JP5565750B2 - 電子モジュール - Google Patents

Description

この発明は、携帯電話等の無線通信装置に設けることができる電子モジュールに関するものである。

携帯電話等の無線通信装置の小型化に伴って、無線通信装置に組み込まれる電子モジュールも小型化が要求されている。
一般的に、電子モジュールでは、ＩＣチップ、インダクタ、コンデンサ等の電子部品を、モジュール基板上に実装し、樹脂で封止して、１つのパッケージに納めた構造になっている（例えば、特許文献１参照）。
このように多数の電子部品を高密度実装した電子モジュールを無線通信装置に収納することで、無線通信装置の小型化を図っている。

特開平０５−１３５２２７号公報

しかし、上記した従来の電子モジュールでは、厚さのあるＩＣチップやインダクタ等をモジュール基板上に実装し、その上から樹脂で被覆し、さらに、モジュールの端子を取り付けた構造になっているので、電子モジュールの高さがインダクタ等の電子部品の厚みとモジュール基板の厚みの他に、樹脂の厚さやモジュール端子を加算した高さになる。したがって、従来の電子モジュールでは、電子部品を高密度に収納することができるが、モジュール自体が高くなってしまう。このため、無線通信装置の小型化に寄与することができても、低背化には寄与することはできなかった。特に、パワーインダクタを用いたＤＣ−ＤＣコンバータ等のモジュールでは、パワーインダクタが大電流を扱うため、電極に厚みを持たせる必要があり、その分パワーインダクタの高さが高くなり、モジュールを薄くすることは困難であった。

この発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、携帯電話等の無線通信装置の小型化と低背化とを図ることができる電子モジュールを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１の発明に係る電子モジュールは、端子が磁性体基板上に接続されたＩＣチップと、磁性体基板及びコイル電極を有して成る平面インダクタであって、このコイル電極がこの磁性体基板上に形成され且つＩＣチップの外側を取り巻くスパイラル状に形成された平面インダクタと、ＩＣチップの端子と電気的に接続された複数の外部電極と、平面インダクタのコイル電極の両端部と電気的に接続された１対の外部電極とを備える構成とした。
かかる構成により、外部電極が下側になるように、電子モジュールを配線基板上に配置し、これら外部電極を配線基板に接続することで、ＩＣチップと平面インダクタとを外部電極を通じて配線基板に電気的に接続することができる。すなわち、電子モジュールを配線基板に実装することができる。
ところで、従来の電子モジュールの厚さは、パッケージ基板の厚みと、パッケージ基板に実装された平面インダクタ等の電子部品の厚みと、パッケージ用の樹脂と電子部品とのクリアランスを加算した厚さになる。
しかし、この発明では、電子モジュールの厚さが、ＩＣチップと平面インダクタの内、厚い方の部品の厚さと、平面インダクタを構成する磁性体基板の厚さとを加算した厚さである。
すなわち、この発明の電子モジュールでは、平面インダクタの構成部材である磁性体基板が、パッケージ基板を兼ねた構成になっているので、従来の電子モジュールに比べて、パッケージ基板の厚さの分とパッケージ用の樹脂のクリアランスの分だけ、薄くなっている。このため、この電子モジュールを用いることで、無線通信装置の低背化を図ることができる。
また、パッケージ基板やパッケージ用の樹脂を必要としないので、その分部品点数を少なくすることができ、製品コストの低減化を図ることができる。
さらに、スパイラル状のコイル電極が、ＩＣチップの外側を取り巻く構成になっているので、中心を端部として径方向に広がる通常のスパイラル状コイル電極と比べ、コイル電極の巻数が少なくなり、平均半径や磁束密度は大きくなる。したがって、その分、インダクタンス値を高くすることができる。このため、上記通常のスパイラル状コイル電極と同じインダクタンス値まで、コイル電極の長さを短くすることにより、上記通常のスパイラル状コイル電極に比べて、電子モジュールの小面積化を図ることができ、この結果、無線通信機の低背化だけでなく、さらなる小型化にも寄与することができる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の電子モジュールにおいて、ＩＣチップは、端子と磁性体基板との接続部分が絶縁性樹脂で封止され、平面インダクタのコイル電極は、絶縁性樹脂とは別体の絶縁性樹脂で封止されている構成とした。

請求項３の発明は、請求項１に記載の電子モジュールにおいて、ＩＣチップの端子と磁性体基板との接続部分と、平面インダクタのコイル電極とは、一の絶縁性樹脂で封止されている構成とした。
かかる構成により、ＩＣチップの端子接続部分とこのコイル電極とを、一の絶縁性樹脂で一体に封止するので、ＩＣチップの端子接続部分とこのコイル電極とを、別々の絶縁性樹脂で封止する場合に比べて、ＩＣチップとコイル電極との間を小さくすることができ、その分、電子モジュールの小面積化を図ることができる。その結果、無線通信装置の低背化だけでなく、小型化にも寄与することができる。さらに、一の絶縁性樹脂の封止工程のみで足り、別々の絶縁性樹脂毎の封止工程を必要としないので、その分製造コストを低減することができる。

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電子モジュールにおいて、絶縁性樹脂は、磁性体粉末を含有している構成とした。
かかる構成により、平面インダクタの磁気的特性を高めることができる。

以上詳しく説明したように、この発明によれば、電子モジュールの低背化と製造コストの低減化と小型化を図ることができ、さらに、高インダクタンス化をも図ることができるという優れた効果がある。

この発明の第１実施例に係る電子モジュールの平面図である。 電子モジュールの側面図である。 図１の矢視Ａ−Ａ断面図である。 図２の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。 ＤＣ−ＤＣコンバータの回路図である。 従来の電子モジュールの厚さを示す断面図である。 この実施例の電子モジュールの厚さを示す断面図である。 通常型の電子モジュールを示し、 第１実施例型の電子モジュールを示す。 シミュレーションの条件と結果とを示す表図である。 この発明の第２実施例に係る電子モジュールの平面図である。 図１１の矢視Ｃ−Ｃ断面図である。 図１３は。電子モジュールの作用及び効果を説明するための断面図である。

以下、この発明の最良の形態について図面を参照して説明する。

（実施例１）
図１は、この発明の第１実施例に係る電子モジュールの平面図であり、図２は、電子モジュールの側面図であり、図３は、図１の矢視Ａ−Ａ断面図であり、図４は、図２の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。

この実施例の電子モジュール１−１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ（直流−直流変換器）用のモジュールであり、図１及び図２に示すように、ＩＣチップ２と、平面インダクタ３−１と、ＩＣチップ２用の複数の外部電極２１〜２３と、平面インダクタ３−１用の１対の外部電極３８，３９とを備えている。

ＩＣチップ２は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等で構成された電源ＩＣチップであり、磁性体基板４の中央部に実装されている。
具体的には、図３に示すように、端子２１ａ〜２３ａが、ＩＣチップ２の裏面側（図の下側）に設けられ、ＩＣチップ２は、この端子２１ａ〜２３ａを通じて磁性体基板４上に接続されている。そして、これら端子２１ａ〜２３ａと磁性体基板４との接続部分が、絶縁性樹脂５で封止されている。
なお、この実施例では、絶縁性樹脂５として、例えば、エポキシ樹脂を用いる。

一方、平面インダクタ３−１は、パワーインダクタであり、コイル電極３１と、磁性体基板４と、この磁性体基板４とは別体の絶縁性樹脂６とを有している。
具体的には、図４に示すように、コイル電極３１は、スパイラル状の銅パターンであり、フェライト等の磁性体基板４上に形成され、ＩＣチップ２の外側を取り巻くように配されている。
つまり、コイル電極３１の内端部３１ａが、ＩＣチップ２の近傍に配され、コイル電極３１が、この位置からＩＣチップ２の周囲を取り巻きながら、径方向外方に延び出され、外端部３１ｂが、磁性体基板４の縁部に配置されている。
そして、絶縁性樹脂６が、ＩＣチップ２の絶縁性樹脂５から所定距離だけ離れ、絶縁性樹脂５と接触しないようにコイル電極３１のみを完全に封止している。つまり、図３及び図４に示すように、ＩＣチップ２と平面インダクタ３−１との間に絶縁性樹脂５と絶縁性樹脂６との干渉防止用エリアＳが設けられている。
このような絶縁性樹脂６としは、例えば、エポキシ樹脂が用いられる。また、この絶縁性樹脂６は、内部に磁性体粉末を含有している。

外部電極２１〜２３と外部電極３８，３９は、それぞれ磁性体基板４に設けられている。具体的には、外部電極２１〜２３は、ＩＣチップ２の端子２１ａ〜２３ａに電気的に接続され、外部電極３８，３９は、コイル電極３１の内端部３１ａ，外端部３１ｂにそれぞれ電気的に接続されている。そして、外部電極２１〜２３と外部電極３８，３９の各下端部が、磁性体基板４の裏面に露出している。

次に、この実施例の電子モジュール１−１が示す作用及び効果について説明する。
図５は、ＤＣ−ＤＣコンバータの回路図である。
ＤＣ−ＤＣコンバータは、図５に示す配線基板２０１上に構成されている。
具体的には、破線で示す電子モジュール１−１の実装箇所以外の箇所に、コンデンサ２１０，２１１が実装され、配線パターン２２１〜２２４が形成されている。
電子モジュール１−１は、破線で示す箇所に実装される。
すなわち、図３に示すＩＣチップ２の外部電極２１〜２３と平面インダクタ３−１の外部電極３８，３９を下側にして、電子モジュール１−１を、図５に示す配線基板２０１上に載せ、ＩＣチップ２の外部電極２１を配線パターン２２２に、外部電極２２をグランドパターン２２５に、外部電極２３を配線パターン２２３にそれぞれ接続する。同様に、平面インダクタ３−１の外部電極３８を配線パターン２２２に接続すると共に、外部電極３９を配線パターン２２１に接続することで、電子モジュール１−１を配線基板２０１に実装することができる。
これにより、入力端子２３１，２３２から入力された直流電圧がコンデンサ２１１で整流されて、電子モジュール１−１のＩＣチップ２に入力される。
すると、直流電圧は、ＩＣチップ２のスイッチング処理によって、交流電圧に変換されて、平面インダクタ３−１側に出力される。
そして、平面インダクタ３−１とコンデンサ２１０との平滑回路によって、交流電圧が、平滑化され、所望電位の直流電圧が、出力端子２４１，２４２に出力される。

図６は、従来の電子モジュールの厚さを示す断面図であり、図７は、この実施例の電子モジュールの厚さを示す断面図である。
図６に示すように、従来の電子モジュール３００は、ＩＣチップ２と平面インダクタ３とをパッケージ基板３０１上に実装し、これらＩＣチップ２と平面インダクタ３とをパッケージ材３０２によって封止した構造になっている。
このため、電子モジュール３００の厚さＴは、パッケージ基板３０１の厚さＴ１と、平面インダクタ３の厚さＴ２と、パッケージ材３０２のクリアランスＴ３とを加算した厚さになる。したがって、電子モジュール３００の厚さは大きくなりがちであり、このような電子モジュール３００を無線通信装置に実装しても、装置の低背化には寄与しない。
これに対して、この実施例の電子モジュール１−１の厚さは、図７に示すように、平面インダクタ３−１の磁性体基板４の長さｔ１と絶縁性樹脂６の厚さｔ２とを加算した厚さであり、電子モジュール３００内の平面インダクタ３の厚さＴ２とほぼ同じ厚さである。
したがって、電子モジュール１−１の厚さは、図６に示すパッケージ基板３０１の厚さＴ１とパッケージ材３０２のクリアランスＴ３とを加算した厚さ分だけ、従来の電子モジュール３００よりも薄くなっており、電子モジュール１−１を実装することで、無線通信装置の低背化に大きく寄与する。
また、パッケージ基板３０１やパッケージ材３０２を必要としないので、その分、部品点数を少なくすることができ、製品コストの低減化を図ることができる。
さらに、電子モジュール１−１を製造する際に、パッケージ基板３０１を作成する工程や、パッケージ材３０２で封止する工程を必要としないので、その分、製造コストの低減化を図ることができる。

次に、この実施例の電子モジュール１−１が示す高インダクタンス化の効果について説明する。
図８は、通常型の電子モジュールを示し、図９は、第１実施例型の電子モジュールを示す。なお、図８及び図９において、コイル電極に記入されている数値は、各辺の長さを示す。
図８に示した通常型の電子モジュール１′における平面インダクタ３′では、コイル電極３１′は、中心の内端部３１ａから外端部３１ｂまで径方向外方に渦巻くコイルである。
このような渦巻き状のコイル電極３１′に比べて、、図９に示すこの実施例の平面インダクタ３−１のコイル電極３１では、巻数が少なく、ほぼ輪状のコイルである。このため、コイルの平均半径や磁束密度を、渦巻き状のコイル電極３１′に比べて、大きくすることができる。この結果、通常型の電子モジュール１′における平面インダクタ３′のコイル電極３１′よりも、平面インダクタ３−１のコイル電極３１のインダクタンスを高することができ、高インダクタンスの電子モジュール１−１を実現することができる。

発明者等は、かかる効果を確認すべく、次のようなシミュレーションを行った。
図１０は、シミュレーションの条件と結果とを示す表図である。
まず、図８に示す通常型の電子モジュール１′についてシミュレーションを行った。
この場合においては、図８及び図１０に示すように、渦巻き状のコイル電極３１′の線幅及び線厚を１００μｍ及び５０μｍにそれぞれ設定し、コーナ数及び線長を、１３（個）、９６（ｍｍ）にそれぞれ設定して、巻き数を約３．５（回）とした。これにより、ＩＣチップ２と平面インダクタ３′との和である電子モジュール１′の面積が、４１６（ｍｍ^２）になった。
かかる条件下で、シミュレーションを行ったところ、図８に示す電子モジュール１′のインダクタンスは、図１０に示すように、約３．６μＨ（ヘンリー）であった。

次に、この実施例型の電子モジュール１−１についてシミュレーションを行った。
この場合においては、図９及び図１０に示すように、平面インダクタ３′のコイル電極３１′と同線幅及び同線厚である輪状のコイル電極３１のコーナ数及び線長を、６（個）、９６（ｍｍ）にそれぞれ設定して、巻き数を約１．５（回）とした。これにより、ＩＣチップ２と平面インダクタ３−１との和である電子モジュール１−１の面積が、３９６（ｍｍ^２）になった。
かかる条件下で、シミュレーションを行ったところ、図９に示す電子モジュール１−１のインダクタンスは、図１０に示すように、約３．８μＨ（ヘンリー）となり、上記通常型の電子モジュール１′のインダクタンスよりも高くなることを確認した。

これにより、この実施例の平面インダクタ３−１に必要なインダクタンスが、上記通常型の平面インダクタ３′のインダクタンス値である場合には、平面インダクタ３−１のコイル電極３１の長さをコイル電極３１′よりも短くして、上記通常型の電子モジュール１′における平面インダクタ３′と同じインダクタンスにすることができる。この結果、コイル電極３１が占める面積をさらに小さくすることができ、電子モジュール１−１のさらなる小型化を図ることができる。

（実施例２）
次に、この発明の第２実施例について説明する。
図１１は、この発明の第２実施例に係る電子モジュールの平面図であり、図１２は、図１１の矢視Ｃ−Ｃ断面図である。
図１１に示すように、この実施例の電子モジュール１−２は、上記第１実施例に類似する構造を有しているが、一の絶縁性樹脂６だけで、ＩＣチップ２の接続部分とコイル電極３１とを封止した点が、上記第１実施例と異なる。

具体的には、図１２に示すように、ＩＣチップ２が、磁性体基板４上に端子２１ａ〜２３ａを通じて接続され、外部電極２１〜２３が、端子２１ａ〜２３ａに電気的に接続されている。そして、コイル電極３１が、ＩＣチップ２の外側を取り巻くように、磁性体基板４上に形成され、外部電極３８，３９が、コイル電極３１の両端部３１ａ，３１ｂに電気的に接続されている。
上記第１実施例では、ＩＣチップ２とコイル電極３１の端子２１ａ〜２３ａの接続部分とが、別々の絶縁性樹脂５，６でそれぞれ封止されていたが、この実施例では、コイル電極３１とＩＣチップ２の端子２１ａ〜２３ａの接続部分との双方が、絶縁性樹脂６によって一体に封止されている。
そして、別体の磁性体基板としての基板であり且つ磁性体基板４と同材料の磁性体基板７が、コイル電極３１の上にのみ設けられている。
すなわち、この実施例の平面インダクタ３−２は、磁性体基板４と、コイル電極３１と、ＩＣチップ２の接続部分にも及ぶ大きさの絶縁性樹脂６と、磁性体基板７とで構成されている。

次に、この実施例の電子モジュール１−２が示す作用及び効果について説明する。
図１３は。電子モジュール１−２の作用及び効果を説明するための断面図である。
上記第１実施例では、図３及び図４に示したように、絶縁性樹脂６が、端子２１ａ〜２３ａを封止する絶縁性樹脂５から所定距離だけ離れ、絶縁性樹脂５と接触しないようにコイル電極３１を封止するので、平面インダクタ３−２とＩＣチップ２との間に干渉防止用エリアＳが必要であった。すなわち、この実施例の電子モジュール１−２を示す図１３で説明すると、二点差線で示すように、平面インダクタ３−２や磁性体基板４の幅が大きく、ＩＣチップ２と平面インダクタ３−２との間に大きな干渉防止用エリアＳが介在していた。
しかし、この実施例では、ＩＣチップ２の端子２１ａ〜２３ａの接続部分とこのコイル電極３１とを、１つの絶縁性樹脂６で一体に封止するので、絶縁性樹脂５を考慮する必要がない。このため、図１３の実線で示すように、平面インダクタ３−２や磁性体基板４をＩＣチップ２側に近づけて、平面インダクタ３−２とＩＣチップ２との間の距離を小さくすると共に、磁性体基板４を短くることができる。
つまり、第１実施例の電子モジュール１−１では必要であった干渉防止用エリアＳが不要になるので、その分、電子モジュール１−２を小型化することができる。
また、この実施例によれば、絶縁性樹脂６の封止工程のみで足り、第１実施例では必要であった絶縁性樹脂５の封止工程を必要としないので、その分製造コストを低減することができる。
その他の構成、作用及び効果は、上記第１実施例と同様であるので、その記載は省略する。

なお、この発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内において種々の変形や変更が可能である。
例えば、上記実施例では、磁性体粉末を含有する絶縁性樹脂６を適用した電子モジュールについて、説明したが、磁性体粉末を含有しない絶縁性樹脂を用いた電子モジュールも、この発明の範囲内であることは勿論である。
また、ＩＣチップ２の接続部分やコイル電極３１を絶縁性樹脂で封止した電子モジュールを例示したが、絶縁性樹脂で封止されていないＩＣチップ２の接続部分やコイル電極３１を有する電子モジュールを、この発明の範囲から除外する意ではない。

１′，１−１，１−２…電子モジュール、 ２…ＩＣチップ、 ３，３′，３−１，３−２…平面インダクタ、 ４，７…磁性体基板、 ５，６…絶縁性樹脂、 ２１ａ〜２３ａ…端子、 ２１〜２３，３８，３９…外部電極、 ３１，３１′…コイル電極、 ３１ａ…内端部、 ３１ｂ…外端部、 Ｓ…干渉防止用エリア。

Claims (4)

1. 端子が磁性体基板上に接続されたＩＣチップと、
   上記磁性体基板及びコイル電極を有して成る平面インダクタであって、このコイル電極がこの磁性体基板上に形成され且つＩＣチップの外側を取り巻くスパイラル状に形成された平面インダクタと、
   上記ＩＣチップの端子と電気的に接続された複数の外部電極と、
   上記平面インダクタのコイル電極の両端部と電気的に接続された１対の外部電極と
   を備えることを特徴とする電子モジュール。
2. 請求項１に記載の電子モジュールにおいて、
   上記ＩＣチップは、端子と上記磁性体基板との接続部分が絶縁性樹脂で封止され、
   上記平面インダクタのコイル電極は、上記絶縁性樹脂とは別体の絶縁性樹脂で封止されている、
   ことを特徴とする電子モジュール。
3. 請求項１に記載の電子モジュールにおいて、
   上記ＩＣチップの端子と上記磁性体基板との接続部分と、上記平面インダクタのコイル電極とは、一の絶縁性樹脂で封止されている、
   ことを特徴とする電子モジュール。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電子モジュールにおいて、
   上記絶縁性樹脂は、磁性体粉末を含有している、
   ことを特徴とする電子モジュール。

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