JP6678725B1 - 変圧器回路板の作製方法とその変圧器 - Google Patents

Abstract

【課題】変圧器回路板の作製方法を提供する。【解決手段】複数の金属回路板は、金型によってプレス加工して形成され、各金属回路板には、軸穴が同軸に設けられているプレス加工ステップＳ１と、二つの外絶縁層の間に、これらの金属回路板を重なる一回目の積上げステップＳ２と、熱圧方式により、互いに隣接する、各外絶縁層と各裏絶縁層とを結合して、二つの外絶縁層の間に、これらの金属回路板を固定する一回目の圧合ステップＳ３と、各外絶縁層の外側に、内側にある各金属回路板の軸穴に位置合わせて、再度に金属回路板を積上げる二回目の積上げステップＳ４と、熱圧方式により、二つの外絶縁層上に位置するこれらの金属回路板を緊密に結合して、各外絶縁層に溶接防止グリーン塗装層を形成して、切断して変圧器回路板を形成する二回目の圧合ステップＳ５と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、変圧器回路板の作製方法とその変圧器に関するものである。

変圧器の作製プロセスでは、要求される、パワー、電圧、電流、インダクタンス、漏れインダクタンス、磁気飽和および効率などの要求特性、及び回路レイアウトによって、銅線の直径、回路の巻き数および複数の互いに異なる巻き線が設計されることが一般的である。

従来の変圧器回路板の回路の作製プロセスでは、写真技術によって回路が作製される。このような作製プロセスでは、銅箔に対して、露光、現像、エッチング、穴開け及びメッキが行われ、各層に必要な回路が作製され、圧着技術により各層間の回路が圧着されて一つのプリント回路板になって、磁気コアに組付けられる。
回路を作製する過程中には、化学薬液により銅箔の表面がエッチングされる。

しかし、エッチング時には、サイドエッチング効果が発生しやすい。すなわち、回路の上層を腐蝕する時間がより長くて、底部を腐蝕する時間がより短いため、回路は、上に狭くて下に広いという状況を生じやすい。このサイドエッチング効果により、銅箔の回路は線径が異常となって、変圧器の特性が悪化する。
具体的には、銅箔の表面に発生するサイドエッチング効果により、圧着工程において、樹脂の流量が均一になりにくくて、各層の銅箔に、欠陥を生じやすい。
更に、気泡が発生し、又は貼付けが不良となって、層間が分離して不良品となることがある。これにより、当業者は作製プロセスを安定化することができない。
銅箔の回路の作製プロセスは、複雑であり、また多種の化学薬剤を利用することが必要なため、作業環境の危険性が増大する。
また、化学薬剤によるエッチングでは、回路の作製を効果的にコントロールすることができず、更に、銅箔にサイドエッチング効果が発生して、変圧器回路板の作製効率および良品率が低下する。
なお、従来技術における回路の作製プロセスは、例えば特許文献１に記載されている。

特開２０１８−１１０１３号公報

本発明の主な目的は、銅箔上の回路をプレス加工によって成形し、化学薬剤による露光、現像、及びエッチングなどのステップを行わないことにより、銅箔にサイドエッチング効果を発生させずに、変圧器回路板の作製プロセスの良品率を増加させることが可能な変圧器回路板の作製方法を提供することにある。

本発明の変圧器回路板の作製方法は、プレス加工ステップと、一回目の積上げステップと、一回目の圧着ステップと、二回目の積上げステップと、二回目の圧着ステップと、を含むことを特徴とする。
プレス加工ステップでは、複数の金属回路板は、それぞれ金型によってプレス加工されて形成され、各金属回路板には、軸穴が同軸に設けられ、各金属回路板の形状は同じ又は異なる。
一回目の積上げステップでは、二つの外絶縁層の間に、これらの金属回路板が重ねられ、各軸穴により位置合わせされ、隣接する二つの金属回路板の間に裏絶縁層がそれぞれ設けられ、これにより、複数層が交錯して重なりあい金属回路板と裏絶縁層とが形成される。
一回目の圧着ステップでは、熱圧方式により、互いに隣接する、各外絶縁層と各裏絶縁層とが溶融されて結合されて、二つの外絶縁層の間に、これらの金属回路板が固定される。
二回目の積上げステップでは、一回目の圧着ステップの後、各外絶縁層の外側に、内側に位置する各金属回路板の軸穴に位置合わせされ、再度金属回路板が積上げられる。
二回目の圧着ステップでは、同じように熱圧方式により、二つの外絶縁層上に位置するこれらの金属回路板が緊密に結合されて、熱圧処理の後、スクリーン印刷を施されることにより、各外絶縁層に溶接防止グリーン塗装層が形成され、変圧器回路板が形成される。

本発明の変圧器回路板の作製方法によると、
一回目の積上げステップと二回目の積上げステップとにおいて、各層のこれらの金属回路板は、互いに位置合わせされて積上げられて、Ｘ線により、各層の金属回路板の相対位置および回路がずれるかどうかが検査されて補正されることを特徴とする。

本発明の変圧器回路板の作製方法によると、
二回目の積上げステップにおいて、
これらの金属回路板は、第１の金属回路板と、第２の金属回路板と、第３の金属回路板と、第４の金属回路板と、を含み、
第１の金属回路板と第４の金属回路板とは、それぞれ二つの外絶縁層の外側に位置し、
第２の金属回路板と第３の金属回路板とは、二つの外絶縁層の内側に設けられており、
二つの外絶縁層の間で順次に重なり、
裏絶縁層は、第２の金属回路板と第３の金属回路板との間に設けられており、
金属回路板と外絶縁層および裏絶縁層は交錯して重なっており、
第１の金属回路板と第４の金属回路板との重なり構造は互いに逆であり、
第２の金属回路板と第３の金属回路板との重なり構造は互いに逆である。

本発明の変圧器回路板の作製方法によると、
二回目の圧着ステップの後に、更に穴開けステップを含む。
穴開けステップは、各金属回路板の回路構造に配線が通過する導通穴が開けられて、各外絶縁層に溶接防止グリーン塗装層が印刷され、各導通穴に接合ピンが半田付けされ、これにより、各金属回路板が接合されて固定される。

また、各接合ピンは、上から下へ拡径する形状を呈し、各接合ピンの表面には、半田の各導通穴への流れ込みを容易にする導流溝が設けられており、導流溝は螺旋状を呈する。

本発明の変圧器回路板の作製方法によると、
複数層が交錯して重なりあい、金属回路板、外絶縁層、及び裏絶縁層において、各層の金属回路板は、水平方向に沿って等距離に複数枚敷かれており、隣り合う層にあるこれらの金属回路板は、互いに位置合わせされて積上げられることにより、一回で複数の変圧器回路板が作製される。

本発明の変圧器回路板の作製方法とその変圧器によれば、次のような効果がある。
（１）本発明に係る金属回路板１０は、金型によってスタンピングすることにより成形される。従来のように、化学薬剤により、露光、現像、及びエッチングなどのステップが行われないため、銅箔にサイドエッチング効果が発生することがない。また、本発明により、変圧器回路板１００の良品率を増加させることが可能であり、各金属回路板１０での回路の一致性がもっと高くなり、全体の生産効率が向上する。

（２）積上げる過程中に、補正および位置合わせが精密に行われることにより、各層の金属回路板１０が互いに位置合わせされる。これにより、金属回路板１０の位置ずれを防止することが可能であり、従来の方法で金属回路板１０の回路が作製されるときに発生するサイドエッチング効果を効果的に無くすことが可能である。また、変圧器回路板１００と磁気コアとから構成される変圧器は、漏れインダクタンスが低く、電磁シールドの効果が良い。

本発明に係る変圧器回路板の作製方法を示すフローチャートである。 本発明に係る単一の変圧器回路板を示す上面図である。 本発明に係る各層の金属回路板の構成を示す上面図である。 本発明に係る一回目の積上げステップを実施する動作を示す断面図である。裏絶縁層の両側に第２の金属回路板および第３の金属回路板が重なることを示す。 本発明に係る一回目の積上げステップを実施する動作を示す断面図である。第２の金属回路板と第３の金属回路板とに二つの外絶縁層がそれぞれ敷かれることを示す。 本発明に係る一回目の圧着ステップを実施する動作を示す断面図である。 本発明に係る一回目の圧着ステップを実施した後の状態を示す断面図である。 本発明に係る二回目の積上げステップを実施する動作を示す断面図であって、外絶縁層に第１の金属回路板および第４の金属回路板をそれぞれ重なることを示す。 本発明に係る二回目の圧着ステップを実施する動作を示す断面図である。 本発明に係る穴開けステップを実施する動作を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１から図１０を参照する。本発明に係る変圧器回路板の作製方法は、
プレス加工ステップＳ１と、
一回目の積上げステップＳ２と、
一回目の圧着ステップＳ３と、
二回目の積上げステップＳ４と、
二回目の圧着Ｓ５ステップと、
穴開けステップＳ６と、を含む。

プレス加工ステップＳ１は、図１から図３に示すように、プレス加工によって複数の金属回路板１０をそれぞれ形成する。各金属回路板１０の形状は、同じでもいいし、異なってもよい。
本実施形態では、各金属回路板１０は自己粘着性を有する銅箔である。各金属回路板１０をスタンピングする金型は、ＣＮＣ旋盤またはレーザー彫刻機によって作製される。各金属回路板１０の中心には、軸穴１０１が同軸に設けられている。異なる金属回路板１０は、その内部の回路が積上げの順序によって異なる。

一回目の積上げステップＳ２は、図１から図５に示すように、各層の金属回路板１０が、複数個が水平方向に沿って等距離に敷かれ、何れかの隣り合う層の金属回路板１０が互いに位置合わせされて積上げられる。これにより、一回で複数の変圧器回路板１００を作製することが可能である。このように、全体の作製効率を大幅に増加することが可能である。
しかし、本実施の形態では、単一の変圧器回路板１００を作製する態様について説明する。
変圧器回路板１００の一回目の積上げステップＳ２は、まず、二つの外絶縁層２０の間に複数の金属回路板１０が縦方向に沿って重ねられ、各金属回路板１０に設けられている各軸穴１０１によって互いに位置合わせされる。何れかの隣り合う金属回路板１０の間には、裏絶縁層２１がそれぞれ設けられている。これにより、複数層が交錯して重なり合う金属回路板１０及び裏絶縁層２１を形成することが可能である。
本実施形態では、二つの外絶縁層２０の間には、二層の金属回路板１０が積上げられている。また、二つの金属回路板１０の間には、単一の裏絶縁層２１が設けられている。しかし、本発明は、これらに限定されない。
もちろん、二つの外絶縁層２０の間には、必要に応じて、二層以上の金属回路板１０が積上げられてもよい。
外絶縁層２０と裏絶縁層２１とは、面積および厚さが一致するガラス繊維樹脂シートであってもよい。

特に、各層間の金属回路板１０の上下の位置合わせが極めて重要であり、ずれていると回路間を導通することができないため、各層の自己粘着性を持つ金属回路板１０は、人手または自動化設備により積上げられる。
人手による積上げの場合は、作業者は、敷こうとする相対位置を、製造ラインの回路映像と１：１で対応する裏絶縁層２１の両側面に赤外線を投影して位置決めして、人手で位置合わせすることにより、各裏絶縁層２１の指定位置に自己粘着性を持つ各金属回路板１０を貼り付けて、最後に、各金属回路板１０に外絶縁層２０をそれぞれ敷くことにより、二つの外絶縁層２０の間に、各金属回路板１０を順に重ねる。
自動化設備による積上げの場合は、自動化設備に設けられているロボットにより、自己粘着性を持つ各金属回路板１０をクランプして、各裏絶縁層２１の設定された相対位置に貼り付けることにより、二つの金属回路板１０が精確に位置合わせされるように重ねられる。最後に、ロボットが、各金属回路板１０に外絶縁層２０を敷く。

次に、一回目の圧着（図では「圧合」）ステップＳ３は、図１及び図６に示すように、熱圧機４０による熱圧により、二つの外絶縁層２０の間に重なった金属回路板１０と、それらに隣接する、外絶縁層２０と、裏絶縁層２１とを溶融して結合する。これにより、金属回路板１０が二つの外絶縁層２０の間に固定され、溶融して結合された外絶縁層２０及び裏絶縁層２１の分布が均一であることを確保することが可能である。

二回目の積上げステップＳ４は、図１、図７及び図８に示すように、一回目の圧着ステップＳ３の後、上記の人手による方式または自動化設備方式により、二つの外絶縁層２０の外側面に、内側にある各金属回路板１０の軸穴１０１に位置合わせして、もう一つの金属回路板１０を重ね、また絶縁層を敷かないことにより、金属回路板１０が４層に積上がった構造を形成する。
本実施の形態では、積上げた後、Ｘ線により、各層間の金属回路板１０の積上げ位置および回路がずれたかどうかを検査して補正する。これにより、各層間の金属回路板１０の重なり位置の精確度を増加することが可能である。

また、本発明に係る金属回路板１０は、第１の金属回路板１１と、第２の金属回路板１２と、第３の金属回路板１３と、第４の金属回路板１４と、を含む。
第１の金属回路板１１と第４の金属回路板１４とは、それぞれ二つの外絶縁層２０の外側に位置する。第２の金属回路板１２と第３の金属回路板１３とは、二つの外絶縁層２０の内側に順次に設けられており、裏絶縁層２１の両側面に位置する。これにより、裏絶縁層２１は第２の金属回路板１２と第３の金属回路板１３との間に位置する。
第１の金属回路板１１の回路レイアウトは、第４の金属回路板１４の回路レイアウトと同じである。第２の金属回路板１２の回路レイアウトは、第３の金属回路板１３の回路レイアウトと同じである。しかし、第１の金属回路板１１の回路レイアウトは、第２の金属回路板１２の回路レイアウトと異なる。
図２、図３及び図８に示すように、金属回路板１０が各外絶縁層２０及び各裏絶縁層２１に交錯に重ねられると、第１の金属回路板１１と第４の金属回路板１４とは、水平方向において、ミラー対称的である。第２の金属回路板１２と第３の金属回路板１３とは、水平方向において、ミラー対称的であるため、縦方向に沿って重ねられると、第１の金属回路板１１と第４の金属回路板１４との構造は、互いに逆に設置され、第２の金属回路板１２と第３の金属回路板１３との構造は、互いに逆に設置される。

同じように、二回目の圧着（図では「圧合」）ステップＳ５は、図１及び図９に示すように、熱圧機４０による熱圧により、第１の金属回路板１１と第４の金属回路板１４とは、それぞれ二つの外絶縁層２０に緊密に粘着する。

必要に応じて、配線を通過させるために、層間に複数の導通穴を穴開ける穴開けステップＳ６は、図１０に示すように、自動穴開け機により、各金属回路板１０の回路構造に対して導通穴を穴開けて、水平メッキ設備により、各層の金属回路板１０の導通穴に対してメッキをした後、各外絶縁層２０の外側面に溶接防止インクを塗布してスクリーン印刷を行う。これにより、各外絶縁層２０に溶接防止グリーン塗装層３０が形成され、露呈する外絶縁層２０の外側にある金属回路板１０を保護することが可能である。また、スクラッチによる短絡および断線を回避することが可能であり、溶接防止効果を達成することも可能である。
次に、溶接防止グリーン塗装層３０に酸化防止層をメッキすることにより、露呈する溶接防止グリーン塗装層３０及び導通穴が酸化することを防止することが可能である。これにより、半田付け作業は容易となる。
次に、成形機により、全体の金属回路板１０が切断されると、設計された寸法通りの変圧器回路板１００が得られる。

この後、各導通穴に接合ピン５０を半田付けることにより、変圧器回路板１００の構造を固定する。
本実施形態では、各接合ピン５０は、ほぼ上から下へ拡径する形状を呈し、その表面には、半田の各導通穴への流れ込みを容易にする導流溝５１が設けられている。導流溝５１は螺旋状を呈する。

最後に、粘着方式により、磁気コアに変圧器回路板１００を結合して変圧器を構成する。
次に、前記変圧器に対して、各テスト機器により、インダクタンス、巻き数比、漏れインダクタンス、電圧値、耐高圧などの特性をテストする。
以上により、漏れインダクタンスが低く、電磁シールドの効果が良い変圧器を得ることが可能である。

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１０ 金属回路板
１１ 第１の金属回路板
１２ 第２の金属回路板
１３ 第３の金属回路板
１４ 第４の金属回路板
２０ 外絶縁層
２１ 裏絶縁層
３０ 溶接防止グリーン塗装層
４０ 熱圧機
５０ 接合ピン
５１ 導流溝
１００ 変圧器回路板
１０１ 軸穴
Ｓ１ プレス加工ステップ
Ｓ２ 一回目の積上げステップ
Ｓ３ 一回目の圧着ステップ
Ｓ４ 二回目の積上げステップ
Ｓ５ 二回目の圧着ステップ
Ｓ６ 穴開けステップ

Claims (5)

1. 複数の金属回路板がそれぞれ金型によってプレス加工して形成され、各前記金属回路板には軸穴が同軸に設けられ、各前記金属回路板の形状は同じ又は異なるプレス加工ステップと、
   二つの外絶縁層の間に、これらの前記金属回路板が重ねられ、各前記軸穴により位置合わせられ、隣接する二つの金属回路板の間に裏絶縁層がそれぞれ設けられ、これにより複数層が交錯して重なる前記金属回路板と前記裏絶縁層とが形成される一回目の積上げステップと、
   熱圧方式により、互いに隣接する各前記外絶縁層と各前記裏絶縁層とが溶融されて結合されて、前記二つの外絶縁層の間に、これらの前記金属回路板が固定される一回目の圧着ステップと、
   前記一回目の圧着ステップの後、各前記外絶縁層の外側に、内側に位置する各前記金属回路板の軸穴に位置合わせされて、再度前記金属回路板が積上げられる二回目の積上げステップと、
   同じように熱圧方式により、前記二つの外絶縁層上に位置するこれらの前記金属回路板が緊密に結合されて、熱圧の後、スクリーン印刷されることにより、各前記外絶縁層に溶接防止グリーン塗装層が形成され、変圧器回路板が形成される二回目の圧着ステップと、
   を含むことを特徴とする変圧器回路板の作製方法。
2. 前記一回目の積上げステップと前記二回目の積上げステップとにおいて、各層のこれらの前記金属回路板は、互いに位置合わせされて積上げられて、Ｘ線により、各層の前記金属回路板の相対位置および回路がずれるかどうかが検査されて補正されることを特徴とする、請求項１に記載の変圧器回路板の作製方法。
3. 前記二回目の積上げステップにおいて、これらの前記金属回路板は、第１の金属回路板と、第２の金属回路板と、第３の金属回路板と、第４の金属回路板と、を含み、
   前記第１の金属回路板と前記第４の金属回路板とは、それぞれ前記二つの外絶縁層の外側に位置し、前記第２の金属回路板と前記第３の金属回路板とは、前記二つの外絶縁層の内側に設けられており、前記二つの外絶縁層の間で順に重なっており、
   前記裏絶縁層は、前記第２の金属回路板と前記第３の金属回路板との間に設けられており、
   前記金属回路板と前記外絶縁層および前記裏絶縁層が交錯して重ね合わされており、
   前記第１の金属回路板と前記第４の金属回路板との重なり構造は互いに逆であり、
   前記第２の金属回路板と前記第３の金属回路板との重なり構造は互いに逆であることを特徴とする、請求項２に記載の変圧器回路板の作製方法。
4. 前記二回目の圧着ステップの後に、更に穴開けステップを含み、
   前記穴開けステップは、各前記金属回路板の回路構造に配線が通過する導通穴が開けられて、各前記外絶縁層に前記溶接防止グリーン塗装層が印刷され、各前記導通穴に接合ピンが半田付けされ、これにより各前記金属回路板が接合して固定され、
   各前記接合ピンは上から下へ拡径する形状を呈し、各前記接合ピンの表面には半田の各前記導通穴への流れ込みを容易にする導流溝が設けられており、前記導流溝は螺旋状を呈することを特徴とする、請求項１に記載の変圧器回路板の作製方法。
5. 複数層が交錯して重なっている前記金属回路板、前記外絶縁層、及び前記裏絶縁層において、
   各層の前記金属回路板は、水平方向に沿って等距離に複数枚敷かれ、
   隣り合う層にあるこれらの前記金属回路板は、互いに位置合わせされて積上げられることにより、一回で複数の変圧器回路板が作製されることを特徴とする、請求項１に記載の変圧器回路板の作製方法。

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