説明

電子機器

【課題】絶縁性基板の両面に金属板が接着された両面基板を用いて電子機器を構成する場合において放熱性を向上させることができるようにする。
【解決手段】トランス10を構成する厚銅基板50は、絶縁性基板51の一方の面にパターニングされた第1の銅板52が接着されるとともに絶縁性基板51の他方の面にパターニングされた第2の銅板53が接着されている。放熱部材40,41は厚銅基板50に発生した熱を放熱する。第1の銅板52と第2の銅板53のうちの発熱量が大きな第1の銅板52側が放熱部材40,41に接近して配置されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電子機器に関するものである。
【背景技術】
【0002】
特許文献1にプレーナ型コイル装置が開示されている。詳しくは、シートコイルは、絶縁シートに、コイルを形成する導体箔を設けて構成され、放熱板はシートコイルに対し絶縁され、シートコイルと放熱板とが積層された状態でコアに嵌め込まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】実開平4−20217号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、厚銅基板等の両面基板を用いてトランス等を構成することが行なわれている。厚銅基板は、絶縁性基板の両面にパターニングした銅板を接着して構成される。厚銅基板等の両面基板を用いて電子機器を構成する場合において放熱性を向上させる技術が確立されていない。
【0005】
本発明の目的は、絶縁性基板の両面に金属板が接着された両面基板を用いて電子機器を構成する場合において放熱性を向上させることができるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
請求項1に記載の発明では、絶縁性基板の一方の面にパターニングされた第1の金属板が接着されるとともに前記絶縁性基板の他方の面にパターニングされた第2の金属板が接着された両面基板と、前記両面基板に発生した熱を放熱する放熱部材と、を備えた電子機器であって、前記第1の金属板と前記第2の金属板のうちの発熱量が大きな金属板側を前記放熱部材に接近して配置したことを要旨とする。
【0007】
請求項1に記載の発明によれば、両面基板において、絶縁性基板の一方の面にパターニングされた第1の金属板が接着されるとともに絶縁性基板の他方の面にパターニングされた第2の金属板が接着されている。両面基板に発生した熱は放熱部材において放熱される。このとき、第1の金属板と第2の金属板のうちの発熱量が大きな金属板側が放熱部材に接近して配置されているので、放熱性に優れている。
【0008】
請求項2に記載の発明のように、請求項1に記載の電子機器において、前記第1の金属板には一次巻線がパターニングされ、前記第2の金属板には二次巻線がパターニングされ、コアに対して前記一次巻線と二次巻線が巻回されたトランスである場合に適用することができる。
【0009】
請求項3に記載の発明では、請求項2に記載の電子機器において、前記一次巻線と二次巻線のうち、巻線の幅と、流れる電流値の少なくとも一方に基づく発熱量が大きな巻線がパターニングされた金属板側を前記放熱部材に接近して配置したことを要旨とする。
【0010】
請求項3の記載の発明によれば、一次巻線と二次巻線のうち、巻線の幅と、流れる電流値の少なくとも一方に基づく発熱量が大きな巻線がパターニングされた金属板側について、熱が放熱部材により放熱され、トランスの巻線の温度上昇を抑制することができる。
【0011】
請求項4の記載の発明では、請求項3に記載の電子機器において、前記一次巻線と二次巻線のうちの巻数が大きな巻線がパターニングされた金属板側を前記放熱部材に接近して配置したことを要旨とする。
【0012】
請求項4の記載の発明によれば、一次巻線と二次巻線のうちの巻数の大きな方が発熱量も大きいが、この大きな熱を放熱部材により放熱させることによりトランスの巻線の温度上昇を抑制することができる。
【0013】
請求項5に記載の発明のように、請求項1に記載の電子機器において、前記第1の金属板には第1の巻線がパターニングされ、前記第2の金属板には第2の巻線がパターニングされ、コアに対して前記第1の巻線と第2の巻線が巻回されたインダクタである場合に適用することができる。
【0014】
請求項6の記載の発明では、請求項5に記載の電子機器において、前記第1の巻線と第2の巻線のうちの巻数が大きな巻線がパターニングされた金属板側を前記放熱部材に接近して配置したことを要旨とする。
【0015】
請求項6の記載の発明によれば、第1の巻線と第2の巻線のうちの巻数の大きな方が発熱量も大きいが、この大きな熱を放熱部材により放熱させることによりインダクタの巻線の温度上昇を抑制することができる。
【0016】
請求項7に記載のように、請求項1〜6のいずれか1項に記載の電子機器において、前記金属板は、打ち抜き加工された銅板であるとよい。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、絶縁性基板の両面に金属板が接着された両面基板を用いて電子機器を構成する場合において放熱性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】第1の実施形態におけるトランスの分解斜視図。
【図2】(a)はトランスの平面図、(b)は(a)のA−A線での縦断面図、(c)は(a)のB−B線での縦断面図。
【図3】厚銅基板の正面図。
【図4】第2の実施形態におけるインダクタの分解斜視図。
【図5】(a)はインダクタの平面図、(b)は(a)のA−A線での縦断面図、(c)は(a)のB−B線での縦断面図。
【図6】(a)は第3の実施形態におけるトランスの平面図、(b)は(a)のA−A線での縦断面図、(c)は(a)のB−B線での縦断面図。
【図7】(a)は第3の実施形態におけるトランスの平面図、(b)は(a)のA−A線での縦断面図、(c)は(a)のB−B線での縦断面図。
【図8】第4の実施形態における電子機器の正面図。
【図9】第4の実施形態における電子機器の回路構成図。
【発明を実施するための形態】
【0019】
(第1の実施形態)
以下、本発明をトランスに具体化した第1の実施形態を図面に従って説明する。
図1,2に示すように、電子機器としてのトランス10は、コア20に一次巻線30と二次巻線31が巻かれているとともに放熱部材40,41により放熱されるようになっている。ここで、両面基板としての厚銅基板50を用いて一次巻線30と二次巻線31を構成している。
【0020】
厚銅基板50は、図3に示すように、絶縁性基板(基材)51の一方の面である下面には第1の金属板としての第1の銅板52が接着シート(図示略)により接着されている。この第1の銅板52には、図1,2の一次巻線30がパターニングされている。一次巻線30のパターニングは打ち抜き加工により行われる。また、絶縁性基板(基材)51は、例えば、ガラス・エポキシ樹脂よりなる。
【0021】
図3の絶縁性基板51の他方の面である上面には第2の金属板としての第2の銅板53が接着シート(図示略)により接着されている。この第2の銅板53には、図1,2の二次巻線31がパターニングされている。二次巻線31のパターニングは打ち抜き加工により行われる。
【0022】
このように、厚銅基板50の少なくとも一部において、一次巻線30と二次巻線31を構成している。
絶縁性基板(基材)51の厚さは例えば400μm、第1の銅板52の厚さは例えば500μm、第2の銅板53の厚さは例えば500μmである。
【0023】
コア20としてE−E型コアを用いており、E−E型コアはE型コア21とE型コア22により構成されている。E型コア21は、四角板状の本体部21aと、本体部21aの一方の面(上面)の中央部に突出される中央磁脚21bと、本体部21aの一方の面(上面)の端部に突設される両側磁脚21c,21dとからなる。中央磁脚21bおよび両側磁脚21c,21dはその断面が長方形をなしている。同様に、E型コア22は、四角板状の本体部22aと、本体部22aの一方の面(下面)の中央部に突出される中央磁脚22bと、本体部22aの一方の面(下面)の端部に突設される両側磁脚22c,22dとからなる。中央磁脚22bおよび両側磁脚22c,22dはその断面が長方形をなしている。
【0024】
E型コア21の中央磁脚21bの先端面とE型コア22の中央磁脚22bの先端面とが突き合わされるとともに、E型コア21の両側磁脚21c,21dの先端面とE型コア22の両側磁脚22c,22dの先端面とが突き合わされる。これによりE−E型コアが構成され、閉磁路が形成される。
【0025】
厚銅基板50の絶縁性基板51の中央部には、E型コア22の中央磁脚22bが通る貫通孔54が形成されている。厚銅基板50の第1の銅板52による巻線30は、絶縁性基板51の貫通孔54を中心として1本の導体が五周巻回された形状をなし、これにより5ターンだけ巻回されている。厚銅基板50の第2の銅板53による巻線31は、絶縁性基板51の貫通孔54を中心として1本の導体が一周巻回された形状をなし、これにより1ターンだけ巻回されている。
【0026】
ここで、第2の銅板53による二次巻線31については幅広であるが、第1の銅板52による一次巻線30については幅狭である。つまり、巻線の幅は巻数が多いほど巻線パターンの幅が狭くなる。巻線パターンの幅が狭くなると電気抵抗が大きくなり、発熱量も大きくなる。
【0027】
放熱部材40,41は長方形の板材により構成されている。放熱部材40,41は、熱抵抗の小さな材料よりなる。具体的には、放熱部材40,41としてアルミを使用する。この場合、巻線全体の熱を放熱することができる。
【0028】
放熱部材40と放熱部材41とは、水平方向において離間して配置されている。なお、放熱部材40,41は、図示しないケースに支持されている。放熱部材40と放熱部材41の間に、E型コア21,22の中央磁脚21b,22bが通る。このとき、放熱部材40,41の上面に厚銅基板50が配置され、E型コア22の中央磁脚22bには厚銅基板50の絶縁性基板51の貫通孔54が通される。
【0029】
また、厚銅基板50の第1の銅板52と放熱部材40,41の上面とがシリコン製シート(図示略)を挟んで電気的に絶縁され、かつ、当接する状態で接着されている。詳しくは、厚銅基板50と放熱部材40,41とが電気的に絶縁されるとともに厚銅基板50に発生した熱を放熱部材40,41に放熱可能に接着されている。
【0030】
このように、巻線パターンの幅が狭い方を厚銅基板50の放熱側に配置する。そして、厚銅基板50に発生した熱を放熱する放熱部材40,41について、第1の銅板52と第2の銅板53のうちの発熱量が大きな第1の銅板52側を放熱部材40,41に接近して配置している。詳しくは、一次巻線と二次巻線のうちの巻数が大きな巻線がパターニングされた第1の銅板52側を放熱部材40,41に接近して配置した。これにより、第1の銅板52と第2の銅板53のうちの発熱量が大きな第1の銅板52側が放熱部材40,41に接近して配置されているので、放熱性に優れている。詳しくは、一次巻線および二次巻線のうちの巻数の大きな方が発熱量も大きいが、この大きな熱を放熱部材40,41により放熱させることにより、トランスの巻線の温度上昇を抑制することができる。
【0031】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
一次巻線30が5ターン、二次巻線31が1ターンの場合、一次巻線30を放熱側に配置して放熱しやすくする。即ち、一次巻線30から直接、放熱する。このようにして、トランスの巻線30,31の温度上昇を抑制することができる。
【0032】
広義には、一次巻線30と二次巻線31のうち、巻線の幅と、流れる電流値の少なくとも一方に基づく発熱量が大きな巻線がパターニングされた金属板側を放熱部材40,41に接近して配置する。これにより、一次巻線30と二次巻線31のうち、巻線の幅と、流れる電流値の少なくとも一方に基づく発熱量が大きな巻線がパターニングされた金属板側について、熱が放熱部材40,41により放熱され、トランスの巻線の温度上昇を抑制することができる。
(第2の実施形態)
次に、本発明をインダクタに具体化した第2の実施形態を図4,5に従って説明する。なお、第2の実施形態においては、第1の実施形態と同様な部分についてはその説明を省略する。
【0033】
図4,5に示すように、電子機器としてのインダクタ60は、コア20に巻線80(第1の巻線81、第2の巻線82)が巻回されているとともに放熱部材40,41により放熱されるようになっている。ここで、両面基板としての厚銅基板50を用いて巻線80(第1の巻線81、第2の巻線82)を構成している。
【0034】
厚銅基板50における第1の銅板52には、第1の巻線81がパターニングされている。また、厚銅基板50における第2の銅板53には、第2の巻線82がパターニングされている。巻線81,82のパターニングは打ち抜き加工により行われる。
【0035】
厚銅基板50の第1の銅板52は、絶縁性基板51の貫通孔54を中心として1本の導体が三周だけ巻回された形状をなし、これにより3ターンだけ巻回されている。厚銅基板50の第2の銅板53は、絶縁性基板51の貫通孔54を中心として1本の導体が二周だけ巻回された形状をなし、これにより2ターンだけ巻回されている。第1の銅板52におけるパターンの一端と第2の銅板53におけるパターンの一端とが電気的に接続されている。詳しくは、絶縁性基板51に設けた貫通孔に充填した導体70(図4参照)に第1の銅板52におけるパターンの一端が接合されるとともに第2の銅板53におけるパターンの一端が接合されている。
【0036】
導体70と第1の銅板52でのパターンの一端との接合、および、導体70と第2の銅板53でのパターンの一端との接合は、超音波溶接、抵抗溶接、はんだ付け等により行われる。
【0037】
このように、厚銅基板の少なくとも一部において、巻線を構成する。つまり、厚銅基板における一方の面において巻線の一部を構成し、巻線の残りの部分を他方の面において構成し、さらに、基板のそれぞれの面に構成された巻線を接続して電気的に一つの巻線としている。
【0038】
ここで、第2の銅板53による第2の巻線82については幅広であるが、第1の銅板52による第1の巻線81については幅狭である。つまり、巻線の幅は巻数が多いほど巻線パターンの幅が狭くなる。巻線パターンの幅が狭くなると電気抵抗が大きくなり、発熱量も大きくなる。
【0039】
厚銅基板50の第1の銅板52と放熱部材40,41の上面とがシリコン製シート(図示略)を挟んで電気的に絶縁され、かつ、当接する状態で接着されている。
このように厚銅基板のそれぞれの面の巻線の巻数を、放熱側の巻数が多くなるようにしている。
【0040】
そして、厚銅基板50に発生した熱を放熱する放熱部材40,41について、第1の銅板52と第2の銅板53のうちの発熱量が大きな第1の銅板52側を放熱部材40,41に接近して配置する。詳しくは、第1の巻線と第2の巻線のうちの巻数が大きな巻線がパターニングされた第1の銅板52側を放熱部材40,41に接近して配置した。これにより、第1の銅板52と第2の銅板53のうちの発熱量が大きな第1の銅板52側が放熱部材40,41に接近して配置されているので、放熱性に優れている。詳しくは、第1の巻線および第2の巻線のうちの巻数の大きな方が発熱量も大きいが、この大きな熱を放熱部材40,41により放熱させることによりインダクタの巻線の温度上昇を抑制することができる。
【0041】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
インダクタの巻線80の巻数が5ターンである場合、放熱側の巻数を3ターン、他方の面の巻数を2ターンにし、3ターンの巻線から直接放熱する。このようにしてインダクタの巻線の温度上昇を抑制することができる。
(第3の実施形態)
次に、本発明をトランスに具体化した第3の実施形態を図面に従って説明する。
【0042】
図1,2に示したトランス10においては放熱部材40,41は板材であったが、図6,7に示す本実施形態の電子機器としてのトランス110は放熱部材がケース120である。つまり、ケース120を放熱部材として用いており、トランスの巻線に発生した熱をケース120に逃がすようにしている。
【0043】
図6において、コア130としてE−I型コアを用いており、コア130はE型コア131とI型コア132からなる。図6ではI型コア132を二点鎖線で示す。
両面基板としての厚銅基板140は、絶縁性基板141の一方の面である下面には第1の金属板としての第1の銅板142が接着され、第1の銅板142に一次巻線がパターニングされている。絶縁性基板141の他方の面である上面には第2の金属板としての第2の銅板143が接着され、第2の銅板143に二次巻線がパターニングされている。一次巻線、二次巻線のパターニングは打ち抜き加工により行われる。
【0044】
このように、厚銅基板140の一部において、一次巻線と二次巻線を構成している。図6のI型コア132および第2の銅板143(二次巻線)を、図7では省略するとともに、絶縁性基板141を二点鎖線で示している。
【0045】
板状をなすケース120の上面120aには凹部121が形成されている。ケース120の凹部121にはE型コア131が嵌入されている。E型コア131は、板状の本体部131aと、本体部131aの一方の面(上面)の中央部に突出される中央磁脚131bと、本体部131aの一方の面(上面)の端部に突設される両側磁脚131c,131dとからなる。中央磁脚131bは円柱状をなしている。
【0046】
図6(a),(c)に示すように、ケース120の上面120aにおいて、E型コア131の中央磁脚131bの配置位置を挟んで厚銅基板載置部122,123が突設されている。厚銅基板載置部122の上面122aおよび厚銅基板載置部123の上面123aは、平坦、且つ高さが同一である。
【0047】
ケース120の厚銅基板載置部122,123の上面122a,123aには厚銅基板140がシリコン製シート(図示略)を介して載置されている。これにより、厚銅基板140において発生した熱はケース120の厚銅基板載置部122,123に放熱することができる。
【0048】
厚銅基板140の絶縁性基板141の中央部には、E型コア131の中央磁脚131bが通る貫通孔144が形成されている。厚銅基板140の第1の銅板142による巻線は、図7に示すように、絶縁性基板141の貫通孔144を中心として1本の導体が四周巻回された形状をなし、これにより4ターンだけ巻回されている。図6に示すように、厚銅基板140の第2の銅板143による巻線は、絶縁性基板141の貫通孔144を中心として1本の導体が一周巻回された形状をなし、これにより1ターンだけ巻回されている。
【0049】
ここで、第2の銅板143による二次巻線については幅広であるが、第1の銅板142による一次巻線については幅狭である。つまり、巻線の幅は巻数が多いほど巻線パターンの幅が狭くなる。巻線パターンの幅が狭くなると電気抵抗が大きくなり、発熱量も大きくなる。
【0050】
厚銅基板140の第1の銅板142がケース120の厚銅基板載置部122,123の上面122a,123aと絶縁された状態で接着されており、これにより、巻線パターンの幅が狭い方が厚銅基板50の放熱側に配置されている。
【0051】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
第1の銅板142による一次巻線が4ターン、第2の銅板143による二次巻線が1ターンの場合、一次巻線(第1の銅板142)を放熱側に配置して放熱しやすくしている。即ち、一次巻線から直接、放熱する。このようにして、トランスの巻線の温度上昇を抑制することができる。
(第4の実施形態)
次に、第4の実施形態を説明する。
【0052】
図9に示すように、電源装置として、プラグインハイブリッド車や電気自動車では、高圧バッテリ151から補機(バッテリ152)に電圧を供給するためのDC/DCコンバータ150を用いている。図9において、電子機器としてのDC/DCコンバータ150は、Hブリッジ回路153、トランス154、整流用Hブリッジ回路155、平滑回路156を具備している。Hブリッジ回路153は4つのスイッチング素子を備え、整流用Hブリッジ回路155は4つのダイオードを備え、平滑回路156はコイルとコンデンサを備えている。
【0053】
図8に示すように、両面基板としての厚銅基板160は、絶縁性基板161の一方の面には第1の金属板としての第1の銅板162が接着され、第1の銅板162には、図9のトランス154の一次巻線がパターニングされている。この一次巻線の巻数は「5」である。一次巻線のパターニングは打ち抜き加工により行われる。
【0054】
図8の絶縁性基板161の他方の面には第2の金属板としての第2の銅板163が接着され、第2の銅板163には、図9のトランス154の二次巻線がパターニングされている。この二次巻線の巻数は「1」である。二次巻線のパターニングは打ち抜き加工により行われる。
【0055】
そして、トランスの二次側回路300において流れる電流の方が一次側回路200において流れる電流よりも大きい。二次側回路300の方が流れる電流は大きいが、トランス154の一次巻線が細いので一次巻線の方の発熱量が大きくなる。
【0056】
図8において、放熱部材170の上面に厚銅基板160がシリコン製シート(図示略)を挟んで電気的に絶縁され、かつ、当接する状態で接着されている。このとき、第1の銅板162が下向きになるように配置されており、発熱量が大きい一次巻線(5ターン)を放熱側にもってきている。つまり、第1の銅板162と第2の銅板163のうちの発熱量が大きな銅板162側を放熱部材170に接近して配置している。
【0057】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・第3の実施形態で説明したケースに放熱する構成を、第2の実施形態で説明したようにインダクタに適用してもよい。
【0058】
・トランスにおいて第1の銅板による巻数(ターン数)と第2の銅板による巻数(ターン数)とは適宜変更可能であり、例えば、第1の銅板による巻数が「3」、第2の銅板による巻数が「1」としてもよい。
【0059】
・同様にインダクタにおいて第1の銅板による巻数(ターン数)と第2の銅板による巻数(ターン数)とは適宜変更可能であり、例えば、第1の銅板による巻数が「3」、第2の銅板による巻数が「1」としてもよい。
【0060】
・両面基板として、絶縁性基板の両面に銅板が接着された厚銅基板を用いたが、これに限るものではない。つまり、金属板は銅板であったが、金属板として銅板以外の金属板を用いてもよい。例えば、アルミ板を用いてもよい。即ち、絶縁性基板の両面に接着される金属板(第1の金属板、第2の金属板)としてアルミ板等を用いてもよい。
【0061】
・第1の実施形態および第2の実施形態において、放熱部材40,41について、放熱部材40,41を通して磁気回路が形成されないように磁気絶縁性を有する必要がある場合(例えば、コア内に放熱部材を配する場合)には、放熱部材40,41として高熱伝導性樹脂等を使用するとよい。
【符号の説明】
【0062】
10…トランス、20…コア、30…一次巻線、31…二次巻線、40…放熱部材、41…放熱部材、50…厚銅基板、51…絶縁性基板、52…第1の銅板、53…第2の銅板、60…インダクタ、81…第1の巻線、82…第2の巻線、110…トランス、120…ケース、130…コア、140…厚銅基板、141…絶縁性基板、142…第1の銅板、143…第2の銅板、150…DC/DCコンバータ、160…厚銅基板、161…絶縁性基板、162…第1の銅板、163…第2の銅板、170…放熱部材、200…一次側回路、300…二次側回路。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
絶縁性基板の一方の面にパターニングされた第1の金属板が接着されるとともに前記絶縁性基板の他方の面にパターニングされた第2の金属板が接着された両面基板と、
前記両面基板に発生した熱を放熱する放熱部材と、
を備えた電子機器であって、
前記第1の金属板と前記第2の金属板のうちの発熱量が大きな金属板側を前記放熱部材に接近して配置したことを特徴とする電子機器。
【請求項2】
前記第1の金属板には一次巻線がパターニングされ、前記第2の金属板には二次巻線がパターニングされ、コアに対して前記一次巻線と二次巻線が巻回されたトランスであることを特徴とする請求項1に記載の電子機器。
【請求項3】
前記一次巻線と二次巻線のうち、巻線の幅と、流れる電流値の少なくとも一方に基づく発熱量が大きな巻線がパターニングされた金属板側を前記放熱部材に接近して配置したことを特徴とする請求項2に記載の電子機器。
【請求項4】
前記一次巻線と二次巻線のうちの巻数が大きな巻線がパターニングされた金属板側を前記放熱部材に接近して配置したことを特徴とする請求項3に記載の電子機器。
【請求項5】
前記第1の金属板には第1の巻線がパターニングされ、前記第2の金属板には第2の巻線がパターニングされ、コアに対して前記第1の巻線と第2の巻線が巻回されたインダクタであることを特徴とする請求項1に記載の電子機器。
【請求項6】
前記第1の巻線と第2の巻線のうちの巻数が大きな巻線がパターニングされた金属板側を前記放熱部材に接近して配置したことを特徴とする請求項5に記載の電子機器。
【請求項7】
前記金属板は、打ち抜き加工された銅板であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の電子機器。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【公開番号】特開2012−156461(P2012−156461A)
【公開日】平成24年8月16日(2012.8.16)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−16611(P2011−16611)
【出願日】平成23年1月28日(2011.1.28)
【出願人】(000003218)株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Fターム(参考)】