(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
DC−DCコンバータで使用される磁気デバイスでは、コイルに大電流が流れる。そのコイルの巻線を基板の表面層や内層に形成したコイルパターンで構成すると、大電流を正常に流すためには、コイルパターンの幅や厚みを大きくして、コイルパターンの断面積をある程度の大きさにする必要がある。しかし、コイルパターンの幅を広げると、基板の限られた領域でコイルパターンの巻き数を多くしづらくなるので、コイルの巻き数を増やすのが難しくなる。
【0007】
また、DC−DCコンバータでは、小型化を実現するため、磁気デバイスと他の電子部品や電気回路を同一基板に設け、該基板の実装密度を高くしたいという要望がある。しかし、たとえば
図12に示すように、プリント基板Bでは、パターンなどの導体(銅などの金属箔)Da、Dbの厚みta、tbを厚くするほど(ta>tb)、導体Da、Dbの裾野部分Dsの幅Wa、Wbが大きくなるので(Wa>Wb)、実装密度が低くなる。そこで、DC−DCコンバータの基板においては、コイルパターンを配置する箇所の導体を厚くし、他の電子部品などを配置する箇所の導体を薄くすることが考えられる。しかるに、同一層で導体の厚みを異ならせようとすると、該層の製造工程が増加して、基板の製造が難しくなる。
【0008】
また、コイルパターンに大電流を流すと、コイルパターンから発熱して、基板の温度が上昇する。基板の温度が高くなると、磁気デバイスの特性の変動や性能の劣化を生じるおそれがある。また、同一基板上に実装されたICチップなどの電子部品の誤動作や破壊を生じるおそれもある。
【0009】
本発明の課題は、コイルの巻き数を増やしても容易に製造することができ、かつコイルから発熱しても温度上昇を抑制することができるコイル一体型プリント基板と、該基板を備えた磁気デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明のコイル一体型プリント基板は、1層以上にコイルパターンが印刷により形成されたプリント基板であって、当該コイル一体型プリント基板上に表面実装された外部コイルを備えている。
外部コイルは、金属板を折り曲げることにより、筒状に形成されている。そして、コイルパターンと外部コイルは、当該コイル一体型プリント基板を貫通する共通のコアに巻回され、コイルパターンの一端と外部コイルの一端とは、電気的に接続されている。
【0011】
また、本発明の磁気デバイスは、上記コイル一体型プリント基板と、磁性体から成り、コイル一体型プリント基板を貫通するコアとを備えている。そして、コアの周囲に巻回されるように、コイル一体型プリント基板にコイルパターンが形成され、かつ外部コイルが表面実装されている。
【0012】
上記によると、コイル一体型プリント基板に形成されたコイルパターンと、コイル一体型プリント基板上に表面実装された外部コイルとから、一連のコイルが構成されている。このため、コイル一体型プリント基板の限られた領域で、コイルパターンの巻き数を多く確保するのが難しくても、外部コイルをコイルパターンと接続することで、コイルの巻き数を増やすことができる。また、コイル一体型プリント基板に外部コイルを、表面実装により容易に取り付けることができる。よって、コイルの巻き数を増やしても、コイル一体型プリント基板を容易に製造することが可能となる。
【0013】
また、コイル一体型プリント基板に外部コイルを表面実装しているので、コイル一体型プリント基板の表面層では、導体の厚みを厚くしなくても、外部コイル11の断面積を大きくすることにより、電流を正常に流すことができる。また、表面層の導体の厚みを薄くすることで、他の電子部品や電気回路を高密度で実装することができる。よって、表面層の各部で導体の厚みを同一にして、該表面層の製造工程を少なくし、コイル一体型プリント基板を容易に製造することが可能となる。さらに、コイルに電流が流れたときに、外部コイルからの発熱が周囲に放熱されるので、コイルからの発熱によるコイル一体型プリント基板の温度上昇を抑制することが可能となる。
【0014】
また、本発明では、上記コイル一体型プリント基板において、電力を入出力するための一対の表面電極をさらに備え、一対の表面電極のうち、一方の表面電極を外部コイルの他端と電気的に接続し、他方の表面電極をコイルパターンの他端と電気的に接続してもよい。
【0015】
また、本発明では、上記コイル一体型プリント基板において、次のような構成を採用してもよい。コイルパターンは、外部に露出しない内層に形成され、外部コイルと一対の表面電極は、同一の表面層に設けられる。また、一方の表面電極と外部コイルの他端とを電気的に接続する第1接続手段と、当該コイル一体型プリント基板を貫通し、外部コイルの一端とコイルパターンの一端とを電気的に接続する第2接続手段と、当該コイル一体型プリント基板を貫通し、他方の表面電極とコイルパターンの他端とを電気的に接続する第3接続手段とが設けられる。そして、各接続手段は、当該コイル一体型プリント基板の板面においてそれぞれ重ならないように配置される。
【0016】
また、本発明では、上記コイル一体型プリント基板において、外部コイルは、当該コイル一体型プリント基板の板面において他方の表面電極と第3接続手段とに重ならないように、表面実装されていてもよい。
【0017】
また、本発明では、上記コイル一体型プリント基板において、コイルパターンが、複数の層に形成されており、当該コイル一体型プリント基板を貫通し、異なる層にあるコイルパターン同士を電気的に接続する第4接続手段をさらに備えていてもよい。この場合、第4接続手段は、当該コイル一体型プリント基板の板面において第1接続手段、第2接続手段、および第3接続手段と重ならないように配置すればよい。
【0019】
さらに、本発明では、上記コイル一体型プリント基板において、外部コイルは、径方向と板厚方向が平行な円周部を有し、この円周部における、
コイル一体型プリント基板と反対側の上面、
またはコイル一体型プリント基板側の下面、または円周面に凹凸を設けてもよい。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、コイルの巻き数を増やしても容易に製造することができ、かつコイルから発熱しても温度上昇を抑制することができるコイル一体型プリント基板と、該基板を備えた磁気デバイスを提供することが可能となる。
【発明を実施するための形態】
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
上記のスイッチング電源装置100の各部は、後述する基板3に実装されている。また、平滑回路55のチョークコイルLとして、後述する磁気デバイス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、後述するように電力を入出力するための一対の電極8i、8oが設けられている。
【0030】
次に、磁気デバイス1の構造を、
図2−1〜
図9を参照しながら説明する。
【0031】
図2−1は、磁気デバイス1の分解斜視図である。
図2−2は、
図2−1のコイル一体型プリント基板3(以下、単に「基板3」という。)に、外部コイル11やコア2aを組み付けた状態を示した斜視図である。
図3−1は、
図2−1の基板3のA部の表面層L1と内層L2、L3の平面図である。
図3−2は、
図2−1の基板3のA部の裏面層L4の平面図である。
図4〜
図7は、磁気デバイス1の断面図である。詳しくは、
図3−1および
図3−2において、X−X断面を
図4に示し、Y−Y断面を
図5に示し、Z−Z断面を
図6に示し、V−V断面を
図7に示している。
【0032】
図2−1および
図5に示すように、コア2a、2bは、断面形状がE字形の上コア2aと、断面形状が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。
【0033】
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。凸部2m、2L、2rは、
図3−1、
図3−2、および
図5に示すように、一列に並んでいる。
図5に示すように、中央の凸部2mに対して、左右の凸部2L、2rの方が、突出量が多くなっている。
【0034】
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2−1)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、アルミニウムなどの金属製である。
【0035】
基板3は、絶縁体から成る薄板状の基材の各層に、銅などの導電性を有する金属箔が印刷されることにより、パターンやパッドやランドなどの導体が形成されたプリント基板から構成されている。本実施形態では、基板3において、
図1のスイッチング電源装置100の磁気デバイス1以外の電子部品や電気回路の図示を省略している。
【0036】
基板3の表面(
図2−1、
図2−2、および
図4〜
図7で上面)には、
図3−1(a)に示すような表面層L1が設けられている。基板3の裏面(
図2−1、
図2−2、および
図4〜
図7で下面)には、
図3−2に示すような裏面層L4が設けられている。
図4〜
図7に示すように、表面層L1と裏面層L4の間には、
図3(b)、(c)に示すような内層L2、L3が設けられている。つまり、基板3は、外部に露出した2つの外面層L1、L4と、外部に露出しない2つの内層L2、L3の、計4つの層L1〜L4を有した多層基板である。なお、多層の基板とは、2つ以上の層を有する基板のことである。また、基板3の裏面にある層L4も、広義では表面層であるが、本実施形態では、表面層L1と区別するため、裏面層L4という。
【0037】
基板3には、複数の開口部3m、3L、3rが設けられている。開口部3mは大径の円形の貫通孔から成り、開口部3L、3rはほぼ凹形の貫通孔から成る。
図2−1、
図3−1、
図3−2、
図5、および
図7に示すように、中央にある1つの開口部3mには、コア2aの中央の凸部2mが挿入され、左右にある開口部3L、3rには、コア2aの左右の凸部2L、2rがそれぞれ挿入される。
図4〜
図7に示すように、基板3の裏面層L4側には、ヒートシンク10が図示しないねじなどの固定手段により固定される。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。絶縁シート12は可撓性を有しているため、基板3やヒートシンク10と隙間なく密着する。
【0038】
図3−1および
図3−2に示すように、基板3には、スルーホール8a、8b、8d、スルーホール群9a、9b、表面電極8i、8o、ランド8c、パターン4a〜4h、4t
1〜4t
4、5t
1〜5t
8、パッド8e、8f、8g、およびピン6i、6o、7a〜7dといった導体が設けられている。スルーホール8a、8b、8d、スルーホール群9a、9b、およびピン6i、6o、7a〜7dは、基板3を貫通するように設けられている(
図4、
図6、および
図7参照)。
【0039】
図4〜
図7に示すように、基板3の表面層L1と裏面層L4にある導体(表面電極8i、8o、ランド8c、パターン4c〜4e、5t
1〜5t
4、およびパッド8e、8f、8gなど)は、薄い銅箔から成る。それに対して、内層L2、L3にある導体(パターン4a、4b、4f、4t
1〜4t
4、5t
5〜5t
8など)は、厚い銅箔から成る。
【0040】
図3−1および
図3−2に示すように、一対のスルーホール8a、8bには、導電性を高めるため、銅などの導電性を有する金属で形成された導電ピン6i、6oがそれぞれ埋設されている。表面層L1と裏面層L4のスルーホール8a、8bの周囲には、一対の表面電極8i、8oがそれぞれ設けられている。表面電極8i、8oは、スルーホール8a、8bのランドでもある。導電ピン6i、6oや表面電極8i、8oの表面には、銅めっきが施されている。導電ピン6i、6oの下端は、
図4に示すように、絶縁シート12と接触している。
【0041】
また、
図3−1および
図3−2に示すように、4つのスルーホール8dには、熱伝導性を高めるため、銅などの導電性を有する金属で形成された放熱ピン7a〜7dがそれぞれ埋設されている。表面層L1と裏面層L4のスルーホール8dの周囲には、ランド8cがそれぞれ設けられている。放熱ピン7a〜7dやランド8cの表面には、銅めっきが施されている。放熱ピン7a〜7dの下端は、
図6に示すように、絶縁シート12と接触している(放熱ピン7a、7bの断面は図示省略)。
【0042】
図3−1(a)に示すように、基板3の表面層L1には、配線パターン4c、中継パターン4d、矩形パターン4e、放熱パターン5t
1〜5t
4、およびパッド8e〜8gが形成されている。パターン4c〜4e、5t
1〜5t
4は、それぞれ別体で、絶縁されている。パターン4c〜4e、5t
1〜5t
4の表面には、絶縁加工が施されている。
【0043】
配線パターン4cの一端は、表面電極8i、スルーホール8a、および導電ピン6iと接続されている。配線パターン4cの他端は、パッド8fと接続されている。中継パターン4dの一端部には、スルーホール群9aが設けられている。中継パターン4dの他端は、パッド8eと接続されている。矩形パターン4eには、スルーホール群9bが設けられている。
【0044】
放熱パターン5t
1は、放熱ピン7aとこれの周囲のスルーホール8dおよびランド8cと接続され、近傍にある表面電極8o、スルーホール8b、および導電ピン6oと絶縁されている。放熱パターン5t
2は、放熱ピン7cとこれの周囲のスルーホール8dおよびランド8cと接続されている。放熱パターン5t
3は、放熱ピン7dとこれの周囲のスルーホール8dおよびランド8cと接続されている。放熱パターン5t
4は、放熱ピン7bとこれの周囲のスルーホール8dおよびランド8cと接続され、近傍にある表面電極8i、スルーホール8a、および導電ピン6iと絶縁されている。
【0045】
パッド8e〜8gは、それぞれ別体になっていて、基板3の中央の貫通孔3mの周囲に配置されている。パッド8e〜8gの表面には、銅めっきが施されている。パッド8eは、中継パターン4d以外のパターン4c、4e、5t
1〜5t
4に対して絶縁されている。パッド8fは、配線パターン4c以外のパターン4d、4e、5t
1〜5t
4に対して絶縁されている。パッド8gは、パターン4c〜4e、5t
1〜5t
4と絶縁されている。
【0046】
また、表面層L1には、外部コイル11が表面実装されている。
図8は、外部コイル11の詳細を示した図であって、(a)は外部コイル11の平面図を示し、(b)は(a)の外部コイル11を右側から見た側面図を示し、(c)は(a)の外部コイル11を下側から見た側面図を示している。
図9は、外部コイル11の製造工程の一部を示した図である。
【0047】
外部コイル11は、図示しないプレス機などにより、
図9に示すような、銅製などの金属条材13からコイル用金属板11’を打ち抜いて、該コイル用金属板11’を折り曲げ加工することで、
図8に示すように筒状に形成されている(
図2−1も参照)。つまり、外部コイル11の円周部11a(
図8)の径方向と板厚方向が平行になっている。外部コイル11の板厚tや板幅Wや断面積は、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、外部コイル11からの発熱量をある程度に抑制して、しかも外部コイル11の表面から放熱できるように設定されている。
【0048】
外部コイル11の両端部には、電力を入出力するための入出力脚部11e、11fが形成されている。外部コイル11の円周部11aには、基板3に対する取り付けを補強するための補強脚部11gが複数形成されている。各脚部11e〜11gは、外部コイル11の下面から下方へ一旦延びた後、外側方へ延びるように、L字形に形成されている。
【0049】
図3−1(a)に示すように、外部コイル11の脚部11e〜11gを基板3の表面層L1のパッド8e〜8g上にそれぞれ配置して、脚部11e〜11gとパッド8e〜8gをはんだ付けすることにより、外部コイル11が基板3に表面実装される(
図2−2(a)も参照)。コア2aの中央の凸部2mは、基板3の表面側から外部コイル11の円周部11aの内側を通って貫通孔3mに挿入されるため(
図2−2(b)も参照)、外部コイル11は、コア2aの凸部2mの周囲に巻回された状態となる。各脚部11e〜11gには、はんだによる接合面積を増やすため、切欠き11k(
図8)が形成されている。
【0050】
複数の脚部11e〜11fを形成するため、
図9に示すように、折り曲げ加工前のコイル用金属板11’は櫛状になっている。そして、その櫛状部分を交差させるようにして、2個1対のコイル用金属板11’が金属条材13の長さ方向の同一領域から打ち抜かれる。これにより、金属条材13の無駄を少なくすることができる。
【0051】
図4〜
図7で、基板3の表面層L1側に近い方の内層L2には、
図3−1(b)に示すように、コイルパターン4aと放熱パターン5t
5、5t
6が形成されている。また、コイルパターン4aには、該パターン4aの一部を幅方向に拡張することにより、拡張領域4t
1、4t
2が形成されている。コイルパターン4aと拡張領域4t
1、4t
2は、一体になっているが、コイルパターン4aと拡張領域4t
1、4t
2に対して、放熱パターン5t
5、5t
6はそれぞれ別体になっていて、絶縁されている。
【0052】
コイルパターン4aは、基板3の板面方向と平行な帯状に形成されていて、コア2aの凸部2mの周囲に巻回されている。したがって、コイルパターン4aと外部コイル11とは、共通のコア2aに巻回されている。コイルパターン4aの一端にはスルーホール群9aが設けられ、他端にはスルーホール群9bが設けられている。
【0053】
コイルパターン4aの拡張領域4t
1は、放熱ピン7bとこれの周囲のスルーホール8dに接続され、スルーホール8aおよび導電ピン6iと絶縁されている。拡張領域4t
2は、放熱ピン7dとこれの周囲のスルーホール8dに接続されている。放熱パターン5t
5は、放熱ピン7aとこれの周囲のスルーホール8dに接続され、スルーホール8bおよび導電ピン6oと絶縁されている。放熱パターン5t
6は、放熱ピン7cとこれの周囲のスルーホール8dに接続されている。
【0054】
図4〜
図7で、基板3の裏面層L4側に近い方の内層L3には、
図3−1(c)に示すように、コイルパターン4b、矩形パターン4f、および放熱パターン5t
7、5t
8が形成されている。また、コイルパターン4bには、該パターン4bの一部を幅方向に拡張することにより、拡張領域4t
3、4t
4が形成されている。コイルパターン4bと拡張領域4t
3、4t
4は、一体になっている。コイルパターン4bと拡張領域4t
3、4t
4に対して、矩形パターン4fと放熱パターン5t
7、5t
8はそれぞれ別体になっていて、絶縁されている。
【0055】
コイルパターン4bは、基板3の板面方向と平行な帯状に形成されていて、コア2aの凸部2mの周囲に巻回されている。したがって、コイルパターン4bと外部コイル11とは、共通のコア2aに巻回されている。コイルパターン4bの一端にはスルーホール群9bが設けられ、他端はスルーホール8bおよび導電ピン6oと接続されている。矩形パターン4fには、スルーホール群9aが設けられている。
【0056】
コイルパターン4bの拡張領域4t
3は、放熱ピン7aとこれの周囲のスルーホール8d、並びに導電ピン6oとこれの周囲のスルーホール8bに接続されている。拡張領域4t
4は、放熱ピン7cとこれの周囲のスルーホール8dに接続されている。放熱パターン5t
7は、放熱ピン7bとこれの周囲のスルーホール8dに接続され、スルーホール8aおよび導電ピン6iと絶縁されている。放熱パターン5t
8は、放熱ピン7dとこれの周囲のスルーホール8dに接続されている。
【0057】
コイルパターン4a、4bの幅や厚みや断面積は、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、4bでの発熱量をある程度に抑制して、しかもコイルパターン4a、4bの表面から放熱できるように設定されている。
【0058】
図3−2に示すように、基板3の裏面層L4には、2つの矩形パターン4g、4hが形成されている。矩形パターン4g、4hは、別体になっていて、絶縁されている。また、矩形パターン4g、4hは、導電ピン6i、6oとこれらの周囲のスルーホール8a、8bおよび表面電極8i、8o、ならびに放熱ピン7a〜7dとこれらの周囲のスルーホール8dおよびランド8cと絶縁されている。一方の矩形パターン4gには、スルーホール群9aが設けられ、他方の矩形パターン4hには、スルーホール群9bが設けられている。
【0059】
スルーホール群9a、9bは、スルーホール8a、8b、8dより小径で、
図7に示すように、基板3を貫通する複数のスルーホールが、所定の間隔で集まって構成されている。このスルーホール群9a、9bを構成する小径の各スルーホールの表面には、銅めっきが施され、該スルーホールの内側は、銅などで埋められている。スルーホール群9aは、貫通している異なる層L1〜L4のパターン4d、4a、4f、4g同士を電気的に接続する。スルーホール群9bも、貫通している異なる層L1〜L4のパターン4e、4a、4b、4h同士を電気的に接続する。
【0060】
スルーホール8bと導電ピン6oは、貫通している異なる層L1、L3、L4の表面電極8oとコイルパターン4bとを電気的に接続する。スルーホール8aと導電ピン6iは、貫通している異なる層L1、L4の表面電極8i同士を電気的に接続する。
【0061】
上記により、表面層L1にある表面電極8iと外部コイル11の入出力脚部11fとは、配線パターン4cとパッド8fとはんだにより電気的に接続されている。また、表面層L1にある外部コイル11の入出力脚部11eと、内層L2にあるコイルパターン4aの一端とは、はんだと中継パターン4dとスルーホール群9aにより電気的に接続されている。また、コイルパターン4aの他端と、内層L3にあるコイルパターン4bの一端とは、スルーホール群9bにより電気的に接続されている。さらに、コイルパターン4bの他端と、表面層L1にある表面電極8oとは、スルーホール8bと導電ピン6oにより電気的に接続されている。
【0062】
つまり、基板3に一体化されたコイルは、表面層L1で、起点である表面電極8iから配線パターン4cとパッド8fを経由して、外部コイル11によりコア2aの凸部2mの周囲に1回目が巻かれた後、パッド8eと中継パターン4dとスルーホール群9aを経由して、内層L2に接続される。次に、コイルは、内層L2で、コイルパターン4aにより凸部2mの周囲に2回目が巻かれた後、スルーホール群9bを経由して、内層L3に接続される。そして、コイルは、内層L3で、コイルパターン4bにより凸部2mの周囲に3回目が巻かれた後、スルーホール8bおよび導電ピン6oを経由して、終点である表面層L1の表面電極8oに接続される。
【0063】
このように、表面電極8i、配線パターン4c、パッド8f、外部コイル11、パッド8e、中継パターン4d、スルーホール群9a、コイルパターン4a、スルーホール群9b、コイルパターン4b、導電ピン6o付きスルーホール8b、および表面電極8oの順で直列に接続された、一連のコイルの電流経路が形成されている。また、配線パターン4c、パッド8f、8e、中継パターン4d、スルーホール群9a、9b、およびスルーホール8bは、基板3の板面においてそれぞれ重ならないように配置されている。また、外部コイル11は、基板3の板面において表面電極8oと導電ピン6oとスルーホール8bとに重ならないように、表面実装されている。
【0064】
配線パターン4cとパッド8fとはんだは、本発明の「第1接続手段」の一例である。パッド8eと中継パターン4dとはんだとスルーホール群9aは、本発明の「第2接続手段」の一例である。導電ピン6oとスルーホール8bは、本発明の「第3接続手段」の一例である。スルーホール群9bは、本発明の「第4接続手段」の一例である。
【0065】
放熱ピン7b、7dとこれらの周囲のスルーホール8dとランド8cは、内層L2のコイルパターン4aの拡張領域4t
1、4t
2と、表面層L1および内層L3の放熱パターン5t
4、5t
3、5t
7、5t
8と、裏面層L4とを熱的に接続する。放熱ピン7a、7cとこれらの周囲のスルーホール8dとランド8cは、内層L3のコイルパターン4bの拡張領域4t
3、4t
4と、表面層L1および内層L2の放熱パターン5t
1、5t
2、5t
5、5t
6と、裏面層L4とを熱的に接続する。導電ピン6iとこの周囲のスルーホール8aと表面電極8iは、表面層L1の配線パターン4cと裏面層L4とを熱的に接続する。
【0066】
このため、前述した電流経路でコイルに大電流が流れたときに、表面層L1にある配線パターン4cなどからの発熱が、表面層L1の周囲に放熱されるとともに、表面電極8i、スルーホール8a、および導電ピン6iを伝って、裏面層L4側にある絶縁シート12を介してヒートシンク10で放熱される。また、外部コイル11からの発熱が、外部コイル11自身の表面から放熱される。
【0067】
内層L2、L3にあるコイルパターン4a、4bからの発熱は、放熱ピン7a〜7d、スルーホール8d、ランド8c、スルーホール群9a、9b、および矩形パターン4e、4g、4hを伝って、表面層L1と裏面層L4へ導かれる。そして、該熱は、表面層L1にある放熱パターン5t
1〜5t
4の表面から放熱されるとともに、裏面層L4側にある絶縁シート12を介してヒートシンク10で放熱される。スルーホール群9a、9bは、サーマルビアとしても機能する。
【0068】
なお、内層L2、L3のコイルパターン4a、4bに対応させて、裏面層L4に放熱パターンを形成し、該コイルパターン4a、4bと放熱パターンとを放熱ピン7a〜7dとスルーホール8dとランド8cにより熱的に接続してもよい。これにより、コイルパターン4a、4bからの発熱を、放熱ピン7a〜7dなどを介して裏面層L4の放熱パターンに広く拡散させて、該放熱パターンの表面から絶縁シート12を介してヒートシンク10へ効率良く伝えて、一層放熱させることができる。
【0069】
上記実施形態によると、基板3に形成されたコイルパターン4a、4bと、基板3上に表面実装された外部コイル11とから、磁気デバイス1および基板3の一連のコイルが構成されている。このため、基板3の限られた領域(コア2aの凸部2mの周囲)で、コイルパターン4a、4bの幅を太くするなどの理由で、巻き数を多く確保することが難しくても、外部コイル11をコイルパターン4a、4bと接続することで、コイルの巻き数を容易に増やすことができる。また、基板3に外部コイル11を、表面実装により容易に取り付けることができる。よって、コイルの巻き数を増やしても、基板3を容易に製造することが可能となる。
【0070】
また、基板3に外部コイル11を表面実装しているので、基板3の表面層L1では、導体の厚みを厚くしなくても、外部コイル11の断面積を大きくすることにより、大電流を正常に流すことができる。また、表面層L1の導体の厚みを薄くすることで、スイッチング電源装置100の他の電子部品や電気回路を高密度で実装することができる。よって、表面層L1の各部で導体の厚みを同一にして、表面層L1の製造工程を少なくし、基板3の製造を容易にすることができる。
【0071】
また、コイルに大電流が流れたときに、外部コイル11からの発熱を周囲に放熱させることができる。また、コイルパターン4a、4bからの発熱を放熱ピン7a〜7dなどにより表面層L1や裏面層L4に伝えて、周囲に放熱させることができる。よって、磁気デバイス1および基板3のコイルからの発熱による基板3の温度上昇を抑制することが可能となる。
【0072】
また、上記実施形態では、基板3の内層L2、L3の導体の厚みを厚くして、該内層L2、L3にコイルパターン4a、4bを形成している。このため、コイルパターン4a、4bの厚みを厚くし、断面積をある程度の大きさに確保して、大電流を正常に流すことができる。
【0073】
また、上記実施形態では、基板3において、表面電極8i、配線パターン4c、パッド8f、外部コイル11、パッド8e、中継パターン4d、スルーホール群9a、コイルパターン4a、スルーホール群9b、コイルパターン4b、導電ピン6o付きスルーホール8o、および表面電極8oを、この順で直列に接続している。また、パターン4c、4d、パッド8f、8e、スルーホール群9a、9b、およびスルーホール8bは、基板3の板面においてそれぞれ重ならないように配置されている。また、外部コイル11は、基板3の板面において表面電極8o、導電ピン6o、スルーホール8b、およびスルーホール群9bと重ならないように、表面実装されている。このため、一連のコイルの電流経路が確実に形成され、大電流を一方の表面電極8iから、外部コイル11とコイパターン4a、4bを通して他方の表面電極8oへ正常に流すことができる。
【0074】
また、上記実施形態では、異なる層L1〜L3にある外部コイル11とコイルパターン4a、4bと表面電極8oとを、基板3を貫通するスルーホール群9a、9bや導電ピン6o付きスルーホール8oにより接続しているので、電気的接続の信頼性を高めることができる。また、これら基板3を貫通する接続手段の方が、基板3を貫通しない接続手段より、基板3に設け易いので、基板3の製造をより容易にすることができる。
【0075】
また、たとえば
図11に示すように、金属条材19の板面方向と円周部18aの径方向が平行になるように、金属条材19から環状の外部コイル18を形成する場合、金属条材19の長さ方向の同一領域から複数の外部コイル18を打ち抜くのは難しい。また、
図11のように打ち抜いた場合、金属条材19の無駄が多くなる。
【0076】
然るに、上記実施形態では、コイル用金属板11’を折り曲げて、外部コイル11を筒状に形成している。このため、金属条材13の長さ方向の同一領域から複数のコイル用金属板11’を打ち抜いて、各コイル用金属板11’を折り曲げ加工することで、外部コイル11を複数形成することができる。よって、金属条材13の無駄を少なくして、外部コイル11を効率良く製造することが可能となる。
【0077】
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の表面層L1に1巻きの外部コイル11を表面実装し、内層L2、L3に1巻きのコイルパターン4a、4bをそれぞれ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。外部コイルやコイルパターンの巻き数は、1巻きでも2巻き以上でもよい。また、外部コイルと各層のコイルパターンとで、巻き数を異ならせてもよい。また、コイルパターンは、基板の少なくとも1層に形成すればよい。
【0078】
また、基板の裏面層にも、外部コイルを表面実装したり、コイルパターンを形成したりしてもよい。さらに、基板の表面層または裏面層に、外部コイルとコイルパターンを両方とも設けてもよい。この場合、たとえば、表面層または裏面層の導体の厚みを薄くして、厚みの薄いコイルパターンを形成するとともに、所定の断面積を有する外部コイルをコイルパターンと並列に接続されるように、表面実装するとよい。これにより、基板の製造を容易にしつつ、外部コイルとコイルパターンに所定の大電流を正常に流すことができる。また、他の電子部品や電気回路を導体の厚みが薄い表面層または裏面層に、高い密度で実装することができる。
【0079】
また、以上の実施形態では、基板3の表面層L1にある一方の表面電極8iをコイルの電流経路の起点とし、他方の表面電極8oをコイルの電流経路の終点とした例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。表面層L1と裏面層L4にある表面電極8iのうち、いずれか1つをコイルの電流経路の起点または終点とし、また表面層L1と裏面層L4にある表面電極8oのうち、いずれか1つをコイルの電流経路の終点または起点とすればよい。
【0080】
また、表面電極8iと導電ピン6iと配線パターン4cを省略し、表面層L1にあるパッド8fを入力用の表面電極としてもよい。この場合、パッド(表面電極)8fから
図1のダイオードD1、D2に繋がるように、適宜配線を設ければよい。また、中継パターン4dを省略し、外部コイル11とコイルパターン4aを接続するスルーホール群をパッド8eに設けてもよい。
【0081】
また、以上の実施形態では、スルーホール群9a、9bにより異なる層L1〜L3にあるパターン4d〜4f、4a、4b同士を電気的に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、単一のスルーホールやピンや端子などの他の接続手段により、異なる層のパターン同士を接続してもよい。
【0082】
また、以上の実施形態では、内層L3のコイルパターン4bと表面層L1の表面電極8oとを、スルーホール8bと導電ピン6oにより電気的に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、導電ピンを省略して、単一または複数のスルーホールにより、内層のコイルパターンと出力用の表面電極とを電気的に接続してもよい。
【0083】
また、以上の実施形態では、
図8(c)に示したように、
円周部11aの上面
(基板と反対側の面)が平坦な外部コイル11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い。これ以外に、たとえば、
図10に示すように、
円周部の上面に凹凸が設けられた外部コイル14を用いてもよい。これにより、外部コイル14の表面積が広くなるので、外部コイル14からの発熱をより放熱させ易くすることができる。また、他の例として、
円周部の下面(基板側の面)に凹凸を設けたり、
円周部の下面と上
面の両方に凹凸を設けたりしてもよい。さらに、外部コイルの電流経路から外れるように、
円周部の円周面に凹凸を設けてもよい。
【0084】
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。
【0085】
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と、スイッチング電源装置100の各部が実装される基板3に本発明を適用した例を挙げた。然るに、たとえば、トランス53(
図1)として使用される磁気デバイスや、スイッチング電源装置100の一部が実装される基板に対しても、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や、該磁気デバイス用の基板にも本発明を適用することは可能である。