CN207098945U - 电源模块及其安装结构 - Google Patents
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Abstract
电源模块(101)包括基板(10)、开关控制IC(11)以及线圈。线圈包括各自的第一端安装于基板(10)的第一面的多个金属柱(3A、3E等)、与金属柱(3A、3E等)的第一端导通的布线导体(6E、6F、6A、6J等)以及与金属柱(3A、3E等)的第二端导通的柱连接导体(5A、5E等)。另外,电源模块(101)具备增强在线圈产生的磁通的磁性体铁芯(7)、和对金属柱(3A、3E等)以及磁性体铁芯(7)模制的模制树脂(20)。
Description
技术领域
本实用新型涉及具备DC/DC转换器等电源电路的电源模块以及电源模块向印刷布线板安装的安装结构。
背景技术
一般地,对于作为一个部件安装于印刷布线板的电源模块而言,要求小型并且高效率。例如,专利文献1中公开了通过使用多层铁氧体基板实现了小型化的电源模块。
专利文献1所示的电源模块在多层铁氧体基板内通过厚膜印刷形成线圈,并在多层基板的上表面安装开关控制用IC等芯片部件。
专利文献1:国际公开第2008/087781号
如专利文献1所示,若通过厚膜印刷形成线圈,则很难减小线圈的直流电阻(Rdc)。为了减少直流电阻,加粗线圈导体的线宽、加厚膜厚很有效,但随着电源模块的小型化受到限制。
另外,由于在铁氧体陶瓷内用Ag形成布线并一体烧制,所以残留由烧制降温时的热膨胀系数差引起的机械式的变形。由此,抑制影响可靠性的裂缝等在技术上很困难。
并且,若削薄由铁氧体陶瓷构成的多层基板,则由于容易破裂,所以很难轻薄化。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种小型且高效率、进一步可靠性较高的电源模块及其安装结构。
(1)本实用新型的电源模块的特征在于,具备基板、开关控制IC 以及线圈,
上述线圈包括:
多个金属柱,它们分别具有第一端和第二端,各个第一端配置并安装于上述基板的第一面;
布线导体,形成于上述基板并与上述金属柱的第一端导通;以及
柱连接导体,与上述金属柱的第二端导通,
上述电源模块还具备:
磁性体铁芯,增强在上述线圈产生的磁通;
树脂层,形成于上述基板的第一主面,密封上述金属柱以及上述磁性体铁芯;以及
外部连接用金属柱,位于上述线圈的外侧,具有第一端和第二端,第一端配置并安装于上述基板的第一面,第二端从上述树脂层露出,
上述金属柱以及上述外部连接用金属柱是金属制的销。
根据上述结构,通过使用与基于厚膜印刷的线圈导体相比非常低电阻的金属柱,可得到直流电阻较低的线圈。另外,也可消除磁性体铁芯、基板的破损的问题。
(2)在上述(1)中,优选上述线圈具备初级线圈和与上述初级线圈电绝缘的次级线圈,上述初级线圈与上述次级线圈之间的绝缘部被上述树脂层密封。通过该结构,容易确保初级线圈与次级线圈间所需要的绝缘距离,相应地能够小型化。
(3)在上述(1)或者(2)中,优选将上述柱连接导体配置在上述树脂层内。通过该结构,可确保线圈相对于电源模块的外面的绝缘性。
(4)在上述(1)或者(2)中,优选上述柱连接导体的至少一部分从上述树脂层露出。通过该结构,可确保线圈的散热性。
(5)在上述(4)中,优选从上述树脂层露出的上述柱连接导体是向安装目的地印刷布线基板安装的安装电极。通过该结构,由于印刷布线板的表面导体作为线圈导体的一部分发挥作用,所以能够进一步减少线圈的直流电阻。另外,由于印刷布线板的表面导体以及印刷布线板作为线圈的放热体发挥作用,所以电源模块能够进一步小型化。
(6)在上述(1)~(5)中任意一个中,优选由上述线圈以及上述磁性体铁芯构成环形线圈。这样,漏磁通较少,也可抑制磁场向外部泄漏。
(7)在上述(6)中,优选将上述多个金属柱分别设置于上述磁性体铁芯的外侧以及内侧,上述多个金属柱中位于上述磁性体铁芯的外侧的金属柱的数量比位于上述磁性体铁芯的内侧的金属柱的数量多。通过该结构,可减少在外侧的多个金属柱部分的电阻值,而构成直流电阻更小的线圈。
(8)在上述(7)中,优选位于上述磁性体铁芯的外侧的金属柱的直径比位于上述磁性体铁芯的内侧的金属柱的直径细。通过该结构,可实现线圈的面积的缩小化。
(9)在上述(1)~(8)中任意一个中,优选在部分上述磁性体铁芯具有磁路间隙。通过该结构,构成磁饱和特性以及直流重叠特性较高的线圈。
(10)在上述(1)~(9)中任意一个中,优选上述基板在上述开关控制IC与上述线圈之间具有接地导体。通过该结构,即使使整体小型化,开关控制IC也不容易受到线圈的电磁场的影响。
(11)在上述(1)~(10)中任意一个中,优选上述基板是分别具有导体图案的多个绝缘层的层叠体,上述布线导体是形成于上述多个绝缘层的导体图案。通过该结构,能够减少在导体图案的电阻值,并能够进一步减少线圈的直流电阻。
(12)本实用新型的电源模块的安装结构,是包括基板、开关控制 IC以及线圈的电源模块向印刷布线板安装的安装结构,其特征在于,
上述线圈包括多个金属柱、布线导体以及柱连接导体,上述多个金属柱分别具有第一端和第二端,第一端配置并安装于上述基板的第一面;上述布线导体形成于上述基板,并与上述金属柱的第一端导通;上述柱连接导体与上述金属柱的第二端导通,
上述电源模块具备磁性体铁芯和树脂层,上述磁性体铁芯增强在上述线圈产生的磁通;上述树脂层形成于上述基板的第一主面,密封上述金属柱以及上述磁性体铁芯,
还具备外部连接用金属柱,上述外部连接用金属柱位于上述线圈的外侧,具有第一端和第二端,第一端配置并安装于上述基板的第一面,第二端从上述树脂层露出,
在上述印刷布线板形成有与上述外部连接用金属柱对应的表面导体,
上述外部连接用金属柱与上述印刷布线板的上述表面导体通过导电性的接合材料连接,
上述金属柱以及上述外部连接用金属柱是金属制的销。
(13)在上述(12)中,优选上述柱连接导体的至少一部分从上述树脂层露出,
在上述印刷布线板形成有与从上述树脂层露出的上述柱连接导体对应的表面导体,
从上述树脂层露出的上述柱连接导体与上述印刷布线板的上述表面导体通过导电性的接合材料连接。
通过上述的结构,由于印刷布线板的表面导体作为线圈导体的一部分发挥作用,所以能够进一步减少线圈的直流电阻,而设置高效率的电源电路。另外,由于印刷布线板的表面导体以及印刷布线板作为线圈的放热体发挥作用,所以能够使电源模块的安装区域进一步缩小。
根据本实用新型,可得到小型、高效率、且可靠性较高的电源模块及其安装结构。
附图说明
图1(A)是第一实施方式的电源模块101的俯视图,图1(B)是图1(A)中的A-A部分上的纵剖视图,图1(C)是电源模块101的仰视图。
图2(A)是电源模块101的基板10的仰视图。图2(B)是图1 (B)中的B-B部分上的横剖视图,图2(C)是图1(B)中的C-C 部分上的横剖视图。
图3是本实施方式的电源模块101的电路图。
图4(A)是第二实施方式的电源模块102的俯视图,图4(B)是图4(A)中的A-A部分上的纵剖视图,图4(C)是电源模块102的仰视图。
图5(A)是图4(B)中的B-B部分上的横剖视图,图5(B)是电源模块102的基板10的仰视图。
图6(A)是表示本实施方式的电源模块102的向印刷布线板200 的安装结构的剖视图。图6(B)是印刷布线板200的电源模块102的安装部的俯视图。
图7是本实施方式的电源模块102的电路图。
图8是第三实施方式的电源模块103的主要部分的剖视图。
图9(A)是图8中的D-D部分上的横剖视图。图9(B)是电源模块103的基板10的仰视图。
图10(A)是从卷绕有线圈的磁性体铁芯7的上方观察到的立体图,图10(B)是从下方观察到的立体图。图10(C)是磁性体铁芯7的立体图。
图11(A)是从卷绕有线圈的磁性体铁芯7的上方观察到的立体图,图11(B)是从下方观察到的立体图。
图12(A)是从卷绕有线圈的磁性体铁芯7的上方观察到的立体图,图12(B)是从下方观察到的立体图。
图13是第五实施方式的由线圈以及磁性体铁芯构成的线圈装置的立体图。
图14是第五实施方式的线圈装置的俯视图。
具体实施方式
以下,参照附图举出几个具体的例子,来表示用于实施本实用新型的多个方式。在各图中对于相同位置标注相同附图标记。在第二实施方式以后省略有关与第一实施方式共用的事情的描述,对于不同点进行说明。特别是,对于由相同的结构起到的相同的作用效果,不用按照每个实施方式依次提及。
《第一实施方式》
图1(A)是第一实施方式的电源模块101的俯视图,图1(B)是图1(A)中的A-A部分上的纵剖视图,图1(C)是电源模块101的仰视图。另外,图2(A)是电源模块101的基板10的仰视图。图2(B) 是图1(B)中的B-B部分上的横剖视图,图2(C)是图1(B)中的 C-C部分上的横剖视图。另外,图1(B)是图2(A)(B)中的X- X部分上的纵剖视图。
本实施方式的电源模块101具备基板10。基板10是树脂多层基板,在基板10的第一主面(按照图1所示的朝向为下表面)、第二主面(按照图1所示的朝向为上表面)以及内部形成有规定的布线图案。在该基板10的第二主面安装有开关控制IC11以及芯片部件12、13、14、15、 16。
在基板10的第一主面配置有分别具有第一端和第二端的多个金属柱3A~3H、4A~4H、8A~8J。这些金属柱3A~3H、4A~4H、8A~ 8J各自的第一端安装于基板10的下表面。金属柱3A~3H、4A~4H、 8A~8J以与通常的表面安装部件相同的方式来处理,焊接于形成于基板10的第一主面的焊盘。
上述金属柱中的金属柱3A~3H、4A~4H构成线圈的一部分。金属柱8A~8J将形成于基板10的电路引出到安装面。金属柱3A~3H、4A~ 4H、8A~8J例如是圆柱状的由Cu等导电率较高的金属制的销。例如,通过以规定长单位切断剖面圆形的Cu丝而得到。直径例如为0.5~ 1.0mm,长度为1.5~3.0mm。此外,金属柱的剖面形状无需必须是圆形。也可以是半圆形、四边形。
如图2(A)(B)所示,在基板10的第一主面形成有连接金属柱3A~ 3H、4A~4H的第一端间的布线导体6A~6C、6F~6H以及线圈的输入端亦即布线导体6D、6E、6I、6J。另外,如图2(B)(C)所示,金属柱3A~3H、4A~4H的第二端通过柱连接导体5A~5H连接。
由上述金属柱3A~3D、4A~4D、布线导体6A~6C、6J、6D以及柱连接导体5A~5D构成变压器(transformer)的初级线圈。另外,由金属柱3E~3H、4E~4H、布线导体6F~6H、6E、6I以及柱连接导体 5E~5H构成变压器的次级线圈。
电源模块101具备由环形的磁性铁氧体构成的磁性体铁芯7。上述初级线圈以及次级线圈处于卷绕磁性体铁芯7的关系。
在基板10的第一主面形成有对金属柱3A~3H、4A~4H、8A~8J 以及磁性体铁芯7模制的模制树脂20。模制树脂20例如是环氧类树脂。
在金属柱8A~8J的第二端赋予有焊锡凸块(球)18A~18J。这些焊锡球18A~18J在模制树脂20的下表面露出。
上述柱连接导体5A~5H例如通过以下的方法形成。
(1)将模制树脂20涂覆到覆盖金属柱3A~3H、4A~4H、8A~8J 的第二端的厚度,并使其固化。
(2)对模制树脂20的表面进行研磨,直到金属柱3A~3H、4A~ 4H、8A~8J的第二端露出为止。
(3)在模制树脂20的表面印刷形成柱连接导体5A~5H用的导电性浆料的图案,并使其固化。
(4)对由导电性浆料形成的上述柱连接导体5A~5H实施镀Cu,增加膜厚。
(5)使焊锡凸块附着于金属柱8A~8J的第二端。
(6)在模制树脂20的表面进一步涂覆规定厚度的模制树脂20,并使其固化。或者,印刷形成阻焊剂等树脂膜。
上述初级线圈以及次级线圈分别按照以下的连接顺序构成电流路径。
[初级线圈]
导体6J(参照图2(A))→金属柱3A(参照图2(B))→导体5A (参照图2(C))→金属柱4A→导体6A→金属柱3B→导体5B→金属柱4B→导体6B→金属柱3C→导体5C→金属柱4C→导体6C→金属柱 3D→导体5D→金属柱4D→导体6D。
[次级线圈]
导体6E→金属柱3E→导体5E→金属柱4E→导体6F→金属柱3F →导体5F→金属柱4F→导体6G→金属柱3G→导体5G→金属柱4G→导体6H→金属柱3H→导体5H→金属柱4H→导体6I。
此外,在基板10的内部形成有扩展成面状的接地导体GE。该接地导体配置在上述初级线圈以及次级线圈与开关控制IC11之间。
图3是本实施方式的电源模块101的电路图。该电源模块101是反激式DC/DC转换器。开关控制IC11包括开关元件Q1和开关控制电路CNT。在输入端子与接地之间连接有变压器T1的初级线圈N1(初级线圈N1由金属柱3A~3D、4A~4D、布线导体6A~6C、6J、6D以及柱连接导体5A~5D构成)与开关元件Q1的串联电路。另外,在输入端子与接地之间连接有输入电容器Cin(芯片部件12)。在变压器T1 的次级线圈N2(次级线圈N2由金属柱3E~3H、4E~4H、布线导体 6F~6H、6E、6I以及柱连接导体5E~5H构成)构成有由二极管D1 (芯片部件13)以及输出电容器Cout(芯片部件14)构成的整流平滑电路。开关元件Q1的栅极与开关控制电路CNT连接。输出端子与由电阻R1、R2(芯片部件15、16)构成的分压电路连接,其分压电压被反馈到控制电路CNT。开关控制电路CNT控制开关元件Q1的导通时间,以使输出电压恒定。
本实施方式的电源模块例如作为数[A]左右的电流容量的绝缘型稳定化电源来使用。
根据本实施方式,起到如下的效果。
(a)由于金属柱的电阻值与通过厚膜印刷形成的导体图案相比非常低,所以可得到直流电阻较低的线圈。
(b)由于变压器部分未使用磁性体基板,所以能够避免基板破损的问题。另外,由于将磁性体铁芯埋设于模制树脂中,所以可得到较高的耐冲击性。
(c)由于初级线圈与次级线圈之间被模制树脂20密封,所以容易在初级线圈与次级线圈之间确保必要的绝缘距离(绝缘型的沿面距离),相应地能够小型化。
(d)通过将柱连接导体5A~5H配置于模制树脂20内,可确保相对于电源模块101的外面的线圈的绝缘性。
(e)由于通过线圈以及磁性体铁芯7构成环形线圈,所以漏磁通较少,也可抑制朝向外部的磁场泄漏。
(f)由于在开关控制IC11与线圈(变压器)之间夹有接地导体GE,所以即使使整体小型化,开关控制IC11也难以受到线圈(变压器)的电磁场的影响。
(g)与安装手卷线圈的情况相比,由于能够使线圈所产生的杂散电容恒定,所以能够预见从线圈产生的噪声以及从线圈电流的路径产生的噪声的产生方式,而容易控制。
《第二实施方式》
图4(A)是第二实施方式的电源模块102的俯视图,图4(B)是图4(A)中的A-A部分上的纵剖视图,图4(C)是电源模块102的仰视图。另外,图5(A)是图4(B)中的B-B部分上的横剖视图,图5(B)是电源模块102的基板10的仰视图。另外,图4(B)是图5 (A)(B)中的X-X部分上的纵剖视图。
本实施方式的电源模块102具备基板10。基板10是树脂多层基板,在基板10的第一主面(按照图1所示的朝向为下表面)、第二主面(按照图1所示的朝向为上表面)以及内部形成有规定的布线图案。在该基板10的第二主面安装有开关控制IC11以及芯片部件12A、12B、14A、 14B、15、16。
在基板10的第一主面配置有分别具有第一端和第二端的多个金属柱3A~3H、4A~4H、8A~8J。
如图5(A)(B)所示,在基板10的第一主面形成有连接金属柱3A~ 3H、4A~4H的第一端间的布线导体6A~6G以及线圈的输入端亦即布线导体6H、6I。另外,如图4(C)等所示,金属柱3A~3H、4A~4H 的第二端通过柱连接导体5A~5H连接。
与第一实施方式不同,在本实施方式中,上述金属柱3A~3H、4A~ 4H、布线导体6A~6G、6H、6I以及柱连接导体5A~5H由一个线圈构成。电源模块101设置有由环形的磁性体铁氧体构成的磁性体铁芯7。由上述金属柱3A~3H、4A~4H、布线导体6A~6G、6H、6I以及柱连接导体5A~5H构成的线圈处于卷绕磁性体铁芯7的关系。
在基板10的第一主面形成有对金属柱3A~3H、4A~4H、8A~8J 以及磁性体铁芯7模制的模制树脂20。与第一实施方式不同,柱连接导体5A~5H在模制树脂20的表面(按照图4(B)所示的朝向为下表面) 露出。
在金属柱8A~8J的第二端赋予有焊锡凸块18A~18J。这些焊锡凸块18A~18J在模制树脂20的下表面露出。
上述柱连接导体5A~5H例如通过以下的方法形成。
(1)将模制树脂20涂覆到覆盖金属柱3A~3H、4A~4H、8A~8J 的第二端的厚度,并使其固化。
(2)对模制树脂20的表面进行研磨,直到金属柱3A~3H、4A~ 4H、8A~8J的第二端露出为止。
(3)在模制树脂20的表面印刷形成柱连接导体5A~5H用的导电性浆料的图案,并使其固化。
(4)对由导电性浆料形成的上述柱连接导体5A~5H实施镀Cu,增加膜厚。
(5)使焊锡凸块附着于金属柱8A~8J的第二端。
上述线圈构成以下的连接顺序的电流路径。
导体6I(参照图5(B))→金属柱3A(参照图5(A))→导体5A (参照图4(C))→金属柱4A→导体6A→金属柱3B→导体5B→金属柱4B→导体6B→金属柱3C→导体5C→金属柱4C→导体6C→金属柱 3D→导体5D→金属柱4D→导体6D→金属柱3E→导体5E→金属柱4E →导体6E→金属柱3F→导体5F→金属柱4F→导体6F→金属柱3G→导体5G→金属柱4G→导体6G→金属柱3H→导体5H→金属柱4H→导体6H。
图6(A)是表示本实施方式的电源模块102的朝向印刷布线板200 的安装结构的剖视图。图6(B)是印刷布线板200的电源模块102的安装部的俯视图。在印刷布线板200形成有连接在电源模块102的下表面露出的柱连接导体5A~5H的表面导体(印刷布线板侧的安装电极) 25A~25H。另外,在印刷布线板200形成有连接焊锡凸块18A~18J 的安装电极28A~28H。
如图6(A)所示,柱连接导体5A~5H分别经由焊锡层SO与表面导体25A~25H连接。表面导体25A~25H是与柱连接导体5A~5H实质相同的图案。因此,表面导体25A~25H构成线圈的一部分。其中,表面导体25A~25H也可以未必是与柱连接导体5A~5H实施相同的图案。只要是与柱连接导体并联电连接的部分,根据其并联部的面积,起到线圈的直流电阻的减少效果。
图7是本实施方式的电源模块102的电路图。该电源模块102是降压转换器方式的DC/DC转换器。开关控制IC11包括开关元件Q1、 Q2和开关控制电路CNT。在输入端子与输出端子之间,连接有开关元件Q1与线圈L1(线圈L1由金属柱3A~3H、4A~4H、布线导体6A~6G、6H、6I以及柱连接导体5A~5H构成)的串联电路。另外,在线圈L1的输入端与接地之间连接有开关元件Q2。在输入端子与接地之间连接有输入电容器Cin(芯片部件12A、12B)。在输出端子与接地之间连接有输出电容器Cout(芯片部件14A、14B)。开关元件Q1、Q2的栅极与开关控制电路CNT连接。输出端子与由电阻R1、R2(芯片部件 15、16)构成的分压电路连接,其分压电压被反馈到控制电路CNT。开关控制电路CNT控制开关元件Q1、Q2的导通占空比,以使输出电压恒定。
本实施方式的电源模块例如作为数[A]~数十[A]左右的电流容量的非绝缘型稳定化电源来使用。
根据本实施方式,由于印刷布线板200的表面导体25A~25H作为线圈导体的一部分发挥作用,所以能够进一步减少线圈的直流电阻。另外,由于印刷布线板的表面导体25A~25H以及印刷布线板200作为线圈的放热体发挥作用,所以电源模块102能够进一步小型化。另外,由于能够增大与印刷布线板200的表面导体的接合面积,所以能够缓和针对排列在基板10的外周部的端子(焊锡凸块18A~18J)的应力。因此,能够确保充分的连接可靠性。
此外,在如本实施方式这样是环形的线圈的情况下,在中央部不能扩大柱连接导体以及布线导体的宽度,该部分的电流密度较高,但如本实施方式那样,由于将印刷布线板200的表面导体作为线圈的一部分发挥作用,所以能够缓和电流密度的集中。另外,也可以与该情况相关联地仅在与环形线圈的中央附近对置的位置形成印刷布线板200的表面导体。
另外,在第一实施方式的电源模块101中,也可以如该第二实施方式的电源模块102这样构成为使柱连接导体5A~5H在下表面露出。
《第三实施方式》
图8是第三实施方式的电源模块103的主要部分的剖视图。图9(A) 是图8中的D-D部分上的横剖视图。图9(B)是电源模块103的基板10的仰视图。
本实施方式的电源模块103具备基板10。基板10是树脂多层基板,在基板10的第一主面(按照图8所示的朝向为下表面)、第二主面(按照图8所示的朝向为上表面)以及内部形成有规定的布线图案。在该基板10的第二主面安装有开关控制IC11以及芯片部件12A、14A、15等。
在基板10的第一主面配置有分别具有第一端和第二端的多个金属柱3A、3E、4A、4E、8C、8H等。
与第二实施方式不同,形成于基板10的布线导体的至少一部分由形成于多个绝缘层的导体图案构成。其他的结构与第二实施方式相同。
图9(A)中示有形成于基板10的第一层的布线导体的图案6A1、 6B1、6C1、6D1、6E1、6F1、6G1、6H1、6I1。图9(B)中示有形成于基板10的第二层(基板10的下表面)的布线导体的图案6A2、6B2、 6C2、6D2、6E2、6F2、6G2、6H2、6I2。
第一层的布线导体的图案6A1~6I1与第二层的布线导体的图案 6A2~6I2经由导通孔导体V分别并联电连接。
这样,通过使形成于基板10的布线导体多层化,能够增大布线导体的实效剖面积。
顺便说一下,加厚形成于树脂多层基板的导体图案的厚度对导体图案的电阻值减少有效,但加厚形成于树脂多层基板的导体图案的厚度存在极限。因为若加厚导体图案则存在不能够进行窄间距布线、或产生树脂空隙、或布线彼此短路等导致可靠性降低的可能性。将线圈布线不仅形成于树脂多层基板的表面,在内部也形成布线导体且并联,从而不会导致可靠性降低,且能够减少布线电阻。
根据本实施方式,能够减少基板10的导体图案中的电阻值,并能够进一步减少线圈的直流电阻。
《第四实施方式》
在第四实施方式中,示有电源模块所具备的线圈和磁性体铁芯的形状。本实施方式的电源模块所具备的线圈和磁性体铁芯与在此之前的实施方式所示的形状不同。图10(A)(B)(C)、图11(A)(B)、图12 (A)(B)是表示第四实施方式的3个类型的线圈以及磁性体铁芯的图。均仅示有磁性体铁芯与卷绕于该磁性体铁芯的线圈部分。基板、模制树脂的结构如在此之前所示的各实施方式所示。
图10(A)是从卷绕有线圈的磁性体铁芯7的上方观察到的立体图,图10(B)是从下方观察到的立体图。另外,图10(C)是磁性体铁芯 7的立体图。由布线导体6A~6E、柱连接导体5A~5D以及连接布线导体6A~6E与柱连接导体5A~5D之间的金属柱构成一个线圈。
磁性体铁芯7是如图10(C)所示在眼镜型铁氧体铁芯的中央的腿形成有磁路间隙GA的部件。
通过这样的结构构成具备带有间隙的闭磁路结构的磁性体铁芯的线圈装置(电感器)。由于可利用磁路间隙来抑制磁饱和,所以能够使用如烧结铁氧体那样能够在数MHz频段中使用的高频特性优异的磁性材料,来避免磁饱和。
图11(A)是从卷绕有线圈的磁性体铁芯7的上方观察到的立体图,图11(B)是从下方观察到的立体图。由布线导体6A~6E、柱连接导体5A~5D以及连接布线导体6A~6E和柱连接导体5A~5D之间的金属柱构成一个线圈。在该例子中,磁性体铁芯7是立方体板状的铁氧体铁芯。
图12(A)是从卷绕有线圈的磁性体铁芯7的上方观察到的立体图,图12(B)是从下方观察到的立体图。由布线导体6A~6E、柱连接导体5A~5D以及连接布线导体6A~6E和柱连接导体5A~5D之间的金属柱构成一个线圈。在该例子中,磁性体铁芯7是I字型(Dog bone型)的板状铁氧体铁芯。
在图11、图12所示的任意一个结构中,都构成具备开磁路结构的磁性体铁芯的线圈装置。另外,在图11、图12的任意一个结构,也可以在磁性体铁芯7的内部形成磁路间隙。
《第五实施方式》
在第五实施方式中,示有电源模块所具备的线圈和磁性体铁芯的形状。本实施方式的电源模块所具备的线圈与在此之前的实施方式中所示的形状不同。
图13是第五实施方式的由线圈以及磁性体铁芯构成的线圈装置的立体图。图14是该线圈装置的俯视图。
本实施方式的线圈装置由布线导体6A~6G、柱连接导体5A~5F,以及连接布线导体6A~6G与柱连接导体5A~5F之间的金属柱4A~ 4F、3A1~3A4、3B1~3B4、3C1~3C4、3D1~3D4、3E1~3E4、3F1~ 3F4构成一个线圈。
布线导体6A~6G形成于基板。柱连接导体5A~5F形成于模制树脂的内部或者表面。基板、模制树脂的结构如在此之前所示的各实施方式所示。布线导体6F、6G与形成于基板的电路连接。
多个金属柱中位于磁性体铁芯7的外侧的金属柱3A1~3A4、3B1~ 3B4、3C1~3C4、3D1~3D4、3E1~3E4、3F1~3F4的数量比位于磁性体铁芯7的内侧的金属柱4A~4F的数量多。通过该结构,可减少外侧的多个金属柱3A1~3A4、3B1~3B4、3C1~3C4、3D1~3D4、3E1~3E4、3F1~3F4部分上的电阻值,而构成直流电阻更小的线圈。
另外,位于磁性体铁芯7的外侧的金属柱3A1~3A4、3B1~3B4、 3C1~3C4、3D1~3D4、3E1~3E4、3F1~3F4的直径比位于磁性体铁芯7的内侧的金属柱4A~4F的直径细。例如,位于磁性体铁芯7的内侧的金属柱4A~4F的直径为0.8mm,位于磁性体铁芯7的外侧的金属柱3A1~3A4、3B1~3B4、3C1~3C4、3D1~3D4、3E1~3E4、3F1~ 3F4的直径为0.5mm。通过这样的结构,可实现线圈的面积的缩小化。
进一步,柱连接导体5A~5F的各自的平面形状与布线导体6A~ 6E的各自的平面形状处于左右对称形的关系。即,从位于磁性体铁芯的外侧的金属柱到位于磁性体铁芯的内侧的邻接的2个金属柱的路径亦即柱连接导体和布线导体均为最短距离。例如,从金属柱3A1~3A4连结到金属柱4A、4F的柱连接导体5A的路径长度和布线导体6A的路径长度分别为最短距离。通过这样的柱连接导体、布线导体以及金属柱的配置可进一步减少线圈的直流电阻。
最后,上述的实施方式的说明在所有的点都是例示,并不是限制性的内容。对本领域技术人员来说能够适当地变形以及变更。例如,能够进行在不同的实施方式中所示的结构的部分置换或者组合。本实用新型的范围并不是上述的实施方式,而是通过权利要求书来表示。进一步,旨在本实用新型的范围中包括与权利要求书等同的意思以及范围内的全部的变更。
此外,磁性体铁芯除了磁性铁氧体以外,也可以使用尘系(dust- based)、金属复合系的磁性材料的成型体。若是尘系、金属复合系的磁性体铁芯,则由于从最初就存在微型间隙,所以磁饱和的问题较少。
另外,在以上所示的各实施方式中,在电气机械式的接合部,除了Sn系焊锡以外,也能够使用导电性接合材料。例如使用包括低熔点金属粉末(Sn)和可在该低熔点金属粉末的熔融温度以上与低熔点金属粉末形成金属间化合物的合金粉末(Cu-Ni合金、Cu-Mn合金)的糊状的导电性接合材料。该导电性接合材料未经过熔融状态,通过加热而固化。若使用该导电性接合材料,则通过300℃左右的加热,可促进向400℃以上的较高的熔点的金属间化合物的变化,不会残留低熔点成分。因此,例如,在将电源模块通过回流焊接法安装于印刷布线板的情况下,由于由之前的导电性接合材料构成的接合部的耐热强度优异,所以在回流焊接工序中不会再次熔融,而可进行可靠性较高的安装。
附图标记说明
Cin…输入电容器;CNT…开关控制电路;Cout…输出电容器; D1…二极管;GA…磁路间隙;GE…接地导体;L1…线圈;N1…初级线圈;N2…次级线圈;Q1、Q2…开关元件;R1、R2…电阻;SO…焊锡;T1…变压器;3A~3H…金属柱;4A~4H…金属柱;5A~5H…柱连接导体;6A~6J…布线导体;7…磁性体铁芯;8A~8J…金属柱;10…基板;11…开关控制IC;12、13、14、15、16…芯片部件;12A、12B、 14A、14B…芯片部件;18A~18J…凸块;20…模制树脂;25A~25H…表面导体;28A~28H…安装电极;101、102…电源模块;200…印刷布线板。
Claims (13)
1.一种电源模块,其特征在于,
具备基板、开关控制IC以及线圈,
上述线圈包括:
多个金属柱,它们分别具有第一端和第二端,各个第一端配置并安装于上述基板的第一面;
布线导体,形成于上述基板并与上述金属柱的第一端导通;以及
柱连接导体,与上述金属柱的第二端导通,
上述电源模块还具备:
磁性体铁芯,增强在上述线圈产生的磁通;
树脂层,形成于上述基板的第一主面,密封上述金属柱以及上述磁性体铁芯;以及
外部连接用金属柱,位于上述线圈的外侧,具有第一端和第二端,第一端配置并安装于上述基板的第一面,第二端从上述树脂层露出,
上述金属柱以及上述外部连接用金属柱是金属制的销。
2.根据权利要求1所述的电源模块,其特征在于,
上述线圈具备初级线圈和与上述初级线圈电绝缘的次级线圈,上述初级线圈与上述次级线圈之间的绝缘部被上述树脂层密封。
3.根据权利要求1或者2所述的电源模块,其特征在于,
将上述柱连接导体配置在上述树脂层内。
4.根据权利要求1或者2所述的电源模块,其特征在于,
上述柱连接导体的至少一部分从上述树脂层露出。
5.根据权利要求4所述的电源模块,其特征在于,
从上述树脂层露出的上述柱连接导体是向安装目的地印刷布线基板安装的安装电极。
6.根据权利要求1或者2所述的电源模块,其特征在于,
由上述线圈以及上述磁性体铁芯构成环形线圈。
7.根据权利要求6所述的电源模块,其特征在于,
将上述多个金属柱分别设置于上述磁性体铁芯的外侧以及内侧,
上述多个金属柱中位于上述磁性体铁芯的外侧的金属柱的数量比位于上述磁性体铁芯的内侧的金属柱的数量多。
8.根据权利要求7所述的电源模块,其特征在于,
位于上述磁性体铁芯的外侧的金属柱的直径比位于上述磁性体铁芯的内侧的金属柱的直径细。
9.根据权利要求1或者2所述的电源模块,其特征在于,
在部分上述磁性体铁芯具有磁路间隙。
10.根据权利要求1或者2所述的电源模块,其特征在于,
上述基板在上述开关控制IC与上述线圈之间具有接地导体。
11.根据权利要求1或者2所述的电源模块,其特征在于,
上述基板是分别具有导体图案的多个绝缘层的层叠体,
上述布线导体是形成于上述多个绝缘层的导体图案。
12.一种安装结构,是包括基板、开关控制IC以及线圈的电源模块向印刷布线板安装的安装结构,其特征在于,
上述线圈包括多个金属柱、布线导体以及柱连接导体,上述多个金属柱分别具有第一端和第二端,第一端配置并安装于上述基板的第一面,上述布线导体形成于上述基板并与上述金属柱的第一端导通,上述柱连接导体与上述金属柱的第二端导通,
上述电源模块具备磁性体铁芯和树脂层,上述磁性体铁芯增强在上述线圈产生的磁通,上述树脂层形成于上述基板的第一主面,密封上述金属柱以及上述磁性体铁芯,
还具备外部连接用金属柱,上述外部连接用金属柱位于上述线圈的外侧,具有第一端和第二端,第一端配置并安装于上述基板的第一面,第二端从上述树脂层露出,
在上述印刷布线板形成有与上述外部连接用金属柱对应的表面导体,
上述外部连接用金属柱与上述印刷布线板的上述表面导体通过导电性的接合材料连接,
上述金属柱以及上述外部连接用金属柱是金属制的销。
13.根据权利要求12所述的安装结构,其特征在于,
上述柱连接导体的至少一部分从上述树脂层露出,
在上述印刷布线板形成有与从上述树脂层露出的上述柱连接导体对应的表面导体,
从上述树脂层露出的上述柱连接导体与上述印刷布线板的上述表面导体通过导电性的接合材料连接。
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