コイル基板構造及びスイッチング電源装置
【課題】放熱性を高めることができ且つ実装領域を充分に確保できるコイル基板構造及びスイッチング電源装置を提供する。
【解決手段】コイル基板構造１００は、１次側トランスコイル部４１を有する第１コイル基板１１０と、この第１コイル基板１１０に重ねられ２次側トランスコイル部４２を有する第２コイル基板１２０と、トランスコイル部４１，４２を磁気的に接続するためのトランスコア１３０と、を備えている。ここで、コイル基板１１０，１２０は、トランスコイル部４１，４２が基板厚さ方向に重なるようにして互いにずれて重ねられている。よって、コイル基板１１０，１２０の放熱面面積を増大させることができる。また、トランスコイル部４１，４２においては、基板厚さ方向から見たとき、伝送方向Ａの幅が該伝送方向Ａの交差方向Ｂの幅よりも狭くなっている。よって、コイル基板１１０，１２０の積層領域を伝送方向Ａに縮小することができる。
【解決手段】コイル基板構造１００は、１次側トランスコイル部４１を有する第１コイル基板１１０と、この第１コイル基板１１０に重ねられ２次側トランスコイル部４２を有する第２コイル基板１２０と、トランスコイル部４１，４２を磁気的に接続するためのトランスコア１３０と、を備えている。ここで、コイル基板１１０，１２０は、トランスコイル部４１，４２が基板厚さ方向に重なるようにして互いにずれて重ねられている。よって、コイル基板１１０，１２０の放熱面面積を増大させることができる。また、トランスコイル部４１，４２においては、基板厚さ方向から見たとき、伝送方向Ａの幅が該伝送方向Ａの交差方向Ｂの幅よりも狭くなっている。よって、コイル基板１１０，１２０の積層領域を伝送方向Ａに縮小することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイル基板構造、及びこのコイル基板構造を具備するスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のコイル基板構造としては、１次側トランスコイル部を有する第１コイル基板と、２次側トランスコイル部を有する第２コイル基板と、１次側及び２次側トランスコイル部を磁気的に接続するためのトランスコアと、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなコイル基板構造における第１及び第２コイル基板は、１次側及び２次側トランスコイル部が基板厚さ方向に重なるようにして互いに重ねられている。
【特許文献１】特開２００５−３８８７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、近年のコイル基板構造では、放熱性を高めることが要求されており、第１及び第２コイル基板から熱を一層放熱できるものが望まれている。また、上述したようなコイル基板構造においては、さらなる小型化が要求されており、かかる要求に伴って、小型化されても実装領域（すなわち、第１及び第２コイル基板において実装部品を搭載可能な領域）を充分に確保できるものも求められている。
【０００４】
そこで、本発明は、放熱性を高めることができ、且つ実装領域を充分に確保することが可能なコイル基板構造、及びスイッチング電源装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明に係るコイル基板構造は、１次側トランスコイル部を有する第１コイル基板と、第１コイル基板に重ねられ、２次側トランスコイル部を有する第２コイル基板と、を備えたコイル基板構造であって、１次側及び２次側トランスコイル部は、基板厚さ方向から見たときに渦巻状に延びる導体パターンを含んで構成され、第１及び第２コイル基板は、１次側及び２次側トランスコイル部が基板厚さ方向に重なるようにして互いにずれて重ねられており、１次側及び２次側トランスコイル部においては、基板厚さ方向から見たとき、所定方向の幅が該所定方向の交差方向の幅よりも狭いことを特徴とする。
【０００６】
本発明のコイル基板構造では、第１及び第２コイル基板が互いにずれて重ねられているため、第１及び第２コイル基板が互いに一致するように重ねられたものに比べ、これらの外表面、すなわち放熱面の面積を増大させることができる。ここで、第１及び第２コイル基板が互いに重なる領域は、１次側及び２次側トランスコイル部が基板厚さ方向に重なる領域となり、実装部品の放熱経路が長くなるため、かかる領域に発熱量の大きい実装部品を搭載することは困難とされている。この点、本発明では、基板厚さ方向から見たとき、１次側及び２次側トランスコイル部における所定方向の幅が狭くされているため、第１及び第２コイル基板が互いに重なる領域が所定方向に縮小されることとなる。従って、例えばコイル基板構造が小型化された場合でも、実装領域を充分に確保することが可能となる。すなわち、本発明によれば、放熱性を高めることができ、且つ実装領域を充分に確保することが可能となる。
【０００７】
また、第１コイル基板側から第２コイル基板側へと電力を伝送するコイル基板構造であって、所定方向は、電力の伝送方向に沿った方向であることが好ましい。この場合、コイル基板構造においての電力伝送長さも縮小されるため、コイル基板構造の電力損失を低減することが可能となる。
【０００８】
また、導体パターンにおいては、所定方向の導体幅が交差方向の導体幅よりも狭い場合がある。
【０００９】
また、第１及び第２コイル基板において実装部品が搭載される一主面の反対側の他主面に当接された放熱部材を備えたことが好ましい。この場合、一主面に搭載される実装部品の熱が、第１及び第２コイル基板を介して放熱部材へ熱伝導され、放熱部材にて放熱されることになる。よって、実装部品の熱を一層放熱させることができ、放熱性を一層高めることが可能となる。
【００１０】
このとき、第１及び第２コイル基板は、これらのうちの発熱量が高い一方が放熱部材側に位置するように重ねられていることが好ましい。この場合、例えば図６（ａ）に示すように、放熱板１４０側に位置する一方のコイル基板１２０では、他方のコイル基板１１０に比べて放熱板１４０との接触面積を大きくすることができる。よって、発熱量が高いコイル基板１２０を放熱板１４０側に位置させて重ねることで、コイル基板構造１００の熱を効果的に放熱することができる。
【００１１】
また、上記作用効果を好適に発揮する構成として、具体的には、第１及び第２コイル基板は、長板状を呈すると共に、長手方向に互いにずれて重ねられ、１次側及び２次側トランスコイル部においては、基板厚さ方向から見たとき、所定方向としての長手方向の幅が、交差方向としての短手方向の幅よりも狭い構成が挙げられる。
【００１２】
また、１次側及び２次側トランスコイル部を磁気的に接続するためのトランスコアをさらに備え、１次側及び２次側トランスコイル部のそれぞれには、トランスコアが挿通される貫通孔が形成されており、導体パターンは、貫通孔を中心として渦巻状に延びる場合がある。
【００１３】
また、本発明に係るスイッチング電源装置は、上記コイル基板構造を具備することを特徴とする。このスイッチング電源装置においても、放熱性を高めると共に実装領域を充分に確保するという上記効果を奏する。なお、スイッチング電源装置としては、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータやＡＣ−ＤＣコンバータが挙げられる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、放熱性を高めることができ、且つ実装領域を充分に確保することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係るスイッチング電源装置の回路図である。図１に示すように、本実施形態のスイッチング電源装置１は、ＤＣ−ＤＣコンバータとして機能するものであり、高圧バッテリ等から供給される高圧の直流入力電圧Ｖｉｎを低圧の直流出力電圧Ｖｏｕｔに変換し、低圧バッテリ等へ供給する。
【００１７】
このスイッチング電源装置１は、１次側高圧ライン２１と１次側低圧ライン２２との間に設けられたスイッチング回路２及び入力平滑コンデンサ３と、１次側及び２次側トランスコイル部４１，４２を有するトランス４と、２次側トランスコイル部４２に接続された整流回路５と、整流回路５に接続された平滑回路６と、を備えている。
【００１８】
スイッチング回路２は、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４で構成されたフルブリッジ型の回路構成とされている。スイッチング回路２は、例えば駆動回路（不図示）から供給される駆動信号に応じて、入力端子Ｔ１，Ｔ２間に印加される直流入力電圧Ｖｉｎを入力交流電圧に変換する。
【００１９】
入力平滑コンデンサ３は、入力端子Ｔ１、Ｔ２から入力された直流入力電圧Ｖｉｎを平滑化する。トランス４は、スイッチング回路２で生成された入力交流電圧を変圧し、出力交流電圧を出力する。１次側及び２次側トランスコイル部４１，４２の巻数比は、変圧比によって適宜設定されている。ここでは、３：１の巻数比とされており、よって、例えば［３Ｖ，１Ａ］の電力が［１Ｖ，３Ａ］の電力へと変換される。２次側トランスコイル部４２は、センタータップ型のものであり、接続部Ｃ及び出力ラインＬＯを介して出力端子Ｔ３に導かれている。
【００２０】
整流回路５は、整流ダイオード５Ａ，５Ｂからなる単層全波整流型のものである。各整流ダイオード５Ａ，５Ｂのカソードは、２次側トランスコイル部４２に接続されている一方、アノードは、接地ラインＬＧに接続され、出力端子Ｔ４に導かれている。これにより、整流回路５は、トランス４からの出力交流電圧の各半短波期間を、個別に整流して直流電圧を生成する。
【００２１】
平滑回路６は、チョークコイル６１と出力平滑コンデンサ６２とを含んで構成されている。チョークコイル６１は、出力ラインＬＯに挿入配置されている。出力平滑コンデンサ６２は、出力ラインＬＯにおいてチョークコイル６１と接地ラインＬＧとの間に接続されている。これにより、平滑回路６は、整流回路５で整流された直流電圧を平滑化して直流出力電圧Ｖｏｕｔを生成し、この直流出力電圧Ｖｏｕｔを出力端子Ｔ３，Ｔ４から低圧バッテリ等へ供給する。
【００２２】
次に上記回路を構成するコイル基板構造について詳細に説明する。
【００２３】
図２は図１のスイッチング電源装置におけるコイル基板構造の要部を示す斜視図、図３は図２のコイル基板構造の分解斜視図である。図２，３に示すように、本実施形態のコイル基板構造１００は、互いにずれて積層された（重ねられた）第１及び第２コイル基板１１０，１２０と、トランスコア１３０と、放熱板（放熱部材）１４０と、を備えている。
【００２４】
このコイル基板構造１００は、第１コイル基板１１０側から第２コイル基板１２０側へ向かう伝送方向Ａに沿って電力を伝送（変換）する。つまり、伝送方向（変換方向）Ａは、コイル基板構造１００において電力が伝送されるベクトル方向である。
【００２５】
第１及び第２コイル基板１１０，１２０は、伝送方向Ａを長手方向とする平板状のプリント基板である。これら第１及び第２コイル基板１１０，１２０のそれぞれは、樹脂層（基材）７を含むと共に、銅層等である金属層８を複数層（ここでは、上層と内層との２層）含んでいる多層基板とされている（図６参照）。金属層８は、導体形成層であり、後述する導体パターン４４，４６を構成すると共に、これらと各実装部品９とを接続する配線導体を構成する。金属層８間には、図示しない層間接続部が設けられている。また、第１及び第２コイル基板１１０，１２０の上面（一主面）１１０ａ，１２０ａは、必要部分がレジスト（不図示）で覆われている。
【００２６】
図４は、図２の第１コイル基板を示す上面図である。図４に示すように、第１コイル基板１１０には、基板厚さ方向（積層方向）から見たとき（上面１１０ａ側から見たとき）、その伝送方向Ａの略中央から下流側に亘る領域に、上記１次側トランスコイル部４１が設けられている。１次側トランスコイル部４１の略中央位置には、トランスコア１３０が挿通されるものとして、矩形状の貫通孔４３が形成されている。そして、この１次側トランスコイル部４１には、貫通孔４３を中心として矩形渦巻状に延びる導体パターン４４が設けられている。
【００２７】
導体パターン４４は、第１コイル基板１１０の上面１１０ａ側に例えば銅等で形成されたコイルパターンである。導体パターン４４は、伝送方向Ａに沿って延びる導電パターン４４１と、交差方向Ｂに沿って延びる導電パターン４４２とが連続するように構成されている。
【００２８】
この導体パターン４４では、伝送方向Ａの導体幅ｈ１ａが、伝送方向Ａと交差（ここでは、直交）する方向Ｂ（以下、「交差方向Ｂ」という）の導体幅ｈ１ｂよりも狭くされている。これにより、１次側トランスコイル部４１においては、基板厚さ方向から見たとき、伝送方向（所定方向）Ａの幅Ｈ１Ａが交差方向Ｂの幅Ｈ１Ｂよりも狭くなっている。換言すると、１次側トランスコイル部４１では、第１コイル基板１１０の長手方向の幅Ｈ１Ａが、短手方向の幅Ｈ１Ｂよりも狭くなっている。
【００２９】
また、導体パターン４４の始端Ｓ及び終端Ｅは、例えば製造上の点から適宜に構成されている。図示される一例では、基板厚さ方向から見た上面１１０ａにおいて、図示上側に位置する導電パターン４４１の端部が始端Ｓとされ、貫通孔４３の図示下側に位置する導電パターン４４１の端部が終端Ｅとされている。そのため、伝送方向Ａの下流側領域にて延在する導電パターン４４２’’の数は、伝送方向Ａの上流側領域にて延在する導電パターン４４２’の数よりも多くなっており、導電パターン４４２’’の導体幅ｈ１ａ’’は、導体パターン４４２’の導体幅ｈ１ａ’よりも狭くされている。
【００３０】
また、始端Ｓは、上記スイッチング回路２の上記スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２に、第１コイル基板１１０における内層の金属層８で形成された導体によって接続されている。また、終端Ｅは、上記スイッチング回路２の上記スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４に、第１コイル基板１１０における内層の金属層８で形成された導体によって接続されている。
【００３１】
図５は、図２の第２コイル基板を示す上面図である。図５に示すように、第２コイル基板１２０には、基板厚さ方向から見たとき、その伝送方向Ａにおける上流側から略中央に亘る領域に、上記２次側トランスコイル部４２が設けられている。２次側トランスコイル部４２の略中央位置には、トランスコア１３０が挿通されるものとして、矩形状の貫通孔４５が形成されている。そして、この２次側トランスコイル部４２には、貫通孔４５を中心として矩形渦巻状に延びる導体パターン４６が設けられている。
【００３２】
導体パターン４６は、第２コイル基板１２０の上面１２０ａ側に銅等で形成されたコイルバターンである。導体パターン４６は、伝送方向Ａに沿って延びる導電パターン４６１と、交差方向Ｂに沿って延びる導電パターン４６２とが連続するように構成されている。
【００３３】
この導体パターン４６では、上記１次側トランスコイル部４１と同様に、伝送方向Ａの導体幅ｈ２ａが交差方向Ｂの導体幅ｈ２ｂよりも狭くされている。これにより、２次側トランスコイル部４２においても、基板厚さ方向から見たとき、伝送方向Ａの幅Ｈ２Ａが交差方向Ｂの幅Ｈ２Ｂよりも狭くなっている。換言すると、２次側トランスコイル部４２でも、第２コイル基板１３０の長手方向の幅Ｈ２Ａが短手方向の幅Ｈ２Ｂよりも狭くなっている。
【００３４】
図２，３に戻り、上述した第１及び第２コイル基板１１０，１２０は、１次側及び２次側トランスコイル部４１，４２のみが基板厚さ方向に重なるようにして（すなわち、１次側及び２次側トランスコイル部４１，４２のみを積層領域として）互いに重ねられると共に、貫通孔４３，４５が互いに連通するように伝送方向Ａに互いにずれて重ねられている。ここでは、第２コイル基板１２０が放熱板１４０側（下側）に位置するように積層されている。
【００３５】
そして、第１及び第２コイル基板１１０，１２０のそれぞれでは、各上面１１０ａ，１２０ａにおいて積層領域以外の領域を実装領域Ｒとして、半導体部品等の実装部品９がそれぞれ実装されている。具体的には、図２に示すように、第１コイル基板１１０の実装領域Ｒに上記スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４が載置されて搭載されると共に、第２コイル基板１２０の実装領域Ｒに上記整流ダイオード５Ａ，５Ｂが載置されて搭載されている。
【００３６】
なお、スイッチング素子としては、例えば電界効果型トランジスタ（ＭＯＳ−ＦＥＴ：Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor）やＩＧＢＴ（InsulatedGate Bipolar Transistor）等が挙げられる。
【００３７】
また、第２コイル基板１２０は、上記チョークコイル６１に対応するものとして、例えばフェライト等の磁性材料で形成されたコア１２２を少なくとも有している。このコア１２２は、第２コイル基板１２０において伝送方向Ａの下流側端部に形成された矩形状の貫通孔１２３（図５参照）に内挿されている。
【００３８】
トランスコア１３０は、１次側及び２次側トランスコイル部４１，４２を磁気的に互いに接続するためものであり、上記トランス４を構成する。トランスコア１３０は、例えばフェライト等の磁性材料で形成されている。また、トランスコア１３０は、図３に示すように、いわゆるＵ型コアである上部コア１３１と、いわゆるＩ型コアである下部コア１３２と、を含んでおり、これらが図示しない固定部材によって互いに連結され固定されている。
【００３９】
このトランスコア１３０は、その上部コア１３１が貫通孔４３，４５に内挿されている。そして、トランスコア１３０は、そのコア１３１，１３２が１次側及び２次側トランスコイル部４１，４２の一部を覆うようにして、第１及び第２コイル基板１１０，１２０に取り付けられている。
【００４０】
放熱板１４０は、第１及び第２コイル基板１１０，１２０の熱を放熱すると共に、実装された実装部品９の熱を第１及び第２コイル基板１１０，１２０を介して放熱するためのものである。この放熱板１４０は、例えばアルミニウムで形成されており、第１及び第２コイル基板１１０，１２０の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有している。
【００４１】
また、放熱板１４０は、第１コイル基板１１０の下面（他主面）１１０ｂを当接させる放熱面１４１と、第２コイル基板１２０の下面（他主面）１２０ｂを当接させる放熱面１４２と、を有している。これら放熱面１４１，１４２は、第２コイル基板１２０の厚さと等しい高さの段差部１４３で連続するように構成されている。また、放熱面１４２には、下部コア１３２を係止するためのものとして、下部コア１３２の形状に沿って窪むような凹部１４４が形成されている。
【００４２】
そして、放熱板１４０においては、その凹部１４４に下部コア１３２が配置されるようにして、各放熱面１４１，１４２に第１及び第２コイル基板１１０，１２０がそれぞれ載置されている。これにより、図６（ａ）に示すように、第１及び第２コイル基板１１０，１２０の下面１１０ｂ，１２０ｂは、放熱板１４０に当接されることとなる。
【００４３】
具体的には、第１及び第２コイル基板１１０，１２０の下面１１０ｂ，１２０ｂにおいて実装領域Ｒに対応する領域が、放熱面１４１，１４２に当接されるのに加え、第２コイル基板１２０の下面１２０ｂの積層領域においてトランスコア１３０に覆われていない領域が、放熱面１４２に当接されている。これにより、２次側トランスコイル部４２の一部をも放熱板１４０に熱的に当接されることになり、放熱面面積（放熱板１４０との接触面積）を一層増大させることができる。なお、ここでは、第２コイル基板１２０において伝送方向Ａ上流側の側面１２０ｃが、段差部１４３に近接若しくは接触されている。
【００４４】
以上のように構成されたスイッチング電源装置１では、入力端子Ｔ１，Ｔ２から供給される直流入力電圧Ｖｉｎがスイッチングされて入力交流電圧が生成され、トランス４の１次側トランスコイル部４１へと供給される。そして、生成された入力交流電圧が変圧され、２次側トランスコイル部４２から出力交流電圧として出力される。そして、この出力交流電圧が、整流回路５によって整流されると共に平滑回路６によって平滑化され、出力端子Ｔ３，Ｔ４から直流出力電圧Ｖｏｕｔとして出力されることとなる。
【００４５】
以上、本実施形態によれば、第１及び第２コイル基板１１０，１２０が互いにずれて重ねられている。そのため、第１及び第２コイル基板１１０，１２０が互いに一致するように重ねられた従来のコイル基板構造（図６（ｂ）参照：以下、「従来基板構造」という）２００に比べ、第１及び第２コイル基板１１０，１２０の放熱面（外表面）の面積を増大させることができる。その結果、コイル基板構造１００の放熱性を高めることが可能となる。
【００４６】
また、実装領域Ｒにおいては、第１及び第２コイル基板１１０，１２０が重なっていないことから、従来基板構造２００に比べて次の効果を奏する。すなわち、実装部品９の熱を第１及び第２コイル基板１１０，１２０を介して放熱板１４０へ熱伝播させる際、実装部品９の放熱経路が短くなるため、第１及び第２コイル基板１１０，１２０による熱抵抗を低減させることができ、放熱性を一層高めることができる。また、第１及び第２コイル基板１１０，１２０を薄く形成できるため、低コスト化が可能となる。
【００４７】
ここで、積層領域は１次側及び２次側トランスコイル部４１，４２が基板厚さ方向に重なる領域となり、実装部品９の放熱経路が長くなるため、発熱量の大きな実装部品９を積層領域に搭載することは通常困難とされている。この点、本実施形態の１次側及び２次側トランスコイル部４１，４２では、上述したように、基板厚さ方向から見たときに伝送方向Ａの幅Ｈ１Ａ，Ｈ２Ａが狭くされている。よって、本実施形態では、積層領域が伝送方向Ａに縮小されることとなる。その結果、コイル基板構造１００を伝送方向Ａに小型化しつつ、実装領域Ｒを充分に確保することが可能となる。換言すると、第１及び第２コイル基板１１０，１２０外形の大型化を要せずに、実装領域Ｒを充分に確保することができる。
【００４８】
従って、本実施形態は、放熱領域と実装領域Ｒとの双方を充分に確保できることから、小型で放熱性に優れたものであり、且つ低コスト化が図れるものといえる。なお、第１及び第２コイル基板１１０，１２０に含まれる金属層８の層数が増える程、金属層８相互間の樹脂層７の層数も増えることから、実装部品９から放熱板１４０までの熱抵抗であるところの第１及び第２コイル基板１１０，１２０の熱抵抗が大きくなるため、熱抵抗を低減させるという上記効果は、多くの金属層を含むコイル基板では顕著となる。
【００４９】
さらに、本実施形態のコイル基板構造１００では、上述したように、伝送方向Ａに小型化されることから、コイル基板構造１００の電力伝送長さも縮小されるため、コイル基板構造１００の電力損失を低減することも可能となる。
【００５０】
また、本実施形態は、上述したように、第１及び第２コイル基板１１０，１２０の下面１１０ｂ，１２０ｂの双方に放熱板１４０を直接当接させている。よって、実装部品９の熱を、第１及び第２コイル基板１１０，１２０を介して放熱板１４０へ熱伝導させて放熱することができ、かかる実装部品９の熱を一層放熱させることが可能となる。
【００５１】
ところで、本実施形態では、１次側トランスコイル部４１に流れる電流値に比べ、２次側トランスコイル部４２に流れる電流値が大きくされているため、１次側トランスコイル部４１を有する第１コイル基板１１０に比べ、２次側トランスコイル部４２を有する第２コイル基板１２０の発熱量が高くなっている。
【００５２】
この点、本実施形態では、第２コイル基板１２０が放熱板１４０側に位置するように第１及び第２コイル基板１１０，１２０を互いに積層し、第２コイル基板１２０の下面１２０ｂの積層領域の一部も放熱板１４０に当接させている。よって、放熱板１４０と第２コイル基板１２０との接触面積を、放熱板１４０と第１コイル基板１１０との接触面積に比して大きくでき、第２コイル基板１２０を一層放熱させてコイル基板構造１００の熱を効果的に放熱することができる。
【００５３】
なお、本実施形態では、上述したように、第２コイル基板１２０の側面１２０ｃが段差部１４３に近接若しくは接触されるため、側面１２０ｃからの放熱経路も確保でき、放熱性のさらなる向上が可能となる。ちなみに、本実施形態では、１次側及び２次側トランスコイル部４１，４２を上下に重ねてトランス４を構成するため、本実施形態は、リーケージインダクタンスが小さい。
【００５４】
ちなみに、本実施系形態では、１次側トランスコイル部４１の巻数を３とし、２次側トランスコイル部４２の巻数を１としているが、これらの巻数は限定されるものではない。また、上層の金属層８だけでなく、内層の金属層８にも導体パターン４４，４６を設けることで、導体パターン４４，４６を複数層に形成してもよい。例えば、第１コイル基板１１０側の内層の金属層８に、巻数が３の導体パターンを形成することにより、第１コイル基板１１０の巻数を６にすることができる。なお、内層の金属層８においても、トランスコイル部４１，４２の伝送方向（所定方向）Ａの幅を交差方向Ｂの幅よりも狭くすることで、トランスコイル部４１，４２の面積を大きくすることなく巻数を増やすことができる。
【００５５】
また、本実施形態では、第１コイル基板１１０において積層領域とは反対側の端部側に位置する端子電極（不図示）から高圧の直流電圧が入力され、第２コイル基板において積層領域と反対側の端部側に位置する端子電極（不図示）から低圧の直流電圧が出力される。よって、ここでは、第１コイル基板１１０のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４が設けられた領域から、１次側及び２次側トランスコイル部４１，４２を介して、第２コイル基板１２０の整流ダイオード５Ａ，５Ｂが設けられた領域に至る方向が伝送方向Ａである。
【００５６】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、１次側及び２次側トランスコイル部４１，４２において略中央位置に貫通孔４３，４５をそれぞれ形成したが、トランス４の機能を発揮できれば、１次側及び２次側トランスコイル部４１，４２において種々の位置に貫通孔４３，４５をそれぞれ形成してもよい。
【００５７】
例えば図７に示すように、１次側及び２次側トランスコイル部４１，４２において伝送方向Ａ上流側に位置する貫通孔４３Ａ，４５Ａを形成してもよい。このコイル基板構造１００Ａの１次側及び２次側トランスコイル部４１，４２では、貫通孔４３Ａ，４５Ａの伝送方向Ａ下流側の領域が拡がるため、導電パターン４４２’’の数が導電パターン４４２’の数よりも多くなっていても、導体幅ｈ１ａ’’と導体幅ｈ１ａ’とを同程度なものにすることが可能となる。よって、導体幅ｈ１ａ’’が狭いために導電パターン４４２’’の発熱量が増加してしまうのを抑制できる。
【００５８】
また、上記実施形態のトランスコア１３０では、上部コア１３１としてＵ型コアを用い、下部コア１３２としてＩ型コアを用いたが、上部コアとしてＥ型コアを用いてもよく、下部コアとしてＩ型コア或いはＥ型コアを用いてもよい。また、上記実施形態では、トランスコイル部４１，４２における伝送方向Ａの幅Ｈ１Ａ，Ｈ２Ａを狭くしたが、かかる幅の方向は伝送方向Ａに限定されるものではなく、種々の方向であってもよい。
【００５９】
なお、スイッチング電源装置１としては、上記ＤＣ−ＤＣコンバータに限定されるものではなく、ＡＣ−ＤＣコンバータ等であってもよい。また、上記実施形態では、スイッチング電源装置１の上記回路をセンタータップ型のアノードコモンとしているが、例えばセンタータップ型のカソードコモンとしてもよい。さらにまた、上記実施形態では、段差部１４３の高さを第２コイル基板１２０の厚さと等しいものとしたが、第２コイル基板１２０の厚さよりも厚い（高い）ものでもよい。
【００６０】
また、上記実施形態では、第１及び第２コイル基板１１０，１２０として多層基板を用いたが、単層基板を用いてもよい。さらにまた、第１及び第２コイル基板１１０，１２０の幅は、互いに異なっていてもよい。
【００６１】
また、上記実施形態において互いに重ねられた（積層された）第１及び第２コイル基板１１０，１２０には、これらが互いに接する状態のものや、互いに接しない状態のものを含んでおり、これらがオーバーラップするように配置されたものも含んでいる。
【００６２】
また、上記実施形態では、実装部品９としてスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４や整流ダイオード５Ａ，５Ｂ等のパワー半導体素子を、第１及び第２コイル基板１１０，１２０の上面１１０ａ，１２０ａに表面実装したが、このパワー半導体素子と共に、例えばコイルやコンデンサ等の表面実装型の受動素子を表面実装してもよい。この場合、第１及び第２コイル基板１１０，１２０においてパワー半導体素子の搭載されている部分に対応する下面１２０ａ，１２０ｂが、放熱板１４０に少なくとも当接すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の一実施形態に係るスイッチング電源装置の回路図である。
【図２】図１のスイッチング電源装置におけるコイル基板構造の要部を示す斜視図である。
【図３】図２のコイル基板構造の分解斜視図である。
【図４】図２の第１コイル基板を示す上面図である。
【図５】図２の第２コイル基板を示す上面図である。
【図６】（ａ）は図２のVI−VI線に沿った断面の模式図であり、（ｂ）は従来のコイル基板構造における図６（ａ）に対応する模式図である。
【図７】本発明の変形例に係るスイッチング電源装置におけるコイル基板構造の分解斜視図である。
【符号の説明】
【００６４】
１…スイッチング電源装置、９…実装部品、４１…１次側トランスコイル部、４２…２次側トランスコイル部、４４，４６…導体パターン、１００，１００Ａ…コイル基板構造、１１０…第１コイル基板、１１０ａ…上面（一主面）、１１０ｂ…下面（他主面）、１２０…第２コイル基板、１２０ａ…上面（一主面）、１２０ｂ…下面（他主面）、１３０…トランスコア、１４０…放熱板（放熱部材）、Ａ…伝送方向（所定方向）、Ｂ…交差方向、Ｈ１Ａ，Ｈ１Ｂ，Ｈ２Ａ，Ｈ２Ｂ…幅、ｈ１ａ，ｈ１ｂ，ｈ２ａ，ｈ２ｂ…導体幅。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイル基板構造、及びこのコイル基板構造を具備するスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のコイル基板構造としては、１次側トランスコイル部を有する第１コイル基板と、２次側トランスコイル部を有する第２コイル基板と、１次側及び２次側トランスコイル部を磁気的に接続するためのトランスコアと、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなコイル基板構造における第１及び第２コイル基板は、１次側及び２次側トランスコイル部が基板厚さ方向に重なるようにして互いに重ねられている。
【特許文献１】特開２００５−３８８７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、近年のコイル基板構造では、放熱性を高めることが要求されており、第１及び第２コイル基板から熱を一層放熱できるものが望まれている。また、上述したようなコイル基板構造においては、さらなる小型化が要求されており、かかる要求に伴って、小型化されても実装領域（すなわち、第１及び第２コイル基板において実装部品を搭載可能な領域）を充分に確保できるものも求められている。
【０００４】
そこで、本発明は、放熱性を高めることができ、且つ実装領域を充分に確保することが可能なコイル基板構造、及びスイッチング電源装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明に係るコイル基板構造は、１次側トランスコイル部を有する第１コイル基板と、第１コイル基板に重ねられ、２次側トランスコイル部を有する第２コイル基板と、を備えたコイル基板構造であって、１次側及び２次側トランスコイル部は、基板厚さ方向から見たときに渦巻状に延びる導体パターンを含んで構成され、第１及び第２コイル基板は、１次側及び２次側トランスコイル部が基板厚さ方向に重なるようにして互いにずれて重ねられており、１次側及び２次側トランスコイル部においては、基板厚さ方向から見たとき、所定方向の幅が該所定方向の交差方向の幅よりも狭いことを特徴とする。
【０００６】
本発明のコイル基板構造では、第１及び第２コイル基板が互いにずれて重ねられているため、第１及び第２コイル基板が互いに一致するように重ねられたものに比べ、これらの外表面、すなわち放熱面の面積を増大させることができる。ここで、第１及び第２コイル基板が互いに重なる領域は、１次側及び２次側トランスコイル部が基板厚さ方向に重なる領域となり、実装部品の放熱経路が長くなるため、かかる領域に発熱量の大きい実装部品を搭載することは困難とされている。この点、本発明では、基板厚さ方向から見たとき、１次側及び２次側トランスコイル部における所定方向の幅が狭くされているため、第１及び第２コイル基板が互いに重なる領域が所定方向に縮小されることとなる。従って、例えばコイル基板構造が小型化された場合でも、実装領域を充分に確保することが可能となる。すなわち、本発明によれば、放熱性を高めることができ、且つ実装領域を充分に確保することが可能となる。
【０００７】
また、第１コイル基板側から第２コイル基板側へと電力を伝送するコイル基板構造であって、所定方向は、電力の伝送方向に沿った方向であることが好ましい。この場合、コイル基板構造においての電力伝送長さも縮小されるため、コイル基板構造の電力損失を低減することが可能となる。
【０００８】
また、導体パターンにおいては、所定方向の導体幅が交差方向の導体幅よりも狭い場合がある。
【０００９】
また、第１及び第２コイル基板において実装部品が搭載される一主面の反対側の他主面に当接された放熱部材を備えたことが好ましい。この場合、一主面に搭載される実装部品の熱が、第１及び第２コイル基板を介して放熱部材へ熱伝導され、放熱部材にて放熱されることになる。よって、実装部品の熱を一層放熱させることができ、放熱性を一層高めることが可能となる。
【００１０】
このとき、第１及び第２コイル基板は、これらのうちの発熱量が高い一方が放熱部材側に位置するように重ねられていることが好ましい。この場合、例えば図６（ａ）に示すように、放熱板１４０側に位置する一方のコイル基板１２０では、他方のコイル基板１１０に比べて放熱板１４０との接触面積を大きくすることができる。よって、発熱量が高いコイル基板１２０を放熱板１４０側に位置させて重ねることで、コイル基板構造１００の熱を効果的に放熱することができる。
【００１１】
また、上記作用効果を好適に発揮する構成として、具体的には、第１及び第２コイル基板は、長板状を呈すると共に、長手方向に互いにずれて重ねられ、１次側及び２次側トランスコイル部においては、基板厚さ方向から見たとき、所定方向としての長手方向の幅が、交差方向としての短手方向の幅よりも狭い構成が挙げられる。
【００１２】
また、１次側及び２次側トランスコイル部を磁気的に接続するためのトランスコアをさらに備え、１次側及び２次側トランスコイル部のそれぞれには、トランスコアが挿通される貫通孔が形成されており、導体パターンは、貫通孔を中心として渦巻状に延びる場合がある。
【００１３】
また、本発明に係るスイッチング電源装置は、上記コイル基板構造を具備することを特徴とする。このスイッチング電源装置においても、放熱性を高めると共に実装領域を充分に確保するという上記効果を奏する。なお、スイッチング電源装置としては、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータやＡＣ−ＤＣコンバータが挙げられる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、放熱性を高めることができ、且つ実装領域を充分に確保することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係るスイッチング電源装置の回路図である。図１に示すように、本実施形態のスイッチング電源装置１は、ＤＣ−ＤＣコンバータとして機能するものであり、高圧バッテリ等から供給される高圧の直流入力電圧Ｖｉｎを低圧の直流出力電圧Ｖｏｕｔに変換し、低圧バッテリ等へ供給する。
【００１７】
このスイッチング電源装置１は、１次側高圧ライン２１と１次側低圧ライン２２との間に設けられたスイッチング回路２及び入力平滑コンデンサ３と、１次側及び２次側トランスコイル部４１，４２を有するトランス４と、２次側トランスコイル部４２に接続された整流回路５と、整流回路５に接続された平滑回路６と、を備えている。
【００１８】
スイッチング回路２は、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４で構成されたフルブリッジ型の回路構成とされている。スイッチング回路２は、例えば駆動回路（不図示）から供給される駆動信号に応じて、入力端子Ｔ１，Ｔ２間に印加される直流入力電圧Ｖｉｎを入力交流電圧に変換する。
【００１９】
入力平滑コンデンサ３は、入力端子Ｔ１、Ｔ２から入力された直流入力電圧Ｖｉｎを平滑化する。トランス４は、スイッチング回路２で生成された入力交流電圧を変圧し、出力交流電圧を出力する。１次側及び２次側トランスコイル部４１，４２の巻数比は、変圧比によって適宜設定されている。ここでは、３：１の巻数比とされており、よって、例えば［３Ｖ，１Ａ］の電力が［１Ｖ，３Ａ］の電力へと変換される。２次側トランスコイル部４２は、センタータップ型のものであり、接続部Ｃ及び出力ラインＬＯを介して出力端子Ｔ３に導かれている。
【００２０】
整流回路５は、整流ダイオード５Ａ，５Ｂからなる単層全波整流型のものである。各整流ダイオード５Ａ，５Ｂのカソードは、２次側トランスコイル部４２に接続されている一方、アノードは、接地ラインＬＧに接続され、出力端子Ｔ４に導かれている。これにより、整流回路５は、トランス４からの出力交流電圧の各半短波期間を、個別に整流して直流電圧を生成する。
【００２１】
平滑回路６は、チョークコイル６１と出力平滑コンデンサ６２とを含んで構成されている。チョークコイル６１は、出力ラインＬＯに挿入配置されている。出力平滑コンデンサ６２は、出力ラインＬＯにおいてチョークコイル６１と接地ラインＬＧとの間に接続されている。これにより、平滑回路６は、整流回路５で整流された直流電圧を平滑化して直流出力電圧Ｖｏｕｔを生成し、この直流出力電圧Ｖｏｕｔを出力端子Ｔ３，Ｔ４から低圧バッテリ等へ供給する。
【００２２】
次に上記回路を構成するコイル基板構造について詳細に説明する。
【００２３】
図２は図１のスイッチング電源装置におけるコイル基板構造の要部を示す斜視図、図３は図２のコイル基板構造の分解斜視図である。図２，３に示すように、本実施形態のコイル基板構造１００は、互いにずれて積層された（重ねられた）第１及び第２コイル基板１１０，１２０と、トランスコア１３０と、放熱板（放熱部材）１４０と、を備えている。
【００２４】
このコイル基板構造１００は、第１コイル基板１１０側から第２コイル基板１２０側へ向かう伝送方向Ａに沿って電力を伝送（変換）する。つまり、伝送方向（変換方向）Ａは、コイル基板構造１００において電力が伝送されるベクトル方向である。
【００２５】
第１及び第２コイル基板１１０，１２０は、伝送方向Ａを長手方向とする平板状のプリント基板である。これら第１及び第２コイル基板１１０，１２０のそれぞれは、樹脂層（基材）７を含むと共に、銅層等である金属層８を複数層（ここでは、上層と内層との２層）含んでいる多層基板とされている（図６参照）。金属層８は、導体形成層であり、後述する導体パターン４４，４６を構成すると共に、これらと各実装部品９とを接続する配線導体を構成する。金属層８間には、図示しない層間接続部が設けられている。また、第１及び第２コイル基板１１０，１２０の上面（一主面）１１０ａ，１２０ａは、必要部分がレジスト（不図示）で覆われている。
【００２６】
図４は、図２の第１コイル基板を示す上面図である。図４に示すように、第１コイル基板１１０には、基板厚さ方向（積層方向）から見たとき（上面１１０ａ側から見たとき）、その伝送方向Ａの略中央から下流側に亘る領域に、上記１次側トランスコイル部４１が設けられている。１次側トランスコイル部４１の略中央位置には、トランスコア１３０が挿通されるものとして、矩形状の貫通孔４３が形成されている。そして、この１次側トランスコイル部４１には、貫通孔４３を中心として矩形渦巻状に延びる導体パターン４４が設けられている。
【００２７】
導体パターン４４は、第１コイル基板１１０の上面１１０ａ側に例えば銅等で形成されたコイルパターンである。導体パターン４４は、伝送方向Ａに沿って延びる導電パターン４４１と、交差方向Ｂに沿って延びる導電パターン４４２とが連続するように構成されている。
【００２８】
この導体パターン４４では、伝送方向Ａの導体幅ｈ１ａが、伝送方向Ａと交差（ここでは、直交）する方向Ｂ（以下、「交差方向Ｂ」という）の導体幅ｈ１ｂよりも狭くされている。これにより、１次側トランスコイル部４１においては、基板厚さ方向から見たとき、伝送方向（所定方向）Ａの幅Ｈ１Ａが交差方向Ｂの幅Ｈ１Ｂよりも狭くなっている。換言すると、１次側トランスコイル部４１では、第１コイル基板１１０の長手方向の幅Ｈ１Ａが、短手方向の幅Ｈ１Ｂよりも狭くなっている。
【００２９】
また、導体パターン４４の始端Ｓ及び終端Ｅは、例えば製造上の点から適宜に構成されている。図示される一例では、基板厚さ方向から見た上面１１０ａにおいて、図示上側に位置する導電パターン４４１の端部が始端Ｓとされ、貫通孔４３の図示下側に位置する導電パターン４４１の端部が終端Ｅとされている。そのため、伝送方向Ａの下流側領域にて延在する導電パターン４４２’’の数は、伝送方向Ａの上流側領域にて延在する導電パターン４４２’の数よりも多くなっており、導電パターン４４２’’の導体幅ｈ１ａ’’は、導体パターン４４２’の導体幅ｈ１ａ’よりも狭くされている。
【００３０】
また、始端Ｓは、上記スイッチング回路２の上記スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２に、第１コイル基板１１０における内層の金属層８で形成された導体によって接続されている。また、終端Ｅは、上記スイッチング回路２の上記スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４に、第１コイル基板１１０における内層の金属層８で形成された導体によって接続されている。
【００３１】
図５は、図２の第２コイル基板を示す上面図である。図５に示すように、第２コイル基板１２０には、基板厚さ方向から見たとき、その伝送方向Ａにおける上流側から略中央に亘る領域に、上記２次側トランスコイル部４２が設けられている。２次側トランスコイル部４２の略中央位置には、トランスコア１３０が挿通されるものとして、矩形状の貫通孔４５が形成されている。そして、この２次側トランスコイル部４２には、貫通孔４５を中心として矩形渦巻状に延びる導体パターン４６が設けられている。
【００３２】
導体パターン４６は、第２コイル基板１２０の上面１２０ａ側に銅等で形成されたコイルバターンである。導体パターン４６は、伝送方向Ａに沿って延びる導電パターン４６１と、交差方向Ｂに沿って延びる導電パターン４６２とが連続するように構成されている。
【００３３】
この導体パターン４６では、上記１次側トランスコイル部４１と同様に、伝送方向Ａの導体幅ｈ２ａが交差方向Ｂの導体幅ｈ２ｂよりも狭くされている。これにより、２次側トランスコイル部４２においても、基板厚さ方向から見たとき、伝送方向Ａの幅Ｈ２Ａが交差方向Ｂの幅Ｈ２Ｂよりも狭くなっている。換言すると、２次側トランスコイル部４２でも、第２コイル基板１３０の長手方向の幅Ｈ２Ａが短手方向の幅Ｈ２Ｂよりも狭くなっている。
【００３４】
図２，３に戻り、上述した第１及び第２コイル基板１１０，１２０は、１次側及び２次側トランスコイル部４１，４２のみが基板厚さ方向に重なるようにして（すなわち、１次側及び２次側トランスコイル部４１，４２のみを積層領域として）互いに重ねられると共に、貫通孔４３，４５が互いに連通するように伝送方向Ａに互いにずれて重ねられている。ここでは、第２コイル基板１２０が放熱板１４０側（下側）に位置するように積層されている。
【００３５】
そして、第１及び第２コイル基板１１０，１２０のそれぞれでは、各上面１１０ａ，１２０ａにおいて積層領域以外の領域を実装領域Ｒとして、半導体部品等の実装部品９がそれぞれ実装されている。具体的には、図２に示すように、第１コイル基板１１０の実装領域Ｒに上記スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４が載置されて搭載されると共に、第２コイル基板１２０の実装領域Ｒに上記整流ダイオード５Ａ，５Ｂが載置されて搭載されている。
【００３６】
なお、スイッチング素子としては、例えば電界効果型トランジスタ（ＭＯＳ−ＦＥＴ：Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor）やＩＧＢＴ（InsulatedGate Bipolar Transistor）等が挙げられる。
【００３７】
また、第２コイル基板１２０は、上記チョークコイル６１に対応するものとして、例えばフェライト等の磁性材料で形成されたコア１２２を少なくとも有している。このコア１２２は、第２コイル基板１２０において伝送方向Ａの下流側端部に形成された矩形状の貫通孔１２３（図５参照）に内挿されている。
【００３８】
トランスコア１３０は、１次側及び２次側トランスコイル部４１，４２を磁気的に互いに接続するためものであり、上記トランス４を構成する。トランスコア１３０は、例えばフェライト等の磁性材料で形成されている。また、トランスコア１３０は、図３に示すように、いわゆるＵ型コアである上部コア１３１と、いわゆるＩ型コアである下部コア１３２と、を含んでおり、これらが図示しない固定部材によって互いに連結され固定されている。
【００３９】
このトランスコア１３０は、その上部コア１３１が貫通孔４３，４５に内挿されている。そして、トランスコア１３０は、そのコア１３１，１３２が１次側及び２次側トランスコイル部４１，４２の一部を覆うようにして、第１及び第２コイル基板１１０，１２０に取り付けられている。
【００４０】
放熱板１４０は、第１及び第２コイル基板１１０，１２０の熱を放熱すると共に、実装された実装部品９の熱を第１及び第２コイル基板１１０，１２０を介して放熱するためのものである。この放熱板１４０は、例えばアルミニウムで形成されており、第１及び第２コイル基板１１０，１２０の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有している。
【００４１】
また、放熱板１４０は、第１コイル基板１１０の下面（他主面）１１０ｂを当接させる放熱面１４１と、第２コイル基板１２０の下面（他主面）１２０ｂを当接させる放熱面１４２と、を有している。これら放熱面１４１，１４２は、第２コイル基板１２０の厚さと等しい高さの段差部１４３で連続するように構成されている。また、放熱面１４２には、下部コア１３２を係止するためのものとして、下部コア１３２の形状に沿って窪むような凹部１４４が形成されている。
【００４２】
そして、放熱板１４０においては、その凹部１４４に下部コア１３２が配置されるようにして、各放熱面１４１，１４２に第１及び第２コイル基板１１０，１２０がそれぞれ載置されている。これにより、図６（ａ）に示すように、第１及び第２コイル基板１１０，１２０の下面１１０ｂ，１２０ｂは、放熱板１４０に当接されることとなる。
【００４３】
具体的には、第１及び第２コイル基板１１０，１２０の下面１１０ｂ，１２０ｂにおいて実装領域Ｒに対応する領域が、放熱面１４１，１４２に当接されるのに加え、第２コイル基板１２０の下面１２０ｂの積層領域においてトランスコア１３０に覆われていない領域が、放熱面１４２に当接されている。これにより、２次側トランスコイル部４２の一部をも放熱板１４０に熱的に当接されることになり、放熱面面積（放熱板１４０との接触面積）を一層増大させることができる。なお、ここでは、第２コイル基板１２０において伝送方向Ａ上流側の側面１２０ｃが、段差部１４３に近接若しくは接触されている。
【００４４】
以上のように構成されたスイッチング電源装置１では、入力端子Ｔ１，Ｔ２から供給される直流入力電圧Ｖｉｎがスイッチングされて入力交流電圧が生成され、トランス４の１次側トランスコイル部４１へと供給される。そして、生成された入力交流電圧が変圧され、２次側トランスコイル部４２から出力交流電圧として出力される。そして、この出力交流電圧が、整流回路５によって整流されると共に平滑回路６によって平滑化され、出力端子Ｔ３，Ｔ４から直流出力電圧Ｖｏｕｔとして出力されることとなる。
【００４５】
以上、本実施形態によれば、第１及び第２コイル基板１１０，１２０が互いにずれて重ねられている。そのため、第１及び第２コイル基板１１０，１２０が互いに一致するように重ねられた従来のコイル基板構造（図６（ｂ）参照：以下、「従来基板構造」という）２００に比べ、第１及び第２コイル基板１１０，１２０の放熱面（外表面）の面積を増大させることができる。その結果、コイル基板構造１００の放熱性を高めることが可能となる。
【００４６】
また、実装領域Ｒにおいては、第１及び第２コイル基板１１０，１２０が重なっていないことから、従来基板構造２００に比べて次の効果を奏する。すなわち、実装部品９の熱を第１及び第２コイル基板１１０，１２０を介して放熱板１４０へ熱伝播させる際、実装部品９の放熱経路が短くなるため、第１及び第２コイル基板１１０，１２０による熱抵抗を低減させることができ、放熱性を一層高めることができる。また、第１及び第２コイル基板１１０，１２０を薄く形成できるため、低コスト化が可能となる。
【００４７】
ここで、積層領域は１次側及び２次側トランスコイル部４１，４２が基板厚さ方向に重なる領域となり、実装部品９の放熱経路が長くなるため、発熱量の大きな実装部品９を積層領域に搭載することは通常困難とされている。この点、本実施形態の１次側及び２次側トランスコイル部４１，４２では、上述したように、基板厚さ方向から見たときに伝送方向Ａの幅Ｈ１Ａ，Ｈ２Ａが狭くされている。よって、本実施形態では、積層領域が伝送方向Ａに縮小されることとなる。その結果、コイル基板構造１００を伝送方向Ａに小型化しつつ、実装領域Ｒを充分に確保することが可能となる。換言すると、第１及び第２コイル基板１１０，１２０外形の大型化を要せずに、実装領域Ｒを充分に確保することができる。
【００４８】
従って、本実施形態は、放熱領域と実装領域Ｒとの双方を充分に確保できることから、小型で放熱性に優れたものであり、且つ低コスト化が図れるものといえる。なお、第１及び第２コイル基板１１０，１２０に含まれる金属層８の層数が増える程、金属層８相互間の樹脂層７の層数も増えることから、実装部品９から放熱板１４０までの熱抵抗であるところの第１及び第２コイル基板１１０，１２０の熱抵抗が大きくなるため、熱抵抗を低減させるという上記効果は、多くの金属層を含むコイル基板では顕著となる。
【００４９】
さらに、本実施形態のコイル基板構造１００では、上述したように、伝送方向Ａに小型化されることから、コイル基板構造１００の電力伝送長さも縮小されるため、コイル基板構造１００の電力損失を低減することも可能となる。
【００５０】
また、本実施形態は、上述したように、第１及び第２コイル基板１１０，１２０の下面１１０ｂ，１２０ｂの双方に放熱板１４０を直接当接させている。よって、実装部品９の熱を、第１及び第２コイル基板１１０，１２０を介して放熱板１４０へ熱伝導させて放熱することができ、かかる実装部品９の熱を一層放熱させることが可能となる。
【００５１】
ところで、本実施形態では、１次側トランスコイル部４１に流れる電流値に比べ、２次側トランスコイル部４２に流れる電流値が大きくされているため、１次側トランスコイル部４１を有する第１コイル基板１１０に比べ、２次側トランスコイル部４２を有する第２コイル基板１２０の発熱量が高くなっている。
【００５２】
この点、本実施形態では、第２コイル基板１２０が放熱板１４０側に位置するように第１及び第２コイル基板１１０，１２０を互いに積層し、第２コイル基板１２０の下面１２０ｂの積層領域の一部も放熱板１４０に当接させている。よって、放熱板１４０と第２コイル基板１２０との接触面積を、放熱板１４０と第１コイル基板１１０との接触面積に比して大きくでき、第２コイル基板１２０を一層放熱させてコイル基板構造１００の熱を効果的に放熱することができる。
【００５３】
なお、本実施形態では、上述したように、第２コイル基板１２０の側面１２０ｃが段差部１４３に近接若しくは接触されるため、側面１２０ｃからの放熱経路も確保でき、放熱性のさらなる向上が可能となる。ちなみに、本実施形態では、１次側及び２次側トランスコイル部４１，４２を上下に重ねてトランス４を構成するため、本実施形態は、リーケージインダクタンスが小さい。
【００５４】
ちなみに、本実施系形態では、１次側トランスコイル部４１の巻数を３とし、２次側トランスコイル部４２の巻数を１としているが、これらの巻数は限定されるものではない。また、上層の金属層８だけでなく、内層の金属層８にも導体パターン４４，４６を設けることで、導体パターン４４，４６を複数層に形成してもよい。例えば、第１コイル基板１１０側の内層の金属層８に、巻数が３の導体パターンを形成することにより、第１コイル基板１１０の巻数を６にすることができる。なお、内層の金属層８においても、トランスコイル部４１，４２の伝送方向（所定方向）Ａの幅を交差方向Ｂの幅よりも狭くすることで、トランスコイル部４１，４２の面積を大きくすることなく巻数を増やすことができる。
【００５５】
また、本実施形態では、第１コイル基板１１０において積層領域とは反対側の端部側に位置する端子電極（不図示）から高圧の直流電圧が入力され、第２コイル基板において積層領域と反対側の端部側に位置する端子電極（不図示）から低圧の直流電圧が出力される。よって、ここでは、第１コイル基板１１０のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４が設けられた領域から、１次側及び２次側トランスコイル部４１，４２を介して、第２コイル基板１２０の整流ダイオード５Ａ，５Ｂが設けられた領域に至る方向が伝送方向Ａである。
【００５６】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、１次側及び２次側トランスコイル部４１，４２において略中央位置に貫通孔４３，４５をそれぞれ形成したが、トランス４の機能を発揮できれば、１次側及び２次側トランスコイル部４１，４２において種々の位置に貫通孔４３，４５をそれぞれ形成してもよい。
【００５７】
例えば図７に示すように、１次側及び２次側トランスコイル部４１，４２において伝送方向Ａ上流側に位置する貫通孔４３Ａ，４５Ａを形成してもよい。このコイル基板構造１００Ａの１次側及び２次側トランスコイル部４１，４２では、貫通孔４３Ａ，４５Ａの伝送方向Ａ下流側の領域が拡がるため、導電パターン４４２’’の数が導電パターン４４２’の数よりも多くなっていても、導体幅ｈ１ａ’’と導体幅ｈ１ａ’とを同程度なものにすることが可能となる。よって、導体幅ｈ１ａ’’が狭いために導電パターン４４２’’の発熱量が増加してしまうのを抑制できる。
【００５８】
また、上記実施形態のトランスコア１３０では、上部コア１３１としてＵ型コアを用い、下部コア１３２としてＩ型コアを用いたが、上部コアとしてＥ型コアを用いてもよく、下部コアとしてＩ型コア或いはＥ型コアを用いてもよい。また、上記実施形態では、トランスコイル部４１，４２における伝送方向Ａの幅Ｈ１Ａ，Ｈ２Ａを狭くしたが、かかる幅の方向は伝送方向Ａに限定されるものではなく、種々の方向であってもよい。
【００５９】
なお、スイッチング電源装置１としては、上記ＤＣ−ＤＣコンバータに限定されるものではなく、ＡＣ−ＤＣコンバータ等であってもよい。また、上記実施形態では、スイッチング電源装置１の上記回路をセンタータップ型のアノードコモンとしているが、例えばセンタータップ型のカソードコモンとしてもよい。さらにまた、上記実施形態では、段差部１４３の高さを第２コイル基板１２０の厚さと等しいものとしたが、第２コイル基板１２０の厚さよりも厚い（高い）ものでもよい。
【００６０】
また、上記実施形態では、第１及び第２コイル基板１１０，１２０として多層基板を用いたが、単層基板を用いてもよい。さらにまた、第１及び第２コイル基板１１０，１２０の幅は、互いに異なっていてもよい。
【００６１】
また、上記実施形態において互いに重ねられた（積層された）第１及び第２コイル基板１１０，１２０には、これらが互いに接する状態のものや、互いに接しない状態のものを含んでおり、これらがオーバーラップするように配置されたものも含んでいる。
【００６２】
また、上記実施形態では、実装部品９としてスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４や整流ダイオード５Ａ，５Ｂ等のパワー半導体素子を、第１及び第２コイル基板１１０，１２０の上面１１０ａ，１２０ａに表面実装したが、このパワー半導体素子と共に、例えばコイルやコンデンサ等の表面実装型の受動素子を表面実装してもよい。この場合、第１及び第２コイル基板１１０，１２０においてパワー半導体素子の搭載されている部分に対応する下面１２０ａ，１２０ｂが、放熱板１４０に少なくとも当接すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の一実施形態に係るスイッチング電源装置の回路図である。
【図２】図１のスイッチング電源装置におけるコイル基板構造の要部を示す斜視図である。
【図３】図２のコイル基板構造の分解斜視図である。
【図４】図２の第１コイル基板を示す上面図である。
【図５】図２の第２コイル基板を示す上面図である。
【図６】（ａ）は図２のVI−VI線に沿った断面の模式図であり、（ｂ）は従来のコイル基板構造における図６（ａ）に対応する模式図である。
【図７】本発明の変形例に係るスイッチング電源装置におけるコイル基板構造の分解斜視図である。
【符号の説明】
【００６４】
１…スイッチング電源装置、９…実装部品、４１…１次側トランスコイル部、４２…２次側トランスコイル部、４４，４６…導体パターン、１００，１００Ａ…コイル基板構造、１１０…第１コイル基板、１１０ａ…上面（一主面）、１１０ｂ…下面（他主面）、１２０…第２コイル基板、１２０ａ…上面（一主面）、１２０ｂ…下面（他主面）、１３０…トランスコア、１４０…放熱板（放熱部材）、Ａ…伝送方向（所定方向）、Ｂ…交差方向、Ｈ１Ａ，Ｈ１Ｂ，Ｈ２Ａ，Ｈ２Ｂ…幅、ｈ１ａ，ｈ１ｂ，ｈ２ａ，ｈ２ｂ…導体幅。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次側トランスコイル部を有する第１コイル基板と、
前記第１コイル基板に重ねられ、２次側トランスコイル部を有する第２コイル基板と、を備えたコイル基板構造であって、
前記１次側及び２次側トランスコイル部は、基板厚さ方向から見たときに渦巻状に延びる導体パターンを含んで構成され、
前記第１及び第２コイル基板は、前記１次側及び２次側トランスコイル部が基板厚さ方向に重なるようにして互いにずれて重ねられており、
前記１次側及び２次側トランスコイル部においては、基板厚さ方向から見たとき、所定方向の幅が該所定方向の交差方向の幅よりも狭いことを特徴とするコイル基板構造。
【請求項２】
前記第１コイル基板側から前記第２コイル基板側へと電力を伝送するコイル基板構造であって、
前記所定方向は、前記電力の伝送方向に沿った方向であることを特徴とする請求項１記載のコイル基板構造。
【請求項３】
前記導体パターンにおいては、前記所定方向の導体幅が前記交差方向の導体幅よりも狭いことを特徴とする請求項１又は２記載のコイル基板構造。
【請求項４】
前記第１及び第２コイル基板において実装部品が搭載される一主面の反対側の他主面に当接された放熱部材を備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項記載のコイル基板構造。
【請求項５】
前記第１及び第２コイル基板は、これらのうちの発熱量が高い一方が前記放熱部材側に位置するように重ねられていることを特徴とする請求項４記載のコイル基板構造。
【請求項６】
前記第１及び第２コイル基板は、長板状を呈すると共に、長手方向に互いにずれて重ねられ、
前記１次側及び２次側トランスコイル部においては、基板厚さ方向から見たとき、前記所定方向としての長手方向の幅が、前記交差方向としての短手方向の幅よりも狭いことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項記載のコイル基板構造。
【請求項７】
前記１次側及び２次側トランスコイル部を磁気的に接続するためのトランスコアをさらに備え、
前記１次側及び２次側トランスコイル部のそれぞれには、前記トランスコアが挿通される貫通孔が形成されており、
前記導体パターンは、前記貫通孔を中心として渦巻状に延びることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項記載のコイル基板構造。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか一項記載のコイル基板構造を具備することを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項１】
１次側トランスコイル部を有する第１コイル基板と、
前記第１コイル基板に重ねられ、２次側トランスコイル部を有する第２コイル基板と、を備えたコイル基板構造であって、
前記１次側及び２次側トランスコイル部は、基板厚さ方向から見たときに渦巻状に延びる導体パターンを含んで構成され、
前記第１及び第２コイル基板は、前記１次側及び２次側トランスコイル部が基板厚さ方向に重なるようにして互いにずれて重ねられており、
前記１次側及び２次側トランスコイル部においては、基板厚さ方向から見たとき、所定方向の幅が該所定方向の交差方向の幅よりも狭いことを特徴とするコイル基板構造。
【請求項２】
前記第１コイル基板側から前記第２コイル基板側へと電力を伝送するコイル基板構造であって、
前記所定方向は、前記電力の伝送方向に沿った方向であることを特徴とする請求項１記載のコイル基板構造。
【請求項３】
前記導体パターンにおいては、前記所定方向の導体幅が前記交差方向の導体幅よりも狭いことを特徴とする請求項１又は２記載のコイル基板構造。
【請求項４】
前記第１及び第２コイル基板において実装部品が搭載される一主面の反対側の他主面に当接された放熱部材を備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項記載のコイル基板構造。
【請求項５】
前記第１及び第２コイル基板は、これらのうちの発熱量が高い一方が前記放熱部材側に位置するように重ねられていることを特徴とする請求項４記載のコイル基板構造。
【請求項６】
前記第１及び第２コイル基板は、長板状を呈すると共に、長手方向に互いにずれて重ねられ、
前記１次側及び２次側トランスコイル部においては、基板厚さ方向から見たとき、前記所定方向としての長手方向の幅が、前記交差方向としての短手方向の幅よりも狭いことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項記載のコイル基板構造。
【請求項７】
前記１次側及び２次側トランスコイル部を磁気的に接続するためのトランスコアをさらに備え、
前記１次側及び２次側トランスコイル部のそれぞれには、前記トランスコアが挿通される貫通孔が形成されており、
前記導体パターンは、前記貫通孔を中心として渦巻状に延びることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項記載のコイル基板構造。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか一項記載のコイル基板構造を具備することを特徴とするスイッチング電源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１５３７２４（Ｐ２０１０−１５３７２４Ａ）
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３３２６１１（Ｐ２００８−３３２６１１）
【出願日】平成２０年１２月２６日（２００８．１２．２６）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月２６日（２００８．１２．２６）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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