(57)【要約】  ノイズ特性の良好なＤＣ−ＤＣ−コンバータモジュールの提供を図る。ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール（１）は、多層基板（５）とスイッチングＩＣ（２）とコイル（４）とを備える。多層基板（５）は上面に部品搭載電極を設け、下面に入力端子と出力端子とグランド端子（ＧＮＤ１，ＧＮＤ２）とを設けた構成である。スイッチングＩＣ（２）は、入力電極と出力電極とグランド電極とを備え、各電極を部品搭載電極に接続して基板上面に搭載され、入力される電圧をスイッチングする。コイル（４）は、多層基板（５）の内部で基板積層方向を軸に螺旋状に構成される。そして、コイル（４）は、下面側端部がスイッチングＩＣ（２）の入出力電極に接続される。
2012101858.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板積層方向の第一面に部品搭載電極を設け、前記基板積層方向の第二面に入力端子、出力端子、およびグランド端子とを設けた多層基板と、
前記部品搭載電極を介して前記入力端子に接続される入力電極と、前記部品搭載電極を介して前記出力端子に接続される出力電極と、前記部品搭載電極を介して前記グランド端子に接続されるグランド電極とを備え、入力される電圧をスイッチングして出力するスイッチングＩＣと、
前記基板積層方向を軸に螺旋状に前記多層基板の内部に設けられ、前記第一面側の端部で前記入力端子または前記出力端子に接続され、前記第二面側の端部で前記スイッチングＩＣの前記入力電極または前記出力電極に接続されるコイルと、
を備える、ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール。
【請求項２】
前記グランド端子に接続されるグランド電極で大部分が構成されたシールド層を、前記コイルの形成層と前記第一面との間に設けた、請求項１に記載のＤＣ−ＤＣコンバータモジュール。
【請求項３】
前記多層基板が磁性体層を備える、請求項１または２に記載のＤＣ−ＤＣコンバータモジュール。
【請求項４】
前記部品搭載電極に搭載されるコンデンサを備え、
前記コンデンサの第一端を前記コイルの前記第一面側の端部に接続し、前記コンデンサの第二端をグランド端子に接続した、請求項１〜３のいずれかに記載のＤＣ−ＤＣコンバータモジュール。
【請求項５】
基板積層方向の第一面にスイッチングＩＣの入力電極、出力電極、およびグランド電極とが搭載される部品搭載電極を設け、前記基板積層方向の第二面に入力端子、出力端子、グランド端子とを設け、基板内部に前記基板積層方向を軸に螺旋状にコイルを設けて構成される多層基板であって、
前記コイルの前記第一面側の端部を前記入力端子または前記出力端子に接続し、前記コイルの前記第二面側の端部を前記入力電極または前記出力電極が接続される部品搭載電極に接続した、多層基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータを多層基板に設けてモジュール化したＤＣ−ＤＣコンバータモジュール、および多層基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯機器等の電源回路では、リニアレギュレータ方式やスイッチングレギュレータ方式の超小型のレギュレータモジュールが利用される。リニアレギュレータ方式のモジュールでは電圧変動成分を全て熱に変換させるため電圧の変換効率が低く、スイッチングレギュレータ方式のモジュールではスイッチングノイズなどによりノイズ特性が劣る。そのため、電圧変換効率が高くノイズ特性に優れるＤＣ−ＤＣコンバータを小型化し、携帯機器等の電源回路に利用可能にすることが期待されている。【０００３】
ＤＣ−ＤＣコンバータの小型化を目的として、磁性体を内包する多層基板にＤＣ−ＤＣコンバータが構成されることがある（例えば特許文献１，２参照。）。
図１はＤＣ−ＤＣコンバータモジュールの従来構成を説明する図である。ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１０１は磁性体基板１０２、スイッチングＩＣ１０３、およびコンデンサ部品１０４を備える。磁性体基板１０２の下面には入出力端子（不図示）およびグランド端子ＧＮＤが形成され、上面にはスイッチングＩＣ１０３およびコンデンサ部品１０４が搭載され、基板内部にはコイル１０６が設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−４２５３８号公報
【特許文献２】特許第４３２５７４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来構成のＤＣ−ＤＣコンバータモジュールでは、当該モジュールが実装される基板におけるグランド電位と接続されるグランド端子と、当該モジュールに搭載されるスイッチングＩＣとの間の配線部も磁性体基板を通過するため、その配線のインピーダンスが高くなり、スイッチングＩＣのグランドポートの電位が実際のグランド電位から浮き上がり易かった。
その上、のこぎり状やパルス状の電流が流れるコイル−スイッチングＩＣ間の配線部がスイッチングＩＣのグランドポートに近接するため、両者がカップリングしてノイズが伝わり、グランドポートの電位が大きく変動してコンバータ出力のノイズレベルが非常に大きくなることがあった。
そこで本発明の目的は、従来よりもノイズ特性が良好なＤＣ−ＤＣ−コンバータモジュール、および、そのようなＤＣ−ＤＣ−コンバータモジュールに利用する多層基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のＤＣ−ＤＣコンバータモジュールは、多層基板とスイッチングＩＣとコイルとを備える。多層基板は、基板積層方向の第一面に部品搭載電極を設け、基板積層方向の第二面に入力端子、出力端子、およびグランド端子を設けた構成である。スイッチングＩＣは部品搭載電極を介して入力端子、出力端子にそれぞれ接続される入力電極、出力電極と、部品搭載電極を介してグランド端子に接続されるグランド電極とを備え、入力される電圧をスイッチングして出力する。コイルは、基板積層方向を軸に螺旋状に多層基板の内部に設けられ、第一面側の端部で入力端子または出力端子に接続され、第二面側の端部でスイッチングＩＣの入力電極または出力電極に接続される。【０００７】
この構成では、スイッチングＩＣの入力電極または出力電極にコイルの第二面側の端部が接続されるため、コイル−スイッチングＩＣ間の配線部が多層基板の第二面側でグランド端子に接近し、両者の間が直接カップリングするようになる。これにより、ノイズに対して共通インピーダンスとして作用するスイッチングＩＣ−グランド端子間の配線インピーダンスの影響が抑制されてその配線部を伝わるノイズレベルが低下し、コンバータ出力のノイズレベルを抑制することができる。【０００８】
上述のＤＣ−ＤＣコンバータモジュールにおいて、グランド端子に接続されるグランド電極で大部分が構成されたシールド層を、コイルの形成層と第一面との間に設ければ、コンバータ出力のノイズレベルを更に抑制することができる。【０００９】
上述のＤＣ−ＤＣコンバータモジュールにおいて、多層基板が磁性体層を備えれば、コイルサイズおよびモジュールサイズを低減できる。その場合、スイッチングＩＣ−グランド端子間の配線インピーダンスも大きくなるため、共通インピーダンスの影響を抑制することによるノイズ改善の効果がより大きなものになる。【００１０】
上述のＤＣ−ＤＣコンバータモジュールにおいて、部品搭載電極に搭載されるコンデンサを備え、コンデンサの第一端をコイルの第一面側の端部に接続し、コンデンサの第二端をグランド端子に接続してもよい。【００１１】
また本発明の多層基板は、基板積層方向の第一面にスイッチングＩＣの入力電極、出力電極、グランド電極とが搭載される部品搭載電極を設け、基板積層方向の第二面に入力端子、出力端子、グランド端子とを設け、基板内部に基板積層方向を軸に螺旋状にコイルを設けて構成される。そして、コイルの第二面側の端部を、スイッチングＩＣの入力電極または出力電極に接続される部品搭載電極に接続して構成される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、スイッチングＩＣの入力電極または出力電極とコイルの第二面側の端部とを接続するため、コイル−スイッチングＩＣ間の配線部が多層基板の第二面のグランド端子に接近し、両者の間に直接カップリングが生じるようになる。これにより、ノイズに対して共通インピーダンスとして作用するスイッチングＩＣ−グランド端子間の配線インピーダンスの影響が抑制されてその配線部を伝わるノイズレベルが低下し、コンバータ出力のノイズレベルを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来構成のＤＣ−ＤＣコンバータモジュールの断面模式図である。
【図２Ａ】第１の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータモジュールの回路図である。
【図２Ｂ】第１の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータモジュールの上面図である。
【図２Ｃ】第１の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータモジュールの模式断面図である。
【図２Ｄ】比較試験を基にノイズ特性を説明する図である。
【図３Ａ】第２の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータモジュールの模式断面図である。
【図３Ｂ】比較試験を基にノイズ特性を説明する図である。
【図４】第３の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータモジュールの模式断面図である。
【図５】第４の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータモジュールの模式断面図である。
【図６】第５の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータモジュールの模式断面図である。
【図７】第６の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータモジュールの模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
《第１の実施形態》
図２Ａは、第１の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１の回路図である。
ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１は、回路素子としてスイッチングＩＣ２、コンデンサ３、およびコイル４を備え、外部接続端子として入力端子ＩＮ、出力端子ＯＵＴ、およびグランド端子ＧＮＤ１，ＧＮＤ２を備える。
【００１５】
スイッチングＩＣ２の入力電極には入力端子ＩＮが接続され、スイッチングＩＣ２のグランド電極にはグランド端子ＧＮＤ１が接続され、スイッチングＩＣ２の出力電極には出力端子ＯＵＴが接続される。そして、スイッチングＩＣ２は入力電極に入力される電圧をスイッチングして出力電極から出力する。
【００１６】
コイル４はスイッチングＩＣ２の出力電極と出力端子ＯＵＴとの間に直列に接続される。コンデンサ３は第一端がコイル４と出力端子ＯＵＴとの間に接続され、第二端がグランド端子ＧＮＤ２に接続される。これらコイル４およびコンデンサ３は、スイッチングＩＣ２の出力を平滑して出力端子ＯＵＴから出力する。
【００１７】
図２ＢはＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１の上面図である。
ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１は多層基板５を備える。多層基板５は図２Ｂの紙面に垂直な方向を基板積層方向として複数の磁性体層を積層したものである。各磁性体層は、例えば高透磁率のフェライト（Ｎｉ−Ｚｉ−ＣｕフェライトまたはＮｉ−Ｚｎフェライト等）から構成されるシートである。
【００１８】
多層基板５の上面には複数の部品搭載電極７Ａ〜７Ｅを形成する。また多層基板５の下面には、前述の入力端子ＩＮ、出力端子ＯＵＴ、およびグランド端子ＧＮＤ１，ＧＮＤ２を形成する。したがって、多層基板５の上面が特許請求の範囲に記載の「第一面」に相当し、多層基板５の下面が特許請求の範囲に記載の「第二面」に相当することになる。なお、部品搭載電極７Ａは入力端子ＩＮに、部品搭載電極７Ｂはグランド端子ＧＮＤ２に、部品搭載電極７Ｃはグランド端子ＧＮＤ１に、部品搭載電極７Ｅは出力端子ＯＵＴに、それぞれ接続する。
また、スイッチングＩＣ２は、底面に複数のグランド電極Ｇｎｄ、入力電極Ｖｉｎ、および出力電極Ｖｏｕｔを設け、多層基板５の上面に搭載する。複数のグランド電極Ｇｎｄは部品搭載電極７Ｂ，７Ｃに、入力電極Ｖｉｎは部品搭載電極７Ａに、出力電極Ｖｏｕｔは部品搭載電極７Ｄにそれぞれ接続する。
また、コンデンサ３は両端に接続電極Ｖ１．Ｖ２を備え、接続電極Ｖ１を部品搭載電極７Ｅに接続し、接続電極Ｖ２を部品搭載電極７Ｂに接続して多層基板５の上面に搭載する。
【００１９】
図２ＣはＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１の模式断面図である。なお、同図はモジュールの断面構成の理解を容易化するため、各部の位置関係を部分的に図２Ｂと異ならせている。
多層基板５の内部には、各フェライトシートの上面に形成されたＡｇ等からなる電極パターンと、各フェライトシートを貫通して形成されたビア電極とを設け、それらにより、うずまき状の電極パターンをビア電極で螺旋状に接続してなるコイル４と、各素子や各端子を接続する配線部５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄと、シールド層６と、を形成している。
【００２０】
配線部５Ａは、グランド端子ＧＮＤ１とスイッチングＩＣ２のグランド電極Ｇｎｄとの間に配線される。配線部５ＢはスイッチングＩＣ２の出力電極Ｖｏｕｔとコイル４の下面側端部との間に配線される。配線部５Ｃはコイル４の上面側端部とコンデンサ３の接続電極Ｖ１との間に配線される。配線部５Ｄはコンデンサ３の接続電極Ｖ２とグランド端子ＧＮＤ２との間に配線される。シールド層６は、多層基板５におけるコイル４の形成層よりも上面側、則ち、第一面側に、配線部５Ａ、５Ｄに導通させて設けられる。
【００２１】
ここで配線部５Ｂは、スイッチングＩＣ２の出力電極から、コイル４のコイル面を通過して多層基板５の下面付近まで引き出され、そこでコイル４の下面側端部に接続される。これにより、配線部５Ｂの下側端部がグランド端子ＧＮＤ１に近接する位置まで引き出され、配線部５Ｂとグランド端子ＧＮＤ１とが直接カップリングすることになる。すると、ノイズに対する共通インピーダンスとして作用する配線部５Ａの配線インピーダンスの影響を抑制でき、配線部５Ａに伝わるノイズを抑制してＤＣ-ＤＣコンバータモジュール１のノイズ特性を改善できる。
【００２２】
図２Ｄは、ＤＣ-ＤＣコンバータモジュール１によるノイズ特性の改善効果について、比較試験を基に説明する図である。比較試験では、コイルの上面側端部と下面側端部との接続先を本実施形態と入れ替えた構成を比較対象とし、各構成の負荷電流とリップル電圧との関係を測定した。図中の横軸は負荷電流を示し縦軸はリップル電圧を示す。また、図中の実線が本実施形態を示し点線が比較構成を示す。
【００２３】
比較試験によれば、本実施形態は横軸全域に亘って従来構成よりもリップル電圧が低く、ノイズ特性に優れることが確認できた。特に、従来構成では負荷電流が大きいほどリップル電圧が増大してしまう傾向が視られたが、本実施形態ではこのようなリップル電圧の増大がほとんど視られず、低いノイズレベルで安定したノイズ特性が得られた。
【００２４】
《第２の実施形態》
図３Ａは、第２の実施形態に係るＤＣ-ＤＣコンバータモジュール１１の模式断面図である。本実施形態のＤＣ-ＤＣコンバータモジュール１１は、シールド層１６を、多層基板１５におけるコイル４の形成層よりも下面側、則ち第二面側に設ける点で第１の実施形態とは相違する。
【００２５】
図３Ｂは、ＤＣ-ＤＣコンバータモジュール１１によるノイズ特性の改善効果について、比較試験を基に説明する図である。比較試験では、本実施形態との負荷電流とリップル電圧との関係を測定し、先の図２Ｃに示した比較構成での負荷電流とリップル電圧との関係と比較した。図中の横軸は負荷電流を示し縦軸はリップル電圧を示す。また、図中の実線が本実施形態を点線が比較構成を示す。
【００２６】
比較試験によれば、本実施形態も横軸全域に亘って従来構成よりもリップル電圧が低く、ノイズ特性に優れることが確認できた。ただし、第１の実施形態のノイズ特性とは異なり、本実施形態では従来構成と同様に負荷電流が大きいほどリップル電圧が増大してしまう傾向が視られた。したがって、シールド層は、第１の実施形態のようにコイルの形成層よりも第一面側に配置するほうが、低いノイズレベルで安定したノイズ特性を得るためには好適であるといえる。
【００２７】
《第３の実施形態》
図４は、第３の実施形態に係るＤＣ-ＤＣコンバータモジュール２１の模式断面図である。本実施形態のＤＣ-ＤＣコンバータモジュール２１は、シールド層を省いて多層基板２５を構成する点で第１の実施形態とは相違する。このような構成でもノイズに対する共通インピーダンスとして作用する配線部５Ａの配線インピーダンスの影響を抑制でき、配線部５Ａに伝わるノイズを抑制してＤＣ-ＤＣコンバータモジュール２１のノイズ特性を改善できる。
【００２８】
《第４の実施形態》
図５は、第４の実施形態に係るＤＣ-ＤＣコンバータモジュール３１を実装基板３２に実装した状態を示す模式断面図である。本実施形態のＤＣ-ＤＣコンバータモジュール３１は、多層基板３５とは別にコンデンサ３３を設ける点で第１の実施形態とは相違する。
【００２９】
実装基板３２は、ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール３１とコンデンサ３３とを実装する。ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール３１は、スイッチングＩＣ２、コイル４、および多層基板３５を備える。多層基板３５は基板内部にコイル４および配線部５Ａ，５Ｂ，３５Ｃを備え、下面に入力端子ＩＮ（不図示）、出力端子ＯＵＴ、およびグランド端子ＧＮＤ１を備える。配線部３５Ｃはコイル４と出力端子ＯＵＴとの間に配線され、出力端子ＯＵＴは後段回路に接続されるとともにコンデンサ３３の第一端に接続される。なおコンデンサ３３の第二端はグランド電位に接続される。このような構成でもノイズに対する共通インピーダンスとして作用する配線部５Ａの配線インピーダンスの影響を抑制でき、配線部５Ａに伝わるノイズを抑制してＤＣ-ＤＣコンバータモジュール３１のノイズ特性を改善できる。
【００３０】
《第５の実施形態》
図６は、第５の実施形態に係るＤＣ-ＤＣコンバータモジュール４１の模式断面図である。本実施形態のＤＣ-ＤＣコンバータモジュール４１は、多層基板４５の内部に設けるコイル４４の配置と、配線部の形状とが第４の実施形態と相違する。
【００３１】
ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール４１は多層基板４５を備える。多層基板４５は基板内部にコイル４４、および配線部５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃを備える。コイル４４は、スイッチングＩＣ２の出力電極の鉛直下方から外れて配置される。配線部４５ＢはスイッチングＩＣ２の出力電極から鉛直下方にビア電極で引き出され、コイル４４のコイル面から外れた位置を通過し、ビア電極の先端とコイル４４の下面側端部とを電極パターンで接続する構成である。このような構成では、従来構成のように配線部４５Ｂ，４５Ｃとコイル４４との接続端が入れ替わる場合よりも配線長さが延長されるが、それでも、配線部５Ａの配線インピーダンスの影響を抑制でき、配線部５Ａに伝わるノイズを抑制してＤＣ-ＤＣコンバータモジュール４１のノイズ特性を改善できる。
【００３２】
《第６の実施形態》
図７は、第６の実施形態に係るＤＣ-ＤＣコンバータモジュール５１の模式断面図である。本実施形態のＤＣ-ＤＣコンバータモジュール５１は、多層基板５５の上面にコンデンサ５３を設け、コイル５４とコンデンサ５３とグランド端子ＧＮＤ２とを接続する配線部５５Ｃ，５５Ｄを設ける点で第５の実施形態と相違する。
この実施形態でも、ノイズに対する共通インピーダンスとして作用する配線部５Ａの配線インピーダンスの影響を抑制でき、配線部５Ａに伝わるノイズを抑制してＤＣ-ＤＣコンバータモジュール５１のノイズ特性を改善できる。
【００３３】
以上の各実施形態に示したように本発明は実施できるが、上述したＤＣ-ＤＣコンバータモジュールの具体的構成は特許請求の範囲の記載の範囲で適宜変更が可能である。本発明による作用及び効果は、上述の実施形態に限定されるものではなく、多様な構成から得られる。
【００３４】
例えば、上述した各実施形態では、コンデンサを多層基板や実装基板に搭載する部品としたが、コンデンサを多層基板内部の配線パターンで構成するようにしてもよい。
また、多層基板を磁性体層の積層構造としたが、多層基板を誘電体層のみで構成したり、誘電体層と磁性体層との積層構造としてもよい。
また、図２Ａに示した回路構成の他にも多様な回路構成で本発明は実施でき、コイルがスイッチングＩＣの入力電極側に接続される回路構成や、複数のコイルやコンデンサを設ける回路構成であってもよい。
少なくとも、コイル−スイッチングＩＣ間の配線部が、グランド端子が形成される第二面側でコイルに接続されることで、本発明は好適に実施できる。
【符号の説明】
【００３５】
ＩＮ…入力端子
ＯＵＴ…出力端子
ＧＮＤ１，ＧＮＤ２…グランド端子
１，１１，２１，３１，４１，５１…ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール
２…スイッチングＩＣ
３…コンデンサ
４…コイル
５…多層基板
５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ…配線部
６…シールド層
７Ａ〜７Ｄ…部品搭載電極
【図１】
2012101858.tif 000003
【図２Ａ】
2012101858.tif 000004
【図２Ｂ】
2012101858.tif 000005
【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
2012101858.tif 000008
【図３Ｂ】
2012101858.tif 000009
【図４】
2012101858.tif 000010
【図５】
2012101858.tif 000011
【図６】
2012101858.tif 000012
【図７】
2012101858.tif 000013
【国際調査報告】
2012101858.tif 000014
2012101858.tif 000015
2012101858.tif 000016
2012101858.tif 000017