JP6699758B2 - モジュール部品 - Google Patents

Description

本発明は、磁性体を含む基板と、基板の表面に実装された電子部品とを備えるモジュール部品に関する。

従来、基板の表面に電子部品が実装されたモジュール部品が各種実用化されている。例えば、特許文献１には、チョークコイルをフェライト基板に内蔵し、スイッチングＩＣチップやコンデンサ等の電子部品を表面実装したＤＣ−ＤＣコンバータモジュールが記載されている。特許文献１に記載のモジュールは、金属キャップを備える。金属キャップはフェライト基板の表面側に配置され、電子部品の実装領域を覆っている。

このようなＤＣ−ＤＣコンバータモジュールにおいては、電子部品から輻射されるノイズが発生することが知られている。この金属キャップにより、ノイズが抑制される。

国際公開公報ＷＯ２０１０／０１６３６７Ａ１

しかしながら、特許文献１に記載のＤＣ−ＤＣコンバータモジュールに備えられた、金属キャップは、フェライト基板の表面から上方向に輻射されるノイズをシールドすることはできるが、基板の側面方向へ輻射されるノイズをシールドすることができない。

また、従来の構成ではノイズはフェライト基板中のビアを介して裏面のグランド端子に導かれるため、高周波ノイズを十分にグランドへ落とすことができない。

また、特許文献１の構成では、低周波ノイズをグランドに効率よく落とすことはできない。

したがって、本発明の目的は、高周波ノイズ、低周波ノイズの各ノイズを、効率よくグランドに落とすことである。

本発明のモジュール部品は、磁性体層を含む多層基板、実装型電子部品、及び、外面導体を備える。多層基板は、互いに対向する第１主面及び第２主面と、第１主面と第２主面を連接する側面とを有し、第２主面にグランド用端子導体を備える。実装型電子部品は、部品実装用ランド導体に実装されている。外面導体は、多層基板の第１主面及び側面を覆っている。

多層基板は、磁性体層と、低周波用グランド経路と高周波用グランド経路とを備える。各グランド経路は、外面導体とグランド用端子導体を接続している。

低周波用グランド経路は、外面導体と、磁性体層の第１主面側に配置された第１グランド層と、磁性体層の厚み方向へ貫通している第１ビア導体を接続している。

この構成では、第１ビア導体のビーズ効果により、実装型電子部品から発生する低周波ノイズが、低周波用グランド経路を通り、効率よくグランドへ落ちる。

また、この発明のモジュール部品では、次の構成であることが好ましい。

高周波用グランド経路は、外面導体と、磁性体の第２主面側に配置された第２グランド層と、第２グランド層とグランド用端子導体を接続する第２ビア導体を接続している。

この構成では、外面導体の表皮効果により、実装型電子部品から発生する高周波ノイズが、高周波用グランド経路を通り、グランドへ落ちる。

また、この発明のモジュール部品では、次の構成であることが好ましい。多層基板は、磁性体層の第１主面側に第１非磁性体層を備え、磁性体層の第２主面側に第２非磁性体層を備える。また、磁性体層と第１非磁性体層との界面に第１グランド層を備え、磁性体層と第２非磁性体層との界面に第２グランド層を備える。

この構成では、第１グランド層と第２グランド層の延性によって、磁性体層と第１非磁性体層、磁性体層と第２非磁性体層が剥離し難くなる。

また、この発明のモジュール部品では、次の構成であることが好ましい。第１グランド層の厚みは、第２グランド層の厚みよりも大きい。

この構成では、第１グランド層の直流抵抗が低くなり、低周波ノイズは、第１グランド層へ伝搬され易くなる。

また、この発明のモジュール部品では、次の構成であることが好ましい。磁性体層は、実装型電子部品に接続されたコイルを備えている。当該コイルは、第１グランド層と第２グランド層と外面導体で囲まれている。

この構成では、コイルで発生するノイズの外部への輻射が抑制される。

また、この発明のモジュール部品では、次の構成であることが好ましい。第１ビア導体と第２ビア導体は、多層基板を平面視して、コイルよりも多層基板の側面側に配置されている。

この構成では、第１ビア導体と第２ビア導体がコイル開口部に配置されていないため、コイルの特性が良くなる。

また、この発明のモジュール部品では、次の構成であることが好ましい。第１ビア導体と、第２ビア導体とは、少なくとも一部分が一致している。

この構成では、第１ビア導体と第２ビア導体を個別に形成する必要がなく、製造が容易になり、低コスト化が図れる。

また、この発明のモジュール部品では、次の構成であることが好ましい。第１グランド層の厚みは、外面導体の厚みより大きい。

この構成では、高周波ノイズが外面導体に伝搬され易く、低周波ノイズが第１グランド層に伝搬され易い。

また、この発明のモジュール部品では、次の構成であることが好ましい。実装型電子部品は、樹脂層で覆われている。また、外面導体は、樹脂層の表面に対し、薄膜プロセスによって、形成された金属膜である。

この構成では、実装型電子部品の薄型化が図れる。

この発明によれば、高周波ノイズ、低周波ノイズの各ノイズを、効率よくグランドに落とすことができる。

（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るモジュール部品の概略構成を示す側面断面図であり、（Ｂ）は側面図である。 本発明の第１の実施形態に係るモジュール部品の概略構成を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係るモジュール部品の低周波用グランド経路と高周波用グランド経路を示す拡大斜視図である。 フェライトビーズの周波数特性について示したグラフである。 本発明の第１の実施形態に係るモジュール部品が適用される電源回路例を示す概略回路図である。 本発明の第２の実施形態に係るモジュール部品の概略構成を示す側面断面図である。

（第１の実施形態）
図１（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るモジュール部品の概略構成を示す側面断面図である。図１（Ｂ）は、モジュール部品の側面図である。図２は、本発明のモジュール部品の概略構成の斜視図である。図３は、モジュール部品の低周波ノイズ、高周波ノイズがグランドへ落ちる経路を示した概略図である。図４は、フェライトビーズの周波数特性について示したグラフである。図５は、モジュール部品が適用される電源回路例を示す概略回路図である。

図１（Ａ）、図２に示すように、モジュール部品１０は、フェライト基板２０、封止樹脂３０、実装型電子部品５１、５２、および、外面導体６０を備える。

フェライト基板２０は、平面視して矩形、すなわち、直方体形状である。言い換えれば、フェライト基板２０は、互いに対向する第１主面２０３、第２主面２０４を備え、さらに、当該第１主面２０３と第２主面２０４とを連接させる第１側面２０１および第２側面２０２を有する。

フェライト基板２０は、磁性体層２１、非磁性体層２２、２３を備える。非磁性体層２２は、本発明の「第１非磁性体層」に対応し、非磁性体層２３は、本発明の「第２非磁性体層」に対応する。

非磁性体層２２と非磁性体層２３は、磁性体層２１を挟んで積層されている。非磁性体層２２は、磁性体層２１における第１主面２０３側に当接している。非磁性体層２３は、磁性体層２１における第２主面２０４側に当接している。言い換えれば、フェライト基板２０は、厚み方向に沿って、非磁性体層２２、磁性体層２１、非磁性体層２３の順に積層されている。

この構成において、フェライト基板２０における非磁性体層２２側の外面（厚み方向に直交する面）が、フェライト基板２０の第１主面２０３であり、フェライト基板２０における非磁性体層２３側の外面（厚み方向に直交する面）が、フェライト基板２０の第２主面２０４である。

グランド用端子導体４１１、４１２及び、外部接続用端子導体４１３は、フェライト基板２０の第２主面２０４に形成されている。部品実装用ランド導体４４１、４４２は、フェライト基板２０の第１主面２０３に形成されている。部品実装用ランド導体４４１は、実装型電子部品５１が実装され、部品実装用ランド導体４４２には、実装型電子部品５２が実装されている。

フェライト基板２０は、非磁性体層２２と磁性体層２１の界面に第１グランド層４３０を備える。また、フェライト基板２０は、非磁性体層２３と磁性体層２１の界面に第２グランド層４２０を備える。つまり、第１グランド層４３０は、磁性体層２１の第１主面２０３側に配置され、第２グランド層４２０は磁性体層２１の第２主面２０４側に配置されている。

この構成により、磁性体層２１と非磁性体層２２、また、磁性体層２１と非磁性体層２３は、第１グランド層４３０と第２グランド層４２０の延性によって、剥離し難くなる。

第１グランド層４３０及び、第２グランド層４２０はフェライト基板２０の第１側面２０１及び、第２側面２０２に露出する部分を有する。

また、フェライト基板２０は、磁性体層２１を厚み方向に貫通し、ビア導体４５１、４６１を備える。ビア導体４５１、４６１は、第１グランド層４３０と第２グランド層４２０を接続している。

さらに、フェライト基板２０は、非磁性体層２３を厚み方向に貫通したビア導体４５２、４６２を備える。ビア導体４５２は、第２グランド層４２０とグランド用端子導体４１１を接続している。同様に、ビア導体４６２は、第２グランド層４２０とグランド用端子導体４１２を接続している。

ここで、図１（Ａ）、図１（Ｂ）、図３に示すように、ビア導体４５１とビア導体４５２は、第２グランド層４２０を挟んでつながっている。つまり、ビア導体４５０は、ビア導体４５１とビア導体４５２がつながった構造である。同様に、図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示すように、ビア導体４６１とビア導体４６２は、第２グランド層を挟んでつながっている。つまり、ビア導体４６０は、ビア導体４６１とビア導体４６２がつながった構造である。これらビア導体４５０、４６０が本発明の「第１ビア導体」に対応し、ビア導体４５２、４６２が本発明の「第２ビア導体」に対応する。

ビア導体４５１とビア導体４５２とは平面視して重なっており、ビア導体４６１とビア導体４６２とは平面視して重なっている。これにより、第１グランド層４３０と、グランド用端子導体４１１、４１２との接続距離を短くできる。よって、低周波ノイズがよりグランドに落とし易い。

なお、ビア導体４５０、ビア導体４６０は複数形成されていてもよい。

封止樹脂３０は、フェライト基板２０の第１主面２０３側に形成されている。封止樹脂３０は、フェライト基板２０の第１主面２０３及び、実装型電子部品５１、５２を覆っている。

外面導体６０は、封止樹脂３０におけるフェライト基板２０に当接する面と反対側の面（モジュール部品１０としての表面）、封止樹脂３０の側面、フェライト基板２０の第１側面２０１と第２側面２０２とを含む側面を覆っている。この際、外面導体６０は、第２グランド層４２０までを覆っている。

この構成では、外面導体６０と第１グランド層４３０とは第１側面２０１にて接続されている。そして、第１グランド層４３０は、ビア導体４５０（ビア導体４５１及びビア導体４５２）を介して、グランド用端子導体４１１に接続される。同様に、外面導体６０と第１グランド層４３０とは、第２側面２０２にて接続されている。そして、第１グランド層４３０はビア導体４６０（ビア導体４６１及びビア導体４６２）を介して、グランド用端子導体４１２が接続されている。

ビア導体４５１、４６１は磁性体層２１の内部に配置されており、ビーズ特性により、図４に示すようなインピーダンス特性を有する。概略的には、低周波数領域でのインピーダンスが小さくなる。

具体的には、図４に示すグラフからわかるように、ビーズ効果によりインピーダンスＺ、リアクタンス成分ｊＸ、抵抗成分Ｒは低周波領域では低く、高周波領域では高くなる。つまり、インダクタと同様に、周波数が低くなるほどインピーダンスＺは低くなり、周波数が高くなるにつれてインピーダンスＺが高くなる。このため、ローパスフィルタとして働く。

なお、本発明における低周波ノイズおよび高周波ノイズは次のように定義すると良い。図４に示すようにフェライトビーズにおけるインピーダンスＺと抵抗成分Ｒがピーク値となる周波数をＦＰとする。周波数ＦＰよりも低い周波数のノイズを低周波ノイズとし、周波数ＦＰよりも高い周波数を高周波ノイズとする。この低周波ノイズと高周波ノイズの閾値は低く設定することも可能である。この周波数ＦＰの値は、磁性体層２１の材料によって決定される。言い換えれば、周波数ＦＰを加味して、磁性体層２１の材料を選定することができる。

したがって、低周波ノイズは、外面導体６０から、第１グランド層４３０へビア導体４５１からビア導体４５２を介して（ビア導体４５０を介して）、グランド用端子導体４１１へ、若しくは、ビア導体４６１からビア導体４６２を介して（ビア導体４６０を介して）、グランド用端子導体４１２へ伝搬される。すなわち、低周波ノイズは、図３に示す低周波用グランド経路ＳＬを通り、効率的にグランド端子へ落とされる。この経路は、本発明における「低周波用グランド経路」に対応する。

さらに、この構成では、外面導体６０と第２グランド層４２０とは第１側面２０１にて接続されている。そして、第２グランド層４２０は、ビア導体４５２を介して、グランド用端子導体４１１に接続されている。同様に、外面導体６０と第２グランド層４２０とは、第２側面２０２にて接続されている。そして、第２グランド層４２０はビア導体４６２を介してグランド用端子導体４１２が接続される。

高周波ノイズは、外面導体６０の表皮効果により外面導体６０を伝搬し、外面導体６０から第２グランド層４２０へ伝搬され、第２グランド層４２０からビア導体４５２、４６２を経由し、グランド用端子導体４１１、４１２へ伝搬される。すなわち、高周波ノイズは、図３に示す高周波用グランド経路ＳＨを通り、効率的にグランド端子へ落とされる。この経路が、本発明における「高周波用グランド経路」に対応する。

このようにモジュール部品１０は、上述の構成を備えることによって、低周波ノイズと高周波ノイズとの両方を効果的にグランド用端子導体４１１、４１２に伝搬できる。

よって、外部への輻射ノイズと外部からのノイズを抑制できる。

さらに、図１（Ａ）、図１（Ｂ）、図２に示すように、モジュール部品１０は、磁性体層２１に、コイル４０１を備える。図２に示すように、コイル４０１は、フェライト基板２０を平面視して中央に開口部を有し、厚み方向を軸方向とする螺旋形の導体として実現されている。

この構成において、フェライト基板２０を平面視して、ビア導体４５１は、コイル４０１よりも第１側面２０１側に配置されている。同様にビア導体４６１は、コイル４０１よりも第２側面２０２側に配置されている。したがって、ビア導体４５１、４６１がコイル４０１へ与える影響が小さくなり、コイルの特性が良くなる。

また、コイル４０１は第１グランド層４３０と第２グランド層４２０と外面導体６０で囲まれる位置に配置されている。よって、コイル４０１で発生するノイズの外部への輻射を抑制できる。

さらに、ビア導体４５１は、第１側面２０１に近い位置に配置されることが好ましい。同様に、ビア導体４６１は、第２側面２０２に近い位置に配置されることが好ましい。これにより、直流抵抗が低くなり、低周波ノイズは効率がよく低周波用グランド経路ＳＬに伝搬される。

なお、第１グランド層４３０の厚みｄ４３０が外面導体６０の厚みｄ２００よりも大きい場合、低周波ノイズは低周波用グランド経路ＳＬをさらに伝搬し易くなり、高周波ノイズは高周波用グランド経路ＳＨを伝搬し易くなる。これにより、第１グランド層４３０の厚みｄ４３０は、第２グランド層４２０の厚みｄ４２０よりも大きいことが好ましい。この結果、低周波ノイズ、高周波ノイズはさらに効率的にグランドに落とされる。

このような構成のモジュール部品１０は、図５に示すような回路に適用される。図５に示すように、モジュール部品１０は、入力端子ＰＩＮ、出力端子ＰＯＵＴ、グランド端子ＰＧＮＤ、制御ＩＣ７１、入力コンデンサ７２、インダクタ（チョークコイル）７３、ノイズ導通部７４、および、出力コンデンサ７５を備える。

入力端子ＰＩＮには、制御ＩＣ７１の入力端が接続されている。入力端子ＰＩＮとグランド端子ＰＧＮＤには、ノイズ導通部７４が接続されている。また、入力端子ＰＩＮとグランド端子ＰＧＮＤとの間には、入力コンデンサ７２が接続されている。制御ＩＣ７１の出力端には、ノイズ導通部７４が接続されている。さらに、制御ＩＣ７１の出力端にはインダクタ７３が接続されており、当該インダクタ７３は、出力端子ＰＯＵＴに接続されている。出力端子ＰＯＵＴとグランド端子ＰＧＮＤとの間には、出力コンデンサ７５が接続されている。グランド端子ＰＧＮＤは、基準電位である外部のグランド（接地電位）に接続されている。

ノイズ導通部７４は、上述の構成からなる低周波用グランド経路ＳＬ、高周波用グランド経路ＳＨによって実現される。

モジュール部品１０は、制御ＩＣ７１によるスイッチング制御を用いて、入力端子ＰＩＮに与えられた入力電圧Ｖｉｎを降圧して、出力電圧Ｖｏｕｔとして出力端子ＰＯＵＴから出力する。すなわち、モジュール部品１０は、ＤＣ−ＤＣコンバータとして機能する。

この際、モジュール部品１０はノイズ導通部７４を備えることにより、スイッチングノイズ等の低周波ノイズ及び高周波ノイズをグランドに効率的に落とすことができる。

なお、第１側面２０１と第２側面２０２のそれぞれの全面を覆う場合には、第２グランド層を省略しても良い。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係るモジュール部品について、図を参照して説明する。図６は、本発明の第２の実施形態に係るモジュール部品の概略構成を示す側面断面図である。図６に示すように、第２の実施形態に係るモジュール部品１０Ａは第１の実施形態に係るモジュール部品１０に対して、開口部Ｈ４２０、開口部Ｈ４３０を備えている点で相違している。他の構成はモジュール部品１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

開口部Ｈ４３０は第１グランド層４３０に設けられ、開口部Ｈ４２０は第２グランド層４２０に設けられている。開口部Ｈ４２０、Ｈ４３０は平面視してコイル４０１に重なることが好ましい。

これら、開口部Ｈ４２０、Ｈ４３０を備えることにより、電気的、磁気的なコイル４０１と、第１グランド層４３０、第２グランド層４２０との結合が抑制され、コイル４０１の特性が良くなる。

これにより、コイルの特性に優れ、低周波ノイズ及び高周波ノイズの両方をグランドに落とし易い、モジュール部品１０Ａを実現できる。

１０、１０Ａ：モジュール部品
２０：フェライト基板
２１：磁性体層
２２、２３：非磁性体層
３０：封止樹脂
５１、５２：実装型電子部品
６０：外面導体
７１：制御ＩＣ
７２：入力コンデンサ
７３：インダクタ
７４：ノイズ導通部
７５：出力コンデンサ
２０１：第１側面
２０２：第２側面
２０３：第１主面
２０４：第２主面
４０１：コイル
４１１、４１２：グランド用端子導体
４１３：外部接続用端子導体
４２０：第２グランド層
４３０：第１グランド層
４４１、４４２：部品実装用ランド導体
４５０、４５１、４５２、４６０、４６１、４６２：ビア導体
ｄ２００、ｄ４２０、ｄ４３０：厚み
ＦＰ：周波数
Ｈ４２０、Ｈ４３０：開口部
ｊＸ：リアクタンス成分
ＰＧＮＤ：グランド端子
ＰＩＮ：入力端子
ＰＯＵＴ：出力端子
Ｒ：抵抗成分
ＳＨ：高周波用グランド経路
ＳＬ：低周波用グランド経路
Ｖｉｎ：入力電圧
Ｖｏｕｔ：出力電圧
Ｚ：インピーダンス

Claims (7)

1. 互いに対向する第１主面および第２主面と、前記第１主面と前記第２主面を連接する側面とを有し、前記第１主面に部品実装用ランド導体を備え、前記第２主面にグランド用端子導体を備え、磁性体層を含む多層基板と、
   前記部品実装用ランド導体に実装された実装型電子部品と、
   前記多層基板の第１主面側および前記側面を覆う外面導体と、
   前記外面導体と前記グランド用端子導体とを接続して低周波ノイズを伝送する低周波用グランド経路と、
   前記外面導体と前記グランド用端子導体とを接続して高周波ノイズを伝送する高周波用グランド経路と、
   を備え、
   前記低周波用グランド経路は、
   前記磁性体層の第１主面側に配置された第１グランド層と、
   前記磁性体層を厚み方向に貫通し、前記第１グランド層と前記グランド用端子導体とを接続する第１ビア導体と、を備え、
   前記高周波用グランド経路は、
   前記磁性体層の前記第２主面側に配置された第２グランド層と、
   前記第２グランド層と前記グランド用端子導体とを接続する第２ビア導体と、を備え、
   前記多層基板は、
   第１非磁性体層、前記磁性体層、および、第２非磁性体層の積層体であり、
   前記磁性体層の第１主面側に第１非磁性体層と、前記磁性体層の第２主面側に第２非磁性体層と、を備え、
   前記第１グランド層は、前記磁性体層と、前記第１非磁性体層との界面に配置され、
   前記第２グランド層は、前記磁性体層と、前記第２非磁性体層との界面に配置されている、
   モジュール部品。
2. 前記第１グランド層の厚みは、前記第２グランド層の厚みよりも大きい、
   請求項１に記載のモジュール部品。
3. 前記磁性体層は、前記実装型電子部品に接続されたコイルを有し、
   前記コイルは、前記第１グランド層と、前記第２グランド層と、前記外面導体によって囲まれている、請求項１または請求項２に記載のモジュール部品。
4. 前記第１ビア導体および前記第２ビア導体は、前記多層基板を平面視して、前記コイルよりも前記多層基板の側面側に配置されている、
   請求項３に記載のモジュール部品。
5. 前記第１ビア導体と前記第２ビア導体とは、少なくとも部分的に一致している、
   請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のモジュール部品。
6. 前記第１グランド層の厚みは、前記外面導体の厚みより大きい、
   請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のモジュール部品。
7. 前記実装型電子部品は、樹脂層で覆われており、
   前記外面導体は、前記樹脂層の表面に薄膜プロセスによって形成された金属膜である、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のモジュール部品。

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