JP2012138496A

JP2012138496A - コイル内蔵基板

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Publication number: JP2012138496A
Application number: JP2010290503A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Yazaki; 浩和矢▲崎▼
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2012-07-19
Anticipated expiration: 2030-12-27
Also published as: JP5716391B2

Abstract

【課題】外部への不要な磁束漏洩が防止され、基板の内部または外面に形成されている配線などの導体に対するノイズの重畳が抑制されたコイル内蔵基板を構成する。
【解決手段】コイル内蔵基板１０１はコイル導体形成層２０と非磁性体層３１，３２を備えている。コイル導体形成層２０は、コイル導体９と磁性体とが積層された磁性体層である。非磁性体層３１は電子部品搭載面側（第１主面側）に形成され、表面導体膜７を含む。非磁性体層３２は実装先の配線基板に対する実装面側（第２主面側）に形成され、表面導体膜７を含む。コイル導体形成層２０と非磁性体層３１との間には透磁率の高い磁性体層４１を備えている。また、コイル導体形成層２０と非磁性体層３２との間には透磁率の高い磁性体層４２を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、内部にコイルを備え、ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール等に適用されるコイル内蔵基板に関する。

基板の内部にコイルが構成されたＤＣ−ＤＣコンバータモジュールが特許文献１に開示されている。図１は特許文献１に示されている積層型セラミック電子部品（ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール）１の断面図である。積層型セラミック電子部品１は、フェライトセラミックからなる基材層２と、基材層２の上下主面上にそれぞれ配置されかつフェライトセラミックからなる表面層３，４とを含む積層構造を有するセラミック積層体５を備えている。また、積層型セラミック電子部品１は、セラミック積層体５の内部および外部に設けられる導体パターンを備えている。導体パターンには大別して面内配線導体６と表面導体膜７と層間接続導体８とがある。面内配線導体６および表面導体膜７は、この積層型セラミック電子部品１を製造する過程において、基材層２または表面層３，４を形成するために積層されるセラミックグリーンシートの主面上に形成されていて、層間接続導体８は上記セラミックグリーンシートを厚み方向に貫通するように設けられている。面内配線導体６はセラミック積層体５の内部に形成されている。

特定の面内配線導体６および特定の層間接続導体８によって、コイル導体９が基材層２の内部に形成されている。この積層型セラミック電子部品１は、たとえばＤＣ−ＤＣコンバータを構成するもので、表面層３の外方に向く主面上には、表面実装型電子部品１０および１１が搭載される。電子部品１０はたとえばＩＣチップであり、表面層３の外方に向く主面上に形成された表面導体膜７にはんだバンプ１２を介して電気的に接続される。他方の電子部品１１はたとえばチップコンデンサであり、表面層３の外方に向く主面上に形成された表面導体膜７にはんだ１３を介して電気的に接続されている。下方の表面層４の外方に向く主面上に形成された表面導体膜７は、図示しないマザー基板上に、この積層型セラミック電子部品１を実装する際の端子電極として用いられている。

一方、低透磁率ではあるが直線性や直流重畳特性のよい開磁路型のインダクタの漏れ磁束の影響を防止することを目的として、高透磁率の外部磁性体層を上下面に配置したシールド型インダクタが特許文献２に開示されている。

国際公開２００７／１４８５５６号特公平３−５８１６４号公報

特許文献１に示されている構造のコイル内蔵基板において、コイル導体の周辺に層間接続導体、面内配線導体またはシールド導体などのコイル導体以外の導体が近接して設けられた場合、これらの導体が無い場合に比べて磁束が抑制され、インダクタとしての電気的特性が劣化する。すなわち、得られるインダクタンス値が小さくなり、必要なインダクタンス値を得るためにコイル導体の線幅を細くして巻回数を増すと、Ｑ値および直流抵抗値が劣化する。また、前記コイル導体以外の導体とコイル導体との間で信号が干渉する。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータモジュールが構成される場合、コイル導体にスイッチング電流が流れ、このスイッチング電流で生じる磁界が、基板を貫通している電圧出力用の層間接続導体（ビアホール導体）と結合して、出力電圧にノイズが重畳される問題がある。

特許文献２のシールド型インダクタにおいては、外部への不要な磁束漏洩を防止できるが、コイル導体と基板内の他の導体との不要な結合を防止する構造にはなっていない。

本発明は、外部への不要な磁束漏洩が防止され、基板の内部または外面に形成されている配線などの導体に対するノイズの重畳が抑制されたコイル内蔵基板を提供することを目的としている。

（１）本発明の第１の態様は、コイル導体と磁性体とが積層されて基板の全部または主要部を構成する磁性体層を備えたコイル内蔵基板において、
前記コイル導体を含む層であるコイル導体形成層と前記基板の第１主面との間、または前記コイル導体形成層と前記基板の第２主面との間の少なくとも一方に、前記磁性体層より透磁率の高い磁性体層を備えたことを特徴とする。

この構造により、コイル導体による磁界が透磁率の高い磁性体層に集中して磁性体の積層方向への磁界の広がりが抑えられるので、基板の内部または外面に形成されている配線などの導体に重畳されるノイズが抑制される。

（２）本発明の第２の態様は、コイル導体と磁性体とが積層されて基板の全部または主要部を構成する磁性体層を備えたコイル内蔵基板において、
前記コイル導体の形成領域の周辺に、前記磁性体の積層方向に延びる、前記磁性体層より透磁率の高い磁性体領域を備えたことを特徴とする。

この構造により、コイル導体による磁界が透磁率の高い磁性体領域に集中して磁性体の面方向への磁界の広がりが抑えられるので、基板の内部に形成されている、磁性体の積層方向に延びる層間接続導体に重畳されるノイズが抑制される。

（３）前記透磁率の高い磁性体領域は前記基板の第１主面と第２主面とを結ぶ直線上に延びていることが好ましい。この構造により、磁性体の積層体に貫通孔を形成して磁性体ペーストを充填する工程がそのまま適用でき、容易に製造できる。

（４）前記透磁率の高い磁性体領域は前記基板の第１主面および第２主面に垂直な一つの直線上に不連続に設けられていてもよい。この構造により、透磁率の異なる磁性体ペーストの収縮率が異なるために生じる、基板の部品搭載面（上面）および実装先基板への実装面（下面）の凹凸を低減できる。

（５）前記基板は、その第１主面側および第２主面側が非磁性体の層で覆われていることが好ましい。この構造により、磁性体より強度の高い層で被覆することになるので全体の強度が向上する。

本発明によれば、コイル内蔵基板単体で、外部への不要な磁束漏洩が防止され、基板の内部または外面に形成されている配線などの導体に対するノイズの重畳が抑制される。

図１は特許文献１に示されている積層型セラミック電子部品（ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール）の断面図である。図２は第１の実施形態のコイル内蔵基板１０１、およびそれを備えたＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１１の構成を示す断面図である。図３（Ａ）は第２の実施形態のコイル内蔵基板１０２、およびそれを備えたＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１２の構成を示す断面図である。図３（Ｂ）はコイル内蔵基板１０２のコイル導体形成層での横断面図である。図４（Ａ）、図４（Ｂ）は第３の実施形態のコイル内蔵基板、およびそれを備えたＤＣ−ＤＣコンバータモジュールの構成を示す断面図である。

《第１の実施形態》
図２は第１の実施形態のコイル内蔵基板、およびそれを備えたＤＣ−ＤＣコンバータモジュールの構成を示す断面図である。このＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１１は、コイル内蔵基板１０１と、このコイル内蔵基板１０１の上面に搭載された電子部品（１１等）とで構成されている。通常、コイル内蔵基板１０１の上面には複数の電子部品が搭載されるが、図２ではそれらの電子部品のうち一つ（電子部品１１）のみを図示している。

コイル内蔵基板１０１はコイル導体形成層２０と非磁性体層３１，３２を備えている。コイル導体形成層２０は、コイル導体９と磁性体とが積層された磁性体層である。非磁性体層３１は電子部品搭載面側（第１主面側）に形成され、表面導体膜７を含む。非磁性体層３２は実装先の配線基板に対する実装面側（第２主面側）に形成され、表面導体膜７を含む。

コイル導体形成層２０、磁性体層２１，２２、および非磁性体層３１，３２には面内配線導体６、層間接続導体８を必要に応じて備えている。
コイル導体形成層２０と非磁性体層３１との間には透磁率の高い磁性体層４１を備えている。また、コイル導体形成層２０と非磁性体層３２との間には透磁率の高い磁性体層４２を備えている。

透磁率の高い磁性体層４１と非磁性体層３１との間にはコイル導体形成層２０と同じ磁性体材料の磁性体層２１が設けられている。また、透磁率の高い磁性体層４２と非磁性体層３２との間にもコイル導体形成層２０と同じ磁性体材料の磁性体層２２が設けられている。

ここで、コイル導体形成層２０、磁性体層２１，２２の透磁率をμ１、透磁率の高い磁性体層４１，４２の透磁率をμ２で表すと、μ１＜μ２の関係にある。

このように、コイル導体形成層２０を層方向に挟むように透磁率の高い磁性体層４１，４２を配置することにより、コイル導体９によって生じる磁束が透磁率の高い磁性体層４１，４２を層方向に通るように磁界が分布する。そのため、コイル導体９よる磁束の外部への漏洩が防止される。また、コイル導体９による磁束は積層方向に導かれるので、磁性体の積層方向（垂直方向）への磁束の拡がりが抑制される。そのため、非磁性体層３１，３２に形成されている面内配線導体６、表面導体膜７および層間接続導体８等に渦電流が流れにくくなる。すなわち、非磁性体層３１，３２に形成されている面内配線導体６、表面導体膜７および層間接続導体８等へのノイズの重畳が抑制される。

前記透磁率の高い磁性体層４１，４２は非磁性体層３１，３２寄りの位置にあってもよい。または、コイル導体形成層２０と非磁性体層３１，３２との間の全体にわたって形成されていてもよい。但し、図２に示したように、透磁率の高い磁性体層４１，４２がコイル導体形成層２０に近接していて、透磁率の高い磁性体層４１，４２と非磁性体層３１，３２との間に比較的低透磁率の磁性体層２１，２２が存在していると、透磁率の高い磁性体層４１，４２を通る磁束を、非磁性体層３１，３２に形成されている面内配線導体６、表面導体膜７および層間接続導体８等から離すことができる。そのため、非磁性体層３１，３２に形成されている面内配線導体６、表面導体膜７および層間接続導体８等へのノイズの重畳がより確実に抑制される。

なお、第１の実施形態では、コイル導体形成層２０、磁性体層２１，２２および透磁率の高い磁性体層４１，４２の積層体は基板の主要部を構成する磁性体層であり、この磁性体層の第１主面側および第２主面側が非磁性体層３１，３２の層で覆われている。一般的に非磁性体は磁性体より強度が高いので、第１の実施形態によれば、基板全体に高い強度が得られる。

前記コイル内蔵基板１０１はグリーンシートプロセスにより製造される。前記コイル導体形成層２０および磁性体層２１，２２は、例えばFe-Ni-Zn-Cu系の酸化物を主成分とする磁性フェライトである。焼成前は、これらのセラミックグリーンシートの積層体である。また、前記非磁性体層３１，３２は、Fe-Zn-Cu系の酸化物を主成分とする非磁性体フェライトである。焼成前はこのセラミックグリーンシートの積層体である。

前記層間接続導体８は導電性ペーストの焼結体である。焼成前は所定のセラミックグリーンシートに形成された貫通孔に充填された導電性ペースト（未焼結の層間接続導体）である。また、コイル導体９、面内配線導体６、表面導体膜７、層間接続導体８は導電性ペーストの焼結体である。焼成前は所定のセラミックグリーンシート上に印刷された導電性ペーストである。これらの導電性ペーストに含まれる導電性金属は銀または銀／パラジウムを主成分としているものであることが好ましい。

上記の実施形態では、コイル導体形成層２０を層方向に挟むように透磁率の高い磁性体層４１，４２を配置したが、コイル導体形成層２０と電子部品搭載面との間とコイル導体形成層２０と実装面との間の少なくとも一方に透磁率の高い磁性体層を配置することにより、コイル導体９による磁束の少なくとも一方側への漏洩が防止される効果が得られる。

《第２の実施形態》
図３（Ａ）は第２の実施形態のコイル内蔵基板、およびそれを備えたＤＣ−ＤＣコンバータモジュールの構成を示す断面図である。図３（Ｂ）はそのコイル導体形成層での横断面図である。このＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１２は、コイル内蔵基板１０２と、このコイル内蔵基板１０２の上面に搭載された電子部品（１１等）とで構成されている。

コイル内蔵基板１０２はコイル導体形成層２０と非磁性体層３１，３２を備えている。コイル導体形成層２０は、コイル導体９と磁性体とが積層された磁性体層である。非磁性体層３１は電子部品搭載面側（第１主面側）に形成され、表面導体膜７を含む。非磁性体層３２は実装先の配線基板に対する実装面側（第２主面側）に形成され、表面導体膜７を含む。

コイル導体形成層２０、磁性体層２１，２２、および非磁性体層３１，３２には面内配線導体６、層間接続導体８を必要に応じて備えている。
コイル導体形成層２０と磁性体層２１，２２との積層体は基板の主要部を構成する磁性体層である。この磁性体層のうちコイル導体９の形成領域の周辺に透磁率の高い磁性体領域５１，５２が設けられている。

ここで、コイル導体形成層２０、磁性体層２１，２２の透磁率をμ１、透磁率の高い磁性体領域５１，５２の透磁率をμ２で表すと、μ１＜μ２の関係にある。

このように、コイル導体９の形成領域の周辺に、磁性体シートの積層方向に延びる透磁率の高い磁性体領域５１，５２を設けることにより、コイル導体９による磁界が透磁率の高い磁性体領域５１，５２に集中して通り、磁性体の面方向への磁界の広がりが抑えられる。そのため、基板の内部に形成されている、磁性体の積層方向に延びる層間接続導体８に重畳されるノイズが抑制される。

なお、第２の実施形態によれば、透磁率の高い磁性体領域５１，５２が基板の第１主面と第２主面とを結ぶ直線上に延びている。そのため、磁性体の積層体に貫通孔を形成して磁性体ペーストを充填する工程をグリーンシートプロセスに加えるだけでよいので、容易に製造できる。

《第３の実施形態》
図４（Ａ）、図４（Ｂ）は第３の実施形態のコイル内蔵基板１０３Ａ，１０３Ｂ、およびそれを備えたＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１３Ａ，１１３Ｂの構成を示す断面図である。第２の実施形態で図３に示した構造と異なるのは、透磁率の高い磁性体領域５１，５２の形状である。図４（Ａ）の例では、コイル導体９の形成領域の周辺に磁性体の積層方向に延びる透磁率の高い磁性体領域５１，５２が設けられているが、それぞれ非磁性体層３１，３２の近傍に形成されていて、コイル導体形成層２０と磁性体層２１，２２との積層体である磁性体層のうち中央部には形成されていない。すなわち、透磁率の高い磁性体領域５１，５２は基板の第１主面および第２主面に垂直な一つの直線上に不連続に設けられる。

図４（Ｂ）の例では、コイル導体９の形成領域の周辺に磁性体の積層方向に延びる透磁率の高い磁性体領域５１，５２が設けられているが、コイル導体形成層２０と磁性体層２１，２２との積層体である磁性体層のうち中央部にそれぞれ形成されている。

これらの構造により、透磁率の異なるフェライトペーストの収縮率が異なるために生じる、基板の部品搭載面（上面）および実装先基板への実装面（下面）の凹凸を低減できる。

《他の実施形態》
本発明のコイル内蔵基板は、基板内に第１の実施形態で示した透磁率の高い磁性体層４１，４２および第２の実施形態で示した透磁率の高い磁性体領域５１，５２の両方を備えたものでもよい。その構造によれば、コイル導体９による磁束が磁性体の面方向については透磁率の高い磁性体層４１，４２を通過し、磁性体の積層方向については透磁率の高い磁性体領域５１，５２を通過する。そのため、外部への不要な磁束漏洩が防止され、基板の内部または外面に形成されている配線などの導体に対するノイズの重畳がより効果的に抑制される。

また、本発明のコイル内蔵基板の磁性体層は、コイル導体と磁性体とが積層された基板の全層または主要部の層を構成するものであればよい。

６…面内配線導体
７…表面導体膜
８…層間接続導体
９…コイル導体
１１…電子部品
２０…コイル導体形成層（磁性体層）
２１，２２…磁性体層
３１，３２…非磁性体層
４１，４２…透磁率の高い磁性体層
５１，５２…透磁率の高い磁性体領域
１０１，１０２，１０３Ａ，１０３Ｂ…コイル内蔵基板
１１１，１１２，１１３Ａ，１１３Ｂ…ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール

Claims

コイル導体と磁性体とが積層されて基板の全部または主要部を構成する磁性体層を備えたコイル内蔵基板において、
前記コイル導体を含む層であるコイル導体形成層と前記基板の第１主面との間、または前記コイル導体形成層と前記基板の第２主面との間の少なくとも一方に、前記磁性体層より透磁率の高い磁性体層を備えたことを特徴とするコイル内蔵基板。
コイル導体と磁性体とが積層されて基板の全部または主要部を構成する磁性体層を備えたコイル内蔵基板において、
前記コイル導体の形成領域の周辺に、前記磁性体の積層方向に延びる、前記磁性体層より透磁率の高い磁性体領域を備えたことを特徴とするコイル内蔵基板。
前記透磁率の高い磁性体領域は前記基板の第１主面と第２主面とを結ぶ直線上に延びる、請求項２に記載のコイル内蔵基板。
前記透磁率の高い磁性体領域は前記基板の第１主面および第２主面に垂直な一つの直線上に不連続に設けられる、請求項２に記載のコイル内蔵基板。
前記基板の第１主面側および第２主面側が非磁性体の層で覆われている、請求項１〜４のいずれかに記載のコイル内蔵基板。