JP2007318954A

JP2007318954A - 超小型ｄｃ−ｄｃコンバータモジュール

Info

Publication number: JP2007318954A
Application number: JP2006147723A
Authority: JP
Inventors: Osamu Hirohashi; 修広橋
Original assignee: Fuji Electric Device Technology Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2006-05-29
Filing date: 2006-05-29
Publication date: 2007-12-06

Abstract

【目的】電源ＩＣチップの大きさについての自由度を大きくできて、製造コストを低減できる超小型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールを提供する。
【解決手段】インダクタ基板１上に入出力コンデンサ５，７を固着し、その上に電源ＩＣチップ９をＤＡＦテープ１２で固着し、電源ＩＣチップ９の金属電極１０とインダクタ基板１の金属電極２を金ワイヤ１３で接続することで、電源ＩＣチップ９の大きさに対する自由度を大きくし、最適な大きさのチップを用いることで、チップの製造コストを低減し、薄型で超小型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールの製造コストを低減できる。
【選択図】図１

Description

この発明は、主に携帯型電子機器に使用される分散型電源ＩＣもしくは集中型電源の不足分を補う個別電源ＩＣを搭載した超小型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールに関する。

図４は、ＤＣ−ＤＣコンバータの回路図である。ＤＣ−ＤＣコンバータは、主要な構成部品として電源ＩＣチップ５２、インダクタ５４、入力側のコンデンサ５６および出力側のコンデンサ５８がある。
ＤＣ−ＤＣコンバータは、入力端子ＩＮから直流電圧を印加し、電源ＩＣチップ５２に内蔵されているＭＯＳＦＥＴをスイッチングさせ、インダクタ５４と出力コンデンサ５８で平滑することで出力端子ＯＵＴから任意の直流電圧を出力する。

図５は、従来のＤＣ−ＤＣコンバータモジュールの要部断面図である。このモジュールはインダクタ５４、入力コンデンサ５６、出力コンデンサ５８および電源ＩＣ５２などがプリント基板５１上にピン５３や金属電極５５、５７，５９をはんだ６０で別々に固着され実装されている。
電源ＩＣ５２は図示しないリードフレームに電源ＩＣチップをダイボンディングし、金ワイヤによりリードフレームのリード端子と電源ＩＣチップの金属電極であるパッド間をワイヤボンディングして接続し、その後樹脂封止し、切断成形により個片化した、ケースに電源ＩＣチップが内蔵された構造である。

また、入出力コンデンサ５６，５８は積層セラミックコンデンサや電解コンデンサなどであり、インダクタ５４は積層インダクタや巻線インダクタなどが一般的に使用されている。
携帯電話、デジタルカメラおよびデジタルビデオカメラなどに代表される携帯型電子機器は、さらなる小型化、低価格化が求められている。そのため、機器に内蔵される部品実装基板の小型化が要求されている。この実装基板（多層プリント基板）の小型化はコスト低減効果を生む。

しかし、図５のような構成では、プリント基板５１上に電源ＩＣ５２、インダクタ５４および入出力コンデンサ５６，５８などを平面的に個別に配置すると占有面積（Ｌ０）が大きくなってしまう。
これを解決するために、特許文献１には、図６に示すように、電源ＩＣチップ６５、インダクタ６１およびコンデンサ６８を積層した後、図示しない樹脂により封止することで、厚さが１ｍｍ程度、占有面積が３ｍｍ□程度に小型化を図った例が開示されている。インダクタ６１と電源ＩＣチップ６５は、電源ＩＣチップ６５の表面の外周部に形成した金属電極６６と一体になっているスタッドバンプ６７（電源ＩＣチップの表面はひっくり返されて下側にきている）とインダクタ６１の外周部に配置された金属電極６２を固着してそれぞれを電気的に接続し、また、インダクタ６１とコンデンサ６８はそれぞれの金属電極６３，６９をはんだ７０などで固着して電気的に接続している。尚、６４は表側の金属電極６２と裏側の金属電極６３を電気的に接続する接続導体である。

また、特許文献２によれば、電源ＩＣチップ上にコンデンサやインダクタを配設して小型・薄型化を図った薄型直流電源装置が開示されている。
特開２００４−７２８１５号公報特開２００４−２２１２２５号公報

しかし、特許文献１によると、前記したようにインダクタ６１の外周部に配置された金属電極６２に電源ＩＣチップ６５の外周部に形成された金属電極６６（パッド）を合わせこれらの金属電極６２，６６間を電源ＩＣチップ６５の金属電極６６と一体になっているスタッドバンプ６７で電気的に接続するため、インダクタ６１の大きさＬ１に電源ＩＣチップ６５の大きさＬ２を合わせる必要があり、電源ＩＣチップ６５の大きさＬ２を小さくすることができない。また、インダクタ６１の外周部に配置される金属電極６２は、スタッドバンプ６７を固着するために、金属電極６２の表面を平坦で大きな面積にする必要があり、そのためインダクタ６１が大きくなる。

通常、インダクタ６１の占める大きさが一番大きく、つぎにコンデンサ６８が占める大きく、電源ＩＣチップ６５の占める大きさが一番小さくなる。そのため、特許文献１のような構成では、電源ＩＣチップ６５の大きさを必要以上に大きくしなければならず、電源ＩＣチップ６５の大きさがインダクタ６１の大きさに依存して自由度が小さく、また必要以上に大きな電源ＩＣチップ６５は製造コストが高くなる。

また、特許文献２で開示されている薄型直流電源装置では、電源ＩＣチップ上にコンデンサやインダクタが配設されているため電源ＩＣチップの大きさは他の部品より大きくする必要があり、大きさに対する自由度は小さく、チップの製造コストが増大する。
この発明の目的は、前記の課題を解決して、電源ＩＣチップの大きさについての自由度を大きくできて、製造コストを低減できる超小型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールを提供することにある。

前記の目的を達成するために、インダクタ基板の外周部に表裏面で互いに電気的に接続した第１金属電極が形成され、中央部にコイルが形成されたインダクタと、端部に第２金属電極が形成されたコンデンサと、外周部に第３金属電極が形成された電源ＩＣチップの各部品が互いに固着し順次積層され樹脂で封止されて形成される超小型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールにおいて、
前記インダクタ基板の表面上に前記コンデンサと前記電源ＩＣチップ、もしくは前記電源ＩＣチップと前記コンデンサの順に積層され、少なくとも前記電源ＩＣチップに形成された前記第３金属電極と前記インダクタ基板に形成された前記第１金属電極とがボンディングワイヤで接続されている構成とする。

また、前記コンデンサが電解コンデンサもしくは積層セラミックコンデンサであるとよい。
また、前記インダクタ基板と前記電源ＩＣチップ、もしくは前記インダクタ基板と前記コンデンサ、もしくは前記コンデンサと前記電源ＩＣチップ、もしくは前記インダクタ基板，前記コンデンサおよび前記電源ＩＣチップのそれぞれの部品をＤＡＦ（ＤｉｅＡｔｔａｃｈＦｉｌｍ）テープで互いに固着するとよい。

また、前記インダクタ基板に形成された前記第１金属電極と、該インダクタ基板上の直近に位置する前記部品の前記第２金属電極もしくは前記第３金属電極とを接合材で固着するとよい。
また、前記接合材がＡｇペーストもしくははんだであるとよい。
また、前記インダクタ基板と該インダクタ基板上の直近に位置する前記部品の間の隙間をアンダーフィルで充填するとよい。

また、前記インダクタ基板の裏面が前記樹脂に覆われず露出し、前記インダクタ基板の裏面と前記樹脂の最上面との距離が１．２ｍｍ以下である。
このように、インダクタ基板をベースにし、その上にコンデンサ、その上に電源ＩＣチップを上下に重ね合わせた構造とするかまたはインダクタ基板をベースにし、その上に電源ＩＣチップ、その上にコンデンサを上下に重ね合わせた構造とする。コンデンサは小型薄型タイプの積層セラミックまたは電解コンデンサを選択し、電源ＩＣチップも薄型化することで、パッケージ厚みを１．２ｍｍ以下にする。電極への取り出しは金ワイヤボンディングにより行う。

インダクタ基板とコンデンサの貼り合わせは絶縁性のＤＡＦテープまたはＡｇペーストおよびはんだにより行う。Ａｇペーストやはんだの場合はそれぞれの金属端子を接続するのでボンディングワイヤは不要となる。インダクタと電源ＩＣチップの貼り合せやコンデンサと電源ＩＣチップの貼り合わせは絶縁性のＤＡＦテープにより行う。

この発明によれば、インダクタを構成するインダクタ基板をプリント基板代わりに用いて、その上にコンデンサ、電源ＩＣチップを上下方向に積層し、配線をボンディングワイヤで行う構造することで、電源ＩＣチップの大きさに対する自由度を大きくして、最適なチップサイズとすることで、製造コストの低減を図ることができる。また積層することで、実装面積を大幅に低減でき、かつ各々を薄型化することで厚み１．２ｍｍ以下の超小型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールを構成できる。

発明の実施の形態を以下の実施例にて説明する。

図１は、この発明の第１実施例の超小型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールの構成図であり、同図（ａ）は要部平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＸ１−Ｘ１で切断した要部断面図、同図（ｃ）は同図（ａ）のＸ２−Ｘ２で切断した要部断面図、同図（ｄ）は同図（ａ）のＹ−Ｙで切断した要部断面図である。
小型薄型の入力コンデンサ５と出力コンデンサ７をインダクタ基板１（厚みは例えば０．５ｍｍ、大きさは例えば２．７ｍｍ□程度）上に固着する。この固着はインダクタ基板１に形成した金属電極２と入力コンデンサ５および出力コンデンサ７のそれぞれの金属電極６、８をＡｇペースト１１（またははんだ）にて接着することで行われる。これらの入出力コンデンサ５，７は積層セラミックコンデンサや電解コンデンサなどである。またインダクタ基板１はフェライト基板などであり、このインダクタ基板１の外周部には金属電極２が形成され、中央部には例えば図示しないソレノイド状のコイルが形成されているがここではコイル部は省略した。また、インダクタ基板１の裏側にも金属電極３が形成され、表側の金属電極２と接続導体４で電気的に接続している。この裏側の金属電極４は図示しないプリント基板の配線パターンと接続する。通常、金属電極２，３および接続導体４はめっきになどより同時に形成される。

その後、電源ＩＣチップ９の裏面（厚みは例えば０．１４ｍｍ）をこれらの入出力コンデンサ５，７（厚みは例えば０．２ｍｍ）上にＤＡＦ（ＤｉｅＡｔｔａｃｈＦｉｌｍ）テープ１２（厚みは例えば０．０５ｍｍ）により接着する。このＤＡＦテープ１２は両面で接着できる電気的に絶縁性の接着テープである。その後、ボンディングワイヤである金ワイヤ１３にて、必要に応じて、電源ＩＣチップ９の金属電極１０（パッド）とインダクタ基板１の金属電極２間を接続し、最後に樹脂１４による封止を行う。尚、樹脂封止は、例えば樹脂モールドなどにより行なわれる。この金ワイヤ１３上端と樹脂１４の表面との距離は金ワイヤ１３を横だし配線することで０．１ｍｍ程度にできる。

従って、超小型ＤＣ−ＤＣコンバータモジールの総厚みは１ｍｍ程度と薄型にすることができる。前記の金ワイヤ１３の接続は電源ＩＣの仕様により異なる。この総厚みは携帯機器の厚みに対する仕様から１．２ｍｍ以下とすることが望まれている。
このように、電源ＩＣチップ９の金属電極１０とインダクタ基板１の金属電極２を金ワイヤ１３で接続することで、電源ＩＣチップ９の大きさはインダクタ基板１の大きさに合わせる必要がなくなり（例えば、点線で示した小さな電源ＩＣチップ９ａでも構わない）、チップの大きさに対する自由度は大きくできる。そのため、電源ＩＣチップ９の大きさが最適化できるのでチップの製造コストを低減できて、超小型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールの製造コストを低減できる。

また、電源ＩＣ近傍にインダクタ、コンデンサを設置できるため、耐ノイズ性にすぐれたＤＣ−ＤＣコンバータモジュールが構成できる。

図２は、この発明の第２実施例の超小型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールの構成図であり、同図（ａ）は要部平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＸ１−Ｘ１で切断した要部断面図、同図（ｃ）は同図（ａ）のＸ２−Ｘ２で切断した要部断面図、同図（ｄ）は同図（ａ）のＹ−Ｙで切断した要部断面図である。
図１との違いは、インダクタ基板１と入出力コンデンサ５，７の隙間にアンダーフィル１５を塗布もしくは充填している点である。こうすることで、インダクタ基板１と入出力コンデンサ５、７との接着強度が強化される。

図３は、この発明の第３実施例の超小型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールの構成図であり、同図（ａ）は要部平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＸ１−Ｘ１で切断した要部断面図、同図（ｃ）は同図（ａ）のＸ２−Ｘ２で切断した要部断面図、同図（ｄ）は同図（ａ）のＹ−Ｙで切断した要部断面図である。
インダクタ基板１上に電源ＩＣチップ９の裏面をＤＡＦテープ１２により接着する。その上にＤＡＦテープ１２により小型薄型の入出力コンデンサ５，７を接着する。その後、金ワイヤ１３にて、必要に応じて、電源ＩＣチップ９の金属電極１０とインダクタ基板１の金属電極２間、インダクタ基板１の金属電極２と入出力コンデンサ５，７の金属電極間６，８を接続する。前記の金ワイヤ１３の接続は電源ＩＣの仕様により異なる。この構成により第１実施例と同様の効果を得ることができる。

尚、入出力コンデンサ５，７は点線で示すように電源ＩＣチップ９からはみ出した大きな入出力コンデンサ５ａ、７ａとしても構わない。

この発明の第１実施例の超小型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールの構成図であり、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ１−Ｘ１で切断した要部断面図、（ｃ）は（ａ）のＸ２−Ｘ２で切断した要部断面図、（ｄ）は（ａ）のＹ−Ｙで切断した要部断面図この発明の第２実施例の超小型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールの構成図であり、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ１−Ｘ１で切断した要部断面図、（ｃ）は（ａ）のＸ２−Ｘ２で切断した要部断面図、（ｄ）は（ａ）のＹ−Ｙで切断した要部断面図この発明の第３実施例の超小型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールの構成図であり、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ１−Ｘ１で切断した要部断面図、（ｃ）は（ａ）のＸ２−Ｘ２で切断した要部断面図、（ｄ）は（ａ）のＹ−Ｙで切断した要部断面図ＤＣ−ＤＣコンバータの回路図従来のＤＣ−ＤＣコンバータモジュールの要部断面図別の従来のＤＣ−ＤＣコンバータモジュールの要部断面図

符号の説明

１インダクタ基板
２金属電極(表側)
３金属電極（裏側）
４接続導体
５入力コンデンサ
６金属電極
７出力コンデンサ
８金属電極
９電源ＩＣチップ
１０金属電極
１１Ａｇペースト
１２ＤＡＦテープ
１３金ワイヤ
１４樹脂
１５アンダーフィル

Claims

インダクタ基板の外周部に表裏面で互いに電気的に接続した第１金属電極が形成され、中央部にコイルが形成されたインダクタと、端部に第２金属電極が形成されたコンデンサと、外周部に第３金属電極が形成された電源ＩＣチップの各部品が互いに固着し順次積層され樹脂で封止されて形成される超小型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールにおいて、
前記インダクタ基板の表面上に前記コンデンサと前記電源ＩＣチップ、もしくは前記電源ＩＣチップと前記コンデンサの順に積層され、少なくとも前記電源ＩＣチップに形成された前記第３金属電極と前記インダクタ基板に形成された前記第１金属電極とがボンディングワイヤで接続されていることを特徴とする超小型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール。
前記コンデンサが電解コンデンサもしくは積層セラミックコンデンサであることを特徴とする請求項１に記載の超小型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール
前記インダクタ基板と前記電源ＩＣチップ、もしくは前記インダクタ基板と前記コンデンサ、もしくは前記コンデンサと前記電源ＩＣチップ、もしくは前記インダクタ基板，前記コンデンサおよび前記電源ＩＣチップのそれぞれの部品をＤＡＦ（ＤｉｅＡｔｔａｃｈＦｉｌｍ）テープで互いに固着することを特徴とする請求項１または２に記載の超小型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール。
前記インダクタ基板に形成された前記第１金属電極と、該インダクタ基板上の直近に位置する前記部品の前記第２金属電極もしくは前記第３金属電極とを接合材で固着することを特徴とする請求項１または２に記載の超小型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール。
前記接合材がＡｇペーストもしくははんだであることを特徴とする請求項４に記載の超小型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール。
前記インダクタ基板と該インダクタ基板上の直近に位置する前記部品の間の隙間をアンダーフィルで充填することを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の超小型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール。
前記インダクタ基板の裏面が前記樹脂に覆われず露出し、前記インダクタ基板の裏面と前記樹脂の最上面との距離が１．２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の超小型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール。