KR20190025674A - 다층 기판 - Google Patents

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KR20190025674A
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metal
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세르게이 모이세프
마사히코 가와베
요시타카 이와타
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가부시키가이샤 도요다 지도숏키
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Abstract

제 1 코일을 형성하는 제 1 금속판과, 제 1 금속판에 코일의 권회축 방향에 대향하고, 제 2 코일을 형성하는 제 2 금속판과, 제 1 금속판을 내장하는 제 1 절연층과, 제 2 금속판을 내장하는 제 2 절연층을 구비한다. 제 1 금속판에는 복수의 비아 홀을 통하여 금속박이 접속되고, 금속박에 형성된 패턴에는 제 1 절연층에 내장된 전자 부품이 실장되어 있다.

Description

다층 기판
본 발명은 다층 기판에 관한 것이다.
특허문헌 1 에 개시된 다층 프린트 기판에 있어서는, 4 개 이상의 짝수층으로 이루어지고, 두께가 얇은 박도체가 형성된, 외부로 노출되는 적어도 1 개의 외층과, 두께가 두꺼운 후도체가 형성된, 외부로 노출되지 않는 적어도 1 개의 내층을 구비하고, 내층에 형성된 후도체에 의해, 코일 패턴이 형성되고, 외층에 형성된 박도체에 전자 부품이 표면 실장되어 있다.
일본 공개특허공보 2015-88689호
그런데, 제 1 코일을 내장하는 절연층과 제 2 코일을 내장하는 절연층을 적층한 경우에 있어서는, 코일과 전자 부품을 적층하여 배치하면 적층 방향의 대형화를 초래해 버린다. 또, 투영 면적의 소형화를 도모하고 싶다는 요구가 있다.
본 발명의 목적은, 투영 면적의 소형화를 도모함과 함께 적층 방향의 대형화를 억제할 수 있는 다층 기판을 제공하는 것에 있다.
청구항 1 에 기재된 발명에서는, 제 1 코일을 형성하는 제 1 금속판과, 상기 제 1 금속판에 코일의 권회축 방향에 대향하고, 제 2 코일을 형성하는 제 2 금속판과, 상기 제 1 금속판을 내장하는 제 1 절연층과, 상기 제 2 금속판을 내장하는 제 2 절연층을 구비하고, 상기 제 1 절연층의 일방의 면, 또는 타방의 면, 또는 상기 제 2 절연층의 일방의 면, 또는 타방의 면 중 적어도 1 개에는 도전층을 형성하는 금속박이 배치되고, 상기 제 1 금속판에는 비아 홀을 통하여 상기 도전층이 접속되고, 상기 도전층을 형성하는 상기 금속박의 패턴에는 상기 제 1 절연층에 내장된 전자 부품이 실장되어 있는 것을 요지로 한다.
청구항 1 에 기재된 발명에 의하면, 금속박을 패터닝하여 전자 부품을 실장하기 때문에, 제 1 금속판을 패터닝하여 실장하는 경우에 비해, 패턴을 미세화할 수 있어 투영 면적을 소형화할 수 있게 된다. 또, 전자 부품과 제 1 금속판을 제 1 절연층에 내장하기 때문에, 전자 부품과 제 1 금속판을 각각의 절연층에 내장하여 그것들을 적층하는 것보다도, 적층 방향의 대형화를 억제할 수 있게 된다.
청구항 2 에 기재된 발명에서는, 청구항 1 에 기재된 다층 기판에 있어서, 상기 제 1 절연층은, 상기 제 2 절연층보다 방열 부재측에 배치되고, 상기 금속박은, 상기 제 1 금속판 및 상기 제 2 금속판보다 방열 부재측에 배치되는 것을 요지로 한다.
청구항 2 에 기재된 발명에 의하면, 금속박에 있어서의 전자 부품의 열의 방열 성능은 제 1 금속판에서의 방열 성능에 비해 떨어지지만, 방열 부재측에 금속박을 배치하기 때문에 그만큼 방열성이 향상되어, 방열성이 저하되는 것을 억제할 수 있게 된다.
청구항 3 에 기재된 발명에서는, 청구항 2 에 기재된 다층 기판에 있어서, 상기 제 2 절연층에 수동 부품이 내장되어 있는 것을 요지로 한다.
청구항 3 에 기재된 발명에 의하면, 방열의 필요성이 낮은 수동 부품을 제 2 절연층에 내장할 수 있게 된다.
청구항 4 에 기재된 발명에서는, 청구항 2 또는 3 에 기재된 다층 기판에 있어서, 상기 제 1 절연층에 내장된 상기 전자 부품은 파워 소자인 것을 요지로 한다.
청구항 4 에 기재된 발명에 의하면, 방열의 필요성이 높은 파워 소자의 방열성이 우수하다.
본 발명에 의하면, 투영 면적의 소형화를 도모함과 함께 적층 방향의 대형화를 억제할 수 있다.
도 1 은 실시형태에 있어서의 절연형 DC-DC 컨버터의 회로도이다.
도 2(a) 는 다층 기판, 자성 코어, 방열 부재의 평면도, 도 2(b) 는 도 2(a) 의 A-A 선에서의 종단면도이다.
도 3 은 도 2(a) 의 B-B 선에서의 종단면도이다.
도 4(a) 는 다층 기판에 있어서의 제 2 절연층 (제 2 금속판) 의 배치 부분의 평면도, 도 4(b) 는 도 4(a) 의 A-A 선에서의 종단면도이다.
도 5(a) 는 다층 기판에 있어서의 제 1 절연층 (제 1 금속판) 의 배치 부분의 평면도, 도 5(b) 는 도 5(a) 의 A-A 선에서의 종단면도이다.
도 6 은 다층 기판에 있어서의 제 1 절연층 (제 1 금속판) 의 배치 부분의 하면도이다 (도 5(b) 의 C 화살표 방향에서 본 도면이다).
도 7 은 다른 예의 다층 기판의 하면도이다.
도 8 은 다른 예의 다층 기판의 종단면도이다.
이하, 절연형 DC-DC 컨버터로 구체화한 일 실시형태를 도면에 따라 설명한다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 전력 변환 장치로서의 절연형 DC-DC 컨버터 (10) 는, 포워드형 DC-DC 컨버터로서, 트랜스 (11) 를 구비하고 있다. 트랜스 (11) 는 1 차측 코일 (권선) (11a) 과 2 차측 코일 (권선) (11b) 을 구비하고 있다. 절연형 DC-DC 컨버터 (10) 는 자동차용이며, 차량에 탑재된다. 절연형 DC-DC 컨버터 (10) 는, 트랜스 (11) 의 1 차측의 입력 전압을 강압하여 트랜스 (11) 의 2 차측으로 출력한다.
1 차측 코일 (11a) 의 일방의 단자는 입력 단자와 접속되고, 입력 단자는 배터리 (12) 의 정극 단자와 접속된다. 1 차측 코일 (11a) 의 타방의 단자는 1 차측 스위칭 소자 (14) 를 통하여 접지되어 있다. 1 차측 스위칭 소자 (14) 로서 파워 MOSFET 이 사용되고 있다.
입력 단자와 트랜스 (11) 의 1 차측 코일 (11a) 사이에는 평활 콘덴서 (13) 의 정극이 접속되고, 평활 콘덴서 (13) 의 부극은 접지되어 있다. 평활 콘덴서 (13) 에는 전해 콘덴서가 사용된다. 평활 콘덴서 (13) 에 의해 트랜스 (11) 의 1 차측 전압이 평활된다.
트랜스 (11) 의 2 차측 코일 (11b) 에는 다이오드 (16, 17) 로 이루어지는 정류 회로가 접속되어 있다. 다이오드 (16) 는, 트랜스 (11) 의 2 차측 그라운드에 애노드가 접속되고, 트랜스 (11) 의 2 차측 코일 (11b) 의 일방단에 캐소드가 접속된다. 다이오드 (17) 는, 다이오드 (16) 의 애노드에 애노드가 접속되고, 트랜스 (11) 의 2 차측 코일 (11b) 의 타방단에 캐소드가 접속된다.
또한, 콘덴서 (19) 가 다이오드 (17) 에 병렬 접속되어 있다. 코일 (18) 이, 트랜스 (11) 의 2 차측 코일 (11b) 과 콘덴서 (19) 사이에 형성되어 있다. 코일 (18) 과 콘덴서 (19) 로 필터 회로를 구성하고 있다.
1 차측 스위칭 소자 (14) 의 게이트 단자에 제어 IC (15) 가 접속되어 있다. 제어 IC (15) 로부터 1 차측 스위칭 소자 (14) 의 게이트 단자에 펄스 신호가 출력되고, 이 펄스 신호에 의해 1 차측 스위칭 소자 (14) 가 스위칭된다. 1 차측 스위칭 소자 (14) 가 온되어 있을 때에 1 차측 전원으로부터 에너지를 2 차측으로 공급한다. 1 차측 스위칭 소자 (14) 가 오프되어 있을 때에 코일 (18) 에 모은 에너지를 출력으로 방출한다. 상세하게는, 직류 전압이 평활 콘덴서 (13) 를 통하여 트랜스 (11) 의 1 차측 코일 (11a) 에 공급되고, 제어 IC (15) 에 의해, 1 차측 스위칭 소자 (14) 가 온/오프 제어되며, 이 온/오프 동작에 있어서의, 1 차측 스위칭 소자 (14) 의 온 기간에 있어서 1 차측 코일 (11a) 에 1 차 전류가 흐르고, 트랜스 (11) 의 기전력으로 2 차 전류가 흐른다. 1 차측 스위칭 소자 (14) 가 오프되어 있을 때에 코일 (18) 의 전류가 코일 (18) 의 역기전력으로 다이오드 (17) 경유로 출력으로 흐른다.
제어 IC (15) 에는 검출 회로 (20) 가 접속되고, 검출 회로 (20) 에 의해 출력 전압 (Vout) 이 검출된다. 검출 회로 (20) 에 의한 출력 전압 (Vout) 의 측정 결과가 제어 IC (15) 로 보내진다. 제어 IC (15) 는 검출 회로 (20) 에 의한 출력 전압 (Vout) 의 측정 결과를 피드백 신호로 하여 출력 전압 (Vout) 이 원하는 일정값이 되도록 1 차측 스위칭 소자 (14) 의 듀티를 제어한다.
절연형 DC-DC 컨버터 (10) 의 구동에 수반하여 트랜스 (11), 1 차측 스위칭 소자 (14) 등이 발열한다.
이하, 트랜스 (11) 및 1 차측 스위칭 소자 (14) 의 구체적인 구조에 대하여 설명한다. 트랜스 (11) 및 1 차측 스위칭 소자 (14) 는 다층 기판을 사용하여 구성되어 있다.
다층 기판은, 도전층 (배선 패턴) 과 절연층 (수지층) 을 교대로 적층하여 구성되어 있다.
도 2(a) 에, 다층 기판 (30), 자성 코어 (63), 방열 부재 (70) 의 평면을, 도 2(b) 에, 도 2(a) 의 A-A 선에서의 종단면을, 도 3 에, 도 2(a) 의 B-B 선에서의 종단면을 나타낸다. 도 2(a), (b) 에 나타내는 바와 같이, 다층 기판 (30) 은 제 1 금속판 (31) 과, 제 2 금속판 (32) 과, 제 1 절연층 (33) 과, 제 2 절연층 (34) 과, 제 1 금속박 (35) 과, 제 2 금속박 (36) 과, 제 3 금속박 (37) 과, 제 4 금속박 (38) 과, 제 3 절연층 (39) 과, 전자 부품 (50) 과, 전자 부품 (55) 을 구비한다. 제 1 금속판 (31) 은 동판이고, 제 2 금속판 (32) 은 동판이다. 제 1 금속박 (35) 은 동박이고, 제 2 금속박 (36) 은 동박이고, 제 3 금속박 (37) 은 동박이고, 제 4 금속박 (38) 은 동박이다. 제 1 금속박 (35) 에 의해 제 1 도전층 (L1) 이 형성되고, 제 2 금속박 (36) 에 의해 제 2 도전층 (L2) 이 형성되고, 제 3 금속박 (37) 에 의해 제 3 도전층 (L3) 이 형성되고, 제 4 금속박 (38) 에 의해 제 4 도전층 (L4) 이 형성된다.
제 1 금속판 (31) 및 제 2 금속판 (32) 의 두께는, 예를 들어 500 ㎛ 정도이다. 제 1 금속판 (31) 및 제 2 금속판 (32) 은 타발 (打拔) 에 의해 패터닝되며, 대전류를 흘릴 수 있다. 한편, 제 1 금속박 (35), 제 2 금속박 (36), 제 3 금속박 (37) 및 제 4 금속박 (38) 의 두께는, 제 1 금속판 (31) 및 제 2 금속판 (32) 의 두께보다 얇으며, 예를 들어 100 ㎛ 이하이다. 제 1 금속박 (35), 제 2 금속박 (36), 제 3 금속박 (37) 및 제 4 금속박 (38) 은 에칭으로 패터닝되며, 대전류를 흘리는 패턴에서는 폭이 넓어지고, 제어 전류를 흘리는 패턴에서는 폭이 좁아지도록 되어 있다.
제 2 절연층 (34) 의 일방의 면인 상면에는 제 1 금속박 (35) 이 배치되어 있음과 함께 제 2 절연층 (34) 의 타방의 면인 하면에는 제 2 금속박 (36) 이 배치되어 있다. 마찬가지로, 제 1 절연층 (33) 의 일방의 면인 상면에는 제 3 금속박 (37) 이 배치되어 있음과 함께 제 1 절연층 (33) 의 타방의 면인 하면에는 제 4 금속박 (38) 이 배치되어 있다.
제 1 금속박 (35) 이 원하는 배선 형상으로 패터닝되어, 도 4(a) 에 나타내는 바와 같이, 패턴 (35a, 35b, 35c) 이 형성되어 있다. 제 2 금속박 (36) 이 원하는 배선 형상으로 패터닝되어, 도 4(a) 에 나타내는 바와 같이, 패턴 (36a) 이 형성되어 있다. 제 3 금속박 (37) 이 원하는 배선 형상으로 패터닝되어, 도 5(a) 에 나타내는 바와 같이, 패턴 (37a, 37b) 이 형성되어 있다. 제 4 금속박 (38) 이 원하는 배선 형상으로 패터닝되어, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 패턴 (38a, 38b) 이 형성되어 있다.
도 2(b) 에 나타내는 바와 같이, 제 1 절연층 (33) 상에 제 2 절연층 (34) 이 얇은 제 3 절연층 (39) 을 개재하여 적층되어 있다. 요컨대, 제 3 금속박 (37) 상에 얇은 제 3 절연층 (39) 을 개재하여 제 2 금속박 (36) 이 배치되어 있다.
도 5(a), (b) 에 나타내는 바와 같이, 제 1 절연층 (33) 에 있어서 제 1 금속판 (31) 이 내장되어 있다. 도 4(a), (b) 에 나타내는 바와 같이, 제 2 절연층 (34) 에 있어서 제 2 금속판 (32) 이 내장되어 있다.
제 1 금속판 (31) 이 원하는 코일 형상으로 패터닝되어, 도 5(a) 및 도 6 에 나타내는 바와 같이, 1 차측 코일 (권선) 로서의 제 1 코일 (31a) 이 형성되어 있다. 제 2 금속판 (32) 이 원하는 코일 형상으로 패터닝되어, 도 4(a) 에 나타내는 바와 같이, 2 차측 코일 (권선) 로서의 제 2 코일 (32a) 이 형성되어 있다.
도 5(a) 및 도 5(b) 에 나타내는 바와 같이, 제 1 코일 (31a) 은 소용돌이 형상을 이루고, 턴수가 「2」이다. 도 4(a) 및 도 4(b) 에 나타내는 바와 같이, 제 2 코일 (32a) 은 C 자 형상을 이루고, 턴수가 「1」이다. 제 1 금속판 (31) 에 의한 제 1 코일 (31a) 과 제 2 금속판 (32) 에 의한 제 2 코일 (32a) 은, 상하 방향에 있어서 겹치도록 배치되어 있다. 요컨대, 제 1 금속판 (31) 에 의한 제 1 코일 (31a) 과, 제 2 금속판 (32) 에 의한 제 2 코일 (32a) 은, 상하 방향, 즉, 코일의 권회축 방향에 대향하고 있다.
이와 같이, 다층 기판 (30) 은, 1 차측 코일 (권선) 로서의 제 1 코일 (31a) 을 형성하는 제 1 금속판 (31) 과, 제 1 금속판 (31) 에 코일의 권회축 방향에 대향하고, 2 차측 코일 (권선) 로서의 제 2 코일 (32a) 을 형성하는 제 2 금속판 (32) 과, 제 1 금속판 (31) 을 내장하는 제 1 절연층 (33) 과, 제 2 금속판 (32) 을 내장하는 제 2 절연층 (34) 을 구비한다.
도 6 에 나타내는 바와 같이, 제 1 금속판 (31) 에 의한 제 1 코일 (31a) 의 내주측 단부 (端部) 는 복수의 비아 홀 (40) 을 통하여 제 4 금속박 (38) 에 의한 패턴 (38a) 이 접속되어 있고, 보다 상세하게는, 제 1 코일 (31a) 의 내주측 단부와 패턴 (38a) 이 복수의 비아 홀 (40) 의 도체에 의해 서로 전기적으로 도통하고 있다. 도 5(a) 에 나타내는 바와 같이, 제 1 코일 (31a) 의 외주측 단부는 복수의 비아 홀 (41) 을 통하여 제 3 금속박 (37) 에 의한 패턴 (37a) 이 접속되어 있고, 보다 상세하게는, 제 1 코일 (31a) 의 외주측 단부와 패턴 (37a) 이 복수의 비아 홀 (41) 의 도체에 의해 서로 전기적으로 도통하고 있다.
도 4(a) 에 나타내는 바와 같이, 제 2 금속판 (32) 에 의한 제 2 코일 (32a) 의 일단부는 복수의 비아 홀 (42) 을 통하여 제 2 금속박 (36) 에 의한 패턴 (36a) 이 접속되어 있고, 보다 상세하게는, 제 2 코일 (32a) 의 일단부와 패턴 (36a) 이 복수의 비아 홀 (42) 의 도체에 의해 서로 전기적으로 도통하고 있다. 마찬가지로 도 4(a) 에 나타내는 바와 같이, 제 2 코일 (32a) 의 타단부는 복수의 비아 홀 (43) 을 통하여 제 1 금속박 (35) 에 의한 패턴 (35a) 이 접속되어 있고, 보다 상세하게는, 제 2 코일 (32a) 의 타단부와 패턴 (35a) 이 복수의 비아 홀 (43) 의 도체에 의해 서로 전기적으로 도통하고 있다.
도 5(a), (b) 에 나타내는 바와 같이, 제 1 절연층 (33) 에는 전자 부품 (50) 이 내장되어 있다. 전자 부품 (50) 은, 예를 들어 도 1 의 1 차측 스위칭 소자 (14), 즉, 파워 소자 (능동 부품) 이다. 또한, 제 1 절연층 (33) 에 내장된 전자 부품 (50) 은 1 차측 스위칭 소자 (14) 이외의 파워 소자, 예를 들어, 도 1 의 다이오드 (16, 17) 등이어도 된다. 전자 부품 (50) 은 복수의 비아 홀 (51) 을 통하여 제 4 금속박 (38) 에 의한 패턴 (38b) 이 접속되어 있고, 보다 상세하게는, 전자 부품 (50) 의 전극 (예를 들어 드레인 전극) 과 패턴 (38b) 이 복수의 비아 홀 (51) 의 도체에 의해 서로 전기적으로 도통하고 있다. 전자 부품 (50) 은 복수의 비아 홀 (52) 을 통하여 제 3 금속박 (37) 에 의한 패턴 (37b) 이 접속되어 있고, 보다 상세하게는, 전자 부품 (50) 의 전극 (예를 들어 소스 전극) 과 패턴 (37b) 이 복수의 비아 홀 (52) 의 도체에 의해 서로 전기적으로 도통하고 있다. 이와 같이, 제 4 금속박 (38) 에 형성된 패턴 (38b) 에는 제 1 절연층 (33) 에 내장된 전자 부품 (50) 이 실장되어 있다.
도 4(a), (b) 에 나타내는 바와 같이, 제 2 절연층 (34) 에는 전자 부품 (55) 이 내장되어 있다. 전자 부품 (55) 은, 예를 들어 도 1 의 콘덴서 (19), 즉, 수동 부품이다. 전자 부품 (55) 은 복수의 비아 홀 (56) 을 통하여 제 1 금속박 (35) 에 의한 패턴 (35b) 이 접속되어 있고, 보다 상세하게는, 전자 부품 (55) 의 전극 (예를 들어 정극 전극) 과 패턴 (35b) 이 복수의 비아 홀 (56) 의 도체에 의해 서로 전기적으로 도통하고 있다. 또, 전자 부품 (55) 은 복수의 비아 홀 (57) 을 통하여 제 1 금속박 (35) 에 의한 패턴 (35c) 이 접속되어 있고, 보다 상세하게는, 전자 부품 (55) 의 전극 (예를 들어 부극 전극) 과 패턴 (35c) 이 복수의 비아 홀 (57) 의 도체에 의해 서로 전기적으로 도통하고 있다.
도 2(a), 도 2(b), 도 3 에 나타내는 바와 같이, 다층 기판 (30) 에는 코어 용 관통공 (60, 61, 62) 이 형성되어 있다. 다층 기판 (30) 에는 EI 형 자성 코어 (63) 가 장착된다. EI 형 자성 코어 (63) 는 E 형 자성 코어 (64) 와 I 형 자성 코어 (65) 로 이루어진다. 상세하게는, 다층 기판 (30) 에 있어서의 코일의 중심부 (권선의 중심) 에는 원형의 관통공 (60) 이 형성되어 있다. 다층 기판 (30) 에 있어서의 코일의 외경측 (권선 패턴의 외주단) 에는 관통공 (61) 및 관통공 (62) 이 형성되어 있다. 다층 기판 (30) 에 있어서의 일방의 면으로부터 E 형 자성 코어 (64) 가, 관통공 (60) 에 중앙 레그부 (64a) 가 통과함과 함께 관통공 (61) 및 관통공 (62) 에 양측 레그부 (64b, 64c) 가 통과하도록 배치된다. 다층 기판 (30) 에 있어서의 타방의 면에 I 형 자성 코어 (65) 가, E 형 자성 코어 (64) 의 중앙 레그부 (64a) 의 선단면 및 양측 레그부 (64b, 64c) 의 선단면이 닿도록 배치된다.
EI 형 자성 코어 (63) 가 장착된 다층 기판 (30) 은, 방열 부재 (히트 싱크) (70) 상에 배치된다. 방열 부재 (70) 는 평판상을 이루고 있다. 방열 부재 (70) 의 상면에, EI 형 자성 코어 (63) 가 장착된 다층 기판 (30) 이 열적으로 접합되는 상태로 배치된다.
다층 기판 (30) 에 있어서의 제 1 절연층 (33) 은, 제 2 절연층 (34) 보다 방열 부재 (70) 측에 배치되어 있다. 또, 다층 기판 (30) 에 있어서의 제 4 금속박 (38) 은, 제 1 금속판 (31) 및 제 2 금속판 (32) 보다 방열 부재 (70) 측에 배치되어 있다.
다음으로, 작용에 대하여 설명한다.
도 2(a), (b), 도 3 에 나타내는 바와 같이, 1 차측 코일로서의 제 1 코일 (31a) 이 형성된 제 1 금속판 (31) 과, 2 차측 코일로서의 제 2 코일 (32a) 이 형성된 제 2 금속판 (32) 이 다층 기판 (30) 에 매립되어, 내장화되어 있다. 따라서, 제 1 금속판 (31) (제 1 코일 (31a)) 과 제 2 금속판 (32) (제 2 코일 (32a)) 사이의 스페이스가 작아진다.
구체적으로는, 도전층 (L1) 과 도전층 (L2) 사이에, 제 2 금속판 (32) (제 2 코일 (32a)) 이 내장되어 있다. 또, 도전층 (L3) 과 도전층 (L4) 사이에 제 1 금속판 (31) (제 1 코일 (31a)) 이 내장되어 있다. 제 1 금속판 (31) (제 1 코일 (31a)) 과 제 2 금속판 (32) (제 2 코일 (32a)) 이 절연층 (39) 에 의해 절연되어 있다. 또, 도전층 (L1, L2, L3, L4) 과 각각의 금속판 (31, 32) (코일 (31a, 32a)) 사이에서 접속이 이루어지고 있다.
이와 같이 함으로써, 교류 저항의 저감이 도모된다. 또, 회로와의 접속성이 우수하다.
요컨대, 기판의 일방의 면에 1 차측 코일을 배치함과 함께 기판의 타방의 면에 2 차측 코일을 배치한 것에 자성 코어를 조립한 구성으로 하면, 1 차측 코일과 2 차측 코일 사이에 기판의 두께분의 스페이스가 발생하여, 누설 인덕턴스가 증가하거나, 코일의 손실이 증가하거나, 자성 코어의 높이, 체격이 증가할 우려가 있다.
이에 반해, 본 실시형태에서는, 다층 기판에 1 차측 코일과 2 차측 코일을 적층한 상태로 내장함으로써, 1 차측 코일과 2 차측 코일 사이의 거리를 짧게 할 수 있어, 트랜스의 손실을 저감시킬 수 있음과 함께 트랜스의 소형화가 도모된다.
또, 다층 기판 (30) 은 방열 부재 (히트 싱크) (70) 상에 배치되어 있어, 절연형 DC-DC 컨버터 (10) 의 구동에 수반하여 트랜스 (11), 1 차측 스위칭 소자 (14) 등이 발열하면, 그 열은 방열 부재 (70) 로부터 빠져나간다.
요컨대, 제 1 금속판 (31) 에 의한 제 1 코일 (31a) 에 발생한 열은 방열 부재 (70) 에 전파되어 방열 부재 (70) 에 있어서 대기 중으로 빠져나간다. 또, 제 2 금속판 (32) 에 의한 제 2 코일 (32a) 에 발생한 열은 방열 부재 (70) 에 전파되어 방열 부재 (70) 에 있어서 대기 중으로 빠져나간다. 여기에서, 제 1 코일 (31a) 과 제 2 코일 (32a) 사이의 거리를 짧게 할 수 있어, 방열성이 향상되어 트랜스의 온도 상승이 저감된다. 마찬가지로, 전자 부품 (50, 55) 에 발생한 열은 방열 부재 (70) 에 전파되어 방열 부재 (70) 에 있어서 대기 중으로 빠져나간다. 여기에서, 전자 부품 (50) 은 방열 부재 (70) 에 대해 가깝게 배치되어, 방열성이 우수하다.
또, 금속박 (38) 의 패턴 (38b) 에 전자 부품 (50) 이 접속되어 있어, 패턴 (38b) 의 미세화에 수반하여 투영 면적의 소형화가 도모된다.
또한, 제 1 절연층 (33) 에 있어서, 제 1 코일 (31a) 이 형성된 제 1 금속판 (31) 과, 전자 부품 (50) 이 내장되어 있다. 또, 제 2 절연층 (34) 에 있어서, 제 2 코일 (32a) 이 형성된 제 2 금속판 (32) 과, 전자 부품 (55) 이 내장되어 있다. 동일한 절연층에 금속판과 전자 부품을 내장함으로써 적층 방향에 있어서의 대형화가 방지된다.
상기 실시형태에 의하면, 이하와 같은 효과를 얻을 수 있다.
(1) 다층 기판 (30) 의 구성으로서, 제 1 코일을 형성하는 제 1 금속판 (31) 과, 제 1 금속판 (31) 에 코일의 권회축 방향에 대향하고, 제 2 코일을 형성하는 제 2 금속판 (32) 과, 제 1 금속판 (31) 을 내장하는 제 1 절연층 (33) 과, 제 2 금속판 (32) 을 내장하는 제 2 절연층 (34) 을 구비하고, 제 1 금속판 (31) 에는 복수의 비아 홀 (40) 을 통하여 금속박 (38) 이 접속되고, 금속박 (38) 에 형성된 패턴 (38b) 에는 제 1 절연층 (33) 에 내장된 전자 부품 (50) 이 실장되어 있다.
따라서, 금속박 (38) 을 패터닝하여 전자 부품 (50) 을 실장하기 때문에, 제 1 금속판 (31) 을 패터닝하여 실장하는 경우에 비해, 패턴을 미세화할 수 있어 투영 면적을 소형화할 수 있게 된다. 또, 전자 부품 (50) 과 제 1 금속판 (31) 을 제 1 절연층 (33) 에 내장하기 때문에, 전자 부품 (50) 과 제 1 금속판 (31) 을 각각의 절연층에 내장하여 그것들을 적층하는 것보다도, 적층 방향의 대형화를 억제할 수 있게 된다. 그 결과, 투영 면적의 소형화를 도모함과 함께 적층 방향의 대형화를 억제할 수 있다.
(2) 제 1 절연층 (33) 은, 제 2 절연층 (34) 보다 방열 부재 (70) 측에 배치되고, 금속박 (38) 은, 제 1 금속판 (31) 및 제 2 금속판 (32) 보다 방열 부재 (70) 측에 배치된다. 따라서, 금속박 (38) 에 있어서의 전자 부품 (50) 의 열의 방열 성능은 제 1 금속판 (31) 에서의 방열 성능에 비해 떨어지지만, 방열 부재 (70) 측에 금속박 (38) 을 배치하기 때문에 그만큼 방열성이 향상되어, 방열성이 저하되는 것을 억제할 수 있게 된다.
(3) 제 2 절연층 (34) 에 수동 부품인 전자 부품 (55) 이 내장되어 있다. 따라서, 방열의 필요성이 낮은 수동 부품 (55) 을 제 2 절연층 (34) 에 내장할 수 있게 된다.
(4) 제 1 절연층 (33) 에 내장된 전자 부품 (50) 은 파워 소자이다. 따라서, 방열의 필요성이 높은 파워 소자의 방열성이 우수하다.
실시형태는 상기에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 다음과 같이 구체화해도 된다.
ㆍ도 6 대신에 도 7 에 나타내는 구성으로 해도 된다. 도 7 에 있어서, 제 4 금속박 (38) 에 의한 패턴 (90) 으로서, 제 1 금속판 (31) 에 의한 제 1 코일 (31a) 과의 접속부 (비아 홀 (40) 의 배치부) 로부터, 소용돌이 형상의 제 1 코일 (31a) 의 배치 영역을 따르도록 연장되어 있다. 즉, C 자 형상으로 연장 형성되어 있다. 이로써 제 1 코일 (31a) 의 통전에 수반하여 제 1 코일 (31a) 이 발열했을 때의 열이, 연장된 금속박의 패턴 (90) 을 통하여 방열 부재 (70) 로 용이하게 빠져나가게 할 수 있다. 이로써 방열성의 향상이 도모된다.
ㆍ다층 기판은 도전층 (배선 패턴) 과 절연층 (수지층) 을 교대로 적층하여 구성되는데, 그 층수는 문제삼지 않는다. 예를 들어, 도 8 에 나타내는, 6 개의 금속박 (121, 122, 123, 124, 125, 126) 에 의한 도전층 (L1 ∼ L6) 을 갖는 다층 기판으로 해도 된다. 도 8 에 있어서, 제 1 금속판 (111) 과, 제 2 금속판 (112) 과, 제 3 금속판 (113) 과, 제 1 절연층 (100) 과, 제 2 절연층 (101) 과, 제 3 절연층 (102) 과, 제 1 금속박 (121) 과, 제 2 금속박 (122) 과, 제 3 금속박 (123) 과, 제 4 금속박 (124) 과, 제 5 금속박 (125) 과, 제 6 금속박 (126) 과, 제 4 절연층 (103) 과, 제 5 절연층 (104) 과, 전자 부품 (130) 과, 전자 부품 (131) 과, 전자 부품 (132) 을 구비한다. 제 3 절연층 (102) 의 일방의 면인 상면에는 제 1 금속박 (121) 이 배치되어 있음과 함께 제 3 절연층 (102) 의 타방의 면인 하면에는 제 2 금속박 (122) 이 배치되어 있다. 제 2 절연층 (101) 의 일방의 면인 상면에는 제 3 금속박 (123) 이 배치되어 있음과 함께 제 2 절연층 (101) 의 타방의 면인 하면에는 제 4 금속박 (124) 이 배치되어 있다. 제 1 절연층 (100) 의 일방의 면인 상면에는 제 5 금속박 (125) 이 배치되어 있음과 함께 제 1 절연층 (100) 의 타방의 면인 하면에는 제 6 금속박 (126) 이 배치되어 있다. 제 1 절연층 (100) 상에 제 2 절연층 (101) 이 얇은 제 4 절연층 (103) 을 개재하여 적층되어 있다. 제 2 절연층 (101) 상에 제 3 절연층 (102) 이 얇은 제 5 절연층 (104) 을 개재하여 적층되어 있다.
제 1 절연층 (100) 에 있어서 제 1 금속판 (111) 이 내장되어 있다. 제 2 절연층 (101) 에 있어서 제 2 금속판 (112) 이 내장되어 있다. 제 3 절연층 (102) 에 있어서 제 3 금속판 (113) 이 내장되어 있다.
제 1 금속판 (111) 이 원하는 코일 형상으로 패터닝되어, 1 차측 코일 (권선) 로서의 제 1 코일이 형성되어 있다. 제 2 금속판 (112) 이 원하는 코일 형상으로 패터닝되어, 2 차측 코일 (권선) 로서의 제 2 코일이 형성되어 있다. 제 3 금속판 (113) 이 원하는 코일 형상으로 패터닝되어, 1 차측 코일 (권선) 로서의 제 3 코일이 형성되어 있다.
제 1 금속판 (111) 에 의한 1 차측 코일의 일단에는 복수의 비아 홀 (140) 을 통하여 금속박 (126) 에 형성된 패턴 (126a) 이 접속되어 있다. 제 3 금속판 (113) 에 의한 1 차측 코일의 일단에는 복수의 비아 홀 (141) 을 통하여 금속박 (121) 에 형성된 패턴 (121a) 이 접속되어 있다. 제 1 금속판 (111) 에 의한 1 차측 코일의 타단과 제 3 금속판 (113) 에 의한 1 차측 코일의 타단은 비아 홀 (도시 생략) 을 통하여 접속되어 있다.
제 2 금속판 (112) 에 의한 2 차측 코일의 일단에는 비아 홀 (145) 을 통하여 금속박 (123) 에 형성된 패턴 (123a) 이 접속되어 있다. 또, 제 2 금속판 (112) 에 의한 2 차측 코일의 타단에는 비아 홀 (146) 을 통하여 금속박 (124) 에 형성된 패턴 (124a) 이 접속되어 있다.
이와 같이 하여, 제 1 금속판 (111) (1 차측 코일), 제 2 금속판 (112) (2 차측 코일), 제 3 금속판 (113) (1 차측 코일) 이 다층으로 적층된 구조로 되어 있다.
또, 금속박 (126) 에 형성된 패턴 (126b) 에는 제 1 절연층 (100) 에 내장된 전자 부품 (130) 이 비아 홀 (150) 을 통하여 접속되어 있다. 또, 금속박 (125) 에 형성된 패턴 (125a) 에는 전자 부품 (130) 이 비아 홀 (151) 을 통하여 접속되어 있다. 금속박 (123) 에 형성된 패턴 (123b) 에는 제 2 절연층 (101) 에 내장된 전자 부품 (131) 이 비아 홀 (152) 을 통하여 접속되어 있다. 금속박 (121) 에 형성된 패턴 (121b) 에는 제 3 절연층 (102) 에 내장된 전자 부품 (132) 이 비아 홀 (153) 을 통하여 접속되어 있다.
ㆍ도 2(b) 에서는 제 1 금속판 (31) 은 비아 홀을 통하여 금속박 (37, 38) 과 접속됨과 함께 제 2 금속판 (32) 은 비아 홀을 통하여 금속박 (35, 36) 과 접속되어 있었지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 제 1 금속판 (31) 은 비아 홀을 통하여 금속박 (35, 36, 37, 38) 중 어느 것과 접속되어 있으면 되고, 또, 제 2 금속판 (32) 도 비아 홀을 통하여 금속박 (35, 36, 37, 38) 중 어느 것과 접속되어 있으면 된다.
마찬가지로, 도 2(b) 에서는 전자 부품 (50) 은 비아 홀을 통하여 금속박 (37, 38) 과 접속됨과 함께 전자 부품 (55) 은 비아 홀을 통하여 금속박 (35) 과 접속되어 있었지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 전자 부품 (50) 은 비아 홀을 통하여 금속박 (35, 36, 37, 38) 중 어느 것과 접속되어 있으면 되고, 또, 전자 부품 (55) 도 비아 홀을 통하여 금속박 (35, 36, 37, 38) 중 어느 것과 접속되어 있으면 된다.
ㆍ제 1 코일과 제 2 코일로 트랜스를 구성했지만 이것에 한정되지 않는다. 제 1 코일과 제 2 코일로 트랜스를 구성하지 않아도 된다.
ㆍ자성 코어 (63) 는, 일반적인 EI 형 자성 코어였지만 이것에 한정되지 않는다. 자성 코어의 형상은 문제삼지 않는다.
ㆍ다층 기판에 내장하는 전자 부품의 종류는 문제삼지 않는다. 전자 부품은 능동 부품이어도 되고 수동 부품이어도 되고, 예를 들어, 도 1 에 있어서의 파워 MOSFET (14) 을 제어하는 제어 IC (15) 도 내장시켜도 된다.
ㆍ금속판 (31, 32) 은 동판이고, 금속박 (35, 36, 37, 38) 은 동박이었지만 이것에 한정되지 않고, 금속판 (31, 32) 는 동판 이외의 금속판이어도 되고, 금속박 (35, 36, 37, 38) 은 동박 이외의 금속박이어도 된다.
ㆍ다층 기판의 각 도전층인 금속박 (35, 36, 37, 38) 의 두께는 동일해도 되고 상이해도 된다. 예를 들어, 대전류 (파워 전류) 가 흐르는 도전층은 두껍고, 소전류 (제어 전류) 가 흐르는 도전층은 얇게 해도 된다.
ㆍ방열 부재 (히트 싱크) 는 다층 기판의 편면에 형성해도 되지만, 방열 부재 (히트 싱크) 는 다층 기판의 양면에 형성해도 된다.
ㆍDC-DC 컨버터로 구체화했지만, 다른 전력 변환 장치, 예를 들어 인버터로 구체화해도 된다.
30 : 다층 기판
31 : 제 1 금속판
32 : 제 2 금속판
33 : 제 1 절연층
34 : 제 2 절연층
38 : 제 4 금속박
38b : 패턴
40 : 비아 홀
50 : 전자 부품
55 : 전자 부품
70 : 방열 부재

Claims (4)

  1. 제 1 코일을 형성하는 제 1 금속판과,
    상기 제 1 금속판에 코일의 권회축 방향에 대향하고, 제 2 코일을 형성하는 제 2 금속판과,
    상기 제 1 금속판을 내장하는 제 1 절연층과,
    상기 제 2 금속판을 내장하는 제 2 절연층을 구비하고,
    상기 제 1 절연층의 일방의 면, 또는 타방의 면, 또는 상기 제 2 절연층의 일방의 면, 또는 타방의 면 중 적어도 1 개에는 도전층을 형성하는 금속박이 배치되고,
    상기 제 1 금속판에는 비아 홀을 통하여 상기 도전층이 접속되고,
    상기 도전층을 형성하는 상기 금속박의 패턴에는 상기 제 1 절연층에 내장된 전자 부품이 실장되어 있는 것을 특징으로 하는 다층 기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 절연층은, 상기 제 2 절연층보다 방열 부재측에 배치되고,
    상기 금속박은, 상기 제 1 금속판 및 상기 제 2 금속판보다 방열 부재측에 배치되는 것을 특징으로 하는 다층 기판.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 절연층에 수동 부품이 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 다층 기판.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 절연층에 내장된 상기 전자 부품은 파워 소자인 것을 특징으로 하는 다층 기판.
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