(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【0013】
〔全体構成〕
図1は、一実施形態の電子部品100の構成を概略的に示す分解斜視図である。この実施形態では、電子部品100の例としてモジュール型のDC−DCコンバータを挙げているが、本発明はこれに限定されない。以下、電子部品100の構成について説明する。
【0014】
電子部品100は、例えば大きく分けて樹脂ケース102と回路基板モジュール104からなり、回路基板モジュール104を樹脂ケース102内に収容した状態で、内部を充填材(例えばウレタン樹脂)により封止して完成される。樹脂ケース102は中空のカバー形状であり、その下面が回路基板モジュール104の外形に合わせて開放されている。
【0015】
回路基板モジュール104には磁性体コア106が組み合わされている。回路基板モジュール104には、主にDC−DCコンバータの1次側回路120と2系統の2次側回路122,124が形成されており、DC−DCコンバータの作動時には、1次側回路120と各2次側回路122,124とが磁性体コア106により磁気結合されるものとなっている。なお、1次側回路120や各2次側回路122,124は回路基板モジュール104の
図1でみて上面に実装された各種の電子部品を有するが、それらの図示は省略している。
【0016】
〔回路基板及び磁性体コア〕
図2は、回路基板モジュール104を単体で示す分解斜視図である。回路基板モジュール104には、上記のように磁性体コア106が組み合わされる他、複数の入力端子アレイ108,110及び出力端子アレイ112,114が実装されている。
【0017】
磁性体コア106は、例えばE−E型構造であり、2つのコアパーツ106a,106bが回路基板モジュール104の両面側から対向して組み合わされている。本実施形態では磁性体コア106は2つのコアパーツ106a,106b間にギャップが設けられていないが、コアギャップを設けることとしてもよい。磁性体コア106の組み付けのため、回路基板モジュール104には中央寄り位置に挿通孔104aが形成されている他、挿通孔104aを挟んで両側縁部に一対の切欠部104bが形成されている。
【0018】
挿通孔104aは、回路基板モジュール104の両面にて略正方形状に開口しつつ厚み方向に貫通しており、その内部には磁性体コア106の中脚107aが両側から挿通されるものとなっている。
【0019】
一対の切欠部104bは、回路基板モジュール104の両側縁部から内側に向けてコ字形状に形成されており、これら一対の切欠部104bには磁性体コア106の両外脚107bが嵌め合わされるものとなっている。なお、本実施形態では一対の切欠部104bがいずれも側方にて一段階幅広に拡張された拡張部104cとして形成されている。拡張部104cは、例えば
図1に示す磁性体コア106の組み付け状態で2つのコアパーツ106a,106bの両側における突き合わせ面への接着剤の塗布、接着テープの貼り付け、あるいは両コアパーツ106a,106bのクリップ止めといった組み付け作業を許容するための空間(作業空間、作業領域)として機能する。これにより、電子部品100の組み立て作業性が向上し、生産効率を高めて製造コスト低減に寄与することができる。なお、切欠部104b及び拡張部104cについてはさらに後述する。
【0020】
入力端子アレイ108,110は、図示しないスルーホールを通じて回路基板モジュール104に実装されて1次側回路120に接続される。また、出力端子アレイ112,114もまた、図示しないスルーホールを通じて回路基板モジュール104に実装されて2次側回路122に接続される。これら入力端子アレイ108,110及び出力端子アレイ112,114は、電子部品100の完成状態で樹脂ケース102から下方に突出した状態となる。
【0021】
〔積層基板〕
図3は、回路基板モジュール104の積層構造を概略的に示した分解斜視図である。なお、回路基板モジュール104は完成状態において一体焼成されているため、
図3に示すように事後的な分解はできない構造であるが、ここでは積層構造の理解のために便宜的に分解図を示すものとする。
【0022】
回路基板モジュール104は、例えば7枚の積層基板(シート基板、グリーンシート)を積層してこれらを一体に焼成した積層構造をなす。以下では便宜上、積層方向で最上位の積層基板の上面を第1層L1とし、その下面と第2位の積層基板の上面との間を第2層L2、その下面と第3位の積層基板の上面との間を第3層L3、その下面と第4位の積層基板の上面との間を第4層L4、その下面と第5位の積層基板の上面との間を第5層L5、その下面と第6位の積層基板の上面との間を第6層L6、その下面と最下位の積層基板の上面との間を第7層L7、そして、最下位の積層基板の下面を第8層L8とする。
【0023】
〔層断面〕
先ず、回路基板モジュール104の断面を挙げて層構造を説明する。
図4は、磁性体コア106の長手方向に添う回路基板モジュール104及び磁性体コア106の縦断面図(
図1中のIV−IV断面)である。また、
図5は、磁性体コア106の幅方向に添う回路基板モジュール104及び磁性体コア106の縦断面図(
図1中V−V断面)である。なお、
図4及び
図5では積層基板の各層及び配線パターンを誇張して示している。以下、各層における配線パターンの配置について説明する。
【0024】
〔第1層(1層目)〕
第1層L1は、回路基板モジュール104の上面に位置する。第1層L1には、主に1次側回路120の配線パターンを構成する1次パターン120aが形成されるとともに、2次側回路122の配線パターンを構成する2次パターン122aもまた形成されている。これら1次パターン120a及び2次パターン122aは、いずれも磁性体コア106の直下をはじめその近傍の領域を避けた位置に所定の絶縁距離をおいて配置されている。
【0025】
〔第2層(2層目)〕
第2層L2は、回路基板モジュール104の内層に位置する。第2層L2には、1次パターン120aの他に2次側回路122の配線パターンを構成する2次側巻線122bが形成されている。1次パターン120aは磁性体コア106からは離れて配置されているが、2次側巻線122bは磁性体コア106(中脚107a)の周囲で渦状を描くようにして配線されている。
【0026】
〔第3層(3層目)〕
第3層L3は、回路基板モジュール104の内層に位置する。第3層L3には、1次パターン120aだけが配置されている。
【0027】
〔第4層(4層目)〕
第4層L4は、回路基板モジュール104の内層に位置する。第4層L4には、1次側巻線120bのみが形成されている。1次側巻線120bは、磁性体コア106(中脚107a)の周囲で渦状を描くようにして配線されている。
【0028】
〔第5層(5層目)〕
第5層L5は、回路基板モジュール104の内層に位置する。第5層L5には、1次側巻線120bのみが形成されている。上記の第4層L4と同様に、1次側巻線120bは磁性体コア106の周囲で渦状を描くようにして配線されている。
【0029】
〔第6層(6層目)〕
第6層L6は、回路基板モジュール104の内層に位置する。第6層L6には、1次パターン120aだけが配置されている。
【0030】
〔第7層(7層目)〕
第7層L7は、回路基板モジュール104の内層に位置する。第7層L7には、1次パターン120aの他に第1層〜第2層とは別系統の2次側回路124の配線パターンを構成する2次側巻線124bが形成されている。上記の第2層と同様に、1次パターン120aは磁性体コア106からは離れて配置されているが、2次側巻線124bは磁性体コア106(中脚107a)の周囲で渦状を描くようにして配線されている。
【0031】
〔第8層(8層目)〕
第8層L8は、回路基板モジュール104の下面に位置する。第8層L8には、主に1次側回路120の配線パターンを構成する1次パターン120aが形成されるとともに、第1層〜第2層とは別系統の2次側回路124の配線パターンを構成する2次パターン124aもまた形成されている。これら1次パターン120a及び2次パターン124aは、いずれも磁性体コア106の下方向からみて直上をはじめその近傍の領域を避けた位置に所定の絶縁距離をおいて配置されている。
【0032】
〔ビアホール〕
図5に示されているように、回路基板モジュール104には1次ビアホール126及び2次ビアホール128もまた形成されている。1次ビアホール126は1次側回路120の複数の層に跨がる配線パターン(例えば1次パターン120aと1次側巻線120b)とを接続する。また、2次ビアホール128は2次側回路122,124それぞれの複数の層に跨がる配線パターン(例えば2次パターン122aと2次側巻線122b、2次パターン124aと2次側巻線122b)とを接続する。なお、
図5に示される1次ビアホール126及び2次ビアホール128の幅方向位置は便宜上示したものである。
【0033】
〔層平面〕
次に、各層の平面構造を説明する。
図6は、第1層L1から第4層L4までの各層の平面図である。また
図7は、第5層L5から第8層L8までの各層の平面図である。なお、第8層L8については回路基板モジュール104の底面視(下面視)を平面図としている。なお、
図6,
図7では詳細な配線パターンの形状や他のビアホール、スルーホールの配置等については図示を省略している。
【0034】
〔第1層(1層目)〕
図6中(A):第1層L1には、上記のように1次側回路120及び2系統の2次側回路122,124(配線パターン及び実装部品を含む)が形成されているが、1次側巻線120b及び2次側巻線122b,124bはいずれも配置されていない。また、1次側回路120及び2次側回路122,124と磁性体コア106との間には、耐圧(耐電圧)性能を向上するために充分な絶縁距離が確保されている。本実施形態では、第1層L1に1次側巻線120b及び2次側巻線122b,124bが形成されておらず、したがって磁性体コア106の周囲に露出していない点も耐圧性能の向上に大きく寄与している。
【0035】
〔第2層(2層目)〕
図6中(B):第2層L2には、上記のように2次側巻線122bの配線パターンが形成されている。ここで、2次側巻線122bのパターン形状に着目すると、その外周端及び内周端(参照符号なし)の位置がいずれも磁性体コア106の中脚107aから外方向に離隔されていることが分かる。なお第2層L2には、この他にも1次パターン120aが形成されている。
【0036】
〔第3層(3層目)〕
図6中(C):第3層L3には、上記のように1次パターン120aが主に形成されているだけである。このように本実施形態では、第2層L2の1次側巻線120bに隣り合うようにして2次側巻線122bが形成されている構造ではない。
【0037】
〔第4層(4層目)〕
図6中(D):第4層L4には、第2層L2との間に第3層L3を介して1次側巻線120bの配線パターンが形成されている。ここでも1次側巻線120bのパターン形状に着目すると、その外周端及び内周端(参照符号なし)の位置がいずれも磁性体コア106の中脚107aから外方向、かつ、2次側巻線122bとは逆方向に離隔されていることが分かる。
【0038】
〔絶縁距離の確保〕
ここまでの各層の平面構成から明らかなように、本実施形態では以下のように絶縁距離の確保が図られている。
(1)
図6中(C):第2層L2と第4層L4との間に絶縁層としての第3層L3が介挿されており、第3層L3には、2次側巻線122b及び1次側巻線120bと層方向に重なる領域内にいずれの配線パターンも形成されていない。これにより、1次側巻線120bと2次側巻線122bとの間に2層分の(1層より大きく)絶縁距離の確保が図られている。
【0039】
(2)
図6中(B)(D):1次側巻線120b及び2次側巻線122bがいずれも、外周端のみならず内周端までも磁性体コア106の中脚107aから外方向に離隔して配置されている。すなわち、第2層L2の2次側巻線122bについては、内周端及び外周端をいずれも第4層L4の1次側巻線120bと層方向に重ならない配置とし、また、第4層L4の1次側巻線120bについては、内周端及び外周端をいずれも第2層L2の2次側巻線122bと層方向に重ならない配置としている。このため、第2層L2では1次ビアホール126の位置が2次側巻線122bの巻線領域外にあり、これらの間には所定の絶縁距離DIが確保されている。また、第4層L4では2次ビアホール128の位置が1次側巻線120bの巻線領域外にあり、これらの間にも所定の絶縁距離DIが確保されている。なお、第2層L2と第4層L4の絶縁距離DIが異なっていてもよい。
【0040】
通常、1次側巻線120bや2次側巻線122bの配線パターンは基本的に中脚107aの周囲で渦状を描き、それによって磁束を磁性体コア106に収束させるものであるため、必然的に内周端は中脚107aに近接して配置されると考えられる。しかし、本実施形態では敢えて内周端の位置も外方向に離隔させて配置することで、上記のように他の層における1次側巻線120bと他方の2次ビアホール128との絶縁距離DI、そして2次側巻線122bと他方の1次ビアホール126との絶縁距離DIを大きく確保することに寄与しているのである。
【0041】
(3)
図6中(A):加えて、回路基板モジュール104の外面に2次側巻線122bが露出していないことにより、磁性体コア106との間に絶縁距離の確保が図られている。
【0042】
次に
図7を参照し、別系統の2次側回路124との絶縁について説明する。
【0043】
〔第5層(5層目)〕
図7中(E):第5層L5には、1次側巻線120bの配線パターンが形成されている。ここでも1次側巻線120bのパターン形状に着目すると、その外周端及び内周端(参照符号なし)の位置がいずれも磁性体コア106の中脚107aから外方向、かつ、2次側巻線122b,124bとは逆方向に離隔されていることが分かる。
〔第6層(6層目)〕
図7中(F):第6層L6には、1次パターン120aが主に形成されているだけである。したがって本実施形態では、第5層L5の1次側巻線120bに隣り合うようにして2次側巻線124bが形成されている構造ではない。
【0044】
〔第7層(7層目)〕
図6中(G):第7層L7には、第5層L5との間に第6層L6を介して上記のように2次側巻線124bの配線パターンが形成されている。ここでも同様に、2次側巻線124bのパターン形状に着目すると、その外周端及び内周端(参照符号なし)の位置がいずれも磁性体コア106の中脚107aから外方向に離隔されていることが分かる。なお第7層L7には、この他にも1次パターン120aが形成されている。
【0045】
〔第8層(8層目)〕
図7中(H):第8層L8には、上記のように1次側回路120及び2系統の2次側回路122,124(配線パターン及び実装部品を含む)が形成されているが、1次側巻線120b及び2次側巻線122b,124bはいずれも配置されていない。また、1次側回路120及び2次側回路122,124と磁性体コア106との間には、耐圧性能を向上するために充分な絶縁距離が確保されている。本実施形態では、第8層L8にも1次側巻線120b及び2次側巻線122b,124bが形成されておらず、したがって磁性体コア106の周囲に露出していない点も耐圧性能の向上に大きく寄与している。
【0046】
〔絶縁距離の確保〕
残りの各層の平面構成から明らかなように、さらに本実施形態では以下のように絶縁距離の確保が図られている。
(4)
図7中(F):第5層L5と第7層L7との間に絶縁層としての第6層L6が介挿されており、第6層L6には、1次側巻線120b及び2次側巻線124bと層方向に重なる領域内にいずれの配線パターンも形成されていない。これにより、1次側巻線120bと2次側巻線124bとの間に2層分の(1層より大きく)絶縁距離の確保が図られている。
【0047】
(5)
図7中(E)(G):1次側巻線120b及び2次側巻線124bがいずれも、外周端のみならず内周端までも磁性体コア106の中脚107aから外方向に離隔して配置されている。すなわち、第7層L7の2次側巻線124bについては、内周端及び外周端をいずれも第5層L5の1次側巻線120bと層方向に重ならない配置とし、また、第5層L5の1次側巻線120bについては、内周端及び外周端をいずれも第7層L7の2次側巻線122bと層方向に重ならない配置としている。このため、第5層L5では2次ビアホール128の位置が1次側巻線120bの巻線領域外にあり、これらの間には所定の絶縁距離DIが確保されている。また、第7層L7では1次ビアホール126の位置が2次側巻線124bの巻線領域外にあり、これらの間にも所定の絶縁距離DIが確保されている。なお、第5層L5と第7層L7の絶縁距離DIが異なっていてもよい。
【0048】
(6)
図7中(H):加えて、回路基板モジュール104の外面(下面)に2次側巻線124bが露出していないことにより、磁性体コア106との間に絶縁距離の確保が図られている。
【0049】
〔切欠部〕
図8は、回路基板モジュール104の平面図である。上記のように回路基板モジュール104には、挿通孔104aを挟んで両側縁部に一対の切欠部104bが形成されており、磁性体コア106は、その中脚107aが挿通孔104aに挿通されるとともに、一対の外脚107bがそれぞれ切欠部104b内に収容されている。
【0050】
切欠部104bは、磁性体コア106の幅方向(長手方向に直交する方向)に収容幅W1を有している。この収容幅W1は、磁性体コア106の幅より僅かに大きく設定されており、磁性体コア106を内部に収容した状態では、磁性体コア106が正規の取付位置から位置ずれするのを確実に防止している。このため、磁性体コア106は切欠部104b内にて正しく回路基板モジュール104に対する位置決めがなされることにより、上述した1次側巻線120bや2次側巻線122b,124bとの位置関係が定められ、1次側回路120と2次側回路122,124との磁気結合を適正に行うことができる。
【0051】
本来、回路基板モジュール104に対する磁性体コア106の位置決めを考えるのであれば、切欠部104bを設けるだけで充分であるから、回路基板モジュール104の両側縁部に設けられる切り欠き状の部位は、収容幅W1があれば充分ということになる。また、収容幅W1に必要以上の余裕を持たせることは、磁性体コア106に位置ずれを起こさせることにもつながる。
【0052】
〔拡張部〕
その上で本実施形態では、切欠部104bの収容幅W1を最小としつつ、さらに拡張部104cを回路基板モジュール104に形成している。拡張部104cは、切欠部104bに連なって回路基板モジュール104の両側縁部から内側に向けて切り欠き状に形成されているが、切欠部104bよりも幅方向に広い拡張幅W2を有しており、それによって磁性体コア106の両側方を収容幅W1よりも拡張している。一例として、拡張幅W2は収容幅W1の1.5倍〜2.5倍程度が好適である。
【0053】
〔作業性の向上〕
図9は、回路基板モジュール104に対する磁性体コア106の組み付け作業を示した斜視図である。上記のように、磁性体コア106は2つのコアパーツ106a,106bを回路基板モジュール104の厚み方向に組み合わせて構成されているため、2つのコアパーツ106a,106bは接着等の手法で互いに固定される必要がある。このとき、上記のように一対の切欠部104bに連なる側方に拡張部104cが設けられていることにより、コアパーツ106a,106b同士を貼り合わせたり、仮組み・本格固定したりする際の作業性を大幅に向上させることができる。
【0054】
例えば、2つのコアパーツ106a,106bを突き合わせにした状態で、拡張部104cからグルーガンG等を近接させ、コアパーツ106a,106b間の合わせ目に接着剤GRを好適に塗布することができる。
【0055】
あるいは、2つのコアパーツ106a,106bを突き合わせにした状態で仮組みし、拡張部104cを通じて例えば金属クリップCL等で挟み込み、互いを固定させることもできる。また図示していないが、2つのコアパーツ106a,106bを突き合わせにした状態で仮組みし、拡張部104cを通じて例えば接着テープ等を貼り付けることで互いを固定させることもできる。
【0056】
特に、本実施形態のように2つのコアパーツ106a,106bの合わせ目を回路基板モジュール104の厚み(高さ方向)の範囲内に位置づけている場合、この合わせ目が拡張部104c内にも位置づけられるため、
図9に示すように側方からのアクセス性・作業性が大きく向上する。この点、拡張部104cが設けられていない場合は側方から合わせ目部分へのアクセスは困難となり、接着剤GRの塗布作業や金属クリップCLの嵌め込み作業に大きな支障を来すが、本実施形態では拡張部104cが設けられていることにより、その作業性や作業効率を大きく高めることができる。
【0057】
その他にも、拡張部104cの拡張幅W2を活かして組み付け時の作業性を大幅に向上し、電子部品100の製造効率を高めてコストを低減することができる。
【0058】
以上のように本実施形態の電子部品100によれば、回路基板モジュール104に対する磁性体コア106の位置決めを正しく行うことに加えて、組み付け時の作業性を大幅に向上することができる。
【0059】
また、本実施形態の電子部品100によれば、1次側回路120、2次側回路122及び磁性体コア106における絶縁距離の確保を図ることにより、回路全体としての耐圧性能を向上することができる。したがって、電子部品100をDC−DCコンバータとした場合には、より高圧領域での使用が可能となり、汎用性や有用性を高めることができる。
【0060】
本発明は上述した一実施形態に制約されることなく、種々に変形して実施可能である。
一実施形態では、磁性体コア106の長手方向の中心線から対称に拡張部104cを形成しているが、拡張部104cは中心線からいずれか片側に寄った非対称であってもよい。また、拡張部104cは回路基板モジュール104の両側縁部に向かうほど幅広となるテーパ形状であってもよいし、直線状だけでなく曲線状に広がっていてもよい。
【0061】
一実施形態では、2系統の2次側回路122,124を備えた回路構成としているが、1次側回路120に対して1系統の2次側回路122(又は2次側回路124)だけを備えた回路構成としてもよい。この場合の層構成は、最上位から
図6中(A)、(B)、(C)、(D)、
図7中(F)、(G)の6層構成とすることができる。
【0062】
1次側回路120や2次側巻線122b,124bのパターンは
図6、
図7に示した例に限らず、その他のパターン形状としてもよい。例えば、1次側巻線120bのパターンとして、内周端及び外周端以外の部分を磁性体コア106の中脚107aにより近接させたパターン形状としてもよい。また、1次側巻線120bや2次側巻線122b,124bの内周端及び外周端の位置は、
図6、
図7に示される例よりもさらに中脚107aから離隔させてもよい。
【0063】
磁性体コア106は、E−E型の他にE−I型でもよいし、U−U型やU−I型等、その他の型であってもよい。また、2つのコアパーツ106a,106b同士は接着剤により相互に接着されていてもよいし、接着テープを用いて相互に接着されていてもよいし、クリップ等の部材により挟持されて固定されていてもよい。
【0064】
回路基板モジュール104の外形は図示の例に限らず、円形状のものやその他の多角形状のものでもよい。
【0065】
一実施形態では電子部品100をDC−DCコンバータとしたが、プレーナ型トランスやリアクトルとして実施してもよい。