JP6460290B2 - Dc/dcコンバータモジュール - Google Patents

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Description

本発明は、基板とシールドカバーとを備えるDC/DCコンバータモジュールに関する。
従来、スイッチング素子が内蔵されたIC(以下、スイッチ素子内蔵IC)、コイルおよびコンデンサ(入力コンデンサまたは出力コンデンサ)等を基板に実装した構造のDC/DCコンバータモジュールが知られている。
例えば、特許文献1には、上記スイッチ素子内蔵ICやコイル等がシールドカバーで覆われたDC/DCコンバータモジュールが開示されている。上記DC/DCコンバータモジュールでは、シールドカバーがスイッチ素子内蔵IC等から放射されるノイズを遮蔽するシールドとして機能するため、DC/DCコンバータモジュールから放射されるノイズを低減できる。
そして、このようなシールドカバーはノイズの除去効果を高めるため、グランドに接地されるのが一般的である。
特開2011−193724号公報
しかし、コンデンサのグランドにシールドカバーを接地した場合、シールドカバーに誘導されたノイズが、グランドおよびコンデンサを介して、DC/DCコンバータモジュールの入力側または出力側に流出することがある。したがって、シールドカバーを単にグランドに接地するだけでは、シールドカバーのノイズ除去効果が十分に得られない場合や、DC/DCコンバータモジュールの入力側または出力側へのノイズの影響が大きくなる場合がある。
本発明の目的は、接地されたシールドカバーを有する構成において、入力側または出力側へのノイズの流出を抑制したDC/DCコンバータモジュールを提供することにある。
(1)本発明のDC/DCコンバータモジュールは、
基板と、
前記基板に形成される第1グランド電極および第2グランド電極と、
入力端、出力端、および第1接地端を有するスイッチ素子内蔵ICと、
前記入力端または前記出力端に接続されるコイル素子と、
前記入力端または前記出力端に接続される第1端、および前記第1グランド電極に接続される第2端を有するコンデンサ素子と、
前記スイッチ素子内蔵IC、前記コイル素子または前記コンデンサ素子のうち、前記基板に表面実装されたいずれかを覆い、前記第2グランド電極に接続されるシールドカバーと、
を備えることを特徴とする。
この構成により、互いにグランドに接続されるシールドカバーとコンデンサ素子との間は分離されている。そのため、シールドカバーに誘導されたノイズの、コンデンサ素子を介した、DC/DCコンバータモジュールの入力側または出力側への流出は抑制される。したがって、入力側または出力側へのノイズの流出を抑制したDC/DCコンバータモジュールを実現できる。
(2)本発明のDC/DCコンバータモジュールは、
基板と、
前記基板に形成されるグランド電極と、
入力端、出力端および第1接地端を有するスイッチ素子内蔵ICと、
前記入力端または前記出力端に接続されるコイル素子と、
前記入力端または前記出力端に接続される第1端、および前記グランド電極に接続される第2端を有するコンデンサ素子と、
前記スイッチ素子内蔵IC、前記コイル素子または前記コンデンサ素子のうち、前記基板に表面実装されたいずれかを覆い、前記グランド電極に接続されるシールドカバーと、
を備え、
前記第2端と前記シールドカバーとの間は、物理的に接続され、所定周波数以上で電気的に遮断されることを特徴とする。
この構成により、コンデンサ素子の第2端とシールドカバーとの間が物理的に接続されていたとしても、シールドカバーは、所定周波数において、コンデンサ素子が接続される第1グランド電極とは電気的に異なる第2グランド電極に接続される。そのため、シールドカバーに誘導されたノイズの、DC/DCコンバータモジュールの入力側または出力側への流出は抑制される。したがって、入力側または出力側へのノイズの流出を抑制したDC/DCコンバータモジュールを実現できる。
(3)上記(2)において、前記第2端と前記シールドカバーとの間には、前記所定周波数で所定のインダクタンス成分を有するインダクタが接続されていてもよい。
(4)上記(3)において、前記インダクタは、前記基板に形成される導体パターンで構成されていることが好ましい。この構成では、基板に形成される導体パターンを利用してインダクタを構成するため、素子を別途用意する必要がなく、製造が容易で低コスト化が図れる。
(5)上記(3)において、前記インダクタは、前記基板に形成される層間接続導体で構成されることが好ましい。この構成では、基板に形成される層間接続導体を利用してインダクタを構成するため、素子を別途用意する必要がなく、製造が容易で低コスト化が図れる。
(6)上記(1)から(5)のいずれかにおいて、前記第1接地端および前記シールドカバーは、電気的に接続されていてもよい。
(7)上記(1)から(6)のいずれかにおいて、前記基板の表面に形成され、前記スイッチ素子内蔵IC、前記コイル素子または前記コンデンサ素子のうち、前記基板に表面実装されたいずれかを覆う保護部材を備え、前記シールドカバーは、前記保護部材の表面に形成された導体からなることが好ましい。この構成では、コイル素子やコンデンサ素子が保護部材で保護されるので、DC/DCコンバータモジュール全体が堅牢となり、DC/DCコンバータモジュール自体の機械的強度や外力等に対する耐久性が高まる。また、この構成により、はんだ付けだけでコイル素子等を基板に実装した場合に比べて、基板に対するコイル素子等の実装強度を高めることができ、コイル素子等と基板との電気的な接続信頼性が向上する。
(8)上記(1)から(7)のいずれかにおいて、前記基板は樹脂基板であり、前記スイッチ素子内蔵ICは、前記基板に埋設されることが好ましい。この構成では、スイッチ素子内蔵ICが基板で保護されるので、スイッチ素子内蔵ICの機械的強度や外力等に対する耐久性が高まる。
(9)上記(1)から(7)のいずれかにおいて、前記基板はフェライト基板であり、前記コイル素子は、前記基板に形成された導体で構成されていてもよい。
本発明によれば、接地されたシールドカバーを有する構成において、入力側または出力側へのノイズの流出を抑制したDC/DCコンバータモジュールを実現できる。
図1は第1の実施形態に係るDC/DCコンバータモジュール101の主要部の断面図である。 図2はDC/DCコンバータモジュール101の回路図である。 図3は、第1の実施形態に係る電子機器301の主要部を示す断面図である。 図4(A)は第2の実施形態に係るDC/DCコンバータモジュール102の主要部の断面図であり、図4(B)は図4(A)におけるA−A断面図である。 図5はDC/DCコンバータモジュール102の回路図である。 図6(A)は第3の実施形態に係るDC/DCコンバータモジュール103の主要部の断面図であり、図6(B)は図6(A)におけるB−B断面図である。 図7はDC/DCコンバータモジュール103の回路図である。 図8(A)は図7におけるC−C断面図であり、図8(B)は図7におけるD−D断面図である。 図9(A)は第4の実施形態に係る別のDC/DCコンバータモジュール104Bの主要部の断面図であり、図9(B)は図9(A)におけるE−E断面図である。 図10は、第5の実施形態に係るDC/DCコンバータモジュール105Aの主要部の断面図である。 図11は第5の実施形態に係る別のDC/DCコンバータモジュール105Bの主要部の断面図である。 図12は、第6の実施形態に係るDC/DCコンバータモジュール106の主要部の断面図である。 図13(A)は第7の実施形態に係るDC/DCコンバータモジュール107Aの回路図であり、図13(B)は第7の実施形態に係る別のDC/DCコンバータモジュール107Bの回路図であり、図13(C)は第7の実施形態に係る別のDC/DCコンバータモジュール107Cの回路図である。
以降、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各図中には同一箇所に同一符号を付している。要点の説明または理解の容易性を考慮して、便宜上実施形態を分けて示すが、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能である。第2の実施形態以降では第1の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
《第1の実施形態》
図1は第1の実施形態に係るDC/DCコンバータモジュール101の主要部の断面図である。
DC/DCコンバータモジュール101は、基板1、第1グランド電極G11,G12,G13、第2グランド電極G2、コイル素子3、コンデンサ素子21,22、スイッチ素子内蔵IC4およびシールドカバー2等を備える。
基板1は、第1主面S1および第2主面S2を有する直方体状の絶縁性平板である。基板1は、例えばポリイミド(PI)または液晶ポリマー(LCP)等の熱可塑性樹脂基板(シート)である。
第1グランド電極G11,G12,G13および第2グランド電極G2は、基板1の第1主面S1に形成される導体である。基板1の第2主面S2には、導体11,12,13,14,15および導体16が形成されている。導体13は、基板1の内部に形成される層間接続導体V1を介して、第1グランド電極G11に接続される。また、導体16は、基板1の内部に形成される層間接続導体V2を介して、第1グランド電極G12に接続される。第1グランド電極G11,G12,G13、第2グランド電極G2、導体11,12,13,14,15および導体16は、例えばCu箔等の導体パターンである。
スイッチ素子内蔵IC4は基板1の内部に埋設されている。後に詳述するように、スイッチ素子内蔵IC4は、入力端、出力端および第1接地端を有し、コイル素子3に流れる電流をスイッチングするスイッチ素子が内蔵されたICである。スイッチ素子内蔵IC4の第1接地端は、基板1の内部に形成される層間接続導体V3を介して、第1グランド電極G13に接続される。スイッチ素子内蔵ICは、例えばマイクロプロセッサチップやICチップである。スイッチ素子内蔵IC4は、例えば熱可塑性樹脂からなる複数の絶縁基材層の積層体内にキャビティを形成し、このキャビティにスイッチ素子内蔵IC4を収納した積層体を加熱加圧することによって、基板1の内部に埋設される。
コイル素子3、コンデンサ素子21およびコンデンサ素子22は、基板1の第2主面S2に表面実装されている。コイル素子3、コンデンサ素子21およびコンデンサ素子22は、例えばはんだ等の導電性接合材を介して第2主面S2に実装される。より具体的には、コイル素子3は導体11と導体12との間に接合(接続)され、コンデンサ素子21は導体13と導体14との間に接合(接続)され、コンデンサ素子22は導体15と導体16との間に接合(接続)される。コイル素子3は例えばチップインダクタである。コンデンサ素子21,22は入力コンデンサおよび出力コンデンサであり、例えばチップコンデンサである。
シールドカバー2は、基板1の第2主面S2に実装されたコイル素子3、コンデンサ素子21およびコンデンサ素子22等を覆う金属製のカバーである。図1に示すように、シールドカバー2は、基板1の第1主面S1に形成される第2グランド電極G2に接続されている。
図2はDC/DCコンバータモジュール101の回路図である。図2では、コイル素子3をコイルLで表し、コンデンサ素子21を入力コンデンサC1で表し、コンデンサ素子22を出力コンデンサC2で表している。なお、図2に示す電圧入力部Vinおよび電圧出力部Voutの電極は、図1において図示を省略している。
スイッチ素子内蔵IC4およびコイルLは、DC電圧を受ける電圧入力部Vinと、電圧出力部Voutとの間に接続されている。スイッチ素子内蔵IC4には、コイルLに流れる電流をスイッチングする素子が内蔵されている。スイッチ素子内蔵IC4は、電圧入力部Vin、コイルLおよび第1グランド電極G13にそれぞれ接続されている。コイルLはスイッチ素子内蔵IC4と電圧出力部Voutとの間に接続され、入力コンデンサC1は電圧入力部Vinと第1グランド電極G11との間に接続され、出力コンデンサC2は電圧出力部Voutと第1グランド電極G12との間に接続されている。シールドカバー2は、第2グランド電極G2に接続されている。
具体的には、スイッチ素子内蔵IC4の入力端IPは、電圧入力部Vinに接続されている。スイッチ素子内蔵IC4の第1接地端GPは、第1グランド電極G13に接続されている。スイッチ素子内蔵IC4の出力端OPは、コイルLの第1端に接続されている。コイルLの第2端は、電圧出力部Voutに接続されている。入力コンデンサC1の第1端E1aは電圧入力部Vinに接続され、入力コンデンサC1の第2端E2aは第1グランド電極G11に接続されている。出力コンデンサC2の第1端E1bは電圧出力部Voutに接続され、出力コンデンサC2の第2端E2bは第1グランド電極G12に接続されている。シールドカバー2は、第2グランド電極G2に接続されている。
このように、DC/DCコンバータモジュール101は降圧型DC/DCコンバータモジュールを構成する。
次に、導電性接合材を用いて、DC/DCコンバータモジュール101を実装基板に実装した状態について、図を参照して説明する。図3は、第1の実施形態に係る電子機器301の主要部を示す断面図である。
なお、電子機器301は、DC/DCコンバータモジュールおよび実装基板等を備える装置であり、例えば携帯電話端末、いわゆるスマートフォン、タブレット端末、ノートPCやPDA、ウェアラブル端末(いわゆるスマートウォッチやスマートグラス等)、カメラ、ゲーム機、または玩具等である。
電子機器301は、DC/DCコンバータモジュール101、実装基板201および表面実装部品6等を備える。実装基板201は例えばプリント配線基板である。
実装基板201の主面には、DC/DCコンバータモジュール101および表面実装部品6が実装される。表面実装部品6は例えばチップインダクタである。
実装基板201の主面には導体61,62,63,64,65および導体66等が形成され、実装基板201の内部には導体67が形成されている。第1グランド電極G11は導電性接合材5を介して導体61に接続され、第1グランド電極G12は導電性接合材5を介して導体62に接続され、第1グランド電極G13は導電性接合材5を介して導体63に接続される。第2グランド電極G2は導電性接合材5を介して導体64に接続される。また、図示しないDC/DCコンバータモジュールの電圧入力部および電圧出力部の電極は、実装基板201に形成される導体(図示省略)に接続される。導電性接合材5は例えばはんだである。導体61,62,63および導体64は、互いに異なる実装基板201のグランドにそれぞれ接続され、導体65および導体66は、実装基板201に構成される回路にそれぞれ接続されている。
本実施形態に係るDC/DCコンバータモジュール101によれば、次のような効果を奏する。
(a)DC/DCコンバータモジュール101は、基板1の第2主面S2に実装されたコイル素子3、コンデンサ素子21,22等が、シールドカバー2によって覆われる構成である。この構成により、コイル素子3またはスイッチ素子内蔵IC等から放射される、スイッチングによるノイズがシールドカバー2によって遮蔽されるため、DC/DCコンバータモジュールから放射されるノイズを低減できる。
(b)また、本実施形態では、シールドカバー2が、コンデンサ素子21,22が接続される第1グランド電極G11,G12とは異なる第2グランド電極G2に接続される。この構成により、互いにグランドに接続されるシールドカバー2とコンデンサ素子21,22との間は分離されている。そのため、シールドカバー2に誘導されたノイズ(シールドカバー2によって遮蔽された、コイル素子3またはスイッチ素子内蔵IC4等から放射されるスイッチングノイズ)の、コンデンサ素子21,22を介した、DC/DCコンバータモジュールの入力側または出力側への流出は抑制される。したがって、入力側または出力側へのノイズの流出を抑制したDC/DCコンバータモジュールを実現できる。
(c)本実施形態では、スイッチ素子内蔵IC4が基板1に埋設されている。この構成では、スイッチ素子内蔵IC4が基板1で保護されるので、スイッチ素子内蔵IC4の機械的強度や外力等に対する耐久性が高まる。
《第2の実施形態》
第2の実施形態では、スイッチ素子内蔵ICの第1接地端とシールドカバーとが電気的に接続された例を示す。
図4(A)は第2の実施形態に係るDC/DCコンバータモジュール102の主要部の断面図であり、図4(B)は図4(A)におけるA−A断面図である。図5はDC/DCコンバータモジュール102の回路図である。
DC/DCコンバータモジュール102は、基板1、第1グランド電極G11,G12、第2グランド電極G2、コイル素子3、コンデンサ素子21,22、スイッチ素子内蔵IC4およびシールドカバー2等を備える。
DC/DCコンバータモジュール102は、基板1の内部にグランド導体31が形成されている点で、第1の実施形態に係るDC/DCコンバータモジュール101と異なる。その他の構成については、DC/DCコンバータモジュール101と実質的に同じである。以下、第1の実施形態と異なる部分について説明する。
グランド導体31は、図4(B)に示すように、基板1の内部に形成される矩形の導体パターンである。グランド導体31は、例えばCu箔等の導体パターンである。
グランド導体31の一部(図4(B)におけるグランド導体31の上辺および下辺)は、基板1の端面から露出しており、シールドカバー2に接続されている。図4(A)に示すように、グランド導体31は、基板1の内部に形成される層間接続導体V3Aを介して、スイッチ素子内蔵IC4の第1接地端に接続されている。また、グランド導体31は、基板1の内部に形成される層間接続導体V3Bを介して、第2グランド電極G2に接続されている。
すなわち、図5に示すように、スイッチ素子内蔵IC4の第1接地端GPおよびシールドカバー2は、ともに第2グランド電極G2に接続されており、互いに電気的に接続されている。
この構成では、シールドカバー2がコンデンサ素子21,22の第2端に電気的に接続される場合に比べて、シールドカバー2に誘導されたノイズ(シールドカバー2によって遮蔽された、コイル素子3またはスイッチ素子内蔵IC4等から放射されるスイッチングノイズ)の、コンデンサ素子21,22を介した、DC/DCコンバータモジュールの入力側または出力側への流出は生じ難い。したがって、本実施形態で示したように、スイッチ素子内蔵IC4の第1接地端GPおよびシールドカバー2は、互いに電気的に接続されていてもよい。
《第3の実施形態》
第3の実施形態では、コンデンサ素子およびシールドカバーが物理的に接続されている例を示す。
図6(A)は第3の実施形態に係るDC/DCコンバータモジュール103の主要部の断面図であり、図6(B)は図6(A)におけるB−B断面図である。図7はDC/DCコンバータモジュール103の回路図である。
DC/DCコンバータモジュール103は、基板1の内部にグランド導体32が形成されている点で、第2の実施形態に係るDC/DCコンバータモジュール102と異なる。その他の構成については、DC/DCコンバータモジュール102と実質的に同じである。以下、第2の実施形態と異なる部分について説明する。
グランド導体32は、基板1の内部に形成される導体パターンである。グランド導体32の一部(図6(B)におけるグランド導体32の上辺および下辺の一部)は、基板1の端面から露出しており、シールドカバー2に接続されている。また、グランド導体32は、図6(A)に示すように、基板1の内部に形成される層間接続導体V1A,V2A,V3Aを介して、スイッチ素子内蔵IC4の第1接地端およびコンデンサ素子21,22の第2端にそれぞれ接続されている。グランド導体32は、基板1の内部に形成される層間接続導体V1B,V2B,V3Bを介して、第1グランド電極G11,G12および第2グランド電極G2にそれぞれ接続されている。
すなわち、スイッチ素子内蔵IC4の第1接地端、コンデンサ素子21,22の第2端およびシールドカバー2は、物理的に接続されている。
また、グランド導体32は、図6(B)に示すように、幅狭部GL1a,GL1b,GL2aおよび幅狭部GL2bを有する。幅狭部GL1aは、第2グランド電極G2と第1グランド電極G11との電気的経路に形成される、導体幅が狭い部分である(導体幅Y1)。幅狭部GL1bは、第2グランド電極G2と第1グランド電極G12との電気的経路に形成される、導体幅が狭い部分である(導体幅Y1)。幅狭部GL2aは、第1グランド電極G11とシールドカバー2との電気的経路に形成される、導体幅が狭い部分である(導体幅X1)。幅狭部GL2bは、第1グランド電極G12とシールドカバー2との電気的経路に形成される、導体幅が狭い部分である(導体幅X1)。幅狭部GL1a,GL1b,GL2a,GL2bの導体幅は、他の部分の導体幅X0よりも相対的に狭い(X0>X1、X0>Y1)。
これら幅狭部GL1a,GL1b,GL2aおよび幅狭部GL2bは、所定周波数以上で電気的に遮断される。具体的には、幅狭部GL1a,GL1b,GL2a,GL2bの導体幅および導体長さが、所定周波数で所定のインダクタンス成分を持つように形成されている。そのため、コンデンサ素子21,22の第2端とシールドカバー2との間には、所定周波数で所定のインダクタンス成分を有するインダクタ(幅狭部GL1a,GL1b,GL2a,GL2b)が接続される。
なお、本発明における「所定周波数」とは、スイッチ素子内蔵IC4のスイッチング周波数によって決まる。また、本発明における「所定のインダクタンス成分」は上記「所定周波数」によって異なる。本発明における「所定のインダクタンス成分」は、例えば「所定周波数」が1MHz以上100MHz未満の場合に5μH以下のインダクタンス値であり、例えば「所定周波数」が100MHz以上1GHz未満の場合に5nH以下のインダクタンス値であり、例えば「所定周波数」が1GHz以上2GHz以下の場合に0.5nH以下のインダクタンス値である。
本実施形態に係るDC/DCコンバータモジュール103によれば、次のような効果を奏する。
(d)本実施形態では、コンデンサ素子21,22の第2端とシールドカバー2との間は、所定周波数以上で電気的に遮断される。そのため、コンデンサ素子21,22とシールドカバー2との間が物理的に接続されていたとしても、シールドカバー2が、所定周波数以上において、コンデンサ素子21,22が接続される第1グランド電極G11,G12とは電気的に異なる第2グランド電極G2に接続される。そのため、第1の実施形態と同様に、シールドカバーに誘導されたノイズの、DC/DCコンバータモジュールの入力側または出力側への流出は抑制される。したがって、入力側または出力側へのノイズの流出を抑制したDC/DCコンバータモジュールを実現できる。
(e)本実施形態では、スイッチ素子内蔵IC4の第1接地端およびコンデンサ素子21,22の第2端が、グランド導体32等を介して物理的に接続されている。この構成により、スイッチ素子内蔵IC4の第1接地端とコンデンサ素子21,22の第2端との間の、直流における電気的経路は短くなる。そのため、スイッチ素子内蔵IC4の第1接地端およびコンデンサ素子21,22の第2端をそれぞれ異なるグランドに接続した場合に比べて、DC/DCコンバータモジュールの電力変換効率は向上する。
(f)また、本実施形態では、基板1に形成されるグランド導体32(導体パターン)を利用してインダクタを構成するため、素子を別途用意する必要がなく、製造が容易で低コスト化が図れる。
《第4の実施形態》
第4の実施形態では、コンデンサ素子およびシールドカバーが物理的に接続される構成において、第3の実施形態とは異なる例を示す。
図7は第4の実施形態に係るDC/DCコンバータモジュール104Aの主要部の断面図を示す。図8(A)は図7におけるC−C断面図であり、図8(B)は図7におけるD−D断面図である。
DC/DCコンバータモジュール104Aは、基板1の内部にグランド導体33A,33Bが形成されている点で、第2の実施形態に係るDC/DCコンバータモジュール102と異なる。その他の構成については、DC/DCコンバータモジュール102と実質的に同じである。以下、第2の実施形態と異なる部分について説明する。
グランド導体33A,33Bは、基板1の内部に形成される矩形の導体パターンである。グランド導体33Aの一部(図8(A)におけるグランド導体33Aの上辺および下辺)は、基板1の端面から露出しており、シールドカバー2に接続されている。グランド導体33Aは、図7に示すように、基板1の内部に形成される層間接続導体V1A,V1Bを介して、コンデンサ素子21の第2端および第1グランド電極G11にそれぞれ接続されている。グランド導体33Bの一部(図8(A)におけるグランド導体33Bの上辺および下辺)は、基板1の端面から露出しており、シールドカバー2に接続されている。グランド導体33Bは、基板1の内部に形成される層間接続導体V2A,V2Bを介して、コンデンサ素子22の第2端および第1グランド電極G12にそれぞれ接続されている。
すなわち、コンデンサ素子21,22の第2端およびシールドカバー2は、物理的に接続されている。
また、図8(A)に示すように、グランド導体33Aは、第1グランド電極G11とシールドカバー2との電気的経路の導体幅X1が、第2グランド電極G2とシールドカバー2との電気的経路の導体幅(グランド導体31の導体幅X0)よりも相対的に狭い(X0>X1)。また、グランド導体33Bは、第1グランド電極G12とシールドカバー2との電気的経路の導体幅X1が、第2グランド電極G2とシールドカバー2との電気的経路の導体幅(グランド導体31の導体幅X0)よりも相対的に狭い(X0>X1)。
そのため、コンデンサ素子21,22の第2端とシールドカバー2との間には、所定の周波数で所定のインダクタンス成分を有するインダクタが接続される。
次に、本実施形態に係る別のDC/DCコンバータモジュールの例を示す。図9(A)は第4の実施形態に係る別のDC/DCコンバータモジュール104Bの主要部の断面図であり、図9(B)は図9(A)におけるE−E断面図である。
DC/DCコンバータモジュール104Bは、基板1の内部にグランド導体34A,34Bおよび層間接続導体V4,V5が形成されている点で、第2の実施形態に係るDC/DCコンバータモジュール102と異なる。その他の構成については、DC/DCコンバータモジュール102と実質的に同じである。以下、第2の実施形態と異なる部分について説明する。
グランド導体34A,34Bは、基板1の内部に形成される矩形の導体パターンである。グランド導体34Aの一部(図9(B)におけるグランド導体34Aの左辺)は、基板1の端面から露出しており、シールドカバー2に接続されている。グランド導体34Aは、図9(A)に示すように、基板1の内部に形成される層間接続導体V4を介して、第1グランド電極G11に接続されている。グランド導体34Bの一部(図9(B)におけるグランド導体34Bの右辺)は、基板1の端面から露出しており、シールドカバー2に接続されている。グランド導体34Bは、基板1の内部に形成される層間接続導体V5を介して、第1グランド電極G12に接続されている。
すなわち、コンデンサ素子21,22の第2端およびシールドカバー2は、物理的に接続されている。
本実施形態では、層間接続導体V4,V5の導体径および導体長が所定周波数で所定のインダクタンス成分を有するように形成されている。そのため、コンデンサ素子21,22の第2端とシールドカバー2との間には、所定の周波数で所定のインダクタンス成分を有するインダクタが接続される。
《第5の実施形態》
第5の実施形態では、スイッチ素子内蔵ICが基板に表面実装されたDC/DCコンバータモジュールの例を示す。
図10は、第5の実施形態に係るDC/DCコンバータモジュール105Aの主要部の断面図である。
DC/DCコンバータモジュール105Aは、基板1A、実装電極P1,P2、第1グランド電極G1、第2グランド電極G2、コイル3A、コンデンサ素子21,22、スイッチ素子内蔵IC4およびシールドカバー2等を備える。
DC/DCコンバータモジュール105Aは、基板1Aを備える点で、第1の実施形態に係るDC/DCコンバータモジュール101と異なる。また、DC/DCコンバータモジュール105Aは、スイッチ素子内蔵IC4が基板1Aの第2主面S2に実装されている点で、DC/DCコンバータモジュール101と異なる。以下、第1の実施形態と異なる部分について説明する。
基板1Aは、磁性体層51および非磁性体層52,53の積層体であり、第1主面S1および第2主面S2を有する直方体状の絶縁性平板である。基板1Aは、磁性体層51が非磁性体層52,53で挟まれた構成である。基板1Aは例えばフェライト基板である。磁性体層51は例えば磁性体フェライトシートであり、非磁性体層52,53は例えば非磁性体フェライトシートである。
実装電極P1,P2、第1グランド電極G1および第2グランド電極G2は、基板1Aの第1主面S1に形成される導体である。基板1Aの第2主面S2には、導体11,12,13,14,15および導体16が形成されている。導体11,13および導体15は、層間接続導体を介して、非磁性体層53に形成されるグランド導体35に接続される。グランド導体35は、磁性体層51の端面に形成される端面導体41の一端に接続される。端面導体41の他端は、非磁性体層52に形成されるグランド導体36に接続される。グランド導体36は、層間接続導体を介して第1グランド電極G1に接続される。
スイッチ素子内蔵IC4、コイル素子3およびコンデンサ素子21,22は、基板1Aの第2主面S2に表面実装されている。スイッチ素子内蔵IC4、コイル素子3およびコンデンサ素子21,22は、例えばはんだ等の導電性接合材5を介して第2主面S2に実装される。より具体的には、スイッチ素子内蔵IC4は導体11と導体12との間に接合(接続)され、コンデンサ素子21は導体13と導体14との間に接合(接続)され、コンデンサ素子22は導体15と導体16との間に接合(接続)される。そのため、スイッチ素子内蔵IC4の第1接地端、コンデンサ素子21,22の第2端は、第1グランド電極G1に接続される。
コイル3Aは、磁性体層51の内部に形成されるコイル導体71,72,73で構成されるヘリカル状のコイルである。コイル導体71,72,73は、ループ状またはスパイラル状の導体パターンである。
シールドカバー2は、基板1の第2主面S2に実装されたスイッチ素子内蔵IC4およびコンデンサ素子21,22等を覆う金属製のカバーである。シールドカバー2は、基板1Aの内部に形成されるグランド導体37および層間接続導体を介して、第2グランド電極G2に接続されている。
本実施形態で示したように、スイッチ素子内蔵IC4は、基板1Aに表面実装されていてもよい。また、本実施形態で示したように、コイルは、基板1に形成された導体で構成されていてもよい。また、本実施形態で示したように、DC/DCコンバータモジュールは、グランド電極以外の実装電極を備えていてもよい。
次に、本実施形態に係る別のDC/DCコンバータモジュールの例を示す。図11は第5の実施形態に係る別のDC/DCコンバータモジュール105Bの主要部の断面図である。
DC/DCコンバータモジュール105Bは、基板1B、実装電極P1、第1グランド電極G11,G12、第2グランド電極G2、コイル素子3、コンデンサ素子21,22、スイッチ素子内蔵IC4およびシールドカバー2等を備える。
DC/DCコンバータモジュール105Bは、基板1Bを備える点で、第1の実施形態に係るDC/DCコンバータモジュール101と異なる。また、DC/DCコンバータモジュール105Bは、スイッチ素子内蔵IC4が基板1Bの第2主面S2に実装されている点で、DC/DCコンバータモジュール101と異なる。以下、第1の実施形態と異なる部分について説明する。
基板1Bは、第1主面S1および第2主面S2を有する直方体状の絶縁性平板である。基板1Bは、例えばプリント配線板である。
実装電極P1、第1グランド電極G11,G12および第2グランド電極G2は、基板1Bの第1主面S1に形成される導体である。基板1Aの第2主面S2には、導体11,12,13,14,15,16および導体17が形成されている。導体14は、他の導体および層間接続導体を介して、第1グランド電極G11に接続される。導体15は、他の導体および層間接続導体を介して、第1グランド電極G12に接続される。導体17は、他の導体および層間接続導体を介して、第2グランド電極G2に接続される。
スイッチ素子内蔵IC4、コイル素子3およびコンデンサ素子21,22は、基板1Bの第2主面S2に表面実装されている。スイッチ素子内蔵IC4、コイル素子3およびコンデンサ素子21,22は、例えばはんだ等の導電性接合材5を介して第2主面S2に実装される。より具体的には、コイル素子3は導体11と導体12との間に接合(接続)され、スイッチ素子内蔵IC4は導体12と導体17との間に接合(接続)され、コンデンサ素子21は導体13と導体14との間に接合(接続)され、コンデンサ素子22は導体15と導体16との間に接合(接続)される。そのため、コンデンサ素子21の第2端は第1グランド電極G11に接続され、コンデンサ素子22の第2端は第1グランド電極G12に接続される。スイッチ素子内蔵IC4の第1接地端は第2グランド電極G2に接続される。
シールドカバー2は、基板1Bの第2主面S2に表面実装され、スイッチ素子内蔵IC4、コイル素子3およびコンデンサ素子21,22等を覆う金属製のカバーである。シールドカバー2の外縁は導電性接合材等で接合され、基板1Bの第2主面S2に形成される導体17に電気的に接続されている。したがって、シールドカバー2は第2グランド電極G2に接続される。また、スイッチ素子内蔵IC4の第1接地端およびシールドカバー2は、電気的に接続される。
《第6の実施形態》
第6の実施形態では、シールドカバーの構造が他の実施形態と異なる例について示す。
図12は、第6の実施形態に係るDC/DCコンバータモジュール106の主要部の断面図である。
DC/DCコンバータモジュール106は、基板1、実装電極P1、第1グランド電極G11,G12、第2グランド電極G2、コイル素子3、コンデンサ素子21,22、スイッチ素子内蔵IC4、保護部材7およびシールドカバー2A等を備える。
DC/DCコンバータモジュール106は、保護部材7を備える点で、第2の実施形態に係るDC/DCコンバータモジュール102と異なる。また、DC/DCコンバータモジュール106は、シールドカバー2Aの構成がDC/DCコンバータモジュール102と異なる。以下、第2の実施形態と異なる部分について説明する。
実装電極P1、第1グランド電極G11,G12および第2グランド電極G2は、基板1の第1主面S1に形成される導体である。基板1の第2主面S2には、導体11,12,13,14,15および導体16が形成されている。導体14,15は、層間接続導体を介して、基板1の内部に形成されるグランド導体31に接続される。グランド導体31は、層間接続導体を介して第1グランド電極G11,G12に接続される。
スイッチ素子内蔵IC4は基板1の内部に埋設されている。スイッチ素子内蔵IC4の第1接地端は、層間接続導体を介して、グランド導体31に接続される。
コイル素子3およびコンデンサ素子21,22は、基板1の第2主面S2に表面実装されている。コイル素子3およびコンデンサ素子21,22は、例えばはんだ等の導電性接合材を介して第2主面S2に実装される。より具体的には、コイル素子3は導体11と導体12との間に接合(接続)され、コンデンサ素子21は導体13と導体14との間に接合(接続)され、コンデンサ素子22は導体15と導体16との間に接合(接続)される。そのため、スイッチ素子内蔵IC4の第1接地端、コンデンサ素子21,22の第2端は、第1グランド電極G11,G12に接続される。
保護部材7は、基板1の第2主面S2に形成され、第2主面S2に実装(搭載)されたコイル素子3およびコンデンサ素子21,22を覆うブロックである。言い換えると、コイル素子3およびコンデンサ素子21,22は、基板1の第2主面S2上に形成される保護部材7に埋設されている。保護部材7は例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂である。
シールドカバー2Aは、保護部材7の表面および基板1の一部(端面)に形成される導体である。シールドカバー2Aは、コイル素子3およびコンデンサ素子21,22等を覆う導体パターンである。シールドカバー2Aは、基板1の内部に形成されるグランド導体38および層間接続導体を介して、第2グランド電極G2に接続される。シールドカバー2Aは、例えば保護部材7の表面への導電性材料の印刷やスパッタリングにより付与された金属膜である。
本実施形態では、基板1の第2主面S2に実装(搭載)されるコイル素子3およびコンデンサ素子21,22が保護部材7で覆われている(封止されている)。この構成では、コイル素子3やコンデンサ素子21,22が保護部材7で保護されるので、DC/DCコンバータモジュール全体が堅牢となり、DC/DCコンバータモジュール自体の機械的強度や外力等に対する耐久性が高まる。また、この構成により、はんだ付けだけでコイル素子3等を基板1に実装した場合に比べて、基板1に対するコイル素子等の実装強度を高めることができ、コイル素子等と基板との電気的な接続信頼性が向上する。
《第7の実施形態》
第7の実施形態では、第1の実施形態に係るDC/DCコンバータモジュール101と回路構成が異なる例について示す。
図13(A)は第7の実施形態に係るDC/DCコンバータモジュール107Aの回路図であり、図13(B)は第7の実施形態に係る別のDC/DCコンバータモジュール107Bの回路図であり、図13(C)は第7の実施形態に係る別のDC/DCコンバータモジュール107Cの回路図である。
図13(A)に示すDC/DCコンバータモジュール107Aは、第1グランド電極G11および入力コンデンサC1を備えていない点で、第1の実施形態に係るDC/DCコンバータモジュール101と異なる。その他の構成については、図2に示すDC/DCコンバータモジュール101と同じである。
本実施形態に示すように、本発明におけるDC/DCコンバータモジュールは、出力コンデンサC2のみ備える構成であってもよい。また、本発明におけるDC/DCコンバータモジュールは入力コンデンサのみ備える構成であってもよい。
図13(B)に示すDC/DCコンバータモジュール107Bは、昇圧型DC/DCコンバータモジュールの一例である。DC/DCコンバータモジュール107Bの基本的な構成については、図2に示すDC/DCコンバータモジュール101と同じである。
コイルLは電圧入力部Vinとスイッチ素子内蔵IC4との間に接続され、スイッチ素子内蔵IC4は、コイルL、電圧出力部Voutおよび第1グランド電極G13にそれぞれ接続されている。
具体的には、コイルLの第1端は電圧入力部Vinに接続され、コイルLの第2端はスイッチ素子内蔵IC4の入力端IPに接続されている。スイッチ素子内蔵IC4の出力端OPは電圧出力部Voutに接続され、スイッチ素子内蔵IC4の第1接地端GPは、第1グランド電極G13に接続されている。入力コンデンサC1の第1端E1aは電圧入力部Vinに接続され、入力コンデンサC1の第2端E2aは第1グランド電極G11に接続されている。出力コンデンサC2の第1端E1bは電圧出力部Voutに接続され、出力コンデンサC2の第2端E2bは第1グランド電極G12に接続されている。シールドカバー2は、第2グランド電極G2に接続されている。
図13(C)に示すDC/DCコンバータモジュール107Cは、昇降圧型DC/DCコンバータモジュールの一例である。DC/DCコンバータモジュール107Cは第1グランド電極G14を備える点で、第1の実施形態に係るDC/DCコンバータモジュール101と異なる。その他の構成については、図2に示すDC/DCコンバータモジュール101と同じである。
スイッチ素子内蔵IC4は、電圧入力部Vinと電圧出力部Voutとの間に接続されている。コイルLは電圧入力部Vinの出力端OPと第1グランド電極G14にそれぞれ接続されている。
具体的には、スイッチ素子内蔵IC4の入力端IPは電圧入力部Vinに接続され、スイッチ素子内蔵IC4の出力端OPは電圧出力部Voutに接続され、スイッチ素子内蔵IC4の第1接地端GPは第1グランド電極G13に接続されている。コイルLの第1端はスイッチ素子内蔵IC4の出力端OPに接続され、コイルLの第2端は第1グランド電極G14に接続されている。入力コンデンサC1の第1端E1aは電圧入力部Vinに接続され、入力コンデンサC1の第2端E2aは第1グランド電極G11に接続されている。出力コンデンサC2の第1端E1bは電圧出力部Voutに接続され、出力コンデンサC2の第2端E2bは第1グランド電極G12に接続されている。シールドカバー2は、第2グランド電極G2に接続されている。
《その他の実施形態》
以上に示した各実施形態では、基板1の平面形状が矩形である例を示したが、この構成に限定されるものではない。基板1の平面形状は本発明の作用・効果を奏する範囲において適宜変更可能であり、例えば円形、楕円形、多角形等であってもよい。また、以上に示した各実施形態では、直方体状のDC/DCコンバータモジュールを示したが、この構成に限定されるものではない。DC/DCコンバータモジュールの形状は本発明の作用・効果を奏する範囲において適宜変更可能である。
また、以上に示した各実施形態では、コイル素子3、スイッチ素子内蔵IC4、コンデンサ素子21,22を備えるDC/DCコンバータモジュールの例を示したが、DC/DCコンバータモジュールが備える電子部品はこれらに限定されるものではない。DC/DCコンバータモジュールが備える電子部品の個数・種類・配置等は、本発明の作用・効果を奏する範囲において適宜変更可能である。
最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。
L…コイル
C1…入力コンデンサ
C2…出力コンデンサ
Vin…電圧入力部
Vout…電圧出力部
E1a,E1b…コンデンサ素子の第1端
E2a,E2b…コンデンサ素子の第2端
G1,G11,G12,G13,G14…第1グランド電極
G2…第2グランド電極
GL1a…幅狭部
GL1a,GL1b,GL2a,GL2b…幅狭部
GP…スイッチ素子内蔵ICの第1接地端
IP…スイッチ素子内蔵ICの入力端
OP…スイッチ素子内蔵ICの出力端
P1,P2…実装電極
PC…ノート
S1…基板の第1主面
S2…基板の第2主面
V1,V1A,V1B,V2,V2A,V2B,V3,V3A,V3B,V4,V5…層間接続導体
1,1A,1B…基板
2,2A…シールドカバー
3…コイル素子
3A…コイル
5…導電性接合材
6…表面実装部品
7…保護部材
11,12,13,14,15,16,17…導体
21,22…コンデンサ素子
31,32,33A,33B,34A,34B,35,36,37,38…グランド導体
41…端面導体
51…磁性体層
52,53…非磁性体層
61,62,63,64,65,66,67…導体
71,72,73…コイル導体
101,102,103,104A,104B,105A,105B,106,107A,107B,107C…DC/DCコンバータモジュール
201…実装基板
301…電子機器

Claims (9)

  1. 基板と、
    前記基板に形成される第1グランド電極および第2グランド電極と、
    入力端、出力端、および第1接地端を有するスイッチ素子内蔵ICと、
    前記入力端または前記出力端に接続されるコイル素子と、
    前記入力端または前記出力端に接続される第1端、および前記第1グランド電極に接続される第2端を有するコンデンサ素子と、
    前記スイッチ素子内蔵IC、前記コイル素子または前記コンデンサ素子のうち、前記基板に表面実装されたいずれかを覆い、前記第2グランド電極に接続されるシールドカバーと、
    を備える、DC/DCコンバータモジュール。
  2. 基板と、
    前記基板に形成されるグランド電極と、
    入力端、出力端および第1接地端を有するスイッチ素子内蔵ICと、
    前記入力端または前記出力端に接続されるコイル素子と、
    前記入力端または前記出力端に接続される第1端、および前記グランド電極に接続される第2端を有するコンデンサ素子と、
    前記スイッチ素子内蔵IC、前記コイル素子または前記コンデンサ素子のうち、前記基板に表面実装されたいずれかを覆い、前記グランド電極に接続されるシールドカバーと、
    を備え、
    前記第2端と前記シールドカバーとの間は、物理的に接続され、所定周波数以上で電気的に遮断される、DC/DCコンバータモジュール。
  3. 前記第2端と前記シールドカバーとの間には、前記所定周波数で所定のインダクタンス成分を有するインダクタが接続される、請求項2に記載のDC/DCコンバータモジュール。
  4. 前記インダクタは、前記基板に形成される導体パターンで構成される、請求項3に記載のDC/DCコンバータモジュール。
  5. 前記インダクタは、前記基板に形成される層間接続導体で構成される、請求項3に記載のDC/DCコンバータモジュール。
  6. 前記第1接地端および前記シールドカバーは、電気的に接続される、請求項1から5のいずれかに記載のDC/DCコンバータモジュール。
  7. 前記基板の表面に形成され、前記スイッチ素子内蔵IC、前記コイル素子または前記コンデンサ素子のうち、前記基板に表面実装されたいずれかを覆う保護部材を備え、
    前記シールドカバーは、前記保護部材の表面に形成された導体からなる、請求項1から6のいずれかに記載のDC/DCコンバータモジュール。
  8. 前記基板は樹脂基板であり、
    前記スイッチ素子内蔵ICは、前記基板に埋設される、請求項1から7のいずれかに記載のDC/DCコンバータモジュール。
  9. 前記基板はフェライト基板であり、
    前記コイル素子は、前記基板に形成された導体で構成される、請求項1から7のいずれかに記載のDC/DCコンバータモジュール。
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