(57)【要約】      （修正有）【課題】圧電トランスにおける圧電セラミックスの実装を簡素化する実装技術を提供する。【解決手段】表面に表面一次側電極１１１ａが形成され、裏面に裏面一次側電極１１１ｂが形成された圧電セラミックス１１０と、基板１００とを備えた圧電トランス１０であって、基板１００は、表面一次側電極１１１ａと接続する表面一次側電極パッド１０１ａと、裏面一次側電極１１１ｂと接続する裏面一次側電極パッド１０１ｂと、表面と裏面とを貫通する貫通孔１０３とを備え、圧電セラミックス１１０は基板の表面側に配置され、表面一次側電極１１１ａと表面一次側電極パッ１０１ａとが金属ワイヤ１２１ａにより接続され、裏面一次側電極１１１ｂと裏面一次側電極パッド１０１ｂとが貫通孔１０３を通る金属ワイヤ１２１ｂにより接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に表面一次側電極が形成され、裏面に裏面一次側電極が形成された圧電セラミックスと、基板とを備えた圧電トランスであって、
前記基板は、
前記表面一次側電極と接続する表面一次側電極パッドと、
前記裏面一次側電極と接続する裏面一次側電極パッドと、
表面と裏面とを貫通する貫通孔と、を備え、
前記圧電セラミックスは前記基板の表面側に配置され、前記表面一次側電極と前記表面一次側電極パッドとが金属ワイヤにより接続され、前記裏面一次側電極と前記裏面一次側電極パッドとが前記貫通孔を通る金属ワイヤにより接続されていることを特徴とする圧電トランス。
【請求項２】
前記圧電セラミックスの裏面と前記基板の表面との間に低弾性樹脂が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電トランス。
【請求項３】
前記圧電セラミックスは、さらに、表面に表面二次側電極が形成され、裏面に裏面二次側電極が形成されており、
前記基板は、
前記表面二次側電極と接続する表面二次側電極パッドと、
前記裏面二次側電極と接続する裏面二次側電極パッドと、
表面と裏面とを貫通する第２貫通孔と、をさらに備え、
前記表面二次側電極と前記表面二次側電極パッドとが金属ワイヤにより接続され、前記裏面二次側電極と前記裏面二次側電極パッドとが前記第２貫通孔を通る金属ワイヤにより接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電トランス。
【請求項４】
前記圧電セラミックスは、さらに、表面に表面二次側電極が形成され、裏面に裏面二次側電極が形成されており、
前記基板は、
前記表面二次側電極と接続する表面二次側電極パッドと、
前記裏面二次側電極と接続する裏面二次側電極パッドと、をさらに備え、
前記表面二次側電極と前記表面二次側電極パッドとが金属ワイヤにより接続され、前記裏面二次側電極と前記裏面二次側電極パッドとが前記貫通孔を通る金属ワイヤにより接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電トランス。
【請求項５】
表面に表面一次側電極が形成され、裏面に裏面一次側電極が形成された圧電セラミックスと、基板とを備えた圧電トランスであって、
前記基板は、
前記表面一次側電極と接続する表面電極パッドと、
前記裏面一次側電極と接続する裏面電極パッドと、
表面と裏面とを貫通する、前記圧電セラミックスより大きな貫通孔と、を備え、
前記圧電セラミックスは前記貫通孔内に配置され、前記表面一次側電極と前記表面電極パッドとが表面側金属ワイヤにより接続され、前記裏面一次側電極と前記裏面電極パッドとが裏面側金属ワイヤにより接続されていることを特徴とする圧電トランス。
【請求項６】
前記圧電セラミックスは、さらに、表面に表面二次側電極が形成され、裏面に裏面二次側電極が形成されており、
前記基板は、
前記表面二次側電極と接続する表面二次側電極パッドと、
前記裏面二次側電極と接続する裏面二次側電極パッドと、をさらに備え、
前記表面二次側電極と前記表面二次側電極パッドとが金属ワイヤにより接続され、前記裏面二次側電極と前記裏面二次側電極パッドとが金属ワイヤにより接続されていることを特徴とする請求項５に記載の圧電トランス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電セラミックスを利用した圧電トランスに関し、特に、圧電セラミックスの基板への実装技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電セラミックスの逆圧電効果と圧電効果の組合せを利用したトランスである圧電トランスは、伝達効率が高く、絶縁性も確保しやすい等の特徴を有している。このため、小型電源用トランス等としての利用法が注目されている。
【０００３】
圧電トランスは、圧電セラミックスの弾性振動により一次側から二次側に電力を伝達するため、圧電セラミックスの振動を妨げないように、基板に圧電セラミックスを実装しなければならない。このため、例えば、図８に示すような形態で基板５００に実装されていた。本図の例では、基板側の電極であるピン５０１と圧電セラミックス５１０の電極５１１とをリード線５２１で接続することで、圧電セラミックス５１０の振動を妨げないようにしている。リード線５２１の接続にはハンダ５２３が用いられている。
【０００４】
ハンダ５２３によるリード線５２１の接続は、機械による自動化が難しいため、手作業で行なうことが一般的であり、コストアップの要因となっていた。これに加え、ハンダの広がりや重さによって圧電セラミックス５１０の振動状態に影響を与え、共振周波数のシフトやトランスとして動作させたときのインピーダンスの変化等による性能劣化を招くおそれがあった。
【０００５】
この問題を解決するため、特許文献１では、図９に示すような形態の実装方法が提案されている。本図の例では、基板５３０の表面に４つの電極パッド５３１、５３２、５３３、５３４を形成する。そして、電極パッド５３２、５３３は、メタルボール５４２、５４３を介して、圧電トランス５２０裏面側の電極と接続し、電極パッド５３１、５３４は、リード線５４１、５４２により、圧電トランス５２０表面側の電極５２１、５２２と接続している。
【０００６】
メタルボール５４２、５４３はハンダにより取り付けられるが、マウンターやリフロー等を用いることにより自動化することが可能である。また、リード線５４１、５４２は、ハンダ５５１、５５２、５５３、５５４により電極パッド５３１、５３４および電極５２１、５２２と接続されるが、これらの接続はワイヤボンディング手法により自動化することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−１６０６５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図９に示した実装方法により、圧電トランスにおける圧電セラミックスの実装の自動化を促進することができるが、圧電セラミックスの表面の電極と裏面の電極とで基板側の電極パッドとの接続方法が異なる。このため、リード線の接続に異なる装置が必要となり、実装工程の複雑化を招いている。
【０００９】
そこで、本発明は、圧電トランスにおける圧電セラミックスの実装を簡素化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様である圧電トランスは、表面に表面一次側電極が形成され、裏面に裏面一次側電極が形成された圧電セラミックスと、基板とを備えた圧電トランスであって、前記基板は、前記表面一次側電極と接続する表面一次側電極パッドと、前記裏面一次側電極と接続する裏面一次側電極パッドと、表面と裏面とを貫通する貫通孔と、を備え、前記圧電セラミックスは前記基板の表面側に配置され、前記表面一次側電極と前記表面一次側電極パッドとが金属ワイヤにより接続され、前記裏面一次側電極と前記裏面一次側電極パッドとが前記貫通孔を通る金属ワイヤにより接続されていることを特徴とする。
ここで、前記圧電セラミックスの裏面と前記基板の表面との間に低弾性樹脂を配置することができる。
また、前記圧電セラミックスは、さらに、表面に表面二次側電極が形成され、裏面に裏面二次側電極が形成されており、前記基板は、前記表面二次側電極と接続する表面二次側電極パッドと、前記裏面二次側電極と接続する裏面二次側電極パッドと、表面と裏面とを貫通する第２貫通孔と、をさらに備え、前記表面二次側電極と前記表面二次側電極パッドとが金属ワイヤにより接続され、前記裏面二次側電極と前記裏面二次側電極パッドとが前記第２貫通孔を通る金属ワイヤにより接続されていてもよい。
あるいは、前記圧電セラミックスは、さらに、表面に表面二次側電極が形成され、裏面に裏面二次側電極が形成されており、前記基板は、前記表面二次側電極と接続する表面二次側電極パッドと、前記裏面二次側電極と接続する裏面二次側電極パッドと、をさらに備え、前記表面二次側電極と前記表面二次側電極パッドとが金属ワイヤにより接続され、前記裏面二次側電極と前記裏面二次側電極パッドとが前記貫通孔を通る金属ワイヤにより接続されていてもよい。
上記課題を解決するため、本発明の第２の態様である圧電トランスは、表面に表面一次側電極が形成され、裏面に裏面一次側電極が形成された圧電セラミックスと、基板とを備えた圧電トランスであって、前記基板は、前記表面一次側電極と接続する表面電極パッドと、前記裏面一次側電極と接続する裏面電極パッドと、表面と裏面とを貫通する、前記圧電セラミックスより大きな貫通孔と、を備え、前記圧電セラミックスは前記貫通孔内に配置され、前記表面一次側電極と前記表面電極パッドとが表面側金属ワイヤにより接続され、前記裏面一次側電極と前記裏面電極パッドとが裏面側金属ワイヤにより接続されていることを特徴とする。
ここで、前記圧電セラミックスは、さらに、表面に表面二次側電極が形成され、裏面に裏面二次側電極が形成されており、前記基板は、前記表面二次側電極と接続する表面二次側電極パッドと、前記裏面二次側電極と接続する裏面二次側電極パッドと、をさらに備え、前記表面二次側電極と前記表面二次側電極パッドとが金属ワイヤにより接続され、前記裏面二次側電極と前記裏面二次側電極パッドとが金属ワイヤにより接続されていてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、圧電トランスにおける圧電セラミックスの実装を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施例に係る圧電トランスの実装例を示す図である。
【図２】第１実施例に係る圧電トランスの別実装例を示す図である。
【図３】第２実施例に係る圧電トランスの実装例を示す図である。
【図４】第２実施例に係る圧電トランスの別実装例を示す図である。
【図５】第３実施例に係る圧電トランスの実装例を示す図である。
【図６】第３実施例に係る圧電トランスの別実装例を示す図である。
【図７】第４実施例に係る圧電トランスの実装例を示す図である。
【図８】従来の圧電トランスの実装例を示す図である。
【図９】従来の圧電トランスの実装例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の第１実施例に係る圧電トランスの実装例を示しており、図１（ａ）は、斜め上から見た図であり、図１（ｂ）は横から見た図である。本図おける上方向の面を便宜的に表面と称する。
【００１４】
本図に示すように、圧電トランス１０は、基板１００と圧電セラミックス１１０とを備えて構成される。圧電セラミックス１１０は、表面の両端領域に表面一次側電極１１１ａと表面二次側電極１１２ａとが形成され、裏面の対応する領域に裏面一次側電極１１１ｂと裏面二次側電極１１２ｂとが形成されている。
【００１５】
基板１００の表面には、表面一次側電極パッド１０１ａと、表面二次側電極パッド１０２ａが形成され、基板１００裏面には、裏面一次側電極パッド１０１ｂと、裏面二次側電極パッド１０２ｂが形成されている。
【００１６】
表面一次側電極パッド１０１ａと表面一次側電極１１１ａとは金属ワイヤ１２１ａで接続され、表面二次側電極パッド１０２ａと表面二次側電極１１２ａとは金属ワイヤ１２２ａで接続されている。
【００１７】
第１実施例では、基板１００に、表面と裏面を貫通する２つの貫通孔１０３、１０４が設けられている。貫通孔１０３は、一次側電極パッド（１０１ａ、１０１ｂ）の近傍に形成され、貫通孔１０４は、二次側電極パッド（１０２ａ、１０２ｂ）の近傍に形成されており、その距離は、圧電トランス１０の裏面一次側電極１１１ｂと裏面二次側電極１１２ｂとの距離に対応する。
【００１８】
このため、貫通孔１０３と裏面一次側電極１１１ｂとを重ねたときに、貫通孔１０４と裏面二次側電極１１２ｂとが重なるように、圧電セラミックス１１０と基板１００の相対位置を調整することができる。この位置関係を実装位置と称する。
【００１９】
そして、裏面一次側電極パッド１０１ｂと裏面一次側電極１１１ｂとは貫通孔１０３を通した金属ワイヤ１２１ｂにより接続され、裏面二次側電極パッド１０２ｂと裏面二次側電極１１２ｂとは貫通孔１０４を通した金属ワイヤ１２２ｂにより接続される。
【００２０】
このような構造の圧電トランス１０は、例えば、以下のような手順で製造することができる。すなわち、クリップ等の治具を用いて、基板１００と圧電セラミックス１１０とを実装位置の状態で仮固定する。このとき、スペーサ等を用いて、基板１００と圧電セラミックス１１０との間に隙間ができるようにしてもよい。
【００２１】
まず、表面を処理対象として、ワイヤボンディング手法により、表面一次側電極パッド１０１ａと表面一次側電極１１１ａとを金属ワイヤ１２１ａで接続し、表面二次側電極パッド１０２ａと表面二次側電極１１２ａとを金属ワイヤ１２２ａで接続する。
【００２２】
次いで、裏面を処理対象とするために、基板１００と圧電セラミックス１１０とを表裏反転させる。そして、ワイヤボンディング手法により、裏面一次側電極パッド１０１ｂと裏面一次側電極１１１ｂとを貫通孔１０３を通る金属ワイヤ１２１ｂで接続し、裏面二次側電極パッド１０２ｂと裏面二次側電極１１２ｂとを貫通孔１０４を通る金属ワイヤ１２２ｂで接続する。
【００２３】
最後に、基板１００と圧電セラミックス１１０とを仮固定していた治具を取り外すことにより、第１実施例の圧電トランス１０を製造することができる。
【００２４】
このように、第１実施例の圧電トランス１０は、表面、裏面ともワイヤボンディング手法を用いて圧電セラミックス１１０を基板１００に実装するため、電極と電極パッドとの接続を同一の装置を用いた製造工程とすることができる。このため、圧電トランスにおける圧電セラミックスの実装を簡素化することができる。
【００２５】
図２は、第１実施例に係る圧電トランスの変形例を示しており、図２（ａ）は、斜め上から見た図であり、図２（ｂ）は横から見た図である。本変形例では、基板１００と圧電セラミックス１１０との間に低弾性樹脂２１０を配置し、低弾性樹脂２１０が基板１００と圧電セラミックス１１０の両方に接触するようにしている。低弾性樹脂２１０の配置場所や個数、形状は適宜定めることができる。低弾性樹脂２１０としては、例えば、シリコンゴム系接着剤等を用いることができる。
【００２６】
基板１００と圧電セラミックス１１０との間に低弾性樹脂２１０を配置することで、圧電トランスの機械的強度が増し、振動や衝撃等の外部からのストレスへの耐性が向上する。
【００２７】
このような構造の圧電トランスは、例えば、以下のような手順で製造することができる。すなわち、クリップ等の治具を用いて、基板１００と圧電セラミックス１１０とを実装位置の状態で仮固定する。このとき、低弾性樹脂２１０を基板１００と圧電セラミックス１１０の間に配置しておく。
【００２８】
まず、表面を処理対象として、ワイヤボンディング手法により、表面一次側電極パッド１０１ａと表面一次側電極１１１ａとを金属ワイヤ１２１ａで接続し、表面二次側電極パッド１０２ａと表面二次側電極１１２ａとを金属ワイヤ１２２ａで接続する。
【００２９】
次いで、裏面を処理対象とするために、基板１００と圧電セラミックス１１０とを表裏反転させる。そして、ワイヤボンディング手法により、裏面一次側電極パッド１０１ｂと裏面一次側電極１１１ｂとを貫通孔１０３を通る金属ワイヤ１２１ｂで接続し、裏面二次側電極パッド１０２ｂと裏面二次側電極１１２ｂとを貫通孔１０４を通る金属ワイヤ１２２ｂで接続する。
【００３０】
最後に、基板１００と圧電セラミックス１１０とを仮固定していた治具を取り外すことにより、図２に示す圧電トランスを製造することができる。
【００３１】
第１実施例では基板１００に貫通孔を２つ設けていたが、貫通孔は１つであってもよい。図３は、本実施形態の第２実施例に係る圧電トランスの実装例を示している。
【００３２】
本図に示すように、圧電トランス２０は、基板１３０と圧電セラミックス１１０とを備えて構成される。圧電セラミックス１１０は、表面の両端領域に表面一次側電極１１１ａと表面二次側電極１１２ａとが形成され、裏面の対応する領域に裏面一次側電極１１１ｂと裏面二次側電極１１２ｂとが形成されている。基板１３０の表面には、表面一次側電極パッド１０１ａと、表面二次側電極パッド１０２ａが形成され、基板１００裏面には、裏面一次側電極パッド１０１ｂと、裏面二次側電極パッド１０２ｂが形成されている。
【００３３】
表面一次側電極パッド１０１ａと表面一次側電極１１１ａとは金属ワイヤ１２１ａで接続され、表面二次側電極パッド１０２ａと表面二次側電極１１２ａとは金属ワイヤ１２２ａで接続されている。
【００３４】
第２実施例では、基板１３０に、表面と裏面を貫通する１つの貫通孔１３１が設けられている。貫通孔１３１は、圧電セラミックス１１０より一回り小さい大きさとしており、圧電セラミックス１１０を貫通孔１３１の上に重ねたとき、裏面側から裏面一次側電極１１１ｂと裏面二次側電極１１２ｂの両方が見えるように、圧電セラミックス１１０と基板１３０の相対位置を調整することができる。
【００３５】
そして、裏面一次側電極パッド１０１ｂと裏面一次側電極１１１ｂとは貫通孔１３１を通した金属ワイヤ１２１ｂにより接続され、裏面二次側電極パッド１０２ｂと裏面二次側電極１１２ｂとは貫通孔１３１を通した金属ワイヤ１２２ｂにより接続される。
【００３６】
第２実施例の圧電トランス２０は、第１実施例の圧電トランス１０と同様に、表面、裏面ともワイヤボンディング手法を用いて圧電セラミックス１１０を基板１３０に実装できるため、電極と電極パッドとの接続を同一の装置を用いた製造工程とすることができる。このため、圧電トランスにおける圧電セラミックスの実装を簡素化することができる。
【００３７】
図４は、第２実施例に係る圧電トランスの変形例を示しており、基板１３０と圧電セラミックス１１０との間に２つの低弾性樹脂２１２を配置し、低弾性樹脂２１２が基板１３０と圧電セラミックス１１０の両方に接触するようにしている。本図の例では、圧電セラミックス１１０の両端に低弾性樹脂２１２を配置しているが、他の場所であってもよいし、個数を変更してもよい。
【００３８】
なお、１つの貫通孔は、圧電セラミックス１１０より一回り大きくしてもよい。図５は、本実施形態の第３実施例に係る圧電トランスの実装例を示している。
【００３９】
本図に示すように、圧電トランス３０は、基板１４０と圧電セラミックス１１０とを備えて構成される。圧電セラミックス１１０は、表面の両端領域に表面一次側電極１１１ａと表面二次側電極１１２ａとが形成され、裏面の対応する領域に裏面一次側電極１１１ｂと裏面二次側電極１１２ｂとが形成されている。基板１４０の表面には、表面一次側電極パッド１０１ａと、表面二次側電極パッド１０２ａが形成され、基板１００裏面には、裏面一次側電極パッド１０１ｂと、裏面二次側電極パッド１０２ｂが形成されている。
【００４０】
表面一次側電極パッド１０１ａと表面一次側電極１１１ａとは金属ワイヤ１２１ａで接続され、表面二次側電極パッド１０２ａと表面二次側電極１１２ａとは金属ワイヤ１２２ａで接続されている。
【００４１】
第３実施例では、基板１４０に、表面と裏面を貫通する１つの貫通孔１４１が設けられている。貫通孔１４１は、圧電セラミックス１１０より一回り大きい大きさとしており、圧電セラミックス１１０が貫通孔１４１内に収まっている。
【００４２】
そして、裏面一次側電極パッド１０１ｂと裏面一次側電極１１１ｂとは金属ワイヤ１２１ｂにより接続され、裏面二次側電極パッド１０２ｂと裏面二次側電極１１２ｂとは金属ワイヤ１２２ｂにより接続される。この場合、金属ワイヤ１２１ｂ、金属ワイヤ１２２ｂは、貫通孔１４１を通さなくても裏面一次側電極１１１ｂ、裏面二次側電極１１２ｂと接続することができる。
【００４３】
第３実施例の圧電トランス３０は、第１実施例の圧電トランス１０と同様に、表面、裏面ともワイヤボンディング手法を用いて圧電セラミックス１１０を基板１４０に実装できるため、電極と電極パッドとの間の接続を同一の装置を用いた製造工程とすることができる。このため、圧電トランスにおける圧電セラミックスの実装を簡素化することができる。
【００４４】
図６は、第３実施例に係る圧電トランスの変形例を示しており、基板１４０と圧電セラミックス１１０との間に２つの低弾性樹脂２１３を配置し、低弾性樹脂２１３が基板１４０と圧電セラミックス１１０の両方に接触するようにしている。本図の例では、圧電セラミックス１１０の横面に低弾性樹脂２１３を配置しているが、他の場所であってもよいし、個数を変更してもよい。
【００４５】
なお、図７に示すように、第４実施例として、基板１５０の表面に、圧電セラミックス１１０が収まる大きさの溝を形成し、溝の底面に圧電セラミックス１１０より一回り小さな貫通孔１５１を設けて金属ワイヤ１２１ｂと金属ワイヤ１２２ｂを通すようにしてもよい。
【００４６】
ところで、圧電セラミックスの種類によっては、一次側電極は表裏の２つあるが、二次側電極は１つの場合がある。この場合、二次側電極は一方の面か、圧電セラミックスの側面に形成される。このような圧電セラミックスに対しては、圧電セラミックスの表裏に形成された２つの一次側電極についての配線に本発明を適用すればよい。
【符号の説明】
【００４７】
１０…圧電トランス、２０…圧電トランス、３０…圧電トランス、１００…基板、１０１ａ…表面一次側電極パッド、１０１ｂ…裏面一次側電極パッド、１０２ａ…表面二次側電極パッド、１０２ｂ…裏面二次側電極パッド、１０３…貫通孔、１０４…貫通孔、１１０…圧電セラミックス、１１１ａ…表面一次側電極、１１１ｂ…裏面一次側電極、１１２ａ…表面二次側電極、１１２ｂ…裏面二次側電極、１２１ａ…金属ワイヤ、１２１ｂ…金属ワイヤ、１２２ａ…金属ワイヤ、１２２ｂ…金属ワイヤ、１３０…基板、１３１…貫通孔、１４０…基板、１４１…貫通孔、１５０…基板、１５１…貫通孔、２１０…低弾性樹脂、２１２…低弾性樹脂、２１３…低弾性樹脂
【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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