JP2006042538A - 超小型電力変換装置及び磁気デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 コイルを集積回路基板に一体に搭載して小型化し且つ電磁波ノイズを抑制した電力変換装置または磁気デバイスを提供する。
【解決手段】 フェライトなどの磁性材料からなる第１の磁性基板の第１の面にコイル用導体パターンを形成し、第１の磁性基板の第２の面に集積回路基板を搭載すると共に入出力用導体パターンを設け、集積回路基板とコイル用導体パターンとは第１の磁性基板のスルーホールを介して接続し、前記コイル用導体パターン上に第２の磁性基板を設け、第１の磁性基板の第２の面側の集積回路基板と入出力用導体パターンの一部とを磁性材料を含有する封止材で封止すると共に、第１の磁性基板の第１の面と第２の磁性基板との間のコイル用導体パターン間を前記封止材で充填する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、超小型の電力変換装置に関し、特に、コイルを一体に搭載して小型化し且つ電磁波ノイズを抑制した電力変換装置に関する。

小型の電力変換装置、例えばＤＣ−ＤＣコンバータＩＣは、電池などの直流電源を所望の電圧レベルの直流電源に、エネルギーロスをほとんど生じることなく変換することができ、バッテリーで駆動される携帯電子機器に広く利用されている。また、ＤＶＤレコーダなどは多数の集積回路を搭載し、それら集積回路が種々の電源レベルを要求することから、小型のＤＣ−ＤＣコンバータが利用されている。従来の三端子レギレータは、抵抗成分を利用して電圧レベルの変換を行うため、抵抗成分によるエネルギーロスが伴いバッテリーの電力消費が大きく、省電力化の要請がある電子機器には使用することができない。それに対して、ＤＣ−ＤＣコンバータは、第１の直流電源を、スイッチング動作により当該直流電源から電流を間欠的に供給することで、電圧レベルを下降または上昇させた第２の直流電源に変換するため、エネルギーロスがほとんどない。但し、スイッチング動作により生成される脈流を平滑化するために、出力側にはインダクタンスとコンデンサからなるフィルタ回路が設けられる。

従来のＤＣ−ＤＣコンバータは、例えば、プリント配線基板上にコンバータＩＣと、インダクタンスと、コンデンサを実装してモジュール化したものがある。かかる構成のモジュールでは、小型化の要請に応えることができない。

小型化の要請に応えるＤＣ−ＤＣコンバータとして、コンバータＩＣのシリコン基板上面に、磁性膜で挟まれたコイルパターンを搭載し、それを積層セラミックコンデンサ上に搭載したモジュールが提案されている。例えば、特許文献１に示される通りである。この例では、シリコン基板にコンバータ回路を形成し、その表面上に磁性膜／コイル用導体パターン／磁性膜（またはフェライト基板）を設け、それを積層セラミックコンデンサ上に搭載している。

更に、別の例として、コンバータＩＣのシリコン基板上面に磁性膜で挟まれたコイルパターンを形成し、それをプリント配線基板またはリードフレーム上にマウントし、磁性粒を含む封止樹脂で全体を封止することが提案されている。例えば、特許文献２に示される通りである。
特開２００２−２３３１４号公報 特開２００１−２８４１２３号公報

ＤＣ−ＤＣコンバータには、その出力段に所定のインダクタンスを有するコイルと所定のキャパシタンスを有するコンデンサが必要である。そこで、コンバータモジュールを小型化するために、コンバータのスイッチング周波数を高くし、コイルサイズを小さくすることが考えられる。周波数を高くすれば、コイルサイズを小さくしてそのインダクタンスが小さくなっても、そのインピーダンス成分ｊωＬは高周波ωにより所定のインピーダンスレベルにすることができるからである。しかも、スイッチング周波数を高くすることにより、電源要求レベルが急激に増大した場合も対応することが可能になる。

しかしながら、スイッチング周波数が１ＭＨｚ以上となると、入出力端子とそれに接続される配線から電磁波が発生し電磁波ノイズの増大を招く。従って、小型化と共に電磁波ノイズを抑制できるＤＣ−ＤＣコンバータが必要になる。

更に、電力変換のためには、所定レベル以上の電流をコイルを介して供給する必要があるが、かかる駆動電流に対して、コイルの磁性体が磁束飽和を生じないようにすることが必要である。コイルの小型化をめざすあまり、前述の特許文献１，２では、コンバータＩＣのシリコン基板上に磁性薄膜を介してコイルパターンを形成している。そのため、所定レベル以上の電流に対してその磁性体が磁束飽和を起こし、逆にコイルのインダクタンス成分の低下を招くおそれがある。つまり磁性薄膜ではコイルの許容電流を大きくすることができない。

そこで、本発明の目的は、コイルを集積回路基板に一体に搭載して小型化し且つ電磁波ノイズを抑制した電力変換装置または磁気デバイスを提供することにある。

また、本発明の別の目的は、コイルを集積回路基板に一体に搭載して小型化し且つコイルの許容電流を大きくした電力変換装置または磁気デバイスを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面では、フェライトなどの磁性材料からなる第１の磁性基板の第１の面にコイル用導体パターンを形成し、第１の磁性基板の第２の面に集積回路基板を搭載すると共に入出力用導体パターンを設け、集積回路基板とコイル用導体パターンとは第１の磁性基板のスルーホールを介して接続し、前記コイル用導体パターン上に第２の磁性基板を設け、第１の磁性基板の第２の面側の集積回路基板と入出力用導体パターンの一部とを磁性材料を含有する封止材で封止すると共に、第１の磁性基板の第１の面と第２の磁性基板との間のコイル用導体パターン間を前記封止材で充填する。

第１の側面によれば、所定の厚さを持つ第１の磁性基板をベースにして、その第１の面にコイル用導体パターン設けると共に第２の磁性基板を重ね、その第２の面に集積回路基板を搭載し、集積回路基板とコイル用導体パターン間とを磁性材料を含有する封止材で封止及び充填している。したがって、高周波信号が伝播するコイルや集積回路基板とその配線が磁性基板や磁性材料含有封止材で閉じこめられ、高周波ノイズが外部に漏れることが抑えられる。また、コイル用導体パターンが第１及び第２の磁性基板で挟まれ、コイル用導体パターン間が磁性材料含有封止材で充填されているので、コイル用導体パターンの周囲に閉磁路を形成し、所定電流に対して磁束飽和が生ぜず許容電流レベルを高くすることができる。そして、２つの磁性基板と集積回路基板の積層構造は、モジュールの小型化に寄与することができる。

上記の第１の側面において、好ましい実施例では、第１の磁性基板には、接続用のスルーホールに加えて、封止材の通過を可能にする封止用ホールが形成され、第２の磁性基板にも、コイル用導体パターンへの封止材の充填を可能にする充填用ホールが形成されている。このような封止用ホールと充填用ホールを設けることで、封止工程において、第１の磁性基板の第２の面上の集積回路基板の磁性材料含有封止材による封止と、コイル用導体パターン間への前記封止材の充填とを同時に行うことができるという、メリットを有する。

上記の第１の側面において、好ましい実施例では、第１及び第２の磁性基板は、フェライトなどの磁性材料を成形した所定の厚みを有する基板である。これにより、コイル用導電パターンの周囲に充分なボリュームの磁性体が配置され、有効に磁束が閉じこめられ、許容電流以下の電流に対して磁束飽和を起こすことがない。

上記の第１の側面において、好ましい実施例では、第１の磁性基板の第２の面側に集積回路基板を収納するためのキャビティが設けられ、当該キャビティが磁性材料含有封止材により埋められている。そして、キャビティの底面及び斜面から上面にかけて集積回路基板に接続される入出力用導体パターンが設けられ、底面及び斜面上の入出力用導体パターンは封止材により封止され、露出された入出力用導体パターンにより外部との接続が行われる。

上記の目的を達成するために、本発明の第２の側面によれば、集積回路基板とその出力端に接続されるインダクタンス素子とを一体にモジュール化した磁気デバイスにおいて、
第１の磁性基板と、
前記第１の磁性基板の第１の面上に形成されたコイル用導体パターンと、
前記第１の磁性基板の第１の面上に、前記コイル用導体パターンを挟むように配置された第２の磁性基板と、
前記第１の磁性基板の第２の面上に搭載され、前記コイル用導体パターンと当該第１の磁性基板のスルーホールを介して接続された集積回路基板と、
前記第１の磁性基板の第２の面上に形成された前記集積回路基板の入出力用導体パターンとを有し、
前記第１の磁性基板の第２の面において前記集積回路基板が磁性材料を含有する封止材で封止され、更に、前記第１及び第２の磁性基板間の前記コイル用導体パターン間が前記封止材で充填されていることを特徴とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第３の側面によれば、集積回路基板とその出力端に接続されるインダクタンス素子とを一体にモジュール化した磁気デバイスの製造方法において、
第１の面上にコイル用導体パターンが形成され、第２の面上に入出力用導体パターンが形成され、前記コイル用導体パターンと前記入出力用導体パターンとを接続するスルーホールと、封止材が通過可能な封止用ホールとを有する第１の磁性基板の、前記第２の面上に、集積回路基板を搭載する工程と、
前記第１の磁性基板の第１の面上及び前記コイル用導体パターン上に、封止材が通過可能な充填用ホールを有する第２の磁性基板を重ねた状態で、磁性材料を含有する封止剤により前記第１の磁性基板の第２の面上の前記集積回路基板と入出力用導体パターンの一部とを封止すると共に、前記封止材を前記コイル用導体パターン間に充填する封止工程とを有することを特徴とする。

本発明の側面によれば、高周波ノイズが発生する可能性のある集積回路基板、その入出力用導体パターン、コイル用導体パターンが全て磁性基板上に形成され、磁性基板間に形成され、磁性材料含有封止材により被覆されているので、高周波ノイズが外部に漏れることが抑えられる。

以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。

図１は、本実施の形態の電力変換装置の一例であるＤＣ−ＤＣコンバータの構成図である。図１には、２種類のＤＣ−ＤＣコンバータが示されている。図１（Ａ）は、降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ回路であり、ＤＣ−ＤＣコンバータＩＣ（集積回路装置）１０と、その出力端子に接続されたコイルＬとによりＤＣ−ＤＣコンバータモジュール２０が構成される。このモジュール２０の出力Ｖoutには、平滑化コンデンサＣが接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータＩＣ１０は、内部にＣＭＯＳトランジスタＰ１，Ｎ１によるスイッチング回路を有し、第１の直流電源ＶＤＤを降圧して第２の直流電源を出力Ｖoutに生成する。トランジスタＰ１，Ｎ１により、コイルＬに間欠的に電流が供給され、コイルＬとコンデンサＣとによるフィルタ特性により出力端Ｌｘの交番電流の脈流が平滑化され、出力Ｖoutに直流電圧が生成される。ＤＣ−ＤＣコンバータＩＣ１０には、電源端子ＶＤＤと、グランド端子Ｇと、制御端子ＣＮＴと、基準電圧端子ＶＲＥＦと、フィードバック端子ＯＵＴとを有する。

図１（Ｂ）は、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータであり、同様に、ＤＣ−ＤＣコンバータＩＣ（集積回路装置）１０と、その外部端子１２に接続されたコイルＬとで、ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール２０が構成される。このＤＣ−ＤＣコンバータＩＣ１０も、内部にＣＭＯＳトランジスタＰ３，Ｎ４を有し、コイルＬに対して交互に電流を供給し、第１の直流電源ＶＤＤを昇圧して第２の直流電源を出力Ｖoutに生成する。この出力Ｖoutには、平滑化コンデンサＣが接続される。

いずれのＤＣ−ＤＣコンバータにおいても、ＤＣ−ＤＣコンバータＩＣのスイッチング動作により生成される交番電圧が、コイルＬとコンデンサＣからなるフィルタにより平滑化され、直流電圧が生成される。そこで、スイッチング周波数（ｆ＝２πω）を増大することで、コイルＬのインピーダンス（ｊωＬ）を増大することができ、逆に言えば、コイルＬのインダクタンスを小さくすることができ、よって、コイルＬのサイズを小さくすることができる。このように、コンバータＩＣのスイッチング周波数を増大することで、コイルＬのサイズを小さくすることができるので、ＤＣ−ＤＣコンバータの極小化のためには、スイッチング周波数の増大が有効である。また、スイッチング周波数を高くすることにより、出力側の急激な要求電力の変化に対しても柔軟に対応することができる。

しかしながら、スイッチング周波数の増大に伴い、集積回路装置１０の入出力端子やそれに接続されるモジュールの入出力端子、コイルＬ、電源端子ＶＤＤ、ＧＮＤなどに高周波成分の信号が伝播し、そこから高周波信号が送出され、周辺機器へのノイズ源となる。このような高周波ノイズの問題は、コイルのサイズを小さくするためにスイッチング周波数を高くすることにより生じる問題であり、従来のＤＣ−ＤＣコンバータにはない新規な課題である。そこで、ＤＣ−ＤＣコンバータなどの電力変換装置を小型化するためには、この高周波ノイズを抑制できる構造が必要である。

更に、コイルＬに電流を供給するとコイル用導電パターンの周囲の磁性体に磁束が発生する。電流を増加させると発生する磁束も増加し、磁性体の体積が少ないと磁束飽和が生じ、それ以上電流を増加させるとインダクタンスが低下してゼロになるという磁気飽和現象が知られている。従って、実質的にインダクタンス素子として機能させるためには、コイルの構成において、許容電流の範囲では磁束飽和が生じないような構成にすることが望まれる。

［電力変換装置の構造］
図２は、本実施の形態における電力変換装置の断面図及び平面図である。図２（Ｂ）の平面図のＡ−Ａ'の位置の断面図が図２（Ａ）に示される。本実施の形態における電力変換装置は、フェライトなどの磁性材料により形成された磁性基板１をベースに、コイルＬと集積回路基板８とがその表側と裏側にそれぞれ設けられ、全体が磁性材料を含有する樹脂封止剤２２により封止されている。磁性基板１には、上側の第１の面に渦巻き状のコイル用導体パターンＬが形成されている。一方、磁性基板１の下側の第２の面には、集積回路基板８の入出力端子や基板裏面と接続される入出力用導体パターンＩ／Ｏが形成され、その入出力パターンの一部のパターン３２が、磁性基板１の中央に設けられたスルーホール２４により、第１の面のコイル用導体パターンＬの一端と接続される。これらのコイル用導体パターンＬや入出力用導体パターンＩ／Ｏは、磁性基板１表面に形成されたシリコン酸化膜やタンタル酸化膜などの絶縁膜２上に、後述するメッキ工程により積層された、メッキ下地層３、Ｃｕメッキ層４、半田付け用のＮｉ／Ｓｎ層５からなる。スルーホール２４の積層構造も同じである。

また、磁性基板１の第１の面上には、第２の磁性基板７が設けられ、コイル用導体パターンＬが第１の磁性基板１と第２の磁性基板７とにより挟まれている。

さらに、磁性基板１の第２の面には、集積回路基板８を収納するためのキャビティが形成され、キャビティの底面１ａから斜面１ｂ、上面１ｃに延びて入出力用導体パターンＩ／Ｏが形成されている。そして、キャビティ内の集積回路基板８と底面１ａ、斜面１ｂ上の入出力用導体パターンＩ／Ｏが、磁性材料を含有する樹脂封止剤２２により封止され、上面１ｃ上の入出力用導体パターンのみが外部に露出されている。そして、第１及び第２の磁性基板１，７の間であって、コイル用導体パターンＬの間にも、同じ樹脂封止剤２２が充填されている。この樹脂封止剤２２による封止工程を簡単にするために、第１の磁性基板１には、封止剤が通過可能な封止用ホールが形成され、第２の磁性基板７には封止剤が通過可能な充填用ホール２８が形成される。これらの封止用ホールと充填用ホール２８を利用して、上方から下方への樹脂封止剤を供給する封止工程により、集積回路基板８の封止と、コイル用導体パターンＬ間の充填とが行われる。この工程については、後に詳述する。

上記の電力変換装置モジュールは、例えば３．５ｍｍ角、第１の磁性基板１の厚さは０．７ｍｍ、キャビティの深さは０．４ｍｍ、スルーホールの径は０．３ｍｍ程度である。したがって、非常に小型化された電力変換装置が提供可能である。また、第１の磁性基板１の第１の面（上側面）は、第２の磁性基板７が設けられ、第１の磁性基板１の第２の面（下面側）には、磁性材料を含有する封止剤２２が設けられていて、唯一外部との接続用の入出力用導体パターンのみが外部に露出している。したがって、回路全体が磁気的に有効に遮蔽され、高周波ノイズが外部に漏れることが効果的に抑えられ、また外部からの高周波ノイズからも保護される。高周波信号が伝播するコイル用導体パターンＬは、第１及び第２の磁性基板１，７及びその間に充填された磁性材料含有封止剤２２により完全に囲まれて閉磁路が形成され、磁束は有効に内部に閉じこめられている。同様に、入出力用導体パターンＩ／Ｏは、第１の磁性基板１と磁性材料含有封止剤２２とにより完全に囲まれて閉磁路が形成され、磁束は有効に内部に閉じこめられている。したがって、高周波ノイズが外部に漏れることが抑制される。

また、第１、第２の磁性基板１，７は、フェライトなどの磁性材料を成形、焼成して形成された比較的厚い磁性基板であり、充分な体積の磁性材料をコイル用導体パターンＬの周辺に設けることができ、また、コイル用導体パターンＬの間にも磁性材料含有封止剤２２が充填されている。従って、上記インダクタンス素子は、充分な磁束を生成するに足りる磁性体を有し、許容電流の範囲内において、磁束飽和が生じることが防止されている。

このように、電力変換装置モジュールが、第１の磁性基板１をベースにして、コイルパターンと集積回路基板とが積層され、封止された構成であるので、非常に効果的に小型化を図ることができ、また機械的強度も充分である。しかも、高周波成分の外部への漏れが抑えられ、磁束飽和も回避可能である。以下、上記のモジュールの製造工程について説明する。

［電力変換装置の製造工程］
図３は、第１の磁性基板の製造を示す図である。図３には、第１の磁性基板１の斜視図とそのＡ−Ａ'断面図が示されている。磁性基板１は、ＮｉＺｎ系フェライト、ＭｎＺｎ系フェライト、センダスト系フェライトのいずれかの粉体を、圧粉成形し、焼成して形成される。あるいは、磁性基板１は、所定の厚さの板状に圧粉成形し焼成した基板を、サンドブラスト法によりパターン成形して形成される。図３の例では、比較的大きな基板内に、３×３の電力変換モジュール用基板が同時に形成されている。斜視図から明らかなとおり、磁性基板１には深さ０．４ｍｍ程度のキャビティＣＶが形成され、磁性基板１の厚さは、例えば０．７ｍｍである。キャビティＣＶの斜面は、例えば２０度程度の傾斜を有する。また、キャビティＣＶ内の底面には、スルーホール２４が形成され、キャビティＣＶの４角には封止剤が通過可能な封止用ホール２６及び別のスルーホール（図示せず）が形成される。断面図には、キャビティＣＶとスルーホール２４とが示され、スルーホールには、面取りが施されている。このような第１の磁性基板１は、後述する製造工程の最後に、破線で示す位置で切断され、合計で９個のモジュールに分割される。

図４は、本実施の形態における電力変換装置の製造工程を示す断面図である。以下、順に説明する。図４Ａは、図３の断面図を上下逆にしたものである。フェライト材料からなる第１の磁性基板１には、キャビティＣＶとスルーホール２４が形成され、基板表面を平滑化するために、及び基板１が導電性を有する場合の絶縁のために、酸化シリコンや酸化タンタルなどの絶縁膜２が、スパッタリング法により、０．５〜１．０μｍの厚みに形成される。磁性基板１が絶縁性の高いＮｉＺｎ系のフェライトからなる場合は、上記絶縁層２の形成を省略することができる。

図４Ｂでは、後述するメッキ工程の種層として、磁性基板１の表面に、スパッタリング法により、Ti/Cr/Cuの金属層3を成膜する。Ti/Cr膜はCuの密着性を向上させる目的で下地膜として500〜1000Å程度形成し、Cu膜は0.5〜数μm程度の厚さ形成する。この金属層３は、第１の磁性基板１の両面、スルーホール２４内、キャビティＣＶの底面１ａ、斜面１ｂ、上面１ｃの全てに形成される。

次に、図４Ｃでは、第１の磁性基板１の両面にフォトレジストＲＳをスプレーコーティングまたはスピンコーティングによって塗布し、所定の温度で乾燥させた後、フォトリソグラフィ工程によりパターンニングし、コイル用導体パターンと入出力用導体パターンが形成される領域、及びスルーホール２４の領域のフォトレジストを除去して、金属層３を部分的に露出させる。

次に、図４Ｄでは、露出された金属層３上に電解メッキ法によりCu導体層４を所望の厚さ析出させ、堆積させる。磁性基板１の第１の面（上方の面）に形成されるコイル用導体パターンとして、Ｃｕ導体層４は30〜100μm程度の厚さに堆積させる。さらに、引き続き電解メッキ法により、Ｃｕ導体層４の上に、ハンダ付けのためのNi/Sn層５を堆積する。この厚さは、Niを0.5μm程度、Snを数μm程度である。このNi/Sn層５に対して、表面に半田ボールが設けられたフリップチップがフェースダウンで接続される。また、キャビティの底面１ａには、Ni/Snメッキ層５の代わりにNi/Auメッキ層を設けても良い。その場合は、集積回路基板は半田付けではなく後述する導電性接着剤によりボンディングされる。そして、ワイヤーボンディングにより接続される。
なお、この工程において、スルーホール２４の孔がメッキ層で塞がらないようにする必要があり、最低100μm以上の孔が確保されるように、磁性基板１のスルーホール２４のサイズとメッキ層の膜厚を決める。

そして、図４Ｅにて、フォトレジストＲＳを除去し、露出されたメッキ下地膜３を化学エッチング法またはバックスパッタリング法により除去し、コイル用導体パターンＬ、キャビティの底面１ａ、斜面１ｂ上の入出力用導体パターンＩ／Ｏ、スルーホール部２４のパターン、キャビティＣＶの上面１ｃ上の入出力端子用導体パターンが電気的に分離される。

最後に、図４Ｆにて、キャビティの底面１ａのスルーホール２４の導体パターン上に、スパッタリング法によりシリコン酸化膜などの絶縁膜６を部分的に形成する。この絶縁膜６は、スルーホール２４の導体パターンと、搭載される集積回路基板（シリコン基板）との絶縁を確保するために形成される。

以上により、第１の磁性基板１の第１の面には、コイル用導体パターンＬが形成され、第２の面のキャビティＣＶには、入出力用導体パターンＩ／Ｏが形成され、スルーホール２４にはコイル用導体パターンＬと入出力用導体パターンＩ／Ｏとを接続するパターンが形成される。

図５は、図４の工程を終了した第１の磁性基板１の第１の面と第２の面の導体パターンを示す図である。図５（Ａ）は図４の第２の面（下側の面）を、図５（Ｂ）は図４の第１の面（上側の面）をそれぞれ示している。図５（Ａ）の第２の面には、キャビティの底面には、集積回路基板が搭載されるマウント用導体パターン３０と、スルーホール２４につながる導体パターン３２とが形成され、導体パターン３２は、絶縁膜６により被覆されている。また、キャビティＣＶの底面１ａ、斜面１ｂ、上面１ｃに沿って、入出力用導体パターンＩ／Ｏが形成されている。キャビティＣＶの四隅には、別のスルーホール２５と、３個の封止用ホール２６とが形成されている。図５（Ｂ）の第１の面には、スルーホール２４と２５との間に、渦巻き状のコイル用導体パターンＬが形成されている。また、３個の封止用ホール２６も形成されている。

図４Ｆと図５から明らかなとおり、導体パターン３２は、スルーホール２４を介してコイル用導体パターンＬの一端に接続され、コイル用導体パターンＬの他端は、スルーホール２５を介して、出力端子Ｖoutに接続されている。

図６は、本実施の形態における製造工程を示す断面図である。図６には、図３のＡ−Ａ'断面図と、Ｂ−Ｂ'断面図とが示されている。Ｂ−Ｂ'断面図には、スルーホール２５と封止用ホール２６が明確に示されている。そして、第１の磁性基板１のキャビティＣＶ内のマウント用導体パターン３０上に、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路を有する集積回路基板８が、導電性接着剤９によりボンディングされる。または、半田付けされても良い。このとき、導電性接着剤９や半田の余剰分は、スルーホール２４内に吸収され、良好なボンディングが施される。更に、集積回路基板８と入出力用導体パターンＩ／Ｏおよび導体パターン３２とが、導電性ワイヤーＷにより接続される。

図７は、本実施の形態における封止工程を示す断面図である。図７には、図６のＢ−Ｂ'断面図の封止状態が示されている。封止工程では、図６の集積回路基板８を搭載した状態で、第１の磁性基板１のコイル用導体パターンＬ上に第２の磁性基板７を重ねて、封止用金型４０内に配置する。第２の磁性基板７の中心には、封止剤２２を注入するための約０．３ｍｍ程度の空気抜き用の孔７ａが設けられている。そして、矢印４２の方向に磁性材料を含有する封止剤２２を注入し、キャビティ内の集積回路基板８を封止剤により封止する。更に、第１の磁性基板１に形成したスルーホール２５と封止用スルーホール２６とを介して封止剤２２を第１の磁性基板１の反対側にも回り込ませて、第１の磁性基板１と第２の磁性基板７との間のコイル用導体パターンＬ間にも磁性材料を含む封止剤２２を充填する。封止剤は、例えば、ＮｉＺｎ系フェライト粉末を混ぜたエポキシ樹脂であり、約１５０℃程度でエポキシ樹脂を硬化させる。この封止工程により、第２の磁性基板７が第１の磁性基板１と一体化する。従って、封止用スルーホール２６は、封止剤２２が有効に回り込めるようなサイズと位置に形成される必要がある。

図８は、分離された後の電力変換モジュールの断面図である。断面図の方向は、図６と同じである。製造工程の最後に、図３で示した一点鎖線に沿ってダイシングソーあるいはレーザにより切断して、個別の電力変換モジュールに分離する。電力変換モジュールは、第１の磁性基板１の第２の面（上面）のキャビティ内にＤＣ−ＤＣコンバータの集積回路基板８が搭載され、第１の磁性基板２の第１の面（下面）にはコイル用導体パターンＬが形成され、そのコイル用導体パターンＬは、第１及び第２の磁性基板１，７により挟まれている。そして、コイル用導体パターンＬと集積回路基板８とはスルーホールの導体パターンを介して接続され、集積回路基板８と入出力用導体パターンＩ／Ｏとは、第１の磁性基板１上で磁性材料含有封止剤２２により封止され、コイル用導体パターンＬの間にも磁性材料含有封止剤２２が充填されている。

このように、第１の磁性基板１をベースにして、その両面を利用して集積回路基板８とコイル用導体パターンＬとを設け、それらを磁性材料含有封止剤２２と第２の磁性基板７とで閉じこめているので、小型で構造が頑丈で、高周波成分の漏れを抑制することができる。つまり、高周波成分が伝播する伝播路が、接続用の入出力端子部を除いて、全て磁性材料で閉じこめられているのである。

［実施の形態の変形例］
図９は、本実施の形態の変形例１を示す図である。この変形例１では、第１の磁性基板１にキャビティを設けずに、集積回路基板を搭載する面に、入出力端子用導体パターンを形成した入出力端子用磁性基板を設け、その入出力端子用磁性基板で囲まれたキャビティ内に集積回路基板を搭載する。それ以外の構成は、図２〜図８の実施例と同じである。

図９（Ａ）は、第１の磁性基板１の両面に、導体パターンＬ，３０，Ｉ／Ｏを形成した状態の断面図である。この断面図は図４Ｆの状態に対応し、第１の磁性基板１にはキャビティが設けられず、平坦である。図９（Ｂ）は、入出力端子用磁性基板４４の断面図及び平面図である。断面図に示されるように、基板４４には、４つのスルーホール４６が形成され、それらスルーホールには、基板４４の両面をつなぐ入出力端子用導体パターンＩＯＴが形成されている。この導体パターンの膜構造は、第１の磁性基板１に形成した導体パターンと同じである。図９（Ｃ）には、変形例１における電力変換モジュールの断面図が示される。第１の磁性基板１の集積回路基板８が搭載される面に、図９（Ｂ）で示した入出力端子用磁性基板４４が導電性接着剤９により、または半田付けにより、接着されている。その結果、入出力端子用磁性基板４４により、第１の磁性基板１の下面にキャビティが形成される。そして、そのキャビティ内に集積回路基板８が搭載され、磁性材料含有封止剤２２により封止される。図２（Ｂ）に示されるように、入出力端子用磁性基板４４は、４つの入出力端子用導体パターンＩＯＴを有する基板を２個と、２つの入出力端子用導体パターンＩＯＴを有する基板を２個とを、第１の磁性基板１の周囲に接着することで、キャビティを形成することができる。

また、第１の磁性基板１の上面側には、コイル用導体パターンＬ上に第２の磁性基板７が載せられ、封止剤２２により一体化されている。コイル用導体パターンＬ間にも磁性材料含有封止剤２２が充填される。封止工程は、図７で示した方法と同じである。

かかる変形例１の構成において、入出力端子用磁性基板４４のスルーホールにより入出力端子用導体パターンＩ／Ｏと入出力端子用導体パターンＩＯＴとが接続されている。従って、高周波成分が伝搬する配線は、全て磁性基板上または磁性基板内に形成され、更に、磁性材料含有封止剤２２により閉じこめられているので、高周波ノイズが外部に漏れることが抑制される。また、第１の磁性基板１の加工工程において、キャビティを形成する必要はなく、スルーホール用の孔を形成するだけである。

図１０は、本実施の形態の変形例２を示す図である。この変形例２では、変形例１の入出力端子用磁性基板４４の代わりに、Ｎｉ／Ｓｎメッキなどで表面加工したＣｕボール電極５０を、入出力用導体パターンＩ／Ｏ上に半田付けまたは導電性接着剤９により接着している。それ以外は、変形例１と同じである。

図１１は、本実施の形態の変形例３を示す図である。この変形例３は、図９の変形例と同様に、第１の磁性基板１にキャビティを設けるのではなく、入出力端子用基板４４を入出力用導体パターンＩ／Ｏ上に形成すると共に、電源入力端子Ｖｉｎまたは電源出力端子Ｖｏｕｔとグランド端子ＧＮＤとを隣接して設け、それらの端子の間に所定のサイズの積層セラミックチップコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３を導電性接着剤９により接着する構成を有する。

図１１（Ａ）は入出力端子側の平面図、図１１（Ｂ）は平面図におけるＤ−Ｄ'の断面図である。第１の磁性基板１上に形成された入出力用導電パターンＩ／Ｏ上に、チップコンデンサＣ２，Ｃ３の電極の一端を導電性接着剤９により接着し、そのチップコンデンサＣ２，Ｃ３の電極の他端を外部との接続端子にしている。また、チップコンデンサが必要ない入出力端子には、入出力端子用基板４４を設けている。断面図に示されるように、入出力端子用基板４４の高さと、チップコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３の高さとを同等にして、外部との接続端子の高さを同じレベルにしている。そして、集積回路基板（図示せず）と、チップコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３と、入出力端子用基板４４とが、磁性材料含有封止材２２により、外部との接続領域を除いて封止される。

変形例３では、入出力端子用基板４４に代えて、高周波成分が伝播する電源入力端子Ｖｉｎと電源出力端子Ｖｏｕｔにチップコンデンサを設けているので、電源の高周波ノイズを除去することができる。それ以外の入出力端子は、磁性基板に入出力端子用導電パターンＩＯＴを形成した構成と、磁性材料含有封止材２２による封止の構成とにより、高周波ノイズを閉じこめるようにし、高周波ノイズの漏れを抑制することができる。

以上の実施の形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータの集積回路基板を搭載する電力変換装置を例にして説明した。しかしながら、集積回路基板を搭載し、それにインダクタンス素子が接続される磁気デバイスにおいても、同様のモジュール構成を適用することができる。その場合も、高周波ノイズを抑制することができ、インダクタンス素子を囲む磁性材料層の磁束飽和を防止することができる。

以上の実施の形態をまとめると以下の付記の通りである。

（付記１）スイッチング動作を行う集積回路基板とその出力端に接続されるインダクタンス素子とを一体にモジュール化した電力変換装置において、
第１の磁性基板と、
前記第１の磁性基板の第１の面上に形成されたコイル用導体パターンと、
前記第１の磁性基板の第１の面上に、前記コイル用導体パターンを挟むように配置された第２の磁性基板と、
前記第１の磁性基板の第２の面上に搭載され、前記コイル用導体パターンと当該第１の磁性基板のスルーホールを介して接続された集積回路基板と、
前記第１の磁性基板の第２の面上に形成された前記集積回路基板の入出力用導体パターンとを有し、
前記第１の磁性基板の第２の面において前記集積回路基板が磁性材料を含有する封止材で封止され、更に、前記第１及び第２の磁性基板間の前記コイル用導体パターン間が前記封止材で充填されていることを特徴とする電力変換装置。

（付記２）付記１において、
前記第１の磁性基板には、前記封止材の通過を可能にする封止用ホールが形成されていることを特徴とする電力変換装置。

（付記３）付記１または２において、
前記第２の磁性基板には、前記コイル用導体パターンへの封止材の充填を可能にする充填用ホールが形成されていることを特徴とする電力変換装置。

（付記４）付記１において、
前記第１及び第２の磁性基板は、磁性材料を成形し焼成した所定の厚みを有する基板であることを特徴とする電力変換装置。

（付記５）付記１において、
前記第１の磁性基板の第２の面側に、前記集積回路基板を収納するキャビティが設けられ、当該キャビティが磁性材料含有封止材により埋められて前記集積回路基板が封止され、前記キャビティの底面及び斜面から上面にかけて前記集積回路基板に接続される入出力用導体パターンが設けられ、底面及び斜面上の入出力用導体パターンは前記封止材により封止され、上面に露出された入出力用導体パターンにより外部との接続が行われることを特徴とする電力変換装置。

（付記６）付記１において、
前記第１の磁性基板の第２の面上に、前記入出力用導体パターンに接続され、スルーホールを有する第３の磁性基板からなる入出力端子部材を有し、当該入出力端子部材により囲まれた凹部に前記集積回路基板が収容され、前記封止材により封止されていることを特徴とする電力変換装置。

（付記７）付記６において、
前記第１の磁性基板の第２の面上に、前記入出力用導体パターンのうち電源用入出力用導電パターンとグランド用導電パターンとの間に接続され、前記入出力端子部材と同等の高さを有するコンデンサ部材を有することを特徴とする電力変換装置。

（付記８）付記１において、
前記第１の磁性基板の第２の面上であって、前記入出力用導体パターン上に設けられた複数の導体ボール端子を有することを特徴とする電力変換装置。

（付記９）付記１において、
前記集積回路基板は、第１の直流電源を供給され、前記コイル用導体パターンの一端側に間欠的に電流を供給するスイッチング回路を有し、前記コイル用導体パターンの他端側に前記第１の直流電源と異なる電圧レベルの第２の直流電源を生成することを特徴とする電力変換装置。

（付記１０）集積回路基板とその出力端に接続されるインダクタンス素子とを一体にモジュール化した磁気デバイスにおいて、
第１の磁性基板と、
前記第１の磁性基板の第１の面上に形成されたコイル用導体パターンと、
前記第１の磁性基板の第１の面上に、前記コイル用導体パターンを挟むように配置された第２の磁性基板と、
前記第１の磁性基板の第２の面上に搭載され、前記コイル用導体パターンと当該第１の磁性基板のスルーホールを介して接続された集積回路基板と、
前記第１の磁性基板の第２の面上に形成された前記集積回路基板の入出力用導体パターンとを有し、
前記第１の磁性基板の第２の面において前記集積回路基板が磁性材料を含有する封止材で封止され、更に、前記第１及び第２の磁性基板間の前記コイル用導体パターン間が前記封止材で充填されていることを特徴とする磁気デバイス。

（付記１１）集積回路基板とその出力端に接続されるインダクタンス素子とを一体にモジュール化した磁気デバイスの製造方法において、
第１の面上にコイル用導体パターンが形成され、第２の面上に入出力用導体パターンが形成され、前記コイル用導体パターンと前記入出力用導体パターンとを接続するスルーホールと、封止材が通過可能な封止用ホールとを有する第１の磁性基板の、前記第２の面上に、集積回路基板を搭載する工程と、
前記第１の磁性基板の第１の面上及び前記コイル用導体パターン上に、封止材が通過可能な充填用ホールを有する第２の磁性基板を重ねた状態で、磁性材料を含有する封止剤により前記第１の磁性基板の第２の面上の前記集積回路基板と入出力用導体パターンの一部とを封止すると共に、前記封止材を前記コイル用導体パターン間に充填する封止工程とを有することを特徴とする磁気デバイスの製造方法。

（付記１２）付記１１において、
前記封止工程において、前記封止材が前記第１の磁性基板の第２の面側から供給され、前記第２の磁性基板の封止用ホールを介して前記封止材が前記第２の面から第１の面に向けて供給され、前記第１の磁性基板の充填用ホールを介して前記封止材が供給されることを特徴とする磁気デバイスの製造方法。

本実施の形態の電力変換装置の一例であるＤＣ−ＤＣコンバータの構成図である。 本実施の形態における電力変換装置の断面図及び平面図である。 第１の磁性基板の製造を示す図である。 本実施の形態における電力変換装置の製造工程を示す断面図である。 図４の工程を終了した第１の磁性基板１の第１の面と第２の面の導体パターンを示す図である。 本実施の形態における製造工程を示す断面図である。 本実施の形態における封止工程を示す断面図である。 分離された後の電力変換モジュールの断面図である。 本実施の形態の変形例１を示す図である。 本実施の形態の変形例２を示す図である。 本実施の形態の変形例３を示す図である。

符号の説明

１：第１の磁性基板、７：第２の磁性基板、８：集積回路基板
２２：磁性材料含有封止材、２４：スルーホール、２５：スルーホール
２６：封止用ホール、２８：充填用ホール
Ｌ：コイル用導体パターン、Ｉ／Ｏ：入出力用導体パターン

Claims (5)

1. スイッチング動作を行う集積回路基板とその出力端に接続されるインダクタンス素子とを一体にモジュール化した電力変換装置において、
   第１の磁性基板と、
   前記第１の磁性基板の第１の面上に形成されたコイル用導体パターンと、
   前記第１の磁性基板の第１の面上に、前記コイル用導体パターンを挟むように配置された第２の磁性基板と、
   前記第１の磁性基板の第２の面上に搭載され、前記コイル用導体パターンと当該第１の磁性基板のスルーホールを介して接続された集積回路基板と、
   前記第１の磁性基板の第２の面上に形成された前記集積回路基板の入出力用導体パターンとを有し、
   前記第１の磁性基板の第２の面において前記集積回路基板が磁性材料を含有する封止材で封止され、更に、前記第１及び第２の磁性基板間の前記コイル用導体パターン間が前記封止材で充填されていることを特徴とする電力変換装置。
2. 請求項１において、
   前記第１の磁性基板には、前記封止材の通過を可能にする封止用ホールが形成されていることを特徴とする電力変換装置。
3. 請求項１または２において、
   前記第２の磁性基板には、前記コイル用導体パターンへの封止材の充填を可能にする充填用ホールが形成されていることを特徴とする電力変換装置。
4. 集積回路基板とその出力端に接続されるインダクタンス素子とを一体にモジュール化した磁気デバイスにおいて、
   第１の磁性基板と、
   前記第１の磁性基板の第１の面上に形成されたコイル用導体パターンと、
   前記第１の磁性基板の第１の面上に、前記コイル用導体パターンを挟むように配置された第２の磁性基板と、
   前記第１の磁性基板の第２の面上に搭載され、前記コイル用導体パターンと当該第１の磁性基板のスルーホールを介して接続された集積回路基板と、
   前記第１の磁性基板の第２の面上に形成された前記集積回路基板の入出力用導体パターンとを有し、
   前記第１の磁性基板の第２の面において前記集積回路基板が磁性材料を含有する封止材で封止され、更に、前記第１及び第２の磁性基板間の前記コイル用導体パターン間が前記封止材で充填されていることを特徴とする磁気デバイス。
5. 集積回路基板とその出力端に接続されるインダクタンス素子とを一体にモジュール化した磁気デバイスの製造方法において、
   第１の面上にコイル用導体パターンが形成され、第２の面上に入出力用導体パターンが形成され、前記コイル用導体パターンと前記入出力用導体パターンとを接続するスルーホールと、封止材が通過可能な封止用ホールとを有する第１の磁性基板の、前記第２の面上に、集積回路基板を搭載する工程と、
   前記第１の磁性基板の第１の面上及び前記コイル用導体パターン上に、封止材が通過可能な充填用ホールを有する第２の磁性基板を重ねた状態で、磁性材料を含有する封止剤により前記第１の磁性基板の第２の面上の前記集積回路基板と入出力用導体パターンの一部とを封止すると共に、前記封止材を前記コイル用導体パターン間に充填する封止工程とを有することを特徴とする磁気デバイスの製造方法。

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