコアコイル領域８に相当する部分には、図５に示すように、第１層目及び第２層目と同じく側壁用切欠２８、３０及びコイル形成部３４が設けられている。第３層目のコイル形成部３４には、上記した第１層目の孔形成予定部３６と同形状の孔形成予定部３６を囲むように螺旋状の第３コイル配線６４が形成されている。この第３層目における第３コイル配線６４は、図５から明らかなように、コイル形成部３４の付け根の右側に位置付けられている基端部６６から左回りに延びるようにコイル形成部３４を螺旋状に１周し、その先端部６８が巻き始めの基端部６６の付近、すなわち上記した第２退避辺４０とオーバーラップする位置に位置付けられている。この先端部６８は第４接続部７０となる。なお、第３コイル配線６４の基端部６６は、回路基板４の所定の配線パターン５１とつながっている。

以上のように、中間製品７２のコアコイル領域８においては、これら第１コイル配線４２、第２コイル配線５２及び第３コイル配線６４が、それぞれの間に絶縁体（コイル形成部３４）を介在させた状態で、この順番に積層されて一体化されている。そして、第１コイル配線４２の第１接続部４８と第２コイル配線５２の第２接続部６０とがオーバーラップし、第２コイル配線５２の第３接続部６２と第３コイル配線６４の第４接続部７０とがオーバーラップしている。

このような状態の中間製品７２に対しては、次いで、孔あけ加工が施される。詳しくは、上記した孔形成予定部３４の第１退避辺３８と重なる位置に第１層目から第３層目にかけて貫かれる第１貫通孔７４を設けるとともに、上記した孔形成予定部３４の第２退避辺４０と重なる位置に第１層目から第３層目にかけて貫かれる第２貫通孔７６を設ける。

本実施形態においては、図６に示すように、第１退避辺３８に沿って円形の貫通孔７８を複数個穿設していく。このとき、各貫通孔７８は互いに部分的に重なるように設けるとともに、各貫通孔７８の中心が第１退避辺３８上に位置するようにする。第２退避辺４０の部分についても第１退避辺３８の部分と同様にして円形の貫通孔７８を複数個穿設していく。これにより、中間製品７２には、長孔形状の第１貫通孔７４及び第２貫通孔７６が形成される。これらの第１貫通孔７４及び第２貫通孔７６が設けられた各層の態様を図７〜９に示す。

第１層目においては、図７から明らかなように、第１接続部４８の部分に第１貫通孔７４が位置付けられている。これにより、第１接続部４８の第１コイル配線４２は、第１貫通孔７４の内壁にて露出することになる。一方、第２貫通孔７６は、第１コイル配線４２と重なることなく、コイル形成部３４の所定位置に位置付けられている。

第２層目においては、図８から明らかなように、第２接続部６０の部分に第１貫通孔７４が位置付けられ、第３接続部６２の部分に第２貫通孔７６が位置付けられている。そして、第２コイル配線５２は、第１貫通孔７４の内壁及び第２貫通孔７６の内壁にて露出することになる。

第３層目においては、図９から明らかなように、第４接続部７０の部分に第２貫通孔７６が位置付けられている。これにより、第４接続部７０の第３コイル配線６４は、第２貫通孔７６の内壁にて露出することになる。一方、第１貫通孔７４は、第３コイル配線６４と重なることなく、コイル形成部３４の所定位置に位置付けられている。

次に、第１貫通孔７４及び第２貫通孔７６の内壁に、公知の方法にて、銅めっきが施され、導通ビアが形成される。この導通ビアは、各層間の配線を電気的に接続する。本実施形態においては、第１コイル配線４２の第１接続部４８と第２コイル配線５２の第２接続部６０とが、第１貫通孔７４の導通ビアにより電気的に接続される。更に、第２コイル配線５２の第３接続部６２と第３コイル配線６４の第４接続部７０とが、第２貫通孔７６の導通ビアにより電気的に接続される。これにり、第１コイル配線４２、第２コイル配線５２及び第３コイル配線６４が電気的につながり、３層のコイル配線パターン３２が連結されて３巻きのコイルが形成される。

次に、コイルが形成された中間製品７２の孔形成予定部３６に打ち抜き加工を施し、中心軸用挿通孔２６を設ける。ここで、中心軸用挿通孔２６の形状は、上記したように、第１退避辺３８及び第２退避辺４０を有する略八角形形状である。そして、第１退避辺３８及び第２退避辺４０の部分が第１貫通孔７４及び第２貫通孔７６の部分に重なるので、第１貫通孔７４及び第２貫通孔７６は略半分が削り取られ、いわゆる端面スルーホール７８、７８が形成される。つまり、八角形形状の辺に相当する部分の内壁面に凹部７７が設けられ、この凹部７７に端面スルーホール７８が形成される。ここで、端面スルーホールとは、基板の端面に設けられた凹溝を導電体で覆い、各層の回路パターン間を電気的に接続する層間配線のことをいう。

このようにして、中心軸用挿通孔２６が形成された中間製品７２には、まず、コア１２の本体１６の中心軸２０が中心軸用挿通孔２６に挿通されるとともに側壁２２、２４が側壁用切欠２８、３０に挿通される。その後、回路基板４の上面から突出した中心軸２０及び側壁２２、２４の上部に蓋板１４が接着固定され、コア１２が回路基板４に組み込まれる。これにより、回路基板４にインダクタが形成される。

その後、回路基板４に他の電子部品６等が実装されることにより、本発明に係るコンバーター２が得られる。

本発明に係るコンバーター２の回路基板４においては、図１０から明らかなように、中心軸用挿通孔２６が、従来のような円形ではなく、直線的な辺からなる略八角形（多角形）であるので、端面スルーホール７８を直線部分に形成することができるため、打ち抜きの際にバリの発生を抑制することができる。

また、端面スルーホール７８を他の電子部品６が実装される部分ではなく、中心軸用挿通孔２６の縁に形成しているので、他の電子部品６を実装できる部分の面積を広くとれる。このため、回路基板４の小型化及び実装する電子部品の実装密度を高めることに貢献する。

更に、端面スルーホール７８は、八角形形状の中心軸用挿通孔２６における退避した辺の部分に形成されている。つまり、八角形形状の中心軸用挿通孔２６において、その八角形形状の辺に相当する部分の内壁面に設けられた凹部７７に端面スルーホール７８が設けられている。これにより、端面スルーホール７８は、コア１２の中心軸２０から離れる方向に退避した位置に位置付けられることになる。その結果、端面スルーホール７８とコア１２の中心軸２０との間にギャップｇを設けることができ、コア１２と端面スルーホール７８との短絡を防止することができる。

なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上記した実施形態では、中心軸用挿通孔の形状を八角形状としたが、角の数は特に限定されず、八角よりも角が多い多角形でも、八角よりも角が少ない多角形でも構わない。これらの場合、多角形形状の辺に相当する部分の内壁面に凹部が設けられており、この凹部に端面スルーホールが形成されていればよい。

２ コンバーター
４ 回路基板
６ 電子部品
８ コアコイル領域
１２ コア
２０ 中心軸
２２、２４ 側壁
２６ 中心軸用挿通孔
３２ コイル配線パターン
３８ 第１退避辺
４０ 第２退避辺
４２ 第１コイル配線
４８ 第１接続部
５２ 第２コイル配線
６０ 第２接続部
６２ 第３接続部
６４ 第３コイル配線
７０ 第４接続部
７７ 凹部
７８ 端面スルーホール

Claims (1)

1. コア挿通孔が形成され、多数の配線層が積層されてなる多層基板と、
   磁性材料で形成され、前記コア挿通孔に挿通されるコアと、を備え、
   前記多層基板は、前記配線層のそれぞれにおける前記コア挿通孔を囲む位置に形成された複数のコイル配線パターンと、前記コア挿通孔の内壁面に形成され、前記複数のコイル配線パターンを電気的に接続してコイルを形成する端面スルーホールと、を含み、
   前記コア挿通孔は、平面視が多角形形状をなし、その多角形形状の角と角との間の直線的な辺に相当する部分の内壁面に凹部が設けられており、前記凹部に前記端面スルーホールが形成されている、電子モジュール。

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