JP6819668B2 - モジュール部品、モジュール部品の製造方法、及び多層基板 - Google Patents
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Description
本発明は、モジュール部品、モジュール部品の製造方法、及び多層基板に関し、特には、セラミック層を含む多層基板の形状設計の自由度を改善する技術に関する。
従来、受動素子を内蔵した多層基板を用いたモジュール部品が実用化されている。例えば、当該受動素子としてコイルを内蔵した多層基板にスイッチングＩＣ（集積回路）チップ及びチップコンデンサを搭載してなるＤＣＤＣコンバータモジュールが周知である（例えば、特許文献１）。
特許文献１の開示を含む従来の設計によれば、コイルを内蔵する多層基板は、磁性体セラミック層の表裏に、透磁率が前記磁性体セラミック層より小さい非磁性体セラミック層を配して構成される。前記磁性体セラミック層にはコイルが設けられ、前記非磁性体セラミック層には前記コイルに接続する配線が設けられる。
このような多層基板によれば、内蔵コイルのインダクタンス値は大きく、かつ、配線のインダクタンス値は小さく形成されるので、電気的特性に優れたモジュール部品が得られる。
しかしながら、従来構造の多層基板では基板の反りが発生する場合があり、改善するには形状設計の自由度が制約される場合がある。
そこで、本発明は、形状設計の自由度を改善したモジュール部品、モジュール部品の製造方法、及び多層基板を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るモジュール部品は、受動素子を内蔵
し、一方主面および他方主面に前記受動素子に接続された第１端子電極および第２端子電極をそれぞれ有するセラミック多層基板と、前記セラミック多層基板の前記一方主面に設けられ、前記第１端子電極に接続された第１配線と、表面実装部品を搭載するための第１ランドとを有する第１熱可塑性樹脂層と、前記セラミック多層基板の前記他方主面に設けられ、前記第２端子電極に接続された第２配線と、マザーボードへの接続端子となる第２ランドとを有する第２熱可塑性樹脂層と、前記第１熱可塑性樹脂層に搭載され、前記第１熱可塑性樹脂層の前記第１ランドに接続された表面実装部品と、を備え、前記第１熱可塑性樹脂層と前記第２熱可塑性樹脂層との厚さが異なり、前記第１熱可塑性樹脂層の厚さは、前記第２熱可塑性樹脂層の厚さよりも厚く、前記セラミック多層基板は、非ガラス系の低温同時焼成セラミックス材料を用いた基板であり、前記セラミック多層基板の前記第１端子電極と前記第１熱可塑性樹脂層に設けられた層間導体、および前記セラミック多層基板の前記第２端子電極と前記第２熱可塑性樹脂層に設けられた層間導体が、液相拡散接合によってそれぞれ接合されている。
し、一方主面および他方主面に前記受動素子に接続された第１端子電極および第２端子電極をそれぞれ有するセラミック多層基板と、前記セラミック多層基板の前記一方主面に設けられ、前記第１端子電極に接続された第１配線と、表面実装部品を搭載するための第１ランドとを有する第１熱可塑性樹脂層と、前記セラミック多層基板の前記他方主面に設けられ、前記第２端子電極に接続された第２配線と、マザーボードへの接続端子となる第２ランドとを有する第２熱可塑性樹脂層と、前記第１熱可塑性樹脂層に搭載され、前記第１熱可塑性樹脂層の前記第１ランドに接続された表面実装部品と、を備え、前記第１熱可塑性樹脂層と前記第２熱可塑性樹脂層との厚さが異なり、前記第１熱可塑性樹脂層の厚さは、前記第２熱可塑性樹脂層の厚さよりも厚く、前記セラミック多層基板は、非ガラス系の低温同時焼成セラミックス材料を用いた基板であり、前記セラミック多層基板の前記第１端子電極と前記第１熱可塑性樹脂層に設けられた層間導体、および前記セラミック多層基板の前記第２端子電極と前記第２熱可塑性樹脂層に設けられた層間導体が、液相拡散接合によってそれぞれ接合されている。
この構成によれば、コイルなどの受動素子を前記セラミック多層基板内に設け、前記セラミック多層基板の表裏に設けた前記熱可塑性樹脂層内で配線を行う。そのため、従来の多層基板とは異なり、前記磁性体セラミック層の表裏に非磁性体セラミック層を必ずしも設ける必要がない。従来の多層基板では、表裏の非磁性体セラミック層の厚さが異なっていると焼成の際に基板が反る要因となるため、表裏の非磁性体セラミック層の厚さを略一致させる必要がある。これに対し、前記セラミック多層基板の表裏の前記熱可塑性樹脂層の厚さが異なっていても、基板が反る要因になりにくい。その結果、表裏の熱可塑性樹脂層を互いに独立した厚さに設けることが可能になり、前記モジュール部品（特には、前記モジュール部品を構成する多層基板）の形状設計の自由度が改善される。この構成によれば、熱可塑性樹脂シートの層間導体とセラミック多層基板の表面電極とが液相拡散接合することにより、電気的かつ機械的に強固な接合が得られるので、接続不良や断線が生じにくく、かつ機械的な強度に優れたモジュール部品が得られる。この構成によれば、低温同時焼成セラミックス材料を用いることで、セラミック多層基板の面内導体および層間導体を、銀や銅を主成分とする金属材料を用いて構成可能できる。特に銀を主成分とする金属材料を用いる場合にあっては、大気などの酸化性雰囲気下でセラミック多層基板を焼成できるので、製造設備の簡略化に役立つ。また、非ガラス系の低温同時焼成セラミックス材料を用いることで、熱可塑性樹脂層との優れた密着性が得られる。
熱可塑性樹脂は、一般に、非磁性体セラミックと比べて絶縁耐力（絶縁破壊に至る電界強度）が大きいので、同じ耐電圧を得るために熱可塑性樹脂層は非磁性体セラミック層より薄く設けることができる。そのため、前記モジュール部品を従来よりも薄型に構成するか、又は、前記モジュール部品に占める前記セラミック多層基板の厚さを増やして前記受動素子の特性改善を図ることが可能になる。
また、前記受動素子はコイルであり、前記セラミック多層基板は前記コイルを構成する導体が設けられた複数の磁性体セラミック層を含み、前記第１熱可塑性樹脂層および前記第２熱可塑性樹脂層は非磁性体樹脂層であってもよい。
この構成によれば、従来と同じインダクタンス値のコイルを内蔵したモジュール部品をより薄く構成するか、または従来と同じ厚さのモジュール部品により大きなインダクタンス値のコイルを内蔵することが可能になる。
また、前記表面実装部品はスイッチングＩＣチップを含み、前記コイルは前記スイッチングＩＣチップに接続され、前記モジュール部品は、前記コイルをチョークコイルとして用いたＤＣＤＣコンバータモジュールであってもよい。
この構成によれば、形状設計の自由度が改善されたＤＣＤＣコンバータモジュールが得られる。
また、前記セラミック多層基板と前記第１熱可塑性樹脂層および前記第２熱可塑性樹脂層の各々とがアンカー効果によって接合されていてもよい。
この構成によれば、セラミック多層基板と熱可塑性樹脂層との間にアンカー効果による機械的に強固な接合が生じることで、機械的な強度に優れたモジュール部品が得られる。
また、前記セラミック多層基板に形成され前記受動素子を構成する導体パターンの膜厚は、前記第１熱可塑性樹脂層および前記第２熱可塑性樹脂層の少なくとも一方に形成され引き回し配線を構成する導体パターンの膜厚よりも大きい。
この構成によれば、膜厚がより大きい導体パターンで受動素子を構成するので、受動素子の各種特性を保持あるいは向上できる。例えば、受動素子が内蔵コイルの場合にあっては、コイルの直流抵抗を低減することができる。
また、前記第１熱可塑性樹脂層および前記第２熱可塑性樹脂層の少なくとも一方に形成され引き回し配線を構成する導体パターンは、線幅および線間ギャップに関して、前記セラミック多層基板に形成され前記受動素子を構成する導体パターンよりも小さい。
この構成によれば、引き回し配線が微細化されることで、複雑な回路を有するモジュール部品を構成しやすくなる。さらに、導体パターンの線幅および線間ギャップの限定と前述した導体パターンの膜厚の限定とを組み合わせることにより、内蔵した受動素子の各種特性を保持あるいは向上させつつも、微細な引き回しパターンを有したモジュール部品を構成できる。
本発明の一態様に係るモジュール部品の製造方法は、受動素子を内蔵し、一方主面および他方主面に前記受動素子に接続された第１端子電極および第２端子電極をそれぞれ有し、非ガラス系の低温同時焼成セラミックス材料を用いた基板であるセラミック多層基板を焼成により作製し、前記第１端子電極に接続される第１配線および表面実装部品を搭載するための第１ランドを有する第１熱可塑性樹脂層と、前記セラミック多層基板と、前記第２端子電極に接続される第２配線およびマザーボードへの接続端子となる第２ランドを有し、前記第１熱可塑性樹脂層とは厚さが異なり前記第１熱可塑性樹脂層よりも薄い第２熱可塑性樹脂層と、を圧着及び加熱して、前記セラミック多層基板の前記第１端子電極と前記第１熱可塑性樹脂層に設けられた層間導体、および前記セラミック多層基板の前記第２端子電極と前記第２熱可塑性樹脂層に設けられた層間導体が、液相拡散接合によってそれぞれ接合された多層基板を作製し、前記第１ランドに表面実装部品を搭載するものである。
この方法によれば、形状設計の自由度が改善されたモジュール部品を製造できる。
本発明の一態様に多層基板は、受動素子を内蔵し、一方主面および他方主面に前記受動素子に接続された第１端子電極および第２端子電極をそれぞれ有するセラミック多層基板と、前記セラミック多層基板の前記一方主面に設けられ、前記第１端子電極に接続された第１配線および表面実装部品を搭載するための第１ランドを有する第１熱可塑性樹脂層と、前記セラミック多層基板の前記他方主面に設けられ、前記第２端子電極に接続された第２配線およびマザーボードへの接続端子となる第２ランドを有する第２熱可塑性樹脂層と、を備え、前記第１熱可塑性樹脂層と前記第２熱可塑性樹脂層との厚さが異なり、前記第１熱可塑性樹脂層の厚さは、前記第２熱可塑性樹脂層の厚さよりも厚く、前記セラミック多層基板は、非ガラス系の低温同時焼成セラミックス材料を用いた基板であり、前記セラミック多層基板の前記第１端子電極と前記第１熱可塑性樹脂層に設けられた層間導体、および前記セラミック多層基板の前記第２端子電極と前記第２熱可塑性樹脂層に設けられた層間導体が、液相拡散接合によってそれぞれ接合されている。
この構成によれば、形状設計の自由度が改善された多層基板が得られる。
本発明に係るモジュール部品によれば、コイルなどの受動素子を前記セラミック多層基板内に設け、前記セラミック多層基板の表裏に設けた前記熱可塑性樹脂層内で配線を行う。そのため、従来の多層基板とは異なり、前記磁性体セラミック層の表裏に非磁性体セラミック層を必ずしも設ける必要がないため、基板が反る要因が少なくなる。その結果、前記モジュール部品（特には、前記モジュール部品を構成する多層基板）の形状設計の自由度が改善される。
熱可塑性樹脂層は、一般に、非磁性体セラミック層と比べて絶縁耐力が大きいので、同じ耐電圧を得るためにより薄く設けることができる。そのため、前記モジュール部品を従来よりも薄型に構成するか、又は、前記モジュール部品に占める前記セラミック多層基板の膜厚を増やして前記受動素子の特性改善を図ることが可能になる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、製造工程、及び製造工程の順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面に示される構成要素の大きさ又は大きさの比は、必ずしも厳密ではない。
（実施の形態）
実施の形態に係るモジュール部品は、多層基板に表面実装部品を搭載してなるモジュール部品である。当該多層基板は、セラミック多層基板の表裏に熱可塑性樹脂層を設けてなり、当該セラミック多層基板内にはコイルなどの受動素子が設けられ、当該熱可塑性樹脂層内には配線が設けられている。
実施の形態に係るモジュール部品は、多層基板に表面実装部品を搭載してなるモジュール部品である。当該多層基板は、セラミック多層基板の表裏に熱可塑性樹脂層を設けてなり、当該セラミック多層基板内にはコイルなどの受動素子が設けられ、当該熱可塑性樹脂層内には配線が設けられている。
図１は、実施の形態に係るモジュール部品の外観の一例を示す斜視図である。図１に示されるモジュール部品１は、一例としてＤＣＤＣコンバータモジュールであり、コイル３１を内蔵する多層基板１０に、表面実装部品の一例であるスイッチングＩＣチップ３２およびチップコンデンサ３３を搭載して構成されている。
図２は、モジュール部品１の構造の一例を示す断面図であり、図１のＩＩ−ＩＩ断面を矢印の方向に見た図に対応する。以下では、簡明のため、同種の構成要素を同じ模様で示して符号を適宜省略し、また、厳密には別断面にある構成要素を同一図面内に示して説明することがある。
図２に示されるように、多層基板１０は、第１熱可塑性樹脂層１２、セラミック多層基板１１、及び第２熱可塑性樹脂層１３から構成される。第１熱可塑性樹脂層１２には、スイッチングＩＣチップ３２およびチップコンデンサ３３が搭載されている。
セラミック多層基板１１は、例えば、セラミック基材層１１１〜１１９を積層してなる。セラミック基材層１１２〜１１７の各々には平面視でループ状のコイル導体１４１が配置されている。コイル導体１４１は、面内導体で構成されている。積層方向に隣接するコイル導体１４１同士を、セラミック基材層を貫通する層間導体（図示せず）で接続して、コイル３１が構成されている。
ここで、面内導体とは、基材層の主面に沿って形成された導体（パターン）を意味し、層間導体とは、基材層を厚み方向に貫通して形成された導体（ビア）を意味する。なお、以下の説明では、面内導体を導体パターンと称することがある。
セラミック多層基板１１は、一方主面（図２での上面）および他方主面（図２での下面）に、コイル３１に接続された第１端子電極１４２および第２端子電極１４３をそれぞれ有している。
第１熱可塑性樹脂層１２は、セラミック多層基板１１の前記一方主面（図２での上面）に設けられる。第１熱可塑性樹脂層１２は、第１端子電極１４２に接続された第１配線１５１、１５２、およびスイッチングＩＣチップ３２およびチップコンデンサ３３を含む表面実装部品を搭載するための第１ランド１５３を有する。第１配線１５１、１５２は、面内導体および層間導体でそれぞれ構成されている。第１熱可塑性樹脂層１２は、複数の熱可塑性樹脂基材層１２１〜１２３で構成されてもよい。
第２熱可塑性樹脂層１３は、セラミック多層基板１１の前記他方主面（図２での下面）に設けられる。第２熱可塑性樹脂層１３は、第２端子電極１４３に接続された第２配線１６１およびマザーボードへの接続端子となる第２ランド１６２を有する。第２配線１６１は、層間導体で構成されている。
スイッチングＩＣチップ３２およびチップコンデンサ３３は、第１熱可塑性樹脂層１２の第１ランド１５３に接続されている。
第１熱可塑性樹脂層１２の第１配線１５１、１５２は、スイッチングＩＣチップ３２、チップコンデンサ３３、およびコイル３１を電気的に接続し、モジュール部品１の機能（例えば、ＤＣＤＣコンバータ）を果たす回路を形成している。これに対し、第２熱可塑性樹脂層１３の第２配線１６１は、単純に、当該回路と第２ランド１６２とを電気的に接続するために設けられている。
これは、モジュール部品１を構成する多層基板１０において一般的に採用される構造であり、第１配線１５１、１５２の量は第２配線１６１の量よりも多くなる傾向がある。ここで、配線の量とは、例えば、配線の長さ、面積、または体積を意味する。図２では、収容する配線量の違いから、限定されない一例として、第１熱可塑性樹脂層１２を第２熱可塑性樹脂層１３より厚くかつ多層で構成し、第２熱可塑性樹脂層１３を単層で構成している。
なお、第２熱可塑性樹脂層１３は、必要に応じて多層に設けてもよく、面内導体で構成された第２配線をさらに有していてもよい（図示せず）。その場合も、第２熱可塑性樹脂層１３は、第１熱可塑性樹脂層１２とは独立に、必要最小限の厚さで設けられる。
セラミック多層基板１１のセラミック基材層１１１〜１１９は、所望の透磁率を有する磁性セラミックスで構成される。磁性セラミックスには、例えば、磁性フェライトセラミックスが用いられる。具体的には、酸化鉄を主成分とし、亜鉛、ニッケル及び銅のうち少なくとも１つ以上を含むフェライトが用いられ得る。
第１熱可塑性樹脂層１２の熱可塑性樹脂基材層１２１〜１２３および第２熱可塑性樹脂層１３は、非磁性の熱可塑性樹脂で構成される。熱可塑性樹脂には、例えば、熱可塑性のポリイミドまたは液晶ポリマが用いられる。特に、セラミック多層基板１１との熱膨張係数差が小さく、セラミック多層基板１１への密着性が良い、さらには耐水性に優れることから、液晶ポリマが好ましい。
コイル導体１４１、第１配線１５１、第１ランド１５３、および第２ランド１６２を含む面内導体、つまり第１熱可塑性樹脂層１２および第２熱可塑性樹脂層１３における導体パターンには、例えば、銀または銅を主成分とする金属又は合金が用いられる。第１ランド１５３および第２ランド１６２の表面には、例えば、ニッケル、パラジウム、銅、錫又は金による１層以上のめっき膜が施されていてもよい。
第１配線１５２および第２配線１６１等の第１熱可塑性樹脂層１２および第２熱可塑性樹脂層１３における層間導体には、例えば、錫を主成分とする金属又は合金が用いられる。特に、第１、第２熱可塑性樹脂層１２、１３の各々から露出し、セラミック多層基板１１の第１、第２端子電極１４２、１４３に当接される層間導体には、セラミック多層基板１１の第１、第２端子電極１４２、１４３との接合信頼性が向上することから、銀およびまたは銅を含んでいることが好ましい。ここで、第１、第２端子電極１４２、１４３は、セラミック多層基板１１における表面電極の一例である。
セラミック基材層１１１〜１１９を構成する磁性または非磁性のフェライトセラミックス材料に、焼成温度が銀や銅の融点以下であるＬＴＣＣセラミックス（Low Temperature Co-fired Ceramics、低温同時焼成セラミックス）を用いる。これにより、セラミック多層基板１１の面内導体および層間導体を、銀や銅を主成分とする金属材料を用いて構成することが可能になる。なお、セラミック基材層１１１〜１１９はフェライトセラミックス材料に限定されるものではなく、非磁性セラミックス材料で構成されていてもよい。この場合も、ＬＴＣＣセラミックスを用いることが好ましい。セラミック基材層１１１〜１１９にＬＴＣＣセラミックスを利用する場合、特に、熱可塑性樹脂層との密着性が良いことから、非ガラス系のＬＴＣＣセラミックス材料を利用することが好ましい。
セラミック多層基板１１においては、抵抗率の低い銀や銅を主成分とする金属材料を用いて面内導体および層間導体を構成することで、損失が少ないコイル等の受動素子パターンを形成することができ、ひいては、電力効率などの回路特性に優れたＤＣＤＣコンバータが形成される。特に、前記導体に銀を用いることで、例えば大気などの酸化性雰囲気下でセラミック多層基板１１を焼成できる。
以上のように構成された多層基板１０によって得られる効果を、比較例との対比に基づいて説明する。
図３は、比較例に係るモジュール部品９の構造の一例を示す断面図である。図３には、図２のモジュール部品１と同等のＤＣＤＣコンバータモジュールを従来設計で構成した例が示されている。モジュール部品９は、モジュール部品１の多層基板１０に代えて、磁性体セラミック層９１、第１非磁性体セラミック層９２、および第２非磁性体セラミック層９３から構成される多層基板９０を有している。モジュール部品９のその他の構成要素は、モジュール部品１の対応する構成要素と同一であるため、同一の符号を付して説明を省略する。
磁性体セラミック層９１は、セラミック基材層９１１〜９１９を積層してなる。セラミック基材層９１１〜９１９は、モジュール部品１のセラミック基材層１１１〜１１９と同様、所望の透磁率を有する磁性セラミックスで構成される。
第１非磁性体セラミック層９２は、セラミック基材層９２１〜９２３を積層してなり、第２非磁性体セラミック層９３は、セラミック基材層９３１〜９３３を積層してなる。セラミック基材層９２１〜９２３、９３１〜９３３は、磁性体セラミック層９１と比べて透磁率が小さい、低透磁率又は非磁性セラミックスで構成される。非磁性のセラミックスには、例えば、非磁性フェライトセラミックスやアルミナを主成分とするアルミナセラミックスが用いられ得る。
多層基板９０は、面内導体および層間導体となる導体ペーストを配置した未焼成のセラミック基材層９２１〜９２３、９１１〜９１９、９３１〜９３３を積層、圧着して未焼成積層体ブロックを形成し、前記未焼成積層体ブロックを一括焼成して作製される。
ここで、第１非磁性体セラミック層９２の厚さと第２非磁性体セラミック層９３の厚さとが異なっていると、前記未焼成積層体ブロックを一括焼成する際に多層基板９０が反る要因となる。そのため、図３の例では、第２非磁性体セラミック層９３を多層に設けることで、第１非磁性体セラミック層９２と略同じ厚さに構成し、多層基板９０の反りを抑制している。
このように、多層基板９０では、反りを抑制する必要から、形状設計の自由度が制約される。具体的に、第２非磁性体セラミック層９３が配線を収容するのに必要な層数以上の層数となって厚くなり、多層基板９０の全体の厚さを制御するために磁性体セラミック層９１を削減しなくてはならないといった不利が生じ得る。
これに対し、モジュール部品１の多層基板１０は、まず磁性セラミックスのみを用いて反りの少ないセラミック多層基板１１を焼成した後、セラミック多層基板１１に第１熱可塑性樹脂層１２および第２熱可塑性樹脂層１３を接合して作製される。そのため、第１熱可塑性樹脂層１２と第２熱可塑性樹脂層１３とで厚さが異なっていても、多層基板１０が反る要因になりにくい。つまり、モジュール部品１は、セラミック多層基板１１の表裏面にそれぞれ付与する第１熱可塑性樹脂層１２と第２熱可塑性樹脂層１３との厚みが異なる場合に特に有効である。その結果、第１熱可塑性樹脂層１２と第２熱可塑性樹脂層１３とを互いに独立した厚さに設けることが可能になり、多層基板１０の形状設計の自由度が改善される。
また、熱可塑性樹脂は、一般に、非磁性体セラミックと比べて絶縁耐力（絶縁破壊に至る電界強度）が大きいので、同じ耐電圧を得るために、第１熱可塑性樹脂層１２、第２熱可塑性樹脂層１３は、第１非磁性体セラミック層９２、第２非磁性体セラミック層９３より薄く設けることができる。そのため、モジュール部品１をモジュール部品９より薄型に構成するか、又は、モジュール部品１に占めるセラミック多層基板１１の厚さを増やして受動素子の特性改善（例えば、コイル３１のインダクタンス値の向上）を図ることが可能になる。
また、セラミック多層基板１１には通常多数のポア（空孔）が存在するが、セラミック多層基板１１の一方主面および他方主面を耐水性に優れた第１、第２熱可塑性樹脂層１２、１３、特に吸水率が低い液晶ポリマ層、で覆うことで、モジュール部品１の信頼性を大きく改善することができる。具体的に、セラミック多層基板１１の両主面を第１、第２熱可塑性樹脂層１２、１３で覆い、第１、第２熱可塑性樹脂層１２、１３の露出面に、表面実装部品を実装するための第１ランド１５３やマザーボードに実装するための第２ランド１６２を形成している。これにより、セラミック多層基板１１をめっき液で損傷することなく、めっき膜を付与したランドを形成することができる。
さらに、モジュール部品１では、セラミック多層基板１１にコイル等の受動素子を構成する導体パターンを形成し、第１、第２熱可塑性樹脂層１２、１３には回路素子同士を接続するための引き回し配線を構成する導体パターンを形成している。セラミック多層基板１１における導体パターンは、導体ペーストの印刷等によってパターニングされたいわゆる厚膜導体パターンで構成され、第１、第２熱可塑性樹脂層１２、１３における導体パターンは、金属箔（めっき膜や圧延金属箔）のエッチング等によってパターニングされたいわゆる薄膜導体パターンで構成される。
これにより、第１、第２熱可塑性樹脂層１２、１３には、セラミック多層基板１１における導体パターンに比べて線幅や線間ギャップの小さな引き回し配線用の導体パターンを形成することができる。また、セラミック多層基板１１には、第１、第２熱可塑性樹脂層１２、１３における導体パターンに比べて膜厚が大きな受動素子用の導体パターン（特にフェライトセラミック層に形成したコイル導体１４１）を形成することができる。ゆえに、内蔵した受動素子の各種特性を保持あるいは向上させつつも、微細な引き回しパターンを有したモジュール部品１を構成できる。
次に、モジュール部品１の製造方法について説明する。
まず、セラミック基材層１１１〜１１９となるセラミックグリーンシートを準備する。セラミックグリーンシートは、具体的には、磁性体セラミック粉末を含んだスラリーをシート成形することによって作製される。
セラミックグリーンシートに、貫通孔（ビアホール）を形成する。当該貫通孔内に導体ペーストを充填して層間導体（ビア）を形成するとともに、主面上の特定の位置に銀を主成分とする導体ペーストを印刷してコイル導体１４１および第１端子電極１４２を含む導体パターンを形成する。前記貫通孔は、例えばレーザー加工により形成されてもよく、前記導体パターンは、例えば銀粉末を含んだ導体ペーストをスクリーン印刷することで形成される。
図４は、導体ペーストが配置された前記複数のセラミックグリーンシートの一例を示す分解図である。
導体ペーストが配置されたセラミックグリーンシートを、位置合わせをして積層、圧着し、未焼成の積層体ブロックに一体化する。さらに、当該未焼成積層体ブロックに転写シート１７１から第１端子電極１４２となる導体を転写した後、一括して焼成する。この導体も銀を主成分とする導電性ペーストによって形成される。この焼成により、各セラミックグリーンシート中の磁性体セラミック粉末が焼結するとともに、導体ペースト中の銀粉末が焼結（co-fired）して金属体化する。
これにより、焼結体ブロックとしてのセラミック多層基板１１が形成される。
図５は、形成されたセラミック多層基板１１の構造の一例を示す断面図である。セラミック多層基板１１は、従来構造とは異なり、磁性体セラミック層のみで構成され、一方主面および他方主面に非磁性体セラミック層を有していない。この時点で、第１熱可塑性樹脂層１２および第２熱可塑性樹脂層１３は、まだ設けられておらず、第１端子電極１４２および第２端子電極１４３は、セラミック多層基板１１の一方主面および他方主面にそれぞれ露出している。
次いで、第１熱可塑性樹脂層１２および第２熱可塑性樹脂層１３となる熱可塑性樹脂シートを準備する。熱可塑性樹脂シートは、具体的には、熱硬化前のポリイミド材料又は液晶ポリマ材料をシート成形することによって作製される。
熱可塑性樹脂シートの主面に金属箔を配置し、これをエッチング等の手法でパターニングすることにより、第１配線１５１、第１ランド１５３、第２ランド１６２を含む導体パターンを形成する。次いで、このシートを貫通する貫通孔（ビアホール導体用孔）を形成する。当該貫通孔内に導体ペーストを充填して、第１配線１５２、第２配線１６１を含む層間導体（ビアホール導体）を形成する前記貫通孔は、例えばレーザー加工により形成されてもよく、前記導体ペーストは錫を含んだ材料であってもよい。また、前記金属箔は銅または銅合金の箔であってもよい。
図６は、導体ペーストおよび金属箔が配置された前記複数の熱可塑性樹脂シートの一例を示す分解図である。図６には、これらの熱可塑性樹脂シートと一体化されるセラミック多層基板１１の焼成体ブロックが示されている。
導体ペーストおよび金属箔が配置された熱可塑性樹脂シートとセラミック多層基板１１の焼成体ブロックとを、位置合わせをして積層、圧着し、さらに熱処理をすることで一体化し、多層基板１０を形成する。つまり、加熱・加圧処理により、熱可塑性樹脂シートを構成する熱可塑性樹脂が軟化・流動し、熱可塑性樹脂シートとセラミック多層基板とが密に接合される。セラミック多層基板１１は焼結体であるため、その表面に微細な凹凸を持つ。ここに熱可塑性樹脂が入り込み、セラミック多層基板１１と熱可塑性樹脂とが機械的に強固に接合される。同時に、熱可塑性樹脂シートの層間導体（未焼結）の焼結によって層間導体が金属化するとともに、層間導体と金属箔とが接続され、熱可塑性樹脂シートの層間導体とセラミック多層基板の表面に露出した導体パターンや層間導体の端面とが接続される。熱可塑性樹脂シートの層間導体とセラミック多層基板の表面電極とが液相拡散接合（Transient Liquid Phase Diffusion Bonding）し、電気的かつ機械的に強固に接合される。例えば、第１端子電極１４２と第１配線１５２、および第２端子電極１４３と第２配線１６１が、液相拡散接合によってそれぞれ接合される。
図７は、形成された多層基板１０の構造の一例を示す断面図である。第１ランド１５３および第２ランド１６２は、それぞれ第１熱可塑性樹脂層１２および第２熱可塑性樹脂層１３において多層基板１０から露出している。
次いで、露出している第１ランド１５３および第２ランド１６２にめっきを施す。具体的には、無電解めっきにより、ニッケル／金のめっき膜を形成する。その後、第１ランド１５３にスイッチングＩＣチップ３２およびチップコンデンサ３３をリフローはんだ付けなどにより実装する。
以上の工程を経ることで、図１および図２に示されるモジュール部品１としてのＤＣＤＣコンバータモジュールが完成する。完成したモジュール部品１は、第２ランド１６２を介して、プリント配線板などのマザー基板に実装される。
なお、上述の製造方法に従って、複数のモジュール部品１の集合体を作製した後、個々のモジュール部品１に個片化してもよい。
多層基板１０には、図７に示される部分Ａにおいて、特徴的な接合構造が形成される。
図８は、多層基板１０の部分Ａの一例を示す拡大図であり、（ａ）は一体化前、（ｂ）は一体化後の状態をそれぞれ模式的に示している。
一体化により、多層基板１０の部分Ｂにおいて、熱可塑性樹脂基材層１２３を構成する樹脂が、セラミック基材層１１１の表面の微細な凹凸（ポーラス構造）にかみ込むことにより、アンカー構造が形成される。これにより、熱可塑性樹脂基材層１２３とセラミック基材層１１１との間に、機械的に強固な接合が生じる。
また、一体化により、多層基板１０の部分Ｃにおいて、第１端子電極１４２と第１配線１５２との間で、銀と錫との金属間化合物が形成され、部分Ｄにおいて、第１配線１５１と第１配線１５２との間で、銅と錫との金属間化合物が形成される。これにより、第１配線１５１、１５２、および第１端子電極１４２の相互間に、機械的および電気的に強固な接合が生じる。
これらの接合構造によって、第１熱可塑性樹脂層１２とセラミック多層基板１１とは、機械的および電気的に強固に接合する。同様の接合構造は、第２熱可塑性樹脂層１３とセラミック多層基板１１との間にも形成され、第２熱可塑性樹脂層１３とセラミック多層基板１１とは、機械的および電気的に強固に接合する。その結果、機械的強度（異種材料間での剥離耐性）および電気的特性に優れた多層基板１０が得られる。
次に、モジュール部品１を利用したＤＣＤＣコンバータ回路について説明する。
図９は、ＤＣＤＣコンバータ回路の一例を示す回路図である。モジュール部品１（以下、ＤＣＤＣコンバータモジュール１と言う）において、コイル３１、スイッチングＩＣチップ３２およびチップコンデンサ３３が、多層基板１０に形成された導体で接続されることにより、図９に示されるようなＤＣＤＣコンバータ回路が形成される。つまり、当該ＤＣＤＣコンバータ回路は、スイッチングＩＣ、インダクタＬ１、入力側の平滑用コンデンサＣ１および出力側の平滑用コンデンサＣ２を備えている。このうち、スイッチングＩＣ、インダクタＬ１および入力側の平滑用コンデンサＣ１を一体化した複合部品がＤＣＤＣコンバータモジュール１である。なお、ＤＣＤＣコンバータモジュール１には、平滑用コンデンサＣ２をさらに一体化してあってもよい。スイッチングＩＣは、スイッチング方式のコンバータ回路のスイッチングを制御するためのＩＣであり、内部には、例えばＭＯＳ型ＦＥＴ等のスイッチング素子を有している。
このＤＣＤＣコンバータ回路において、スイッチングＩＣの端子Ｖｉｎには入力電圧が印加され、スイッチングＩＣの端子Ｌｘからは、インダクタＬ１を介して出力電圧が出力される。
コンデンサＣ１の一端は、端子Ｐｉｎと端子Ｖｉｎとの間の入力電圧用電源ラインに接続され、コンデンサＣ１の他端はグランド端子ＰＧＮＤに接続されている。コンデンサＣ２の一端は、端子Ｐｏｕｔと端子Ｐ１との間の出力電圧用電源ラインに接続され、コンデンサＣ２の他端はグランド端子ＰＧＮＤに接続されている。
スイッチングＩＣのフィードバック端子ＦＢは、インダクタＬ１と端子Ｐｏｕｔとの間の出力電圧用電源ラインに接続され、スイッチングＩＣのグランド端子ＧＮＤはグランド端子ＰＧＮＤに接続され、スイッチングＩＣのイネーブル端子ＥＮはイネーブル端子ＰＥＮに接続されている。
このＤＣＤＣコンバータ回路は、端子Ｐｉｎに供給された入力電圧を、スイッチングＩＣに内蔵されているスイッチング素子を所定の周波数にてスイッチングさせ、インダクタＬ１とコンデンサＣ２とにより平滑することにより、所望の出力電圧を出力する。また、スイッチングＩＣは、フィードバック端子ＦＢに入力された出力電圧に基づいて、例えば、スイッチング周波数を一定としてパルス幅を可変するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御することによって、出力電圧を設定電圧に安定させるように制御する。
ここで、ＤＣＤＣコンバータモジュール１に、形状設計の自由度が改善された上述のモジュール部品を用いることによって、薄型化および特性が改善されたＤＣＤＣコンバータが得られる。
なお、図９では、降圧動作を行うスイッチングＩＣを用いた降圧型ＤＣＤＣコンバータ回路の一例を示しているが、ＤＣＤＣコンバータ回路はこの例には限られない。昇圧動作または昇降圧動作を行うスイッチングＩＣを搭載したＤＣＤＣコンバータモジュールを用いて、昇圧型または昇降圧型のＤＣＤＣコンバータ回路を構成してもよい。
（変形例）
以上、本発明の実施の形態に係るモジュール部品、モジュール部品の製造方法、および多層基板について説明したが、本発明は、個々の実施の形態には限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の一つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
以上、本発明の実施の形態に係るモジュール部品、モジュール部品の製造方法、および多層基板について説明したが、本発明は、個々の実施の形態には限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の一つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
例えば、上記の実施の形態で説明したモジュール部品１を磁性の樹脂材料でモールドしてもよい。
図１０は、変形例に係るモジュール部品２の構造の一例を示す断面図である。図１０に示されるように、モジュール部品２は、モジュール部品１を、磁性粉を混ぜ込んだ樹脂２３でモールドして構成される。
モジュール部品２によれば、モジュール部品１で得られる効果と同様の効果に加えて、樹脂２３でのモールドによってシールド性が向上し、不要な電磁放射を低減する効果が得られる。
例えば、モジュール部品２を用いて図９のＤＣＤＣコンバータ回路を構成することにより、不要な電磁放射を低減したＤＣＤＣコンバータが得られる。
また、実施の形態では、モジュール部品１のセラミック多層基板１１を構成するセラミック基材層１１１〜１１９は、所望の透磁率を有する磁性セラミックスで構成されると述べたが、この例には限られない。例えば、セラミック多層基板の１つ以上の内層（つまり、一方主面および他方主面に露出しないセラミック基材層）を、他のセラミック基材層と比べて透磁率が小さい低透磁率又は非磁性セラミックスで構成しても構わない。
内層に設けた非磁性セラミック基材層は、セラミック多層基板の反りの要因になりにくく、かつ、コイル３１の直流重畳特性を向上させる効果が得られる。
本発明は、コイルを内蔵したセラミック多層基板、及び当該セラミック多層基板を用いた超小型のＤＣＤＣコンバータとして、携帯情報端末やデジタルカメラなどの電子機器に広く利用できる。
１、２、９ モジュール部品
１０、９０ 多層基板
１１ セラミック多層基板
１２ 第１熱可塑性樹脂層
１３ 第２熱可塑性樹脂層
２３ 樹脂
３１ コイル
３２ スイッチングＩＣチップ
３３ チップコンデンサ
９１ 磁性体セラミック層
９２ 第１非磁性体セラミック層
９３ 第２非磁性体セラミック層
１１１〜１１９、９１１〜９１９、９２１〜９２３、９３１〜９３３ セラミック基材層
１２１〜１２３ 熱可塑性樹脂基材層
１４１ コイル導体
１４２ 第１端子電極
１４３ 第２端子電極
１５１、１５２ 第１配線
１５３ 第１ランド
１６１ 第２配線
１６２ 第２ランド
１７１ 転写シート
１０、９０ 多層基板
１１ セラミック多層基板
１２ 第１熱可塑性樹脂層
１３ 第２熱可塑性樹脂層
２３ 樹脂
３１ コイル
３２ スイッチングＩＣチップ
３３ チップコンデンサ
９１ 磁性体セラミック層
９２ 第１非磁性体セラミック層
９３ 第２非磁性体セラミック層
１１１〜１１９、９１１〜９１９、９２１〜９２３、９３１〜９３３ セラミック基材層
１２１〜１２３ 熱可塑性樹脂基材層
１４１ コイル導体
１４２ 第１端子電極
１４３ 第２端子電極
１５１、１５２ 第１配線
１５３ 第１ランド
１６１ 第２配線
１６２ 第２ランド
１７１ 転写シート
Claims (8)
- 受動素子を内蔵し、一方主面および他方主面に前記受動素子に接続された第１端子電極および第２端子電極をそれぞれ有するセラミック多層基板と、
前記セラミック多層基板の前記一方主面に設けられ、前記第１端子電極に接続された第１配線と、表面実装部品を搭載するための第１ランドとを有する第１熱可塑性樹脂層と、
前記セラミック多層基板の前記他方主面に設けられ、前記第２端子電極に接続された第２配線と、マザーボードへの接続端子となる第２ランドとを有する第２熱可塑性樹脂層と、
前記第１熱可塑性樹脂層に搭載され、前記第１熱可塑性樹脂層の前記第１ランドに接続された表面実装部品と、
を備え、
前記第１熱可塑性樹脂層と前記第２熱可塑性樹脂層との厚さが異なり、
前記第１熱可塑性樹脂層の厚さは、前記第２熱可塑性樹脂層の厚さよりも厚く、
前記セラミック多層基板は、非ガラス系の低温同時焼成セラミックス材料を用いた基板であり、
前記セラミック多層基板の前記第１端子電極と前記第１熱可塑性樹脂層に設けられた層間導体、および前記セラミック多層基板の前記第２端子電極と前記第２熱可塑性樹脂層に設けられた層間導体が、液相拡散接合によってそれぞれ接合されている、
モジュール部品。 - 前記受動素子はコイルであり、
前記セラミック多層基板は前記コイルを構成する導体が設けられた複数の磁性体セラミック層を含み、
前記第１熱可塑性樹脂層および前記第２熱可塑性樹脂層は非磁性体樹脂層である、
請求項１に記載のモジュール部品。 - 前記表面実装部品はスイッチングＩＣチップを含み、
前記コイルは前記スイッチングＩＣチップに接続され、
前記モジュール部品は、前記コイルをチョークコイルとして用いたＤＣＤＣコンバータモジュールである、
請求項２に記載のモジュール部品。 - 前記セラミック多層基板と前記第１熱可塑性樹脂層および前記第２熱可塑性樹脂層の各々とがアンカー効果によって接合されている、
請求項１に記載のモジュール部品。 - 前記セラミック多層基板に形成され前記受動素子を構成する導体パターンの膜厚は、前記第１熱可塑性樹脂層および前記第２熱可塑性樹脂層の少なくとも一方に形成され引き回し配線を構成する導体パターンの膜厚よりも大きい、
請求項１に記載のモジュール部品。 - 前記第１熱可塑性樹脂層および前記第２熱可塑性樹脂層の少なくとも一方に形成され引き回し配線を構成する導体パターンは、線幅および線間ギャップに関して、前記セラミック多層基板に形成され前記受動素子を構成する導体パターンよりも小さい、
請求項１に記載のモジュール部品。 - 受動素子を内蔵し、一方主面および他方主面に前記受動素子に接続された第１端子電極および第２端子電極をそれぞれ有し、非ガラス系の低温同時焼成セラミックス材料を用いた基板であるセラミック多層基板を焼成により作製し、
前記第１端子電極に接続される第１配線および表面実装部品を搭載するための第１ランドを有する第１熱可塑性樹脂層と、前記セラミック多層基板と、前記第２端子電極に接続される第２配線およびマザーボードへの接続端子となる第２ランドを有し、前記第１熱可塑性樹脂層とは厚さが異なり前記第１熱可塑性樹脂層よりも薄い第２熱可塑性樹脂層と、を圧着及び加熱して、前記セラミック多層基板の前記第１端子電極と前記第１熱可塑性樹脂層に設けられた層間導体、および前記セラミック多層基板の前記第２端子電極と前記第２熱可塑性樹脂層に設けられた層間導体が、液相拡散接合によってそれぞれ接合された多層基板を作製し、
前記第１ランドに表面実装部品を搭載する、
モジュール部品の製造方法。 - 受動素子を内蔵し、一方主面および他方主面に前記受動素子に接続された第１端子電極および第２端子電極をそれぞれ有するセラミック多層基板と、
前記セラミック多層基板の前記一方主面に設けられ、前記第１端子電極に接続された第１配線と、表面実装部品を搭載するための第１ランドとを有する第１熱可塑性樹脂層と、
前記セラミック多層基板の前記他方主面に設けられ、前記第２端子電極に接続された第２配線と、マザーボードへの接続端子となる第２ランドとを有する第２熱可塑性樹脂層と、
を備え、
前記第１熱可塑性樹脂層と前記第２熱可塑性樹脂層との厚さが異なり、
前記第１熱可塑性樹脂層の厚さは、前記第２熱可塑性樹脂層の厚さよりも厚く、
前記セラミック多層基板は、非ガラス系の低温同時焼成セラミックス材料を用いた基板であり、
前記セラミック多層基板の前記第１端子電極と前記第１熱可塑性樹脂層に設けられた層間導体、および前記セラミック多層基板の前記第２端子電極と前記第２熱可塑性樹脂層に設けられた層間導体が、液相拡散接合によってそれぞれ接合されている、
多層基板。
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