JP4661489B2 - Ultra-compact power converter and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
この発明は、DC−DCコンバ−タなどの超小型電力変換装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a micro power converter such as a DC-DC converter and a method for manufacturing the same.
DC−DCコンバータなどの電力変換装置は、スイッチング素子、整流素子、コンデンサ、制御用ICおよび磁気誘導素子であるコイル、トランスなどの個別部品をセラミックやプラスチックなどのプリント基板上にハイブリッドで搭載したハイブリッド型の電源モジュールが報告されている(例えば、特許文献1)。
このハイブリッド型の電源モジュールの小型化は、MCM(マルチチップモジュール)などの技術により進歩してきている。しかしながら、コイルやトランスなどの磁気誘導素子の小型化は困難であり、その占める体積が大きいため、この電源モジュールの小型化にとって制約条件となっている。
近年、この磁気誘導素子の製作に半導体技術を適用し、半導体基板上に薄型の超小型磁気誘導素子(コイル、トランス)を形成した例が報告されている(例えば、特許文献2や特許文献3)。
A power conversion device such as a DC-DC converter is a hybrid in which individual components such as a switching element, a rectifying element, a capacitor, a control IC, and a coil and a transformer, which are magnetic induction elements, are mounted in a hybrid on a printed board such as ceramic or plastic A type power supply module has been reported (for example, Patent Document 1).
Miniaturization of this hybrid power supply module has been advanced by technologies such as MCM (multi-chip module). However, it is difficult to reduce the size of magnetic induction elements such as coils and transformers, and the volume occupied by the induction device is large, which is a limiting condition for reducing the size of the power supply module.
In recent years, there have been reported examples in which a semiconductor technology is applied to manufacture the magnetic induction element, and a thin ultra-small magnetic induction element (coil, transformer) is formed on a semiconductor substrate (for example,
さらに、複数の半導体チップをフレキシブル基板に固着し、このフレキシブル基板を折り曲げて半導体チップを重ね合わせて、低コストで占有面積を縮小化した半導体装置が報告されている(例えば、特許文献4)。
また、フレキシブル基板に渦巻き状の平面コイルおよび端子電極を形成し、この端子電極に半導体チップの表面側をバンプを介して固着し、フレキシブル基板を折り曲げてコイル部分を半導体チップの裏面側(背面)に重ねることで、超小型電力変換装置を製作することが行われている。
Further, a spiral planar coil and a terminal electrode are formed on the flexible substrate, and the front surface side of the semiconductor chip is fixed to the terminal electrode via a bump, and the flexible substrate is bent to place the coil portion on the back surface side (rear surface) of the semiconductor chip. The super small power conversion device is manufactured by superimposing on.
しかし、磁気誘導素子の製作に半導体技術を適用し、半導体基板上に薄型の超小型磁気誘導素子を形成する方法では、製造工程が複雑で、製造時間が長くなり、製造コストが増大する。
また、前記のフレキシブル基板を用いて製作した超小型電力変換装置の薄膜磁気誘導素子では、フレキシブル基板に形成した渦巻き状のコイルは、渦巻きの中心部が磁性材で貫通されていないので、磁気誘導素子特性(インダクタンスや飽和電流など)の一層の向上を図ることは困難である。
この発明の目的は、前記の課題を解決して、磁気誘導素子特性の一層の向上を図ることができる薄膜磁気誘導素子を有し、低コスト化できる超小型電力変換装置およびその製造方法を提供することにある。
However, in the method of applying a semiconductor technology to manufacture a magnetic induction element and forming a thin microminiature magnetic induction element on a semiconductor substrate, the manufacturing process is complicated, the manufacturing time is increased, and the manufacturing cost is increased.
In addition, in the thin film magnetic induction element of the micro power converter manufactured using the flexible substrate, the spiral coil formed on the flexible substrate is not penetrated by a magnetic material at the center of the spiral. It is difficult to further improve the element characteristics (inductance, saturation current, etc.).
An object of the present invention is to provide an ultra-compact power conversion device that has a thin-film magnetic induction element that can further improve the characteristics of the magnetic induction element and that can reduce the cost, and a method for manufacturing the same. There is to do.
前記の目的を達成するために、第1主面に渦巻き状の第1コイル導体と複数の第1端子電極および第2主面に前記第1コイル導体と接続する渦巻き状の第2コイル導体と複数の第2端子電極が形成され、前記第1端子電極と前記第1コイル導体とを接続する第1配線と別の前記第1端子電極と前記第2コイル導体を接続する第2配線が第1主面に形成された絶縁性もしくは半絶縁性のフープ状基板と、前記渦巻きの中心部のフープ状基板を開口し該開口部を埋めるとともに、前記第1、第2コイル導体上を被覆する磁性材と、前記第1端子電極とバンプを介して表面側が接続し、裏面側が前記磁性材と固着する半導体チップとを有する超小型電力変換装置であって、前記半導体チップの裏面側に前記第1、第2配線が形成された箇所の前記フープ状基板を折り曲げて前記磁性材を固着する構成とする。 To achieve the above object, a spiral first coil conductor and a plurality of first terminal electrodes on a first main surface and a spiral second coil conductor connected to the first coil conductor on a second main surface; A plurality of second terminal electrodes are formed, and a first wiring that connects the first terminal electrode and the first coil conductor and a second wiring that connects the other first terminal electrode and the second coil conductor are first An insulating or semi-insulating hoop-like substrate formed on one main surface and a hoop-like substrate at the center of the spiral are opened to fill the opening and cover the first and second coil conductors. An ultra-compact power converter having a magnetic material, a semiconductor chip having a front surface connected to the first terminal electrode and a bump, and a back surface fixed to the magnetic material, wherein the first power is connected to the back surface of the semiconductor chip. 1 and the said part of the location in which the 2nd wiring was formed. By bending the looped substrate and configured to fix the magnetic material.
また、前記磁性材が磁性体粒子分散樹脂もしくは低温成形フェライト粉を圧縮成形および焼結したフェライトコアであるとよい。
また、前記第1コイル導体と前記第2コイル導体を挟み込む前記磁性材が、中心部が凸状となっている第1フェライト基板と、平坦な第2フェライト基板で構成されるとよい。 また、第1主面に磁性材に巻かれたソレノイド状コイルを構成するコイル導体と複数の第1端子電極および第2主面に複数の第2端子電極とが形成され、コイル導体の両端が別々の第1端子電極と接続する配線が前記第1主面に形成された絶縁性もしくは半絶縁性のフープ状基板と、該フープ状基板の前記第1端子電極とバンプを介して表面側が接続する半導体チップとを有する超小型電力変換装置であって、前記半導体チップの裏面側に前記ソレノイド状コイルを前記フープ状基板を折り曲げることで固着する構成とする。
The magnetic material may be a ferrite core obtained by compression-molding and sintering a magnetic particle-dispersed resin or low-temperature shaped ferrite powder.
The magnetic material sandwiching the first coil conductor and the second coil conductor may be composed of a first ferrite substrate having a convex center portion and a flat second ferrite substrate. Further, a coil conductor constituting a solenoid coil wound around a magnetic material on the first main surface, a plurality of first terminal electrodes, and a plurality of second terminal electrodes on the second main surface are formed, and both ends of the coil conductor are An insulating or semi-insulating hoop-like substrate in which wirings to be connected to different first terminal electrodes are formed on the first main surface, and the surface side of the hoop-like substrate are connected to the first terminal electrodes via bumps An ultra-compact power conversion device having a semiconductor chip to be fixed to the back surface side of the semiconductor chip by bending the solenoid-like coil by bending the hoop-like substrate.
また、前記磁性材がI字型フェライトコアであるとよい。
また、前記I字型フェライトコアの上下にフェライト基板を配置するとよい。
また、前記フープ状基板が、ロール状に巻かれたテープ状の導電パターンが形成されたフレキシブル基板をカットしたものであるとよい。
また、第1主面に渦巻き状の第1コイル導体と複数の第1端子電極および第2主面に前記第1コイル導体と接続する渦巻き状の第2コイル導体と複数の第2端子電極が形成され、前記第1端子電極と前記第1コイル導体とを接続する第1配線と別の前記第1端子電極と前記第2コイル導体を接続する第2配線が第1主面に形成された絶縁性もしくは半絶縁性のフープ状基板の前記渦巻きの中心部と前記第1、第2コイル導体が形成された箇所の第1外周部の前記フープ状基板を開口する工程と、前記中心部と第1外周部に形成された前記開口部を磁性材で埋めるとともに、前記第1、第2コイル導体上を該磁性材で被覆する工程と、前記第1端子電極と半導体チップの表面側とをバンプを介して接続する工程と、前記第1、第2コイル導体、前記第1、第2配線が形成された箇所および前記半導体チップが固着した箇所を残して他の箇所の前記フープ状基板を除去する工程と、前記半導体チップの裏面側に前記フープ状基板を折り曲げて前記磁性材を固着する工程とを含む製造方法とする。
The magnetic material may be an I-shaped ferrite core.
Further, a ferrite substrate may be disposed above and below the I-shaped ferrite core.
Moreover, the said hoop-shaped board | substrate is good in what cut the flexible substrate in which the tape-shaped electroconductive pattern wound by roll shape was formed.
Further, a spiral first coil conductor and a plurality of first terminal electrodes on the first main surface, and a spiral second coil conductor and a plurality of second terminal electrodes connected to the first coil conductor on the second main surface. A first wiring that is formed and connects the first terminal electrode and the first coil conductor and a second wiring that connects the other first terminal electrode and the second coil conductor are formed on the first main surface. Opening the hoop-like substrate in the central portion of the spiral of the insulative or semi-insulating hoop-like substrate and the first outer peripheral portion of the portion where the first and second coil conductors are formed; The step of filling the opening formed in the first outer peripheral portion with a magnetic material, and covering the first and second coil conductors with the magnetic material, and the first terminal electrode and the surface side of the semiconductor chip Connecting via bumps, the first and second coil conductors, The step of removing the hoop-like substrate in other places leaving the place where the first and second wirings are formed and the place where the semiconductor chip is fixed, and folding the hoop-like substrate on the back side of the semiconductor chip And a step of fixing the magnetic material.
また、第1主面に併設される複数のコイル導体と複数の第1端子電極および第2主面に複数の第2端子電極とが形成され、前記複数のコイル導体の最外部に配置されたコイル導体と第1、第2端子電極と接続する第1、第2配線とが形成された絶縁性もしくは半絶縁性のフープ状基板の前記の全コイル導体を横切るように磁性材を配置する工程と、前記フープ状基板の第1端子電極にバンプを介して半導体チップの表面側を固着する工程と、前記磁性材の外周を包むように前記フープ状基板を折り曲げ、各コイル導体の端部を互い違いに接続してソレノイド状のコイルを形成する工程と、前記半導体チップの裏面側に前記第1、第2配線が形成された箇所の前記フープ状基板を折り曲げて前記ソレノイド状のコイルを前記フープ状基板を介して固着する工程とを含む製造方法とする。
また、前記の各工程を自動化ラインで行うとよい。
Also, a plurality of coil conductors and a plurality of first terminal electrodes provided on the first main surface, and a plurality of second terminal electrodes on the second main surface are formed, and arranged at the outermost portion of the plurality of coil conductors. Arranging a magnetic material so as to cross all the coil conductors of the insulating or semi-insulating hoop-like substrate in which the coil conductor and the first and second wirings connected to the first and second terminal electrodes are formed. A step of fixing the surface side of the semiconductor chip to the first terminal electrode of the hoop-like substrate via a bump, and the hoop-like substrate is bent so as to wrap the outer periphery of the magnetic material, and the ends of the coil conductors are staggered. Forming a solenoid-like coil by connecting to the semiconductor chip, and bending the hoop-like substrate where the first and second wirings are formed on the back surface side of the semiconductor chip to form the solenoid-like coil in the hoop-like shape. Through the board A manufacturing method comprising a step of fixing.
Moreover, it is good to perform each said process by an automated line.
この発明によれば、フレキシブル基板としてロール状のフープ状基板を用いることにより、一連の製造工程を連続的に自動化ラインで処理できるため、製造コストの大幅な低減を図ることができる。
また、渦巻き状のコイルの中心部で磁性材を貫通させることができるために、磁気誘導素子特性を一層向上させることができる。
According to the present invention, by using a roll-shaped hoop-shaped substrate as the flexible substrate, a series of manufacturing processes can be continuously processed by an automated line, so that the manufacturing cost can be greatly reduced.
Further, since the magnetic material can be penetrated at the center of the spiral coil, the magnetic induction element characteristics can be further improved.
実施の形態を以下の実施例にて説明する。 Embodiments will be described in the following examples.
図1は、この発明の第1実施例の超小型電力変換装置の構成図であり、同図(a)は要部平面図、同図(b)は同図(a)のX−X線で切断した要部断面図である。同図(b)は、半導体チップ10の裏面側に薄膜磁気誘導素子100を固着した断面図である。
この超小型電力変換装置の薄膜化される主要部は、絶縁性もしくは半絶縁性のフレキシブル基板であるフープ状基板1と、フープ状基板1の第2主面に形成された第2端子電極7と、フープ状基板1の第1主面に形成される第1端子電極6と、この第1端子電極6とバンプ11で接続する半導体チップ10と、半導体チップ9の裏面側(背面)にフープ状基板1を折り曲げて接着剤14で固着される薄膜磁気誘導素子100と、第1端子電極6と第1、第2コイル導体2、3を接続する第1、第2配線4、5(第2コイル導体3と第2配線5との接続部はbである)などで構成される。前記の第2端子電極7ははんだ16を介して図示しないプリント基板などに表面実装されるときに用いられる。また、図示しないコンデンサや抵抗などを接続して超小型電力変換装置が完成する。尚、半絶縁性のフープ状基板は絶縁性の基板に導電性物質を混在させて形成する。
FIG. 1 is a configuration diagram of a micro power converter according to a first embodiment of the present invention, where FIG. 1 (a) is a plan view of a main part, and FIG. 1 (b) is an XX line of FIG. 1 (a). It is principal part sectional drawing cut | disconnected by. FIG. 2B is a cross-sectional view in which the thin film
The main parts of the ultra-compact power conversion device that are made thin are a hoop-
薄膜磁気誘導素子100は、フープ状基板1の第1主面に形成した渦巻き状の第1コイル導体2と、第1コイル導体2の一端と接続し第2主面に形成される渦巻き状の第2コイル導体3(両コイル導体の接続部がaである)と、第1、第2コイル導体2、3を被覆し、渦巻きの中心部に位置するフープ状基板1の開口部8を充填する磁性体粒子分散樹脂またはフェライトコアなどの磁性材12とで構成される。第1コイル導体2と第2コイル導体3で形成される渦巻き状のコイルの中心部が磁性体粒子分散樹脂またはフェライトコアなどの磁性材12で埋められているため、埋められていない従来の渦巻き状のコイルと比べて、薄膜磁気誘導素子100の磁気誘導素子特性(インダクタンス、飽和電流などの特性)を向上させることができる。
前記の中心部を貫通する磁性材12は内部磁心13となり、第1、第2コイル導体2、3を被覆する磁性材12は外部磁心となる。従来の渦巻き状コイルにはこの内部磁心13がない。
The thin film
The
図2〜図6は、図1の超小型電力変換装置の製造方法を工程順に示した要部製造工程図である。図2、図3、図4、図5(a)は要部平面図、図5(b)は斜視図、図6は要部断面図である。
まず、フレキシブル基板として、フープ材のようにロール状に巻かれたテープ状の基板(ここでは、フープ状基板1と称す)を用意する。このフープ状基板1は、導電パターンが予め形成された絶縁基板(ポリイミドなどの樹脂基材シート)であり、フープ状基板1の第1主面の導電パターンは実線で示した半導体チップ接続用の第1端子電極6と渦巻き状の第1コイル導体2であり、第2主面の導電パターンは点線で示した表面実装用の第2端子電極7と渦巻き状の第2コイル導体3である。第1、第2コイル導体2、3は接続部aで接続し、第2コイル導体3と第2配線5は接続部bで接続する。接続部a、bはフープ状基板1に貫通孔を開けてこの貫通孔を導体で充填して形成される。第1コイル導体2と第1配線4はフープ状基板1の同じ第1主面に形成されるので、直接接続する。第1、第2コイル導体2、3の厚さは50μm程度である(図2)。
2 to 6 are main part manufacturing process diagrams showing the manufacturing method of the micro power converter of FIG. 1 in the order of processes. 2, 3, 4, and 5 (a) are main part plan views, FIG. 5 (b) is a perspective view, and FIG. 6 is a main part cross-sectional view.
First, as a flexible substrate, a tape-shaped substrate (herein referred to as a hoop-shaped substrate 1) wound in a roll shape like a hoop material is prepared. The hoop-
つぎに、この第1主面に形成された第1端子電極6の表面をプラズマクリーニングで清浄にした後(プラズマクリーニングをしない場合もある)、半導体チップ10に形成されたバンプ11を超音波フリップチップボンディングにより第1端子電極6に固着する。バンプ11はAuワイヤを用いたスタッドバンプやAuメッキバンプなどAuバンプとすると密着性がよい。半導体チップ10とフープ状基板1の第1主面の間の隙間にアンダーフィル15を充填するのが好ましい。また、第2端子電極7と図示しないプリント基板に形成した導電パターンとの固着には、Au膜の熱圧着及び、高温はんだ接合を用いるとよい。これらの工程後に、フープ状基板1の中心部と第1、第2コイル導体2、3の外周部に型抜きにより開口部8、9を形成する(図3)。
つぎに、第1、第2コイル導体2、3の表面を覆うように磁性体粒子分散樹脂をモールドし熱硬化させて磁性材12にするか、または低温成形フェライト粉を型により圧縮成形および焼結によりフェライトコア(外部磁心)を形成して磁性材12にする。このとき磁性材12の外周部は開口部9、磁性材12の中心部は開口部8を貫通して形成される。また、開口部8を貫通した磁性材12は内部磁心13となる。尚、図3の工程と磁性材12の形成する工程の順序を入れ換えてもよい。この場合、まず磁性材12を形成してから、プラズマクリーニングおよびチップの固着を行うことになる(図4)。
Next, after the surface of the
Next, the magnetic particle-dispersed resin is molded so as to cover the surfaces of the first and
つぎに、半導体チップ10が固着した箇所と第1、第2配線4、5が形成された箇所と磁性材12が固着した箇所のフープ状基板1を周囲の不要なフープ状基板1から切り離すために型抜きをする。図の右側が薄膜磁気誘導素子100である(図5)。
つぎに、150℃〜200℃に加熱しながら切り離されたフープ状基板1を折り曲げ、半導体チップ10の裏面側(背面)に薄膜磁気誘導素子100を重ねて貼り合わせる。この貼り合わせには接着剤14もしくは図示しないモールド封止を用いるとよい。最後にフープ状基板1の第2主面に形成された第2端子電極7にBGA(ボールグリッドアレイ)用のはんだボールなどのはんだ16を固着させる。はんだボールを付けずにLGA(ランドグリッドアレイ)として平面実装に用いる場合も可能である(図6)。
図7は、図1の超小型電力変換装置の製造工程の全体の流れを示す概略図である。図7に示すように、フープ状基板1を用いることで、半導体チップ10の固着工程と、型抜きによる開口部8、9の形成工程と、磁性材12の形成工程と、フープ状基板1の切断工程と、折り曲げ・接着工程などの一連の製造工程を自動化ラインで行うことができるようになり、大幅なコスト低減を図ることができる。尚、上述のように、プラズマクリーニングおよびチップ固着を磁性材形成と切断の間においてもよい。
Next, in order to separate the hoop-
Next, the hoop-
FIG. 7 is a schematic diagram showing the overall flow of the manufacturing process of the micro power converter of FIG. As shown in FIG. 7, by using the hoop-shaped
また、フープ状基板1を用いると、ロールが回転しフープ状基板1が一方向(進行方向)に伸びて行き、所定のピッチで移動させることで、半導体チップ10や、渦巻きの中心部と外周部に形成される開口部8、9の位置合わせ方向がフープ状基板1の進行方向に対して直角方向のみでよくなり、素早く精度よい位置合わせが容易にできる。また、半導体チップ固着装置、開口部形成装置、フープ状基板の不要箇所の切断除去装置、フープ状基板の折り曲げおよび固着装置などの各製造装置をフープ状基板1の進行方向に一直線に並べて配置することで、一連の製造工程を自動化ラインで行うことができる。
Further, when the hoop-
図8は、この発明の第2実施例の超小型電力変換装置の要部断面図である。この図は、半導体チップ10の裏面側に薄膜磁気誘導素子100を固着した断面図である。
図1と異なるのは、コア付きフェライト板21(中心部が凸状となっているフェライト板)と平坦なフェライト板22で、コア部を渦巻きの中心に位置合わせして、渦巻き状のコイル導体2、3を表裏両面から挟み込むように包囲した点である。コア部は内部磁心13でありフェライト板22とフェライト板21の下板部は外部磁心である。この場合も第1実施例と同様の効果が得られる。
図9〜図11は、図8の超小型電力変換装置の製造方法であり、工程順に示した要部製造工程図である。尚、図9、図10(a)は要部平面図、図10(b)は要部斜視図、図11は要部断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view of an essential part of a micro power converter according to a second embodiment of the present invention. This figure is a cross-sectional view in which the thin film
What is different from FIG. 1 is a
FIGS. 9-11 is a manufacturing method of the micro power converter device of FIG. 8, and is a main part manufacturing process diagram shown in the order of processes. 9 and 10 (a) are plan views of the main part, FIG. 10 (b) is a perspective view of the main part, and FIG. 11 is a cross-sectional view of the main part.
前記と同様に、まず、フープ状基板1を用意し、フープ状基板1の第1主面に形成された第1端子電極6をプラズマクリーニングにより清浄化した後、半導体チップ10に形成されたバンプ11を超音波フリップチップボンディングにより第1端子電極6に固着する。このときバンプ11はAuワイヤを用いたスタッドバンプやメッキバンプなどのAuバンプとするとよい。半導体チップ10とフープ状基板1の第1主面の間にアンダーフィル15を充填するのが好ましい。また、第2端子電極7と図示しないプリント基板との接合には、Auの熱圧着及び、高温はんだ接合を用いるとよい。続いて、第1、第2コイル導体2、3を形成した箇所のフープ状基板1を型抜きして開口部8、9を形成し、コア付きフェライト板21(中心部が凸状となっているフェライト板)の凸部を開口部8、9に嵌め込む(図9)。
In the same manner as described above, first, a hoop-
つぎに、コア付きフェライト板21(中心部が凸状となっているフェライト板)に平坦なフェライト板22を被せて、渦巻き状の第1、第2コイル導体2、3を挟み込み、フェライト板21、22を接着剤23で固着し、半導体チップ10が固着した箇所と第1、第2配線4、5が形成された箇所とフェライト板21が固着した箇所のフープ状基板1を周囲の不要なフープ状基板1から型抜きにより切離す(図10)。
つぎに、150℃〜200℃に加熱しながら切り離されたフープ状基板1を折り曲げ、半導体チップ10の裏面側(背面)に薄膜磁気誘導素子100を重ねて貼り合わせる。この貼り合わせには接着剤14もしくは図示しないモールド封止を用いるとよい。最後にフープ状基板1の第2主面に形成された第2端子電極7にBGA(ボールグリッドアレイ)用のはんだボールなどのはんだ16を固着させる。はんだボールを付けずにLGA(ランドグリッドアレイ)として平面実装に用いる場合も可能である(図11)。
Next, a
Next, the hoop-
前記のように、フープ状基板1を用いることで、半導体チップ10の固着工程と、コイル基板型抜きによる開口部8、9の形成工程と、フェライト板21、22の取り付け形成工程と、図示しないプラズマクリーニング工程と、フープ状基板1の切断工程と、折り曲げ・接着工程などの一連の製造工程を自動化ラインで行うことができるようになり、大幅なコスト低減を図ることができる。
As described above, by using the hoop-shaped
図12は、この発明の第3実施例の超小型電力変換装置の要部断面図である。この図は、半導体チップ10の裏面側に薄膜磁気誘導素子200を固着した断面図である。
図1および図8と異なるのは、渦巻き状のコイル(第1、第2コイル導体2、3で形成されるコイル)ではなくソレノイド状のコイルとし、コイル内に内部磁心としてI字型フェライトコア25を配置した点である。
この超小型電力変換装置の薄膜化される主要部は、一部がフェライトコア25に巻かれて薄膜磁気誘導素子200を構成するフレキシブル基板であるフープ状基板1の第2主面に形成された第2端子電極7と、フープ状基板1の第1主面に形成された第1端子電極6およびコイル導体24と、この第1端子電極6とバンプ11で接続する半導体チップ10と、半導体チップ9の裏面側(背面)にフープ状基板1を折り曲げて接着剤14で固着される薄膜磁気誘導素子200と、第1端子電極6と最外部のコイル導体24と接続する第1、第2配線4、5などで構成される。前記の第2端子電極7ははんだ16を介して図示しないプリント基板などに表面実装されるときに用いられる。また、図示しないコンデンサや抵抗などを接続して超小型電力変換装置が完成する。
FIG. 12 is a cross-sectional view of an essential part of a micro power converter according to a third embodiment of the present invention. This figure is a sectional view in which a thin film
1 and 8 is not a spiral coil (coil formed by the first and
The main part of the ultra-compact power conversion device that is thinned is formed on the second main surface of the hoop-
薄膜磁気誘導素子200は、フープ状基板1の第1主面に形成したストレート(直線状)の複数のコイル導体24をI字型フェライトコア25に巻き付け、ソレノイド状のコイルとする。ソレノイド状のコイルの中心部にI字型フェライトコア25があるため、薄膜磁気誘導素子200の磁気誘導素子特性(インダクタンス、飽和電流などの特性)を向上させることができる。
図13〜図15は、図12の超小型電力変換装置の製造方法であり、工程順に示した要部製造工程図である。図13、図14は要部斜視図であり、図15は要部断面図である。 前記と同様に、まず、フープ状基板1を用意し、フープ状基板1の第1主面に形成された第1端子電極6(図12参照)をプラズマクリーニングにより清浄化した後、バンプ11(図12参照)を形成した半導体チップ10を超音波フリップチップボンディングにより接続する。半導体チップ10とフープ状基板1の第1主面の間の隙間にアンダーフィル15を充填するのが好ましい(図13)。
In the thin film
FIGS. 13-15 is a manufacturing method of the microminiature power converter of FIG. 12, and is the principal part manufacturing process drawing shown to process order. 13 and 14 are perspective views of relevant parts, and FIG. 15 is a sectional view of the relevant parts. Similarly to the above, first, a hoop-
つぎに、コイル導体24上にI字型フェライトコア25を設置する(図14)。
つぎに、フープ状基板1を切断し、150℃〜200℃に加熱しながらフープ状基板1を曲げて、I字型フェライトコア25にコイル導体24を被せ、第2配線5の一端d1とコイル導体24の一端d2を接続し、コイル導体24の他端d3と隣のコイル導体24の一端d4を接続し、これを順次繰り返して接続してソレノイド状のコイルを形成し、薄膜磁気誘導素子200を形成する。この薄膜磁気誘導素子200を半導体チップ200の裏面側に接着剤14で固着する。最後にフープ状基板1の第2主面に形成された第2端子電極7にBGA(ボールグリッドアレイ)用のはんだボールなどのはんだ16を固着させる。はんだボールを付けずにLGA(ランドグリッドアレイ)として平面実装に用いる場合も可能である(図15)。
Next, an I-shaped
Next, the hoop-
さらに薄膜磁気誘導素子200の形成を詳しく説明すると、フ─プ状基板1の第1主面に予めソレノイド巻き線の1ターンずつのパターンをターン数(ここでは、8ターン)分並べて形成したフレキシブル配線基板(コイル導体24が形成されたフープ状基板1のこと)で高透磁率材料で形成したI字型フェライトコア25を一周巻いて、隣接したコイルパターンの端部同士を接続することにより、一本のソレノイド巻き線構造のインダクタを形成する。接続部の接合には、Auの熱圧着若しくは、超音波接合を用いるとよい。続いて、さらに、フ─プ状基板1を曲げて半導体チップ10の裏面側にI字型フェライトコア25を位置させて固着する。
前記のように、フープ状基板1を用いることで、前記した一連の製造工程を自動化ラインで行うことができるようになり、大幅なコスト低減を図ることができる。
Further, the formation of the thin-film
As described above, by using the hoop-shaped
また、図16、図17は、図13〜図15とは異なる図12の超小型電力変換装置の製造方法であり、工程順に示した要部製造工程図である。図16、図17は要部斜視図である。
図13〜図15の場合は比較的半導体チップ10が大きい場合で、フープ状基板1の進行方向に向かって半導体チップ10と薄膜磁気誘導素子200が一列に配置される場合である。一方、図16、図17は半導体チップ10が比較的小さい場合であり、フープ状基板1の進行方向に向かって直角方向に半導体チップ10と薄膜磁気誘導素子200が一列に配置される場合である。
図13〜図15との違いは、図16、図17に示すようにフープ状基板1に開口部26を形成し、この開口部にI字型フェライトコア25の端部が位置するように配置し、I字型フェライトコア25をコイル導体24が形成された箇所のフープ状基板1を折り曲げてI字型フェライトコア25を覆い隣接したコイル導体24の端部同士を接続した点である。その後の工程は図15の工程の説明と同じである。
FIGS. 16 and 17 are manufacturing methods of the micro power conversion device of FIG. 12 different from FIGS. 13 to 15 and are main part manufacturing process diagrams shown in the order of processes. 16 and 17 are perspective views of main parts.
13 to 15 show a case where the
The difference from FIGS. 13 to 15 is that an
尚、図示しないが、フープ状基板1を折り曲げる方法としては幅がI字型フェライトコア25の幅およびフープ状基板1とコイル導体24二つ分の厚さを合わせた寸法より多少大き目で、I字型フェライトコア25の厚さとフープ状基板1とコイル導体24のあつさ合わせた寸法より多少大き目の深さの凹型治具を製作し、この凹型治具の凹部にI字型フェライトコア25が載っているフープ状基板1を載せ、上からI字型フェライトコア25を加圧して凹部に嵌め込み、半導体チップ10が固着している左側のフープ状基板1およびコイル導体が形成されている右側のフープ状基板を凹型治具の底面に垂直な面の表面に沿うように直角に曲げ、コイル導体24が形成された垂直に立っている右側のフープ状基板1をI字型フェライトコア25を覆うように曲げ、コイル導体24の端部同士を接続することで薄膜磁気誘導素子200を形成することができる。
Although not shown, the method of bending the hoop-shaped
この場合もフープ状基板1を用いることで、前記した一連の製造工程を自動化ラインで行うことができるようになり、大幅なコスト低減を図ることができる。
Also in this case, by using the hoop-shaped
図18は、この発明の第4実施例の超小型電力変換装置の要部断面図である。この図は、半導体チップ10の裏面側に薄膜磁気誘導素子300を固着した断面図である。
図12と異なるのは、I字型フェライトコア25(内部磁心)の上下にフェライト板27、28(外部磁心)を配置した点である。この場合は第3実施例より磁気誘導素子特性を向上させることができる。尚、製造方法については、図15の工程で、I字型フェライトコア25の上下にフェライト板27、28を接着剤29で固着する。または、図14もしくは図17の工程で、上下のフェライト板27、28をフープ状基板1に固着してもよい。
FIG. 18 is a cross-sectional view of an essential part of a micro power converter according to a fourth embodiment of the present invention. This figure is a cross-sectional view in which a thin film
The difference from FIG. 12 is that
1 フープ状基板
2 第1コイル導体
3 第2コイル導体
4 第1配線
5 第2配線
6 第1端子電極
7 第2端子電極
8、9、26 開口部
10 半導体チップ
11 バンプ
12 磁性材
13 内部磁心
14、23 接着剤
15 アンダーフィル
16 はんだ
21、22 フェライト板
24 コイル導体
25 I字型フェライトコア
100、200、300 薄膜磁気誘導素子
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記半導体チップの裏面側に前記第1、第2配線が形成された箇所の前記フープ状基板を折り曲げて前記磁性材を固着することを特徴とする超小型電力変換装置。 A spiral first coil conductor and a plurality of first terminal electrodes are formed on the first main surface, and a spiral second coil conductor and a plurality of second terminal electrodes connected to the first coil conductor are formed on the second main surface. Insulation in which a first wiring for connecting the first terminal electrode and the first coil conductor and a second wiring for connecting the first terminal electrode and the second coil conductor are formed on the first main surface. Alternatively, a semi-insulating hoop-like substrate, a magnetic material covering the first and second coil conductors while opening the hoop-like substrate at the center of the spiral and filling the opening, and the first terminal electrode And a semiconductor chip having a front surface side connected via a bump and a back surface side fixed to the magnetic material,
An ultra-small power converter characterized in that the magnetic material is fixed by bending the hoop-like substrate where the first and second wirings are formed on the back side of the semiconductor chip.
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