JP5716391B2 - Coil built-in board - Google Patents
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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。 The present invention relates to a coil-embedded substrate that includes a coil inside and is applied to a DC-DC converter module or the like.
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。
Patent Document 1 discloses a DC-DC converter module in which a coil is formed inside a substrate. FIG. 1 is a cross-sectional view of a multilayer ceramic electronic component (DC-DC converter module) 1 disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG. A multilayer ceramic electronic component 1 is a ceramic multilayer having a multilayer structure including a
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。
A
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。
On the other hand, a shield with high permeability external magnetic layers arranged on the top and bottom surfaces to prevent the influence of leakage magnetic flux of open magnetic circuit type inductors with low magnetic permeability but good linearity and DC superposition characteristics A type inductor is disclosed in
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。 In the coil-embedded substrate having the structure shown in Patent Document 1, when a conductor other than the coil conductor such as an interlayer connection conductor, an in-plane wiring conductor, or a shield conductor is provided in the vicinity of the coil conductor, these conductors Compared with the case where there is no magnetic flux, the magnetic flux is suppressed, and the electrical characteristics as an inductor deteriorate. That is, when the obtained inductance value is reduced and the wire width of the coil conductor is reduced to increase the number of turns in order to obtain a required inductance value, the Q value and the DC resistance value deteriorate. Further, the signal interferes between a conductor other than the coil conductor and the coil conductor. For example, when a DC / DC converter module is configured, a switching current flows through a coil conductor, and a magnetic field generated by the switching current is combined with a voltage output interlayer connection conductor (via hole conductor) penetrating the substrate. There is a problem that noise is superimposed on the output voltage.
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。
The shield-type inductor disclosed in
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。 An object of the present invention is to provide a coil-embedded substrate in which unnecessary magnetic flux leakage to the outside is prevented, and noise superposition on conductors such as wiring formed inside or on the outside of the substrate is suppressed.
(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、
前記磁性体の積層方向に延びる層間接続導体と、
前記磁性体の積層方向から視て、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と、
をさらに備え、
前記磁性体領域は、前記磁性体の積層方向から視て、前記コイル導体の形成領域よりも外側にある前記層間接続導体とコイル導体の形成領域との間に、前記コイル導体の形成領域の全周ではなく、一部にのみ形成されることを特徴とする。
( 1 ) A first aspect of the present invention is a coil-embedded substrate comprising a magnetic material layer in which a coil conductor and a magnetic material are laminated to constitute all or a main part of the substrate.
An interlayer connection conductor extending in the laminating direction of the magnetic body;
A magnetic region having a higher magnetic permeability than the magnetic layer, extending in the lamination direction of the magnetic body, around the formation region of the coil conductor as viewed from the lamination direction of the magnetic body ,
Further comprising
The magnetic body region is an entire region of the coil conductor formed between the interlayer connection conductor and the coil conductor formation region that is located outside the coil conductor formation region when viewed from the lamination direction of the magnetic bodies. It is characterized in that it is formed only on a part rather than the circumference .
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。 With this structure, the magnetic field generated by the coil conductor is concentrated in the magnetic material region having a high magnetic permeability, and the spread of the magnetic field in the surface direction of the magnetic material is suppressed. Noise superimposed on the extending interlayer connection conductor is suppressed.
(2)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。
( 2 ) It is preferable that the magnetic material region having a high magnetic permeability extends on a straight line connecting the first main surface and the second main surface of the substrate. With this structure, the process of forming a through hole in the magnetic laminate and filling the magnetic paste can be applied as it is and can be easily manufactured.
(3)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。
( 3 ) The magnetic material region having a high magnetic permeability may be provided discontinuously on one straight line perpendicular to the first main surface and the second main surface of the substrate. With this structure, the unevenness of the component mounting surface (upper surface) of the substrate and the mounting surface (lower surface) of the mounting destination substrate, which is caused by the different shrinkage rates of the magnetic pastes having different magnetic permeability, can be reduced.
(4)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。
( 4 ) It is preferable that the first main surface side and the second main surface side of the substrate are covered with a non-magnetic layer. With this structure, the entire strength is improved because the layer is coated with a layer having a higher strength than the magnetic material.
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。 According to the present invention, an unnecessary magnetic flux leakage to the outside can be prevented by a single coil-embedded substrate, and noise can be prevented from being superimposed on a conductor such as a wiring formed inside or outside the substrate.
《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。
<< First Embodiment >>
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the coil-embedded substrate of the first embodiment and a DC-DC converter module including the same. The DC-DC converter module 111 includes a coil built-in
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。
The coil built-in
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。
The coil
A
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。
A
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。
Here, when the magnetic permeability of the coil
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。
Thus, by arranging the
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。
The
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。
In the first embodiment, the laminated body of the coil
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。
The coil-embedded
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。
The
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。
In the above embodiment, the
《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。
<< Second Embodiment >>
FIG. 3A is a cross-sectional view showing the configuration of the coil-embedded substrate of the second embodiment and a DC-DC converter module including the same. FIG. 3B is a cross-sectional view of the coil conductor forming layer. The DC-
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。
The coil built-in
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。
The coil
A laminated body of the coil
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。
Here, when the magnetic permeability of the coil
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。
Thus, by providing the
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。
According to the second embodiment, the
《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。
<< Third Embodiment >>
4A and 4B are cross-sectional views showing the configurations of the coil-embedded
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。
In the example of FIG. 4B,
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。 With these structures, it is possible to reduce irregularities on the component mounting surface (upper surface) of the substrate and the mounting surface (lower surface) of the mounting destination substrate, which are caused by different shrinkage rates of ferrite pastes having different magnetic permeability.
《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。
<< Other embodiments >>
The coil-embedded substrate of the present invention includes both the high-permeability
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。 Further, the magnetic layer of the coil-embedded substrate of the present invention only needs to constitute the entire layer or the main layer of the substrate on which the coil conductor and the magnetic body are laminated.
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
6 ... In-
21, 22 ...
Claims (4)
前記磁性体の積層方向に延びる層間接続導体と、
前記磁性体の積層方向から視て、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と、
をさらに備え、
前記磁性体領域は、前記磁性体の積層方向から視て、前記コイル導体の形成領域よりも外側にある前記層間接続導体とコイル導体の形成領域との間に、前記コイル導体の形成領域の全周ではなく、一部にのみ形成されることを特徴とするコイル内蔵基板。 In the coil-embedded substrate provided with a magnetic layer in which the coil conductor and the magnetic material are laminated to constitute the whole or the main part of the substrate,
An interlayer connection conductor extending in the laminating direction of the magnetic body;
A magnetic region having a higher magnetic permeability than the magnetic layer, extending in the lamination direction of the magnetic body, around the formation region of the coil conductor as viewed from the lamination direction of the magnetic body ,
Further comprising
The magnetic body region is an entire region of the coil conductor formed between the interlayer connection conductor and the coil conductor formation region that is located outside the coil conductor formation region when viewed from the lamination direction of the magnetic bodies. A substrate with a built-in coil, characterized in that it is formed only on a part rather than a circumference .
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