(57)【要約】 【課題】  大きな出力電力を有するＤＣ−ＤＣコンバータなどの電源回路を構成することが可能で、かつ、小型化が可能な電気複合部品を提供すること。【解決手段】  電気配線が形成されたフレキシブル基板１と、フレキシブル基板１の上面に設置された２つの固体電解コンデンサ素子４と、フレキシブル基板１の裏面の固体電解コンデンサ素子４が設置されていない部分に設置されたインダクタ素子２とを有し、固体電解コンデンサ素子４の陽極電極と陰極導体層は電気配線に導電性接着剤で接続固定され、フレキシブル基板１を折り曲げることにより固体電解コンデンサ素子４の上部にインダクタ素子２が重ねられ、電気配線が形成されたフレキシブル基板１の表面の一部である接続端子面６を外部に露出させて固体電解コンデンサ素子４とインダクタ素子２を一体として外装樹脂５により樹脂モールドして形成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気配線が形成されたフレキシブル基板と、該フレキシブル基板の少なくとも一つの面上に設置された少なくとも１つの固体電解コンデンサ素子と、前記フレキシブル基板上の前記固体電解コンデンサ素子が設置されていない部分に設置された少なくとも１つのインダクタ素子とを有し、前記固体電解コンデンサ素子は弁作用を有する金属からなる陽極体と該陽極体の拡面化された表面に形成された誘電体層と該誘電体層の表面に形成された固体電解質層と該固体電解質層の表面に形成された陰極導電体層と前記陽極体に接続された陽極電極とを有し、前記フレキシブル基板を折り曲げることにより前記固体電解コンデンサ素子の少なくとも１つと前記インダクタ素子の少なくとも１つが重ねられ、前記電気配線が形成された前記プリント基板の表面の一部を外部に露出させて前記固体電解コンデンサ素子と前記インダクタ素子を一体として樹脂モールドしたことを特徴とする電気複合部品。
【請求項２】
前記陽極電極と前記陰極導体層は前記電気配線に導電性接着剤で接続固定されていることを特徴とする請求項１に記載の電気複合部品。
【請求項３】
前記固体電解コンデンサ素子は前記陰極導体層に接続された陰極電極を有し、該陰極電極と前記陽極電極は前記電気配線に導電性接着剤または半田により接続固定されていることを特徴とする請求項１に記載の電気複合部品。
【請求項４】
前記フレキシブル基板上に半導体素子が設置され、該半導体素子と前記固体電解コンデンサ素子と前記インダクタ素子と前記電気配線とによりＤＣ−ＤＣコンバータ回路が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気複合部品。
【請求項５】
前記弁作用を有する金属はアルミニウムまたはタンタルであり、前記固体電解質層は導電性高分子層であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気複合部品。
【請求項６】
前記インダクタ素子は、絶縁層で被覆された導線の巻線を磁性体粉末を分散させた樹脂でモールドして形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電気複合部品。
【請求項７】
前記インダクタ素子は、前記フレキシブル基板上に前記電気配線と同一の材料で形成された巻線パターンと、該巻線パターンの上方または下方の少なくとも一方に設置された板状のフェライトまたは金属磁性体、またはスパッタリングまたは蒸着により形成された磁性薄膜からなること特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電気複合部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯型の電気機器などに使用する小型の電気複合部品に関し、特に小型のＤＣ−ＤＣコンバータを実現するのに適した電気複合部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話などの通信機器や携帯型ゲーム機器、ＡＶ機器等の携帯型の電気機器の小型化の進展により、さらなる回路の小型化を目的として、複数の電気部品、すなわち、半導体チップ、インダクタ、コンデンサ、抵抗などからなる回路を１つの部品として一体形成した電気複合部品の提案がなされている。このような電気複合部品は、携帯型機器などの高機能化、高性能化の要求に伴い、プリント基板上に実装する実装点数の削減、実装面積の低減などの観点から開発が進んでいる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、フレキシブル基板上にコイル導体や薄膜コンデンサ、半導体チップを設置してフレキシブル基板を折り曲げて小型化した電気複合部品が示されている。特許文献１では、フレキシブル基板上に磁気誘導素子のコイル導体を実装し、フレキシブル基板を折り曲げてコイル導体を半導体チップの背面に重ねて配置することにより小型化した電気複合部品が得られ、さらに配線や電極端子分の面積が不要となるためコイル面積の拡大によりインダクタンスが１．５倍向上することなどが記載されている。また、小型電力変換装置において、フレキシブル基板に部品を実装して折り曲げる構成を取ることにより、個別に部品を並べた場合に比べ、実装体積を低減できることが記載されている。さらに、コイル導体を２つ重ねることで導体の断面積を大きくして熱抵抗損失を低減し、電力変換効率を高めることができ、発熱を抑制することが可能となることが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３４０７５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の方法においては、電気複合部品によりＤＣ−ＤＣコンバータを構成した場合、コンデンサとして強誘電体層などの薄膜の積層による薄膜コンデンサを用いているため、十分な静電容量が得られず大きな出力電力を得ることができない。一方、大きな出力電力のＤＣ−ＤＣコンバータなどの電源回路を得るためには薄膜コンデンサの面積を大きくする必要があるため小型化には限界が生じてしまうという問題がある。一般に、携帯機器のＤＣ−ＤＣコンバータに必要とされる出力電圧範囲は０．５Ｖから５Ｖであり、最大出力電流は１Ａ以内である。このレベルの出力電力を実現するためにはＤＣ−ＤＣコンバータ回路の入出力コンデンサとして数μＦオーダーの静電容量が必要であり、この静電容量を携帯機器に実装するために必要とされる数ｍｍ2のレベルの面積で実現するのは薄膜コンデンサでは困難である。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、大きな出力電力を有するＤＣ−ＤＣコンバータなどの電源回路を構成することが可能で、かつ、小型化が可能な電気複合部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明による電気複合部品は、電気配線が形成されたフレキシブル基板と、該フレキシブル基板の少なくとも一つの面上に設置された少なくとも１つの固体電解コンデンサ素子と、前記フレキシブル基板上の前記固体電解コンデンサ素子が設置されていない部分に設置された少なくとも１つのインダクタ素子とを有し、前記固体電解コンデンサ素子は弁作用を有する金属からなる陽極体と該陽極体の拡面化された表面に形成された誘電体層と該誘電体層の表面に形成された固体電解質層と該固体電解質層の表面に形成された陰極導電体層と前記陽極体に接続された陽極電極とを有し、前記フレキシブル基板を折り曲げることにより前記固体電解コンデンサ素子の少なくとも１つと前記インダクタ素子の少なくとも１つが重ねられ、前記電気配線が形成された前記プリント基板の表面の一部を外部に露出させて前記固体電解コンデンサ素子と前記インダクタ素子を一体として樹脂モールドしたことを特徴とする。
【０００８】
ここで、前記陽極電極と前記陰極導体層は前記電気配線に導電性接着剤で接続固定されていてもよく、または、前記固体電解コンデンサ素子は前記陰極導体層に接続された陰極電極を有し、該陰極電極と前記陽極電極は前記電気配線に導電性接着剤または半田により接続固定されていてもよい。
【０００９】
また、前記フレキシブル基板上に半導体素子が設置され、該半導体素子と前記固体電解コンデンサ素子と前記インダクタ素子と前記電気配線とによりＤＣ−ＤＣコンバータ回路が形成されてもよい。
【００１０】
この場合、前記弁作用を有する金属はアルミニウムまたはタンタルであり、前記固体電解質層は導電性高分子層であることが望ましい。
【００１１】
また、前記インダクタ素子は、絶縁層で被覆された導線の巻線を磁性体粉末を分散させた樹脂でモールドして形成されていてもよく、または、前記インダクタ素子は、前記フレキシブル基板上に前記電気配線と同一の材料で形成された巻線パターンと、該巻線パターンの上方または下方の少なくとも一方に設置された板状のフェライトまたは金属磁性体、またはスパッタリングまたは蒸着により形成された磁性薄膜から形成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明においては上記のように、フレキシブル基板上に固体電解コンデンサのパッケージ前の形態である固体電解コンデンサ素子を導電性接着剤または半田により接続固定し、さらにインダクタ素子や半導体素子などを半田固定などにより実装し、そのフレキシブル基板を折り曲げて小型形態とした後、固体電解コンデンサ素子を含めて全体を樹脂モールドして固化することにより信頼性を確保した複合電気部品とするものである。これにより、出力電力の大きなＤＣ−ＤＣコンバータに必要とされる大きな静電容量が得られ、かつ、低背化や小型化も達成される。
【００１３】
以上のように、本発明の電気複合部品により、大きな出力電力を有するＤＣ−ＤＣコンバータなどの電源回路を構成することが可能で、かつ、小型化が可能な電気複合部品が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明による電気複合部品の一実施の形態を示す透視側面図である。図１において、本実施の形態の電気複合部品は、電気配線が形成されたフレキシブル基板１と、フレキシブル基板１の上面に設置された２つの固体電解コンデンサ素子４と、フレキシブル基板１の裏面の固体電解コンデンサ素子４が設置されていない部分に設置された１つのインダクタ素子２とを有し、フレキシブル基板１を折り曲げることにより固体電解コンデンサ素子４の上部にインダクタ素子２が重ねられ、電気配線が形成されたフレキシブル基板１の表面の一部である接続端子面６を外部に露出させて固体電解コンデンサ素子４とインダクタ素子２を一体として外装樹脂５により樹脂モールドして形成されている。図１は外装樹脂５を透視して見た側面図である。
【００１６】
また、本実施の形態においては、フレキシブル基板１上のインダクタ素子２が設置された部分の近傍に半導体素子３が設置され、半導体素子３と固体電解コンデンサ素子４とインダクタ素子２と電気配線とによりＤＣ−ＤＣコンバータ回路が形成されている。
【００１７】
図２は、本実施の形態においてフレキシブル基板１を折り曲げる前の状態を示す上面図であり、フレキシブル基板１の上面に設置された固体電解コンデンサ素子４と、フレキシブル基板１の中心線である折り曲げライン（ａ）−（ｂ）を挟んで反対側の裏面に設置されたインダクタ素子２と半導体素子３の配置を示す。
【００１８】
図３は、図２のＡ−Ａ断面図の一例を示す図であり、本実施の形態に用いる固体電解コンデンサ素子４の断面構造の一例、およびそのフレキシブル基板１への接続固定の一例を示す図である。図２において、固体電解コンデンサ素子４は、弁作用を有する金属からなる陽極体１０と陽極体１０の拡面化された表面に形成された誘電体層１１と誘電体層１１の表面に形成された固体電解質層１２と固体電解質層１２の表面に形成された陰極導電体層と陽極体１０に接続された陽極電極１５とを有し、陽極電極１５と陰極導体層はフレキシブル基板１上に形成された電気配線１８に導電性接着剤１７で接続固定されている。
【００１９】
より詳細には、陽極体１０は表面を拡面化した板状又は箔状のアルミニウムから成り、誘電体層１１は陽極体１０の表面に形成された陽極体１０の酸化皮膜から成り、また、誘電体層１１の表面を陽極部と陰極部とに分離する絶縁部９を有し、固体電解質層１２は導電性高分子層であり、陰極導電体層はグラファイト層１３と銀ペースト層１４とを積層塗布して形成されている。
【００２０】
図４は、図２のＢ−Ｂ断面図の一例を示す図であり、本実施の形態に用いるインダクタ素子２の断面構造の一例、およびインダクタ素子２と半導体素子３のフレキシブル基板１への接続固定の一例を示す図である。図４において、インダクタ素子２は、絶縁層２１で被覆された導線２０の巻線を磁性体粉末を分散させた樹脂２２でモールドして形成されている。また、インダクタ素子２および半導体素子３はフレキシブル基板１の電気配線１８に半田固定されている。
【実施例】
【００２１】
以下、本実施の形態の電気複合部品の具体的な実施例を説明する。フレキシブル基板１は厚さ２５μｍのポリイミドを基材とし、電気配線１８を構成する銅箔の厚みが３５μｍのプリント基板を用いた。半導体素子３としては、ＤＣ−ＤＣコンバータ用のスイッチング周波数が３ＭＨｚのスイッチング素子などが内蔵されているものを使用した。インダクタ素子２の導線２０としては、外径０．１２ｍｍのものを用いた。この導線のアルファ巻きにより巻線を形成し、この巻線を金属磁性体粉末を分散させた樹脂２２によりモールドして目的とするインダクタンス０．８μＨを得た。直流抵抗は０．０９Ωであった。
【００２２】
次に、半導体素子３とインダクタ素子２を図２に示した配置でフレキシブル基板１上に半田リフローにて実装した。また、固体電解コンデンサ素子４としては、入力用平滑コンデンサとして定格電圧６．３Ｖ、静電容量４．７μＦのものを、出力用平滑コンデンサとして定格電圧２．５Ｖ、静電容量１０．０μＦのものをそれぞれ用い、これら２つの固体電解コンデンサ素子を図２に示した配置で導電性接着剤として銀ペーストを用い電気配線上に接着し実装した。半導体素子３、インダクタ素子２、および固体電解コンデンサ素子４を実装した基板を図２の折り曲げライン(ａ)−(ｂ)で常温にて山折した。その後、接着剤を用いて折り曲げられたフレキシブル基板１を固体電解コンデンサ素子４に固着し、その固着した複合部品を外装樹脂でモールドし、大きな出力電力を有するＤＣ−ＤＣコンバータとしての機能を有する電気複合部品を得た。このＤＣ−ＤＣコンバータは面積が４ｍｍ×４ｍｍで、高さ１ｍｍであり、入力電圧範囲が２．７Ｖから５．５Ｖ、出力電圧が１．８Ｖ、最大出力電流が６００ｍＡである。このＤＣ−ＤＣコンバータでは、これらの部品を通常のプリント基板上に個別に配置した場合に比べ、実装面積を１/２に低減することができた。
【００２３】
また、他の実施例として、インダクタ素子として、フレキシブル基板上に電気配線と同一の材料で電気配線の形成と同時に巻線パターンを形成しておき、板状のフェライトをその巻線パターンの上面とフレキシブル基板を挟んだ下面に設置したものを用い、他の部分は上記の実施例と同様の方法で構成し電気複合部品を得た。この場合、インダクタ素子のインダクタンスは１．０μＨ、直流抵抗は０．１５Ωであり、同様に大きな出力電力を有するＤＣ−ＤＣコンバータとしての機能を有する電気複合部品を得た。この場合、フェライトの代わりに金属磁性体を用いてもよく、また、板状のフェライトの代わりにスパッタリング等により形成された磁性体薄膜を用いても同様の効果が得られる。
【００２４】
さらに、固体電解コンデンサ素子の陽極体としてアルミニウム以外にタンタルも同様に使用可能であり、同様の効果が得られる。
【００２５】
なお、本発明は、上記の実施の形態および実施例に限定されるものではないことはいうまでもなく、電気複合部品が目的とする回路機能に応じて設計変更可能である。例えば、大きな容量を必要とするＤＣ−ＤＣコンバータ以外の回路を構成することも可能であり、また、フレキシブル基板に設置する電気部品の種類や数量、フレキシブル基板の折り曲げの回数なども用途や目的に合わせて設計することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明による電気複合部品の一実施の形態を示す透視側面図。
【図２】本実施の形態においてフレキシブル基板を折り曲げる前の状態を示す上面図。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図の一例を示す図であり、本実施の形態に用いる固体電解コンデンサ素子の断面構造の一例、およびそのフレキシブル基板への接続固定の一例を示す図。
【図４】図２のＢ−Ｂ断面図の一例を示す図であり、本実施の形態に用いるインダクタ素子の断面構造の一例、およびインダクタ素子と半導体素子のフレキシブル基板への接続固定の一例を示す図。
【符号の説明】
【００２７】
１    フレキシブル基板
２    インダクタ素子
３    半導体素子
４    固体電解コンデンサ素子
５    外装樹脂
６    接続端子面      
９    絶縁部
１０    陽極体
１１    誘電体層
１２    固体電解質層
１３    グラファイト層
１４    銀ペースト層
１５    陽極電極
１７    導電性接着剤
１８    電気配線
２０    導線
２１    絶縁層
２２    樹脂
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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