WO2016076121A1 - 電源モジュールおよびその実装構造 - Google Patents

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WO2016076121A1
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野間隆嗣
市川敬一
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株式会社村田製作所
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Definitions

  • the present invention relates to a power supply module having a power supply circuit such as a DC / DC converter and a structure for mounting the power supply module on a printed wiring board.
  • Patent Document 1 discloses a power supply module that is miniaturized by using a multilayer ferrite substrate.
  • a coil is formed in a multilayer ferrite substrate by thick film printing, and a chip component such as a switching control IC is mounted on the upper surface of the multilayer substrate.
  • Patent Document 1 when the coil is formed by thick film printing, it is difficult to reduce the DC resistance (Rdc) of the coil. In order to reduce the direct current resistance, it is effective to increase the line width of the coil conductor and increase the film thickness, but there is a limit as the power supply module becomes smaller.
  • the wiring is formed with Ag in the ferrite ceramic and integrally fired, mechanical strain due to the difference in thermal expansion coefficient during firing temperature remains. As a result, it is technically difficult to suppress cracks that impair reliability.
  • An object of the present invention is to provide a power supply module having a small size, high efficiency, and high reliability, and a mounting structure thereof.
  • a power supply module of the present invention includes a substrate, a switching control IC, and a coil.
  • the coil is A plurality of metal posts each having a first end and a second end, each first end being disposed on a first surface of the substrate; A wiring conductor formed on the substrate and electrically connected to the first end of the metal post; A post connection conductor conducting with the second end of the metal post, A magnetic core that strengthens the magnetic flux generated in the coil; Mold resin that is formed on the first main surface of the substrate and molds the metal post and the magnetic core; Is further provided.
  • a coil having a low DC resistance can be obtained by using a metal post having a very low resistance compared to a coil conductor obtained by thick film printing.
  • the problem of breakage of the magnetic core and the substrate is solved.
  • the coil includes a primary coil and a secondary coil electrically insulated from the primary coil, and insulation between the primary coil and the secondary coil
  • the part is preferably sealed with the mold resin.
  • the post connection conductor is preferably disposed in the mold resin. This structure ensures the insulation of the coil with respect to the outer surface of the power supply module.
  • the said post connection conductor exposed from the said mold resin is a mounting electrode to the printed wiring board of a mounting destination.
  • a toroidal coil is constituted by the coil and the magnetic core. Thereby, there is little leakage magnetic flux and the magnetic field leakage to the outside is also suppressed.
  • the plurality of metal posts are respectively provided on the outside and the inside of the magnetic core, and among the plurality of metal posts, the number of metal posts positioned on the outside of the magnetic core. Is more than the number of metal posts located inside the magnetic core. With this structure, the resistance value at the plurality of outer metal post portions is reduced, and a coil having a smaller DC resistance is configured.
  • the diameter of the metal post located outside the magnetic core is smaller than the diameter of the metal post located inside the magnetic core. With this structure, the area of the coil can be reduced.
  • the magnetic core preferably has a magnetic path gap in part. With this structure, a coil having high magnetic saturation characteristics and DC superimposition characteristics is formed.
  • the substrate has a ground conductor between the switching control IC and the coil.
  • the switching control IC is hardly affected by the electromagnetic field of the coil even if the whole is downsized.
  • the substrate is a laminate of a plurality of insulating layers each having a conductor pattern, and the wiring conductor is a conductor formed on the plurality of insulating layers.
  • a pattern is preferred. With this structure, the resistance value in the conductor pattern can be reduced, and the DC resistance of the coil can be further reduced.
  • the power supply module mounting structure of the present invention is a mounting structure of a power supply module including a substrate, a switching control IC and a coil on a printed wiring board, Each of the coils has a first end and a second end, the first end being disposed on the first surface of the substrate, a plurality of metal posts formed on the substrate, and the first end of the metal post A wiring conductor that conducts with the metal, and a post connection conductor that conducts with the second end of the metal post,
  • the power supply module includes a magnetic core that strengthens magnetic flux generated in the coil, and a mold resin that is formed on the first main surface of the substrate and molds the metal post and the magnetic core, At least a portion of the post connection conductor is exposed from the mold resin; A surface conductor corresponding to the exposed post connection conductor is formed on the printed wiring board, The post connection conductor exposed from the mold resin and the surface conductor of the printed wiring board are connected by a conductive bonding material, It is characterized by that.
  • the surface conductor of the printed wiring board acts as a part of the coil conductor, so that the DC resistance of the coil can be further reduced and a highly efficient power supply circuit is provided. Further, since the surface conductor of the printed wiring board and the printed wiring board act as a heat radiator of the coil, the mounting area of the power supply module can be further reduced.
  • FIG. 1A is a plan view of the power supply module 101 according to the first embodiment
  • FIG. 1B is a longitudinal sectional view taken along the line AA in FIG. 1A
  • C) is a bottom view of the power supply module 101
  • FIG. 2A is a bottom view of the substrate 10 of the power supply module 101
  • 2B is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 1B
  • FIG. 2C is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 1B.
  • FIG. 3 is a circuit diagram of the power supply module 101 of this embodiment
  • 4A is a plan view of the power supply module 102 according to the second embodiment
  • FIG. 4B is a longitudinal sectional view taken along the line AA in FIG. 4A.
  • FIG. C) is a bottom view of the power supply module 102.
  • 5A is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 4B, and FIG. 5B is a bottom view of the substrate 10 of the power supply module 102.
  • FIG. FIG. 6A is a cross-sectional view showing a mounting structure of the power supply module 102 of the present embodiment on the printed wiring board 200.
  • FIG. 6B is a plan view of the mounting portion of the power supply module 102 of the printed wiring board 200.
  • FIG. 7 is a circuit diagram of the power supply module 102 of the present embodiment.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a main part of the power supply module 103 according to the third embodiment.
  • FIG. 9A is a cross-sectional view taken along the line DD in FIG.
  • FIG. 9B is a bottom view of the substrate 10 of the power supply module 103.
  • FIG. 10A is a perspective view seen from above the magnetic core 7 around which the coil is wound
  • FIG. 10B is a perspective view seen from below.
  • FIG. 10C is a perspective view of the magnetic core 7.
  • FIG. 11A is a perspective view seen from above the magnetic core 7 around which the coil is wound
  • FIG. 11B is a perspective view seen from below.
  • FIG. 12A is a perspective view seen from above the magnetic core 7 around which the coil is wound
  • FIG. 12B is a perspective view seen from below.
  • FIG. 13 is a perspective view of the coil apparatus by a coil and a magnetic body based on 5th Embodiment.
  • FIG. 14 is a plan view of the coil device according to the fifth embodiment.
  • FIG. 1A is a plan view of the power supply module 101 according to the first embodiment
  • FIG. 1B is a longitudinal sectional view taken along the line AA in FIG. 1A.
  • C) is a bottom view of the power supply module 101.
  • FIG. 2A is a bottom view of the substrate 10 of the power supply module 101.
  • 2B is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 1B
  • FIG. 2C is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 1B.
  • FIG. 1B is a longitudinal sectional view taken along the line XX in FIGS. 2A and 2B.
  • the power supply module 101 of this embodiment includes a substrate 10.
  • the substrate 10 is a resin multilayer substrate, and a predetermined wiring pattern is formed on the first main surface (the lower surface in the direction shown in FIG. 1), the second main surface (the upper surface in the direction shown in FIG. 1), and the inside. Yes.
  • a switching control IC 11 and chip parts 12, 13, 14, 15, 16 are mounted on the second main surface of the substrate 10.
  • a plurality of metal posts 3A to 3H, 4A to 4H, and 8A to 8J each having a first end and a second end are disposed on the first main surface of the substrate 10.
  • Each of the metal posts 3A to 3H, 4A to 4H, and 8A to 8J has a first end mounted on the lower surface of the substrate 10.
  • the metal posts 3A to 3H, 4A to 4H, and 8A to 8J are handled in the same manner as ordinary surface mounting components and are soldered to lands formed on the first main surface of the substrate 10.
  • the metal posts 3A to 3H and 4A to 4H constitute a part of the coil.
  • the metal posts 8A to 8J pull out the circuit formed on the substrate 10 to the mounting surface.
  • the metal posts 3A to 3H, 4A to 4H, and 8A to 8J are metal pins having high conductivity such as columnar Cu. For example, it can be obtained by cutting a Cu wire having a circular section in a predetermined length unit. For example, the diameter is 0.5 to 1.0 mm, and the length is 1.5 to 3.0 mm.
  • the cross-sectional shape of the metal post is not necessarily circular. It may be semicircular or square.
  • wiring conductors 6A to 6C, 6F to 6H connecting the first ends of the metal posts 3A to 3H and 4A to 4H and Wiring conductors 6D, 6E, 6I, and 6J, which are input ends of the coils, are formed.
  • the second ends of the metal posts 3A to 3H and 4A to 4H are connected by post connection conductors 5A to 5H.
  • a primary coil of a transformer is constituted by the metal posts 3A to 3D, 4A to 4D, the wiring conductors 6A to 6C, 6J, and 6D and the post connection conductors 5A to 5D.
  • a secondary coil of the transformer is constituted by the metal posts 3E to 3H, 4E to 4H, the wiring conductors 6F to 6H, 6E, 6I and the post connection conductors 5E to 5H.
  • the power supply module 101 includes a magnetic core 7 made of toroidal magnetic ferrite.
  • the primary coil and the secondary coil are in a relationship of winding the magnetic core 7.
  • the mold resin 20 is, for example, an epoxy resin.
  • Solder bumps (balls) 18A to 18J are provided on the second ends of the metal posts 8A to 8J. These solder balls 18A to 18J are exposed on the lower surface of the mold resin 20.
  • the post connection conductors 5A to 5H are formed by the following method, for example.
  • the mold resin 20 is applied and cured to a thickness that covers the second ends of the metal posts 3A to 3H, 4A to 4H, and 8A to 8J.
  • a pattern of conductive paste for forming the post connection conductors 5A to 5H is printed on the surface of the mold resin 20 and solidified.
  • Solder bumps are attached to the second ends of the metal posts 8A to 8J.
  • a mold resin 20 having a predetermined thickness is further applied to the surface of the mold resin 20 and cured.
  • a resin film such as a solder resist is formed by printing.
  • the primary coil and the secondary coil constitute current paths in the following connection order.
  • Conductor 6J (see FIG. 2A) ⁇ metal post 3A (see FIG. 2B) ⁇ conductor 5A (see FIG. 2C) ⁇ metal post 4A ⁇ conductor 6A ⁇ metal post 3B ⁇ conductor 5B ⁇ metal post 4B ⁇ conductor 6B ⁇ metal post 3C ⁇ conductor 5C ⁇ metal post 4C ⁇ conductor 6C ⁇ metal post 3D ⁇ conductor 5D ⁇ metal post 4D ⁇ conductor 6D.
  • ground conductor GE extending in a planar shape is formed inside the substrate 10.
  • the ground conductor is disposed between the primary and secondary coils and the switching control IC 11.
  • FIG. 3 is a circuit diagram of the power supply module 101 of this embodiment.
  • the power supply module 101 is a flyback DC / DC converter.
  • the switching control IC 11 includes a switching element Q1 and a switching control circuit CNT. Between the input terminal and the ground, the primary coil N1 of the transformer T1 (the primary coil N1 is formed from the metal posts 3A to 3D, 4A to 4D, the wiring conductors 6A to 6C, 6J, 6D and the post connection conductors 5A to 5D. And a switching element Q1 is connected in series.
  • An input capacitor Cin (chip component 12) is connected between the input terminal and the ground.
  • the secondary coil N2 of the transformer T1 (the secondary coil N2 is composed of metal posts 3E to 3H, 4E to 4H, wiring conductors 6F to 6H, 6E, 6I and post connection conductors 5E to 5H) has a diode D1 (chip)
  • a rectifying / smoothing circuit is constituted by the component 13) and the output capacitor Cout (chip component 14).
  • a switching control circuit CNT is connected to the gate of the switching element Q1.
  • a voltage dividing circuit using resistors R1 and R2 (chip components 15 and 16) is connected to the output terminal, and the divided voltage is fed back to the control circuit CNT.
  • the switching control circuit CNT controls the ON time of the switching element Q1 so that the output voltage becomes constant.
  • the power supply module of the present embodiment is used as an insulated stabilized power supply having a current capacity of about several [A], for example.
  • the post connection conductors 5A to 5H are disposed in the mold resin 20 to ensure the insulation of the coil with respect to the outer surface of the power supply module 101.
  • FIG. 4A is a plan view of the power supply module 102 according to the second embodiment
  • FIG. 4B is a longitudinal sectional view taken along the line AA in FIG. 4A.
  • C) is a bottom view of the power supply module 102.
  • 5A is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 4B
  • FIG. 5B is a bottom view of the substrate 10 of the power supply module 102.
  • FIG. 4B is a longitudinal sectional view taken along the line XX in FIGS. 5A and 5B.
  • the power supply module 102 of this embodiment includes a substrate 10.
  • the substrate 10 is a resin multilayer substrate, and a predetermined wiring pattern is formed on the first main surface (the lower surface in the direction shown in FIG. 1), the second main surface (the upper surface in the direction shown in FIG. 1), and the inside. Yes.
  • a switching control IC 11 and chip parts 12A, 12B, 14A, 14B, 15, 16 are mounted on the second main surface of the substrate 10.
  • a plurality of metal posts 3A to 3H, 4A to 4H, and 8A to 8J each having a first end and a second end are disposed on the first main surface of the substrate 10.
  • the wiring conductors 6A to 6G connecting the first ends of the metal posts 3A to 3H and 4A to 4H and the input ends of the coils are provided.
  • Wiring conductors 6H and 6I are formed.
  • the second ends of the metal posts 3A to 3H and 4A to 4H are connected by post connection conductors 5A to 5H.
  • the metal posts 3A to 3H, 4A to 4H, the wiring conductors 6A to 6G, 6H, and 6I and the post connection conductors 5A to 5H constitute one coil.
  • the power supply module 101 is provided with a magnetic core 7 made of toroidal magnetic ferrite.
  • the coils formed by the metal posts 3A to 3H, 4A to 4H, the wiring conductors 6A to 6G, 6H, and 6I and the post connection conductors 5A to 5H have a relationship of winding the magnetic core 7.
  • a mold resin 20 for molding the metal posts 3A to 3H, 4A to 4H, 8A to 8J, and the magnetic core 7 is formed on the first main surface of the substrate 10.
  • the post connection conductors 5A to 5H are exposed on the surface of the mold resin 20 (the lower surface in the direction shown in FIG. 4B).
  • Solder bumps 18A to 18J are provided on the second ends of the metal posts 8A to 8J. These solder bumps 18A to 18J are exposed on the lower surface of the mold resin 20.
  • the post connection conductors 5A to 5H are formed by the following method, for example.
  • the mold resin 20 is applied and cured to a thickness that covers the second ends of the metal posts 3A to 3H, 4A to 4H, and 8A to 8J.
  • a pattern of conductive paste for forming the post connection conductors 5A to 5H is printed on the surface of the mold resin 20 and solidified.
  • Solder bumps are attached to the second ends of the metal posts 8A to 8J.
  • the coil constitutes a current path in the following connection order.
  • Conductor 6I (see FIG. 5B) ⁇ metal post 3A (see FIG. 5A) ⁇ conductor 5A (see FIG. 4C) ⁇ metal post 4A ⁇ conductor 6A ⁇ metal post 3B ⁇ conductor 5B ⁇ metal post 4B ⁇ conductor 6B ⁇ metal post 3C ⁇ conductor 5C ⁇ metal post 4C ⁇ conductor 6C ⁇ metal post 3D ⁇ conductor 5D ⁇ metal post 4D ⁇ conductor 6D ⁇ metal post 3E ⁇ conductor 5E ⁇ metal post 4E ⁇ conductor 6E ⁇ metal post 3F ⁇ conductor 5F ⁇ metal post 4F ⁇ conductor 6F ⁇ metal post 3G ⁇ conductor 5G ⁇ metal post 4G ⁇ conductor 6G ⁇ metal post 3H ⁇ conductor 5H ⁇ metal post 4H ⁇ conductor 6H.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view showing a mounting structure of the power supply module 102 of the present embodiment on the printed wiring board 200.
  • FIG. 6B is a plan view of the mounting portion of the power supply module 102 of the printed wiring board 200.
  • surface conductors (mounting electrodes on the printed wiring board side) 25A to 25H to which the post connection conductors 5A to 5H exposed on the lower surface of the power supply module 102 are connected are formed on the printed wiring board 200.
  • the printed wiring board 200 is formed with mounting electrodes 28A to 28H to which the solder bumps 18A to 18J are connected.
  • the post connection conductors 5A to 5H are connected to the surface conductors 25A to 25H via the solder layers SO, respectively.
  • the surface conductors 25A to 25H have substantially the same pattern as the post connection conductors 5A to 5H. Therefore, the surface conductors 25A to 25H constitute a part of the coil. However, the surface conductors 25A to 25H may not necessarily have substantially the same pattern as the post connection conductors 5A to 5H. If there is a portion that is electrically connected in parallel to the post connection conductor, the DC resistance of the coil is reduced according to the area of the parallel connection portion.
  • FIG. 7 is a circuit diagram of the power supply module 102 of the present embodiment.
  • the power supply module 102 is a step-down converter type DC / DC converter.
  • the switching control IC 11 includes switching elements Q1, Q2 and a switching control circuit CNT. Between the input terminal and the output terminal, switching element Q1 and coil L1 (coil L1 is composed of metal posts 3A to 3H, 4A to 4H, wiring conductors 6A to 6G, 6H and 6I, and post connection conductors 5A to 5H. Is connected to a series circuit.
  • a switching element Q2 is connected between the input end of the coil L1 and the ground.
  • An input capacitor Cin (chip components 12A and 12B) is connected between the input terminal and the ground.
  • An output capacitor Cout (chip components 14A and 14B) is connected between the output terminal and the ground.
  • a switching control circuit CNT is connected to the gates of the switching elements Q1, Q2.
  • a voltage dividing circuit using resistors R1 and R2 (chip components 15 and 16) is connected to the output terminal, and the divided voltage is fed back to the control circuit CNT.
  • the switching control circuit CNT controls the on-duty of the switching elements Q1 and Q2 so that the output voltage becomes constant.
  • the power supply module of the present embodiment is used as a non-insulated stabilized power supply having a current capacity of, for example, several [A] to several tens [A].
  • the surface conductors 25A to 25H of the printed wiring board 200 act as a part of the coil conductor, the DC resistance of the coil can be further reduced. Further, since the surface conductors 25A to 25H of the printed wiring board and the printed wiring board 200 act as a heat radiator of the coil, the power supply module 102 can be further downsized. In addition, since the bonding area with the surface conductor of the printed wiring board 200 can be increased, the stress on the terminals (solder bumps 18A to 18J) arranged on the outer peripheral portion of the substrate 10 can be relieved. Therefore, sufficient connection reliability can be ensured.
  • the width of the post connection conductor and the wiring conductor cannot be increased in the central portion, and the current density of the portion is high, but as in this embodiment, Since the surface conductor of the printed wiring board 200 acts as a part of the coil, the concentration of current density can be alleviated. In relation to this, the surface conductor of the printed wiring board 200 may be formed only at a position facing the vicinity of the center of the toroidal coil.
  • the post connection conductors 5A to 5H may be configured to be exposed on the lower surface like the power supply module 102 of the second embodiment.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a main part of the power supply module 103 according to the third embodiment.
  • FIG. 9A is a cross-sectional view taken along the line DD in FIG.
  • FIG. 9B is a bottom view of the substrate 10 of the power supply module 103.
  • the power supply module 103 of this embodiment includes a substrate 10.
  • the substrate 10 is a resin multilayer substrate, and a predetermined wiring pattern is formed on the first main surface (lower surface in the direction shown in FIG. 8), the second main surface (upper surface in the direction shown in FIG. 8) and the inside of the substrate 10. Yes.
  • a switching control IC 11 and chip parts 12A, 14A, 15 and the like are mounted on the second main surface of the substrate 10.
  • a plurality of metal posts 3 ⁇ / b> A, 3 ⁇ / b> E, 4 ⁇ / b> A, 4 ⁇ / b> E, 8 ⁇ / b> C, 8 ⁇ / b> H, etc. each having a first end and a second end are disposed on the first main surface of the substrate 10.
  • At least a part of the wiring conductor formed on the substrate 10 is composed of a conductor pattern formed on a plurality of insulating layers.
  • Other configurations are the same as those of the second embodiment.
  • FIG. 9A shows the first-layer wiring conductor patterns 6A1, 6B1, 6C1, 6D1, 6E1, 6F1, 6G1, 6H1, and 6I1 formed on the substrate 10.
  • FIG. 9B shows the wiring conductor patterns 6A2, 6B2, 6C2, 6D2, 6E2, 6F2, 6G2, 6H2, and 6I2 of the second layer (the lower surface of the substrate 10) formed on the substrate 10.
  • the first-layer wiring conductor patterns 6A1 to 6I1 and the second-layer wiring conductor patterns 6A2 to 6I2 are electrically connected in parallel by via conductors V, respectively.
  • the effective cross-sectional area of the wiring conductor can be increased.
  • increasing the thickness of the conductor pattern formed on the resin multilayer substrate is effective for reducing the resistance value of the conductor pattern, but there is a limit to increasing the thickness of the conductor pattern formed on the resin multilayer substrate. is there. This is because if the conductor pattern is made thick, narrow-pitch wiring cannot be performed, and there is a risk of causing a decrease in reliability such as resin voids or short-circuiting of the wirings.
  • the resistance value in the conductor pattern of the substrate 10 can be reduced, and the DC resistance of the coil can be further reduced.
  • FIGS. 10 (A), (B), (C), FIGS. 11 (A), (B), and FIGS. 12 (A), (B) are diagrams showing three types of coils and magnetic cores of the fourth embodiment. . Each of them represents only a magnetic core and a coil portion wound around the magnetic core.
  • the configurations of the substrate and the mold resin are as shown in the embodiments described so far.
  • FIG. 10A is a perspective view seen from above the magnetic core 7 around which the coil is wound
  • FIG. 10B is a perspective view seen from below
  • FIG. 10C is a perspective view of the magnetic core 7.
  • the wiring conductors 6A to 6E, the post connection conductors 5A to 5D, and the metal posts that connect the wiring conductors 6A to 6E and the post connection conductors 5A to 5D constitute one coil.
  • the magnetic core 7 has a magnetic path gap GA formed at the center leg of the glasses-type ferrite core.
  • Such a structure constitutes a coil device (inductor) including a magnetic core having a closed magnetic circuit structure with a gap. Since magnetic saturation is suppressed by the magnetic path gap, magnetic saturation can be avoided while using a magnetic material having excellent high frequency characteristics that can be used in a few MHz band such as sintered ferrite.
  • FIG. 11A is a perspective view seen from above the magnetic core 7 around which the coil is wound
  • FIG. 11B is a perspective view seen from below.
  • One coil is constituted by the wiring conductors 6A to 6E, the post connection conductors 5A to 5D, and the metal posts that connect the wiring conductors 6A to 6E and the post connection conductors 5A to 5D.
  • the magnetic core 7 is a rectangular parallelepiped plate-like ferrite core.
  • FIG. 12A is a perspective view seen from above the magnetic core 7 around which the coil is wound
  • FIG. 12B is a perspective view seen from below.
  • the wiring conductors 6A to 6E, the post connection conductors 5A to 5D, and the metal posts that connect the wiring conductors 6A to 6E and the post connection conductors 5A to 5D constitute one coil.
  • the magnetic core 7 is an I-shaped (Dog-bone type) plate-like ferrite core.
  • a coil device including a magnetic core having an open magnetic circuit structure is configured. Further, a magnetic path gap may be formed inside the magnetic core 7 in any of the configurations of FIGS. 11 and 12.
  • 5th Embodiment shows about the shape of the coil with which a power supply module is equipped, and a magnetic body core.
  • the coils included in the power supply module of the present embodiment are different from the shapes shown in the previous embodiments.
  • FIG. 13 is a perspective view of a coil device including a coil and a magnetic core according to the fifth embodiment.
  • FIG. 14 is a plan view of the coil device.
  • 3A4, 3B1 to 3B4, 3C1 to 3C4, 3D1 to 3D4, 3E1 to 3E4, 3F1 to 3F4 constitute one coil.
  • the wiring conductors 6A to 6G are formed on the substrate.
  • the post connection conductors 5A to 5F are formed inside or on the surface of the mold resin.
  • the configurations of the substrate and the mold resin are as shown in the embodiments described so far.
  • the wiring conductors 6F and 6G are connected to a circuit formed on the substrate.
  • the number of metal posts 3A1 to 3A4, 3B1 to 3B4, 3C1 to 3C4, 3D1 to 3D4, 3E1 to 3E4, and 3F1 to 3F4 positioned outside the magnetic core 7 is the inside of the magnetic core 7 More than the number of metal posts 4A to 4F located in This structure reduces the resistance value at the outer metal posts 3A1 to 3A4, 3B1 to 3B4, 3C1 to 3C4, 3D1 to 3D4, 3E1 to 3E4, 3F1 to 3F4, and constitutes a coil with smaller DC resistance. Is done.
  • the diameters of the metal posts 3A1 to 3A4, 3B1 to 3B4, 3C1 to 3C4, 3D1 to 3D4, 3E1 to 3E4, and 3F1 to 3F4 positioned outside the magnetic core 7 are the metal posts positioned inside the magnetic core 7. It is thinner than the diameter of 4A to 4F.
  • the diameters of the metal posts 4A to 4F positioned inside the magnetic core 7 are 0.8 mm, and the metal posts 3A1 to 3A4, 3B1 to 3B4, 3C1 to 3C4, 3D1 to 3D4 positioned outside the magnetic core 7 are used.
  • 3E1-3E4, 3F1-3F4 have a diameter of 0.5 mm. With such a structure, the area of the coil can be reduced.
  • each of the post connection conductors 5A to 5F and the planar shape of each of the wiring conductors 6A to 6E are symmetrical. That is, the post connection conductor and the wiring conductor, which are paths from the metal post located outside the magnetic core to the two adjacent metal posts located inside the magnetic core, have the shortest distance.
  • the path length of the post connection conductor 5A connecting the metal posts 3A1 to 3A4 to the metal posts 4A and 4F and the path length of the wiring conductor 6A are the shortest distances.
  • the arrangement of the post connection conductor, the wiring conductor, and the metal post as described above further reduces the DC resistance of the coil.
  • a molded body of a magnetic material such as dust or metal composite may be used for the magnetic core.
  • a dust-based or metal composite-based magnetic core since there is a micro gap from the beginning, there is little problem of magnetic saturation.
  • an electroconductive joining material can also be used for an electromechanical joining part other than Sn type solder.
  • a conductive bonding material in the form of a plate is used. This conductive bonding material is solidified by heating without passing through a molten state. If this conductive bonding material is used, a change to an intermetallic compound having a high melting point of 400 ° C. or higher is promoted by heating at about 300 ° C., and no low melting point component remains.
  • the joint portion made of the previous conductive bonding material has excellent heat resistance, so it is remelted in the reflow soldering process. It is possible to implement with high reliability.

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Abstract

　電源モジュール（１０１）は、基板（１０）、スイッチング制御ＩＣ（１１）およびコイルを含む。コイルは、それぞれの第１端が基板（１０）の第１面に実装される複数の金属ポスト（３Ａ，３Ｅ等）と、金属ポスト（３Ａ，３Ｅ等）の第１端と導通する配線導体（６Ｅ，６Ｆ，６Ａ，６Ｊ等）と、金属ポスト（３Ａ，３Ｅ等）の第２端と導通するポスト接続導体（５Ａ，５Ｅ等）と、を含む。また、電源モジュール（１０１）は、コイルに生じる磁束を強める磁性体コア（７）と、金属ポスト（３Ａ，３Ｅ等）および磁性体コア（７）をモールドするモールド樹脂（２０）と、を備える。

Description

電源モジュールおよびその実装構造
　本発明はＤＣ／ＤＣコンバータ等の電源回路を備える電源モジュール、およびプリント配線板への電源モジュールの実装構造に関する。
　一般に、プリント配線板に１つの部品として実装される電源モジュールは、小型で且つ高効率であることが要求される。例えば、特許文献１には、多層フェライト基板を用いることにより、小型化を図った電源モジュールが示されている。
　特許文献１に示されている電源モジュールは、多層フェライト基板内に厚膜印刷によりコイルが形成され、多層基板の上面にスイッチング制御用ＩＣなどのチップ部品が実装される。
国際公開第２００８／０８７７８１号
　特許文献１に示されているように、コイルを厚膜印刷で形成すると、コイルの直流抵抗（Rdc）を小さくすることが難しい。直流抵抗を低減するために、コイル導体の線幅を太くし、膜厚を厚くすることが有効であるが、電源モジュールの小型化に伴って限界がある。
　また、フェライトセラミック内にAgで配線を形成し一体焼成するため、焼成降温時の熱膨張係数差による機械的ひずみが残留する。そのことで、信頼性を損なうクラック等の抑制が技術的に困難である。
　さらに、フェライトセラミックによる多層基板を薄くすると、割れやすくなるので、薄型化が困難である。
　本発明の目的は、小型で高効率、更には信頼性の高い電源モジュールおよびその実装構造を提供することにある。
（１）本発明の電源モジュールは、基板、スイッチング制御ＩＣおよびコイルを備え、
　前記コイルは、
　それぞれ第１端と第２端を有し、それぞれの第１端が前記基板の第１面に配置される、複数の金属ポストと、
　前記基板に形成され、前記金属ポストの第１端と導通する配線導体と、
　前記金属ポストの第２端と導通するポスト接続導体と、を含み、
　前記コイルに生じる磁束を強める磁性体コアと、
　前記基板の第１主面に形成され、前記金属ポストおよび前記磁性体コアをモールドするモールド樹脂と、
　をさらに備えることを特徴とする。
　上記構成により、厚膜印刷によるコイル導体に比べて非常に低抵抗の金属ポストを用いることで、直流抵抗の低いコイルが得られる。また、磁性体コアや基板の破損の問題も解消される。
（２）上記（１）において、前記コイルは１次コイルと、前記１次コイルとは電気的に絶縁された２次コイルとを備え、前記１次コイルと前記２次コイルとの間の絶縁部は前記モールド樹脂で封止されることが好ましい。この構造により、１次コイルと２次コイル間に必要な絶縁距離を確保しやすく、その分、小型化できる。
（３）上記（１）または（２）において、前記ポスト接続導体は前記モールド樹脂内に配置されることが好ましい。この構造により、電源モジュールの外面に対するコイルの絶縁性が確保される。
（４）上記（１）または（２）において、前記ポスト接続導体の少なくとも一部は前記モールド樹脂から露出していることが好ましい。この構造により、コイルの放熱性が確保される。
（５）上記（４）において、前記モールド樹脂から露出する前記ポスト接続導体は、実装先のプリント配線基板への実装電極であることが好ましい。この構造により、プリント配線板の表面導体がコイル導体の一部として作用するので、コイルの直流抵抗を更に低減できる。また、プリント配線板の表面導体およびプリント配線板がコイルの放熱体として作用するので、電源モジュールはより小型化できる。
（６）上記（１）～（５）のいずれかにおいて、前記コイルおよび前記磁性体コアでトロイダルコイルが構成されることが好ましい。このことにより、漏れ磁束が少なく、外部への磁界漏れも抑制される。
（７）上記（６）において、前記複数の金属ポストは前記磁性体コアの外側および内側にそれぞれに設けられ、前記複数の金属ポストのうち、前記磁性体コアの外側に位置する金属ポストの数は前記磁性体コアの内側に位置する金属ポストの数より多いことが好ましい。この構造により、外側の複数の金属ポスト部分での抵抗値が低減され、直流抵抗のより小さなコイルが構成される。
（８）上記（７）において、前記磁性体コアの外側に位置する金属ポストの径は前記磁性体コアの内側に位置する金属ポストの径より細いことが好ましい。この構造により、コイルの面積の縮小化が図れる。
（９）上記（１）～（８）のいずれかにおいて、前記磁性体コアは、一部に磁路ギャップを有することが好ましい。この構造により、磁気飽和特性および直流重畳特性の高いコイルが構成される。
（１０）上記（１）～（９）のいずれかにおいて、前記基板は、前記スイッチング制御ＩＣと前記コイルとの間にグランド導体を有することが好ましい。この構造により、全体を小型化しても、スイッチング制御ＩＣがコイルの電磁界の影響を受け難くなる。
（１１）上記（１）～（１０）のいずれかにおいて、前記基板は、それぞれ導体パターンを有する複数の絶縁層の積層体であり、前記配線導体は、前記複数の絶縁層に形成された導体パターンであることが好ましい。この構造により、導体パターンでの抵抗値を低減でき、コイルの直流抵抗を更に低減できる。
（１２）本発明の電源モジュールの実装構造は、基板、スイッチング制御ＩＣおよびコイルを含む電源モジュールの、プリント配線板への実装構造であって、
　前記コイルは、それぞれ第１端と第２端を有し、第１端が前記基板の第１面に配置される、複数の金属ポストと、前記基板に形成され、前記金属ポストの第１端と導通する配線導体と、前記金属ポストの第２端と導通するポスト接続導体と、を含み、
　前記電源モジュールは、前記コイルに生じる磁束を強める磁性体コアと、前記基板の第１主面に形成され、前記金属ポストおよび前記磁性体コアをモールドするモールド樹脂と、を備え、
　前記ポスト接続導体の少なくとも一部は前記モールド樹脂から露出し、
　前記プリント配線板には、前記露出するポスト接続導体に対応する表面導体が形成されており、
　前記モールド樹脂から露出する前記ポスト接続導体と、前記プリント配線板の前記表面導体とは、導電性の接合材により接続されている、
ことを特徴とする。
　上記の構造により、プリント配線板の表面導体がコイル導体の一部として作用するので、コイルの直流抵抗を更に低減でき、高効率の電源回路が設けられる。また、プリント配線板の表面導体およびプリント配線板がコイルの放熱体として作用するので、電源モジュールの実装域をより縮小化できる。
　本発明によれば、小型で高効率、更には信頼性の高い電源モジュールおよびその実装構造が得られる。
図１（Ａ）は第１の実施形態に係る電源モジュール１０１の平面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）におけるＡ－Ａ部分での縦断面図であり、図１（Ｃ）は電源モジュール１０１の下面図である。 図２（Ａ）は電源モジュール１０１の基板１０の下面図である。図２（Ｂ）は、図１（Ｂ）におけるＢ－Ｂ部分での横断面図であり、図２（Ｃ）は図１（Ｂ）におけるＣ－Ｃ部分での横断面図である。 図３は本実施形態の電源モジュール１０１の回路図である。 図４（Ａ）は第２の実施形態に係る電源モジュール１０２の平面図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）におけるＡ－Ａ部分での縦断面図であり、図４（Ｃ）は電源モジュール１０２の下面図である。 図５（Ａ）は、図４（Ｂ）におけるＢ－Ｂ部分での横断面図であり、図５（Ｂ）は、電源モジュール１０２の基板１０の下面図である。 図６（Ａ）は本実施形態の電源モジュール１０２の、プリント配線板２００への実装構造を示す断面図である。図６（Ｂ）はプリント配線板２００の、電源モジュール１０２の実装部の平面図である。 図７は本実施形態の電源モジュール１０２の回路図である。 図８は第３の実施形態に係る電源モジュール１０３の主要部の断面図である。 図９（Ａ）は図８におけるＤ－Ｄ部分での横断面図である。図９（Ｂ）は、電源モジュール１０３の基板１０の下面図である。 図１０（Ａ）はコイルが巻回された磁性体コア７の上方から視た斜視図であり、図１０（Ｂ）は下方から視た斜視図である。図１０（Ｃ）は磁性体コア７の斜視図である。 図１１（Ａ）はコイルが巻回された磁性体コア７の上方から視た斜視図であり、図１１（Ｂ）は下方から視た斜視図である。 図１２（Ａ）はコイルが巻回された磁性体コア７の上方から視た斜視図であり、図１２（Ｂ）は下方から視た斜視図である。 図１３は第５の実施形態に係る、コイルおよび磁性体コアによるコイル装置の斜視図である。 図１４は、第５の実施形態に係るコイル装置の平面図である。
　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す。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（Ａ）は第１の実施形態に係る電源モジュール１０１の平面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）におけるＡ－Ａ部分での縦断面図であり、図１（Ｃ）は電源モジュール１０１の下面図である。また、図２（Ａ）は電源モジュール１０１の基板１０の下面図である。図２（Ｂ）は、図１（Ｂ）におけるＢ－Ｂ部分での横断面図であり、図２（Ｃ）は図１（Ｂ）におけるＣ－Ｃ部分での横断面図である。また、図１（Ｂ）は図２（Ａ）（Ｂ）におけるＸ－Ｘ部分での縦断面図である。
　本実施形態の電源モジュール１０１は基板１０を備える。基板１０は樹脂多層基板であり、基板１０の第１主面（図１に示す向きで下面）、第２主面（図１に示す向きで上面）および内部に所定の配線パターンが形成されている。この基板１０の第２主面にスイッチング制御ＩＣ１１およびチップ部品１２，１３，１４，１５，１６が搭載されている。
　基板１０の第１主面には、それぞれ第１端と第２端を有する複数の金属ポスト３Ａ～３Ｈ，４Ａ～４Ｈ、８Ａ～８Ｊが配置されている。これら金属ポスト３Ａ～３Ｈ，４Ａ～４Ｈ、８Ａ～８Ｊは、それぞれの第１端が基板１０の下面に実装されている。金属ポスト３Ａ～３Ｈ，４Ａ～４Ｈ、８Ａ～８Ｊは、通常の表面実装部品と同様に扱われ、基板１０の第１主面に形成されるランドに対してはんだ付けされる。
　上記金属ポストのうち、金属ポスト３Ａ～３Ｈ，４Ａ～４Ｈはコイルの一部を構成する。金属ポスト８Ａ～８Ｊは、基板１０に形成されている回路を実装面まで引き出す。金属ポスト３Ａ～３Ｈ，４Ａ～４Ｈ、８Ａ～８Ｊは例えば円柱状のCu等の導電率の高い金属製のピンである。例えば、断面円形のCuワイヤーを所定長単位で切断することで得られる。直径は例えば0.5～1.0mm、長さは1.5～3.0mmである。なお、金属ポストの断面形状は必ずしも円形である必要は無い。半円形や四角形であってもよい。
　図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、基板１０の第１主面には、金属ポスト３Ａ～３Ｈ，４Ａ～４Ｈの第１端間を接続する配線導体６Ａ～６Ｃ，６Ｆ～６Ｈおよびコイルの入力端である配線導体６Ｄ，６Ｅ，６Ｉ，６Ｊが形成されている。また、図２（Ｂ）（Ｃ）に示すように、金属ポスト３Ａ～３Ｈ，４Ａ～４Ｈの第２端はポスト接続導体５Ａ～５Ｈで接続されている。
　上記金属ポスト３Ａ～３Ｄ，４Ａ～４Ｄ、配線導体６Ａ～６Ｃ，６Ｊ，６Ｄおよびポスト接続導体５Ａ～５Ｄでトランスの１次コイルが構成されている。また、金属ポスト３Ｅ～３Ｈ，４Ｅ～４Ｈ、配線導体６Ｆ～６Ｈ，６Ｅ，６Ｉおよびポスト接続導体５Ｅ～５Ｈでトランスの２次コイルが構成されている。
　電源モジュール１０１は、トロイダル型の磁性フェライトによる磁性体コア７を備えている。上記１次コイルおよび２次コイルは磁性体コア７を巻回する関係にある。
　基板１０の第１主面には、金属ポスト３Ａ～３Ｈ，４Ａ～４Ｈ、８Ａ～８Ｊおよび磁性体コア７をモールドするモールド樹脂２０が形成されている。モールド樹脂２０は例えばエポキシ系樹脂である。
　金属ポスト８Ａ～８Ｊの第２端にははんだバンプ（ボール）１８Ａ～１８Ｊが付与されている。これらはんだボール１８Ａ～１８Ｊはモールド樹脂２０の下面に露出している。
　上記ポスト接続導体５Ａ～５Ｈは例えば次の方法により形成される。
（１）金属ポスト３Ａ～３Ｈ，４Ａ～４Ｈ、８Ａ～８Ｊの第２端を覆う厚さまでモールド樹脂２０を塗布し、硬化させる。
（２）金属ポスト３Ａ～３Ｈ，４Ａ～４Ｈ、８Ａ～８Ｊの第２端が露出するまで、モールド樹脂２０の表面を研磨する。
（３）モールド樹脂２０の表面にポスト接続導体５Ａ～５Ｈ形成用の導電性ペーストのパターンを印刷し、固化させる。
（４）導電性ペーストによる上記ポスト接続導体５Ａ～５ＨにCuめっきを施して、膜厚を厚くする。
（５）金属ポスト８Ａ～８Ｊの第２端にはんだバンプを付着させる。
（６）モールド樹脂２０の表面にさらに所定厚さのモールド樹脂２０を塗布し、硬化させる。または、はんだレジストなどの樹脂膜を印刷形成する。
　上記１次コイルおよび２次コイルは、それぞれ次の接続順で電流経路を構成する。
［１次コイル］
　導体６Ｊ（図２（Ａ）参照）→金属ポスト３Ａ（図２（Ｂ）参照）→導体５Ａ（図２（Ｃ）参照）→金属ポスト４Ａ→導体６Ａ→金属ポスト３Ｂ→導体５Ｂ→金属ポスト４Ｂ→導体６Ｂ→金属ポスト３Ｃ→導体５Ｃ→金属ポスト４Ｃ→導体６Ｃ→金属ポスト３Ｄ→導体５Ｄ→金属ポスト４Ｄ→導体６Ｄ。
［２次コイル］
　導体６Ｅ→金属ポスト３Ｅ→導体５Ｅ→金属ポスト４Ｅ→導体６Ｆ→金属ポスト３Ｆ→導体５Ｆ→金属ポスト４Ｆ→導体６Ｇ→金属ポスト３Ｇ→導体５Ｇ→金属ポスト４Ｇ→導体６Ｈ→金属ポスト３Ｈ→導体５Ｈ→金属ポスト４Ｈ→導体６Ｉ。
　なお、基板１０の内部には、面状に広がるグランド導体ＧＥが形成されている。このグランド導体は、上記１次コイルおよび２次コイルとスイッチング制御ＩＣ１１との間に配置される。
　図３は本実施形態の電源モジュール１０１の回路図である。この電源モジュール１０１はフライバック方式のＤＣ／ＤＣコンバータである。スイッチング制御ＩＣ１１はスイッチング素子Ｑ１とスイッチング制御回路ＣＮＴを含む。入力端子とグランドとの間には、トランスＴ１の１次コイルＮ１（１次コイルＮ１は金属ポスト３Ａ～３Ｄ，４Ａ～４Ｄ、配線導体６Ａ～６Ｃ，６Ｊ，６Ｄおよびポスト接続導体５Ａ～５Ｄから構成される）とスイッチング素子Ｑ１との直列回路が接続されている。また、入力端子とグランドとの間に入力コンデンサＣｉｎ（チップ部品１２）が接続されている。トランスＴ１の２次コイルＮ２（２次コイルＮ２は金属ポスト３Ｅ～３Ｈ，４Ｅ～４Ｈ、配線導体６Ｆ～６Ｈ，６Ｅ，６Ｉおよびポスト接続導体５Ｅ～５Ｈから構成される）にはダイオードＤ１（チップ部品１３）および出力コンデンサＣｏｕｔ（チップ部品１４）による整流平滑回路が構成されている。スイッチング素子Ｑ１のゲートにはスイッチング制御回路ＣＮＴが接続されている。出力端子には抵抗Ｒ１，Ｒ２（チップ部品１５，１６）による分圧回路が接続されていて、その分圧電圧が制御回路ＣＮＴへフィードバックされる。スイッチング制御回路ＣＮＴは出力電圧が一定になるように、スイッチング素子Ｑ１のオン時間を制御する。
　本実施形態の電源モジュールは、例えば数［Ａ］程度の電流容量の絶縁型安定化電源として用いられる。
　本実施形態によれば、次のような効果を奏する。
（ａ）金属ポストの抵抗値は厚膜印刷による導体パターンに比べて非常に低いので、直流抵抗の低いコイルが得られる。
（ｂ）トランス部分に磁性体基板を用いないので、基板の破損の問題は回避できる。また、磁性体コアはモールド樹脂中に埋設されるので、高い耐衝撃性が得られる。
（ｃ）１次コイルと２次コイルとの間はモールド樹脂２０で封止されるので、１次コイルと２次コイルとの間に必要な絶縁距離（絶縁型の沿面距離）を確保しやすく、その分、小型化できる。
（ｄ）ポスト接続導体５Ａ～５Ｈはモールド樹脂２０内に配置されることにより、電源モジュール１０１の外面に対するコイルの絶縁性が確保される。
（ｅ）コイルおよび磁性体コア７とでトロイダルコイルが構成されるので、漏れ磁束が少なく、外部への磁界漏れも抑制される。
（ｆ）スイッチング制御ＩＣ１１とコイル（トランス）との間にグランド導体ＧＥが介在するので、全体を小型化しても、スイッチング制御ＩＣ１１はコイル（トランス）の電磁界の影響を受け難くい。
（ｇ）手巻きコイルを実装する場合に比べて、コイルに生じる浮遊容量を一定にできるので、コイルから発生するノイズおよびコイル電流の経路から発生するノイズの、その発生の仕方が予見でき、コントロールしやすい。
《第２の実施形態》
　図４（Ａ）は第２の実施形態に係る電源モジュール１０２の平面図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）におけるＡ－Ａ部分での縦断面図であり、図４（Ｃ）は電源モジュール１０２の下面図である。また、図５（Ａ）は、図４（Ｂ）におけるＢ－Ｂ部分での横断面図であり、図５（Ｂ）は、電源モジュール１０２の基板１０の下面図である。また、図４（Ｂ）は図５（Ａ）（Ｂ）におけるＸ－Ｘ部分での縦断面図である。
　本実施形態の電源モジュール１０２は基板１０を備える。基板１０は樹脂多層基板であり、基板１０の第１主面（図１に示す向きで下面）、第２主面（図１に示す向きで上面）および内部に所定の配線パターンが形成されている。この基板１０の第２主面にスイッチング制御ＩＣ１１およびチップ部品１２Ａ，１２Ｂ，１４Ａ，１４Ｂ，１５，１６が搭載されている。
　基板１０の第１主面には、それぞれ第１端と第２端を有する複数の金属ポスト３Ａ～３Ｈ，４Ａ～４Ｈ、８Ａ～８Ｊが配置されている。
　図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、基板１０の第１主面には、金属ポスト３Ａ～３Ｈ，４Ａ～４Ｈの第１端間を接続する配線導体６Ａ～６Ｇおよびコイルの入力端である配線導体６Ｈ，６Ｉが形成されている。また、図４（Ｃ）等に示すように、金属ポスト３Ａ～３Ｈ，４Ａ～４Ｈの第２端はポスト接続導体５Ａ～５Ｈで接続されている。
　第１の実施形態と異なり、本実施形態では、上記金属ポスト３Ａ～３Ｈ，４Ａ～４Ｈ、配線導体６Ａ～６Ｇ，６Ｈ，６Ｉおよびポスト接続導体５Ａ～５Ｈで１つのコイルが構成されている。電源モジュール１０１は、トロイダル型の磁性体フェライトによる磁性体コア７が設けられている。上記金属ポスト３Ａ～３Ｈ，４Ａ～４Ｈ、配線導体６Ａ～６Ｇ，６Ｈ，６Ｉおよびポスト接続導体５Ａ～５Ｈによるコイルは磁性体コア７を巻回する関係にある。
　基板１０の第１主面には、金属ポスト３Ａ～３Ｈ，４Ａ～４Ｈ、８Ａ～８Ｊおよび磁性体コア７をモールドするモールド樹脂２０が形成されている。第１の実施形態と異なり、ポスト接続導体５Ａ～５Ｈはモールド樹脂２０の表面（図４（Ｂ）に示す向きで下面）に露出する。
　金属ポスト８Ａ～８Ｊの第２端にははんだバンプ１８Ａ～１８Ｊが付与されている。これらはんだバンプ１８Ａ～１８Ｊはモールド樹脂２０の下面に露出している。
　上記ポスト接続導体５Ａ～５Ｈは例えば次の方法により形成される。
（１）金属ポスト３Ａ～３Ｈ，４Ａ～４Ｈ、８Ａ～８Ｊの第２端を覆う厚さまでモールド樹脂２０を塗布し、硬化させる。
（２）金属ポスト３Ａ～３Ｈ，４Ａ～４Ｈ、８Ａ～８Ｊの第２端が露出するまで、モールド樹脂２０の表面を研磨する。
（３）モールド樹脂２０の表面にポスト接続導体５Ａ～５Ｈ形成用の導電性ペーストのパターンを印刷し、固化させる。
（４）導電性ペーストによる上記ポスト接続導体５Ａ～５ＨにCuめっきを施して、膜厚を厚くする。
（５）金属ポスト８Ａ～８Ｊの第２端にはんだバンプを付着させる。
　上記コイルは、次の接続順の電流経路を構成する。
　導体６Ｉ（図５（Ｂ）参照）→金属ポスト３Ａ（図５（Ａ）参照）→導体５Ａ（図４（Ｃ）参照）→金属ポスト４Ａ→導体６Ａ→金属ポスト３Ｂ→導体５Ｂ→金属ポスト４Ｂ→導体６Ｂ→金属ポスト３Ｃ→導体５Ｃ→金属ポスト４Ｃ→導体６Ｃ→金属ポスト３Ｄ→導体５Ｄ→金属ポスト４Ｄ→導体６Ｄ→金属ポスト３Ｅ→導体５Ｅ→金属ポスト４Ｅ→導体６Ｅ→金属ポスト３Ｆ→導体５Ｆ→金属ポスト４Ｆ→導体６Ｆ→金属ポスト３Ｇ→導体５Ｇ→金属ポスト４Ｇ→導体６Ｇ→金属ポスト３Ｈ→導体５Ｈ→金属ポスト４Ｈ→導体６Ｈ。
　図６（Ａ）は本実施形態の電源モジュール１０２の、プリント配線板２００への実装構造を示す断面図である。図６（Ｂ）はプリント配線板２００の、電源モジュール１０２の実装部の平面図である。プリント配線板２００には、電源モジュール１０２の下面に露出するポスト接続導体５Ａ～５Ｈが接続される表面導体（プリント配線板側の実装電極）２５Ａ～２５Ｈが形成されている。また、プリント配線板２００には、はんだバンプ１８Ａ～１８Ｊが接続される実装電極２８Ａ～２８Ｈが形成されている。
　図６（Ａ）に表れるように、ポスト接続導体５Ａ～５Ｈは表面導体２５Ａ～２５Ｈに対してそれぞれはんだ層ＳＯを介して接続される。表面導体２５Ａ～２５Ｈはポスト接続導体５Ａ～５Ｈと実質的に同パターンである。そのため、表面導体２５Ａ～２５Ｈはコイルの一部を構成する。但し、表面導体２５Ａ～２５Ｈはポスト接続導体５Ａ～５Ｈと必ずしも実質的に同パターンでなくても構わない。ポスト接続導体に対して電気的に並列接続される部分があれば、その並列接続部の面積に応じて、コイルの直流抵抗の低減効果を奏する。
　図７は本実施形態の電源モジュール１０２の回路図である。この電源モジュール１０２は降圧コンバータ方式のＤＣ／ＤＣコンバータである。スイッチング制御ＩＣ１１はスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２とスイッチング制御回路ＣＮＴを含む。入力端子と出力端子との間には、スイッチング素子Ｑ１とコイルＬ１（コイルＬ１は、金属ポスト３Ａ～３Ｈ，４Ａ～４Ｈ、配線導体６Ａ～６Ｇ，６Ｈ，６Ｉおよびポスト接続導体５Ａ～５Ｈから構成される）との直列回路が接続されている。また、コイルＬ１の入力端とグランドとの間にスイッチング素子Ｑ２が接続されている。入力端子とグランドとの間には入力コンデンサＣｉｎ（チップ部品１２Ａ，１２Ｂ）が接続されている。出力端子とグランドとの間には出力コンデンサＣｏｕｔ（チップ部品１４Ａ，１４Ｂ）が接続されている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲートにはスイッチング制御回路ＣＮＴが接続されている。出力端子には抵抗Ｒ１，Ｒ２（チップ部品１５，１６）による分圧回路が接続されていて、その分圧電圧が制御回路ＣＮＴへフィードバックされる。スイッチング制御回路ＣＮＴは出力電圧が一定になるように、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオンデューティを制御する。
　本実施形態の電源モジュールは、例えば数［Ａ］～数十［Ａ］程度の電流容量の非絶縁型安定化電源として用いられる。
　本実施形態によれば、プリント配線板２００の表面導体２５Ａ～２５Ｈがコイル導体の一部として作用するので、コイルの直流抵抗を更に低減できる。また、プリント配線板の表面導体２５Ａ～２５Ｈおよびプリント配線板２００がコイルの放熱体として作用するので、電源モジュール１０２はより小型化できる。また、プリント配線板２００の表面導体との接合面積を大きくできるので、基板１０の外周部に配列されている端子（はんだバンプ１８Ａ～１８Ｊ）への応力を緩和できる。そのため、十分な接続信頼性を確保できる。
　なお、本実施形態のようにトロイダル型のコイルである場合、中央部においては、ポスト接続導体および配線導体の幅を広くできず、その部分の電流密度が高いが、本実施形態のように、プリント配線板２００の表面導体をコイルの一部として作用するので、電流密度の集中を緩和できる。また、このことに関連して、トロイダル型コイルの中央付近に対向する位置にのみ、プリント配線板２００の表面導体を形成してもよい。
　また、第１の実施形態の電源モジュール１０１においても、この第２の実施形態の電源モジュール１０２のように、ポスト接続導体５Ａ～５Ｈを下面に露出するように構成してもよい。
《第３の実施形態》
　図８は第３の実施形態に係る電源モジュール１０３の主要部の断面図である。図９（Ａ）は図８におけるＤ－Ｄ部分での横断面図である。図９（Ｂ）は、電源モジュール１０３の基板１０の下面図である。
　本実施形態の電源モジュール１０３は基板１０を備える。基板１０は樹脂多層基板であり、基板１０の第１主面（図８に示す向きで下面）、第２主面（図８に示す向きで上面）および内部に所定の配線パターンが形成されている。この基板１０の第２主面にスイッチング制御ＩＣ１１およびチップ部品１２Ａ，１４Ａ，１５等が搭載されている。
　基板１０の第１主面には、それぞれ第１端と第２端を有する複数の金属ポスト３Ａ，３Ｅ，４Ａ，４Ｅ、８Ｃ，８Ｈ等が配置されている。
　第２の実施形態と異なり、基板１０に形成される配線導体の少なくとも一部は、複数の絶縁層に形成された導体パターンで構成される。その他の構成は第２の実施形態と同じである。
　図９（Ａ）には、基板１０に形成される１層目の配線導体のパターン６Ａ１，６Ｂ１，６Ｃ１，６Ｄ１，６Ｅ１，６Ｆ１，６Ｇ１，６Ｈ１，６Ｉ１が表れている。図９（Ｂ）には、基板１０に形成される２層目（基板１０の下面）の配線導体のパターン６Ａ２，６Ｂ２，６Ｃ２，６Ｄ２，６Ｅ２，６Ｆ２，６Ｇ２，６Ｈ２，６Ｉ２が表れている。
　１層目の配線導体のパターン６Ａ１～６Ｉ１と２層目の配線導体のパターン６Ａ２～６Ｉ２はビア導体Ｖでそれぞれ電気的に並列接続されている。
　このように、基板１０に形成される配線導体を多層化することで、配線導体の実効断面積を大きくできる。
　因みに、樹脂多層基板に形成する導体パターンの厚さを厚くすることは、導体パターンの抵抗値低減に有効であるが、樹脂多層基板に形成する導体パターンの厚さを厚くすることには限界がある。導体パターンを厚くすると狭ピッチ配線ができなくなり、樹脂ボイドが発生したり配線同士がショートしたりするなどの信頼性低下を招くおそれがあるからである。コイル配線を、樹脂多層基板の表面だけでなく、内部にも配線導体を形成して並列接続することで、信頼性低下をもたらすことなく、配線抵抗の低減が可能となる。
　本実施形態によれば、基板１０の導体パターンでの抵抗値を低減でき、コイルの直流抵抗を更に低減できる。
《第４の実施形態》
　第４の実施形態では、電源モジュールが備えるコイルと磁性体コアの形状について示す。本実施形態の電源モジュールが備えるコイルと磁性体コアはこれまでの実施形態で示した形状とは異なる。図１０（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）、図１１（Ａ）（Ｂ）、図１２（Ａ）（Ｂ）は第４の実施形態の３つのタイプのコイルおよび磁性体コアについて示す図である。いずれも磁性体コアとその磁性体コアに巻回されるコイル部分のみを表している。基板やモールド樹脂の構成は、これまでに示した各実施形態で示したとおりである。
　図１０（Ａ）はコイルが巻回された磁性体コア７の上方から視た斜視図であり、図１０（Ｂ）は下方から視た斜視図である。また、図１０（Ｃ）は磁性体コア７の斜視図である。配線導体６Ａ～６Ｅ、ポスト接続導体５Ａ～５Ｄ、および配線導体６Ａ～６Ｅとポスト接続導体５Ａ～５Ｄとの間を接続する金属ポストによって１つのコイルが構成されている。
　磁性体コア７は図１０（Ｃ）に示すようにメガネ型フェライトコアの中央の脚に磁路ギャップＧＡが形成されたものである。
　このような構造によりギャップ付き閉磁路構造の磁性体コアを備えたコイル装置（インダクタ）が構成される。磁路ギャップにより磁気飽和が抑制されるので、焼結フェライトのように数ＭＨｚ帯で使用できる、高周波特性に優れた磁性材料を用いながらも、磁気飽和を避けることができる。
　図１１（Ａ）はコイルが巻回された磁性体コア７の上方から視た斜視図であり、図１１（Ｂ）は下方から視た斜視図である。配線導体６Ａ～６Ｅ、ポスト接続導体５Ａ～５Ｄ、および配線導体６Ａ～６Ｅとポスト接続導体５Ａ～５Ｄとの間を接続する金属ポストによって１つのコイルが構成されている。この例では、磁性体コア７は直方体板状のフェライトコアである。
　図１２（Ａ）はコイルが巻回された磁性体コア７の上方から視た斜視図であり、図１２（Ｂ）は下方から視た斜視図である。配線導体６Ａ～６Ｅ、ポスト接続導体５Ａ～５Ｄ、および配線導体６Ａ～６Ｅとポスト接続導体５Ａ～５Ｄとの間を接続する金属ポストによって１つのコイルが構成されている。この例では、磁性体コア７はＩ字型（Dog bone型）の板状フェライトコアである。
　図１１、図１２に示したいずれの構造でも、開磁路構造の磁性体コアを備えたコイル装置が構成される。また、図１１、図１２のいずれの構成でも、磁性体コア７の内部に磁路ギャップを形成してもよい。
《第５の実施形態》
　第５の実施形態では、電源モジュールが備えるコイルと磁性体コアの形状について示す。本実施形態の電源モジュールが備えるコイルは、これまでの実施形態で示した形状とは異なる。
　図１３は第５の実施形態に係る、コイルおよび磁性体コアによるコイル装置の斜視図である。図１４はこのコイル装置の平面図である。
　本実施形態に係るコイル装置は、配線導体６Ａ～６Ｇ、ポスト接続導体５Ａ～５Ｆ、および配線導体６Ａ～６Ｇと、ポスト接続導体５Ａ～５Ｆとの間を接続する金属ポスト４Ａ～４Ｆ，３Ａ１～３Ａ４，３Ｂ１～３Ｂ４，３Ｃ１～３Ｃ４，３Ｄ１～３Ｄ４，３Ｅ１～３Ｅ４，３Ｆ１～３Ｆ４によって１つのコイルが構成されている。
　配線導体６Ａ～６Ｇは基板に形成されている。ポスト接続導体５Ａ～５Ｆはモールド樹脂の内部または表面に形成されている。基板やモールド樹脂の構成は、これまでに示した各実施形態で示したとおりである。配線導体６Ｆ，６Ｇは、基板に形成されている回路に接続される。
　複数の金属ポストのうち、磁性体コア７の外側に位置する金属ポスト３Ａ１～３Ａ４，３Ｂ１～３Ｂ４，３Ｃ１～３Ｃ４，３Ｄ１～３Ｄ４，３Ｅ１～３Ｅ４，３Ｆ１～３Ｆ４の数は磁性体コア７の内側に位置する金属ポスト４Ａ～４Ｆの数より多い。この構造により、外側の複数の金属ポスト３Ａ１～３Ａ４，３Ｂ１～３Ｂ４，３Ｃ１～３Ｃ４，３Ｄ１～３Ｄ４，３Ｅ１～３Ｅ４，３Ｆ１～３Ｆ４部分での抵抗値が低減され、直流抵抗のより小さなコイルが構成される。
　また、磁性体コア７の外側に位置する金属ポスト３Ａ１～３Ａ４，３Ｂ１～３Ｂ４，３Ｃ１～３Ｃ４，３Ｄ１～３Ｄ４，３Ｅ１～３Ｅ４，３Ｆ１～３Ｆ４の径は磁性体コア７の内側に位置する金属ポスト４Ａ～４Ｆの径より細い。例えば、磁性体コア７の内側に位置する金属ポスト４Ａ～４Ｆの径は0.8mmであり、磁性体コア７の外側に位置する金属ポスト３Ａ１～３Ａ４，３Ｂ１～３Ｂ４，３Ｃ１～３Ｃ４，３Ｄ１～３Ｄ４，３Ｅ１～３Ｅ４，３Ｆ１～３Ｆ４の径は0.5mmである。このような構造により、コイルの面積の縮小化が図れる。
　さらに、ポスト接続導体５Ａ～５Ｆのそれぞれの平面形状と配線導体６Ａ～６Ｅのそれぞれの平面形状は左右対称形の関係にある。すなわち、磁性体コアの外側に位置する金属ポストから、磁性体コアの内側に位置する隣接する２つの金属ポストまでの経路である、ポスト接続導体と配線導体とは共に最短距離となる。例えば、金属ポスト３Ａ１～３Ａ４から金属ポスト４Ａ，４Ｆに繋がるポスト接続導体５Ａの経路長と配線導体６Ａの経路長とはそれぞれ最短距離である。このようなポスト接続導体、配線導体および金属ポストの配置によりコイルの直流抵抗がより低減される。
　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。例えば、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。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、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　なお、磁性体コアには磁性フェライト以外に、ダスト系やメタルコンポジット系の磁性材料の成型体を用いてもよい。ダスト系やメタルコンポジット系の磁性体コアであれば、初めからマイクロギャップが存在するので、磁気飽和の問題は少ない。
　また、以上に示した各実施形態において、電気的機械的接合部には、Ｓｎ系はんだ以外に、導電性接合材を用いることもできる。例えば低融点金属粉末（Sn）と、この低融点金属粉末の溶融温度以上で低融点金属粉末と金属間化合物を形成し得る合金粉末（Cu-Ni合金、Cu-Mn合金）とを含んだペースト状の導電性接合材を用いる。この導電性接合材は、溶融状態を経ずに、加熱により固化する。この導電性接合材を用いれば、300℃程度の加熱により、400℃以上の高い融点の金属間化合物への変化が促進され、低融点成分が残留しなくなる。そのため、例えば、電源モジュールをプリント配線板にリフローはんだ法で実装するような場合にも、先の導電性接合材による接合部は、耐熱強度に優れているため、リフローはんだ工程で再溶融してしまうことがなく、信頼性の高い実装を行える。
Ｃｉｎ…入力コンデンサ
ＣＮＴ…スイッチング制御回路
Ｃｏｕｔ…出力コンデンサ
Ｄ１…ダイオード
ＧＡ…磁路ギャップ
ＧＥ…グランド導体
Ｌ１…コイル
Ｎ１…１次コイル
Ｎ２…２次コイル
Ｑ１，Ｑ２…スイッチング素子
Ｒ１，Ｒ２…抵抗
ＳＯ…はんだ
Ｔ１…トランス
３Ａ～３Ｈ…金属ポスト
４Ａ～４Ｈ…金属ポスト
５Ａ～５Ｈ…ポスト接続導体
６Ａ～６Ｊ…配線導体
７…磁性体コア
８Ａ～８Ｊ…金属ポスト
１０…基板
１１…スイッチング制御ＩＣ
１２，１３，１４，１５，１６…チップ部品
１２Ａ，１２Ｂ，１４Ａ，１４Ｂ…チップ部品
１８Ａ～１８Ｊ…バンプ
２０…モールド樹脂
２５Ａ～２５Ｈ…表面導体
２８Ａ～２８Ｈ…実装電極
１０１，１０２…電源モジュール
２００…プリント配線板

Claims (12)

  1. 　基板、スイッチング制御ＩＣおよびコイルを備え、
    　前記コイルは、
    　それぞれ第１端と第２端を有し、それぞれの第１端が前記基板の第１面に配置される、複数の金属ポストと、
    　前記基板に形成され、前記金属ポストの第１端と導通する配線導体と、
    　前記金属ポストの第２端と導通するポスト接続導体と、を含み、
    　前記コイルに生じる磁束を強める磁性体コアと、
    　前記基板の第１主面に形成され、前記金属ポストおよび前記磁性体コアをモールドするモールド樹脂と、
    　をさらに備えることを特徴とする電源モジュール。
  2. 　前記コイルは１次コイルと、前記１次コイルとは電気的に絶縁された２次コイルとを備え、前記１次コイルと前記２次コイルとの間の絶縁部は前記モールド樹脂で封止される、請求項１に記載の電源モジュール。
  3. 　前記ポスト接続導体は前記モールド樹脂内に配置される、請求項１または２に記載の電源モジュール。
  4. 　前記ポスト接続導体の少なくとも一部は前記モールド樹脂から露出している、請求項１または２に記載の電源モジュール。
  5. 　前記モールド樹脂から露出する前記ポスト接続導体は、実装先のプリント配線基板への実装電極である、請求項４に記載の電源モジュール。
  6. 　前記コイルおよび前記磁性体コアでトロイダルコイルが構成される、請求項１から５のいずれかに記載の電源モジュール。
  7. 　前記複数の金属ポストは前記磁性体コアの外側および内側にそれぞれに設けられ、
    　前記複数の金属ポストのうち、前記磁性体コアの外側に位置する金属ポストの数は前記磁性体コアの内側に位置する金属ポストの数より多い、請求項６に記載の電源モジュール。
  8. 　前記磁性体コアの外側に位置する金属ポストの径は前記磁性体コアの内側に位置する金属ポストの径より細い、請求項７に記載の電源モジュール。
  9. 　前記磁性体コアは、一部に磁路ギャップを有する、請求項１から８のいずれかに記載の電源モジュール。
  10. 　前記基板は、前記スイッチング制御ＩＣと前記コイルとの間にグランド導体を有する、請求項１から９のいずれかに記載の電源モジュール。
  11. 　前記基板は、それぞれ導体パターンを有する複数の絶縁層の積層体であり、
    　前記配線導体は、前記複数の絶縁層に形成された導体パターンである、請求項１から１０のいずれかに記載の電源モジュール。
  12. 　基板、スイッチング制御ＩＣおよびコイルを含む電源モジュールの、プリント配線板への実装構造であって、
    　前記コイルは、それぞれ第１端と第２端を有し、第１端が前記基板の第１面に配置される、複数の金属ポストと、前記基板に形成され、前記金属ポストの第１端と導通する配線導体と、前記金属ポストの第２端と導通するポスト接続導体と、を含み、
    　前記電源モジュールは、前記コイルに生じる磁束を強める磁性体コアと、前記基板の第１主面に形成され、前記金属ポストおよび前記磁性体コアをモールドするモールド樹脂と、を備え、
    　前記ポスト接続導体の少なくとも一部は前記モールド樹脂から露出し、
    　前記プリント配線板には、前記露出するポスト接続導体に対応する表面導体が形成されており、
    　前記モールド樹脂から露出する前記ポスト接続導体と、前記プリント配線板の前記表面導体とは、導電性の接合材により接続されている、
    ことを特徴とする。
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