(57)【要約】【課題】  コイルを有する射出成型基板に対し、絶縁材を用いることなく、確実に絶縁性を確保することが可能な基板の製造方法等を提供する。【解決手段】  金型１９には、射出樹脂９を射出するためのキャビティ２１が設けられる。また、キャビティ２１には、所定の位置にピン２５が設けられる。金型１９のコイル部（コイル露出部２）に対応する部位には、溝部２３が設けられる。溝部２３は、コイルの形状に対応する。回路導体１５は、所定位置のピン２５により金型１９に固定される。また、コイル導体４を構成するコイル素材の幅方向の一部が、溝部２３に挿入される。この状態で、金型１９内に射出樹脂９を射出することで、基板１が形成される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の回路素材を形成し、
前記回路素材同士の所定部位を接合して、コイル部を有する回路導体を形成し、
前記回路導体を射出金型内にセットする際に、コイル部のコイル導体部の一部を、前記金型に形成され、前記コイル部の形状に対応した溝に挿入することで、前記コイル部の前記コイル導体部を保持し、
この状態で前記金型に対して樹脂を射出成型することを特徴とする基板の製造方法。
【請求項２】
前記コイル部は、平板状のコイル素材が、中心から径が変化するように渦巻状に設けられ、
前記コイル素材の幅広方向が、前記コイル部の軸方向に略平行となるように形成されることを特徴とする請求項１記載の基板の製造方法。
【請求項３】
前記コイル部の渦巻形状は、略矩形形状であることを特徴とする請求項２記載の基板の製造方法。
【請求項４】
前記コイル部は、略９０°の折り曲げ部を有する複数の前記コイル素材が接合されて形成されることを特徴とする請求項３記載の基板の製造方法。
【請求項５】
前記コイル部は、平板状のコイル素材が、複数層に螺旋状に形成され、
前記コイル素材の幅広方向が、前記コイル部の軸方向に略垂直となるように形成されることを特徴とする請求項１記載の基板の製造方法。
【請求項６】
コイル部を有し、複数の回路素材同士の所定部位が接合された回路導体と、
前記回路導体の少なくとも一部を被覆する射出成形樹脂と、
を具備し、前記コイル部に形成されたそれぞれのコイル導体部の一部が前記射出成形樹脂から露出していることを特徴とする射出成形基板。
【請求項７】
前記コイル部は、平板状の素材が、中心から径が変化するように渦巻状に形成され、前記素材の幅広方向が、前記コイル部の軸方向に略平行となるように形成されることを特徴とする請求項６記載の射出成形基板。
【請求項８】
前記コイル部は、略矩形形状であり、略９０°の折り曲げ部を有する複数の前記素材が接合されて形成されることを特徴とする請求項７記載の射出成形基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動車等に用いられるＤＣ−ＤＣコンバータ等の基板の製造方法等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車に用いられるＤＣ−ＤＣコンバータは、電圧変換用のトランスや平滑化用のチョークコイル等の複数の部品から構成される。これらの部品のうち、高電圧・大電流が負荷される部品については、それぞれのパーツを別々に製造後、それらを基板の外部に接続する必要があった。しかし、このような構成は、装置の大型化を招くため、よりコンパクトなＤＣ−ＤＣコンバータが要求されていた。
【０００３】
これに対し、プレスにより複数の回路素材を成形し、回路素材を接合した状態で、射出成形によって基板を一体成形する方法がある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１４６４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の方法によれば、高電圧・大電流にも耐え得るように、回路素材として、例えば４００μｍ以上の厚銅を用いることが可能であり、また、回路素材間の絶縁部には、射出成形樹脂が充填されるため、基板の絶縁性能を低下させることもない。
【０００６】
一方、基板に設けられるコイル部は、例えば、複数の回路素材が積層されて形成される。通常、このようなコイルを構成する回路素材間の間隔は狭い。したがって、射出成形時における樹脂の圧力によって回路素材が変形し、回路素材同士が接触する恐れがある。
【０００７】
図８は、従来の射出成形基板を製造する際における、回路導体１０１を金型１０７に設置した状態を示す図である。前述したように、複数の回路素材を接合することで、回路導体１０１が構成される。また、回路導体１０１には、コイル導体１０３ａ、１０３ｂが設けられる。コイル導体１０３ａ、１０３ｂは、複数のコイル導体が積層されて構成される。
【０００８】
従来は、射出成形時において、コイル導体同士を接触させず、絶縁を保つために、コイル導体同士の間に絶縁材１０５が挟まれる。絶縁材１０５を挟み込むことで、射出成形の際に、コイル導体に樹脂の圧力が加わっても、コイル導体が変形して、コイル導体同士が接触することを防止することができる。
【０００９】
しかし、絶縁材を用いることにより、部品数が増加し、また、絶縁材を配置するための工数やスペースが必要となる。したがって、より低コストで、よりコンパクトな基板を得ることが困難となっていた。
【００１０】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、コイルを有する射出成型基板に対し、絶縁材を用いることなく、確実に絶縁性を確保することが可能な基板の製造方法等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述した目的を達するために第１の発明は、複数の回路素材を形成し、前記回路素材同士の所定部位を接合して、コイル部を有する回路導体を形成し、前記回路導体を射出金型内にセットする際に、コイル部のコイル導体部の一部を、前記金型に形成され、前記コイル部の形状に対応した溝に挿入することで、前記コイル部の前記コイル導体部を保持し、この状態で前記金型に対して樹脂を射出成型することを特徴とする基板の製造方法である。
【００１２】
前記コイル部は、平板状のコイル素材が、中心から径が変化するように渦巻状に設けられ、前記コイル素材の幅広方向が、前記コイル部の軸方向に略平行となるように形成されてもよい。
【００１３】
この場合、前記コイル部の渦巻形状は、略矩形形状であってもよい。前記コイル部は、略９０°の折り曲げ部を有する複数の前記コイル素材が接合されて形成されてもよい。
【００１４】
前記コイル部は、平板状のコイル素材が、複数層に螺旋状に形成され、前記コイル素材の幅広方向が、前記コイル部の軸方向に略垂直となるように形成されてもよい。
【００１５】
第１の発明によれば、コイル導体部の一部が、金型の溝に嵌められた状態で射出成形されるため、射出成形時においても、コイル導体部同士の間隔を確実に維持することができる。したがって、コイル導体同士が接触して導通することがなく、互いの絶縁性を確保することができる。この際、絶縁材等を挟み込む必要もない。
【００１６】
また、電流は最短経路を流れる性質があるため、コイルの中心側に偏って流れる。平板状のコイル素材の幅広方向が、コイル部の軸方向に略平行となるように、中心から径が変化するように渦巻状に設けてコイル部を構成することで、コイルの中心側にコイル素材の平面部を向けることができる。したがって、これと垂直な向きにコイル素材を配置する場合と比較して、コイル内部で実質的に電流が流れる電流集中部の断面積を大きくすることができる。したがって、電気抵抗が低減するので、熱損失等を抑制することができる。
【００１７】
特に、コイルの渦巻き形状を略矩形とすることで、回路素材の曲げ加工が容易となる。例えば、コイル素材を円形に丸めて渦巻き形状とする場合と比較して、折り曲げ加工は、より形状が安定するため、例えば、コイル素材同士の間隔を寸法精度良く加工することができる。この際、９０°の折り曲げ部を有する複数のコイル素材を接合してコイル部を構成することで、長いコイル素材を用いる必要がなく、短いコイル素材を組み合わせて構成することができる。したがって、板材の歩留まりが良く、生産性が高い。
【００１８】
また、平板状のコイル素材の幅広方向が、前記コイル部の軸方向に略垂直となるように、複数層に螺旋状に形成することもできる。このようにすると、コイル全長が長くなる場合においても、厚みが多少増加するものの、コイル径が大きくなることがない。したがって、基板のサイズ（投影面積）を小さくすることができる。
【００１９】
第２の発明は、コイル部を有し、複数の回路素材同士の所定部位が接合された回路導体と、前記回路導体の少なくとも一部を被覆する射出成形樹脂と、を具備し、前記コイル部のコイル導体部の一部が前記射出成形樹脂から露出していることを特徴とする射出成形基板である。
【００２０】
前記コイル部は、平板状の素材が、中心から径が変化するように渦巻状に形成され、前記素材の幅広方向が、前記コイル部の軸方向に略平行となるように形成されてもよい。前記コイル部は、略矩形形状であり、略９０°の折り曲げ部を有する複数の前記素材が接合されて形成されてもよい。
【００２１】
第２の発明によれば、コイル導体部の一部が射出成形樹脂から露出するため、コイル部の放熱性に優れる。また、平板状のコイル素材の幅広方向が、コイル部の軸方向に略平行となるように、中心から径が変化するように渦巻状に設けてコイル部を構成することで、前述したように、実質的に電流が流れる断面積が大きくなることにより熱損失等を抑制することができる。
【００２２】
また、コイルの渦巻き形状を略矩形とすることで、寸法精度良く加工することができる。この際、９０°の折り曲げ部を有する複数のコイル素材を接合してコイル部を構成することで、長いコイル素材を用いる必要がなく、短い回路素材を組み合わせて構成することができるため、板材の歩留まりが良く、生産性が高い。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、コイルを有する射出成型基板に対し、絶縁スペーサを用いることなく、確実に絶縁性を確保することが可能な基板の製造方法等を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】基板１を示す斜視図。
【図２】基板１を示す平面図。
【図３】基板１を示す断面図で、図２のＡ−Ａ線断面図。
【図４】（ａ）は金型１９を示す図、（ｂ）は回路導体１５を金型１９に設置した状態を示す図。
【図５】（ａ）は平板状のコイル導体４の幅広方向が、コイル部の軸方向に略平行となるように、中心から径が変化するように渦巻状に設けられた状態を示す断面図、（ｂ）は平板状のコイル素材の幅広方向が、コイル部の軸方向に略垂直となるように複数層に螺旋状に形成された状態を示す断面図。
【図６】（ａ）はコイル導体４ｂを示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図。
【図７】回路導体を金型１９ａに設置した他の状態を示す図。
【図８】従来の回路導体１０１を金型１０７に設置した状態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は、基板１を示す斜視図であり、図２は平面図である。基板１は、トランス３、チョークコイル５を有する例えば自動車用のＤＣ−ＤＣコンバータとして用いられる基板である。基板１は、電子部品搭載部７、接続部８ａ、８ｂ、８ｃおよび、コイル露出部２等において内部の導体部が外部に露出し、その他の部位が射出樹脂９によって被覆される。
【００２６】
基板１に設けられるトランス３は、電圧変換用のコイルであり、外部より入力された電流をトランス３で降圧し、降圧された電流をチョークコイル５によって平滑化して外部に出力する。電子部品搭載部７は、電子部品等を搭載する部位であり、例えば接続部８ｂ等によって基板１と電気的に接続される。
【００２７】
図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。電子部品搭載部７の裏面側には放熱部１１が形成される。放熱部１１は、搭載される電子部品や基板の回路導体に通電することにより発生する熱を外部に放出する。なお、本発明にかかる基板は、図に示すような配置および形状に限られることはなく、その他の部品等を適宜搭載することや、配置および形状を適宜変更することが可能なことは言うまでもない。
【００２８】
基板１は、内部に複数の回路素材からなる回路導体１５が設けられ、それぞれの回路素材が必要に応じて電気的に接続される。なお、以下の説明においては、回路導体１５の形状については簡易的に示すが、基板１に要求される性能を確保できるように、各回路素材の形状及び配置、また、これと接続される各電子部品等は適宜設定される。このように回路導体が適切に組み立てられた状態で、周囲に射出樹脂９が射出される。
【００２９】
トランス３、チョークコイル５は、それぞれ、コイル導体４、４ａにより構成される。コイル導体４、４ａは、例えば複数のコイル素材によって構成される。コイル素材は、例えば平板状である。
【００３０】
図示した例においては、トランス３は、平板状のコイル素材の幅広方向が、トランス３の軸方向（図３の左右方向）に略平行となるように、中心から径が変化するように渦巻状（平面視）に設けられる。また、チョークコイル５は、平板状のコイル素材の幅広方向が、トランス３の軸方向（図３の左右方向）に略垂直となるように、複数層に螺旋状に形成される。なお、各コイルの構成（コイルの軸方向に対するコイル素材の幅広方向）は、図示した例に限られず、何れの方向であってもよい。
【００３１】
図に示す例では、トランス３のコイル導体４の一部が、コイル露出部２において、射出樹脂９から露出する。したがって、コイル導体４の放熱性が優れる。なお、コイル露出部２は、射出樹脂９から露出する部位であるが、射出成形後、他の樹脂等で被覆しても良い。例えば、熱伝導の絶縁樹脂等で被覆してもよい。
【００３２】
射出樹脂９は、回路導体１５を被覆するように、または各回路素材同士の間隔を保持するために、回路導体１５の表面、および回路導体１５の層間に射出される。射出樹脂９としては、絶縁性があり、射出成型が可能であればよく、例えば、液晶ポリマー、ポリフェニレンスルファイド、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフタルアミド等が使用できる。
【００３３】
次に、基板１の製造方法について詳細を説明する。まず、必要な回路素材をプレスにより打ち抜き、必要な曲げ加工を施して所望の形状に形成する。なお、この際、プレス金型の表面に凹凸形状を設けておき、各回路素材表面に細かな凹凸形状を形成してもよい。表面の粗度を上げることでアンカー効果により樹脂との密着性を向上することができる。また、プレス金型による凹凸形成の他にも、ブラスト処理による表面処理や、銅メッキ粗化、ニッケルメッキ粗化等により回路素材表面を粗面化してもよい。
【００３４】
次に、各回路素材同士を接合し、または所定の位置に配置して、回路導体１５を形成する。接合は例えば溶接により行われる。回路導体は平面のみではなく、複数層に層状に形成されてもよい。
【００３５】
図４（ａ）は、射出成形に用いられる金型１９を示す断面図である。なお、図４（ａ）は、図２の基板１のＡ−Ａ線断面に対応する断面図である。金型１９には、射出樹脂９を射出するためのキャビティ２１が設けられる。また、キャビティ２１には、所定の位置にピン２５が設けられる。金型１９のコイル部（コイル露出部２）に対応する部位には、溝部２３が設けられる。溝部２３は、コイルの形状に対応する。すなわち、溝部２３の溝間隔は、コイル導体４におけるコイル周間の間隔に対応する。
【００３６】
図４（ｂ）に示すように、回路導体１５は、所定位置のピン２５により金型１９に固定される。また、コイル導体４を構成するコイル素材の幅方向の一部が、溝部２３に挿入される。この状態で、金型１９内に射出樹脂９を射出することで、基板１が形成される。なお、図に示すように、全てのコイル部に対して、金型１９に溝を形成する必要はない。例えば、チョークコイルに対応する部位（図中下部）は、従来通り、絶縁材を設けても良い。
【００３７】
コイル導体４は、溝部２３に嵌められるため、射出成形時に、射出樹脂９の圧力が付与されても、コイル素材同士の間隔が保持される。したがって、コイル素材同士が接触することを防止することができる。
【００３８】
次に、コイルの形態について説明する。図５（ａ）は、前述したトランス３（図１〜図３）と同様のコイルを示す。すなわち、コイル導体４は、平板状のコイル素材の幅広方向が、コイルの軸方向（図中上下）に略平行に配置され、平面視（図５の例えば上方から）においては渦巻き状に形成されるものである。
【００３９】
このような状態で、コイル導体４に高周波交流電流を流すと、コイル導体４のコイル中心２７側の表面に電流が集中する。すなわち、コイル素材の一方の平面部（幅広面）が電流集中部２９となる。
【００４０】
一方、図５（ｂ）は、図５（ａ）に対して。コイル素材の方向が９０°異なるものである。すなわち、コイル導体４は、平板状のコイル素材の幅方向が、コイルの軸方向（図中上下）に略垂直に配置され、コイル素材が螺旋状に積層するように形成されるものである。
【００４１】
このような状態で、コイル導体４に高周波交流電流を流すと、コイル導体４のコイル中心２７側の表面に電流が集中する。すなわち、コイル素材の一方の幅方向端部が電流集中部２９となる。
【００４２】
したがって、図５（ａ）のように平面部に電流集中部２９が形成される方が、図５（ｂ）のように幅方向端部に電流集中部２９が形成される場合と比較して、電流集中部２９の断面積が大きくなる。したがって、図５（ａ）の方が、電流集中に伴う熱損失を抑制することができる。なお、電気自動車等においては、通常１００Ａ〜数百Ａ程度の電流でコイルが用いられる。この場合、実質的に電流が流れる断面積が大きくなることによって熱損失は、図５（ａ）の場合、図５（ｂ）の場合と比較して２〜３割程度削減することができる。
【００４３】
なお、図５（ａ）の場合、電流値１００Ａ程度の３ターンのコイルを想定し、例えば、厚み１ｍｍ、幅５ｍｍのコイル素材を用い、コイル素材間を１ｍｍ、コア内径ｄとすると、コイルの外径は、ｄ＋２×（３ターン×１ｍｍ＋絶縁層２×１ｍｍ）＝ｄ＋１０ｍｍとなる。一方、図５（ｂ）の場合には、同様の素材を用いると、ｄ＋２×５ｍｍ幅＝ｄ＋１０ｍｍとなる。したがって、３ターン程度までは、図５（ａ）と図５（ｂ）のコイルは、略同等のサイズとなる。なお、２ターンまでであれば、図５（ａ）のコイルの方がサイズを小さくできる。また、前述した電流集中を考慮すれば、図５（ａ）のコイルは、より小さなコイル素材を用いることもできる。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態の基板１によれば、回路素材をプレスで形成するため、厚銅基板を形成することができ、さらに射出樹脂９を射出成型により形成するため、製造性に優れ、大電流にも耐えうる基板１を得ることができる。
【００４５】
また、トランス等のコイル部を射出成形により成形する際に、コイル導体４が金型１９の形成された溝部２３に挿入される。溝部２３は、コイル形態に対応して、所定の間隔で渦巻き状に形成されるため、溝部２３に挿入されたコイル導体４の絶縁間隔が保持される。したがって、射出成型の際に、コイル導体４が変形して、各周のコイル素材同士が接触することを防止することができる。なお、これによって、コイル露出部２が形成される。コイル露出部２によって、コイルの放熱性を高めることができる。また、コイル露出部２の絶縁性を確保するためには、射出成形後、射出樹脂９の外部に、別途絶縁樹脂等を塗布することもできる。
【００４６】
また、コイル部を、平板状のコイル素材で構成し、コイル素材の幅広方向が、コイル部の軸方向に略平行となるように、コイル中心から径が変化する渦巻状にすることで、電流集中部２９を、コイル素材の平面部に形成することができる。したがって、コイル素材をコイル部の軸方向に略垂直となるようにする場合と比較して、熱損失を抑制することができる。
【００４７】
次に、他のコイル導体について説明する。図６（ａ）はコイル導体４ｂの平面図である。コイル導体４ｂは、コイル導体４のように円形ではなく、略矩形の形状である。なお、この場合でも、中心から径が変化するような渦巻状であると称する。
【００４８】
コイル導体４ｂは、互いにサイズの異なる複数のコイル素材１３ａ〜１３ｄから構成される。コイル素材１３ａ〜１３ｄは、平板状の素材である。各コイル素材１３ａ〜１３ｄは、略９０°の折り曲げ部を有する。また、コイル素材１３ａ〜１３ｄは、互いに接合部３１で接合される。なお、最外周のコイル素材１３ａの端部は、基板側素材１７ａと接合される。また、最内周のコイル素材１３ｄの端部は、基板側素材１７ｂに接合される。基板側素材１７ａ、１７ｂは、他の回路素材と接合されて回路導体を構成する。
【００４９】
図６（ｂ）は、図６（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。接合部３１では、例えば、半田や溶接によって各コイル素材同士が接合される。また、最内周のコイル素材１３ｄの端部は、他の部位よりも幅が広く（高さが高く）、他のコイル素材よりも上部に位置する部位が、接合部３３となる。接合部３３で、コイル素材１３ｄと基板側素材１７ｂとが接合される。このようにすることで、基板側素材１７ｂが、他のコイル素材と接触することを防止することができる。
【００５０】
コイル導体４ｂのように、コイルの形態を略矩形とすることで、コイル導体４ｂの加工が容易となる。これは、コイル素材を円形に丸めて加工する場合と比較して、プレスによって矩形に加工する方が、寸法精度が高いためである。
【００５１】
また、一本のコイル素材を曲げ加工するのではなく、複数の折り曲げ部を有するコイル素材を接合することで、個々のコイル素材を小さくすることができる。したがって、板材からの歩留まりが良く、生産性を向上することができる。
【００５２】
以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５３】
例えば、前述の例では、トランス３のみについて説明したが、チョークコイル５に対しても、同様に適用が可能である。例えば、コイル素材の幅方向が、コイルの軸方向に略垂直な場合であっても本発明は適用可能である。図７は、回路導体１５を金型１９ａに配置した状態を示し断面図である。金型１９ａでは、コイル導体４ａに対応する位置に、溝部２３ａが設けられる。溝部２３ａは、コイル導体４ａの形態に対応し、溝部２３ａの溝間隔は、コイル導体４ａにおける各層間の間隔に対応する。
【００５４】
この状態で、金型１９ａに射出樹脂９を射出することで、基板を成形することができる。なお、この場合も、チョークコイル５の一部にコイル露出部２が形成されるが、絶縁が必要な場合には、射出樹脂９から露出するコイル導体４ａに、絶縁樹脂等を塗布すればよい。このように、コイルの向きによらず、金型に溝部を形成することで、コイル素材同士の接触を防止する絶縁材等を用いることなく、確実に、各ターンのコイル素材同士の絶縁を確保することができる。
なお、前述した例では、コイル導体４、４ａは、複数周に導体が設けられる例を示したが、１周であっても良く、この場合、位置決めの効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００５５】
１………基板
２………コイル露出部
３………トランス
４、４ａ、４ｂ………コイル導体
５………チョークコイル
７………電子部品搭載部
８ａ、８ｂ、８ｃ………接続部
９………射出樹脂
１１………放熱部
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ………コイル素材
１５………回路導体
１７ａ、１７ｂ………基板側素材
１９、１９ａ………金型
２１………キャビティ
２３、２３ａ………溝部
２５………ピン
２７………コイル中心
２９………電流集中部
３１、３３………接合部
１０１………回路導体
１０３ａ、１０３ｂ………コイル導体
１０５………絶縁材
１０７………金型
【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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