JPH06325949A

JPH06325949A - 電磁気回路の実装構造

Info

Publication number: JPH06325949A
Application number: JP5109140A
Authority: JP
Inventors: Kiyoharu Inao; 清春稲生; Hisanaga Takano; 久永高野
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1993-05-11
Filing date: 1993-05-11
Publication date: 1994-11-25
Anticipated expiration: 2016-08-06
Also published as: JP3196187B2

Abstract

(57)【要約】【目的】一次側回路と二次側回路を絶縁しながら、且
つ小型の電磁気回路の実装構造を提供すること。【構成】渦巻状の導体パターンを有する平板コイルを
複数積層したコイル層１０と、このコイル層の上方に置
かれると共に電子回路の実装される配線層２０と、この
コイル層と配線層の間に設けられたシールド層３０と、
このコイル層に対する磁気回路を構成するコア４０とを
有することを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はスイッチング電源等に用
いられる電磁気回路の実装構造に係り、特に絶縁部品の
小型化と高性能化の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１０は従来のスイッチング電源の実装
構造をしめす構成斜視図で、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は
平面図、（Ｃ）は回路図である。プリント基板の中央部
にはトランスＴが実装されると共に、スイッチング素子
の制御回路Ｕ１、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２、ダイオ
ードＤ１，Ｄ２並びにコンデンサＣ１等がトランスＴの
周囲に配置されている。このような装置では、トランス
Ｔの一次巻線に直流電流を印加し、スイッチング素子Ｑ
１，Ｑ２によりオンオフする。するとトランスＴの二次
巻線にスイッチング信号が誘起されるので、ダイオード
Ｄ１，Ｄ２並びにコンデンサＣ１よりなる整流平滑化回
路により直流化して負荷に供給する。この場合、図示し
ない負帰還制御回路によって出力電圧の安定化をするの
が好ましく、制御回路Ｕ１によって行われる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一次側
回路と二次側回路を絶縁するトランスが大型なので、電
源装置全体の小型化を阻害しているという課題があっ
た。また、トランスには一次巻線と二次巻線とを絶縁す
るため、仕切りにボビンを用いることが多いが、このボ
ビンによりトランスは更に大きくなってしまうという課
題があった。本発明は上述の課題を解決したもので、一
次側回路と二次側回路を絶縁しながら、且つ小型の電磁
気回路の実装構造を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
る本発明は、渦巻状の導体パターンを有する平板コイル
を複数積層したコイル層１０と、このコイル層の上方に
置かれると共に電子回路の実装される配線層２０と、こ
のコイル層と配線層の間に設けられたシールド層３０
と、このコイル層に対する磁気回路を構成するコア４０
とを有することを特徴としている。

【０００５】

【作用】コイル層はトランスの巻線に相当する部位で、
平板コイルを採用している。そして、コイル層の上にシ
ールド層を介して配線層を設け、このトランスを用いる
電子回路が搭載される。シールド層は、コイル層に流れ
るスイッチング信号の影響が配線層に及ぶことを防止し
ている。コアはコイル層に流れるスイッチング信号に対
して電磁誘導を生じさせている。

【０００６】

【実施例】以下図面を用いて、本発明を説明する。図１
は本発明の一実施例を示す構成斜視図、図２は組立状態
を示す斜視図である。図において、実装部品としては、
キャパシタＣ０，Ｃ１、スイッチング用のトランジスタ
Ｑ１、出力電圧の安定化等を行うスイッチング制御用回
路Ｕ１、整流用のダイオードＤ１、抵抗Ｒ並びに磁性部
品であるコア４０があり、配線層２０に実装されてい
る。配線層２０は一般的なプリント基板と同等の機能を
するもので、実装部品や内層部品相互間を接続するパタ
ーンが形成されている。

【０００７】コイル層１０は、例えば特願平５−９００
８号明細書等に開示される平板コイルが積層されるもの
で、トランスに代えてチョークコイルとしても差し支え
ない。コイル層１０の各平板コイルに形成される同心の
渦巻パターンについて、その直径方向にコア４０を設け
て磁路を作り、トランスやチョークコイルとしての機能
を向上させる。シールド層３０はコイル層１０と配線層
２０との間に設けられる磁気的若しくは静電的シールド
の少なくとも一方を行うもので、コイル層１０にはトラ
ンジスタＱ１によりオンオフされるスイッチング信号が
流れているところ、このようなスイッチング信号はノイ
ズとして配線層２０に実装された電子回路に悪影響を与
えるので、ノイズの影響を低減するため設けられてい
る。この場合、アルミ等の熱伝導率の高いノイズ遮蔽材
料を用いると、配線層２０に実装された電子回路により
発生した熱を逃がすヒートシンクとしての役割も兼用で
き、好都合になる。キャパシタ層４０はコイル層１０の
下層に設けられるもので、配線層２０に搭載するコンデ
ンサと共に電子回路を構成する。例えば、キャパシタ層
４０は平行平板を複数積層して、層間の絶縁物若しくは
基板が誘電体として作用する。

【０００８】このように構成すると、トランスのコイ
ル、キャパシタ並びにヒートシンクを平面化し、これら
と表面配線層とを積層して多機能プリント回路となる。
そして、多機能プリント回路の表面にコアや他の回路部
品を実装することで、機器を小型・薄型化している。さ
らに、各回路部品は平面化された導体と絶縁層及びそれ
らを同一平面もしくは層間で接続することができるの
で、一般のプリント配線板の制作工程との整合性に優れ
ているという効果がある。

【０００９】図３はスイッチング電源の回路図、図４は
図３の回路の実装状態を説明する構成斜視図である。配
線層２０の中央部にはトランスＴのコアが実装されると
共に、ＦＥＴやトランジスタ等のスイッチングＱ１がト
ランスＴの一次側に設けられ、ダイオードＤ３，Ｄ４並
びにチョークコイルＬ１のコア部材がトランスＴの二次
側に設けられている。配線層２０の直下にはシールド層
３０が介在すると共に、その下層にコイル内部配線層１
２が設けられている。コイル内部配線層１２は、配線層
２０の層間接続孔とコイル層１０やキャパシタ層４０と
の配線パターンが設けられるもので、配線層２０と合算
すると二層の配線領域が存在することになり、自由な配
線が可能になる。好ましくは、コイル内部配線層１２は
コイル層１０に比較して磁気的・静電的に静かなのでシ
ールド層３０としての働きを兼用する能力があるため、
コイル内部配線層１２をシールド層３０としても用いる
と層数を減少させることができ、コスト低減に寄与す
る。

【００１０】コイル層１０はコイル内部配線層１２の下
層に設けられたもので、ここではトランスＴの一次巻線
ｎ１と二次巻線ｎ２が積層して設けられると共に、配線
層２０に実装されたコアＴの磁気的影響が及ぶ位置にあ
る。また、チョークコイルＬ１用の巻線ｎ３もコイル層
１０に設けられており、チョークコイルＬ１のコア部材
の配置位置に対応した位置にある。キャパシタ層４０
は、コイル内部配線層１２の下層に設けられたもので、
ここでは出力コンデンサＣ２が設けられている。ここで
は巻線ｎ１〜ｎ３の占有領域がコイル内部配線層１２の
一部なので、図２の例のような積層構造をとらず、分散
配置としている。

【００１１】図５はＤＣ−ＤＣコンバータへの本発明の
適用例を示す構成図で、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面
図、（Ｃ）は側面図である。ＤＣ−ＤＣコンバータの回
路図は図１０（Ｃ）と同一であり、配線層２０のみでは
制御回路Ｕ１とコンデンサＣ１が実装できるだけの領域
しか確保できないので、コイル層２０の下側に下部配線
層２２を設けて、その他の部品を搭載している。コイル
層１０にはトランスＴの一次巻線ｎ１と二次巻線ｎ２が
積層して設けられると共に、コア４０がコイル層１０並
びに配線層２０と下部配線層２２を囲うように装着され
ている。そして、入力端子５１と出力端子５２が設けら
れている。しかして、電源回路が小型・薄型化されてい
る。

【００１２】図６は配線層２０における回路配置の説明
図で、（Ａ）は正しい回路配置、（Ｂ）は回路動作に支
障を生じる配置を表している。配線層２０には回路１，
２が設けられているが、下層にはコイル層１０が設けら
れているので、トランスと他の電子回路との間に相互干
渉が生じないように配置する必要がある。回路１〜３は
トランスの主磁束と回路が鎖交しない位置にあるため、
回路からトランス動作への干渉は少ない。しかし、回路
４はトランスの主磁束と回路が鎖交する位置にあるた
め、回路に電流が流れてトランスの動作を妨げる。よっ
て配線層２０には、トランスの主磁束と回路が鎖交しな
い位置に回路を配置する。

【００１３】図７はトランスの漏れ磁束を低減する場合
の構成図で、（Ａ）は回路配置、（Ｂ）は磁束の流れを
示している。配線層２０にコア４０を閉曲線で囲う回路
５を設けている。漏れ磁束は閉回路５に電流を誘起する
が、この誘起電流により発生する磁束は、元の漏れ磁束
を打ち消す方向なので、漏れ磁束が抑制されて、漏れ磁
束による表面回路への磁気的干渉を軽減することができ
る。

【００１４】図８はシールド層３０の説明図で、（Ａ）
は全体の構成斜視図、（Ｂ）は一次二次に分割する場
合、（Ｃ）は更にメッシュ化した場合を表している。導
電性を有するシールド層３０は、トランスに対して実質
的に閉回路を構成するから、漏れ磁束による干渉を低減
する効果がある。またコイル層１０のコイルパターンか
ら配線層２０の回路に対して静電的な干渉があるが、こ
れも配線層２０とコイル層１０の間にシールド層３０を
設けることで、静電シールドが達成される。

【００１５】次に、シールド層３０を一次二次に分割す
ると、トランスの一次−二次間の静電的結合を増加させ
ることなく遮蔽効果が得られるという効果がある。この
場合、それぞれのシールド層を回路動作上の低電位点
（グランド）に接続する。また、導体パターンをメッシ
ュ化すると、遮蔽効果を損なうことなく高電位コイルと
シールド層の間の浮遊容量を減少させて特性を工場させ
ることができる。ここで、シールド層は導電性がある程
度で足りるため、導電ペースト等を印刷して作成するこ
とができ、多層回路の製造時に低コストで挿入すること
ができる。

【００１６】図９はコア４０を含めた全体の構成斜視図
である。ここでは、コア４０にＥＥ形コアを用いて、中
足コアがコイル層１０の渦巻導体パターンの中心を貫通
している。しかしながら、磁気回路は必ずしも閉磁路と
しなくても必要なトランスとしての特性が得られること
もあるから、そのような場合には板状コアをコイル層１
０の表面と裏面に装着するものでもよく、また中足コア
がある場合にもコイル層１０の渦巻導体パターンの中心
を貫通させる必要性はない。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
配線層に各種部品を実装すると共にトランスのコイルを
平面化して、これらと配線層とを積層して多機能プリン
ト回路を構成しているので、機器を小型・薄型化される
という効果がある。さらに、各回路部品は平面化された
導体と絶縁層及びそれらを同一平面もしくは層間で接続
することができるので、一般のプリント配線板の制作工
程との整合性に優れているという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成斜視図である。

【図２】図１の装置の組立状態を示す斜視図である。

【図３】スイッチング電源の回路図である。

【図４】図３の回路の実装状態を説明する構成斜視図で
ある。

【図５】ＤＣ−ＤＣコンバータへの本発明の適用例を示
す構成図である。

【図６】配線層２０における回路配置の説明図である。

【図７】トランスの漏れ磁束を低減する場合の構成図で
ある。

【図８】シールド層３０の説明図である。

【図９】コア４０を含めた全体の構成斜視図である。

【図１０】従来のスイッチング電源の実装構造を示す構
成斜視図である。

【符号の説明】

１０コイル層２０配線層３０シールド層４０コア

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】渦巻状の導体パターンを有する平板コイル
を複数積層したコイル層（１０）と、このコイル層の上
方に置かれると共に電子回路の実装される配線層（２
０）と、このコイル層と配線層の間に設けられたシール
ド層（３０）と、このコイル層に対する磁気回路を構成
するコア（４０）とを有することを特徴とする電磁気回
路の実装構造。
【請求項２】渦巻状の導体パターンを有する平板コイル
を複数積層したコイル層（１０）と、このコイル層の上
方に置かれると共に電子回路の実装される配線層（２
０）と、このコイル層と配線層の間に設けられたシール
ド層（３０）と、このコイル層に対する磁気回路を構成
するコア（４０）とを有し、当該コイル層の導体パターンの渦中心にはコア挿入孔を
設けると共に、このコア挿入孔に対応してシールド層並
びに配線層にコア挿入孔を設け、前記コアの磁路の一部
をこのコア挿入孔に装着することを特徴とする電磁気回
路の実装構造。