(57)【要約】【課題】振動や衝撃に対する信頼性を向上させる。【解決手段】多層プリント配線板１１０の巻線パターン形成領域１３６ａ，１３６ｂ内の各導体パターン層に、シート型トランスの１次巻線及び２次巻線を形成する。巻線パターン形成領域１３６ａ，１３６ｂは、多層プリント配線板１１０の端部に配置され、同一層に１次巻線と２次巻線をそれぞれ内側と外側に同心円状に配置した第１種類の導体パターン層と、同一層に１次巻線と２次巻線をそれぞれ外側と内側に同心円状に配置した第２種類の導体パターン層とを、各層間に絶縁体を挿入しつつｍ（ｍは２以上の自然数）層毎に交互に積層したものである。【選択図】　　　　図１
2004040025.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一層に１次巻線と２次巻線をそれぞれ内側と外側に同心円状に配置した第１種類の導体パターン層と、同一層に１次巻線と２次巻線をそれぞれ外側と内側に同心円状に配置した第２種類の導体パターン層とを、各層間に絶縁体を挿入しつつｍ（ｍは２以上の自然数）層毎に交互に積層したことを特徴とするシート型トランス。
【請求項２】
請求項１記載のシート型トランスにおいて、
前記導体パターン層のうち同一種類に属し、かつ互いに隣接する２層の１次巻線は、前記１次巻線及び２次巻線を形成した巻線パターン形成領域に設けられた１次巻線接続用のインタースティシャルビアホールを介して接続され、前記導体パターン層のうち同一種類に属し、かつ互いに隣接する２層の２次巻線は、前記巻線パターン形成領域に設けられた２次巻線接続用のインタースティシャルビアホールを介して接続され、前記導体パターン層のうち異なる種類に属し、かつ互いに隣接する２層の１次巻線は、前記巻線パターン形成領域の外に設けられた１次巻線中間端子用のインタースティシャルビアホールもしくは貫通スルーホールを介して接続され、前記導体パターン層のうち異なる種類に属し、かつ互いに隣接する２層の２次巻線は、前記巻線パターン形成領域の外に設けられた２次巻線中間端子用のインタースティシャルビアホールもしくは貫通スルーホールを介して接続されることを特徴とするシート型トランス。
【請求項３】
請求項１記載のシート型トランスにおいて、
各導体パターン層間の絶縁体の厚さが０．１５〜０．３ｍｍであることを特徴とするシート型トランス。
【請求項４】
多層プリント配線板の巻線パターン形成領域内の各導体パターン層を用いて形成された請求項１記載のシート型トランスと、
このシート型トランスと接続される、前記多層プリント配線板に形成された電子機器回路とを有することを特徴とする電子機器。
【請求項５】
多層プリント配線板の巻線パターン形成領域内の各導体パターン層に円環状の巻線が形成されたシート型リアクトルと、
このシート型リアクトルと接続される、前記多層プリント配線板に形成された電子機器回路とを有することを特徴とする電子機器。
【請求項６】
請求項４又は５記載の電子機器において、
前記多層プリント配線板の端部に前記巻線パターン形成領域を配置し、上下に２分割された三脚コアの中央脚を前記巻線パターン形成領域の巻線の中心に形成された開口部に挿入して、前記２分割された三脚コアにより前記巻線パターン形成領域を上下方向から挟み込むことを特徴とする電子機器。
【請求項７】
請求項５記載の電子機器において、
互いに隣接する２つの導体パターン層の巻線は、前記巻線パターン形成領域に設けられた巻線接続用のインタースティシャルビアホールを介して接続されることを特徴とする電子機器。
【請求項８】
請求項４又は５記載の電子機器において、
前記多層プリント配線板は、基材がガラス布基材ポリイミド樹脂で、各導体パターン層間の絶縁体の厚さが０．１５〜０．３ｍｍであることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シート型トランス又はシート型リアクトルを用いる電源モジュール等の回路を搭載した電子機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６に電源モジュールの１例をブロック図で示す。図６において、１ａおよび１ｂは直流入力端子、２は突入電流防止回路および保護回路、３はＭＯＳＦＥＴ等で構成されたスイッチング素子、４は主としてスイッチング素子３を制御するためのＩＣ等からなる制御回路、５はメイントランス、６および７はメイントランス５の２次側回路に誘起された交流を整流する整流回路、８および９はそれぞれ整流回路６，７の出力を平滑化するＬＣフィルタ、１０はＬＣフィルタ８の出力電圧を制御回路４へ伝えるフォトカプラ、１１ａおよび１１ｂは直流出力端子である。ＬＣフィルタ８，９には図示しないリアクトルが各１個含まれている。
【０００３】
トランスをはじめとするインダクタンス部品の大部分は、従来からエナメル被覆等の被覆銅線をコイル状に巻いたものが一般的であり、インダクタンスやＱ値を大きくするために該コイルの中央部にフェライト等の磁心を使用するのが普通である。トランスの構造は磁心の形状や１次巻線と２次巻線の巻く位置によって異なり、それに伴ってトランスの外観だけでなく性能にも違いが出てくる。
【０００４】
図７は巻線位置が異なる各種トランスの構造を示す断面図である。図７において、５０はトランス、５１は１次巻線、５２は２次巻線、５３は磁心、５４は絶縁フィルムを示す。図７（ａ）に示した巻き方は、１次巻線５１と２次巻線５２の位置関係が上下に分かれた形で積層巻きと呼ばれ、図７（ｂ）に示した巻き方は、１次巻線５１の周囲に２次巻線５２を重ねて巻いた形でバイファイラ巻きと呼ばれている。トランス５０は１次巻線５１に流れる電流で誘起される磁界が２次巻線５２を交差することにより２次側に電力を伝えるものであるが、一般に、積層巻きよりバイファイラ巻きの方が結合度の高い変換効率に優れたトランスといえる。
【０００５】
図７（ｃ）に示した巻き方は、バイファイラ巻きを更に改良し、１次巻線５１と２次巻線５２が交互に入れ替わるように巻いた形で、千鳥巻きと呼ばれる。この千鳥巻きにより、さらに結合度が向上し、変換効率を高めることが可能であるが、１次側と２次側の絶縁耐圧を高めるためには巻線間に絶縁フィルム（図示せず）を挟む等の構成にする必要があり、巻線製法上困難が伴い現実的でないため実用化されていない。
【０００６】
一方、上述のごとき従来のトランス５０はその構成が磁心と銅線であることから、必然的に重量と寸法が大きくなってしまう。このため、従来のトランス５０を携帯機器や宇宙機搭載用電子機器に組み込む場合には、その取付方法において振動や衝撃による影響を十分配慮する必要があり、機器の小型化や設計の自由度を阻害する要因となっていた。そこで、小型軽量化が進む携帯機器や大きな重力加速度がかかる搭載用機器においては、巻線の代わりにフレキシブルプリント配線板または多層プリント配線板の導体パターンを使用したシート型のトランスが実用化されている。
【０００７】
このようなシート型トランスを用いた電源モジュールの一例として特開２０００−９１１３８号公報に開示されたものがある。このシート型トランスは、図８に示すように、フェライトコア６３の芯部が挿入される開口部６１Ａの周縁に１次側回路が形成されたシート型コイル積層体６１と、フェライトコア６３の芯部が挿入される開口部６２Ａの周縁に２次側回路が形成されると共にフェライトコア６３の外周部が挿入される少なくとも２個の開口部６２Ｂを備えた多層プリント配線板６２とを対向配置させ、開口部６１Ａ，６２Ａ，６２Ｂにフェライトコア６３を挿入して成るものである。多層プリント配線板６２には、シート型トランスの動作を制御する制御回路が含まれる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開２０００−９１１３８号公報に開示されたシート型トランスでは、２次側の多層プリント配線板６２の上に、多層プリント配線板６２とは別体の１次側のシート型コイル積層体６１を配置するため、シート型コイル積層体６１と外部の回路との接続にワイヤ等の手段を用いる必要があるので、振動や衝撃によって接続破断が起きる可能性があり、携帯機器や大きな重力加速度がかかる宇宙機搭載用機器に使用するには信頼性が不十分であるという問題点があった。振動や衝撃による接続破断の問題は、銅線を用いたリアクトルでも同様に発生し、またシート型トランスや銅線のリアクトルを用いる、電源モジュール以外の電子機器でも同様に発生する。
【０００９】
また、特開２０００−９１１３８号公報に開示されたシート型トランスは、１次側のシート型コイル積層体６１と２次側の多層プリント配線板６２とを絶縁シート等を介して対向配置させたものとなり、積層巻きの構造となるため結合度が低く、銅線を用いた従来のトランスに比べ、トランスとしての変換効率が悪いという問題点があった。その結果、小型軽量のトランスを実現できず、電子機器の小型軽量化の妨げになるという問題があった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、振動や衝撃に対する信頼性を向上させることができるシート型トランス及び電子機器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のシート型トランスは、同一層に１次巻線と２次巻線をそれぞれ内側と外側に同心円状に配置した第１種類の導体パターン層と、同一層に１次巻線と２次巻線をそれぞれ外側と内側に同心円状に配置した第２種類の導体パターン層とを、各層間に絶縁体を挿入しつつｍ（ｍは２以上の自然数）層毎に交互に積層したものである。
また、本発明のシート型トランスの１構成例において、前記導体パターン層のうち同一種類に属し、かつ互いに隣接する２層の１次巻線は、前記１次巻線及び２次巻線を形成した巻線パターン形成領域に設けられた１次巻線接続用のインタースティシャルビアホールを介して接続され、前記導体パターン層のうち同一種類に属し、かつ互いに隣接する２層の２次巻線は、前記巻線パターン形成領域に設けられた２次巻線接続用のインタースティシャルビアホールを介して接続され、前記導体パターン層のうち異なる種類に属し、かつ互いに隣接する２層の１次巻線は、前記巻線パターン形成領域の外に設けられた１次巻線中間端子用のインタースティシャルビアホールもしくは貫通スルーホールを介して接続され、前記導体パターン層のうち異なる種類に属し、かつ互いに隣接する２層の２次巻線は、前記巻線パターン形成領域の外に設けられた２次巻線中間端子用のインタースティシャルビアホールもしくは貫通スルーホールを介して接続されるものである。
また、本発明のシート型トランスの１構成例は、各導体パターン層間の絶縁体の厚さが０．１５〜０．３ｍｍである。
【００１１】
また、本発明の電子機器は、多層プリント配線板の巻線パターン形成領域内の各導体パターン層を用いて形成されたシート型トランスと、このシート型トランスと接続される、前記多層プリント配線板に形成された電子機器回路とを有するものである。
また、本発明の電子機器は、多層プリント配線板の巻線パターン形成領域内の各導体パターン層に円環状の巻線が形成されたシート型リアクトルと、このシート型リアクトルと接続される、前記多層プリント配線板に形成された電子機器回路とを有するものである。
また、本発明の電子機器の１構成例は、前記多層プリント配線板の端部に前記巻線パターン形成領域を配置し、上下に２分割された三脚コアの中央脚を前記巻線パターン形成領域の巻線の中心に形成された開口部に挿入して、前記２分割された三脚コアにより前記巻線パターン形成領域を上下方向から挟み込むようにしたものである。
また、本発明の電子機器の１構成例において、前記シート型リアクトルを構成する前記多層プリント配線板の互いに隣接する２つの導体パターン層の巻線は、前記巻線パターン形成領域に設けられた巻線接続用のインタースティシャルビアホールを介して接続されるものである。
また、本発明の電子機器の１構成例において、前記多層プリント配線板は、基材がガラス布基材ポリイミド樹脂で、各導体パターン層間の絶縁体の厚さが０．１５〜０．３ｍｍである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、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は本発明の第１の実施の形態となる電源モジュールの平面図である。本実施の形態においても、電源モジュールの回路構成は図６のとおりである。図１において、１００は電源モジュール、１１０は多層プリント配線板である。
【００１３】
多層プリント配線板１１０内に２点鎖線で示した領域１２０は、図６の回路のうちトランス及びリアクトルを除いた電源モジュール機能回路部である。１３０ａおよび１３０ｂは電源モジュール機能回路部１２０の周縁から突出させて形成されたシート型トランス、１５０ａおよび１５０ｂは電源モジュール機能回路部１２０の周縁から突出させて形成されたシート型リアクトル、１６０ａおよび１６０ｂはフェライトコアである。
【００１４】
１３５ａおよび１３５ｂは、多層プリント配線板１１０の電源モジュール機能回路部１２０に隣接して配置される、シート型トランス１３０ａ，１３０ｂ用の端子配置領域、１５５ａおよび１５５ｂは、シート型リアクトル１５０ａ，１５０ｂ用の端子配置領域である。なお、図１では電源モジュール基板たる多層プリント配線板１１０の形状を明瞭に示すために、フェライトコア１６０ａ，１６０ｂを破線で記している。
【００１５】
本実施の形態の電源モジュール１００は、小型・軽量化と振動や衝撃に対する強度向上を達成するため、一枚の多層プリント配線板１１０にシート型トランス１３０ａ，１３０ｂおよびシート型リアクトル１５０ａ，１５０ｂ（以下、シート型トランス１３０ａ，１３０ｂおよびシート型リアクトル１５０ａ，１５０ｂを総称してコイル形成部とする）と電源モジュール機能回路部１２０を一体的に形成したものである。
【００１６】
このように一体化するにあたっては、次の点に配慮して構成することにした。（Ａ）コイル形成部を電源モジュール機能回路部１２０の周縁から突出させ、かつその配置を考慮することで、シート型トランス１３０ａ，１３０ｂおよびシート型リアクトル１５０ａ，１５０ｂの配置を容易にすると共に、電源モジュール機能回路部１２０との配線経路を最短距離にする。
（Ｂ）多層プリント配線板１１０の仕上り板厚を薄くする。
（Ｃ）シート型トランス１３０ａ，１３０ｂおよびシート型リアクトル１５０ａ，１５０ｂに関しては、１次巻線と２次巻線を交互に配置する千鳥巻きを採用する。
【００１７】
まず、多層プリント配線板１１０のパターン設計にあたっては、コイル形成部の配置を考慮し、コイル形成部と電源モジュール機能回路部１２０との配線経路を最短距離にすると共に、最小の外形寸法に納まるようにすることで小型化および電気的性能の向上を図った。本実施の形態においては、コイル形成部と電源モジュール機能回路部とを別体で形成して両者を結線した場合の縦横寸法６６ｍｍ×７５ｍｍに比べて、電源モジュール１００の縦横寸法を４０ｍｍ×５８ｍｍに小型化することができた。
【００１８】
また、多層プリント配線板１１０の構造設計にあたっては、仕上り板厚を薄くすることに努めた。仕上り板厚を薄くしたのは、薄くなる分軽量化できるだけでなく、フェライトコア１５０ａ，１５０ｂの磁路長を短くすることができるので、鉄損の低減によってシート型トランス１３０ａ，１３０ｂおよびシート型リアクトル１５０ａ，１５０ｂの効率を向上させることができるからである。
【００１９】
本実施の形態では、コイル形成部の巻線を導体パターン化するので、シート型トランス１３０ａ，１３０ｂおよびシート型リアクトル１５０ａ，１５０ｂの巻数を確保するため、多層プリント配線板１１０の層数が増えることは避けられない。このため、寸法安定性、耐熱性に優れたポリイミド系樹脂を用いた銅張積層板およびプリプレグを使用した。基材厚は、絶縁耐圧を確保するために最低絶縁層厚を保証する必要があるが、仕上り板厚を薄くするために、絶縁層を必要以上に厚くすることは避けなければならない。そこで、目安としては０．１５〜０．３ｍｍの絶縁層厚が実用範囲である。
【００２０】
本実施の形態においては、内層の材料に厚さ０．１ｍｍのガラス布ポリイミド樹脂両面銅張積層板を使用し、層間接着材料に厚さ０．２５ｍｍのガラス布ポリイミド樹脂プリプレグを使用する層構成とした。その結果、層数３２層（両面銅張積層板が１６層）の場合、各銅張積層板間のプリプレグが１５層必要であるので、多層プリント配線板１１０の仕上がり板厚を０．１×１６＋０．２５×１５＝５．３５ｍｍにすることができた。
【００２１】
コイル形成部の巻線を多層プリント配線板１１０を用いて導体パターン化するにあたっては、内側の１次巻線と外側の２次巻線とを同一層に同心円状に配置した第１種類の導体パターン層と、外側の１次巻線と内側の２次巻線とを同一層に同心円状に配置した第２種類の導体パターン層とを交互に積層することで、銅線では耐圧上製造が困難であった千鳥巻きを多層プリント配線板１１０で実現すると共に、銅線に替えてシート状巻線にすることによって１次巻線と２次巻線の結合度向上を図り、コイル形成部の変換効率を向上させた。
【００２２】
以下、シート型トランス１３０ａの構造の詳細について図２乃至図５を参照して説明する。図２はシート型トランス１３０ａの１構造例を模式的に示す断面図である。図２において、１３２（１３２−１，１３２−２，１３２−３・・・・，１３２−ｎ）は多層プリント配線板１１０中に積層されたシート状の１次巻線、１３３（１３３−１，１３３−２，１３３−３・・・・，１３３−ｎ）は同じくシート状の２次巻線、１３４は多層プリント配線板１１０の絶縁樹脂層（プリプレグ）である。
【００２３】
図３は図２に示したシート型トランス１３０ａの結線図である。１３５ａは１次巻線１３２及び２次巻線１３３の端子配置領域、１３６ａは１次巻線１３２および２次巻線１３３が同心円状に配置される巻線パターン形成領域、１３７ａは端子配置領域１３５ａに設けられた１次巻線終端用貫通スルーホール、１３８ａは端子配置領域１３５ａに設けられた２次巻線終端用貫通スルーホール、１３７ｂ（１３７ｂ−１，１３７ｂ−２・・・・）は端子配置領域１３５ａに設けられた１次巻線中間端子用インタースティシャルビアホール、１３８ｂ（１３８ｂ−１，１３８ｂ−２・・・・）は端子配置領域１３５ａに設けられた２次巻線中間端子用インタースティシャルビアホール、１３７ｃ（１３７ｃ−１，１３７ｃ−２・・・・）は巻線パターン形成領域１３６ａに設けられた１次巻線接続用インタースティシャルビアホール（以下、ＩＶＨとする）、１３８ｃ（１３８ｃ−１，１３８ｃ−２・・・・）は巻線パターン形成領域１３６ａに設けられた２次巻線接続用ＩＶＨである。
【００２４】
フェライトコア１６０ａは、上下に２分割された三脚コアである。フェライトコア１６０ａの中央脚側に位置する巻線を内側、フェライトコア１６０ａの外周側に位置する巻線を外側と称すると、シート型トランス１３０ａは、同一層に１次巻線１３２と２次巻線１３３をそれぞれ内側と外側に同心円状に配置した第１種類の導体パターン層と、同一層に１次巻線１３２と２次巻線１３３をそれぞれ外側と内側に同心円状に配置した第２種類の導体パターン層とを、各層間に絶縁体（プリプレグ）を挿入しつつｍ（ｍは２以上の自然数）層毎に交互に積層したものである。図２、図３の例では、第１種類の導体パターン層と第２種類の導体パターン層とをｍ＝２層毎に交互に積層しているが、ｍ≧３としてもよい。
【００２５】
ただし、多層プリント配線板１１０の製造工程と千鳥巻きによる結合度向上を考慮すると、ｍ＝２層毎の交互積層が実用的である。なお、第１種類の導体パターン層と第２種類の導体パターン層とをｍ＝１層毎に交互に配置する場合は、導体パターンを各層毎に端子配置領域１３５ａへ引き出すことになって導体パターンがコイル状にならないので、本発明では考慮から除外した。
【００２６】
図４は、図２、図３に示したシート型トランス１３０ａを構成する多層プリント配線板１１０の導体パターン層を４層まで示した平面図である。なお、図４においては説明を簡単にするために、端子配置領域内のスルーホールを全て貫通スルーホールとして示している。図４（ａ）は多層プリント配線板１１０の第１層の導体パターン層１４１−１、図４（ｂ）は導体パターン層１４１−１の下に配置される第２層の導体パターン層１４１−２、図４（ｃ）は導体パターン層１４１−２の下に配置される第３層の導体パターン層１４１−３、図４（ｄ）は導体パターン層１４１−３の下に配置される第４層の導体パターン層１４１−４を示している。
【００２７】
巻線パターン形成領域１３６ａの各導体パターン層１４１（１４１−１〜１４１−４）とこれら導体パターン層間の絶縁樹脂層（図２の１３４）には、フェライトコア１６０ａの中央脚が挿入される開口部１４２（１４２−１〜１４２−４）が形成されている。
【００２８】
導体パターン層１４１−１，１４１−２は、１次巻線１３２−１，１３２−２を内側に配置し２次巻線１３３−１，１３３−２を外側に配置した第１種類の導体パターン層である。導体パターン層１４１−１の１次巻線１３２−１は、１次巻線接続用ＩＶＨ１３７ｃ−１を介して導体パターン層１４１−２の１次巻線１３２−２と接続され、導体パターン層１４１−１の２次巻線１３３−１は、２次巻線接続用ＩＶＨ１３８ｃ−１を介して導体パターン層１４１−２の２次巻線１３３−２と接続される。
【００２９】
一方、導体パターン層１４１−３，１４１−４は、１次巻線１３２−３，１３２−４を外側に配置し２次巻線１３３−３，１３３−４を内側に配置した第２種類の導体パターン層である。導体パターン層１４１−３の１次巻線１３２−３は、１次巻線接続用ＩＶＨ１３７ｃ−２を介して導体パターン層１４１−４の１次巻線１３２−４と接続され、導体パターン層１４１−３の２次巻線１３３−３は、２次巻線接続用ＩＶＨ１３８ｃ−２を介して導体パターン層１４１−４の２次巻線１３３−４と接続される。
【００３０】
そして、導体パターン層１４１−２の１次巻線１３２−２は、１次巻線中間端子用インタースティシャルビアホール１３７ｂ−１を介して導体パターン層１４１−３の１次巻線１３２−３と接続され、導体パターン層１４１−２の２次巻線１３３−２は、２次巻線中間端子用インタースティシャルビアホール１３８ｂ−１を介して導体パターン層１４１−３の２次巻線１３３−３と接続される。
【００３１】
以上のように、シート型トランス１３０ａは、第１種類の導体パターン層と第２種類の導体パターン層と２層毎に交互に積層した千鳥配置になっている。導体パターン層のうち同一種類に属し、かつ上下方向に互いに隣接する２層の１次巻線１３２は、一方の層の終点と他方の層の始点とが巻線パターン形成領域１３６ａに設けられた１次巻線接続用ＩＶＨ１３７ｃを介して接続され、導体パターン層のうち同一種類に属し、かつ上下方向に互いに隣接する２層の２次巻線１３３は、一方の層の終点と他方の層の始点とが巻線パターン形成領域１３６ａに設けられた２次巻線接続用ＩＶＨ１３８ｃを介して接続される。
【００３２】
一方、上下方向に互いに隣接する第１種類の導体パターン層と第２種類の導体パターン層の１次巻線１３２は、一方の層の終点と他方の層の始点とが端子配置領域１３５ａに設けられた１次巻線中間端子用インタースティシャルビアホール１３７ｂを介して接続され、上下方向に互いに隣接する第１種類の導体パターン層と第２種類の導体パターン層の２次巻線１３３は、一方の層の終点と他方の層の始点とが端子配置領域１３５ａに設けられた２次巻線中間端子用インタースティシャルビアホール１３８ｂを介して接続される。また、１次巻線１３２と電源モジュール機能回路部１２０との間は、１次巻線終端用貫通スルーホール１３７ａ及びスルーホール１３７ａに接続された図示しない導体パターンを介して接続され、２次巻線１３２と電源モジュール機能回路部１２０との間は、２次巻線終端用貫通スルーホール１３８ａ及びスルーホール１３８ａに接続された図示しない導体パターンを介して接続される。
【００３３】
１次巻線１３２及び２次巻線１３３のパターン幅と厚さ、並びにスルーホール１３７ａ，１３８ａ，１３７ｂ，１３８ｂ，１３７ｃ，１３８ｃの直径は、１次巻線１３２と２次巻線１３３に流れる電流を考慮して設定し、内層材の基材の厚さ、プリプレグの厚さ、導体間隔、並びに基板端と導体との間隔は、絶縁耐圧を考慮して設定する。また、必要な巻線数が得られるように導体パターン層数を選定する。
【００３４】
図５は多層プリント配線板１１０の巻線パターン形成領域１３６ａとフェライトコア１６０ａとの嵌合状態を示す斜視図である。前述のように、フェライトコア１６０ａは、上下に２分割された三脚コアなので、電源モジュール基板たる多層プリント配線板１１０に所要電子部品を搭載した後、巻線パターン形成領域１３６ａの中央に形成された開口部１４２にフェライトコア１６０ａの中央脚を挿入して、巻線パターン形成領域１３６ａを上下方向から挟み込むように装着することができる。
【００３５】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は第１の実施の形態のシート型トランス１３０ａに使用する多層プリント配線板１１０の導体パターン設計をより具体的に説明するものである。フェライトコア１６０ａの寸法は、内径（図２のＤ１）が１７．３ｍｍ、中央脚の直径（図２のＤ２）が８．４ｍｍ、厚さが１１．０ｍｍである。
【００３６】
ここで、外形加工精度を考慮してフェライトコア１６０ａと多層プリント配線板１１０の巻線パターン形成領域１３６ａとの間のクリアランスを０．５ｍｍとし、巻線パターン形成領域１３６ａの外周縁と巻線との最小間隔を０．５ｍｍ、巻線パターン形成領域１３６ａの開口部１４２と巻線との最小間隔を０．５ｍｍ、１次巻線１３２と２次巻線１３３の間隔を０．２５ｍｍとすると、各層における１次巻線１３２と２次巻線１３３の導体幅合計は｛（１７．３−８．４）／２｝−０．５×２−０．５×２−０．２５＝２．２ｍｍとなる。
【００３７】
１次巻線１３２に流れる電流の最大値を２Ａ、２次巻線１３３に流れる電流の最大値を３Ａとして、上記で計算した導体パターン幅２．２ｍｍを１次巻線１３２と２次巻線１３３とに割り振ることで温度上昇を平均化させる。一般に知られているプリント配線板における導体断面積および温度上昇に対する許容電流値のグラフより、１次巻線１３２のパターン幅を０．８ｍｍ、２次巻線１３３のパターン幅を１．４ｍｍ、導体パターンの厚さを６０μｍ（銅箔の厚さが３５μｍ、銅めっきの厚さが２５μｍ）とすることで、温度上昇を２０℃に抑えることができる。
【００３８】
１次巻線接続用ＩＶＨ１３７ｃについては、仕上り穴径０．３ｍｍのＩＶＨを３個使用し、２次巻線接続用ＩＶＨ１３８ｃについては、仕上り穴径０．８ｍｍのＩＶＨを２個使用することで、導体パターンと同様に温度上昇を２０℃に抑えることができる。導体間隔０．２５ｍｍは、１次巻線１３２と２次巻線１３３間の絶縁耐圧ＤＣ５００Ｖを満たす。
【００３９】
多層プリント配線板１１０の層構成は、厚さ０．１５ｍｍのガラス布ポリイミド樹脂両面銅張積層板と厚さ０．２５ｍｍのガラス布ポリイミド樹脂プリプレグを１８層積層した。層数１８層（両面銅張積層板が９層）の場合、銅張積層板間のプリプレグが８層必要であるので、仕上がり板厚を０．１５×９＋０．２５×８＝３．３５ｍｍにすることができた。フェライトコア１６０ａには、ＴＤＫ社製のＲＭ８コアを用いた。
【００４０】
本実施の形態におけるシート型トランス１３０ａの１次巻線１３２と２次巻線１３３の結合度は、実測値から判断してバイファイラ巻の銅線のトランスと比較して同等かそれ以上であるとの結果が得られた。
【００４１】
なお、第１、第２の実施の形態では、シート型トランスについてのみ説明したが、シート型リアクトル１５０ａ，１５０ｂの構造は、シート型トランスと同様である。すなわち、シート型リアクトル１５０ａ，１５０ｂの場合には、各導体パターン層１４１に巻線が１つだけ形成され、上下方向に互いに隣接する２つの導体パターン層１４１の巻線は、巻線パターン形成領域に設けられた巻線接続用ＩＶＨを介して接続されることになる。
【００４２】
また、第１、第２の実施の形態では、シート型トランスあるいはシート型リアクトルを用いる電源モジュールを例に挙げて説明したが、これに限るものではなく、トランスあるいはリアクトルを用いる他の電子機器に本発明を適用してもよい。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、同一層に１次巻線と２次巻線をそれぞれ内側と外側に同心円状に配置した第１種類の導体パターン層と、同一層に１次巻線と２次巻線をそれぞれ外側と内側に同心円状に配置した第２種類の導体パターン層とを、各層間に絶縁体を挿入しつつｍ層毎に交互に積層することにより、結合度の面で銅線のトランスより不利なシート型トランスにおいて銅線のトランスでは難しい千鳥巻きを実現することができ、結合度を向上させて、変換効率の高い小型軽量のシート型トランスを実現することができる。また、１次巻線と２次巻線の両方を導体パターン層に形成したことにより、振動や衝撃に対する信頼性が高く、携帯機器や大きな重力加速度がかかる宇宙機搭載用機器に使用して好適な、小型軽量で高性能なシート型トランスを実現することができる。
【００４４】
また、インタースティシャルビアホールを用いることにより、巻線の小型化が容易になる。さらに、導体パターン層のうち異なる種類に属し、かつ互いに隣接する２層の巻線を中間端子用のインタースティシャルビアホールもしくは貫通スルーホールを用いて接続することにより、ｍ層毎に巻線パターン形成領域の外部へ巻線の中間端子を引き出すことになるので、終端だけでなく中間端子を使用して１次巻線、２次巻線ともに自由な巻線数を選定することができる。
【００４５】
また、各導体パターン層間の絶縁体の厚さを０．１５〜０．３ｍｍとすることにより、導体パターン層と絶縁体の仕上り板厚を薄くすることができるので、シート型トランスに装着するコアの磁路長を短くでき、トランスの鉄損低減と効率向上を図ることができる。また、層数を増加することで巻線回数を増やすことができるので、シート型トランスの適正な設計が容易になる。
【００４６】
また、多層プリント配線板の巻線パターン形成領域内の各導体パターン層を用いてシート型トランスを形成することにより、シート型トランスの結合度を向上させ、シート型トランスの変換効率を向上させることができるので、シート型トランスを小型軽量化することができ、シート型トランスを用いる電子機器を小型軽量化することができる。また、シート型トランスと電子機器回路とを同一の多層プリント配線板に形成し、これらの間を多層プリント配線板の導体パターンで接続するようにしたので、振動や衝撃による接続破断の恐れがなくなる。結果として、振動や衝撃に対する信頼性が高く、携帯機器や大きな重力加速度がかかる宇宙機搭載用機器に使用して好適な、小型軽量で高性能な電子機器を実現することができる。また、シート型トランスと電子機器回路とを同一の多層プリント配線板に形成したことにより、ケースヘの取り付けが容易で組み立て工数を削減することができるとともに、バラツキのない信頼性の高い組み立てを保証することができる。
【００４７】
また、多層プリント配線板の巻線パターン形成領域内の各導体パターン層に円環状の巻線を形成したシート型リアクトルを用いることにより、シート型リアクトルと電子機器回路とを同一の多層プリント配線板に形成し、これらの間を多層プリント配線板の導体パターンで接続するようにしたので、振動や衝撃による接続破断の恐れがなくなる。結果として、振動や衝撃に対する信頼性が高く、携帯機器や大きな重力加速度がかかる宇宙機搭載用機器に使用して好適な、高性能な電子機器を実現することができる。また、シート型リアクトルと電子機器回路とを同一の多層プリント配線板に形成したことにより、ケースヘの取り付けが容易で組み立て工数を削減することができるとともに、バラツキのない信頼性の高い組み立てを保証することができる。
【００４８】
また、多層プリント配線板の端部に巻線パターン形成領域を配置し、上下に２分割された三脚コアの中央脚を巻線パターン形成領域の巻線の中心に形成された開口部に挿入して、２分割された三脚コアにより巻線パターン形成領域を上下方向から挟み込むことにより、シート型トランス又はシート型リアクトルの配置が容易となり、設計の自由度を向上させることができる。また、多層プリント配線板の内側にシート型トランス又はシート型リアクトルを配置すると、三脚コアの装着のために開口部を３箇所設ける必要があり、小型化を阻害する要因となるが、本発明によれば、巻線パターン形成領域を多層プリント配線板の端部に配置することにより、三脚コアの中央脚用の開口部を１箇所設けるだけでよく、多層プリント配線板の小型化が可能となる。また、三脚コアの装着が容易となるので、電子機器の組み立ても容易となる。
【００４９】
また、多層プリント配線板の基材をガラス布基材ポリイミド樹脂とし、各導体パターン層間の絶縁体の厚さを０．１５〜０．３ｍｍとすることにより、多層プリント配線板の仕上り板厚を薄くすることができるので、シート型トランスに装着するコアの磁路長を短くでき、トランスの鉄損低減と効率向上を図ることができる。また、層数を増加することで巻線回数を増やすことができるので、シート型トランスやシート型リアクトルの適正な設計が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態となる電源モジュールの平面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態におけるシート型トランスの構造を示す断面図である。
【図３】図２のシート型トランスの結線図である。
【図４】図２、図３のシート型トランスを構成する多層プリント配線板の導体パターン層を示す平面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態において多層プリント配線板の巻線パターン形成領域とフェライトコアとの嵌合状態を示す斜視図である。
【図６】電源モジュールの構成を示すブロック図である。
【図７】巻線位置が異なる各種トランスの構造を示す断面図である。
【図８】従来のシート型トランスの構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
１００…電源モジュール、１１０…多層プリント配線板、１２０…電源モジュール機能回路部、１３０ａ、１３０ｂ…シート型トランス、１３２…１次巻線、１３３…２次巻線、１３４…絶縁樹脂層、１３５ａ、１３５ｂ、１５５ａ、１５５ｂ…端子配置領域、１３６ａ、１３６ｂ、１５６ａ、１５６ｂ…巻線パターン形成領域、１３７ａ、１３８ａ…巻線終端用貫通スルーホール、１３７ｂ、１３８ｂ…巻線中間端子用インタースティシャルビアホール、１３７ｃ、１３８ｃ…巻線接続用インタースティシャルビアホール、１４１…導体パターン層、１４２…開口部、１５０ａ、１５０ｂ…シート型リアクトル、１６０ａ、１６０ｂ…フェライトコア。
【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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