JP5227770B2

JP5227770B2 - 電子基板

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Publication number: JP5227770B2
Application number: JP2008311389A
Authority: JP
Inventors: 智明虎谷; 恭介橋本; 泰木原; 博折戸; 祥之平山; 啓介森井
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Furukawa Automotive Systems Inc
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Furukawa Automotive Systems Inc
Priority date: 2008-10-03
Filing date: 2008-12-05
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2028-12-05
Also published as: JP2010109309A

Description

本発明は、発熱量が大きい電子基板の技術分野に関するものである。

自動車用ＤＣ−ＤＣコンバータは、スイッチング用ＭＯＳ−ＦＥＴ、電圧変換用トランス、整流用ダイオード、平滑化用チョークコイルの４つの部品で構成される方式のものが一般的である。ハイブリッド自動車用のＤＣ−ＤＣコンバータでは、高電圧・大電流によってそれぞれの部品からの発熱が大きくなるため、それぞれがウォータージャケット等の冷却部品で個別に冷却されるように構成されている。すなわち、それぞれが別個に冷却部品に搭載され、各部品間をバスバー等によって電気的に接続する構造となっている（例えば引用文献１）。

上記のような構成では、接続部分におけるネジ締結作業あるいは溶接作業が多くなり、組立工数が増大するのみならず、接続部分の接触抵抗のばらつきに起因した電気的問題を回避するために、回路上にも専用の部品を付加する必要が生じる。
このような問題への対策として、電圧変換用トランス及び平滑化用チョークコイルを構成するコイルを、スイッチング用ＭＯＳ−ＦＥＴ及び整流用ダイオードを搭載する基板の回路パターンで形成することで、これらの部品を一体化することができ、これにより接続箇所を削減することができる。
特開２００５−１４３２１５号公報

しかしながら、同一基板上にスイッチング用ＭＯＳ−ＦＥＴ、整流用ダイオード、電圧変換用トランス及び平滑化用チョークコイルを形成して一体化した場合には、各部品間を電気的に接続する配線回路を経由して熱が伝導されやすくなる。同一基板上に上記の各部品を一体化して形成した電子基板の一例を図１２に示す。図１２は、ＤＣ−ＤＣコンバータを構成する従来の電子基板９００の断面図である。

電圧変換用トランス９２０及び平滑化用チョークコイル９４０を構成するコイルを回路パターンで形成した場合、そこでの発熱がスイッチング用ＭＯＳ−ＦＥＴ９１０及び整流用ダイオード９３０に比べて大きくなる。その結果、トランス９２０及びチョークコイル９４０での発熱が配線回路９５２〜９５４を経由してＭＯＳ−ＦＥＴ９１０やダイオード９３０に伝わり、これらを高温に加熱してしまう。ＭＯＳ−ＦＥＴ９１０やダイオード９３０は、所定以上の高温になると信頼性が確保できなくなるといった問題が生じる。

また、電圧変換用トランス９２０及び平滑化用チョークコイル９４０を構成するコイルを回路パターンで形成し、かつそれに用いる基板面積を小さくするためには、少なくとも４層の導体層を有する多層基板を用いる必要がある。４層の多層基板を用いる場合、基板の総厚や総重量を抑制するために、導体層１層当たりの厚さを薄くするのが好ましい。

しかしながら、１層当たりの厚さを薄くしすぎると、電圧変換用トランス及び平滑化用チョークコイルを構成するコイルからの発熱量が多大となって基板温度が上昇する。基板温度が上昇しすぎると、基板に形成されているスルーホールや層間絶縁材料の信頼性を確保するのが困難になってしまう。さらに、コイルで発生する熱が増大すると、配線回路を伝ってＭＯＳ−ＦＥＴ及びダイオードをさらに高温にしてその信頼性確保を困難にしてしまう。

上記のような大電流高放熱の電子基板では、大電流を導通させるために導体厚さを絶縁材と同程度の０．５ｍｍ前後にしているが、低コスト化の実現には絶縁体のみならず導体層もさらに薄くするのがよい。それとともに、放熱しやすくするために導体幅を大きくするのが好ましいが、特にチョークコイルではフェライトコアの寸法制限から、コイル部分の導体幅を大きくすることができないといった問題がある。その結果、コイル部分での発熱が大きくなってしまうため、基板に用いる絶縁樹脂材としても耐熱性の高いものを使用する必要があった。このように、導体の低コスト化（薄肉化）と絶縁樹脂材の低コスト化（低耐熱材の使用）を両立させることが困難であった。

そこで、本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、基板の回路パターンで形成されたコイルで発生する熱を効率的に放熱するように構成された電子基板を提供することを目的とする。

この発明の電子基板の第１の態様は、回路パターンにてコイルを形成した１以上の導体層を有する基板と、前記コイルと所定の回路素子とを電気的に接続する配線回路と、前記基板の一方の面に所定の熱伝導性絶縁シートを挟んで配置された冷却部と、一端が前記熱伝導性絶縁シートを挟んで放熱可能となるように前記冷却部に接続され、他端が前記基板の内部を通過して前記配線回路に接続された放熱部材と、を備え、前記放熱部材は、前記配線回路を前記コイルから前記回路素子側に伝導する熱を前記冷却部に放出することを特徴とする。

この発明の電子基板の他の態様は、一端が前記冷却部に放熱可能となるように形成され、他端が前記回路素子から放熱可能となるように形成された別の放熱部材を備えることを特徴とする。

この発明の電子基板の他の態様は、前記放熱部材もしくは前記別の放熱部材の一端側にはさらに、前記冷却部に放熱可能となるように形成された別の配線回路が接続されていることを特徴とする。

この発明の電子基板の他の態様は、前記放熱部材は、前記基板内に垂直に形成された銅ポストであることを特徴とする。

この発明の電子基板の他の態様は、前記放熱部材は、前記基板に形成されたスルーホールであることを特徴とする。

この発明の電子基板の他の態様は、前記コイルは、１次コイルと２次コイルが別の導体層に形成されたトランスであることを特徴とする。

この発明の電子基板の他の態様は、前記トランスは、４層以上の導体層に形成されていることを特徴とする。

この発明の電子基板の他の態様は、前記コイルは、平滑化用チョークコイルであることを特徴とする。

この発明の電子基板の他の態様は、前記平滑化用チョークコイルは、２層以上の前記導体層に形成されたコイルで構成されていることを特徴とする。

この発明の電子基板の他の態様は、前記導体層の厚さは０．１ｍｍ以上かつ１ｍｍ以下であることを特徴とする。

この発明の電子基板の他の態様は、近傍にフェライトコアを配置して動作させるコイルを回路パターンで形成した１以上の導体層を有する基板と、前記コイルからの放熱性を高めるように前記コイルに付加された放熱部材と、を備え、前記放熱部材は、前記フェライトコアの配置位置から離れるほど幅広に形成されていることを特徴とする。

この発明の電子基板の他の態様は、前記放熱部材は、少なくとも前記コイルの始点と終点との間の略中央部に形成されていることを特徴とする。

本発明の電子基板によれば、基板の回路パターンで形成されたコイルで発生する熱を効率的に放熱することが可能となる。

図面を参照して本発明の好ましい実施の形態における電子基板の構成について詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。

本発明の電子基板は、同一基板上にコイルと回路素子とが搭載されており、コイルで発生する熱がコイルと回路素子とを電気的に接続する配線回路を経由して回路素子に伝わり、回路素子を高温に加熱してしまうのを防止するように構成されている。以下では、電子基板としてハイブリッド自動車に用いられるＤＣ−ＤＣコンバータを例に説明する。

本発明の第１の実施の形態に係る電子基板を、図１を用いて以下に説明する。図１は、本実施形態の電子基板の一実施例であるＤＣ−ＤＣコンバータ１００の概略構成を示す断面図である。ＤＣ−ＤＣコンバータ１００は、回路素子としてスイッチング用ＭＯＳ−ＦＥＴ１１０と整流用ダイオード１３０とを備え、コイルとして電圧変換用トランス１２０と平滑化用チョークコイル１４０とを備えている。

ＭＯＳ−ＦＥＴ１１０及び、ダイオード１３０が基板１０１上に実装されており、トランス１２０、及びチョークコイル１４０は、基板１０１に配線により形成されており、これらが配線回路１５２〜１５４で電気的に接続されている。また、外部からＭＯＳ−ＦＥＴ１１０に電力供給するための配線回路１５１と、チョークコイル１４０から外部に電力供給するための配線回路１５５が設けられている。配線回路１５１〜１５５は、例えば基板１０１上にパターンを形成して設けることができる。

ハイブリッド自動車等に用いられるＤＣ−ＤＣコンバータ１００では、ＭＯＳ−ＦＥＴ１１０に入力される電圧及び電流は例えば２８８Ｖ／２０Ａであり、チョークコイル１４０から出力される電圧及び電流は例えば１５Ｖ／１００Ａとなっている。ＤＣ−ＤＣコンバータ１００は、高電圧の直流電流をＭＯＳ−ＦＥＴ１１０で交流電流に変換してトランス１２０で降圧し、降圧された交流電流をダイオード１３０で整流した後チョークコイル１４０で平滑化している。上記の例ように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００は高電圧・大電流で動作しているため、各部品からの発熱が大きくなる。なかでも、回路パターンでコイルを形成しているトランス１２０及びチョークコイル１４０では、その発熱量が無視できなくなる。

ＭＯＳ−ＦＥＴ１１０、トランス１２０、ダイオード１３０、及びチョークコイル１４０のそれぞれで発生する熱を放出するために、従来より、それぞれが個別に冷却部１０３で冷却されるように構成され、実装されているＭＯＳ−ＦＥＴ１１０やダイオード１３０は、その表面に取り付けられる図示しないヒートシンクを介して冷却部１０３に接続される構成としている。但し、それぞれの絶縁性を確保するために、冷却部１０３との間に熱伝導性絶縁シートが設けられている。

しかし、導体のパターン厚や幅の関係で、トランス１２０及びチョークコイル１４０における発熱量が無視できないため、トランス１２０及びチョークコイル１４０における発熱の一部が配線回路１５２〜１５４を経由してＭＯＳ−ＦＥＴ１１０及びダイオード１３０に伝導される（図１２参照）。ＭＯＳ−ＦＥＴ１１０及びダイオード１３０は、それ自身の発熱に加えてトランス１２０及びチョークコイル１４０からも加熱されるため、一層高温になってしまう。

そこで、本実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ１００では、一端側から冷却部１０３に放熱可能に形成された放熱部材１６１〜１６３が備えられている。放熱部材１６１〜１６３は、それぞれの一端が熱伝導性絶縁シート１０２を挟んで冷却部１０３に接するように配置されている。また、放熱部材１６１〜１６３のそれぞれの他端は、配線回路１５２〜１５４にそれぞれ接続されている。なお、ここでは配線回路１５２〜１５４のすべてに放熱部材１６１〜１６３を設けているが、放熱量等に応じて適宜省略することも可能である。

放熱部材１６１〜１６３を上記のように配置することにより、配線回路１５２〜１５４を伝導する熱を、放熱部材１６１〜１６３を経由して冷却部１０３に放出することが可能となる。すなわち、トランス１２０及びチョークコイル１４０から回路素子側に配線回路１５２〜１５４を伝導する熱の多くが、途中で放熱部材１６１〜１６３側に伝導されて冷却部１０３に放出される。

ＭＯＳ−ＦＥＴ１１０、トランス１２０、ダイオード１３０、及びチョークコイル１４０で発生した熱が、配線回路１５２〜１５４及び放熱部材１６１〜１６３を伝導する状態を模式的に図２に示す。図２では、トランス１２０及びチョークコイル１４０で発生した多量の熱が、配線回路１５２〜１５４をＭＯＳ−ＦＥＴ１１０及びダイオード１３０側に伝導されるが、途中で放熱部材１６１〜１６３側に移動して冷却部１０３に放熱される状態を示している。放熱部材１６１〜１６３は、一端側が冷却部１０３で冷却されているため、ＭＯＳ−ＦＥＴ１１０及びダイオード１３０側に伝導するよりも多くの熱を冷却部１０３側に伝導することができる。

放熱部材１６１〜１６３として、基板１０１内に銅ポストを形成して用いることができる。あるいは、基板１０１内にスルーホールを形成して用いてもよい。放熱部材１６１〜１６３の一端側は、冷却部１０３との間に熱伝導性絶縁シートを配置することで、電気的に絶縁されている。これに対し、放熱部材１６１〜１６３の他端側は、配線回路１５２〜１５４に直接接続されて導電状態となっている。これにより、熱伝導性も高めることができる。

図１に示した実施例では、配線回路１５２〜１５４に放熱部材１６１〜１６３を接続するようにしたが、別の実施例として、配線回路１５１または／及び配線回路１５５にも放熱部材を接続するようにしてもよい。また、従来、図示しないヒートシンクを介して冷却部１０３に熱的に接続していたＭＯＳ−ＦＥＴ１１０及びダイオード１３０の下にも別の放熱部材を接続するようにしてもよい。別の放熱部材は、配線回路１５１〜１５５を介してＭＯＳ−ＦＥＴ１１０及びダイオード１３０に接続することも、配線回路１５１〜１５５を介さず、直接ＭＯＳ−ＦＥＴ１１０及びダイオード１３０に接続することも可能である。
配線回路１５１と１５５の両方に放熱部材を接続し、ＭＯＳ−ＦＥＴ１１０及びダイオード１３０の下にも配線回路を介して別の放熱部材を接続した実施例を図３に示す。図３に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００’の入出力部である配線回路１５１、１５５に放熱部材１６４、１６５を設け、ＭＯＳ−ＦＥＴ１１０及びダイオード１３０の下に配線回路を介して別の放熱部材１７１、１７２を設けることで、ＭＯＳ−ＦＥＴ１１０、ダイオード１３０及びチョークコイル１４０の冷却効果をさらに高めることができ、その結果基板１０１の温度を下げることができる。

本発明の第２の実施の形態に係る電子基板を、図４及び図５を用いて以下に説明する。図４及び図５は、本実施形態の電子基板の一実施例であるＤＣ−ＤＣコンバータ２００の概略構成を示す断面図及び平面図である。本実施形態では、回路素子やコイルを搭載する基板として、２層以上の導体層を有する多層基板を用いる。図４に示す実施例では、４層の導体層からなる多層基板２０１を用いている。多層基板２０１は、４層の導体層２０２とその間を絶縁するための３層の絶縁層２０３で構成されている。

電圧変換用トランス２２０及び平滑化用チョークコイル２４０を構成するコイルを基板の回路パターンで形成する場合、それに必要な基板面積を小さくするためには、４層以上の導体層２０２を有する多層基板２０１を用いるのがよい。導体層２０２を４層とした場合には、多層基板２０１の総厚や総重量が導体層２０２の１層当たりの厚さ及び重量の４倍以上となるため、導体層２０２の厚さをできるだけ薄くするのが望ましい。しかし、導体層２０２の厚さを薄くしすぎると、トランス２２０及びチョークコイル２４０の各コイルからの発熱量が多大となってしまう。また、コイルで発生する熱が過大になる場合には、配線回路２５２〜２５４から放熱部材２６１〜２６３に移動しないでＭＯＳ−ＦＥＴ２１０及びダイオード２３０に伝導される熱量が増え、これらの回路素子を高温化してしまう。

導体層２０２の１層当たりの厚さが０．１ｍｍを下回る場合、ハイブリッド自動車用のＤＣ−ＤＣコンバータ等で一般的に通電されている１００Ａ程度の電流を導体層２０２に形成されたコイルに流すと、このコイルの温度が１８０℃を超えてしまうことになり、半田の溶融温度に達してしまう。導体層２０２の１層当たりの厚さを０．３ｍｍ程度とした場合には、コイルの温度が１５０℃となって半田の溶融温度までの余裕が得られる。この場合、絶縁層２０３に用いる絶縁材料に選択の幅が広がることから、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００のコストダウンを図ることも可能となる。

一方、導体層２０２の１層当たりの厚さを０．７ｍｍ以上とすると、４層の導体層２０２と絶縁層２０３を含めた多層基板２０１の総厚が３．５ｍｍを超えてしまう。このような厚さの多層基板２０１では、通常のエッチング装置に投入することができず、特殊な装置が必要となってコストアップの原因となってしまう。さらに、導体層２０２の１層当たりの厚さを１ｍｍ以上とすると、多層基板２０１の総厚が５ｍｍ以上となり、製造装置を新たに導入する必要が生じて一層のコストアップとなってしまう。

導体層２０２の厚さとコイル温度及び製造コストとの関係の一例を図６に示す。コイル温度は、導体層２０２の厚さを大きくするとともに低下していく。これに対し、多層基板２００の製造コストは、導体層２０２の厚さを大きくするとともに上昇しており、特に導体層２０２の厚さが０．７ｍｍを超えるときと１ｍｍを超える時に急激に上昇している。

本実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ２００では、上記のような事情を考慮して導体層２０２の１層当たりの厚さを好適に設定しており、これによりコイルからの発熱量が多大とならないようにするとともに、低コストで作製できるようにしている。本実施形態の導体層２０２の１層当たりの厚さは、０．１ｍｍ以上かつ１ｍｍ以下とするのがよい。より好ましくは、０．３ｍｍ以上かつ０．７ｍｍ以下とするのがよい。

図４、５に示した本実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ２００では、第１層の導体層２０２ａが各部品間を接続する配線回路２５１〜２５５に用いられており、このうち、ＭＯＳ−ＦＥＴ２１０、トランス２２０、ダイオード２３０及びチョークコイル２４０を相互に接続する配線回路２５２〜２５４に放熱部材２６１〜２６３が接続されている。また、ＭＯＳ−ＦＥＴ２１０、ダイオード２３０の下には、冷却部１０３と熱的に接続されるように配線回路を介して別の放熱部材２７１、２７２が接続されている。ここでは、放熱部材２６１〜２６３および２７１、２７２が、第２層〜第４層の導体層２０２ｂ〜２０２ｄとは絶縁されるように配置されている。これにより、トランス２２０及びチョークコイル２４０の各コイルで発生した熱が、配線回路２５２〜２５４を経由してＭＯＳ−ＦＥＴ２１０及びダイオード２３０側に伝導される途中で、その大部分が放熱部材２６１〜２６３側に移動して冷却部１０３に放熱されるようにしている。さらには、ＭＯＳ−ＦＥＴ２１０、ダイオード２３０で発生する熱も別の放熱部材２７１、２７２を介して、冷却部１０３に放熱されるようになる。このような構成とすることで、基板１０１の温度をさらに下げることができる。

放熱部材２６１〜２６３および２７１、２７２の一実施例を、図７を用いてさらに詳細に説明する。図７に示す放熱部材２６０ａは、多層基板２０１に設けられた銅ポストで形成されており、放熱部材２６１〜２６３のいずれにも用いることができる。ここでは、配線回路２５１〜２５５が第１層目の導体層２０２ａに形成されているものとしている。また、導体層２０２ａの配線回路２５１〜２５５以外の部分、及び導体層２０２ｂ〜２０２ｄは、コイルや別の回路等を形成するのに用いられる。放熱部材２６０ａは、一端が熱伝導性絶縁シート１０２を介して冷却部１０３に接し、他端が第１層目の導体層２０２ａ、すなわち配線回路２５２〜２５４のいずれかに半田２０４で接続されている。また、放熱部材２６０ａの外周も半田２０４で多層基板２０１に固定されている。但し、放熱部材２６０ａと第２層目〜第４層目の導体層２０２ｂ〜２０２ｄとの間は、絶縁層２０３と同じ絶縁材料で絶縁されている。

なお、上記では配線回路２５２〜２５４のいずれもが第１層目の導体層２０２ａに形成されているものとしたが、配線回路が別の層に形成されていてもよく、その場合には、放熱部材２６０ａは、少なくとも配線回路が形成されている導体層２０２と熱伝導性絶縁シート１０２との間に設けられる。

放熱部材２６１〜２６３および２７１、２７２の別の実施例を、図８を用いて詳細に説明する。図８に示す放熱部材２６０ｂは、冷却部１０３への放熱の機能に加えて、配線回路２５２〜２５４のいずれかを電気的に接続するのにも用いられている。一例として第１層目の導体層２０２ａに形成された配線回路２５０ａがＭＯＳ−ＦＥＴ２１０またはダイオード２３０に接続され、第４層目の導体層２０２ｄに形成された配線回路２５０ｂがトランス２２０またはチョークコイル２４０に接続されているものとする。この場合、配線回路２５０ａと配線回路２５０ｂとを電気的に接続することで、配線回路２５２〜２５４のいずれかが形成される。図８に示す放熱部材２６０ｂは、配線回路２５０ａと配線回路２５０ｂとの電気的な接続にも用いられている。

放熱部材２６０ｂは、配線回路２５０ａと配線回路２５０ｂとを電気的に接続するとともに、トランス２２０またはチョークコイル２４０から配線回路２５０ｂに伝導される熱を熱伝導性絶縁シート１０２を介して冷却部１０３に放熱するようにしている。これにより、配線回路２５０ｂから配線回路２５０ａに伝導してＭＯＳ−ＦＥＴ２１０またはダイオード２３０に加えられる熱量を低減している。放熱部材２６０ｂは、多層基板２０１にスルーホールを設けて形成することができる。スルーホールの内壁には半田２０４の層が形成されており、これにより配線回路２５０ａと配線回路２５０ｂとが電気的に接続されるとともに、熱伝導性絶縁シート１０２までの熱伝導性を高めている。

なお、図８において、トランス２２０またはチョークコイル２４０に接続される配線回路２５０ｂは、冷却部１０３側の第４層目の導体層２０２ｄに形成するのがよい。これにより、トランス２２０またはチョークコイル２４０から伝導される熱が、熱伝導性絶縁シート１０２を介して配線回路２５０ｂからも冷却部１０３に放熱される。

次に、多層基板２０１の各導体層２０２を用いて形成されるコイルの一実施例を、図９を用いて説明する。図９は、トランス２２０の一実施例を示す断面図である。但し、図９では、導体層２０２間に配置されている絶縁層２０３の記載を省略している。トランス２２０は、コイル２２１ａと２２１ｂとからなる一次コイル２２１と、コイル２２２ａと２２２ｂとからなる二次コイル２２２とで構成されている。高電圧側の一次コイル２２１は、コイル２２１ａ、２２１ｂがそれぞれ第１層目の導体層２０２ａと第４層目の導体層２０２ｄで例えば４ターンのコイルに形成されている。また、低電圧側の二次コイル２２２は、それぞれのコイル２２２ａ、２２２ｂがそれぞれ第２層目の導体層２０２ｂと第３層目の導体層２０２ｃで例えば１ターンのコイルに形成されている。

一次コイル２２１を構成するコイル２２１ａ、２２１ｂは、それぞれに接続された配線回路２５２ａ、２５２ｂを経由してＭＯＳ−ＦＥＴ２１０に接続され、二次コイル２２２を構成するコイル２２２ａ、２２２ｂは、それぞれに接続された配線回路２５３ａ、２５３ｂを経由してダイオード２３０に接続されている。第４層目の導体層２０２ｄに形成されたコイル２２１ｂは、熱伝導性絶縁シート１０２に直接接しており、ここでの発熱は熱伝導性絶縁シート１０２を介して冷却部１０３に放出される。

一方、第１層目に形成された一次コイル２２１側のコイル２２１ａにおける発熱は、配線回路２５２ａ及び放熱部材２６１を経由して冷却部１０３に放出される。また、第２層目及び第３層目に形成された二次コイル２２２側のコイル２２２ａ、２２２ｂにおける発熱は、放熱部材２６２ａ、２６２ｂを経由して冷却部１０３に放出される。これにより、一次コイル２２１側のコイル２２１ａ及び二次コイル２２２側のコイル２２２ａ、２２２ｂのいずれもが、冷却部１０３までの放熱経路を有している。

図９に示した実施例では、配線回路２５２ａに接続された放熱部材２６１が、一次コイル２２１側のコイル２２１ａで発生した熱を冷却部１０３側に放熱する役割のみを有しているのに対し、二次コイル２２２側のコイル２２２ａ、２２２ｂに接続された放熱部材２６２ａ、２６２ｂは、それぞれのコイルで発生した熱を冷却部１０３側に放熱するとともに、コイル２２２ａ、２２２ｂと配線回路２５３ａ、２５３ｂとをそれぞれ電気的に接続する役割も有している。このように、放熱部材２６１、２６２ａ、２６２ｂを用いることで、各コイルで発生した熱を効率的に冷却部１０３側に放出することができ、トランス２２０に接続されたＭＯＳ−ＦＥＴ２１０及びダイオード２３０への伝熱を抑制して信頼性を確保することができる。

次に、多層基板２０１の各導体層２０２を用いて形成されるチョークコイル２４０の一実施例を、図１０を用いて説明する。図１０（ａ）は、チョークコイル２４０の一実施例を示す平面図であり、図１０（ｂ）は断面図である。但し、ここでは、導体層２０２間に配置されている絶縁層２０３の記載を省略している。チョークコイル２４０は、４つのコイル２４０ａ〜２４０ｄで構成されており、それぞれ第１層目〜第４層目の各導体層２０２ａ〜２０２ｄに形成されている。

コイル２４０ａは、配線回路２５４を経由してダイオード２３０に接続され、スルーホール２４１ａ〜２４１ｃを介してコイル２４０ｂ〜２４０ｄへと順次接続されている。そして、第４層目に形成されたコイル２４０ｄが、スルーホール２４１ｄを介して配線回路２５５に接続されて負荷に電力を供給する。本実施例のチョークコイル２４０では、ダイオード２３０に接続された高温側の配線回路２５４に放熱部材２６３を設けており、該放熱部材２６３から熱伝導性絶縁シート１０２を介して冷却部１０３に放熱される。また、第４層目のコイル２４０ｄは、熱伝導性絶縁シート１０２を介して冷却部１０３に直接放熱される。これにより、第１層目のコイル２４０ａと第４層目のコイル２４０ｄの両側からチョークコイル２４０が冷却される構成となっている。

多層基板２０１の各導体層２０２を用いて形成されるチョークコイルの別の実施例を、図１１を用いて説明する。図１１（ａ）は、別の実施例のチョークコイル２４０’を示す平面図であり、図１１（ｂ）は断面図である。但し、ここでも、導体層２０２間に配置されている絶縁層２０３の記載を省略している。チョークコイル２４０’は、上記実施例と同様に４つのコイル２４０ａ〜２４０ｄで構成されており、それぞれ第１層目〜第４層目の各導体層２０２ａ〜２０２ｄに形成されている。

本実施例では、第４層目のコイル２４０ｄが放熱部材２７３を経由して配線回路２５４に接続され、さらにダイオード２３０に接続されている。また、コイル２４０ｄからコイル２４０ｃ〜２４０ａへとスルーホール２４１ｃ〜２４１ａを介して順次接続されている。そして、第１層目に形成されたコイル２４０ａが、配線回路２５５に接続されて負荷に電力を供給している。本実施例のチョークコイル２４０’では、ダイオード２３０に接続された高温側の配線回路２５４に放熱部材２６３を設けるとともに、熱伝導性絶縁シート１０２に直接接している第４層目のコイル２４０ｄに接続することにより、高温側の配線回路２５４の冷却をさらに効率よく行えるようにしている。なお、本実施形態では、放熱部材２６３が熱を伝導するとともに、配線回路２５４とコイル２４０ｄとを電気的に接続している。

上記のように、配線回路２５４に放熱部材２６３を接続することで、チョークコイル２４０で発生した熱を効率的に冷却部１０３側に放出することができ、チョークコイル２４０に接続されたダイオード２３０への伝熱を抑制して信頼性を確保することができる。

本発明の第３の実施形態に係る電子基板を、以下に説明する。大電流高放熱の電子基板では、低コスト化のために導体層を薄くするとともに、放熱性を高めるために導体幅を大きくするのがよいが、例えばチョークコイルではフェライトコアによる寸法制限のため、従来はコイル部分の導体幅を大きくすることができなかった。従来のチョークコイルにおけるフェライトコアの配置例を図１３に示す。図１３は、従来のチョークコイル８００の一例を示す断面図である。チョークコイル８００は、導体層にコイルパターン８０１が形成されている。

コイルパターン８０１の中心には、形成物としてフェライトコアを挿通するための挿通穴８１１が形成されており、コイルパターン８０１の左右両側にも挿通穴８１２、８１３が形成されている。これにより、コイルパターン８０１は、挿通穴８１１と挿通穴８１２との間、及び挿通穴８１１と挿通穴８１３との間に配置される必要があり、従来は、挿通穴８１１と挿通穴８１２との距離（あるいは挿通穴８１１と挿通穴８１３との距離）よりも小さい一様の幅で形成されていた。そのため、コイルパターン８０１の幅が制限されて高い放熱性を実現することができなかった。そこで、上記の第２の実施形態では、例えば配線回路８０２または８０３に放熱部材を接続して冷却部１０３への放熱を向上させるように構成していた。

これに対し本実施形態の電子基板に備えられたコイル（以下では、本実施形態のコイルという）では、周辺に配置された形成物で寸法が制約されるコイルパターンからの放熱性を改善するために、実施形態１または２に記載の放熱部材に代えてコイルパターンに好適な形状のコイル拡張部を付加している。以下では、本実施形態のコイルとして、上記のチョークコイルを例に説明する。本実施形態のチョークコイルは、フェライトコア等による寸法制限を受けないコイルパターン部分に対して、コイル拡張部を付加してその幅を大きくすることでコイルパターンの放熱性を高める構成としている。特に、放熱性が低く高温になる部分に対して、コイル拡張部を付加してコイル幅を広くすることで放熱性を高めるようにしている。

図１３に示す従来のチョークコイル８００では、配線回路８０２、８０３に接続されたコイル始点８０１ａ及びコイル終点８０１ｂにおける発熱は、配線回路８０２、８０３からも熱が伝導して放熱されるため温度が比較的低く、コイル始点８０１ａ及びコイル終点８０１ｂから離れるほど温度が高くなる。そして、コイル始点８０１ａ及びコイル終点８０１ｂと対向するコイル中央部８０１ｃの温度が最も高くなる。

図１３に示す従来のチョークコイル８００の放熱性を改善した本実施形態の電子基板に設けられるチョークコイルの第１実施例を図１４に示す。図１４は、本実施例のチョークコイル３００の平面図である。本実施例のチョークコイル３００では、コイルパターン３０１のコイル始点３０１ａ及びコイル終点３０１ｂと対向する部分（コイル中央部）にコイル拡張部３０２を形成している。上記説明のように、コイルパターン３０１からの放熱は、コイル始点３０１ａ及びコイル終点３０１ｂから離れるほど低下して温度が高くなることから、コイル始点３０１ａ及びコイル終点３０１ｂから離れるほどコイル幅が広くなるようにコイル拡張部３０２を形成している。このように、本実施例のチョークコイル３００では、従来は放熱性が低く高温になっていたコイル始点３０１ａ及びコイル終点３０１ｂと対向する部分にコイル拡張部３０２を形成することで、コイルパターン３０１の放熱性を高くすることが可能となっている。

本実施形態の電子基板に設けられるチョークコイルの第２実施例を図１５に示す。図１５は、本実施例のチョークコイル３１０の平面図であり、（ａ）は第１の層のコイルパターン３１１を、（ｂ）は第２の層のコイルパターン３１２をそれぞれ示している。第１の層のコイルパターン３１１は、第１実施例のコイルパターン３００と同様に、コイル拡張部３１３を有している。これに対し、第２の層のコイルパターン３１２は、従来のコイルパターン８０１と同様に、コイル幅が一様に形成されている。第２の層のコイルパターン３１２は、例えば第１実施形態の電子基板１００に備えられたチョークコイル１４０と同様に、冷却部１０３に接するように配置されている。そのため、コイルパターン３１２における発熱は冷却部１０３に直接放出され、コイルパターン３１２の温度は低く維持される。

このように、２層以上のコイルパターンを有するチョークコイルにおいて、放熱手段を別に有するコイルパターンに対しては、コイル拡張部を設けて放熱性をさらに高めるように構成する必要はない。本実施例では、別の放熱手段を有さないコイルパターン３１１に対してのみコイル拡張部３１３を形成しており、これにより、チョークコイル３１０のいずれのコイルパターンにおいても、特に温度上昇が大きくなる個所をなくすことができる。

本実施形態の電子基板に設けられるチョークコイルの第３実施例を図１６に示す。図１６は、本実施例のチョークコイル３２０の平面図である。本実施例のチョークコイル３２０では、フェライトコア挿通穴８２１〜８２４がコイルパターン３２１を取り囲むように四方に設けられている。本実施例においても、最も高温となるコイル始点３２１ａ及びコイル終点３２１ｂと対向する挿通穴８２１と８２４との間にコイル拡張部３２２を形成している。これに加えて、本実施例のチョークコイル３２０では、挿通穴８２１と８２２との間及び挿通穴８２３と８２４との間にも、それぞれコイル拡張部３２３、３２４を形成しており、これによりコイルパターン３２１の放熱性をさらに高めている。

本実施形態の電子基板に設けられるチョークコイルの第４実施例を図１７に示す。図１７は、本実施例のチョークコイル３３０の平面図である。本実施例のチョークコイル３３０では、コイルパターン３３１の中心に設けられたフェライトコア挿通穴８３１が矩形状に形成されており、コイル始点３３１ａとコイル終点３３１ｂとの間の中心軸Ｃに対し左右対称に、矩形状の挿通穴８３２、８３３が設けられている。このような矩形状の挿通穴８３１〜８３３に対し、本実施例のコイルパターン３３１も挿通穴８３１を囲んで矩形状に形成されている。チョークコイル３３１がこのような形状に形成されている本実施例においては、コイル始点３３１ａ及びコイル終点３３１ｂと対向する辺にコイル拡張部３３２を形成することで、コイル幅を大きくして放熱性を高めることができる。

本実施形態の電子基板に設けられるチョークコイルの第５実施例を図１８に示す。図１８は、本実施例のチョークコイル３４０の平面図である。本実施例のチョークコイル３４０では、コイルパターン３４１を囲むように矩形状のフェライトコア挿通穴８４１が形成されている。このような形状の挿通穴８４１を有する本実施形態のチョークコイル３４０では、高温となるコイル始点３４１ａ及びコイル終点３４１ｂと対向するコイル中央部にコイル拡張部３４２を形成することで、コイル幅をできるだけ大きくしてコイルパターン３４１の放熱性を高めることができる。

本実施形態の電子基板に設けられるチョークコイルの第６実施例を図１９に示す。図１９は、本実施例のチョークコイル３５０の平面図である。本実施例のチョークコイル３５０では、コイルパターン３５１の幅を制約するフェライトコア挿通穴８５１、８５２が、コイル始点３５１ａとコイル終点３５１ｂとの間の中心軸Ｃに対し左右対称に２つ設けられているが、コイル始点３５１ａ及びコイル終点３５１ｂと対向する側には設けられていない。そこで、本実施例のチョークコイル３５０では、コイル始点３５１ａ及びコイル終点３５１ｂと対向する側のコイル中央部にコイル拡張部３５２を形成し、これによりコイル幅を大きくして放熱性を高めている。本実施例のように、コイル始点３５１ａ及びコイル終点３５１ｂと対向する側に挿通穴が設けられていない場合には、コイル拡張部３５２の幅をできるだけ大きくするのが好ましく、またコイル始点３５１ａ及びコイル終点３５１ｂ側からコイル中央部に向けてコイル拡張部３５２の幅を順次大きくしていくのがよい。

なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る電子基板の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における電子基板の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

本発明の第１の実施形態に係る電子基板の一実施例であるＤＣ−ＤＣコンバータの概略構成を示す断面図である。配線回路及び放熱部材の熱伝導の状態を模式的に示す断面図である。第１の実施形態に係る電子基板の別の実施例を示す断面図である。本発明の第２の実施形態に係る電子基板の一実施例であるＤＣ−ＤＣコンバータの概略構成を示す断面図である。第２の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータの平面図である。導体層の厚さとコイル温度及び製造コストとの関係を示す図である。放熱部材の一実施例を示す断面図である。放熱部材の別の実施例を示す断面図である。トランスの一実施例を示す断面図である。チョークコイルの一実施例を示す平面図及び断面図である。チョークコイルの別の実施例を示す平面図及び断面図である。従来の電子基板の断面図である。従来のチョークコイルの一例を示す断面図である。第３の実施形態に係る電子基板に備えられた第１実施例のチョークコイルの平面図である。第３の実施形態に係る電子基板に備えられた第２実施例のチョークコイルの平面図である。第３の実施形態に係る電子基板に備えられた第３実施例のチョークコイルの平面図である。第３の実施形態に係る電子基板に備えられた第４実施例のチョークコイルの平面図である。第３の実施形態に係る電子基板に備えられた第５実施例のチョークコイルの平面図である。第３の実施形態に係る電子基板に備えられた第６実施例のチョークコイルの平面図である。

符号の説明

１００、２００ＤＣ−ＤＣコンバータ
１０１基板
１０２熱伝導性絶縁シート
１０３冷却部
１１０、２１０スイッチング用ＭＯＳ−ＦＥＴ
１２０、２２０電圧変換用トランス
１３０、２３０整流用ダイオード
１４０、２４０、３００、３１０、３２０、３３０、３４０、３５０、８００
平滑化用チョークコイル
１５１〜１５５、２５１〜２５５、８０２、８０３配線回路
１６１〜１６５、２６０〜２６３放熱部材
２０１多層基板
２０２導体層
２０３絶縁層
２０４半田
２２１一次コイル
２２２二次コイル
３０１、３１１、３１２、３２１、３３１、３４１、３５１、８０１
コイルパターン
３０２、３１３、３２２〜３２４、３３２、３４２、３５２コイル拡張部
８１１〜８１３、８２１〜８２４、８３１〜８３３，８４１、８５１、８５２
挿通穴

Claims

回路パターンにてコイルを形成した１以上の導体層を有する基板と、
前記コイルと所定の回路素子とを電気的に接続する配線回路と、
前記基板の一方の面に所定の熱伝導性絶縁シートを挟んで配置された冷却部と、
一端が前記熱伝導性絶縁シートを挟んで放熱可能となるように前記冷却部に接続され、他端が前記基板の内部を通過して前記配線回路に接続された放熱部材と、を備え、
前記放熱部材は、前記配線回路を前記コイルから前記回路素子側に伝導する熱を前記冷却部に放出する
ことを特徴とする電子基板。
一端が前記冷却部に放熱可能となるように形成され、他端が前記回路素子から放熱可能となるように形成された別の放熱部材を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の電子基板
前記放熱部材もしくは前記別の放熱部材の一端側にはさらに、前記冷却部に放熱可能となるように形成された別の配線回路が接続されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電子基板
前記放熱部材は、前記基板内に垂直に形成された銅ポストである
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子基板。
前記放熱部材は、前記基板に形成されたスルーホールである
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子基板。
前記コイルは、１次コイルと２次コイルが別の導体層に形成されたトランスである
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電子基板。
前記トランスは、４層以上の導体層に形成されている
ことを特徴とする請求項６に記載の電子基板。
前記コイルは、平滑化用チョークコイルである
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電子基板。
前記平滑化用チョークコイルは、２層以上の前記導体層に形成されたコイルで構成されている
ことを特徴とする請求項８に記載の電子基板。
前記導体層の厚さは０．１ｍｍ以上かつ１ｍｍ以下である
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の電子基板。
近傍にフェライトコアを配置して動作させるコイルを回路パターンで形成した１以上の導体層を有する基板と、
前記コイルからの放熱性を高めるように前記コイルに付加された放熱部材と、を備え、
前記放熱部材は、前記フェライトコアの配置位置から離れるほど幅広に形成されている
ことを特徴とする電子基板。
前記放熱部材は、少なくとも前記コイルの始点と終点との間の略中央部に形成されている
ことを特徴とする請求項１１に記載の電子基板。