CN103098359A - Dc-dc 变换器模块以及多层基板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供噪声特性良好的DC-DC变换器模块。DC-DC变换器模块（1）具备多层基板（5）、转换IC（2）以及绕组（4）。多层基板（5）构成为在上表面设置部件搭载电极，在下表面设置输入端子、输出端子以及接地端子（GND1、GND2）。转换IC（2）具备输入电极、输出电极以及接地电极，将各电极与部件搭载电极连接而搭载于基板上表面，对被输入的电压进行转换。在多层基板（5）的内部，绕组（4）以基板层叠方向为轴呈螺旋状而构成。并且，绕组（4）的下面侧端部被连接到转换IC（2）的输入输出电极。

Description

DC-DC 变换器模块以及多层基板
技术领域
本发明涉及将DC-DC变换器设置在多层基板而模块化后所成的DC-DC变换器模块以及多层基板。
背景技术
线性调节器方式或开关调节器方式的超小型调节器模块被用于便携设备等的电源电路。线性调节器方式的模块使电压变动成分全部转换为热，所以电压的转换效率低，而对于开关调节器方式的模块而言，由于存在开关噪声等，噪声特性差。因此，期待使电压转换效率高且噪声特性优异的DC-DC变换器小型化，而能够被利用于便携设备等的电源电路。
以DC-DC变换器的小型化为目的，往往在内部包含磁性体的多层基板上构成DC-DC变换器（例如参照专利文献1、2）。
图1是对DC-DC变换器模块的公知构成进行说明的图。DC-DC变换器模块101具备磁性体基板102、转换IC103以及电容器部件104。在磁性体基板102的下表面形成有输入输出端子（未图示）以及接地端子GND，在上表面搭载有转换IC103和电容器部件104，在基板内部设置有绕组106。
专利文献1:日本特开2006-42538号公报
专利文献2:日本专利第4325747号公报
在现有构成的DC-DC变换器模块中，与安装了该模块的基板的接地电位连接的接地端子和搭载于该模块的转换IC之间的布线部也通过磁性体基板，因此该布线的阻抗变高，转换IC的接地端口的电位容易高于实际的接地电位。
并且，流过锯状、脉冲状电流的绕组-转换IC间的布线部接近转换IC的接地端口，因此存在两者耦合而传递噪声，接地端口的电位较大地变动而变换器输出的噪声电平非常大的情况。
发明内容
于是，本发明目的在于提供比现有的噪声特性好的DC-DC-变换器模块以及在那样的DC-DC-变换器模块中利用的多层基板。
本发明的DC-DC变换器模块具备多层基板、转换IC以及绕组。多层基板构成为：在基板层叠方向的第一面设置有部件搭载电极，在基板层叠方向的第二面设置有输入端子、输出端子以及接地端子。转换IC具备经由部件搭载电极分别与输入端子和输出端子连接的输入电极和输出电极、以及经由部件搭载电极与接地端子连接的接地电极，并且对被输入的电压进行转换而输出。绕组以基板层叠方向为轴呈螺旋状地设置在多层基板的内部，并且在第一面侧的端部与输入端子或输出端子连接，在第二面侧的端部与转换IC的输入电极或输出电极连接。
在该构成中，转换IC的输入电极或输出电极与绕组的第二面侧的端部连接，因此绕组-转换IC间的布线部在多层基板的第二面侧与接地端子接近，两者之间会直接耦合。由此，作为针对噪声的共同阻抗发挥作用的转换IC-接地端子间的布线阻抗的影响被抑制，在该布线部中传输的噪声电平低，从而能够抑制变换器输出的噪声电平。
在上述DC-DC变换器模块中，如果在绕组的形成层与第一面之间设置大部分由与接地端子连接的接地电极形成的屏蔽层，则能够进一步抑制变换器输出的噪声电平。
在上述DC-DC变换器模块中，如果多层基板具备磁性体层，则能够减小绕组尺寸和模块尺寸。此时，转换IC-接地端子间的布线阻抗也变大，因此由抑制共同阻抗的影响而产生的噪声改善的效果会更明显。
上述DC-DC变换器模块还可以具备搭载于部件搭载电极的电容器，电容器的第一端与绕组的第一面侧的端部连接，电容器的第二端与接地端子连接。
此外，本发明的多层基板构成为：在基板层叠方向的第一面设置有搭载了转换IC的输入电极、输出电极以及接地电极的部件搭载电极；在基板层叠方向的第二面设置有输入端子、输出端子以及接地端子，在基板内部以基板层叠方向为轴呈螺旋状地设置有绕组。并且，构成为将绕组的第二面侧的端部连接于与转换IC的输入电极或输出电极连接的部件搭载电极。
根据本发明，由于转换IC的输入电极或输出电极与绕组的第二面侧的端部连接，因此绕组-转换IC间的布线部与多层基板的第二面的接地端子接近，两者之间直接耦合。由此，能够抑制作为针对噪声的共同阻抗发挥作用的转换IC-接地端子间的布线阻抗的影响，降低沿着该布线部传输的噪声电平，从而能够抑制变换器输出的噪声电平。
附图说明
图1是现有构成的DC-DC变换器模块的剖面示意图。
图2A是第1实施方式的DC-DC变换器模块的电路图。
图2B是第1实施方式的DC-DC变换器模块的俯视图。
图2C是第1实施方式的DC-DC变换器模块的示意剖面图。
图2D是基于比较试验对噪声特性进行说明的图。
图3A是第2实施方式的DC-DC变换器模块的示意剖面图。
图3B是基于比较试验对噪声特性进行说明的图。
图4是第3实施方式的DC-DC变换器模块的示意剖面图。
图5是第4实施方式的DC-DC变换器模块的示意剖面图。
图6是第5实施方式的DC-DC变换器模块的示意剖面图。
图7是第6实施方式的DC-DC变换器模块的示意剖面图。
具体实施方式
（第1实施方式）
图2A是第1实施方式的DC-DC变换器模块1的电路图。
DC-DC变换器模块1具备转换IC 2、电容器3以及绕组4作为电路元件，具备输入端子IN、输出端子OUT以及接地端子GND1、GND2作为外部连接端子。
转换IC 2的输入电极与输入端子IN连接，转换IC 2的接地电极与接地端子GND1连接，转换IC 2的输出电极与输出端子OUT连接。并且，转换IC 2将被输入输入电极的电压进行转换，并从输出电极将其输出。
绕组4以串联的方式被连接于转换IC 2的输出电极与输出端子OUT之间。电容器3的第一端被连接于绕组4与输出端子OUT之间，电容器3的第二端与接地端子GND2连接。这些绕组4以及电容器3使转换IC 2的输出平滑，并从输出端子OUT将其输出。
图2B是DC-DC变换器模块1的俯视图。
DC-DC变换器模块1具备多层基板5。多层基板5将与图2B的纸面垂直的方向作为基板层叠方向来层叠多个磁性体层而成。各磁性体层例如是由高导磁率的铁氧体（Ni-Zi-Cu铁氧体或者Ni-Zn铁氧体等）构成的片材。
在多层基板5的上表面形成多个部件搭载电极7A～7E。此外，在多层基板5的下表面形成上述输入端子IN、输出端子OUT以及接地端子GND1、GND2。因此，多层基板5的上表面相当于权利要求书中记载的“第一面”，多层基板5的下表面相当于权利要求书中所记载的“第二面”。此外，部件搭载电极7A与输入端子IN连接，部件搭载电极7B与接地端子GND2连接，部件搭载电极7C与接地端子GND1连接，部件搭载电极7E与输出端子OUT连接。
另外，转换IC2在底面设置有多个接地电极Gnd、输入电极Vin以及输出电极Vout，并被搭载于多层基板5的上表面。多个接地电极Gnd与部件搭载电极7B、7C连接，输入电极Vin与部件搭载电极7A连接，输出电极Vout与部件搭载电极7D连接。
此外，电容器3两端具备连接电极V1、V2，连接电极V1与部件搭载电极7E连接，连接电极V2与部件搭载电极7B连接，从而电容器3被搭载于多层基板5的上表面。
图2C是DC-DC变换器模块1的示意剖面图。此外，为了容易理解模块的剖面构成，该图使各部分的位置关系的一部分与图2B不同。
多层基板5的内部设置有在各铁氧体片材的上表面形成的由Ag等构成的电极图案和贯通各铁氧体片材而形成的通孔电极，由此，形成利用通孔电极将涡状的电极图案连接为螺旋状而形成的绕组4、连接各元件或各端子的布线部5A、5B、5C、5D以及屏蔽层6。
布线部5A被布线于接地端子GND1与转换IC2的接地电极Gnd之间。布线部5B被布线于转换IC2的输出电极Vout与绕组4的下面侧端部之间。布线部5C被布线于绕组4的上面侧端部与电容器3的连接电极V1之间。布线部5D被布线于电容器3的连接电极V2与接地端子GND2之间。屏蔽层6被设置在多层基板5中的绕组4的形成层的上表面侧即被设置在第一面侧，并且按照使布线部5A、5D导通的方式设置。
这里，布线部5B从转换IC2的输出电极通过绕组4的绕组面而被引出到多层基板5的下表面附近，于是，与绕组4的下面侧端部连接。由此，布线部5B的下侧端部被引出到与接地端子GND1接近的位置，布线部5B与接地端子GND1直接耦合。所以，能够抑制作为针对噪声的共同阻抗发挥作用的布线部5A的布线阻抗的影响，能够抑制在布线部5A中传输的噪声，从而改善DC-DC变换器模块1的噪声特性。
图2D是基于比较试验对DC-DC变换器模块1的噪声特性的改善效果进行说明的图。在比较试验中，将与本实施方式相比，更换了绕组的上面侧端部与下面侧端部的连接目的地的构成作为比较对象，并对各构成的负载电流与脉动电压之间的关系进行了测量。图中的横轴表示负载电流，纵轴表示脉动电压。此外，图中的实线表示本实施方式，虚线表示比较构成。
根据比较试验，能够确认本实施方式与以往构成相比，在整个横轴区域脉动电压低、噪声特性优异。尤其是，可以观察到在以往构成中，存在负载电流越大则脉动电压越增大的趋势，但在本实施方式中这样的脉动电压的增大几乎观察不到，能够得到以低噪声电平稳定的噪声特性。
（第2实施方式）
图3A是第2实施方式的DC-DC变换器模块11的示意剖面图。本实施方式的DC-DC变换器模块11在将屏蔽层16设置于多层基板15中的绕组4的形成层的下面侧即第二面侧的点上与第1实施方式不同。
图3B是基于比较试验对DC-DC变换器模块11的噪声特性的改善效果进行说明的图。在比较试验中，对负载电流、脉动电压与本实施方式之间的关系进行了测量，并对与上述图2C所示的比较构成中的负载电流、脉动电压之间的关系进行比较。图中的横轴表示负载电流，纵轴表示脉动电压。此外，图中的实线表示本实施方式，虚线表示比较构成。
根据比较试验，能够确认本实施方式与以往构成相比，在整个横轴区域也是脉动电压低，噪声特性优异。但是，与第1实施方式的噪声特性不同，在本实施方式中可以观察到与以往构成相同，存在负载电流越大则脉动电压也越增大的趋势。因此，可以说如第1实施方式那样屏蔽层配置在比绕组的形成层更靠近第一面侧的情况能够以低噪声电平得到稳定的噪声特性，因而优选。
（第3实施方式）
图4是第3实施方式的DC-DC变换器模块21的示意剖面图。本实施方式的DC-DC变换器模块21在省略屏蔽层构成多层基板25这点上与第1实施方式不同。这样的构成也能够抑制作为针对噪声的共同阻抗发挥作用的布线部5A的布线阻抗的影响，能够抑制在布线部5A中传输的噪声，从而能够改善DC-DC变换器模块21的噪声特性。
（第4实施方式）
图5是表示将第4实施方式的DC-DC变换器模块31安装在安装基板32的状态的示意剖面图。本实施方式的DC-DC变换器模块31在与多层基板35独立地设置电容器33这点上与第1实施方式不同。
安装基板32安装DC-DC变换器模块31和电容器33。DC-DC变换器模块31具备转换IC2、绕组4以及多层基板35。多层基板35在基板内部具备绕组4以及布线部5A、5B、35C，多层基板35在下表面具备输入端子IN（未图示）、输出端子OUT以及接地端子GND1。布线部35C被布线在绕组4与输出端子OUT之间，输出端子OUT与后段电路连接并且与电容器33的第一端连接。并且，电容器33的第二端与接地电位连接。这样的构成也能够抑制作为针对噪声的共同阻抗发挥作用的布线部5A的布线阻抗的影响，抑制在布线部5A中传输的噪声，从而能够改善DC-DC变换器模块31的噪声特性。
（第5实施方式）
图6是第5实施方式的DC-DC变换器模块41的示意剖面图。本实施方式的DC-DC变换器模块41在设置于多层基板45的内部的绕组44的配置和布线部的形状这些点上与第4实施方式不同。
DC-DC变换器模块41具备多层基板45。多层基板45在基板内部具备绕组44和布线部5A、45B、45C。绕组44偏离转换IC 2的输出电极的垂直下方而配置。布线部45B构成为通过通孔电极从转换IC 2的输出电极向垂直下方引出，通过偏离绕组44的绕组面的位置，用电极图案连接通孔电极的前端与绕组44的下面侧端部。在这样的构成中，与以往构成那样更换了布线部45B、45C与绕组44的连接端的情况相比，布线长度被延长，但是也能够抑制布线部5A的布线阻抗的影响，并且能够抑制传递到布线部5A的噪声，从而能够改善DC-DC变换器模块41的噪声特性。
（第6实施方式）
图7是第6实施方式的DC-DC变换器模块51的示意剖面图。本实施方式的DC-DC变换器模块51在多层基板55的上表面设置电容器53，并设置连接绕组54、电容器53以及接地端子GND2的布线部55C、55D的点上与第5实施方式不同。
该实施方式也能够抑制作为针对噪声的共同阻抗发挥作用的布线部5A的布线阻抗的影响，能够抑制在布线部5A中传输的噪声，从而能够改善DC-DC变换器模块51的噪声特性。
本发明能够如以上各实施方式所示那样被实施，但是上述DC-DC变换器模块的具体构成可以在权利要求书所记载的范围内适当地变更。本发明的作用以及效果并不局限于上述实施方式，可以由多种多样构成而得到。
例如，在上述各实施方式中将电容器作为搭载在多层基板或安装基板的部件，但也可以用多层基板内部的布线图案来构成电容器。
此外，在上述各实施方式中，将多层基板设定为磁性体层的层叠构造，但也可以仅用电介质层来构成多层基板，或者形成为电介质层与磁性体层的层叠构造。
另外，除了图2A所示的电路构成之外，也可以用多种电路构成来实施本发明，也可以是绕组连接到转换IC的输入电极侧的电路构成或者是设置多个绕组、电容器的电路构成。
至少通过在形成接地端子的第二面侧将绕组-转换IC间的布线部与绕组连接，能够优选地实施本发明。
附图标记说明：
IN…输入端子；OUT…输出端子；GND1、GND2…接地端子；11、21、31、41、51…DC-DC变换器模块；2…转换IC；3…电容器；4…绕组；5…多层基板；5A，5B，5C，5D…布线部；6…屏蔽层；7A～7D…部件搭载电极。

Claims (5)

1.一种DC-DC变换器模块，其具备：
多层基板，在所述多层基板的基板层叠方向的第一面设置有部件搭载电极，在所述多层基板的所述基板层叠方向的第二面设置有输入端子、输出端子以及接地端子；
转换IC，具备经由所述部件搭载电极与所述输入端子连接的输入电极、经由所述部件搭载电极与所述输出端子连接的输出电极、和经由所述部件搭载电极与所述接地端子连接的接地电极，并且对被输入的电压进行转换而输出；
绕组，该绕组以所述基板层叠方向为轴呈螺旋状地被设置在所述多层基板的内部，该绕组在所述第一面侧的端部与所述输入端子或者所述输出端子连接，在所述第二面侧的端部与所述转换IC的所述输入电极或者所述输出电极连接。
2.根据权利要求1所述的DC-DC变换器模块，其中，
在所述绕组的形成层与所述第一面之间设置有屏蔽层，该屏蔽层的大部分由与所述接地端子连接的接地电极形成。
3.根据权利要求1或2所述的DC-DC变换器模块，其中，
所述多层基板具备磁性体层。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的DC-DC变换器模块，其中，
该DC-DC变换器模块具备搭载于所述部件搭载电极的电容器，
所述电容器的第一端与所述绕组的所述第一面侧的端部连接，所述电容器的第二端与接地端子连接。
5.一种多层基板，其构成为：在所述多层基板的基板层叠方向的第一面设置有搭载了转换IC的输入电极、输出电极以及接地电极的部件搭载电极，在所述多层基板的所述基板层叠方向的第二面设置有输入端子、输出端子以及接地端子，在基板内部设置有以所述基板层叠方向为轴并呈螺旋状的绕组，
所述绕组的所述第一面侧的端部与所述输入端子或所述输出端子连接，所述绕组的所述第二面侧的端部与连接有所述输入电极或所述输出电极的部件搭载电极连接。
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