JP7534243B2 - 多層基板、集積型磁性デバイス、電源装置及び多層基板の製造方法 - Google Patents
多層基板、集積型磁性デバイス、電源装置及び多層基板の製造方法 Download PDFInfo
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Description
本発明は多層基板、集積型磁性デバイス、電源装置及び多層基板の製造方法に関し、特に、複数の磁性デバイスを形成可能な多層基板及びその製造方法、並びに当該多層基板が用いられた集積型磁性デバイス及び電源装置に関する。
高信頼度が要求されるシステムの故障率を低下させるために、システムのハードウエアを冗長構成とする手法が採用されている。例えば、電源装置を、２系統以上の電源回路を持つ冗長構成とすることで、一部の系統の電源回路が停止した場合でも、稼働可能な系統の電源回路を用いてシステムに電力を供給できる。これにより、当該システムの信頼性を向上させることができる。
複数の系統を持つ冗長構成を備えた電源装置において、電力の処理がバランス状態にあると、それぞれの電源系統で用いられる電力デバイスの電力損失は、それぞれの電源系統でほぼ均等である。その結果、電力デバイスの温度上昇は低く抑えられる。ここで、バランス状態とは、全ての電源系統が正常に稼働しかつ全ての電源系統の取扱う電力が均等となる状態である。
本発明に関連して、特許文献１は、コイル及び絶縁シートからなるコイル構造体を記載している。特許文献２は、多層基板によってコイルが形成された絶縁型コンバータを記載している。
複数の電源系統を備える電源装置において、電源系統の一部が停止すると、残存して稼働する電源系統によって電力を負荷に供給する必要がある。このような場合には、電源系統あたりの取扱い電力が上昇するため、残存する電源系統の電力デバイスの温度が上昇する。このため、電力デバイスの温度上昇が各デバイスの許容限界に近づくことによる電源装置全体の取扱い電力の制限や、或いは電力デバイスの大型化といった問題が生じる恐れがある。特に、海洋中や宇宙空間で用いられる電源装置では、電力デバイスの冷却手段が制限される。電力デバイスの温度上昇はシステムの信頼度を低下させる要因となるため、電力デバイスの温度上昇の抑制が課題となる。
また、電源回路で用いられる磁性デバイスでは、磁性デバイスの主体である巻線体において、取扱い電力の増加に対して発生損失が電流の２乗に比例して増加する。さらに、効率的な磁気回路を構成するために、磁性デバイスは磁性体と巻線体とを用いた複雑な立体構造となることが多い。このような観点からも、磁性デバイスには効率的な放熱が可能であることが望まれる。
図１５は、巻線体として用いられる一般的な多層基板９００の断面を示す図である。多層基板９００は、導体９１１を持つ基板９０１及び導体９１２を持つ基板９０２からなる。導体９１１及び９１２は、それぞれ、基板９０１及び基板９０２の上に形成された電気配線である。基板９０１と基板９０２との間には、ガラス繊維９２１及び熱硬化性樹脂９３１が存在する。ガラス繊維９２１は導体９１１と導体９１２との間の、絶縁耐力を担保する。熱硬化性樹脂９３１は基板９０１と基板９０２とを接着する。
図１５の構成で用いられるガラス繊維９２１と熱硬化性樹脂９３１とのいずれの材料も金属と比べて熱抵抗が比較的高い。このため、多層基板９００には、熱抵抗が高く、多層基板９００を用いて構成された磁性デバイスの温度上昇の抑制が困難であるという課題があった。
（発明の目的）
本発明は、多層基板の熱抵抗を低減する技術を提供することを目的とする。
（発明の目的）
本発明は、多層基板の熱抵抗を低減する技術を提供することを目的とする。
本発明の多層基板は、
導体が配線された複数の基板と、
第１の粒径を持つ第１の絶縁粒子が添加された絶縁材料と、を含み、
積層された前記複数の基板において、それぞれ隣り合う２枚の基板間には、該２枚の基板における前記導体の間隔に略一致する前記第１の粒径を持つ第１の絶縁粒子が、該隣り合う２枚の基板に配線された導体とそれぞれ接触するように配置された積層構造をなす。
導体が配線された複数の基板と、
第１の粒径を持つ第１の絶縁粒子が添加された絶縁材料と、を含み、
積層された前記複数の基板において、それぞれ隣り合う２枚の基板間には、該２枚の基板における前記導体の間隔に略一致する前記第１の粒径を持つ第１の絶縁粒子が、該隣り合う２枚の基板に配線された導体とそれぞれ接触するように配置された積層構造をなす。
本発明の多層基板の製造方法は、
導体が配線された複数の基板からなる多層基板の製造方法であって、
積層された前記複数の基板の前記導体の間隔に基づいて第１の粒径を持つ第１の絶縁粒子を選択し、
前記第１の絶縁粒子を絶縁材料に添加し、
前記絶縁材料によって前記複数の基板を積層する、
手順を含む。
導体が配線された複数の基板からなる多層基板の製造方法であって、
積層された前記複数の基板の前記導体の間隔に基づいて第１の粒径を持つ第１の絶縁粒子を選択し、
前記第１の絶縁粒子を絶縁材料に添加し、
前記絶縁材料によって前記複数の基板を積層する、
手順を含む。
本発明は、多層基板の熱抵抗を低減する技術を提供する。
本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。実施形態及び図面では既出の要素には同一の参照符号を付して、重複する説明は省略する。
（第１の実施形態）
多層基板を用いた磁性デバイスは、巻線体と、巻線体のコアとして用いられる磁性体とを組み合わせて構成される。巻線体は、表面に導体が配線された基板を接着剤によって積層することで製造される。接着剤は、対向する基板同士の間を絶縁する材料（絶縁材料）である。代表的な導体の材料は銅である。銅は電気抵抗及び熱抵抗が共に低く、比較的安価である。代表的な絶縁材料は熱硬化性樹脂である。なお、本願において、「多層基板」は、「積層基板」と称することもできる。
多層基板を用いた磁性デバイスは、巻線体と、巻線体のコアとして用いられる磁性体とを組み合わせて構成される。巻線体は、表面に導体が配線された基板を接着剤によって積層することで製造される。接着剤は、対向する基板同士の間を絶縁する材料（絶縁材料）である。代表的な導体の材料は銅である。銅は電気抵抗及び熱抵抗が共に低く、比較的安価である。代表的な絶縁材料は熱硬化性樹脂である。なお、本願において、「多層基板」は、「積層基板」と称することもできる。
本実施形態では、磁性デバイスで用いられる多層基板について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態の多層基板１００の断面図の例である。多層基板１００は、２層の基板１０１及び１０２が、対向する導体１１１及び１１２を持つ２層の多層基板である。導体１１１及び１１２は、それぞれ、基板１０１及び基板１０２の上に形成される。基板１０１及び１０２の材料は、例えばガラスエポキシ樹脂である。導体１１１及び１１２は、例えば、ぞれぞれ、基板１０１及び１０２上に形成された銅のプリント配線である。基板１０１及び１０２の両面に導体が配線されていてもよい。導体１１１及び１１２は、多層基板１００上の導体が巻線体を構成するように、適宜、基板間のスルーホール等で接続される。多層基板を用いて巻線体を構成する基本的な構造は公知であるため、多層基板における巻線体の配線についての説明は省略する。また、巻線体を用いた磁性デバイスの形態の例については第２の実施形態以降で説明する。
多層基板１００では、基板１０１と基板１０２とが積層される際に、粒径が異なる２種類のセラミックス粒子１２１及び１２２が添加された熱硬化性樹脂１３１が接着剤として用いられる。セラミックス粒子１２１の粒径ｄはセラミックス粒子１２２の粒径Ｄよりも小さい。粒径は、粒子の平均直径である。粒径が小さいセラミックス粒子１２１は、基板１０１と基板１０２との間に充填される熱硬化性樹脂１３１の流動性と充填性とを大きく損なわないように添加される。粒径ｄは、例えば１μｍ以下である。
また、セラミックス粒子１２１よりも粒径が大きいセラミックス粒子１２２が導体１１１と導体１１２との間に充填されることにより、導体１１１と導体１１２との間の最小距離が担保される。例えば、粒径Ｄのセラミックス粒子１２２を熱硬化性樹脂１３１に添加することで、導体１１１と導体１１２との間にセラミックス粒子１２２が充填される。従って、セラミックス粒子１２２を熱硬化性樹脂１３１に添加することによって、導体１１１と導体１１２との間の距離をＤ以上とすることができる。すなわち、セラミックス粒子１２２の粒径Ｄは、導体１１１と導体１１２との間の最小間隔が担保されるように設定されてもよい。また、粒径Ｄは、導体１１１と導体１１２との間の絶縁に必要とされる間隔以上であってもよい。粒径Ｄは、多層基板１００における導体１１１と１１２の間隔と略一致するように選択されてもよい。粒径Ｄを大きくすることで、導体１１１と導体１１２との間の距離も大きくなり、絶縁性能も向上する。一方、粒径Ｄが大きくなると基板１０１と基板１０２との間の間隔（すなわち、熱硬化性樹脂１３１の層の厚さ）が大きくなり、多層基板１００の熱抵抗が増大する。従って、セラミックス粒子１２２の粒径Ｄは、基板間の絶縁性能を担保できる範囲で、小さくすることが好ましい。
このように、多層基板１００で用いられる熱硬化性樹脂１３１には、粒径が異なるセラミックス粒子１２１及び１２２が添加される。セラミックス粒子１２１及び１２２が添加された熱硬化性樹脂１３１は、絶縁材料の一例である。このような熱硬化性樹脂１３１を用いて基板を積層することで、粒径の小さいセラミックス粒子１２１によって熱硬化性樹脂１３１の流動性及び充填性が確保される。同時に、粒径の大きいセラミックス粒子によって基板間の絶縁距離が確保（すなわち、絶縁性能が担保）される。
すなわち、このような構造によれば、粒径の大きいセラミックス粒子１２１によって基板間の絶縁距離が略均一に確保されるので、多層基板１００の製造工程において基板間の離間距離を厳格に調整する工程を省略することができる。換言すれば、多層基板１００によれば、製造工程において基板間の位置決めを容易にすることができるので、生産性向上という効果を享受することができる。
多層基板１００の製造時には、セラミックス粒子１２１及び１２２の粒径が、熱硬化性樹脂１３１の流動性及び充填性、並びに多層基板１００の絶縁性能に応じて選択される。セラミックス粒子１２２の添加量は、多層基板１００の全体において導体１１１と導体１１２との間にセラミックス粒子１２２が充分に充填される程度であることが好ましい。また、熱硬化性樹脂１３１の流動性及び充填性を確保するために、熱硬化性樹脂１３１においてセラミックス粒子１２１が占める体積又は質量の割合は、セラミックス粒子１２２が占める体積又は質量の割合よりも大きくてもよい。
セラミックス粒子１２１の添加量を増加させることで、より多くの熱硬化性樹脂１３１をセラミックス粒子１２１に置き換えることができる。これによって、多層基板１００の熱抵抗をさらに低下させることができるとともに、多層基板１００の熱膨張率も低下させることができる。熱抵抗の低下は多層基板１００の放熱能力の拡大に寄与する。さらに、多層基板１００の熱膨張率の低下によって、多層基板１００に搭載される比較的熱膨張率が小さい部品と多層基板１００との熱膨張率差を低減できる。例えば、多層基板１００を用いた磁性デバイスにセラミックスの一種であるフェライトコアが用いられる場合に、フェライトコアと多層基板１００との熱膨張率差が低減される。熱膨張率差の低減により、フェライトコアの搭載時に多層基板１００との間隙のマージンを小さくできる。また、フェライトコアと多層基板１００との接触部分に加わる温度変化による応力を小さくできる。その結果、温度変化によるこれらの部品間の干渉による悪影響を回避しつつ、多層基板１００を用いた磁性デバイスの小型化や信頼性の向上が可能となる。
セラミックス粒子１２１及び１２２が添加された熱硬化性樹脂１３１を用いて基板１０１と基板１０２とが接着される。粒径の大きいセラミックス粒子１２２により、導体１１１と導体１１２との距離は、基板１０１と基板１０２とを接着するのみで容易かつ確実に制御できる。また、セラミックス粒子１２２によって、基板間の距離を絶縁に必要な最低限の値とすることができる。その結果、セラミックス粒子１２１及び１２２を含む熱硬化性樹脂１３１が多層基板１００の全体に占める体積及び質量の割合も低減され、そして多層基板１００の熱抵抗も低減される。例えば、複数の巻線体を含む多層基板１００を用いて構成された磁性デバイスは、一部の巻線体のみが磁性デバイスとして動作している場合でも、その巻線体からの熱を多層基板１００の全体で効率よく放熱できるため、巻線体の温度上昇を抑制できる。これは、磁性デバイスの信頼性の向上に貢献する。
（第１の実施形態の他の構成）
熱抵抗が小さいという多層基板１００の効果は、以下の要素を備える多層基板によっても実現される。図１の対応する要素の参照符号を括弧内に示す。すなわち、多層基板（１００）は、導体（１１１及び１１２）が配線された複数の基板（１０１及び１０２）と、第１の粒径（Ｄ）を持つ第１の絶縁粒子（１２２）が添加された絶縁材料（１３１）と、を含む。多層基板（１００）は、積層された複数の基板において、それぞれ隣り合う２枚の基板（１０１及び１０２）間には、第１の絶縁粒子（１２２）が、隣り合う２枚の基板に配線された導体（１１１及び１１２）とそれぞれ接触するように配置された積層構造をなす。ここで、第１の絶縁粒子（１２２）は、これらの２枚の基板における導体（１１１及び１１２）の間隔に略一致する第１の粒径（Ｄ）を持つ。
熱抵抗が小さいという多層基板１００の効果は、以下の要素を備える多層基板によっても実現される。図１の対応する要素の参照符号を括弧内に示す。すなわち、多層基板（１００）は、導体（１１１及び１１２）が配線された複数の基板（１０１及び１０２）と、第１の粒径（Ｄ）を持つ第１の絶縁粒子（１２２）が添加された絶縁材料（１３１）と、を含む。多層基板（１００）は、積層された複数の基板において、それぞれ隣り合う２枚の基板（１０１及び１０２）間には、第１の絶縁粒子（１２２）が、隣り合う２枚の基板に配線された導体（１１１及び１１２）とそれぞれ接触するように配置された積層構造をなす。ここで、第１の絶縁粒子（１２２）は、これらの２枚の基板における導体（１１１及び１１２）の間隔に略一致する第１の粒径（Ｄ）を持つ。
このような多層基板は、積層される基板の導体間の間隔に略一致する第１の粒径の絶縁粒子（１２２）が絶縁材料（１３１）に添加されているため、基板１０１と基板１０２とを積層するのみで、基板（１０１及び１０２）の間を所定の間隔で積層できる。このような構成により、絶縁材料の厚さが小さい（すなわち、熱抵抗の低い）多層基板（１００）を容易に製造できる。従って、多層基板１００に搭載された部品の一部が発熱した場合でも、発熱した部品及びその周辺の局所的な温度上昇を回避できる。
図２は、上述した他の構成における多層基板の製造方法の例を示すフローチャートである。まず、積層された複数の基板の導体（１１１、１１２）の間隔に基づいて、第１の粒径（Ｄ）を持つ第１の絶縁粒子（１２２）が選択される（図２のステップＳ０１）。そして、第１の絶縁粒子（１２２）が絶縁材料（１３１）に添加される（ステップＳ０２）。最後に、絶縁材料（１３１）によって複数の基板（１０１、１０２）が積層される。
（第１の実施形態の変形例）
図３は、多層基板１００Ａの断面図の例を示す図である。多層基板１００Ａでは、多層基板１００の基板１０１及び１０２に加えて基板１０３及び１０４が積層されている。基板１０１と基板１０２との間、基板１０２と基板１０３との間、基板１０３と基板１０４との間には、ぞれぞれ、図１で説明したセラミックス粒子１２１及び１２２が添加された熱硬化性樹脂１３１が充填されている。このように、図１の多層基板１００の構造は、より層数の多い多層基板１００Ａにも適用できる。基板を多層化することにより、巻線体の巻数を増加させることができる。多層基板１００Ａの層数はさらに多くてもよい。
図３は、多層基板１００Ａの断面図の例を示す図である。多層基板１００Ａでは、多層基板１００の基板１０１及び１０２に加えて基板１０３及び１０４が積層されている。基板１０１と基板１０２との間、基板１０２と基板１０３との間、基板１０３と基板１０４との間には、ぞれぞれ、図１で説明したセラミックス粒子１２１及び１２２が添加された熱硬化性樹脂１３１が充填されている。このように、図１の多層基板１００の構造は、より層数の多い多層基板１００Ａにも適用できる。基板を多層化することにより、巻線体の巻数を増加させることができる。多層基板１００Ａの層数はさらに多くてもよい。
（第２の実施形態）
本実施形態では、２系統（すなわち、「１＋１」）の冗長構成を備える電源装置に用いられる集積型磁性デバイスについて説明する。
本実施形態では、２系統（すなわち、「１＋１」）の冗長構成を備える電源装置に用いられる集積型磁性デバイスについて説明する。
図４は、本実施形態の集積型磁性デバイスが用いられる電源装置８００の構成例を示す図である。電源装置８００は、２台の電源回路８０１及び８０２を備える。電源回路８０１及び８０２は、入力された直流電圧Ｖｉｎを変圧して直流電圧Ｖｏｕｔを出力する。例えば、Ｖｉｎ＝５７Ｖ、Ｖｏｕｔ＝１２Ｖである。Ｖｏｕｔは、図示されない負荷に供給される。
通常は電源回路８０１及び８０２は同時に動作する。そして、電源回路８０１及び８０２の一方が故障した場合には、他方の電源回路のみが動作する。例えば、電源回路８０１が故障した場合は、電源回路８０１は直流電圧Ｖｏｕｔの出力を停止し、電源回路８０２のみが直流電圧Ｖｏｕｔを出力する。このように、電源装置８００は、２系統の電源回路（電源回路８０１及び電源回路８０２）による「１＋１」冗長構成を備える。
電源回路８０１は、内部に絶縁トランスＴ１及び平滑用インダクタＬ１を１個ずつ備える。電源回路８０２の構成は電源回路８０１と同一であり、電源回路８０２は絶縁トランスＴ２及び平滑用インダクタＬ２を１個ずつ備える。以下では、絶縁トランスＴ１及び絶縁トランスＴ２をそれぞれトランスＴ１及びトランスＴ２と記載する。また、平滑用インダクタＬ１及び平滑用インダクタＬ２をそれぞれコイルＬ１及びコイルＬ２と記載する。後述する集積型磁性デバイス２０１は、電源装置８００で用いられるトランスＴ１及びＴ２、並びに、コイルＬ１及びＬ２の４個の磁性デバイスが集積化された電気部品である。図４では、破線で囲まれた４個の磁性デバイスが、１個の集積型磁性デバイス２０１に含まれる。
図５－図８は、それぞれ、トランスＴ１及びＴ２、並びにコイルＬ１及びＬ２の端子配置の例を示す図である。図９は、集積型磁性デバイス２０１で用いられる多層基板２５１の上面図の例である。トランスＴ１及びＴ２、並びにコイルＬ１及びＬ２はいずれも６個の端子を持つ。多層基板２５１は、これらを集積化するために、図９に示すように、２４個の端子２５２を備える。
図９を参照すると、１枚の多層基板２５１には、トランスＴ１及びＴ２にそれぞれ対応する巻線体２１１及び２１２と、コイルＬ１及びＬ２にそれぞれ対応する巻線体２１３及び２１４とが形成されている。巻線体２１１－２１４は、多層基板２５１の、楕円形の破線で囲まれた範囲内に形成される。巻線体２１１－２１４の中央部には、多層基板２５１を貫通する長円形の孔２５３が開けられている。後述するように、これらの４個の孔２５３に磁性体が挿入されることで、巻線体２１１－２１４は独立した磁性デバイス（すなわち、トランス又はコイル）として所定の機能を発揮する。孔２５３に挿入された磁性体は、それぞれの磁性デバイスの長手方向の磁路として用いられる。
図１０は、巻線体２１１－２１４と組み合わせて用いられる磁性体２８１の上面図及び側面図の例である。磁性体２８１は、巻線体２１１－２１４のコアとして用いられる。磁性体２８１の材料は、例えばフェライトである。磁性体２８１は、巻線体２１１－２１４を表及び裏から挟み込むように、多層基板２５１に装着される。１個の孔２５３には、磁性体２８１の長円形の凸部２８２が多層基板２５１の表及び裏から１個ずつ挿入される。
図１１は、集積型磁性デバイス２０１の上面図の例である。多層基板２５１に４組の磁性体２８１が装着されることで、多層基板２５１は集積型磁性デバイス２０１として機能する。磁性体２８１と多層基板２５１との固定手段は特に限定されず、例えば接着剤を用いてもよい。
多層基板２５１における基板の積層構造は、第１の実施形態の図１及び図３で例示した多層基板１００又は１００Ａと同様である。すなわち、多層基板２５１は、粒径の異なるセラミックス粒子１２１及び１２２が添加された熱硬化性樹脂１３１を用いて、紙面に垂直な方向に基板が積層された２層以上の多層基板である。１個の多層基板２５１には、既知の配線手法により、導体を用いて巻線体２１１－２１４が構成されている。多層基板２５１は、トランスＴ１及びＴ２、コイルＬ１及びＬ２のそれぞれの仕様に基づいて算出された数の基板を積層して製造される。第１の実施形態の多層基板１００及び１００Ａと同様に、多層基板２５１に集積された４個の巻線体２１１－２１４の間は、低い熱抵抗で結合される。
２４個の端子２５２は、多層基板２５１の導体に形成された、巻線体２１１－２１４の図示されない端子に接続されている。端子２５２は、トランスＴ１及びＴ２、コイルＬ１及びＬ２を電源回路８０１及び８０２の回路基板に搭載する際に用いられる端子である。図５－図８の端子１－２４が、それぞれ、図９の２４個の端子２５２のいずれか１個に接続されるように、多層基板２５１の導体の配線が設計される。端子２５２と電源回路８０１及び８０２の回路基板との間の電気的な接続手段は任意であり、例えば両者の間は銅線で配線される。なお、図５－図８の端子１－２４をすべて電源回路８０１及び８０２と接続する必要はない。電源回路８０１及び８０２の機能を実現するために必要とされる端子のみが、端子２５２を介して電源装置８００と接続されてもよい。このように、多層基板２５１を用いた集積型磁性デバイス２０１は、２系統の電源回路８０１及び８０２で用いられるトランスＴ１及びＴ２、並びにコイルＬ１及びＬ２の機能を１個の部品で担うことができる。
電源回路８０１及び８０２が正常に動作している場合は、電源回路８０１及び８０２はいずれも負荷に直流電圧Ｖｏｕｔを供給する。このため、トランスＴ１及びＴ２、並びにコイルＬ１及びＬ２の全てにおいて電力が消費される。従って、すべての巻線体は、電力損失の発生によって熱源となる。電源回路８０１及び８０２の一方が故障等により停止した場合には、稼働を継続する他方の電源回路によって、電源装置８００が供給していた電力が負荷へ供給される。この場合、稼働する電源回路のトランス及びコイルは電源回路２台分の電力を扱うことになるため、集積型磁性デバイス２０１の発熱も稼働する電源回路のトランス及びコイルに集中する。例えば、電源回路８０１が停止し、電源回路８０２のみが稼働する場合には、トランスＴ１及びコイルＬ１は発熱せず、トランスＴ２及びコイルＬ２の発熱量（すなわち、巻線体２１３及び２１４の発熱量）は大きく増加する。このような場合でも、集積型磁性デバイス２０１は、多層基板２５１の各層の基板が低い熱抵抗で積層されているため、トランスＴ２及びコイルＬ２の発熱を多層基板２５１の全体に効率よく伝搬させ、集積型磁性デバイス２０１の全体で放熱できる。その結果、電源回路８０２のみが稼働している場合でもトランスＴ２及びコイルＬ２の近傍のみが発熱することを抑制でき、これらの磁性デバイスの局所的な温度上昇を抑制できる。
なお、集積型磁性デバイス２０１の小型化や磁性デバイス内の熱分布の均一化のためには、巻線体２１１－２１４の相互の距離は小さいほどよい。しかし、巻線体同士の距離が小さすぎると、ある巻線体の磁路から漏れた磁束が隣接する他の巻線体の磁路に混入し、それぞれの巻線体の動作に悪影響を及ぼす恐れがある。このような悪影響を回避するためには、隣接する巻線体の磁路が互いに直交するように巻線体を配置することが好ましい。多層基板２５１においては、隣接する巻線体において、磁性体２８１によるそれぞれの磁路は直交する。例えば、トランスＴ１（巻線体２１１）の磁路と、コイルＬ１（巻線体２１２）及びコイルＬ２（巻線体２１３）の磁路とは直交する。このような配置により、隣接する磁性デバイスからの漏れ磁束による不要な電力伝搬やノイズの混入を抑制できる。
以上説明したように、集積型磁性デバイス２０１には、電源回路８０１及び８０２で用いられるトランスＴ１及びＴ２（絶縁トランス）、並びにコイルＬ１及びＬ２（平滑用インダクタ）が集積されている。そして、集積型磁性デバイス２０１の多層基板２５１を構成する基板は、第１の実施形態で説明したように、低い熱抵抗で積層される。このため、集積型磁性デバイス２０１は、稼働中の電源回路の磁性デバイスから発生した熱を、集積型磁性デバイス２０１の全体に低い熱抵抗で伝搬させることができる。その結果、集積型磁性デバイス２０１の内部で発生した熱は集積型磁性デバイス２０１全体に低い熱抵抗で拡散され、電源回路で使用されている磁性デバイスの局所的な温度上昇を抑制できる。
（第２の実施形態の変形例）
図１２は、多層基板２５１に備えられるブロック３０１の上面図及び側面図の例である。多層基板２５１の熱抵抗をさらに低下させるために、多層基板２５１はブロック３０１を備えてもよい。ブロック３０１は略四角形の枠状の金属であり、材質は例えばアルミニウムである。ブロック３０１は中央部に貫通孔３０２を持ち、また、磁性体２８１との接触を回避するための切り欠きを４か所に有する。
図１２は、多層基板２５１に備えられるブロック３０１の上面図及び側面図の例である。多層基板２５１の熱抵抗をさらに低下させるために、多層基板２５１はブロック３０１を備えてもよい。ブロック３０１は略四角形の枠状の金属であり、材質は例えばアルミニウムである。ブロック３０１は中央部に貫通孔３０２を持ち、また、磁性体２８１との接触を回避するための切り欠きを４か所に有する。
図１３はブロック３０１を備えた集積型磁性デバイス２０１の底面図及び側面図の例である。ブロック３０１は、複数の巻線体２１１－２１４の間を熱結合させることで、多層基板２５１の熱抵抗をさらに低下させる。多層基板２５１とブロック３０１とは、巻線体２１１－２１４の近傍において接合される。多層基板２５１とブロック３０１とは例えばメタルコンポジットにより接合されてもよく、他の手段によって接合されてもよい。多層基板２５１がブロック３０１を備えることにより、集積型磁性デバイス２０１に搭載された磁性デバイスの温度上昇をさらに抑制できる。
第２の実施形態及びその変形例では、電源装置８００が、電源回路８０１及び８０２を備える「１＋１」冗長構成である場合について説明した。しかし、集積型磁性デバイス２０１は、３以上の複数の系統の電源回路で用いられる磁性デバイスを混載してもよい。この場合、１つ以上の系統の電源回路が故障した結果残余の系統の電源回路の磁性デバイスの発熱量が上昇した場合でも、集積型磁性デバイス２０１は、稼働している系統の磁性デバイスの熱を効率よく放熱できる。
集積型磁性デバイス２０１に搭載される磁性デバイスはトランス及びコイルに限定されず、また、磁性デバイスの個数も４個に限定されない。さらに、多層基板２５１が磁性デバイス以外の電子デバイスを搭載した場合でも、多層基板２５１は熱抵抗が低いため、当該電子デバイスの発熱による当該電子デバイスの温度上昇を抑制できる。
（第３の実施形態）
図１４は、本発明の第３の実施形態の集積型磁性デバイス８３０の構成例を示す図である。図１４は、集積型磁性デバイス８３０の上面図の例及び上面図のＡ－Ａ’断面図の例を示す。集積型磁性デバイス８３０は、１個の多層基板８１０と２組の磁性体８２０とを備える。多層基板８１０は２個の巻線体８１１及び８１２を備える。巻線体８１１及び８１２は、それぞれ、多層基板８１０の各層に形成された導体によって形成される。巻線体８１１及び８１２は、それぞれ、磁性体８２０と組み合わされることで、独立した磁性デバイスとして動作する。磁性デバイスは、例えば、トランス又はコイルであるが、これらには限定されない。磁性体８２０として、巻線体８１１及び８１２のそれぞれに、図１０に示した磁性体２８１が２個ずつ用いられてもよい。
図１４は、本発明の第３の実施形態の集積型磁性デバイス８３０の構成例を示す図である。図１４は、集積型磁性デバイス８３０の上面図の例及び上面図のＡ－Ａ’断面図の例を示す。集積型磁性デバイス８３０は、１個の多層基板８１０と２組の磁性体８２０とを備える。多層基板８１０は２個の巻線体８１１及び８１２を備える。巻線体８１１及び８１２は、それぞれ、多層基板８１０の各層に形成された導体によって形成される。巻線体８１１及び８１２は、それぞれ、磁性体８２０と組み合わされることで、独立した磁性デバイスとして動作する。磁性デバイスは、例えば、トランス又はコイルであるが、これらには限定されない。磁性体８２０として、巻線体８１１及び８１２のそれぞれに、図１０に示した磁性体２８１が２個ずつ用いられてもよい。
多層基板８１０の積層方法は図１又は図３に例示した多層基板１００又は１００Ａと同様であり、絶縁材料を用いて複数の基板を積層することで製造される。絶縁材料は、例えば、多層基板８１０の基板間における、巻線体を構成する導体の間隔に基づいて選択された粒径の絶縁粒子が添加された樹脂である。
このような構成を備える集積型磁性デバイス８３０は、１枚の多層基板８１０に複数の磁性デバイスを集積している。また、多層基板８１０を構成する複数の基板は、巻線体を構成する導体の間隔に基づいて選択された粒径の絶縁粒子が添加された樹脂を用いて積層される。このような樹脂を用いることで熱抵抗が低く絶縁性能が高い多層基板を容易に製造できる。そして、集積型磁性デバイス８３０は、発生する熱を集積型磁性デバイス８３０の全体で発散できる。従って、集積型磁性デバイス８３０は、複数の磁性デバイスのいずれかが動作していない場合でも、動作中の磁性デバイスの温度上昇を抑制できる。
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記の実施形態に限定されない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。例えば、各実施形態で例示された多層基板及び集積型磁性デバイスは、電源回路のほか、冗長性を備えた送信機、受信機、コンピュータシステムなどで用いられてもよい。また、各基板の導体は巻線体でなくとも、各実施形態の構成によって、導体からの熱を効率的に放熱できる。
また、それぞれの実施形態に記載された構成は、必ずしも互いに排他的なものではない。本発明の作用及び効果は、上述の実施形態の全部又は一部を組み合わせた構成によって実現されてもよい。
１００、１００Ａ、２５１、８１０ 多層基板
１０１－１０４ 基板
１１１－１１２ 導体
１２１－１２２ セラミックス粒子
１３１ 熱硬化性樹脂
２０１、８３０ 集積型磁性デバイス
２１１－２１４ 巻線体
２５２ 端子
２５３ 孔
２８１、８２０ 磁性体
２８２ 凸部
３０１ ブロック
３０２ 貫通孔
８００ 電源装置
８０１、８０２ 電源回路
８１１－８１２ 巻線体
９００ 多層基板
９０１、９０２ 基板
９１１、９１２ 導体
９２１ ガラス繊維
９３１ 熱硬化性樹脂
１０１－１０４ 基板
１１１－１１２ 導体
１２１－１２２ セラミックス粒子
１３１ 熱硬化性樹脂
２０１、８３０ 集積型磁性デバイス
２１１－２１４ 巻線体
２５２ 端子
２５３ 孔
２８１、８２０ 磁性体
２８２ 凸部
３０１ ブロック
３０２ 貫通孔
８００ 電源装置
８０１、８０２ 電源回路
８１１－８１２ 巻線体
９００ 多層基板
９０１、９０２ 基板
９１１、９１２ 導体
９２１ ガラス繊維
９３１ 熱硬化性樹脂
Claims (10)
- 導体が配線された複数の基板と、
第１の粒径を持つ第１の絶縁粒子と、
前記第１の粒径よりも小さい第２の粒径を持つ第２の絶縁粒子が熱硬化性樹脂に添加された絶縁材料と、
を含み、
積層された前記複数の基板において、それぞれ隣り合う２枚の基板間には、該２枚の基板における前記導体の間隔に略一致する前記第１の粒径を持つ第１の絶縁粒子が、該隣り合う２枚の基板に配線された導体とそれぞれ接触するように配置された積層構造をなし、
前記熱硬化性樹脂の流動性及び充填性を確保するため前記第２の絶縁粒子が占める体積の割合が前記第１の絶縁粒子が占める体積の割合よりも高い、又は、前記第２の絶縁粒子が占める質量の割合が前記第１の絶縁粒子が占める質量の割合よりも高い、
多層基板。 - 前記第１の絶縁粒子の材料はセラミックスである、請求項１に記載された多層基板。
- 前記導体と熱結合されたブロックを備える、請求項１又は２に記載された多層基板。
- 前記導体が巻線体を構成する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載された多層基板。
- 複数の前記巻線体が含まれる請求項４に記載された多層基板と、
前記複数の巻線体のそれぞれが独立した複数の磁性デバイスを構成するように配置された磁性体と、
を備える、集積型磁性デバイス。 - 前記複数の磁性デバイスは、絶縁トランス及び平滑用インダクタの少なくとも一方を含む、請求項５に記載された集積型磁性デバイス。
- 第１の系統及び第２の系統からなる冗長構成を備える電源装置であって、
前記電源装置は請求項５又は６に記載された集積型磁性デバイスを備え、
前記磁性デバイスは、隣接する前記巻線体の磁路が互いに直交するように前記巻線体が配置され、
前記複数の磁性デバイスの１つは前記第１の系統で用いられ、
前記複数の磁性デバイスの他の１つは前記第２の系統で用いられる、
電源装置。 - 導体が配線された複数の基板からなる多層基板の製造方法であって、
積層された前記複数の基板の前記導体の間隔に基づいて第１の粒径を持つ第１の絶縁粒子を選択し、
前記第１の絶縁粒子を、前記第１の粒径よりも小さい第２の粒径を持つ第２の絶縁粒子が熱硬化性樹脂に添加された絶縁材料に添加し、
前記絶縁材料によって前記複数の基板を積層する、
多層基板の製造方法であって、
前記熱硬化性樹脂の流動性及び充填性を確保するため前記第２の絶縁粒子が占める体積の割合が前記第１の絶縁粒子が占める体積の割合よりも高い、又は、前記第２の絶縁粒子が占める質量の割合が前記第１の絶縁粒子が占める質量の割合よりも高い、
多層基板の製造方法。 - 前記第１の絶縁粒子は、積層された前記複数の基板のうち、それぞれ隣り合う２枚の基板間における前記導体の間隔に略一致する前記第１の粒径を有し、
前記第１の粒径を持つ第１の絶縁粒子が添加された前記絶縁材料を介して前記隣り合う２枚の基板を複数積層することによって、前記多層基板を構成する、
請求項８に記載された多層基板の製造方法。 - 前記導体が巻線体を構成するように前記複数の基板を積層する、請求項８又は９に記載された多層基板の製造方法。
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