JP5908792B2 - コイル内蔵配線基板および電子装置 - Google Patents

Description

本発明は、コイル内蔵配線基板および電子装置に関するものである。

近年、配線基板の内部にコイルが設けられた配線基板の開発が進められている。このようなコイル内蔵配線基板は、例えば直流電流の電圧を変換する機能を有するＤＣ−ＤＣコンバータ等に用いられている。例示的なコイル内蔵配線基板は、配線基板を構成する基体の材料としてフェライトが用いられており、コイル導体および配線導体の材料として銀が用いられているコイル内蔵フェライト基板である（例えば、特許文献１を参照）。

特開2011−193724号公報

フェライト層を含むコイル内蔵配線基板において、配線導体に不要な磁束が生じて、配線導体のインダクタンス値が高くなることがあった。特にコイル内蔵配線基板において、コイル以外のインダクタンス値が高くなると、コイル内蔵配線基板のインダクタンス値が所望のインダクタンス値よりも高くなるという問題があった。

本発明の一つの態様によるコイル内蔵配線基板は、フェライト層を含む基体部と、基体部に、基体部の厚み方向に延びるように設けられている配線導体と、フェライト層の内部に設けられているコイル導体とを有しており、配線導体が基体部の厚み方向において対向するように蛇行している領域を有し、基体部の側面に凹部または凸部が設けられており、配線導体の蛇行している領域が基体部の側面の凹部または凸部に設けられている。

本発明の他の態様による電子装置は、上記構成のコイル内蔵配線基板と、コイル内蔵配線基板に搭載された電子部品とを有している。

本発明の一つの態様によるコイル内蔵配線基板は、フェライト層を含む基体部と、基体部に、基体部の厚み方向に延びるように設けられている配線導体と、フェライト層の内部に設けられているコイル導体とを有しており、配線導体が、基体部の厚み方向において対向するように蛇行している領域を有し、基体部の側面に凹部または凸部が設けられており、配線導体の蛇行している領域が基体部の側面の凹部または凸部に設けられていることによって、対向する配線導体のそれぞれに生じる磁束同士が、対向する配線導体の間において、互いに打ち消しあうので、配線導体に生じるインダクタンス値を低減できる。

本発明の他の態様による電子装置は、上記構成のコイル内蔵配線基板と、コイル内蔵配線基板に搭載された電子部品とを有していることから、コイル内蔵配線基板に不所望のインダクタンスが生じることを低減できるので、電圧変換の精度を向上できる。

本発明の第１の実施形態における電子装置の分解斜視図を示している。 図１に示された電子装置のＡ−Ａ線における縦断面図を示している。 本発明の第２の実施形態における電子装置の縦断面図を示している。

以下、本発明のいくつかの例示的な実施形態について、添付の図面を参照しつつ説明す
る。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態における電子装置は、図１および図２に示されているように、コイル内蔵配線基板１と、コイル内蔵配線基板１の上面に設けられたＩＣ素子２とを含んでいる。電子装置は、例えば電子部品モジュールを構成する回路基板上に実装される。

コイル内蔵配線基板１は、フェライト層を含んでいる板状の基体部11と、基体部11に埋設されたコイル導体13と、基体部11に設けられた配線導体12と、基体部11の上面に設けられた接続電極14と、基体部11の下面に設けられた端子電極15とを含んでいる。図１において、電子装置は仮想のｘｙｚ空間におけるｘｙ平面に実装されている。図１および図２において、上方向とは、仮想のｚ軸の正方向のことをいう。

基体部11は、磁性材料を含んでおり、焼成によって一体的に形成されている。例示的な基体部11は、酸化鉄，酸化ニッケル，酸化銅，酸化亜鉛およびガラス成分を含んだフェライト層を有している。また、基体部11はフェライト層の上下に絶縁材料を含んでいる絶縁体層を有している。例示的な絶縁体層は、主成分としてガラス材料を有するガラスセラミックスを含んでいる。

フェライト層は、フェライト材料が98.5質料％以上含まれており、高い透磁率を得るために、ＺｎＦｅ_２Ｏ_４，ＭｎＦｅ_２Ｏ_４，ＦｅＦｅ_２Ｏ_４，ＣｏＦｅ_２Ｏ_４,ＮｉＦｅ_２
Ｏ_４，ＢａＦｅ_２Ｏ_４，ＳｒＦｅ_２Ｏ_４およびＣｕＦｅ_２Ｏ_４のうちの少なくとも１種類のフェライトが含まれることが好ましい。

フェライト層に含まれているガラス成分はフェライト層の全質量に対して0.25〜５質量％含まれている。ガラス成分は、ガラス成分の全質量に対して酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）を３〜12質量％、酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）を５〜12質量％、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を１〜９質量％、酸化バリウム（ＢａＯ）を１〜12質量％、酸化ビスマス（Ｂｉ_２Ｏ_３）を60〜80質量％含んでいる。

絶縁体層は、ガラス材料を有するガラスセラミックスからなるものである。ガラス相としては、ＳｉＯ_２系，ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系，ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３系，ＳｉＯ_２−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ、Ｓｒ、Ｍｇ、ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系−ＭＯ系，ＳｉＯ_２−Ｍ^１Ｏ−Ｍ^２Ｏ系（但し、Ｍ^１およびＭ^２は同一または異なってＣａ、Ｓｒ、Ｍｇ、ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｍ^１Ｏ−Ｍ^２Ｏ系，ＳｉＯ_２−Ｍ^３ _２Ｏ系（但し、Ｍ^３はＬｉ、ＮａまたはＫを示す）およびＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｍ^３ _２Ｏ系等のガラスが挙げられる。また、上記以外にＣｏ，Ｃｄ，Ｉｎやその酸化物が含まれていてもよい。

基体部11は、板形状を有しており、互いに積層された第１の層111〜第４の層114を含んでいる。図２において、第１の層111〜第４の層114の界面は、仮想の二点鎖線によって示されている。第２の層112は、第１の層111の上に積層されており、第３の層113は、第２
の層112の上に積層されており、第４の層114は第３の層113の上に積層されている。なお
、本実施形態において、第１の層111および第４の層114は絶縁体層であり、第２の層112
および第３の層113はフェライト層である。

基体部11の側面にはキャスタレーション11ａが設けられている。キャスタレーション11ａは断面視において、蛇行しつつ上下方向に伸びているミアンダ状の表面形状を有している。このようなキャスタレーション11ａは、コイル内蔵配線基板１が外部の回路基板に接合される際に、はんだ等の接合材の溜まる部分となって接合材の量を増加させて、コイル
内蔵配線基板１と外部の回路基板との接合強度を向上させるためのものである。

配線導体12は、第１の層111〜第４の層114の層間、内部および表面に設けられている。配線導体12はコイル導体13，接続電極14および端子電極15の間を相互に電気的に接続する。配線導体12の材料は、例えばＡｇ，Ａｇ−Ｐｄ合金またはＡｇ−Ｐｔ合金等のＡｇを含む材料を用いることができる。

配線導体12のうちキャスタレーション11ａに設けられた側面配線導体12ａは、キャスタレーション11ａの表面に沿ったミアンダ形状を有している。本実施形態において、ミアンダ形状とは、基体部11の厚み方向において対向するように蛇行している形状である。すなわち、断面視において蛇行しつつ上下方向に伸びた形状である。このような側面配線導体12ａは基体部の厚み方向において対向する領域を有している。この対向する領域において、側面配線導体12ａを流れる電流の向きが互いに逆方向となることから、この領域における磁束が打ち消しあうので、側面配線導体12ａのインダクタンスが低減される。

コイル導体13は、平面透視において基体部11の中心部を囲むような形状を有しており、基体部11に埋設されている。コイル導体13は、第１の層111の上面に形成された第１のコ
イルパターン131と第２の層112の上面に形成された第２のコイルパターン132とを含んで
いる。第１のコイルパターン131および第２のコイルパターン132は、基体部11の第２の層112に設けられたビア導体によって電気的に接続されている。図１において、第１のコイ
ルパターン131および第２のコイルパターン132の電気的な接続関係が点線によって示されている。コイル導体13の材料は配線導体12と同様の材料を用いることができる。

接続電極14はＩＣ素子２に電気的に接続されるものであり、端子電極15は外部の回路基板に電気的に接続されるものである。接続電極14および端子電極15の材料は、例えばＡｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ−Ｐｄ合金またはＡｇ−Ｐｔ合金等の材料を用いることができる。

ＩＣ素子２は、コイル内蔵配線基板１の基体部11の上面に設けられている。ＩＣ素子２は、例えばＤＣ−ＤＣコンバータにおける制御用ＩＣ素子である。ＩＣ素子２とコイル内蔵配線基板１のコイル導体13とは電気的に接続される。

以下、磁性材料としてフェライトを含むコイル内蔵配線基板１の製造方法について説明する。コイル内蔵配線基板１の製造方法は、フェライトを含むスラリーを得る工程と、スラリーを用いてフェライトグリーンシートを得る工程と、コイルパターンおよび配線パターンを含む積層体を得る工程と、積層体を焼成する工程とを含んでいる。

スラリーは、フェライト粉末およびガラス材料に適当な有機バインダ、可塑剤および有機溶剤等が混合されて得られる。フェライト粉末は、フェライトグリーンシートの焼結状態において均一化を図るために、仮焼が施されており、粒径の均一化が図られており、球形状に近い形状を有するものがよい。フェライト粉末に部分的に小さい粒径の粒子が含まれている場合、その小さい粒径の粒子の部分のみ結晶粒の成長が低下し、焼結後に得られるフェライト層の透磁率が安定しにくい傾向がある。

フェライトグリーンシートは、スラリーを用いて、ドクターブレード法、圧延法およびカレンダーロール法等によって製造される。積層体は、一部のフェライトグリーンシートにコイルパターンまたは配線パターンが形成されている複数のフェライトグリーンシートを含んでいる。コイルパターンおよび配線パターンは、銀（Ａｇ）または銀合金等の金属粉末に適当な有機バインダおよび溶剤が混練された導体ペーストを、スクリーン印刷法またはグラビア印刷法等によってフェライトグリーンシートの表面に塗布することによって形成される。

このようにして得た積層体を850℃〜900℃で焼成することによってコイル内臓配線基板１が作製される。

本実施形態におけるコイル内蔵配線基板１は、フェライト層を含む基体部11と、基体部11に、基体部11の厚み方向に延びるように設けられている配線導体12と、フェライト層の内部に設けられているコイル導体13とを有しており、配線導体12が基体部11の厚み方向において対向するように蛇行している領域を有する。配線導体12が基体部11の厚み方向において対向する領域において、対向する配線導体12に流れる電流が互いに逆向きとなり、配線導体12に生じる磁束同士が互いに打ち消しあうので、配線導体12に生じるインダクタンスを低減できる。

また、本実施形態のコイル内蔵配線基板１において、基体部11の側面に凹部または凸部が設けられている。配線導体12の蛇行している領域が基体部11の側面の凹部または凸部に設けられていることから、配線導体12の蛇行している領域が基体部11の内部を通る場合に比べて、配線導体12と基体部11とが接している領域が低減されるので、配線導体12の周囲に発生する磁束を低減できる。

また、本実施形態の配線導体12の蛇行している領域がフェライト層を挟んで対向していることから、基体部11において特に透磁率の高いフェライト層に接している配線導体12に生じるインダクタンスを低減できる。

また、本実施形態の電子装置は、上記構成のコイル内蔵配線基板１と、コイル内蔵配線基板１に搭載された電子部品２とを有していることから、コイル内蔵配線基板１に不所望のインダクタンスが生じることを低減できるので、電圧変換の精度を向上できる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態によるコイル内蔵配線基板について、図３を参照しつつ説明する。

本発明の第２の実施形態におけるコイル内蔵配線基板において、上記した第１の実施形態のコイル内蔵配線基板１と異なる点は、側面配線導体12ａと基体部11の内部に設けられた配線導体12とが接続されることによってミアンダ状の形状の配線導体12を構成している点である。

ミアンダ状の形状の配線導体12の一部が基体部11の内部を通ることから、配線導体12が外気に触れることを低減して、配線導体12の腐食する可能性を低減できる。また、基体部11の下方のみにキャスタレーションを設けることができるので、基体部11においてＩＣ素子２を実装する上面の面積を確保するのに有効である。

なお、本発明は上述の実施の形態の例に限定されるものではなく、種々の変更は可能である。例えば、基体部11がフェライト層のみで構成されていてもよい。

また、基体部11の側面に設けられた凹部または凸部が、側面配線導体12ａの設けられた面の全体に設けられていてもよい。

１・・・コイル内蔵配線基板
11・・・基体部
111〜114・・・第１〜第４の層
12・・・配線導体
13・・・コイル導体
14・・・接続電極
15・・・端子電極
131、132・・・第１および第２のコイルパターン
２・・・ＩＣ素子

Claims (3)

1. フェライト層を含む基体部と、
   該基体部に、該基体部の厚み方向に延びるように設けられている配線導体と、
   前記フェライト層の内部に設けられているコイル導体とを備えており、
   前記配線導体が、前記基体部の厚み方向において対向するように蛇行している領域を有し、
   前記基体部の側面に凹部または凸部が設けられており、前記配線導体の前記蛇行している領域が前記基体部の側面の凹部または凸部に設けられていることを特徴とするコイル内蔵配線基板。
2. 前記配線導体の前記蛇行している領域が前記フェライト層を挟んで対向していることを特徴とする請求項１記載のコイル内蔵配線基板。
3. 請求項１に記載のコイル内蔵配線基板と、
   前記コイル内蔵配線基板に搭載された電子部品とを備えていることを特徴とする電子装置。

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