JP7544544B2 - Planar Transformer - Google Patents
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Landscapes
- Coils Of Transformers For General Uses (AREA)
Description
本発明は、プレーナ型変圧器に関する。 The present invention relates to a planar transformer.
変圧器として、巻線が平面上の配線パターンにより形成されたプレーナ型変圧器が知られている。プレーナ型変圧器は、一般的な電線をコアの周りに巻いて形成するコイルを備える旧来の巻線型変圧器に比べ、小型化が可能であり、また、磁気結合が高く、発熱量も小さく、高い回路効率が得られるという利点がある。 A well-known type of transformer is a planar transformer, whose windings are formed from a wiring pattern on a plane. Compared to conventional wound transformers, which have coils formed by winding ordinary electric wire around a core, planar transformers have the advantages of being able to be made smaller, having high magnetic coupling, generating less heat, and achieving high circuit efficiency.
プレーナ型変圧器では、一次コイルと二次コイルの間の距離が近いため、高電圧での一次コイルと二次コイルの間の絶縁を確実に行う必要がある。一次コイルと二次コイルの間の樹脂モールドにボイドが生じると、そのボイドにおいてコロナ放電が生じることがある。また、コロナ放電は、二次コイル(高電圧側)から一次コイル(低電圧側)に放電するだけでなく、二次コイルからコアや固定具などの導電性物体に対しても生じることがある。 In planar transformers, the primary and secondary coils are close to each other, so it is necessary to ensure insulation between them at high voltages. If a void occurs in the resin mold between the primary and secondary coils, corona discharge can occur in the void. Corona discharge can occur not only from the secondary coil (high voltage side) to the primary coil (low voltage side), but also from the secondary coil to conductive objects such as the core and fixtures.
二次コイルからコアや固定具への放電が生じると、電力損失が大きくなると共に、絶縁膜の劣化が生じたり、又はコアにおける発熱量が大きくなったりするなどの不利益が生じる。このため、このような二次コイルからコアへの放電を効果的に抑制することが出来るプレーナ型変圧器が求められている。 When discharge occurs from the secondary coil to the core or fixture, it causes disadvantages such as increased power loss, deterioration of the insulating film, and increased heat generation in the core. For this reason, there is a demand for a planar transformer that can effectively suppress such discharge from the secondary coil to the core.
本発明は、二次コイルからコアや固定具への放電を効果的に抑制することができるプレーナ型変圧器を提供するものである。 The present invention provides a planar transformer that can effectively suppress discharge from the secondary coil to the core and fixture.
上記の課題を解決するため、本発明に係るプレーナ型変圧器は、複数の基板を絶縁層を挟んで積層して構成される多層基板と、前記複数の基板のうちの第1の基板に複数層に亘って形成された導電層を有し、電力を伝送する一次コイルとして機能する第1巻線パターンと、前記複数の基板のうちの第2の基板に複数層に亘って形成された導電層を有し、前記一次コイルとして機能する第2巻線パターンと、前記第1の基板と前記第2の基板との間に挟まれる第3の基板に複数層に亘って形成された導電層を有し、前記1次巻線パターンと2次巻線パターンから電力を受信する二次コイルとして機能する第3巻線パターンと、前記第1乃至第3巻線パターンの中心に配置されるコア材とを備える。前記第3巻線パターンは、多層基板に垂直な方向から見て前記第1巻線パターン及び前記第2巻線パターンに包含される大きさを有する。 In order to solve the above problems, the planar transformer according to the present invention includes a multi-layer substrate formed by stacking a plurality of substrates with insulating layers therebetween, a first winding pattern having a conductive layer formed over a plurality of layers on a first substrate among the plurality of substrates and functioning as a primary coil for transmitting electric power, a second winding pattern having a conductive layer formed over a plurality of layers on a second substrate among the plurality of substrates and functioning as the primary coil, a third winding pattern having a conductive layer formed over a plurality of layers on a third substrate sandwiched between the first substrate and the second substrate and functioning as a secondary coil for receiving electric power from the primary winding pattern and the secondary winding pattern, and a core material disposed at the center of the first to third winding patterns. The third winding pattern has a size that is encompassed by the first winding pattern and the second winding pattern when viewed perpendicularly to the multi-layer substrate.
この発明によれば、二次コイルとしての第3巻線パターンが、上下層において一次コイルとしての第1巻線パターン及び第2巻線パターンにより挟まれるように配置されると共に、第3巻線パターンが、多層基板に垂直な方向から見て第1巻線パターン及び前記第2巻線パターンに包含される大きさを有する。このため、二次コイルとしての第3巻線パターンからの放電は、コア材よりも一次コイルとしての第1及び第2巻線パターンに向かう傾向とすることができ、これにより、電力損失を抑制し、絶縁膜の劣化を防止し、発熱量を低減することができる。 According to this invention, the third winding pattern as a secondary coil is arranged so as to be sandwiched between the first and second winding patterns as primary coils in the upper and lower layers, and the third winding pattern has a size that is encompassed by the first and second winding patterns when viewed from a direction perpendicular to the multilayer substrate. Therefore, discharge from the third winding pattern as a secondary coil can be made to tend toward the first and second winding patterns as primary coils rather than the core material, thereby suppressing power loss, preventing deterioration of the insulating film, and reducing the amount of heat generated.
好適には、このプレーナ型変圧器において、第1巻線パターン及び前記第2巻線パターンの導電膜を分割するスリットを備え、当該スリットの位置は、複数層の1次巻線パターン又は複数層の2次巻線パターンの間で異なるようにすることができる。スリットの位置を互いに異ならせることにより、二次コイルとしての第3巻線パターンからコア材や固定具への放電が生じる虞を更に低減することができる。 Preferably, in this planar transformer, a slit is provided that divides the conductive film of the first winding pattern and the second winding pattern, and the position of the slit can be made different between the multiple layers of the primary winding pattern or the multiple layers of the secondary winding pattern. By making the positions of the slits different from each other, the risk of discharge from the third winding pattern as a secondary coil to the core material or the fixing device can be further reduced.
本発明によれば、二次コイルからコアや固定具への放電を効果的に抑制することのできるプレーナ型変圧器を提供することができる。 The present invention provides a planar transformer that can effectively suppress discharge from the secondary coil to the core and fixture.
以下、添付図面を参照して本実施形態について説明する。添付図面では、機能的に同じ要素は同じ番号で表示される場合もある。なお、添付図面は本開示の原理に則った実施形態と実装例を示しているが、これらは本開示の理解のためのものであり、決して本開示を限定的に解釈するために用いられるものではない。本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本開示の特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味においても限定するものではない。 Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to the attached drawings. In the attached drawings, functionally identical elements may be indicated by the same numbers. Note that the attached drawings show embodiments and implementation examples according to the principles of the present disclosure, but these are for understanding the present disclosure and are in no way used to interpret the present disclosure in a restrictive manner. The descriptions in this specification are merely typical examples and do not limit the scope or application examples of the present disclosure in any sense.
本実施形態では、当業者が本開示を実施するのに十分詳細にその説明がなされているが、他の実装・形態も可能で、本開示の技術的思想の範囲と精神を逸脱することなく構成・構造の変更や多様な要素の置き換えが可能であることを理解する必要がある。従って、以降の記述をこれに限定して解釈してはならない。 In this embodiment, the disclosure is described in sufficient detail for a person skilled in the art to implement the disclosure, but it should be understood that other implementations and forms are possible, and that changes to the configuration and structure and substitutions of various elements are possible without departing from the scope and spirit of the technical ideas of the disclosure. Therefore, the following description should not be interpreted as being limited to this.
[第1の実施の形態]
(全体構成)
図1を参照して、第1の実施の形態に係るプレーナ型変圧器の構成を説明する。このプレーナ型変圧器は、多層基板10と、第1コア材20と、第2コア材30と、モールド材40とを備えている。なお、図2は、プレーナ型変圧器の製造工程の概略を示している。
[First embodiment]
(Overall composition)
The structure of a planar transformer according to a first embodiment will be described with reference to Fig. 1. This planar transformer includes a multi-layer substrate 10, a first core material 20, a second core material 30, and a molding material 40. Fig. 2 shows an outline of the manufacturing process of the planar transformer.
多層基板10は、後述するように、それぞれ複数の導電層を含む複数の基板を、それらの間に層間絶縁層を挟んで構成される。複数の層に亘り形成された導電層は、後述するようにループ状に形成されて一次コイル及び二次コイルを構成する。多層基板10の表面には、一次コイル及び二次コイルに接続される端子T1及びT2が形成されている。一次コイルと二次コイルの中心を通るように、前述のコア材が配置される。 As described below, the multilayer substrate 10 is composed of multiple substrates, each of which includes multiple conductive layers, with an interlayer insulating layer sandwiched between them. The conductive layers formed across the multiple layers are formed into loops to form the primary coil and secondary coil, as described below. Terminals T1 and T2, which are connected to the primary coil and secondary coil, are formed on the surface of the multilayer substrate 10. The aforementioned core material is arranged so as to pass through the center of the primary coil and secondary coil.
多層基板10は、その中央付近に円形の貫通穴Hを有している(図2(a))。この貫通穴Hに、第2コア材30の突起部を通過させた後(図2(b))、第1コア材20により、多層基板10と第2コア材30の上方を覆う(図2(c))。第1コア材20と第2コア材30とによりコア材が形成される。その後、多層基板10、第1コア材20、及び第2コア材30は、モールド材40により封止される(図2(d))。第1コア材20及び第2コア材30は、一次コイルと二次コイルとの間で電力伝送が行われる場合において、一次コイルに流れる電流により発生した磁束の磁路となる。第1コア材20及び第2コア材30は、例えばマンガン亜鉛系フェライトなどの材料により構成され得る。 The multilayer substrate 10 has a circular through hole H near its center (FIG. 2(a)). After the protrusion of the second core material 30 passes through this through hole H (FIG. 2(b)), the first core material 20 covers the top of the multilayer substrate 10 and the second core material 30 (FIG. 2(c)). The first core material 20 and the second core material 30 form a core material. The multilayer substrate 10, the first core material 20, and the second core material 30 are then sealed with a molding material 40 (FIG. 2(d)). When power is transmitted between the primary coil and the secondary coil, the first core material 20 and the second core material 30 become a magnetic path for the magnetic flux generated by the current flowing through the primary coil. The first core material 20 and the second core material 30 can be made of a material such as manganese zinc ferrite.
(多層基板10の構成)
図3を参照して、第1の実施の形態のプレーナ型変圧器の多層基板10の断面構造を説明する。この多層基板10は、前述のように、複数の基板11、12、13と、それらの間に挟まれた層間絶縁層14、15を備えている。基板の数は、ここでは3枚であるが、この数は一例であって、この数に限定されるものではない。層間絶縁層14及び15は、例えばポリイミド等を材料として形成され得る。
(Configuration of multi-layer substrate 10)
The cross-sectional structure of the multilayer substrate 10 of the planar transformer of the first embodiment will be described with reference to Fig. 3. As described above, the multilayer substrate 10 includes a plurality of substrates 11, 12, and 13, and interlayer insulating layers 14 and 15 sandwiched therebetween. The number of substrates is three here, but this number is merely an example and is not limited to this number. The interlayer insulating layers 14 and 15 may be formed of a material such as polyimide.
層間絶縁層14及び15は、少なくとも導電層CLが形成されている領域の近傍において、平坦な界面を有し、積層方向において均一な厚さを有しているのが好適である。層間絶縁層14及び15の界面に凹凸があり、厚さが不均一であると、その凹凸の位置や不均一な厚さの部分において電界の集中が生じ、放電による熱の集中が生じ易い。また、層間絶縁層14及び15は、全体として誘電率が一定であるよう形成されるのが好適である。一部において誘電率が異なる誘電体が形成されていると、その部分において電界の集中が生じ易い。 It is preferable that the interlayer insulating layers 14 and 15 have a flat interface and a uniform thickness in the stacking direction, at least near the region where the conductive layer CL is formed. If the interfaces of the interlayer insulating layers 14 and 15 are uneven and the thickness is non-uniform, electric field concentration occurs at the positions of the unevenness and in the parts of the non-uniform thickness, and heat concentration due to discharge is likely to occur. It is also preferable that the interlayer insulating layers 14 and 15 are formed so that the dielectric constant is constant overall. If a dielectric with a different dielectric constant is formed in some parts, electric field concentration is likely to occur in those parts.
基板11~13の各々は、その内部に、複数の導電層CLを、絶縁層ILを挟んで積層させて構成される。導電層CLの各々は、絶縁層ILの上に数百μm程度の膜厚に堆積された銅(Cu)の薄膜(導電膜)を、略ループ状にパターニングして形成される。基板11及び13には、一次コイルとして機能する導電層CL1~3、CL10~CL12が形成され、基板11及び13に挟まれる基板12には、二次コイルとして機能する導電層CL4~9が形成される。導電層CL1~3により、一次コイルとして機能する第1巻線パターンが形成される。また、導電層CL10~12により、同様に一次コイルとして機能する第2巻線パターンが形成される。 Each of the substrates 11 to 13 is constructed by laminating multiple conductive layers CL with insulating layers IL sandwiched therebetween. Each conductive layer CL is formed by patterning a thin film (conductive film) of copper (Cu) deposited to a thickness of about several hundred μm on the insulating layer IL into a roughly loop shape. Conductive layers CL1 to 3 and CL10 to CL12 that function as primary coils are formed on the substrates 11 and 13, and conductive layers CL4 to CL9 that function as secondary coils are formed on the substrate 12 sandwiched between the substrates 11 and 13. The conductive layers CL1 to 3 form a first winding pattern that functions as a primary coil. The conductive layers CL10 to CL12 form a second winding pattern that similarly functions as a primary coil.
また、導電層CL4~9により、一次コイル(第1巻線パターン、第2巻線パターン)から電力を受信する二次コイルとして機能する第3巻線パターンが形成される。すなわち、このプレーナ型変圧器では、2つの一次コイル(第1巻線パターン及び第2巻線パターン)が、上下から二次コイル(第3巻線パターン)を挟むような形で形成される。なお、基板11~13に形成される導電層CLの数は、図示の例ではそれぞれ3(一次コイル)、6(二次コイル)、3(一次コイル)であるが、これは一例であり、特定の数には限定されない。 The conductive layers CL4-CL9 form a third winding pattern that functions as a secondary coil that receives power from the primary coil (first winding pattern, second winding pattern). That is, in this planar transformer, the two primary coils (first winding pattern and second winding pattern) are formed so as to sandwich the secondary coil (third winding pattern) from above and below. Note that the number of conductive layers CL formed on the substrates 11-13 is 3 (primary coil), 6 (secondary coil), and 3 (primary coil) respectively in the illustrated example, but this is just an example and is not limited to a specific number.
これらの導電層CL1~CL12は、基板11~13及び層間絶縁層14、15を貫通して形成されるビアコンタクトBCに接続されている。ビアコンタクトBCは、例えば導電層CL1~CL12に接触するように配設され、これにより隣接する導電層CLを接続して一次コイル又は二次コイルを形成する。ビアコンタクトBCの材料としては、アルミニウム(Al)、コバルト(Co)、タングステン(W)等を使用することができるが、これらには限定されるものではない。また、基板11~13の各々に含まれる導電層CLの数は、上記のものには限定されない。なお、直径の大きな単一又は少数のビアコンタクトBCを導電層CLに接続する代わりに、図4~図6に示すように、多数のビアコンタクトBCを格子状(マトリクス状)に、広域に配置することが好ましい。ここで格子状、又はマトリクス状とは、正方格子に限られず、縦方向にも横方向にも、複数配列されているものを広く含む意味で使用される。このようにするのは、直径の大きな単一又は少数のビアコンタクトBCを導電層CLに接続すると、その部分において電界が集中しやすいためである。 These conductive layers CL1 to CL12 are connected to via contacts BC formed through the substrates 11 to 13 and the interlayer insulating layers 14 and 15. The via contacts BC are arranged to contact the conductive layers CL1 to CL12, for example, thereby connecting adjacent conductive layers CL to form a primary coil or a secondary coil. The material of the via contacts BC can be aluminum (Al), cobalt (Co), tungsten (W), etc., but is not limited to these. The number of conductive layers CL included in each of the substrates 11 to 13 is not limited to the above. Instead of connecting a single or a small number of via contacts BC with a large diameter to the conductive layer CL, it is preferable to arrange a large number of via contacts BC in a lattice (matrix) over a wide area, as shown in Figures 4 to 6. Here, the lattice or matrix is not limited to a square lattice, but is used to broadly include a plurality of via contacts arranged vertically and horizontally. This is because when a single or a small number of via contacts BC with a large diameter are connected to the conductive layer CL, the electric field tends to concentrate in that area.
[導電層CLの構造]
図4~図6を参照して、導電層CL1~12の平面レイアウトの一例を説明する。図4に示すように、最上層の基板11に形成される導電層CL1~CL3は、ループ状の配線パターンを有し、その一部にコンタクトBCが接し、プレーナ型変圧器の一次コイルを形成する。基板11に存在する導電層CL1~CL3のループ配線部分(端子T1との接続のための引き出し部分を除いた部分)は、いずれもX方向の幅D1、Y方向の幅H1を有し、その中心に貫通穴Hに対応する開口AP1を有している。また、導電層CL1~CL3のループ配線部分は、配線幅W1以上で形成されている。
[Structure of Conductive Layer CL]
An example of a planar layout of the conductive layers CL1-12 will be described with reference to Figures 4 to 6. As shown in Figure 4, the conductive layers CL1-CL3 formed on the top substrate 11 have a loop-shaped wiring pattern, a part of which is in contact with the contact BC to form a primary coil of a planar transformer. The loop wiring parts of the conductive layers CL1-CL3 present on the substrate 11 (parts excluding the lead-out part for connection to the terminal T1) each have a width D1 in the X direction and a width H1 in the Y direction, and have an opening AP1 corresponding to the through hole H at their center. In addition, the loop wiring parts of the conductive layers CL1-CL3 are formed with a wiring width W1 or more.
また、導電層CL1~CL3は、ループ状の配線パターンを分割するスリットSL1~SL3を備えている。このスリットSL1~SL3は、いずれも平面方向の異なる位置に形成されている。ここで、「異なる位置に形成」との表現は、上下方向で隣接するスリットSL1~SL3が交差するのみで、スリットSL1~SL3が、その幅方向よりも十分に長い距離に亘って平面方向で一致することが無い、という意味において使用される。 The conductive layers CL1 to CL3 also have slits SL1 to SL3 that divide the loop-shaped wiring pattern. These slits SL1 to SL3 are all formed at different positions in the planar direction. Here, the expression "formed at different positions" is used to mean that the slits SL1 to SL3 adjacent to each other in the vertical direction only cross each other, and the slits SL1 to SL3 do not coincide in the planar direction over a distance that is sufficiently longer than their width direction.
また、図5に示すように、最下層の基板13に形成される導電層CL10~CL12は、同様にループ状の配線パターンを有し、その一部にコンタクトBCが接し、変圧器の一次コイルを形成する。基板13に存在する導電層CL10~CL12のループ配線部分(端子T1との接続のための引き出し部分を除いた部分)は、いずれもX方向の幅D2、Y方向の幅H2を有し、その中心に貫通穴Hに対応する開口AP2を有している。また、導電層CL1~3と同様に、導電層CL10~CL12は、ループ状の配線パターンを分断するスリットSL10~SL12を備えている。このスリットSL10~SL12は、いずれも平面方向の異なる位置に形成されている。また、導電層CL10~CL12のループ配線部分は、配線幅W2以上で形成されている。 As shown in FIG. 5, the conductive layers CL10-CL12 formed on the bottom substrate 13 also have a loop-shaped wiring pattern, with a contact BC in contact with a part of the pattern to form the primary coil of the transformer. The loop wiring portions of the conductive layers CL10-CL12 on the substrate 13 (excluding the portion drawn out for connection to the terminal T1) each have a width D2 in the X direction and a width H2 in the Y direction, and have an opening AP2 in the center corresponding to the through hole H. Similarly to the conductive layers CL1-3, the conductive layers CL10-CL12 each have a slit SL10-SL12 that divides the loop-shaped wiring pattern. These slits SL10-SL12 are all formed at different positions in the planar direction. The loop wiring portions of the conductive layers CL10-CL12 are formed with a wiring width W2 or more.
図6に示すように、中間の基板12に形成される導電層CL4~CL9は、ループ状の配線パターンをその一部にコンタクトBCが接し、変圧器の二次コイルを形成する。基板12に存在する導電層CL4~CL9のパターンは、ループ配線部分(引き出し線DL6、DL7は除く)において、X方向の幅D3、Y方向の幅H3を有している。また、導電層CL4~9のパターンは、その中心に貫通穴Hに対応する開口AP3を有している。 As shown in FIG. 6, the conductive layers CL4-CL9 formed on the intermediate substrate 12 have a loop-shaped wiring pattern with contacts BC in contact with part of it, forming the secondary coil of the transformer. The pattern of the conductive layers CL4-CL9 present on the substrate 12 has a width D3 in the X direction and a width H3 in the Y direction in the loop wiring portion (excluding the leads DL6 and DL7). In addition, the pattern of the conductive layers CL4-9 has an opening AP3 in its center that corresponds to the through hole H.
幅D3は、導電層CL1~CL3の幅D1、及び導電層CL10~CL12の幅D2よりも小さい(D1>D3、D2>D3)。また、幅H3も、導電層CL1~CL3の幅H1、及び導電層CL10~CL12の幅H2よりも小さい(H1>H3、H2>H3)。すなわち、図7に示すように、導電層CL4~CL9は、多層基板10の主平面に垂直な方向から見て、導電層CL1~CL3、及び導電層CL10~CL12に包含されるように配置されている(導電層CL6、CL7の引き出し線パターンDL6、DL7(図7では図示を省略)の部分を除く)。また、導電層CL4~CL9のループ配線部分は、配線幅W3以下で形成されている。この配線幅W3は、前述の配線幅W1及びW2よりも小さい値である(W1>W3、W2>W3)。 The width D3 is smaller than the width D1 of the conductive layers CL1-CL3 and the width D2 of the conductive layers CL10-CL12 (D1>D3, D2>D3). The width H3 is also smaller than the width H1 of the conductive layers CL1-CL3 and the width H2 of the conductive layers CL10-CL12 (H1>H3, H2>H3). That is, as shown in FIG. 7, the conductive layers CL4-CL9 are arranged so as to be included in the conductive layers CL1-CL3 and the conductive layers CL10-CL12 when viewed in a direction perpendicular to the main plane of the multilayer substrate 10 (excluding the lead line patterns DL6, DL7 (not shown in FIG. 7) of the conductive layers CL6, CL7). The loop wiring portion of the conductive layers CL4-CL9 is formed with a wiring width W3 or less. This wiring width W3 is smaller than the wiring widths W1 and W2 mentioned above (W1>W3, W2>W3).
このように、本実施の形態では、二次コイルを構成する導電層CL4~CL9が、一次コイルを構成する導電層CL1~CL3、CL10~CL12により上下方向から挟まれている。更に、導電層CL4~CL9が、多層基板10に垂直な方向から見て、導電層CL1~CL3、CL10~CLに包含されるような大きさを与えられている。これにより、二次コイルの高電圧に基づくコロナ放電は、コアや他の固定材には向かわず、一次コイルに主に到達させることができる。更に、導電層CL1~CL3に形成されているスリットSL1~3は、平面方向の異なる位置に配置されており、このため、二次コイルからの放電が一次コイルを通過してコア材や他の固定部材に到達することが防止される。また、導電層CL10~CL12に形成されているスリットSL10~12は、平面方向の異なる位置に配置されており、このため、二次コイルからの放電が一次コイルを通過してコア材や他の固定部材に到達することが防止される。 In this manner, in this embodiment, the conductive layers CL4 to CL9 constituting the secondary coil are sandwiched vertically between the conductive layers CL1 to CL3 and CL10 to CL12 constituting the primary coil. Furthermore, the conductive layers CL4 to CL9 are given a size such that they are included in the conductive layers CL1 to CL3 and CL10 to CL when viewed from a direction perpendicular to the multilayer substrate 10. This allows the corona discharge based on the high voltage of the secondary coil to reach mainly the primary coil, rather than toward the core or other fixed materials. Furthermore, the slits SL1 to SL3 formed in the conductive layers CL1 to CL3 are arranged at different positions in the planar direction, which prevents the discharge from the secondary coil from passing through the primary coil and reaching the core material or other fixed materials. Furthermore, the slits SL10 to SL12 formed in the conductive layers CL10 to CL12 are arranged at different positions in the planar direction, which prevents the discharge from the secondary coil from passing through the primary coil and reaching the core material or other fixed materials.
図8は、第1の実施の形態の効果を説明するための温度分布図である。図8は、多層基板10の温度分布を示す温度分布図(ヒートマップ)である。図8(a)及び図8(c)は、それぞれ第1比較例、第2比較例に係るプレーナ型変圧器での温度分布を示しており、図8(b)が第1の実施の形態のプレーナ型変圧器における温度分布を示している。図8(a)の第1比較例は、第1の実施の形態と同様に、二次コイルが上下において一次コイルに挟まれる構造を有しているが、二次コイルの大きさが一次コイルと略同一である。図8(c)の第2比較例は、一次コイルと二次コイルがそれぞれ1枚の基板に配置されており、二次コイルは一次コイルによって挟まれていない。 Figure 8 is a temperature distribution diagram for explaining the effect of the first embodiment. Figure 8 is a temperature distribution diagram (heat map) showing the temperature distribution of the multilayer substrate 10. Figures 8(a) and 8(c) show the temperature distribution in the planar transformers of the first and second comparative examples, respectively, and Figure 8(b) shows the temperature distribution in the planar transformer of the first embodiment. The first comparative example of Figure 8(a) has a structure in which the secondary coil is sandwiched between the primary coils on the top and bottom, as in the first embodiment, but the size of the secondary coil is approximately the same as that of the primary coil. In the second comparative example of Figure 8(c), the primary coil and secondary coil are each arranged on one substrate, and the secondary coil is not sandwiched between the primary coils.
図8(b)から明らかなように、第1の実施の形態の構造では、高熱が発生するのは一次コイル又は二次コイルを構成する導電層と、その極近傍に限られる。コア材や、その他の固定材では、高熱は殆ど発生していない。一方、図8(a)、図8(c)から、第1比較例、及び第2比較例では、導電層とその近傍以外の領域(例えばコア材や、その他の固定材)でも高熱が発生していることが分かる。特に、第2比較例(図8(c))では、その傾向が顕著である。このような高熱の発生は、絶縁膜の劣化や、回路効率の低下などの原因となり得る。 As is clear from FIG. 8(b), in the structure of the first embodiment, high heat is generated only in the conductive layer constituting the primary coil or secondary coil and in its immediate vicinity. Almost no high heat is generated in the core material or other fixing materials. On the other hand, from FIG. 8(a) and FIG. 8(c), it can be seen that in the first comparative example and the second comparative example, high heat is also generated in areas other than the conductive layer and its vicinity (e.g., the core material and other fixing materials). This tendency is particularly noticeable in the second comparative example (FIG. 8(c)). Such generation of high heat can cause deterioration of the insulating film and a decrease in circuit efficiency.
[効果]
以上説明したように、本実施の形態によれば、多層基板の複数の基板において、複数の導電層からなる二次コイルが、その上下において、複数の導電層からなる一次コイルには挟まれると共に、その大きさが一次コイルよりも小さくされている。このため、高電圧を与えられた二次コイルからの放電の多くは一次コイルに向かい、コア材や他の固定部材には向かわない。これにより、二次コイルからコアや固定具への放電を効果的に抑制し、電力損失が小さく、絶縁膜の劣化や、発熱量の増大を抑制することができるプレーナ型変圧器を提供することができる。
[effect]
As described above, according to this embodiment, in the multiple boards of the multilayer board, the secondary coil made of multiple conductive layers is sandwiched between the primary coils made of multiple conductive layers on the top and bottom, and is smaller in size than the primary coil. Therefore, most of the discharge from the secondary coil to which a high voltage is applied is directed toward the primary coil, and not toward the core material or other fixing members. This makes it possible to provide a planar transformer that effectively suppresses discharge from the secondary coil to the core or fixing members, reduces power loss, and suppresses deterioration of the insulating film and increases in heat generation.
[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態に係るプレーナ型変圧器を、図9を参照して説明する。第2の実施の形態のプレーナ型変圧器の全体構成は、第1の実施の形態(図1及び図2)と同様でよい。また、多層基板10の断面構造も、第1の実施の形態と同様でよい。この第2の実施の形態では、各基板11~13に形成される導電層CLが、第1の実施の形態とは異なり、円形ではなく、Y軸方向に長い略矩形形状を有している点で、第1の実施の形態と異なっている。この構造によっても、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
[Second embodiment]
Next, a planar transformer according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 9. The overall configuration of the planar transformer of the second embodiment may be the same as that of the first embodiment (FIGS. 1 and 2). The cross-sectional structure of the multilayer substrate 10 may also be the same as that of the first embodiment. The second embodiment differs from the first embodiment in that the conductive layers CL formed on each substrate 11-13 are not circular, but have a substantially rectangular shape that is long in the Y-axis direction, unlike the first embodiment. This structure also provides the same effects as the first embodiment.
本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modified examples. For example, the above-described embodiments have been described in detail to clearly explain the present invention, and are not necessarily limited to those having all of the configurations described. It is also possible to replace part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. It is also possible to add, delete, or replace part of the configuration of each embodiment with other configurations.
10…多層基板
11~13…基板
14、15…層間絶縁層
20…第1コア材
30…第2コア材
40…モールド材
AP1~3…開口
BC…ビアコンタクト
CL1~CL12…導電層、
SL1~3、SL10~12…スリット
10... multilayer substrate 11-13... substrate 14, 15... interlayer insulating layer 20... first core material 30... second core material 40... molding material AP1-3... opening BC... via contacts CL1-CL12... conductive layer,
SL1-3, SL10-12...Slit
Claims (5)
前記多層基板は、第1の一次コイルを有する第1基板部と、第2の一次コイルを有する第2基板部と、二次コイルを有する第3基板部と、第1層間絶縁層と、第2層間絶縁層とを備えており、
前記第1基板部は、前記多層基板の表面側に設けられており、複数層に亘って形成された導電層によって電力を伝送する一次コイルとして機能する第1巻線パターンが形成されているとともに、前記コア材が貫通できる貫通穴が形成されており、
前記第2基板部は、前記多層基板の表面とは反対側の裏面側に設けられており、且つ、複数層に亘って形成された導電層によって電力を伝送する一次コイルとして機能する第2巻線パターンが形成されているとともに、前記コア材が貫通できる貫通穴が形成されており、
前記第3基板部は、前記第1基板部と前記第2基板部との間に設けられており、且つ、複数層に亘って形成された導電層によって前記第1巻線パターン及び前記第2巻線パターンから電力を受信する二次コイルとして機能する第3巻線パターンが形成されているとともに、前記コア材が貫通できる貫通穴が形成されており、
前記第1層間絶縁層は、前記第1基板部と前記第3基板部との間に設けられており、且つ、前記コア材が貫通できる貫通穴が形成されており、
前記第2層間絶縁層は、前記第3基板部と前記第2基板部との間に設けられており、且つ、前記コア材が貫通できる貫通穴が形成されており、
前記第3巻線パターンは、前記多層基板の主平面に垂直な方向から見て前記第1巻線パターン及び前記第2巻線パターンに包含される大きさを有する
ことを特徴とするプレーナ型変圧器。 A planar transformer including a multi-layer substrate having a low-voltage primary coil and a high-voltage secondary coil , and a core material penetrating the multi-layer substrate,
the multilayer substrate includes a first substrate portion having a first primary coil, a second substrate portion having a second primary coil, a third substrate portion having a secondary coil, a first interlayer insulating layer, and a second interlayer insulating layer;
the first substrate portion is provided on a front surface side of the multilayer substrate, and has a first winding pattern formed thereon that functions as a primary coil for transmitting electric power by conductive layers formed across a plurality of layers, and has a through hole through which the core material can pass;
the second substrate portion is provided on a back surface side opposite to the front surface side of the multilayer substrate, and has a second winding pattern formed thereon that functions as a primary coil for transmitting electric power by conductive layers formed across a plurality of layers, and has a through hole through which the core material can pass;
the third substrate portion is provided between the first substrate portion and the second substrate portion, and has a third winding pattern formed by a conductive layer formed across a plurality of layers, the third winding pattern functioning as a secondary coil that receives power from the first winding pattern and the second winding pattern, and has a through hole through which the core material can pass;
the first interlayer insulating layer is provided between the first substrate portion and the third substrate portion, and has a through hole through which the core material can pass;
the second interlayer insulating layer is provided between the third substrate portion and the second substrate portion, and has a through hole through which the core material can pass;
a third winding pattern having a size that is encompassed by the first winding pattern and the second winding pattern when viewed in a direction perpendicular to a main plane of the multilayer substrate;
前記スリットの位置は、複数層の前記第1巻線パターン又は複数層の前記第2巻線パターンの間で異なっている、請求項1に記載のプレーナ型変圧器。 each of the first winding pattern and the second winding pattern includes a slit that divides a wiring pattern ;
2. The planar transformer according to claim 1, wherein the positions of the slits are different among the first winding patterns in the multiple layers or the second winding patterns in the multiple layers.
前記ビアコンタクトは、前記導電層に対しマトリクス状に配置されて接続される、請求項1に記載のプレーナ型変圧器。 the first winding pattern, the second winding pattern, and the third winding pattern each include a via contact that connects the conductive layer formed across a plurality of layers;
The planar transformer according to claim 1 , wherein the via contacts are arranged in a matrix and connected to the conductive layers.
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