JP2013149821A - Injection molded board and manufacturing method of injection molded board - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は自動車等に用いられるＤＣ−ＤＣコンバータ等の射出成型基板等に関するものである。 The present invention relates to an injection-molded substrate such as a DC-DC converter used in an automobile or the like.
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コイル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が、高電圧・大電流が負荷されるため、それぞれのパーツを別々に製造後、それらが接続されて用いられている（特許文献１）。 DC-DC converters used in automobiles are composed of multiple components such as transformer coils for voltage conversion and choke coils for smoothing, but they are loaded with high voltage and large current. They are used after being manufactured (Patent Document 1).
また、ＤＣ−ＤＣコンバータにも使用可能な基板であって、複数の回路素材を形成し、回路素材同士の所定部位を接合して、複数層構造の回路導体を形成し、回路導体の表面または回路導体の層間に対して樹脂を射出成型することで形成される基板がある（特許文献２）。 Further, the substrate can be used for a DC-DC converter, and a plurality of circuit materials are formed, and predetermined portions of the circuit materials are joined together to form a circuit conductor having a multi-layer structure. There is a substrate formed by injection molding a resin between layers of a circuit conductor (Patent Document 2).
しかし、特許文献１のような構成は、多数の部品を接続して構成されるため、装置の大型化を招く。このため、よりコンパクトなＤＣ−ＤＣコンバータが要求されている。
However, since the configuration as in
一方、特許文献２の方法では、プレス加工で形成される回路素材を用いることで、ＤＣ−ＤＣコンバータのような大電流にも耐えることが可能であり、セラミックコンデンサ等の小型の電子部品を一体で搭載することが可能な射出成型基板を得ることが可能である。また、電子部品等をネジなどで固定する必要がないため、部品点数を削減することができる。したがって、部品点数の削減による軽量化の効果を得ることができる。
On the other hand, in the method of
しかし、このような射出成型基板の回路導体は、一般的な基板の導体部のような銅箔ではなく、厚銅をプレス加工することによって成型される。したがって、軽量化の妨げとなる。また、用いられる銅板の厚みを薄くすると、射出成型時の圧力によって、変形する恐れがある。このため、位置ずれや短絡の恐れがある。 However, the circuit conductor of such an injection-molded substrate is molded by pressing thick copper instead of a copper foil like a conductor portion of a general substrate. Therefore, it becomes a hindrance to weight reduction. Moreover, if the thickness of the copper plate used is made thin, there is a risk of deformation due to pressure during injection molding. For this reason, there exists a possibility of a position shift and a short circuit.
これに対し、より軽量な金属（例えばアルミニウム）を用いれば、軽量化は達成することができるが、銅と比較して導電率が低いため、熱損失が増加する。熱損失の増加を抑制するために、厚いアルミニウム板を用いれば、結果的に軽量化および小型化の妨げとなる。 On the other hand, if a lighter metal (for example, aluminum) is used, weight reduction can be achieved, but heat loss is increased because conductivity is lower than copper. If a thick aluminum plate is used in order to suppress an increase in heat loss, the result is an obstacle to weight reduction and size reduction.
特に、導体に交流電流を流すと、当該導体は表皮効果の影響を受ける。表皮効果とは、高周波電流が導体を流れる際、導体の表面において電流密度が高くなり、表面から離れると電流密度が低くなる現象である。すなわち、例えばコイルに対して高周波交流電流を流すと、コイルを構成する回路導体の表面に電流が集中することとなる。 In particular, when an alternating current is passed through a conductor, the conductor is affected by the skin effect. The skin effect is a phenomenon in which when a high-frequency current flows through a conductor, the current density increases on the surface of the conductor, and the current density decreases as the distance from the surface increases. That is, for example, when a high-frequency alternating current is applied to the coil, the current is concentrated on the surface of the circuit conductor constituting the coil.
また、導体同士を対向させるように配置されるコイルでは、さらに近接効果をも加わるため、例えば互いに対向して配置される一次コイルおよび二次コイルの互いの対向面（特に互いの対向面における角部）に電流が集中する。したがって、この部位における熱損失が特に大きくなる。 In addition, in the coil arranged so that the conductors are opposed to each other, a proximity effect is further added. Therefore, for example, the primary coil and the secondary coil arranged so as to face each other are opposed to each other (especially, angles on the mutually opposed surfaces). Current). Therefore, the heat loss at this portion is particularly large.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、大電流にも使用可能であって、軽量であり、特にコイル部における熱損失も小さく、製造性にも優れた射出成型基板を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and can be used for a large current, is lightweight, particularly has a small heat loss in a coil portion, and provides an injection-molded substrate excellent in manufacturability. The purpose is to do.
前述した目的を達するために第１の発明は、複数の回路導体の表面に対して樹脂が射出成型された射出成型基板であって、前記射出成型基板は、コイル部を有し、前記コイル部において、１次コイル側の第１の回路導体と、２次コイル側の第２の回路導体とが、対向して配置され、前記第１の回路導体および前記第２の回路導体の互いの対向面側の少なくとも一部が、第１の金属で構成され、それぞれの残部が主に第２の金属で構成され、前記第１の金属の導電率が、前記第２の金属の導電率よりも高く、前記第２の金属の比重が、前記第１の金属の比重よりも小さいことを特徴とする射出成型基板である。 In order to achieve the above-described object, the first invention is an injection-molded substrate in which a resin is injection-molded on the surfaces of a plurality of circuit conductors, and the injection-molded substrate has a coil portion, and the coil portion The first circuit conductor on the primary coil side and the second circuit conductor on the secondary coil side are disposed to face each other, and the first circuit conductor and the second circuit conductor are opposed to each other. At least a part of the surface side is made of the first metal, and the remaining portions are mainly made of the second metal, and the conductivity of the first metal is higher than the conductivity of the second metal. The injection molded substrate is characterized in that it is high and the specific gravity of the second metal is smaller than the specific gravity of the first metal.
ここで、残部が主に第２の金属で構成されるとは、第２の金属の他に、第１の金属と第２の金属との間に形成される金属間化合物層や、必要に応じて用いられる接着部材（半田や導電性接着剤）など、実質的に回路導体全体としての強度や重量に大きな影響を及ぼさない範囲で含まれる他の材料をも含むことを許容するものである。 Here, the remainder is mainly composed of the second metal, in addition to the second metal, an intermetallic compound layer formed between the first metal and the second metal, It is allowed to include other materials contained within a range that does not substantially affect the strength and weight of the entire circuit conductor, such as an adhesive member (solder or conductive adhesive) used accordingly. .
前記第１の回路導体または前記第２の回路導体の少なくとも一方において、前記第１の金属が、前記第１の回路導体および前記第２の回路導体の互いの対向面側に層状に設けられてもよい。 In at least one of the first circuit conductor and the second circuit conductor, the first metal is provided in a layered manner on the opposing surface sides of the first circuit conductor and the second circuit conductor. Also good.
前記第１の回路導体または前記第２の回路導体の少なくとも一方において、前記第１の金属は、前記第２の金属の外周面に形成されるめっき層であってもよい。 In at least one of the first circuit conductor and the second circuit conductor, the first metal may be a plating layer formed on an outer peripheral surface of the second metal.
前記第１の金属は、銅または銅合金であり、前記第２の金属は、アルミニウムまたはアルミニウム合金であることが望ましい。 The first metal is preferably copper or a copper alloy, and the second metal is preferably aluminum or an aluminum alloy.
前記コイル部において、前記第１の回路導体と前記第２の回路導体との間には、絶縁部材が挟み込まれてもよい。 In the coil portion, an insulating member may be sandwiched between the first circuit conductor and the second circuit conductor.
第１の発明によれば、回路導体の厚さが厚いため、射出成型の圧力に耐え得る構造を得ることができる。また、射出成型基板に形成されるコイル部において、第１の回路導体と第２の回路導体とを隙間をあけて対向させることで、トランスコイルを構成することができる。 According to the first invention, since the circuit conductor is thick, a structure capable of withstanding the pressure of injection molding can be obtained. Moreover, a transformer coil can be comprised by making a 1st circuit conductor and a 2nd circuit conductor oppose with a clearance gap in the coil part formed in an injection molding board | substrate.
本発明では、それぞれの回路導体の互いの対向面側に、導電率の高い第１の金属が配置される。すなわち、電流が集中する部位に、導電率の高い金属が配置される。したがって、この部位における熱損失を抑制することができる。 In the present invention, the first metal having a high electrical conductivity is disposed on the side of each circuit conductor facing each other. That is, a metal having high conductivity is disposed at a portion where current is concentrated. Therefore, heat loss at this portion can be suppressed.
また、一次コイルおよび二次コイルの互いの電流集中の生じにくい他の部位には、比重の小さな第２の金属を配置することで、全体を第１の金属で構成する場合と比較して、軽量化を達成することができる。また、第１の金属を薄くする場合と比較して、より高い強度を確保することができる。 In addition, by arranging the second metal having a small specific gravity in the other part where the current concentration of the primary coil and the secondary coil is less likely to occur, compared to the case where the whole is composed of the first metal, Weight reduction can be achieved. Further, higher strength can be ensured as compared with the case where the first metal is thinned.
なお、このような第１の金属および第２の金属の配置としては、互いの対向面側に第１の金属を層状に配置し、その後方側に第２の金属が来るようにすればよい。また、第２の金属の外周面にめっきによって第１の金属を配置してもよい。いずれにしても、電流集中の生じる部位に第１の金属を配置できればよい。 In addition, as such arrangement | positioning of a 1st metal and a 2nd metal, what is necessary is just to arrange | position a 1st metal to a mutually opposing surface side in layers, and to make it come to the 2nd metal in the back side. . Moreover, you may arrange | position a 1st metal to the outer peripheral surface of a 2nd metal by plating. In any case, it suffices if the first metal can be disposed at a site where current concentration occurs.
このような、第１の金属および第２の金属としては、導電率の高い第１の金属を銅または銅合金とし、比重の小さな第２の金属をアルミニウムまたはアルミニウム合金とすればよい。また、さらに、一次コイルと二次コイルとの間の距離を一定に保つために、それらの間に、絶縁部材を挟み込んでもよい。 As such a first metal and a second metal, the first metal having high conductivity may be copper or a copper alloy, and the second metal having a small specific gravity may be aluminum or an aluminum alloy. Furthermore, in order to keep the distance between the primary coil and the secondary coil constant, an insulating member may be sandwiched between them.
第２の発明は、コイル部を有する射出成型基板の製造方法であって、表面の一部が第１の金属で構成され、残部が、主に、前記第１の金属の導電率よりも低く、かつ、前記第１の金属の比重よりも小さい第２の金属で構成される第１の回路導体および第２の回路導体を用い、前記第１の回路導体と前記第２の回路導体の、それぞれの前記第１の金属が形成される側を対向させて、互いに隙間をあけて配置し、前記第１の回路導体および前記第２の回路導体に対して樹脂を射出して、前記第１の回路導体および前記第２の回路導体でコイル部を形成することを特徴とする射出成型基板の製造方法である。 A second invention is a method of manufacturing an injection-molded substrate having a coil portion, wherein a part of the surface is composed of a first metal, and the remaining portion is mainly lower than the conductivity of the first metal. And using a first circuit conductor and a second circuit conductor made of a second metal smaller than the specific gravity of the first metal, the first circuit conductor and the second circuit conductor, The first metal conductors are formed to face each other and are spaced from each other, and a resin is injected into the first circuit conductor and the second circuit conductor. A coil portion is formed of the circuit conductor and the second circuit conductor.
前記第１の回路導体と前記第２の回路導体の間に、あらかじめ絶縁部材を挿入した後、前記第１の回路導体および前記第２の回路導体に対して樹脂を射出して、前記第１の回路導体および前記第２の回路導体でコイル部を形成してもよい。 After an insulating member is inserted in advance between the first circuit conductor and the second circuit conductor, a resin is injected into the first circuit conductor and the second circuit conductor, and the first circuit conductor is injected into the first circuit conductor. The coil portion may be formed by the circuit conductor and the second circuit conductor.
第２の発明によれば、軽量であり、コイルにおける熱損失を抑制することが可能な射出成型基板を得ることができる。また、それぞれの回路導体は全体として十分な強度を有するため、射出時の変形を抑制することができる。さらに、第１の回路導体と第２の回路導体との間にあらかじめ絶縁部材を設けることで、製造時に各回路導体が変形し、それぞれの回路導体同士の隙間が変化することをより確実に防止することができる。また回路導体同士の隙間が小さい場合に、樹脂の充填不足を回避する上でもあらかじめ薄い絶縁部材を用いることが有効である。 According to the second invention, it is possible to obtain an injection molded substrate that is lightweight and capable of suppressing heat loss in the coil. Moreover, since each circuit conductor has sufficient strength as a whole, deformation at the time of injection can be suppressed. Furthermore, by providing an insulating member in advance between the first circuit conductor and the second circuit conductor, it is possible to more reliably prevent each circuit conductor from being deformed during manufacturing and changing the gap between the circuit conductors. can do. In addition, when the gap between the circuit conductors is small, it is effective to use a thin insulating member in advance in order to avoid insufficient filling of the resin.
本発明によれば、大電流にも使用可能であって、軽量であり、特にコイル部における熱損失も小さく、製造性にも優れた射出成型基板を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an injection-molded substrate that can be used for a large current, is lightweight, particularly has a small heat loss in the coil portion, and is excellent in manufacturability.
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、図２は、基板１を示す図であり、図１（ａ）は分解斜視図、図１（ｂ）は組立斜視図、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、内部の各回路導体が樹脂９によって被覆された射出成型基板１７に、電子部品等が搭載されたものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 are views showing a
基板１（射出成型基板１７）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、電子部品１３は、基板１に露出する内部の回路導体に対し電気的に接続される。同様に、プリント基板搭載部１１は、プリント基板を搭載する部位であり、プリント基板１５は、内部の回路導体と電気的に接続される。
The transformer 3 provided on the substrate 1 (injection molded substrate 17) is a voltage conversion coil, and the current input from the outside is stepped down by the transformer 3, and the stepped-down current is smoothed by the choke coil 5 to the outside. Output. The electronic component mounting part 7 is a part for mounting an electronic component or the like, and the electronic component 13 is electrically connected to an internal circuit conductor exposed on the
図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。基板１は、内部に複数の回路導体１９ａ、１９ｂ、・・・、１９ｇ等が配置され、それぞれ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、各回路導体の形状については、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、各回路導体の形状及び配置、また、これと接続される各電子部品等が設定すればよい。このように各回路導体が適切に組み立てられた状態で、周囲に樹脂９が射出されて射出成型基板１７が形成される。
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. A plurality of circuit conductors 19a, 19b,..., 19g, and the like are disposed inside the
なお、本発明の基板としては、図示したような、トランス３、チョークコイル５を有するＤＣ−ＤＣコンバータに限られず、コイル部を有する基板に対しては、当然に適用可能である。すなわち、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。 The substrate of the present invention is not limited to the DC-DC converter having the transformer 3 and the choke coil 5 as shown in the drawing, and can naturally be applied to a substrate having a coil portion. That is, the arrangement and shape are not limited to those shown in the figure, and it goes without saying that other components and the like can be appropriately mounted, and the arrangement and shape can be appropriately changed.
次に、基板１の製造方法について詳細を説明する。まず、図４に示すように、必要な回路導体１９ａ〜１９ｈ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、メッキ粗化等により回路素材表面を粗面化してもよい。なお、コイルを構成する回路導体１９ａ、１９ｂ等については詳細を後述する。
Next, details of the manufacturing method of the
次に、図５に示すように、複数の回路導体同士を溶接、または絶縁部材等を介して接合して回路導体を組み立てる。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。得られた回路導体を所定位置にピン等で射出成型金型に固定し、樹脂を射出して射出成型を行う。この際、必要な導体露出部以外の部位が樹脂９により被覆され、また、回路素材同士の層間等にも樹脂が射出される。このようにして射出成型基板１７が形成される。 Next, as shown in FIG. 5, the circuit conductors are assembled by welding a plurality of circuit conductors or joining them via an insulating member or the like. The circuit conductor may be formed not only in a plane but also in a plurality of layers. The obtained circuit conductor is fixed at a predetermined position to the injection mold with a pin or the like, and resin is injected to perform injection molding. At this time, portions other than the necessary conductor exposed portions are covered with the resin 9, and the resin is also injected into the interlayer between the circuit materials. In this way, the injection molded substrate 17 is formed.
なお、回路導体１９ａ、１９ｂや、回路導体１９ｄ〜１９ｆのように、互いに離隔して配置される部材同士の間には、射出前にあらかじめ絶縁部材を挟み込んでもよい。このようにすることで、射出時における回路導体の変形等を防止することができ、互いの隙間が変化することを防止することができる。 Note that an insulating member may be sandwiched in advance between members that are spaced apart from each other, such as the circuit conductors 19a and 19b and the circuit conductors 19d to 19f. By doing in this way, a deformation | transformation etc. of the circuit conductor at the time of injection | emission can be prevented, and it can prevent that a mutual clearance gap changes.
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。 The resin 9 is only required to be insulative and injection-moldable. For example, liquid crystal polymer, polyphenylene sulfide, polybutylene terephthalate, polyethersulfone, polyetheretherketone, polyphthalamide and the like can be used.
次に、電子部品搭載部７に電子部品１３を搭載し、電気的に接続する。同様に、プリント基板搭載部１１には、プリント基板１５を搭載し、電気的に接続する。それぞれの電気的な接続は、例えば半田、ワイヤーボンディング等を用いればよい。 Next, the electronic component 13 is mounted on the electronic component mounting portion 7 and electrically connected. Similarly, a printed circuit board 15 is mounted on the printed circuit board mounting unit 11 and electrically connected thereto. For each electrical connection, for example, solder, wire bonding or the like may be used.
次に、本発明の基板１のコイル部の構成を説明する。図６は、図３のＢ部拡大図における、電流分布を示す概念図である。なお、以下の説明では、コイル部としてトランス３の例を示すが、他のコイルであっても本発明は適用可能である。第１の回路導体である回路導体１９ａと第２の回路導体である回路導体１９ｂは、それぞれ隙間をあけて対向して配置される。すなわち、回路導体１９ａ、１９ｂは、一次コイルおよび二次コイルを形成する。
Next, the structure of the coil part of the board |
このような状態で、一方の回路導体に交流電流を流すと、電磁誘導により他方の回路導体に電圧が誘起される。この際、コイルに対して高周波交流電流を流すと、表皮効果の影響を受け、コイルを構成する回路導体１９ａ、１９ｂの表面に電流が集中する。また、さらに近接効果をも加わるため、互いに対向して配置される一次コイルおよび二次コイルの互いの対向面の特に角部（図中Ｃ部およびＤ部）に電流が集中する。したがって、この部位における熱損失が大きくなる。 When an alternating current is passed through one circuit conductor in such a state, a voltage is induced in the other circuit conductor by electromagnetic induction. At this time, when a high-frequency alternating current is applied to the coil, the current is concentrated on the surfaces of the circuit conductors 19a and 19b constituting the coil due to the influence of the skin effect. In addition, since a proximity effect is also added, current concentrates particularly on corner portions (C portion and D portion in the figure) of the opposing surfaces of the primary coil and the secondary coil that are arranged to face each other. Therefore, the heat loss at this portion increases.
これに対し、本発明は回路導体１９ａ、１９ｂが異種金属を積層することで構成される。例えば、図７（ａ）に示すように、回路導体１９ａと、回路導体１９ｂの互いの対向面側が第１金属部２１ａで構成され、他の部位（互いの対向面側とは逆側）が第２金属部２１ｂで構成される。すなわち、図７（ａ）に示す例では、第１金属部２１ａが層状に配置される。
On the other hand, the present invention is configured by stacking dissimilar metals in the circuit conductors 19a and 19b. For example, as shown to Fig.7 (a), the mutual opposing surface side of the circuit conductor 19a and the circuit conductor 19b is comprised with the 1st metal part 21a, and other site | parts (an opposite side to a mutual opposing surface side) are comprised. It consists of the
第１金属部２１ａを構成する金属の導電率は、第２金属部２１ｂを構成する金属の導電率よりも高い。また、第２金属部２１ｂを構成する金属の比重は、第１金属部２１ａを構成する金属の比重よりも小さい。このような金属としては、第１金属部２１ａを、例えば銅または銅合金で構成すればよく、例えばＪＩＳ Ｃ１１００を使用することができる。また、第２金属部２１ｂとしては、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金で構成すればよく、例えばＪＩＳ Ａ１１００（純アルミニウム合金）、Ａ６１０１（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金）等を使用することができる。
The conductivity of the metal constituting the first metal part 21a is higher than the conductivity of the metal constituting the
このように構成することで、電流集中が生じる部位を高い導電率を有する材質で構成することができる。したがって、熱損失を抑制することができる。また、電流集中の生じない部位を、比重の小さな金属で構成することで、軽量化を達成することができるとともに、第１金属部を薄く構成する場合と比較して、強度を高めることができる。なお、第２金属部２１ｂをアルミニウムとした場合には、さらに回路導体と樹脂９との密着性を高めることができる。これは、アルミニウムは、表面に緻密な酸化膜が形成されることにより、樹脂９との密着性が銅よりも優れるためである。このため、回路導体から樹脂への熱伝導にも優れる。
By comprising in this way, the site | part where electric current concentration arises can be comprised with the material which has high electrical conductivity. Therefore, heat loss can be suppressed. Further, by configuring the portion where current concentration does not occur with a metal having a small specific gravity, it is possible to achieve weight reduction and increase the strength compared to the case where the first metal portion is configured to be thin. . In addition, when the
なお、第１金属部２１ａと第２金属部２１ｂは、互いに隙間なく接触するように配置できれば、接着等は必ずしも必要ではないが、必要に応じて、互いが導通するように圧接や接着等によって一体化するか、あるいはめっきにより一体化してもよい。また、回路導体１９ａ、１９ｂの間に、互いの距離を一定に保ち、樹脂の充填不足を回避することができるように、図示を省略した絶縁部材を挟み込んでもよい。
If the first metal part 21a and the
また、本発明では、図７（ｂ）に示すように回路導体１９ａ、１９ｂを構成してもよい。図７（ｂ）に示す例では、回路導体１９ａ、１９ｂの表面が、第１金属部２１ａで構成され、内部が第２金属部２１ｂで構成される。すなわち、第２金属部２１ｂが、第１金属部２１ａによって被覆される。
In the present invention, the circuit conductors 19a and 19b may be configured as shown in FIG. In the example shown in FIG. 7B, the surface of the circuit conductors 19a and 19b is constituted by the first metal part 21a, and the inside is constituted by the
図７（ｂ）のように構成しても、回路導体１９ａ、１９ｂの対向面側には、少なくとも第１金属部２１ａが配置され、その後方に第２金属部２１ｂが配置される。したがって、電流集中の生じる部位には、高い導電率を有する第１金属部が配置され、電流集中が生じない部位の大部分を、より軽量な第２金属部で構成することができる。なお、このような構成は、第２金属部２１ｂで構成された母材の表面に、例えばめっき等によって第１金属部２１ａを形成すればよい。
Even when configured as shown in FIG. 7B, at least the first metal portion 21a is disposed on the facing surface side of the circuit conductors 19a and 19b, and the
また、同様に、図７（ｃ）に示すように回路導体１９ａ、１９ｂを構成してもよい。図７（ｃ）に示す例では、回路導体１９ａの両端部および回路導体１９ｂの回路導体１９ａとの対向面側の角部が第１金属部２１ａで構成され、他の部位が第２金属部２１ｂで構成される。 Similarly, circuit conductors 19a and 19b may be configured as shown in FIG. In the example shown in FIG. 7C, both end portions of the circuit conductor 19a and corner portions of the circuit conductor 19b facing the circuit conductor 19a are configured by the first metal portion 21a, and the other portions are the second metal portion. 21b.
図７（ｃ）のように構成しても、回路導体１９ａ、１９ｂの対向面側の特に電流集中の生じる部位には、少なくとも第１金属部２１ａが配置される。したがって、電流集中の生じる部位には、高い導電率を有する第１金属部が配置され、電流集中が生じない部位には、より軽量な第２金属部で構成することができる。 Even if it is configured as shown in FIG. 7C, at least the first metal portion 21a is disposed at a portion where current concentration occurs particularly on the facing surfaces of the circuit conductors 19a and 19b. Therefore, the first metal part having high conductivity is disposed in the part where the current concentration occurs, and the lighter second metal part can be formed in the part where the current concentration does not occur.
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。また、小型電子部品等は、あらかじめプリント基板に搭載し、プリント基板自体を射出成型基板１７に搭載するため、小型電子部品も一つの射出成型基板上に配置することができる。
As described above, according to the
また、コイル部において、互いの対向面側に導電率の高い第１金属部２１ａを配置することで、電流集中の生じる部位での熱損失を抑制することができる。また、電流集中の生じない部位については、より比重の小さな第２金属部２１ｂを配置することで、全体を第１金属部で構成した場合と比較して、軽量化を達成することができる。また、第２金属部を設けることで、薄い第１金属部のみで構成した場合と比較して、より高い強度を得ることができる。したがって、射出成型時に回路導体等が変形することを防止することができる。
Moreover, in the coil part, the heat loss in the part where current concentration occurs can be suppressed by disposing the first metal part 21a having high conductivity on the opposite surface side. Further, regarding the portion where current concentration does not occur, the weight reduction can be achieved by arranging the
以下、本発明の基板における、コイル部の熱損失等を評価した。評価は、有限要素法（株式会社ＪＳＯＬ製「ＪＭＡＧ Ｄｅｓｉｇｎｅｒ １０．４」）を使用して計算した。コイル形状は、図７等に示すモデルを用いた。具体的には、１次コイル：２次コイルの巻き数比を４：１とし、１次コイル側に交流１００ｋＨｚの矩形波（実効２５Ａ、ｐ−ｐ５０Ａ）を１周期流した。１計算ステップを１μｓとし、１０ステップの計算を行った。なお、図７に示す回路導体１９ａとしては、断面の幅１２ｍｍで厚み１ｍｍのものを用い、回路導体１９ｂとしては、断面の厚みおよび幅が１ｍｍのものを用いた。結果を表１に示す。 Hereinafter, the heat loss and the like of the coil portion in the substrate of the present invention were evaluated. The evaluation was calculated using a finite element method (“JMAG Designer 10.4” manufactured by JSOL Corporation). The model shown in FIG. 7 etc. was used for the coil shape. Specifically, the primary coil: secondary coil turns ratio was set to 4: 1, and an AC 100 kHz rectangular wave (effective 25 A, p-p50 A) was passed through the primary coil for one period. One calculation step was set to 1 μs, and 10 steps of calculation were performed. The circuit conductor 19a shown in FIG. 7 has a cross-sectional width of 12 mm and a thickness of 1 mm, and the circuit conductor 19b has a cross-sectional thickness and width of 1 mm. The results are shown in Table 1.
実施例１は、図７（ａ）に示す形態である。実施例１は、図７（ａ）において第１金属部２１ａをＪＩＳ Ｃ１１００銅とし、第２金属部２１ｂをＪＩＳ Ａ１１００アルミニウムとし、それぞれの厚みを０．５ｍｍ（総厚１ｍｍ）とした。すなわち、互いの対向面に銅が配置され、他方側にアルミニウムが配置されたものである。
Example 1 is a form shown in FIG. In Example 1, the first metal portion 21a is JIS C1100 copper and the
実施例２は、図７（ｂ）に示す形態である。実施例２は、図７（ｂ）において第１金属部２１ａをＪＩＳ Ｃ１１００銅とし、第２金属部２１ｂをＪＩＳ Ａ１１００アルミニウムとし、第１金属部の厚みを０．１ｍｍ（総厚１ｍｍ）とした。
Example 2 is a form shown in FIG. In Example 2, in FIG. 7B, the first metal portion 21a is JIS C1100 copper, the
実施例３は、図７（ｃ）に示す形態である。実施例３は、図７（ｃ）において第１金属部２１ａをＪＩＳ Ｃ１１００銅とし、第２金属部２１ｂをＪＩＳ Ａ１１００アルミニウムとした。回路導体１９ａにおける第１金属部の幅を０．５ｍｍ（総幅１２ｍｍ）とし、回路導体１９ｂにおける第１金属部２１ａの隣辺の長さを０．５ｍｍとした。
Example 3 is a form shown in FIG. In Example 3, in FIG. 7C, the first metal portion 21a was JIS C1100 copper, and the
以上の実施例に対し、以下の比較例１〜４を評価した。比較例１は、図８（ａ）に示す形態である。比較例１は、図８（ａ）において第１金属部２１ａをＪＩＳ Ｃ１１００銅とし、第２金属部２１ｂをＪＩＳ Ａ１１００アルミニウムとし、それぞれの厚みを０．５ｍｍ（総厚１ｍｍ）とした。すなわち、互いの対向面にアルミニウムが配置され、他方側に銅が配置されたものであり、実施例１とは逆の構成である。
The following comparative examples 1-4 were evaluated with respect to the above Example. Comparative Example 1 has the form shown in FIG. In Comparative Example 1, the first metal portion 21a is JIS C1100 copper and the
比較例２は、図８（ｂ）に示す形態である。比較例２は、図８（ｂ）において第１金属部２１ａをＪＩＳ Ｃ１１００銅とし、総厚みを０．５ｍｍとした。すなわち、全体を銅で構成し、厚みを実施例１〜３の半分としたものである。 The comparative example 2 is a form shown in FIG. The comparative example 2 made the 1st metal part 21a into JIS C1100 copper in FIG.8 (b), and set total thickness to 0.5 mm. That is, the whole is made of copper and the thickness is half that of Examples 1 to 3.
比較例３は、図８（ｃ）に示す形態である。比較例３は、図８（ｃ）において第１金属部２１ａをＪＩＳ Ｃ１１００銅とし、総厚みを１．０ｍｍとした。すなわち、全体を銅で構成したものである。 The comparative example 3 is a form shown in FIG. In Comparative Example 3, in FIG. 8C, the first metal portion 21a is JIS C1100 copper, and the total thickness is 1.0 mm. That is, the whole is made of copper.
比較例４は、図８（ｄ）に示す形態である。比較例４は、図８（ｄ）において第２金属部２１ｂをＪＩＳ Ａ１１００アルミニウムとし、総厚みを１．０ｍｍとした。すなわち、全体をアルミニウムで構成したものである。
The comparative example 4 is a form shown in FIG. In Comparative Example 4, in FIG. 8D, the
熱損失は、前述の方法により計算で求めたものである。また、重量比は、全体を銅で構成した比較例３を１とし、これに対する比率で示したものである。また、成型時の変形は、強度との関係で、射出圧力によって変形する恐れのあるものを「有」とし、そうでないものを「無」とした。評価としては、熱損失が３７Ｗ未満であり、かつ、重量比が０．７以下であり、成型時の変形の恐れのないものを「○」とした。 The heat loss is obtained by calculation by the method described above. Further, the weight ratio is represented by the ratio relative to 1 in Comparative Example 3 in which the whole is made of copper. Further, the deformation at the time of molding was determined to be “Yes” if there was a risk of deformation due to the injection pressure, and “No” if not, in relation to strength. As an evaluation, “◯” indicates that the heat loss is less than 37 W and the weight ratio is 0.7 or less and there is no fear of deformation during molding.
表１から明らかなように、本発明の実施例は全て評価が「○」となった。これに対し、比較例１では、電流集中が生じる部位が、銅よりも導電率の低いアルミニウムで構成されるため、熱損失が大きくなった。また、比較例２では、導電率の高い銅で構成されるが、全厚が薄いため、成型時の変形の恐れがある。また、比較例３では、全体が銅で構成されるため、軽量化を達成することができなかった。また、比較例４では、全体が銅よりも導電率の低いアルミニウムで構成されるため、熱損失が大きくなった。 As is clear from Table 1, all the examples of the present invention were evaluated as “◯”. On the other hand, in Comparative Example 1, the portion where current concentration occurs is made of aluminum having a conductivity lower than that of copper, so that heat loss is increased. Moreover, although it consists of copper with high electrical conductivity in the comparative example 2, since the whole thickness is thin, there exists a possibility of a deformation | transformation at the time of shaping | molding. Moreover, in the comparative example 3, since the whole was comprised with copper, weight reduction was not able to be achieved. Moreover, in the comparative example 4, since the whole was comprised with aluminum whose electrical conductivity is lower than copper, the heat loss became large.
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。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, the technical scope of this invention is not influenced by embodiment mentioned above. It is obvious for those skilled in the art that various modifications or modifications can be conceived within the scope of the technical idea described in the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. It is understood that it belongs.
たとえば、第１金属部と第２金属部の構成は、前述した例に限られず、少なくとも、電流集中の生じる部位近傍を導電率の高い金属で構成し、他の部位を主に比重の小さい金属で構成できれば、その断面構成は、図７に示す例には限られない。また、表皮効果の影響に対しては、本発明をコイル以外の部位に適用してもよい。例えば、回路導体の表面を銅で構成し、内部をアルミニウムで構成してもよい。 For example, the configuration of the first metal portion and the second metal portion is not limited to the above-described example, and at least the vicinity of the portion where current concentration occurs is made of a metal having high conductivity, and the other portion is mainly a metal having a small specific gravity. If it can comprise, the cross-sectional structure will not be restricted to the example shown in FIG. Moreover, you may apply this invention to site | parts other than a coil with respect to the influence of a skin effect. For example, the surface of the circuit conductor may be made of copper and the inside may be made of aluminum.
１………基板
３………トランス
５………チョークコイル
７………電子部品搭載部
９………樹脂
１１………プリント基板搭載部
１３………電子部品
１５………プリント基板
１７………射出成型基板
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅ、１９ｆ、１９ｇ、１９ｈ………回路導体
２１ａ………第１金属部
２１ｂ………第２金属部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記射出成型基板は、コイル部を有し、
前記コイル部において、１次コイル側の第１の回路導体と、２次コイル側の第２の回路導体とが、対向して配置され、
前記第１の回路導体および前記第２の回路導体の互いの対向面側の少なくとも一部が、第１の金属で構成され、それぞれの残部が主に第２の金属で構成され、
前記第１の金属の導電率が、前記第２の金属の導電率よりも高く、
前記第２の金属の比重が、前記第１の金属の比重よりも小さいことを特徴とする射出成型基板。 An injection-molded substrate in which resin is injection-molded on the surface of a plurality of circuit conductors,
The injection molded substrate has a coil part,
In the coil portion, the first circuit conductor on the primary coil side and the second circuit conductor on the secondary coil side are arranged to face each other,
At least a part of the first circuit conductor and the second circuit conductor facing each other is made of a first metal, and the remainder of each is mainly made of a second metal,
The conductivity of the first metal is higher than the conductivity of the second metal;
An injection-molded substrate, wherein the specific gravity of the second metal is smaller than the specific gravity of the first metal.
前記第１の金属が、前記第１の回路導体および前記第２の回路導体の互いの対向面側に層状に設けられることを特徴とする請求項１記載の射出成型基板。 In at least one of the first circuit conductor or the second circuit conductor,
2. The injection-molded substrate according to claim 1, wherein the first metal is provided in a layered manner on opposite sides of the first circuit conductor and the second circuit conductor.
前記第１の金属は、前記第２の金属の外周面に形成されるめっき層であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の射出成型基板。 In at least one of the first circuit conductor or the second circuit conductor,
3. The injection-molded substrate according to claim 1, wherein the first metal is a plating layer formed on an outer peripheral surface of the second metal.
前記第２の金属は、アルミニウムまたはアルミニウム合金であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の射出成型基板。 The first metal is copper or a copper alloy;
The injection molded substrate according to any one of claims 1 to 3, wherein the second metal is aluminum or an aluminum alloy.
表面の一部が第１の金属で構成され、残部が、主に、前記第１の金属の導電率よりも低く、かつ、前記第１の金属の比重よりも小さい第２の金属で構成される第１の回路導体および第２の回路導体を用い、
前記第１の回路導体と前記第２の回路導体の、それぞれの前記第１の金属が形成される側を対向させて、互いに隙間をあけて配置し、
前記第１の回路導体および前記第２の回路導体に対して樹脂を射出して、前記第１の回路導体および前記第２の回路導体でコイル部を形成することを特徴とする射出成型基板の製造方法。 A method for manufacturing an injection-molded substrate having a coil part,
A part of the surface is made of the first metal, and the remaining part is mainly made of the second metal that is lower than the conductivity of the first metal and smaller than the specific gravity of the first metal. Using a first circuit conductor and a second circuit conductor,
The first circuit conductor and the second circuit conductor are opposed to each other on the side where the first metal is formed, and are arranged with a gap therebetween,
Injecting resin to the first circuit conductor and the second circuit conductor to form a coil portion with the first circuit conductor and the second circuit conductor Production method.
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|---|---|---|---|---|
| JP2018022778A (en) * | 2016-08-03 | 2018-02-08 | 株式会社豊田自動織機 | Multilayer substrate |
| JP2022525442A (en) * | 2019-05-02 | 2022-05-13 | ナノ ディメンション テクノロジーズ，リミテッド | Systems and methods for manufacturing coils for coreless transformers and inductors |
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