JP2008171965A - 超小型電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】薄型磁気誘導素子100を構成するコイル導体16a上に絶縁層17を介して配線14を形成し、この配線14に実装する半導体素子21を含む部品を固着することで、部品のサイズを制限することがなくなり、部品のコスト低減をはかることができ、超小型電力変換装置のコストを低減させることができる。
【選択図】 図1
Description
特に、平面型磁気部品として、スイッチング素子や制御回路などの半導体部品を作り込んだ半導体基板の表面上に、薄膜コイルを磁性基板とフェライト基板とで挟んだ形の平面型磁気部品(薄型インダクタ)を薄膜技術により形成したものが開示されている(例えば、特許文献1など)。
これにより、磁気素子の薄型化とその実装面積の削減が可能となった。しかし、真空プロセスでの製造でコストが高くなる。また、電流の大きい所で使用する場合などは、磁性膜と絶縁膜に関する多大な積層工程が必要であり、コストが非常に高くなるという問題があった。
この方法では、コイル導体のインダクタンスは、スパイラルの回数(ターン数)にほぼ比例するため、大きなインダクタンスを得るためには、ターン数を増やす必要がある。実装面積を増やさずにターン数を増やすと、コイル導体の断面積を小さくする必要がある。つまり、大きなインダクタンスを得るためには、コイル導体の断面積を小さく、導体線長を長くしなければならない。しかし、コイル断面積を小さく、導体線長を長くすると、コイル導体の直流抵抗が増大するため電力損失が増大してしまうという課題があった。
この特許文献3に記載されている構造は、磁性絶縁基板に貫通孔を形成し、コイル導体を形成する際、同時に半導体素子や、実装基板などと接続するための実装端子を形成し、コイルとなる磁性絶縁基板にICを実装するだけで、新たな実装基板を不要とし、超小型・薄型の電力変換装置を実現するものである。
従来の薄型磁気誘導素子300は、フェライト基板86の中央部にソレノイド状コイルが形成され、周辺部に電極82、88が形成されている。ソレノイド状コイルはフェライト基板86の第1主面と第2主面と貫通孔85に形成されるコイル導体84(接続導体も含んでいる)で出来ている。電極82は第1主面、電極88は第2主面に形成され,貫通孔83に形成される接続導体83aで互いに接続されている。
また、超小型電力変換装置ではないが、コイル導体および磁性材料からなるコイルが内部に形成され、回路部品を搭載するための外部電極が上面に形成され、当該外部電極と前記コイルとの配線を行うための配線パターンを内部に設けることにより、搭載する回路部品の配置の自由度を高めた積層基板が開示されている(例えば、特許文献4など)。
一方、半導体素子のサイズについては、特性でサイズが制限されることはもちろんであるが、機能によってサイズを大幅に低減できる場合もある。
従って、半導体素子と薄型磁気誘導素子のサイズには本来相関はないが、本構造の場合には、半導体素子を薄型磁気誘導素子に面実装することと、電極82が外周に配置されていることから、半導体素子のサイズが薄型磁気誘導素子のサイズによって制限されてしまうという問題があった。
また、電極82が外周に配置されていることから、複数の半導体素子を実装することが困難であり、薄型磁気誘導素子ひとつに対して、実装できる半導体素子はひとつという制限もあり、多機能化の妨げとなっていた。
この発明の目的は、前記の課題を解決して、薄型磁気誘導素子より小さな半導体素子を含む部品を薄型磁気誘導素子の外周部に形成された電極の位置に制約されずに薄型磁気誘導素子上の所定の位置に面実装できる超小型電力変換装置を提供することである。
また、前記配線の他端に半導体素子を含む部品を接続する構成とするとよい。
また、前記磁性絶縁基板がフェライト基板であるとよい。
この構成とすることで、薄型磁気誘導素子100のサイズや電極15aの位置に左右されることなく、半導体素子21のサイズ(チップサイズのこと)や半導体素子21の電極位置を任意に設定することができる。このため、半導体素子21のサイズの小型化が薄型磁気誘導素子100の大きさ(フェライト基板11の大きさ)に左右されずに可能となる。半導体素子21のサイズを小さくすることで、超小型電力変換装置の低コスト化を図ることができる。
まず、フェライト基板11全面に導電性を付与するために、Cr/Cuをスパッタ法で成膜し、めっきシード層31を形成する(図4)。このとき、貫通孔12a、13aの側壁へも導電性は付与されるが、必要であれば、無電解めっきなどを施しても良い。また、スパッタ法にかぎらず真空蒸着法、CVD(ケミカルベイパーデポジション)法、などを用いても良い。無電解めっきのみで形成する方法でも良い。ただし、フェライト基板11との密着性を十分得られる方法が望ましい。なお、導電性材料については導電性を持つ材料であればなんでも良い。密着性を得るための密着層として今回はCrを用いたが、Ti、W、Nb、Taなども用いることができる。また、Cuが後工程の電解めっき工程でめっきが生成されるめっきシード層31となるが、Cu以外にもNi、Auなどを用いることができる。今回は、後工程での加工の容易さも考慮し、Cr/Cuの膜構成とした。
つぎに、レジストパターン32の開口部へ電解めっきで導電層34であるCuを形成させる(図6)。このとき、貫通孔12a、13aへもCuがめっきされて、接続導体12b、13bが同時に形成される。接続導体13aによって第1主面と第2主面のコイル導体16a、16bが接続されて、ソレノイド状コイルが形成される。また、電極15a、15bも同時に形成され、接続導体12aでそれぞれが接続される。電解めっき後、レジストパターン32を除去し、その後で不要なめっきシード層31を除去することで、所望のコイル導体16a,16bと電極15a、15bが形成される(図7)。
上記工程で、薄型磁気誘導素子100を製作した。このあと、図2に示すように、スタッドバンプ22を用いた超音波接合法により半導体素子21と接続し、半導体素子21と薄型磁気誘導素子100の間をアンダーフィル樹脂23で封止し、図示しないコンデンサなど接続して超小型電力変換装置が完成する。接続方法として本実施例ではスタッドバンプ22と超音波接合を用いたが、これに限定されるものではなく、はんだ接合、導電接着材などを用いても問題はない。また、半導体素子21と薄型磁気誘導素子100の固定にはアンダーフィル樹脂23を用いたが、これは必要に応じて材料を選定すれば良く、エポキシ樹脂などの封止材などでも良い。
第2実施例では、部品として1個の半導体素子21と3個のコンデンサ41を薄型磁気誘導素子200上の絶縁層17上に形成した配線14に固着して面実装した例を示した。この部品の個数は超小型電力変換装置に付与する機能によって増減するのは勿論である。
しかし、本発明により、必要な配線14を必要な形状、位置で薄型磁気誘導素子200上に形成することができるため、部品サイズの制限もなく、実装する部品数も増加させることができる。これにより、要求機能が複雑になり、複数の部品が必要な場合でも、問題なく構造を製作することができる。
尚、第1、第2実施例において、コイルとしてソレノイド形状コイルを一例として挙げたが、本発明においては、コイル形成は関係なく、渦巻き形状(スパイラル形状)など別の形状のコイルについても適用できる。
12a 貫通孔(電極部)
12b 接続導体(電極部)
13a 貫通孔(コイル導体部)
13b 接続導体(コイル導体部)
14 配線
14a 配線部
14b パッド電極部
14c 接続電極部
14d 配線部、電極部および接続電極部における幅を等しくした場合の配線
15a 電極(第1主面)
15b 電極(第2主面)
16a コイル導体(第1主面)
16b コイル導体(第2主面)
17 絶縁層
18 保護膜
21 半導体素子
22 スタッドバンプ
23 アンダーフィル樹脂
31 めっきシード層
32、36 レジストパターン
33 開口部
34 導電層
35 導電膜
100、200 薄型磁気誘導素子
Claims (4)
- 半導体集積回路が形成された半導体基板と薄型磁気誘導素子とコンデンサを有し、前記薄型磁気誘導素子が磁性絶縁基板と該磁性絶縁基板の中央部に形成されたコイルと該磁性絶縁基板の第1主面および第2主面の外周部で貫通孔を介して電気的に接続された電極を有する超小型電力変換装置において、前記第1主面のコイル形成領域上に絶縁層を介して一端が前記電極と接続して形成された配線を有することを特徴とする超小型電力変換装置。
- 前記コイルが、前記磁性絶縁基板の第1主面に形成された第1導体と前記磁性絶縁基板の第2主面に形成された第2導体と前記磁性絶縁基板を貫通する貫通孔に形成された接続導体とをそれぞれに接続してなるソレノイド状コイルであることを特徴とする請求項1に記載の超小型電力変換装置。
- 前記配線の他端に半導体素子を含む部品を接続したことを特徴とする請求項1または2に記載の超小型電力変換装置。
- 前記磁性絶縁基板がフェライト基板であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の超小型電力変換装置。
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