(57)【要約】  平面磁気トランスの第１の側用の第１の巻線および平面磁気トランスの第２の側用の第２の巻線を提供するための、多層のプリント回路基板すなわちＰＣＢであって、このＰＣＢは、第１の巻線を提供するように構成された複数の伝導層と、第２の巻線を提供するように構成された複数の伝導層と、分離材の複数の層とを備え、分離材の各層は２つの伝導層の間に配置されて前記２つの伝導層の間に電気的分離をもたらし、また２つ以上の隣接する伝導層の組は全て第１の巻線の伝導層でありかつ全て第２の巻線の２つの伝導層の間に配置され、ここで隣接する第１の巻線の伝導層の組の間の分離材の厚さは、第２の巻線の伝導層と第１の巻線の伝導層との間の分離材の厚さよりも小さい。有利には、知られている完全に交互配置された平面磁気トランス設計を用いて実現できるよりも低い高さを有するＰＣＢが提供される。高さが低減されることによりＰＣＢの熱伝導率が改善され、漏れ磁束が低減され、一次側と二次側との間で良好な磁気的結合が維持される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の巻線を提供するように構成された複数の伝導層（２、４、６、８、１０、１２）と、
第２の巻線を提供するように構成された複数の伝導層（２２、１４、１６、１８、２０、２４）と、
複数の分離材の層と、
を備える、平面磁気トランスの第１の側用の前記第１の巻線および前記平面磁気トランスの第２の側用の前記第２の巻線を提供するための、多層のプリント回路基板すなわちＰＣＢであって、
分離材の各層が２つの伝導層の間に配置されて前記２つの伝導層の間に電気的分離をもたらし、
２つ以上の隣接する伝導層（６、８）の組が全て前記第１の巻線の伝導層でありかつ全て前記第２の巻線の伝導層（１６、１８）の間に配置され、前記第１の巻線の層の前記組の中の少なくとも１対の隣接する伝導層（６、８）の間の前記分離材の厚さが前記第２の巻線の伝導層（１６）と前記第１の巻線の伝導層（６）との間の前記分離材の厚さよりも小さい、多層ＰＣＢ。
【請求項２】
２つ以上の隣接する伝導層（１４、１６）の組が全て前記第２の巻線の伝導層でありかつ全て前記第１の巻線の伝導層（４、６）の間に配置され、前記第２の巻線の層（１４、１６）の前記組の中の少なくとも１対の隣接する伝導層の間の前記分離材の厚さが、前記第１の巻線の伝導層（４）と前記第２の巻線の伝導層（１４）との間の前記分離材の厚さよりも小さい、
請求項１に記載の多層ＰＣＢ。
【請求項３】
前記複数の伝導層が、少なくとも４つの組として、
２つ以上の隣接する伝導層（２、４）の第１の組が、全て前記第１の巻線の伝導層でありかつ全て前記第２の巻線の伝導層（２２、１４）の間に配置され、前記第１の巻線の層の前記第１の組の中の少なくとも１対の隣接する伝導層（２、４）の間の前記分離材の厚さが、前記第２の巻線の伝導層（２２）と前記第１の巻線の伝導層（２）との間の前記分離材の厚さよりも小さく、
２つ以上の隣接する伝導層（２、４）の前記第１の組の中の層を含まない２つ以上の隣接する伝導層（６、８）の第２の組が、全て前記第１の巻線の伝導層でありかつ全て前記第２の巻線の伝導層（１６、１８）の間に配置され、前記第１の巻線の層（６、８）の前記第２の組の中の少なくとも１対の隣接する伝導層の間の前記分離材の厚さが、前記第２の巻線の伝導層（１６）と前記第１の巻線の伝導層（６）との間の前記分離材の厚さよりも小さく、
２つ以上の隣接する伝導層（１４、１６）の第３の組が、全て前記第２の巻線の伝導層でありかつ全て前記第１の巻線の伝導層（４、６）の間に配置され、前記第２の巻線の層の前記第３の組の中の少なくとも１対の隣接する伝導層（１４、１６）の間の前記分離材の厚さが、前記第１の巻線の伝導層（４）と前記第２の巻線の伝導層（１４）との間の前記分離材の厚さよりも小さく、また
２つ以上の隣接する伝導層（１４、１６）の前記第３の組の中の層を含まない２つ以上の隣接する伝導層（１８、２０）の第４の組が、全て前記第２の巻線の伝導層でありかつ全て前記第１の巻線の伝導層（８、１０）の間に配置され、前記第２の巻線の層（１８、２０）の前記第４の組の中の少なくとも１対の隣接する伝導層の間の前記分離材の厚さが、前記第１の巻線の伝導層（８）と前記第２の巻線の伝導層（１８）との間の前記分離材の厚さよりも小さく
なるように配置される、請求項２に記載の多層ＰＣＢ。
【請求項４】
隣接する２つの前記第１の巻線の伝導層（６、８）の対には、前記隣接する伝導層の間に前記分離材として基板が設けられ、前記基板上に前記伝導層が形成される、
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の多層ＰＣＢ。
【請求項５】
隣接する２つの前記第２の巻線の伝導層（１４、１６）の対には、前記隣接する伝導層の間に前記分離材として基板が設けられ、前記基板上に前記伝導層が形成され、
また、任意選択で、隣接する２つの前記第１の巻線の伝導層（６、８）の対には、前記隣接する伝導層の間に前記分離材として基板が設けられ、前記基板上に前記伝導層が形成される、
請求項２または３に記載の多層ＰＣＢ。
【請求項６】
前記第１の巻線の伝導層（６）と前記第２の巻線の伝導層（１６）との間の前記分離材がプリプレグである、
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の多層ＰＣＢ。
【請求項７】
前記基板の厚さが９０μｍから１１０μｍの範囲内の値を有し、また
前記プリプレグの厚さが１５７．５μｍから１９２．５μｍの範囲内の値を有する、
請求項６に記載の多層ＰＣＢ。
【請求項８】
前記第１の巻線がトランスの一次側の巻線でありかつ前記第２の巻線が前記トランスの二次側の巻線であるか、または
前記第１の巻線がトランスの二次側の巻線でありかつ前記第２の巻線が前記トランスの一次側の巻線である、
請求項１ないし７のいずれか一項に記載の多層ＰＣＢ。
【請求項９】
少なくとも２つの伝導層（６、８）の組を形成すること（９０３）であって、前記組のうちの隣接する伝導層が分離材の層によって互いに分離される、形成すること（９０３）と、
伝導層の前記組の上方に少なくとも１つの伝導層（１６）を形成すること（９０５）であって、前記少なくとも１つの伝導層（１６）が分離材の層によって前記組のうちの伝導層から分離される、形成すること（９０５）と、
伝導層の前記組の下方に少なくとも１つのさらなる伝導層（１８）を形成すること（９０７）であって、前記少なくとも１つのさらなる伝導層（１８）が前記組のうちの伝導層から分離材の層によって分離される、形成すること（９０７）と、
全ての前記伝導層が第１の巻線を提供するように、伝導層（６、８）の前記組の中の全ての前記伝導層を接続すること（９０９）と、
前記少なくとも１つの伝導層（１６）および前記少なくとも１つのさらなる伝導層（１８）を第２の巻線を提供するように接続すること（９１１）と、
を含む、平面磁気トランスの第１の側の第１の巻線および前記平面磁気トランスの第２の側の第２の巻線を提供するための複数の層を備える、多層のプリント回路基板すなわちＰＣＢの製造方法であって、
前記第１の巻線の伝導層（６、８）の前記組の中の少なくとも１対の隣接する伝導層の間の前記分離材の厚さが、前記第２の巻線の伝導層（１６）と前記第１の巻線の伝導層（６）との間の前記分離材の厚さよりも小さい、多層ＰＣＢの製造方法。
【請求項１０】
少なくとも２つの伝導層の前記組を形成することが、
基板の上側表面および下側表面上に伝導層の前記組のうちの２つの隣接する伝導層（６、８）を形成することであって、前記基板が前記隣接する伝導層の間に前記分離材を提供し、また前記基板の厚さが前記第２の巻線の伝導層（１６）と隣接する前記第１の巻線の伝導層（６）との間の前記分離材の厚さよりも小さい、形成することを含む、請求項９に記載の多層ＰＣＢの製造方法。
【請求項１１】
少なくとも２つの伝導層の前記組を形成することが、
第２の基板の上側表面および下側表面上に伝導層の前記組のうちの２つの隣接する伝導層を形成することであって、前記第２の基板が前記２つの伝導層の間に前記分離材を提供する、形成することと、
前記第２の基板の伝導層を他方の基板の伝導層に、前記伝導層が分離材の層によって分離されるように接合することであって、前記組のうちの前記伝導層間の前記分離材が前記両基板よりも厚く、かつ前記第２の巻線の伝導層と隣接する前記第１の巻線の伝導層との間の前記分離材の厚さよりも小さい、接合することと、をさらに含む、請求項１０に記載の多層ＰＣＢの製造方法。
【請求項１２】
さらなる伝導層を前記２つの隣接する前記第１の巻線の伝導層に接合して、分離材の層が全ての隣接する伝導層を分離している３つの隣接する前記第１の巻線の伝導層の組を形成することであって、前記さらなる伝導層と前記２つの隣接する伝導層との間の前記分離材が前記基板よりも厚く、かつ前記第２の巻線の伝導層と隣接する前記第１の巻線の伝導層との間の前記分離材よりも薄い、接合して形成すること
をさらに含む、請求項１０に記載の多層ＰＣＢの製造方法。
【請求項１３】
伝導層の前記接合がプリプレグ工程を使用して行われ、また前記接合によりプリプレグが前記接合された層間の前記分離材として提供され、
前記基板の厚さが９０μｍから１１０μｍの範囲内の値を有し、
前記組のうちの隣接する伝導層の間の前記プリプレグの厚さが１３５μｍから１６５μｍの範囲内の値を有し、
前記第１の巻線の伝導層と隣接する前記第２の巻線の伝導層との間の前記プリプレグの厚さが１５７．５μｍから１９２．５μｍの範囲内の値を有する、
請求項１０ないし１２のいずれか一項に記載の多層ＰＣＢの製造方法。
【請求項１４】
前記第１の巻線がトランスの一次側の巻線でありかつ前記第２の巻線が前記トランスの二次側の巻線であるか、または
前記第１の巻線がトランスの二次側の巻線でありかつ前記第２の巻線が前記トランスの一次側の巻線である、
請求項９ないし１３のいずれか一項に記載の多層ＰＣＢの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示する実施形態は、平面磁気トランスの分野に、特に、多層プリント回路基板上で平面磁気トランスのために使用される巻線の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
トランスは、電圧を変圧するため、ならびにトランスの一次側および二次側の回路の間の分離を行うためなど、多くの用途を有する磁気構成要素である。
【０００３】
近年、スイッチモード電力供給装置（ＳＭＰＳ）などパワーエレクトロニクスデバイスにおいて、平面的な磁気構成要素が広く使用されている。平面的な磁気構成要素で構築されたＳＭＰＳの例を、図１に示す。
【０００４】
平面的な磁気構成要素は、プリント回路基板（ＰＣＢ）上にプリントされた１つまたは複数の平坦なコイル（巻きとも呼ばれる）と共に使用される、２個の磁性材料（通常は「コア」と呼ばれるが、「ハーフコア」と呼ばれる場合もある）を備える。典型的には、一方のコアが１つまたは複数のコイルの上方に配設され、また第２の同一のコアが１つまたは複数のコイルの下方に配設され、これらのコアはＰＣＢの少なくとも１つの穴を通して共に接続される。
【０００５】
図２を参照すると、例として、平面磁気トランスの部品が組み立てられていない状態で示されている。上側コア１１および下側コア１２が、多層ＰＣＢ１３の上方および下方にそれぞれ設けられる。コア１１およびコア１２は、Ｅ型面のコアである。ＰＣＢの層は、各コアの中央部分がＰＣＢ１３の中に延在するのを可能にするための、少なくとも１つの穴を備える。典型的には、ＰＣＢ１３は、図２には示されていないが、各コアの「Ｅ」の外翼部が同様にＰＣＢ１３の中に延在するのを可能にするための穴も含むことになる。ＰＣＢ１３の層上にプリントされたトラックは、トランスとの入力接続および出力接続に加えて、コアの中心部分の周りにコイルを提供する。各層上のコイルは、トランスの一次側用の巻線または二次側用の巻線のいずれかを提供する。
【０００６】
上側コア１１および下側コア１２は、機械的クリップ１４によって互いに取り付けられる。図２に示す構成では、機械的クリップ１４はＰＣＢ１３の縁部の周りに延在し、また、機械的クリップ１４の端部は、上側コア１１の上部表面の凹部１５、１６に取り付けられる。単一の機械的クリップが示されているが、別法として、別個のクリップを上側コアおよび下側コアのそれぞれの端部に取り付けるようにして、２つの機械的クリップが使用されてもよい。別法として、機械的クリップを使用する代わりに、２つのコアが共に接着されてもよい。
【０００７】
平面磁気トランスには、図２に示す構成のように、多層ＰＣＢを使用して一次巻線および二次巻線が設けられる。図２に示す構成では、複数のコイルまたは巻きが、ＰＣＢの各層上に設けられる。別法として、各層上で単一のコイルまたは巻きが使用される。
【０００８】
図２に示すトランスは、トランスのコイルを提供するプリントされたトラックを備える層が、完全に交互配置されている。換言すれば、構造内の層（すなわち頂部層と底部層との間の層）に関して、トランスの一次巻線のコイルを提供する各層は、トランスの二次側のコイルを提供する２つの層に直接的に隣接する、すなわちこれらの層の上方および下方にある。同様に、トランスの二次側のコイルを提供する各層は、トランスの一次側のコイルを提供する層に直接的に隣接する。このように、一次巻線を提供する層は、一次巻線を提供する別の層には隣接しない。同様に、二次巻線を提供する層は、二次巻線を提供する別の層には隣接しない。
【０００９】
平面トランスの一次側および二次側の巻線を完全に交互配置することが知られている。平面トランスの一次側および二次側の巻線を完全に交互配置することにより、一次側と二次側との間の磁気的結合が改善され、また一次巻線と二次巻線との間の交互配置が存在しない構成と比較して、漏れ磁束が低減される。
【００１０】
図３は、１２個の層を有する完全に交互配置されたトランスの巻線を示す、多層ＰＣＢの垂直方向断面図である。外側の層（すなわち図３の頂部層および底部層）はそれぞれ、金属厚さｔｏを有する。内側の層はそれぞれ、ｔｏより大きい金属厚さｔｉを有する。これらの層を形成するために使用される金属は、典型的には銅である。
【００１１】
金属層の各対の間で、電気的分離が行われる。分離材は、典型的にはプラスチック基板である。層間の分離材の厚さはｈｈである。図３は、層のそれぞれの間の間隔ｈｈがＰＣＢの垂直方向断面全体を通して同じである、知られている構成を示す。
【００１２】
図３に示す完全に交互配置されたＰＣＢが受ける問題は、一次巻線と二次巻線との間の寄生容量結合が大きいということである。寄生容量結合を低減する方法は、層間の分離材の厚さを大きくして、ＰＣＢ内の金属層同士が互いにさらに離間されるようにすることである。しかしながら、層間の間隔を大きくすることは、結果として寄生漏れインダクタンスの増大をもたらす。
【００１３】
そのような平面磁気トランスの別の要件は、平面磁気トランスがトランスの一次側と二次側との間の良好な分離を維持することである。したがって、一次巻線と二次巻線との間の分離材および間隔は、要求されるトランスの分離特性を提供しなければならない。標準的な分離電圧は、一次側と二次側との間で２２５０Ｖである。このことは、分離材および一次巻線と二次巻線との間の距離に対して、厳しい要件を課す。
【００１４】
平面磁気トランス用の多層ＰＣＢの知られている製造工程を、図４を参照して以下に記載する。
【００１５】
典型的には、ラミネートとも呼ばれる固形プラスチック基板が分離材として使用される。上側表面および下側表面が金属によって完全に被覆された基板からサブトラクティブ法によって、または上側表面および下側表面上に金属被覆の無い基板上にアディティブ法によって、のいずれかで、基板から上側表面および下側表面上にＰＣＢのトラックが形成される。
【００１６】
次いで、いくつかのそのような基板が、流体のプリプレグを塗布し次いで圧力および熱を加えることによって、共に接合される。
【００１７】
次いでこの基板上に、ＰＣＢの上側の層および下側の層が、プリプレグ工程を再度使用しより薄い上側金属層および下側金属層を形成して追加される。
【００１８】
次いで、層間のビア用の穴がＰＣＢにドリル穿孔され、また、まだ存在していない場合は、トランスのコアおよび翼部がＰＣＢの中に延在するのを可能にするための切り口が作られる。次いでビアの穴を電気めっきしてビアを形成する。
【００１９】
図４は、６個の金属層を有するＰＣＢの製造中の各段階での、ＰＣＢ全体の垂直方向断面図を示す。
【００２０】
図４では、工程１は、上側表面および下側表面上に金属トラックを有する複数の基板間の、プリプレグを用いた接合を示す。工程２は、続くＰＣＢの上側金属表面および下側金属表面の追加を示す。
【００２１】
本文書の全体を通して、層の厚さは、平面層のうちの１つの上側表面または下側表面に対して垂直な方向における、層の寸法である。
【００２２】
図４から明らかなように、プリプレグの層は、基板の層よりも厚い。
【００２３】
プリプレグ工程によって形成される層は、プリプレグ工程の性質上、基板の層と同じ厚さに形成することはできない。
【００２４】
標準的な製造工程は、層の厚さに対して±１０％の公差を有する。
【００２５】
標準的な製造工程を用いた場合、設計が目指し得る最低基板厚さは約１００μｍであり、設計が目指し得る最高基板厚さは約１５０μｍである。したがって、実際の最低の基板厚さおよびプリプレグ厚さは、±１０％の製造公差により、それぞれ９０μｍおよび１３５μｍという小ささとすることができる。
【００２６】
金属層のプリントされたトラック間の間隙をプリプレグによって満たすことができるように、プリプレグ層の平均厚さは、基板層の厚さよりも厚くする必要がある。
【００２７】
トランスの一次側と二次側との間で２２５０Ｖの分離電圧をもたらすために、プリプレグ分離材は１７５μｍの最低厚さを有するように設計されるべきである。換言すれば、プリプレグ分離材は製造公差のため、少なくとも１５７．５μｍの厚さを有すれば、２２５０Ｖの要件を満たす。
【００２８】
したがって、図３に示す完全に交互配置されたトランスの分離材は、少なくとも１７５μｍの厚さ、すなわちｈｈ≧１７５μｍとなるように設計されなければならず、基板およびプリプレグの製造可能な最低厚さを使用することはできない。
【００２９】
金属層の厚さに関して、これは銅のオンスを単位として、以下のように規定される。
１ｏｚ＝１オンスの銅を１平方フィートの面積上に押し延ばしたときの厚さ
＝３５μｍ
【００３０】
図３では、ｔｏ＝２ｏｚ、ｔｉ＝４ｏｚである。
【００３１】
本文書の全体を通して、ＰＣＢの高さは、平面層のうちの１つの上側表面または下側表面に対して垂直な方向における、ＰＣＢの寸法である。
【００３２】
図３に示すＰＣＢの合計高さは以下の通りである。
Ｈｌ＝（１０×４ｏｚ）＋（２×２ｏｚ）＋（１１×１７５μｍ）
＝３．４６５ｍｍ
【００３３】
完全に交互配置された積層型の多層ＰＣＢの上記の知られている構成に伴う問題は、ＰＣＢの高さが比較的高く、この結果、トランスからの熱伝導率が十分ではないということである。
【００３４】
加えて、金属厚さまたは層の数を大きくすることは、ＰＣＢの合計高さをさらに高くすることになり、またこのことにより熱伝導率をより一層低減することになる。不十分な熱伝導率により、結果として平面磁気トランスは高出力の用途には適さないものとなる。
【発明の概要】
【００３５】
実施形態は、上で特定した問題の一部または全てを克服する、平面磁気トランス用の多層ＰＣＢを提供する。
【００３６】
実施形態は、平面磁気トランスの第１の側用の第１の巻きおよび平面磁気トランスの第２の側用の第２の巻きを提供するための、多層のプリント回路基板すなわちＰＣＢを提供し、この多層ＰＣＢは、第１の巻きを提供するように構成された複数の伝導層と、第２の巻きを提供するように構成された複数の伝導層と、分離材の複数の層とを備え、分離材の各層は２つの伝導層の間に配置されて前記２つの伝導層の間に電気的分離をもたらし、また２つ以上の隣接する伝導層の組は全て第１の巻きの伝導層でありかつ全て第２の巻きの伝導層間に配置され、ここで第１の巻きの層の組の中の少なくとも１対の隣接する伝導層の間の分離材の厚さは、第２の巻きの伝導層と第１の巻きの伝導層との間の分離材の厚さよりも小さい。
【００３７】
これらの特徴の結果として、ＰＣＢの高さは、ＰＣＢ内の層のうちの少なくとも１つの厚さが低減されているので、知られている設計を用いる場合よりも低い。ＰＣＢの高さが低減されることにより、ＰＣＢの熱伝導率が改善される。第１の巻きと第２の巻きとの間の寄生容量結合も、知られている完全に交互配置された設計を用いる場合よりも低い。完全には交互配置されていないが、第１の側の巻きおよび第２の側の巻きは部分的には交互配置を保っており、したがって、一次側と二次側との間で良好な磁気的結合が維持される。
【００３８】
任意選択で、２つ以上の隣接する伝導層の組は全て第２の巻きの伝導層でありかつ全て第１の巻きの伝導層間に配置され、ここで層の組の中の少なくとも１対の隣接する伝導層の間の分離材の厚さは、第１の巻きの伝導層と第２の巻きの伝導層との間の分離材の厚さよりも小さい。
【００３９】
有利には、トランスの両側で隣接する層を共に組にすることで、ＰＣＢの高さをさらに低減することができ、熱伝導率をさらに改善することができ、また寄生容量をさらに低減することができる。
【００４０】
任意選択で、複数の伝導層は、２つ以上の隣接する伝導層の第１の組が全て第１の巻きの伝導層でありかつ全て第２の巻きの伝導層間に配置され、ここで第１の巻きの層の第１の組の中の少なくとも１対の隣接する伝導層の間の分離材の厚さは第２の巻きの伝導層と第１の巻きの伝導層との間の分離材の厚さよりも小さく、２つ以上の隣接する伝導層の第１の組の中の層を含まない２つ以上の隣接する伝導層の第２の組が、全て第１の巻きの伝導層でありかつ全て第２の巻きの伝導層間に配置され、ここで第１の巻きの層の第２の組の中の少なくとも１対の隣接する伝導層の間の分離材の厚さは第２の巻きの伝導層と第１の巻きの伝導層との間の分離材の厚さよりも小さく、２つ以上の隣接する伝導層の第３の組が全て第２の巻きの伝導層でありかつ全て第１の巻きの伝導層間に配置され、ここで第２の巻きの層の第３の組の中の少なくとも１対の隣接する伝導層の間の分離材の厚さは第１の巻きの伝導層と第２の巻きの伝導層との間の分離材の厚さよりも小さく、また２つ以上の隣接する伝導層の第３の組の中の層を含まない２つ以上の隣接する伝導層の第４の組が、全て第２の巻きの伝導層でありかつ全て第１の巻きの伝導層間に配置され、ここで第２の巻きの層の第４の組の中の少なくとも１対の隣接する伝導層の間の分離材の厚さは第１の巻きの伝導層と第２の巻きの伝導層との間の分離材の厚さよりも小さくなるように配置された、少なくとも４つの組として配置される。
【００４１】
有利には、トランスの両側で隣接する層を共に組にして２つ以上の組とすることで、良好な磁気的結合が維持され、ＰＣＢの高さをさらに低減することができ、熱伝導率をさらに改善することができ、また寄生容量をさらに低減することができる。
【００４２】
任意選択で、隣接する２つの第１の巻きの伝導層の対には、これらの隣接する伝導層の間に分離材としてラミネートが設けられ、このラミネート上に伝導層が形成される。
【００４３】
有利には、ラミネート上に伝導層を形成することによって、さらに伝導層間の間隔を小さくするとともにＰＣＢの高さを低減することができる。
【００４４】
任意選択で、隣接する２つの第２の巻きの伝導層の対には、これらの隣接する伝導層の間に分離材としてラミネートが設けられ、このラミネート上に伝導層が形成される。また任意選択で、隣接する２つの第１の巻きの伝導層の対には、これらの隣接する伝導層の間に分離材としてラミネートが設けられ、このラミネート上に伝導層が形成される。
【００４５】
有利には、１つのラミネート上に可能な限り多くの伝導層を形成することによって、伝導層間の間隔を標準的な製造技法を用いて可能な限り小さくすることができるとともに、ＰＣＢの高さをさらに低減することができる。
【００４６】
任意選択で、第１の巻きの伝導層と第２の巻きの伝導層との間の分離材はプリプレグである。
【００４７】
任意選択で、ラミネートの厚さは、９０μｍから１１０μｍの範囲内の値を有し、またプリプレグの厚さは、１５７．５μｍから１９２．５μｍの範囲内の値を有する。
【００４８】
有利には、トランスの一次側と二次側との間の分離要件が維持される。
【００４９】
上記の第１の巻きはトランスの一次側の巻きであってよく、また、第２の巻回はトランスの二次側の巻きであってよい。
【００５０】
別法として、上記の第１の巻きはトランスの二次側の巻きであってよく、また、第２の巻きはトランスの一次側の巻きであってよい。
【００５１】
さらなる実施形態は、少なくとも２つの伝導層の組を形成することであって、この組のうちの隣接する伝導層が分離材の層によって互いに分離される、形成することと、伝導層の組の上方に少なくとも１つの伝導層を形成することであって、この少なくとも１つの伝導層が分離材の層によって組のうちの伝導層から分離される、形成することと、伝導層の組の下方に少なくとも１つのさらなる伝導層を形成することであって、全ての伝導層が第１の巻きを提供するように伝導層の組の中の全ての伝導層を接続する分離材の層によって、この少なくとも１つのさらなる伝導層が組のうちの伝導層から分離される、形成することと、前記少なくとも１つの伝導層と前記少なくとも１つのさらなる伝導層の両方を第２の巻きを提供するように接続することと、を含み、第１の巻きの伝導層の組の中の少なくとも１対の隣接する伝導層の間の分離材の厚さが、第２の巻きの伝導層と第１の巻きの伝導層との間の分離材の厚さよりも小さい、平面磁気トランスの第１の側の第１の巻きおよび平面磁気トランスの第２の側の第２の巻きを提供するための複数の層を備える、多層のプリント回路基板すなわちＰＣＢの製造方法を提供する。
【００５２】
有利には、製造されるＰＣＢの高さは、ＰＣＢ内の層のうちの少なくとも１つの厚さが低減されているので、知られている設計を用いる場合よりも低い。ＰＣＢの高さが低減されることにより、ＰＣＢの熱伝導率が改善される。第１の巻きと第２の巻きとの間の寄生容量結合も、知られている完全に交互配置された設計を用いる場合よりも低い。完全には交互配置されていないが、第１の側の巻きおよび第２の側の巻きは部分的には交互配置を保っており、したがって、一次側と二次側との間の磁気的結合は良好である。
【００５３】
任意選択で、少なくとも２つの伝導層の組を形成することは、ラミネートの上側表面および下側表面上に伝導層の組のうちの２つの隣接する伝導層を形成することを含み、ここでラミネートは隣接する伝導層の間に分離材を提供し、またラミネートの厚さは、第２の巻きの伝導層と隣接する第１の巻きの伝導層との間の分離材の厚さよりも小さい。
【００５４】
有利には、ラミネート上に伝導層を形成することによって、伝導層間の間隔を可能な限り小さくすることができるとともに、ＰＣＢの高さをさらに低減することができる。
【００５５】
任意選択で、少なくとも２つの伝導層の組を形成することは、第２のラミネートの上側表面および下側表面上に伝導層の組のうちの２つの隣接する伝導層を形成することであって、この第２のラミネートが２つの伝導層の間に分離材を提供する、形成することと、第２のラミネートの伝導層を他方のラミネートの伝導層に、これらの伝導層が分離材の層によって分離されるように接合することであって、組のうちの伝導層間の分離材がラミネートよりも厚く、かつ第２の巻きの伝導層と隣接する第１の巻きの伝導層との間の分離材の厚さよりも小さい、接合することと、をさらに含む。
【００５６】
有利には、全てトランスの同じ側のものである４つの隣接する層の組が、層間の合計間隔が最小の状態で形成される。
【００５７】
任意選択で、方法は、さらなる伝導層を２つの隣接する第１の巻きの伝導層に接合して、分離材の層が全ての隣接する伝導層を分離している３つの隣接する第１の巻線の伝導層の組を形成することであって、さらなる伝導層と前記２つの隣接する伝導層との間の分離材がラミネートよりも厚くかつ第２の巻きの伝導層と隣接する第１の巻きの伝導層との間の分離材よりも薄い、形成すること、をさらに含む。
【００５８】
有利には、全てトランスの同じ側のものである３つの隣接する層の組が、層間の合計間隔が最小の状態で形成される。
【００５９】
任意選択で、伝導層の接合はプリプレグ工程を使用して行われ、またこの接合は接合された層間の分離材としてプリプレグを提供する。また、上記の方法によって製造された多層ＰＣＢは、９０μｍから１１０μｍの範囲内のラミネートの厚さ、１３５μｍから１６５μｍの範囲内の隣接する第１の巻きの伝導層の間のプリプレグの厚さ、および１５７．５μｍから１９２．５μｍの範囲内の第１の巻きの伝導層と隣接する第２の巻きの伝導層との間のプリプレグの厚さを有する。
【００６０】
有利には、ＰＣＢ内の分離材の厚さは、標準的な製造技法を用いて可能なＰＣＢの最低高さを提供する。
【００６１】
上記の方法によって製造された多層ＰＣＢは、トランスの一次側の巻きである第１の巻き、およびトランスの二次側の巻きである第２の巻きを有する。
【００６２】
別法として、上記の方法によって製造された多層ＰＣＢは、トランスの二次側の巻きである第１の巻き、およびトランスの一次側の巻きである第２の巻きを有してよい。
【００６３】
添付の図を参照して、単なる例として、実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】平面磁気構成要素を使用するＳＭＰＳの典型的な構造を示す図である。
【図２】知られている平面磁気トランスの組み立てられていない部品を示す図である。
【図３】知られている完全に交互配置された１２層のＰＣＢの垂直方向断面図である。
【図４】製造工程中の様々な段階での、知られている多層ＰＣＢを示す図である。
【図５】実施形態による多層ＰＣＢの垂直方向断面図である。
【図６】実施形態による多層ＰＣＢの垂直方向断面図である。
【図７】実施形態による多層ＰＣＢの垂直方向断面図である。
【図８】実施形態による多層ＰＣＢの垂直方向断面図である。
【図９】実施形態による方法において実行される動作のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００６５】
実施形態は、多層ＰＣＢ上に形成される平面磁気トランスの巻線構成を提供する。実施形態による巻線構成によりトランスからの熱伝導が改善され、この結果、このトランスを、知られている平面トランス設計よりも高出力の用途のために使用することができる。
【００６６】
ＰＣＢのより低い高さも実現可能である。
【００６７】
加えて、トランスにおける寄生容量結合は、知られている完全に交互配置されたトランス設計よりも低い。漏れインダクタンスは知られている完全に交互配置されたトランス設計から大きくは増加せず、一次側と二次側との間の良好な磁気的結合は維持される。
【００６８】
実施形態により、ＰＣＢ内のいくつかの分離層の厚さを低減することによって、上記の利点が実現される。
【００６９】
このことにより、ＰＣＢの高さを低減すること、および／またはＰＣＢ内の金属層の厚さを大きくすること、および／または金属層の数を増やすことが可能になる。
【００７０】
実施形態によれば、トランスの一次側および二次側の巻線が交互配置される方法は、知られている構成と比較して変更される。
【００７１】
図５から図８は、実施形態による多層ＰＣＢの垂直方向断面図を示す。
【００７２】
実施形態では、一次側および二次側の巻線は、図２および図３に示す知られているトランス設計の場合のように完全には交互配置されない。
【００７３】
代わりに、トランスの同じ側用の巻線を形成する２つ以上の層が、互いに隣接して配置されて１つの組となる。この組は次いで、トランスの他方の側用の巻線を形成する層間または層の組間に交互配置される。組のうちの層間の分離材の厚さは、知られている完全に交互配置された設計を用いた層間隔よりも、小さくされる。後でより詳細に説明するように、組のうちの伝導層間の分離材の厚さを低減することが可能であるが、この理由は、組の中の層が全てトランスの同じ側用の巻線を提供し、これらの層間の間隔が、トランスの異なる側にある隣接する層ほどには、層間で電気的分離を維持することを保証するための要件によって制限されないからである。
【００７４】
組が形成されるとき、組内の金属層は好ましくは、分離材を提供する基板を基礎とする。有利には、基板を使用することにより、より薄い分離材を実現することが可能となるが、この理由は、この構造が、プリプレグ工程を使用するのではなく、基板をめっきすること、またはめっきされた基板から金属を除去することによって形成されるからである。
【００７５】
多層ＰＣＢの金属層のために使用される金属は、銅であってよい。
【００７６】
図５から図８は、実施形態による層の３つの異なる構成を示す。
【００７７】
図５および図６は、一次側および二次側の層が２層の組としてＰＣＢ内に配置され、上側の層および下側の層として単独の層だけが設けられた実施形態を示す。
【００７８】
こうして、たとえば、層２、４、６、８、１０、および１２は、トランスの一次側用の１つまたは複数の巻線を提供し、一方で、層１４、１６、１８、および２０は、トランスの二次側用の１つまたは複数の巻線を提供する。層２２および層２４は単独の層であり、それぞれが二次側用の１つまたは複数の巻線を提供する。こうして、層２および層４は一次側用の層の第１の組を構成し、層６および層８は一次側用の層の第２の組を構成し、また層１０および層１２は一次側用の層の第３の組を構成する。層１４および層１６は二次側用の層の第１の組を構成し、また層１８および層２０は二次側用の層の第２の組を構成する。二次側用の第１の組および第２の組は、一次側用の第１の組、第２の組、および第３の組と交互配置される。図５および図６の実施形態では、各組は２つの層を備える。但し、以下で説明するように、各組は２つ以上の層を含んでよく、また、各組の中の層の数は同じである必要はない。
【００７９】
有利には、各組内で、各層間で厚さの大きいプリプレグを使用することなく、基板の上側表面および下側表面上に２つの層を形成することができる。
【００８０】
各組内の金属層は全てトランスの同じ側の巻線を提供するので、金属層間の電位差は比較的小さく、また、これらの間に容量結合ほとんど存在しない。依然として各組内の金属層間の分離を維持する必要はあるが、要求される分離は典型的には５００Ｖであり、これは、トランスの異なる側の層間に提供されるべき２２５０Ｖの分離電圧よりも、近接した層間隔を可能にする。
【００８１】
したがって、組内の金属層間の間隔は、トランスの異なる側で巻線を提供する金属層間の間隔よりも小さくすることができる。後者は、容量結合および分離がもたらされることを保証するためのより制限的な要件によって制限される。図５から図８では、トランスの異なる側に巻線を提供する隣接する層の間の間隔は、したがって図３の間隔ｈｈと同じ分離要件によって制約される。
【００８２】
図５では、最上部の金属層および最下部の金属層は、２ｏｚである厚さｔｏを有し、内側の金属層は、４ｏｚである厚さｔｉを有する。トランスの同じ側でコイルを提供する金属層間の基板の厚さｈｌは、１００μｍである設計可能な最低厚さであり、またしたがって実際には、±１０％の製造公差により、９０μｍから１１０μｍの範囲内である。トランスの異なる側でコイルを提供する金属層間の分離材ｈｈは、プリプレグによって提供され、また２２５０Ｖの分離要件により、１７５μｍとなるように設計され、したがって実際には、±１０％の製造公差により、１５７．５μｍから１９２．５μｍの範囲内である。
【００８３】
図５におけるＰＣＢの合計高さは、したがって以下の通りである。
Ｈ２＝（１０×ｔｉ）＋（２×ｔｏ）＋（６×ｈｈ）＋（５×ｈｌ）
＝（１０×４ｏｚ）＋（２×２ｏｚ）＋（６×１７５μｍ）＋（５×１００μｍ）
＝３．０９０ｍｍ
【００８４】
図５の構成はしたがって、ＰＣＢ内の層のうちのいくつかの間の間隔が低減されているので、図３に示す知られている構成よりも低い高さを有する１２層の多層ＰＣＢを提供する。有利には、このことによりＰＣＢの熱伝導率が改善されるとともに、寄生容量が低減される。漏れインダクタンスは増加しているが、この増加は大きなものではなく、トランスの異なる側間の良好な磁気的結合は維持される。
【００８５】
図６に示す構成は、図５の金属層よりも厚い金属層を使用し、またこの構成は、図３に示す知られている多層ＰＣＢとほぼ同じＰＣＢ高さを有するように設計されてよい。図６に示す実施形態は有利には、金属層がより厚いので、有する抵抗がより低い。
【００８６】
図６において、図５に示すＰＣＢとの唯一の違いは、内側の金属層の厚さｔｉ２が５ｏｚに増やされていることである。
【００８７】
図６に示すＰＣＢの高さは、したがって以下の通りである。
Ｈ４＝（１０×ｔｉ２）＋（２×ｔｏ）＋（６×ｈｈ）＋（５＋ｈｌ）
＝（１０×５ｏｚ）＋（２×２ｏｚ）＋（６×１７５μｍ）＋（５×１００μｍ）
＝３．４４０ｍｍ
【００８８】
図７および図８は、一次側および二次側の組の中の層の数が異なる、他の可能な構成を示す。但しいずれの場合も、層の各組は、トランスの同じそれぞれの側用の巻線を提供する、少なくとも２つの層を備える。これらの層の構成を使用して、図５および図６に示すＰＣＢよりも低い高さを有するＰＣＢを実現することができるが、この理由は、所与の数の金属層に対して、一次側の金属層および二次側の金属層に隣接する分離材の層の数が低減されるとともに、より薄い分離材によってより多くの分離材の層を設けることができるからである。
【００８９】
図７は、一次側が２層の組を備えまた二次側が４層の組を備える、１４層のＰＣＢを示す。
【００９０】
４層の組のそれぞれは、両側を銅で被覆された、最低基板厚さｈｌｌを有する基板を備える。各組の中の２つの銅被覆基板は、１５０μｍ（これは実際には±１０％の製造公差により１３５μｍから１６５μｍの間である）であるプリプレグの設計可能な最低厚さｈｌｐを提供するプリプレグ工程を使用して、共に接合される。
【００９１】
図７におけるＰＣＢの合計高さは以下の通りである。
Ｈ５＝（１２×ｔｉ）＋（２×ｔｏ）＋（４×ｈｈｐ）＋（５×ｈｌｌ）＋（４×ｈｌｐ）
＝（１２×４ｏｚ）＋（２×２ｏｚ）＋（４×１７５μｍ）＋（５×１００μｍ）＋
（４×１５０μｍ）
＝３．６２０ｍｍ
【００９２】
図８は、１２層のＰＣＢの別の構成を示す。一次側はそれぞれが２つの層を備える３つの組を有し、一方、二次側はそれぞれが３つの層を備える２つの組を有する。
【００９３】
３層の組のそれぞれは、それらの層のうちの２つを設計可能な最低厚さｈｌｌを有する基板のそれぞれの側に形成し、次いで基板上に形成された金属層と第３の金属層との間に設計可能な最低厚さｈｌｐを有するプリプレグの層を設けることによって構築される。
【００９４】
図８におけるＰＣＢの合計高さは以下の通りである。
Ｈ３＝（１０×ｔｉ）＋（２×ｔｏ）＋（３×ｈｌｌ）＋（２×ｈｈｌ）＋（４×ｈｌｐ）＋（２×ｈｈｐ）
＝（１０×４ｏｚ）＋（２×２ｏｚ）＋（３×１００μｍ）＋（２×１７５μｍ）＋
（４×１５０μｍ）＋（２×１７５μｍ）
＝３．１４０ｍｍ
【００９５】
図７および図８に示す構成は、たとえば、分離要件を満たすためにトランスの異なる側の層間で１７５μｍよりも大きい設計上の間隔が要求される、分離要件が５０００Ｖである４００Ｖの用途などの高圧の用途に特に適している。全ての金属層の間の分離材をプリプレグによって設けることができ、組内の隣接する層間で使用されるプリプレグのより薄い厚さによって、実施形態の利点が実現される。
【００９６】
図９は、実施形態による多層ＰＣＢを製造する方法において実行される動作を示す。
【００９７】
この製造工程は、ステップ９０１で始まる。
【００９８】
ステップ９０３では、少なくとも２つの伝導層６、８の組が形成され、この組のうちの隣接する伝導層は、分離材の層によって互いに分離される。
【００９９】
ステップ９０５では、伝導層の組の上方の少なくとも１つの伝導層１６が、この組のうちの伝導層から分離材の層によって分離される。
【０１００】
ステップ９０７では、伝導層の組の下方の少なくとも１つのさらなる伝導層１８が、この組のうちの伝導層から分離材の層によって分離される。
【０１０１】
ステップ９０９では、伝導層６、８の組の中の全ての伝導層が、全ての伝導層が第１の巻線を提供するように接続される。
【０１０２】
ステップ９１１では、少なくとも１つの伝導層１６および前記少なくとも１つのさらなる伝導層１８を、第２の巻線を提供するように接続する。
【０１０３】
上記の方法によって製造された多層ＰＣＢでは、第１の巻線の伝導層６、８の組の中の少なくとも１対の隣接する伝導層の間の分離材の厚さは、第２の巻線の伝導層１６と第１の巻線の伝導層６との間の分離材の厚さよりも小さい。
【０１０４】
トランスの少なくとも一方の側がトランスのこの側用のコイルを提供する少なくとも２つの隣接する金属層を有し、このとき他方の側からのコイルがこれら２つの金属層間に交互配置されることのない限りは、実施形態の利点を実現するために図５から図８に示す構成以外の金属層の構成が可能である。金属層の組は任意の数の層を備えてもよく、図５から図８に示すように２つ、３つ、または４つに制限されない。
【０１０５】
トランスの合計巻き数比は、使用される平行な層の数および各層上のコイルの数によって決定される。図５に示す構成は、たとえば、４：１の巻き数比を有するように設計されてよい。
【０１０６】
多層ＰＣＢ構造内のいくつかの層の間の分離材の厚さが低減されるので、トランスの熱伝導が改善される。一次側と二次側との間の寄生容量結合も低減される。
【０１０７】
実施形態による平面磁気トランスの利得は、組のうちの隣接する層が巻線の同じコイルを提供するときに特に大きい。２つ以上の隣接する層を使用して同じコイルまたは巻きを提供することによって、抵抗が低減される。
【０１０８】
組のうちの隣接する層の間の間隔は、基板上に金属層を形成することによって提供され得る。このことにより、プリプレグの層を用いて実現できる厚さよりも小さい分離材の厚さが可能となる。
【０１０９】
図５に示す例では、組内の隣接する層の間の分離材の厚さは、１７５μｍから１００μｍに低減されている。ＰＣＢの高さは、図３に示す知られている構成よりも約１０％小さい。熱抵抗も、寄生容量または漏れインダクタンスを何ら増大させることなく、１８％低減される。
【０１１０】
有利には、所与の電力要件に対してより低い高さを有するトランスを実現できる。
【０１１１】
図６に示す実施形態は、図３に示す設計よりも有する抵抗が１９％低く、また有する熱抵抗も１８％低い。したがって、実施形態によるトランス設計は、図３に示す知られているトランスとほぼ同じ機械的外部寸法を有するが、２０％高い出力で動作可能である。この改善は、より厚い金属トラックが、結果的により低い抵抗をもたらすとともに熱伝導率の改善ももたらすことにより、もたらされる。
【０１１２】
上記の実施形態に対して、付属の特許請求の範囲によって規定されるような本発明の範囲から逸脱することなく、多くの修正および変形を行うことができる。
【図２】
2016506624.tif 000003
【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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【図１】
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【国際調査報告】
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