WO2016203804A1

WO2016203804A1 - Ｄｃ－ｄｃコンバータ

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Publication number: WO2016203804A1
Application number: PCT/JP2016/060044
Authority: WO
Inventors: 保秀徳岡; 康平岸本; 宗丈宮下; 賢志齋藤
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2015-06-19
Filing date: 2016-03-29
Publication date: 2016-12-22
Anticipated expiration: 2017-12-19

Abstract

ＤＣ－ＤＣコンバータ（１００）は、基板（１）と、スイッチング素子（２）と、導電性支柱（３Ａ、３Ｂ）と、封止樹脂層（４）と、インダクタ（５）とを備える。基板（１）は、一方主面（Ｍ１）に第１の電極（９Ａ、９Ｂ）および第２の電極（９Ｃ、９Ｄ）が設けられている。スイッチング素子（２）は、基板（１）上に配置され、第１の電極（９Ａ、９Ｂ）と接続されている。導電性支柱（３Ａ、３Ｂ）は、基板（１）上に配置され、一端が第２の電極（９Ｃ、９Ｄ）と接続されている。封止樹脂層（４）は、基板（１）の一方主面上に、スイッチング素子（２）および導電性支柱（３Ａ、３Ｂ）を、導電性支柱（３Ａ、３Ｂ）の他端が露出した状態で封止するように設けられている。インダクタ（５）は、導電性支柱（３Ａ、３Ｂ）上に封止樹脂層（４）から露出した状態で配置され、かつ導電性支柱（３Ａ、３Ｂ）の他端と接続されている。

Description

ＤＣ－ＤＣコンバータ

　この発明は、インダクタおよびスイッチング素子などの電子部品が基板に実装されてなるＤＣ－ＤＣコンバータに関するものである。

　携帯型電子機器など、近年の電子機器は、小型化に伴いマザーボードの面積が小さくなっており、その一方で、高機能化に伴いマザーボードに実装される電子部品および電子部品モジュールの数が増加している。そのため、電子部品および電子部品モジュールは、マザーボード上における実装面積（実装時におけるマザーボード上での占有面積）を小さくすることが要求されている。

　一の直流電圧を他の直流電圧に変換するＤＣ－ＤＣコンバータは、インダクタおよびスイッチング素子などの電子部品が基板に実装されてなる電子部品モジュールの１つである。ＤＣ－ＤＣコンバータを構成するインダクタは、スイッチング素子におけるスイッチング損失を小さくし、ＤＣ－ＤＣコンバータの電力変換効率を向上させるため、発振周波数を低くすることが好ましい。その場合、インダクタの体積は大きくなり、他の電子部品より実装面積が大きくなる。したがって、インダクタおよびスイッチング素子などの電子部品を２次元的に基板に実装すると、大きな基板が必要になる。その結果、ＤＣ－ＤＣコンバータの実装面積が大きくなるという問題がある。

　ＤＣ－ＤＣコンバータの実装面積を小さくする方法の一つとして、ＤＣ－ＤＣコンバータの構成要素を、３次元的に基板に実装することが考えられる。特開２０１５－７３０１１号公報（特許文献１）にはそのようなＤＣ－ＤＣコンバータの一例が提案されている。

　図７（Ａ）は、特許文献１に記載されているＤＣ－ＤＣコンバータ２００において、封止樹脂層２０４を透視して、ＤＣ－ＤＣコンバータ２００の内部を示した透視斜視図である。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）に示したＤＣ－ＤＣコンバータ２００の、ＩＩ－ＩＩ線を含む面の矢視断面図である。

　図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ＤＣ－ＤＣコンバータ２００は、基板２０１上に、２本の導電性支柱２０３Ａ、２０３Ｂを備えている。導電性支柱２０３Ａは、水平部分２０３ＡＨと垂直部分２０３ＡＶとを含んでおり、逆Ｌ字状となっている。また、導電性支柱２０３Ｂは、水平部分２０３ＢＨと垂直部分２０３ＢＶとを含んでおり、同様に逆Ｌ字状となっている。

　この例では、基板２０１は、搭載される電子部品ごとに任意の平面形状を有する第１部分２０１Ａ、第２部分２０１Ｂ、第３部分２０１Ｃおよび第４部分２０１Ｄに分割されている。垂直部分２０３ＡＶは、第３部分２０１Ｃ上に設けられている。また、垂直部分２０３ＢＶは、第４部分２０１Ｄ上に設けられている。

　導電性支柱２０３Ａ、２０３Ｂ上には、基板２０１上に実装した場合、その占有面積が大きくなるインダクタ２０５が、水平部分２０３ＡＨ、２０３ＢＨに跨るように配置されている。インダクタ２０５は外部電極２１３Ａ、２１３Ｂを備えている。外部電極２１３Ａは、水平部分２０３ＡＨと接続されている。また、外部電極２１３Ｂは、水平部分２０３ＢＨと接続されている。

　第１部分２０１Ａ上であって、水平部分２０３ＡＨの下方領域には、例えばスイッチング素子のような電子部品２０２Ａが配置されている。また、第２部分２０１Ｂ上であって、水平部分２０３ＢＨの下方領域には、例えばコンデンサや抵抗のような電子部品２０２Ｂが配置されている。電子部品２０２Ａ、２０２Ｂは、ワイヤボンディング２１４Ａ、２１４Ｂなどにより、電子部品相互または基板２０１の周辺電極２１０と接続されている。以上のＤＣ－ＤＣコンバータ２００の構成要素は、封止樹脂層２０４によって、基板２０１上に封止されている。

　このようなＤＣ－ＤＣコンバータ２００は、基板２０１上での占有面積が大きくなるインダクタ２０５を基板２０１の上方に配置し、基板２０１上の電子部品２０２Ａ、２０２Ｂの配置の自由度を確保できる積層構造としている。そのため、ＤＣ－ＤＣコンバータ２００の小型化（実装面積の低減）が可能となるという利点を有する。

特開２０１５－７３０１１号公報

　上記のＤＣ－ＤＣコンバータ２００は、インダクタ２０５を導電性支柱２０３Ａ、２０３Ｂと接続した後、封止樹脂層２０４内に封止している。構成要素の中でも体積の大きなインダクタ２０５は、樹脂封止時に大きな流動圧力を受ける。したがって、導電性支柱２０３Ａ、２０３Ｂは、インダクタ２０５が大きな流動圧力を受けても倒れることがないように、基板２０１と強固に接合される必要がある。そのためには、垂直部分２０３ＡＶ、２０３ＢＶの断面積を大きくする必要がある（図７（Ｂ）参照）。すなわち、基板２０１上において垂直部分２０３ＡＶ、２０３ＢＶが占有する面積はいまだに大きく、ＤＣ－ＤＣコンバータ２００の実装面積の低減は不十分なものに止まっていた。

　一方、樹脂封止時に大きな流動圧力を受けないように、インダクタ２０５の体積を小さくすると、その分インダクタ２０５のインダクタンスも小さくなるため、一定の電力を伝送するためには、発振周波数を高くする必要があった。その場合、スイッチング素子におけるスイッチング損失が大きくなり、ＤＣ－ＤＣコンバータの電力変換効率が低下する虞がある。

　そこで、この発明の目的は、実装面積が小さく、かつ電力変換効率が高いＤＣ－ＤＣコンバータを提供することである。

　この発明では、実装面積が小さく、電力変換効率が高いＤＣ－ＤＣコンバータを得るため、ＤＣ－ＤＣコンバータの構成要素であるインダクタの実装形態についての改良が図られる。

　この発明に係るＤＣ－ＤＣコンバータは、基板と、スイッチング素子と、導電性支柱と、封止樹脂層と、インダクタと、を備える。基板は、一方主面に第１の電極および第２の電極が設けられている。スイッチング素子は、基板の一方主面上に配置され、第１の電極と接続されている。導電性支柱は、基板の一方主面上に配置され、一端が第２の電極と接続されている。封止樹脂層は、基板の一方主面上に、スイッチング素子および導電性支柱を導電性支柱の他端が露出した状態で封止するように設けられている。インダクタは、導電性支柱上に封止樹脂層から露出した状態で配置され、導電性支柱の他端と接続されている。

　上記のＤＣ－ＤＣコンバータでは、導電性支柱は、その他端が封止樹脂層から露出した状態で封止され、インダクタは、導電性支柱上に封止樹脂層から露出した状態で配置され、導電性支柱の他端と接続されている。すなわち、インダクタは、封止樹脂層によって周囲を囲まれて安定した状態にある導電性支柱と接続されている。この場合、インダクタは、樹脂封止時に流動圧力を受けないため、導電性支柱としては、単純な柱状の、断面積の細いものを用いることができる。すなわち、基板上における導電性支柱の占有する面積を小さくすることができる。したがって、基板を小さくすることができ、延いてはＤＣ－ＤＣコンバータのマザーボード上における実装面積を小さくすることができる。

　さらに、上記のＤＣ－ＤＣコンバータでは、インダクタが樹脂封止時に流動圧力を受けないため、インダクタの体積を小さくする必要がない。したがって、インダクタのインダクタンスが小さくならず、一定の電力を伝送する際に、発振周波数を低く抑えることができる。その結果、スイッチング素子におけるスイッチング損失が小さくなり、ＤＣ－ＤＣコンバータの電力変換効率を高くすることができる。

　この発明に係るＤＣ－ＤＣコンバータは、以下の特徴を備えることが好ましい。すなわち、スイッチング素子および導電性支柱は、出力電流をＤＣ－ＤＣコンバータの定格電流の５０％以上１００％以下とした場合、スイッチング素子と導電性支柱との間の温度差の絶対値が５℃以下となるように、基板の一方主面上に配置されている。

　ここで、ＤＣ－ＤＣコンバータの定格電流とは、スイッチング素子の許容電流およびインダクタの電気抵抗などに基づき、ＤＣ－ＤＣコンバータの定常的な出力電流として許容される最大電流ということができる。すなわち、例えば突入電流のような、始動時に流れる瞬間的な大電流の上限の規定とは異なるものである。

　ＤＣ－ＤＣコンバータに用いられることの多い電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴと略称することがある）のようなスイッチング素子は、通電時にスイッチング損失などにより発熱（自己発熱）する。そのため、ＤＣ－ＤＣコンバータの動作時のスイッチング素子の温度は、ＤＣ－ＤＣコンバータの周囲温度に上記の自己発熱が重畳したものとなる。ＤＣ－ＤＣコンバータの信頼性は、スイッチング素子の故障寿命に影響されることが多く、通電時のスイッチング素子の温度を把握し、寿命予測およびそれに伴う適切なディレーティングを行なうことは重要であると考えられる。

　しかしながら、スイッチング素子は、封止樹脂層内にあり、直接にはその温度を測定し難い。一方、上記のＤＣ－ＤＣコンバータでは、スイッチング素子および導電性支柱は、通常の動作範囲である出力電流が定格電流の５０％以上１００％以下とした場合、両者の間の温度差の絶対値が５℃以下となるように、基板の一方主面上に配置されている。したがって、導電性支柱、導電性支柱に接続されているインダクタの外部電極、または導電性支柱とインダクタの外部電極とを接続する接続部材の温度を測定することにより、実用上十分な精度で、スイッチング素子の温度を間接的に測定することができる。すなわち、例えば携帯型電子機器に組み込まれた際のＤＣ－ＤＣコンバータの寿命を精度良く予測でき、また適切なディレーティングを行なうことにより、ＤＣ－ＤＣコンバータの信頼性を向上させることができる。

　この発明に係るＤＣ－ＤＣコンバータの好ましい実施形態は、以下の特徴を備えることがさらに好ましい。すなわち、スイッチング素子および導電性支柱は、スイッチング素子と導電性支柱との間の距離が１ｍｍ以下となるように、基板の一方主面上に配置されている。

　上記のＤＣ－ＤＣコンバータでは、スイッチング素子と導電性支柱との間の距離が１ｍｍ以下となっている。したがって、スイッチング素子と導電性支柱との間の温度差の絶対値が、確実に５℃以下となる。そのため、前述の効果をさらに確実に得ることができる。

　この発明に係るＤＣ－ＤＣコンバータおよびその好ましい種々の実施形態は、以下の特徴を備えることがさらに好ましい。すなわち、導電性支柱の他端は、封止樹脂層から突出している。

　上記のＤＣ－ＤＣコンバータでは、導電性支柱の他端は、封止樹脂層から突出している。したがって、スイッチング素子の温度を間接的に測定するにあたり、インダクタの外部電極または接続部材の温度の測定に依らず、導電性支柱の温度を直接測定し易くなっている。そのため、前述の効果をさらに確実に得ることができる。また、この発明に係るＤＣ－ＤＣコンバータと同様に、マザーボード上における実装面積を小さくすることができるという効果が得られることは言うまでもない。

　この発明に係るＤＣ－ＤＣコンバータでは、基板上における導電性支柱の占有する面積を小さくすることができる。したがって、基板を小さくすることができ、ＤＣ－ＤＣコンバータのマザーボード上における実装面積を小さくすることができる。さらに、この発明に係るＤＣ－ＤＣコンバータでは、インダクタの体積を小さくする必要がないため、発振周波数を低く抑えることができる。その結果、スイッチング素子におけるスイッチング損失が小さくなり、ＤＣ－ＤＣコンバータの電力変換効率を高くすることができる。

この発明に係るＤＣ－ＤＣコンバータの第１の実施形態であるＤＣ－ＤＣコンバータ１００の上面図、およびＡ－Ａ線を含む面の矢視断面図である。図１に示したＤＣ－ＤＣコンバータ１００の回路図である。図１に示したＤＣ－ＤＣコンバータ１００における、スイッチング素子２の温度の間接的な測定方法を模式的に示した断面図である。図３に示したスイッチング素子２の温度の間接的な測定方法により得られた結果と、スイッチング素子２の温度を直に測定した結果とを比較して示したグラフである。図１に示したＤＣ－ＤＣコンバータ１００の製造方法の一例を説明するためのもので、基板準備工程、スイッチング素子および導電性支柱接続工程、封止樹脂層形成工程、およびインダクタ接続工程をそれぞれ模式的に示す断面図である。この発明に係るＤＣ－ＤＣコンバータの第２の実施形態であるＤＣ－ＤＣコンバータ１００Ａの断面図、およびＤＣ－ＤＣコンバータ１００Ａにおける、スイッチング素子２の温度の測定方法を模式的に示した断面図である。背景技術のＤＣ－ＤＣコンバータ２００の、封止樹脂層２０４を透視して内部を示した透視斜視図であり、ＩＩ－ＩＩ線を含む面の矢視断面図である。

　以下にこの発明の実施形態を示して、この発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。

　－ＤＣ－ＤＣコンバータの第１の実施形態－
　この発明に係るＤＣ－ＤＣコンバータの第１の実施形態であるＤＣ－ＤＣコンバータ１００について、図１および図２を用いて説明する。

　＜ＤＣ－ＤＣコンバータの構造＞
　図１（Ａ）は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１００の上面図である。図１（Ｂ）は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１００の、図１（Ａ）に示したＡ－Ａ線を含む面（一点鎖線により図示）の矢視断面図である。また、図２は、図１に示したＤＣ－ＤＣコンバータ１００を、チョッパ方式の降圧型ＤＣ－ＤＣコンバータとした場合の回路図の一例である。

　ＤＣ－ＤＣコンバータ１００は、基板１と、スイッチング素子２と、導電性支柱３Ａ、３Ｂと、封止樹脂層４と、インダクタ５と、を備える。

　この実施形態において、基板１は、セラミック層６と、パターン導体７およびビア導体８を含む内部導体とを有するセラミック多層基板である。セラミック層６は、例えばＢａ－Ａｌ－Ｓｉ系酸化物であるセラミック材料を含んでなる。内部導体は、例えばＣｕを用いて形成される。また、基板１の一方主面Ｍ１には、第１の電極９Ａ、９Ｂおよび第２の電極１０Ａ、１０Ｂが設けられ、他方主面Ｍ２には、第３の電極１１Ａ、１１Ｂが設けられている。なお、この実施形態では、不図示の配線により、第１の電極９Ａと第２の電極１０Ａとが同電位となるように、および第１の電極９Ｂと第２の電極１０Ｂとが同電位となるように接続されている。第１ないし第３の電極は、例えばＣｕを用いて形成される。なお、第１ないし第３の電極は、Ｃｕ層を下地とし、その表面にＮｉ、Ｓｎなどのめっき層を形成するようにしてもよい。

　なお、図１（Ｂ）では基板１の内部に点線が付されているが、これは基板１がセラミックグリーンシートを積層して焼結させたものであることを示すものであり、実際の基板１中にこのような界面があることを示すものではない。

　スイッチング素子２は、例えばＦＥＴなどが好ましく用いられる。スイッチング素子２は、基板１の一方主面Ｍ１上に配置され、その外部電極の一方１２Ａは、第１の電極の一方９Ａと接続され、外部電極の他方１２Ｂは、第１の電極の他方９Ｂと接続されている。スイッチング素子２の外部電極の１２Ａ、１２Ｂと第１の電極９Ａ、９Ｂとの接続は、例えばはんだのような第１の接続部材Ｓ１を用いて行なわれている。

　導電性支柱３Ａ、３Ｂは、同様に基板１の一方主面Ｍ１上に配置され、導電性支柱の一方３Ａの一端は、第２の電極の一方１０Ａと接続され、導電性支柱の他方３Ｂの一端は、第２の電極の他方１０Ｂと接続されている。導電性支柱３Ａ、３Ｂは、比熱が小さく、かつ熱伝導率の高い、例えばＣｕおよびＡｇのような金属材料が好ましく用いられる。なお、図１（Ａ）では、封止樹脂層４を透視して、スイッチング素子２および導電性支柱３Ａ、３Ｂを示している（点線により図示）。導電性支柱３Ａ、３Ｂと第２の電極１０Ａ、１０Ｂとの接続も、スイッチング素子２の場合と同様に、例えばはんだのような第１の接続部材Ｓ１を用いて行なわれている。

　この実施例において、スイッチング素子２および導電性支柱３Ａ、３Ｂは、スイッチング素子２と導電性支柱３Ａ、３Ｂの両方との間の距離が１ｍｍ以下となるように、基板１の一方主面Ｍ１上に配置されている。なお、導電性支柱３Ａ、３Ｂは、その少なくとも一方と、スイッチング素子２との間の距離が１ｍｍ以下となるように配置されていればよい。このことは、導電性支柱の数が３本以上の場合も同様である。

　封止樹脂層４は、基板１の一方主面Ｍ１上に、スイッチング素子２および導電性支柱３Ａ、３Ｂを、導電性支柱３Ａ、３Ｂの他端がそれぞれ露出した状態で封止するように設けられている。封止樹脂層４は、絶縁性の樹脂材料、または絶縁性の樹脂材料中にフィラーとして例えばガラス材料やシリカなどを分散させたものである。なお、フィラーを含まない、単一の絶縁性の樹脂材料であってもよい。

　インダクタ５は、いわゆるチョークコイルと呼ばれるものである。インダクタ５は、導電性支柱３Ａ、３Ｂ上に封止樹脂層４から露出した状態で配置され、その外部電極の一方１３Ａは、導電性支柱の一方３Ａの他端と接続され、外部電極の他方１３Ｂは、導電性支柱の他方３Ｂの他端と接続されている。

　なお、ＤＣ－ＤＣコンバータ１００の主要な構成要素については、以上で説明したが、それ以外の構成要素については、図２の回路図に示されている通りである。ダイオードＤは、基板１上に実装されており、スイッチング素子２および導電性支柱３Ａ、３Ｂと共に、封止樹脂層４により封止されている。コンデンサＣ１、Ｃ２は、パターン導体７の面積および材質と、セラミック層６およびビア導体８の配置とを適宜設定することにより、基板１の内部に所定の個数および配置で作り込むことができる（図１には不図示）。また、別に用意されたコンデンサＣ１、Ｃ２およびダイオードＤを基板１上に実装し、封止樹脂層４により封止するようにしてもよい。

　上記のＤＣ－ＤＣコンバータ１００では、導電性支柱３Ａ、３Ｂは、その他端が封止樹脂層４から露出した状態で封止されている。そして、インダクタ５は、導電性支柱３Ａ、３Ｂ上に封止樹脂層４から露出した状態で配置され、導電性支柱３Ａ、３Ｂの他端と接続されている。すなわち、インダクタ５は、封止樹脂層４によって周囲を囲まれて安定した状態にある導電性支柱３Ａ、３Ｂと接続されている。

　この場合、インダクタ５は、樹脂封止時に流動圧力を受けないため、導電性支柱３Ａ、３Ｂとしては、インダクタ５への流動圧力まで考慮して、断面積を大きくする必要がなくなり、単純な柱状の、断面積の細いものを用いることができる。すなわち、基板１上における導電性支柱３Ａ、３Ｂの占有する面積を小さくすることができる。その結果、マザーボード上における実装面積の小さいＤＣ－ＤＣコンバータが得られる。

　さらに、導電性支柱３Ａ、３Ｂは、封止樹脂層４によって周囲を囲まれて安定した状態にあり、接続されるインダクタ５の体積を大きくしても倒れることがない。その結果、発振周波数を低く維持できるため、スイッチング素子におけるスイッチング損失を抑えることができる。その結果、電力変換効率の高いＤＣ－ＤＣコンバータが得られる。

　＜スイッチング素子の温度測定＞
　図１に示したＤＣ－ＤＣコンバータ１００におけるスイッチング素子２の温度の間接的な測定方法について、図３および図４を用いて説明する。

　図３は、図１に示したＤＣ－ＤＣコンバータ１００における、スイッチング素子２の温度の間接的な測定方法を模式的に示した断面図である。前述のように、スイッチング素子２および導電性支柱３Ａは、両者の間の距離ｄが１ｍｍ以下となるように配置されている。また、図４は、図３の測定方法により得られた結果と、スイッチング素子２の温度を直に測定した結果とを比較して示したグラフである。なお、図４に示した温度測定には、スイッチング素子２として、前述の定格電流が１２ＡであるＤＣ－ＤＣコンバータを用いた。

　この実施形態では、図３に示すように、測定装置Ｍに接続された熱電対ＴＣの先端をインダクタ５の外部電極の一方１３Ａに当接させることにより、外部電極の一方１３Ａが接続されている導電性支柱の一方３Ａの温度を測定した。なお、温度の測定は、熱電対による接触測定に限らず、例えば放射温度計のような非接触測定でもよい。

　導電性支柱３Ａは、スイッチング素子２から封止樹脂層４や内部導体を介して伝わる熱Ｔを受けて温度が上昇する。また、スイッチング素子２の温度を直に測定するため、スイッチング素子２が露出するように、封止樹脂層４の上面に小孔を開けたサンプルを作製した。そして、露出したスイッチング素子２に熱電対の先端を当接させることにより、スイッチング素子２の温度を直に測定した。この測定により、導電性支柱３Ａの温度と、スイッチング素子２の温度との差を調べた。

　その結果を示した図４を見ると、出力電流の全域に亘って、接続部温度（インダクタ５の外部電極の一方１３Ａの温度で、実質的に導電性支柱の一方３Ａの温度）と、スイッチング素子２の温度との間の温度差の絶対値は、５℃以下となっている。特に、出力電流が６Ａから１２Ａ、すなわち出力電流をＤＣ－ＤＣコンバータの定格電流値の５０％以上１００％以下とした場合、その差はさらに小さくなっており好ましい。実際には、温度差の絶対値が５℃以下であれば、実用上十分な精度で、例えば携帯型電子機器に組み込まれた際のＤＣ－ＤＣコンバータの寿命を精度良く予測できる。また、その結果に基づいて、適切なディレーティングを行なうことにより、ＤＣ－ＤＣコンバータの信頼性を向上させることができる。

　なお、図４のグラフでは、出力電流の全域に亘って、温度差の絶対値は５℃以下となっている。一方、定格電流の異なる別のＤＣ－ＤＣコンバータのスイッチング素子２の温度測定においては、定格電流値の５０％未満では、温度差の絶対値が５℃を超える場合もあった。しかしながら、その場合でも、定格電流の５０％以上１００％以下では、温度差の絶対値は５℃以下となっていた。そのため、接続部温度とスイッチング素子２の温度との間の温度差については、定格電流の５０％以上から１００％以下で議論するものとした。また、この実験例では、前述のように熱電対ＴＣの先端をインダクタ５の外部電極の一方１３Ａに当接させて温度を測定しているが、接続部材Ｓ２に当接させて測定してもよい。

　＜ＤＣ－ＤＣコンバータの製造方法＞
　図１に示したＤＣ－ＤＣコンバータ１００の製造方法の一例について、図５を用いて説明する。

　＜基板準備工程＞
　図５（Ａ）は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１００の製造方法における、基板準備工程を模式的に示す、図１（Ｂ）の矢視断面図に相当する断面図（以下、図５（Ｂ）ないし（Ｄ）も同様）である。この実施形態における基板準備工程では、基板１を個片として準備しているが、基板１の集合体を準備してもよい。後述のインダクタ接続工程が終了してから、基板１の集合体を切断して、個片化するようにしてもよい。

　この工程では、まず、セラミック材料粉末を用いてセラミックグリーンシートを作製する。次に、セラミックグリーンシートにパターン導体７およびビア導体８となる電極パターンを、導体ペーストおよび抵抗ペーストを用いて形成する。そして、所定の経路を有する内部導体が形成されるように、電極パターンが形成されたものを含むセラミックグリーンシートを積層圧着する。さらに、第１の電極９Ａ、９Ｂおよび第２の電極１０Ａ、１０Ｂとなる電極パターンを、導体ペーストを用いて積層体の一方主面上に形成する。さらに、第３の電極１１Ａ、１１Ｂとなる電極パターンを、同様にして積層体の他方主面上に形成する。その後、積層体を焼成することにより、基板１を作製する。

　＜スイッチング素子および導電性支柱接続工程＞
　　図５（Ｂ）は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１００の製造方法における、スイッチング素子および導電性支柱接続工程を模式的に示す断面図である。なお、この工程は、前述のように基板１の集合体に対して行なってもよい。

　この工程では、スイッチング素子２の外部電極の一方１２Ａを第１の電極の一方９Ａと接続し、外部電極の他方１２Ｂを第１の電極の他方９Ｂと接続する。また、導電性支柱の一方３Ａの一端を第２の電極の一方１０Ａと接続し、導電性支柱の他方３Ｂの一端を第２の電極の他方１０Ｂと接続する。これらの接続は、基板１の一方主面Ｍ１上にある第１の電極９Ａ、９Ｂおよび第２の電極１０Ａ、１０Ｂに接続部材Ｓ１となるはんだペーストを塗布し、スイッチング素子２および導電性支柱３Ａ、３Ｂを配置した後、リフロー加熱を行なうことにより行なうことができる。また、はんだペーストの塗布は、例えばスクリーン印刷などにより行なうことができる。

　＜封止樹脂層形成工程＞
　図５（Ｃ）は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１００の製造方法における、封止樹脂層形成工程を模式的に示す断面図である。なお、この工程は、前述のように基板１の集合体に対して行なってもよい。

　この工程では、基板１の一方主面Ｍ１上に、スイッチング素子２および導電性支柱３Ａ、３Ｂを封止するように封止樹脂層４を設ける。その際、導電性支柱３Ａ、３Ｂの他端が露出した状態とする。この工程により、スイッチング素子２が封止されるのみならず、導電性支柱３Ａ、３Ｂが封止樹脂層４によって周囲を囲まれて安定した状態とされる。なお、封止樹脂層４は、最初から導電性支柱３Ａ、３Ｂの他端が露出した状態となるように形成してもよく、一旦導電性支柱３Ａ、３Ｂの他端を封止樹脂層４に埋没させた後、研削により導電性支柱３Ａ、３Ｂの他端が露出した状態となるように形成してもよい。

　＜インダクタ接続工程＞
　図５（Ｄ）は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１００の製造方法における、インダクタ接続工程を模式的に示す断面図である。なお、この工程は、前述のように基板１の集合体に対して行なってもよい。そして、この工程が終了してから、基板１の集合体を切断して、個片化するようにしてもよい。

　この工程では、インダクタ５の外部電極の一方１３Ａを導電性支柱の一方３Ａの他端と接続し、外部電極の他方１３Ｂを導電性支柱の他方３Ｂの他端と接続する。すなわち、インダクタ５は、導電性支柱３Ａ、３Ｂ上に封止樹脂層４から露出した状態で配置される。この接続は、導電性支柱の一方３Ａの他端および他方３Ｂの他端に接続部材Ｓ２となるはんだペーストを塗布し、インダクタ５を配置した後、リフロー加熱を行なうことにより行なうことができる。また、はんだペーストの塗布は、前述のように、例えばスクリーン印刷などにより行なうことができる。

　なお、前述の接続部材Ｓ１と接続部材Ｓ２とは、異なる材質であってもよく、また同一の材質であってもよい。材質が異なる場合は、接続部材Ｓ１の材質の融点が、接続部材Ｓ２の材質の融点より高い方が好ましい。その場合、インダクタ接続工程におけるリフローで、接続部材Ｓ１が再溶融する虞がない。

　以上で説明した製造方法により、この発明に係るＤＣ－ＤＣコンバータ１００を効率的に製造することができる。

　－ＤＣ－ＤＣコンバータの第２の実施形態－
　この発明に係るＤＣ－ＤＣコンバータの第２の実施形態であるＤＣ－ＤＣコンバータ１００Ａについて、図６を用いて説明する。ＤＣ－ＤＣコンバータ１００Ａは、図１に示したＤＣ－ＤＣコンバータ１００と基本的に同様の構造を有しているが、導電性支柱３Ａ、３Ｂの端部の状態に特徴がある。それ以外のＤＣ－ＤＣコンバータ１００と共通する箇所の説明については省略する。

　図６（Ａ）は、この発明に係るＤＣ－ＤＣコンバータの第２の実施形態であるＤＣ－ＤＣコンバータ１００Ａの断面図である。ＤＣ－ＤＣコンバータ１００Ａでは、導電性支柱３Ａ、３Ｂの他端は、封止樹脂層から突出している。突出距離に特に制限はない。この場合、図６（Ｂ）に示すように、スイッチング素子２の温度を間接的に測定するにあたり、第１の実施形態で説明したインダクタ５の外部電極１３Ａまたは接続部材Ｓ２の温度の測定に依らず、導電性支柱３Ａの温度を直接測定することができる。

　そのため、例えば携帯型電子機器に組み込まれた際のＤＣ－ＤＣコンバータの寿命をさらに精度良く予測できる。また、その結果に基づいて、適切なディレーティングを行なうことにより、ＤＣ－ＤＣコンバータの信頼性をさらに向上させることができる。

　なお、この発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることができる。例えば、導電性支柱の形状および数などはＤＣ－ＤＣコンバータの機構および形状に合わせて、適宜に変更することができる。上記の実施形態では、基板としてセラミック多層基板を用いて説明したが、多層基板の種類は特に限定されない。また、基板として多層基板以外のもの、例えばいわゆるガラスエポキシ基板などの樹脂複合材料を基板材料とする単層基板を用いてもよい。その他のＤＣ－ＤＣコンバータの構成要素も、ＤＣ－ＤＣコンバータの機構および形状に合わせて、適宜に変更することができる。

　なお、この明細書では、チョッパ方式の降圧型ＤＣ－ＤＣコンバータを例としてこの発明を説明しているが、同方式の昇圧型ＤＣ－ＤＣコンバータまたは昇降圧型ＤＣ－ＤＣコンバータであってもよい。また、その他の方式（例えば、絶縁型）のＤＣ－ＤＣコンバータであってもよい。

　以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、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。

　実装面積が小さく、電力変換効率が高いＤＣ－ＤＣコンバータを提供することができる。

１００　ＤＣ－ＤＣコンバータ、１　基板、２　スイッチング素子、３Ａ，３Ｂ　導電性支柱、４　封止樹脂層、５　インダクタ、６　セラミック層、７　パターン導体（内部導体）、８　ビア導体（内部導体）、９Ａ，９Ｂ　第１の電極、１０Ａ，１０Ｂ　第２の電極、１１Ａ，１１Ｂ　第３の電極、１２Ａ，１２Ｂ　スイッチング素子の外部電極、１３Ａ，１３Ｂ　インダクタの外部電極、Ｍ１　基板の一方主面、Ｍ２　基板の他方主面、Ｓ１　第１の接続部材、Ｓ２　第２の接続部材。

Claims

　一方主面に第１の電極および第２の電極が設けられた基板と、
　前記基板の一方主面上に配置され、前記第１の電極と接続されたスイッチング素子と、
　前記基板の一方主面上に配置され、一端が前記第２の電極と接続された導電性支柱と、
　封止樹脂層と、
　インダクタと、を備えたＤＣ－ＤＣコンバータであって、
　前記封止樹脂層は、前記基板の一方主面上に、前記スイッチング素子および前記導電性支柱を前記導電性支柱の他端が露出した状態で封止するように設けられており、
　前記インダクタは、前記導電性支柱上に前記封止樹脂層から露出した状態で配置され、かつ前記導電性支柱の他端と接続されている、ＤＣ－ＤＣコンバータ。
　前記スイッチング素子および前記導電性支柱は、出力電流が前記ＤＣ－ＤＣコンバータの定格電流の５０％以上１００％以下とした場合、前記スイッチング素子と前記導電性支柱との間の温度差の絶対値が５℃以下となるように、前記基板の一方主面上に配置されている、請求項１に記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。
　前記スイッチング素子および前記導電性支柱は、前記スイッチング素子と前記導電性支柱との間の距離が１ｍｍ以下となるように、前記基板の一方主面上に配置されている、請求項２に記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。
　前記導電性支柱の他端は、前記封止樹脂層から突出している、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。