(57)【要約】  基板からコイルへの影響を抑制した電力変換モジュールを提供する。  電力変換モジュール（１０）は、互いに対向する第１主面（Ｐ）及び第２主面（Ｑ）を有する基板（１）と、基板（１）の第１主面（Ｐ）に設けられ、磁性体粒子を含む磁性材料層（２）と、磁性材料層（２）に埋設されており、第１主面（Ｐ）から離間して配置され、第１主面（Ｐ）の面内方向に沿った巻回軸（４）を有するコイル（３）と、基板（１）の第１主面（Ｐ）より第２主面（Ｑ）側に設けられ、コイル（３）と接続されたスイッチングＩＣ素子（６）と、スイッチングＩＣ素子（６）と接続された入出力端子（９）と、を含む。
2017175513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する第１主面及び第２主面を有する基板と、  前記基板の前記第１主面に設けられ、磁性体粒子を含む磁性材料層と、  前記磁性材料層に埋設されており、前記第１主面から離間して配置され、前記第１主面の面内方向に沿った巻回軸を有するコイルと、  前記基板の前記第１主面より前記第２主面側に設けられ、前記コイルと接続されたスイッチングＩＣ素子と、  前記スイッチングＩＣ素子と接続された入出力端子と、を含む、電力変換モジュール。
【請求項２】
前記基板は、磁性体層を有する磁性体基板を含み、  前記スイッチングＩＣ素子は、前記磁性体基板の第２主面に設けられている、請求項１に記載の電力変換モジュール。
【請求項３】
前記第２主面の法線方向からみた場合に、前記入出力端子は、前記磁性体基板の投影範囲内に存在する、請求項２に記載の電力変換モジュール。
【請求項４】
前記磁性体基板の前記第２主面に設けられ、一端が前記スイッチングＩＣ素子側に接続され、他端が入出力端子として利用される柱状金属体をさらに備える、請求項２又は３に記載の電力変換モジュール。
【請求項５】
前記磁性体基板は、    前記スイッチングＩＣ素子と前記柱状金属体とを接続し、前記第２主面上に引き回されたグランド配線と、    前記スイッチングＩＣ素子と前記柱状金属体とを接続し、内層で引き回された信号線と、を配線として含む、請求項４に記載の電力変換モジュール。
【請求項６】
前記基板の前記第２主面には非磁性体からなる封止樹脂層をさらに含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の電力変換モジュール。
【請求項７】
前記基板は、前記スイッチングＩＣ素子を内蔵する樹脂多層基板を含む、請求項１に記載の電力変換モジュール。
【請求項８】
前記入出力端子は、前記樹脂多層基板の第２主面に設けられ、  前記樹脂多層基板は、前記スイッチングＩＣ素子と前記入出力端子とを接続する層間導体を有する、請求項７に記載の電力変換モジュール。
【請求項９】
前記磁性体粒子は、磁性金属粒子であって、前記磁性材料層は、前記磁性金属粒子を含む圧粉成形体層である、請求項１から８のいずれか一項に記載の電力変換モジュール。
【請求項１０】
前記電力変換モジュールは、ＤＣ−ＤＣコンバータとして機能する、請求項１から９のいずれか一項に記載の電力変換モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、コイルとコイルに接続されたスイッチングＩＣ素子とを備えた電力変換モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】  非絶縁型の電力変換モジュールとして、磁性体多層基板の表面にスイッチングＩＣチップやコンデンサチップを実装し、チョークコイルを内蔵したＤＣ−ＤＣコンバータモジュールが知られている（例えば、特許文献１参照。）。【０００３】  また、磁性体基板の上面側にチョークコイル（巻線コイル）を実装し、下面側にスイッチングＩＣチップやコンデンサチップを実装したＤＣ−ＤＣコンバータモジュールが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４３２５７４７号公報
【特許文献２】特開平９−７８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  しかし、上記特許文献１の構成によれば、多層基板は、磁性体セラミック層を積層したものであって、一方、チョークコイルを形成するためのパターン導体は導電性ペーストを印刷、焼成したものである。そのため、パターン導体が薄くなってしまってチョークコイルの直流抵抗Ｒｄｃの低減には限界があり、また、積層された磁性体セラミック層は磁気飽和を起こしやすいため、大電流への対応が難しいという問題があった。【０００６】  また、特許文献２の構成によれば、巻線コイルを利用しているので、直流抵抗Ｒｄｃは小さいが、磁性体基板の場合には磁気飽和も起こしやすい。  また、巻線コイルの巻回軸は、磁性体基板の法線方向であるため、磁性体基板の影響を巻線コイルが直接的に受けてしまい、損失が増加するという問題があった。【０００７】  本発明の目的は、基板からコイルへの影響を抑制した電力変換モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  本発明に係る電力変換モジュールは、互いに対向する第１主面及び第２主面を有する基板と、  前記基板の前記第１主面に設けられ、磁性体粒子を含む磁性材料層と、  前記磁性材料層に埋設されており、前記第１主面から離間して配置され、前記第１主面の面内方向に沿った巻回軸を有するコイルと、  前記基板の前記第１主面より前記第２主面側に設けられ、前記コイルと接続されたスイッチングＩＣ素子と、  前記スイッチングＩＣ素子と接続された入出力端子と、を含む。
【発明の効果】
【０００９】  本発明に係る電力変換モジュールによれば、基板の第１主面に磁性体粒子を含む磁性材料層に基板の第１主面の面内方向に沿った巻回軸を有するコイルを埋設している。これによって、磁性体基板からコイルへの影響を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）は、実施の形態１に係る電力変換モジュールの構成を示す概略斜視透視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ方向からみた概略断面図である。
【図２】（ａ）は、図１（ａ）の電力変換モジュールをＤＣ−ＤＣコンバータとして用いた場合の等価回路図であり、（ｂ）は、（ａ）のＤＣ−ＤＣコンバータにおいて対応する配線を示す概略断面図である。
【図３】（ａ）は、コイルの巻回軸が基板に垂直となるように配置した場合のスイッチングＩＣ素子への磁界の影響を示す概略断面図であり、（ｂ）は、実施の形態１に係る電力変換モジュールのコイルの巻回軸及び磁界の向きを示す概略断面図である。
【図４】（ａ）は、基板の法線方向からみて、封止樹脂層が基板より大きい関係にある場合を示す概略図であり、（ｂ）は、基板の法線方向からみて、封止樹脂層が基板と同じ大きさである場合を示す概略図である。
【図５】実施の形態１に係る電力変換モジュールの製造方法であって、（ａ）は、磁性体多層基板の第１主面に、第１主面の面内方向に沿った巻回軸を有するコイルを設ける工程を示す概略断面図であり、（ｂ）は、磁性粒子を含む磁性材料層によってコイルを埋設する工程を示す概略断面図であり、（ｃ）は、磁性体多層基板の第２主面にスイッチングＩＣ素子等を実装する工程を示す概略断面図である。
【図６】（ａ）は、磁性体多層基板の第２主面に封止樹脂層を形成する工程を示す概略断面図であり、（ｂ）は、集合基板を個片化する工程を示す概略断面図である。
【図７】実施の形態２に係る電力変換モジュールの製造方法であって、（ａ）は、磁性体多層基板の第２主面にスイッチングＩＣ素子等を実装する工程を示す概略断面図であり、（ｂ）は、磁性体多層基板の第２主面に封止樹脂層を形成する工程を示す概略断面図であり、（ｃ）は、磁性体多層基板の第１主面に、第１主面の面内方向に沿った巻回軸を有するコイルを設ける工程を示す概略断面図である。
【図８】（ａ）は、磁性粒子を含む磁性材料層によってコイルを埋設する工程を示す概略断面図であり、（ｂ）は、集合基板を個片化する工程を示す概略断面図である。
【図９】実施の形態３に係る電力変換モジュールの構成を示す概略断面図である。
【図１０】図９の電力変換モジュールの製造方法であって、（ａ）は、スイッチングＩＣ素子等を内蔵する樹脂多層基板を形成する工程を示す概略断面図であり、（ｂ）は、得られた樹脂多層基板の構成を示す概略断面図であり、（ｃ）は、樹脂多層基板の第１主面にコイルを埋設した磁性粒子を含む磁性材料層を設ける工程を示す概略断面図である。
【図１１】実施の形態４に係る電力変換モジュールの構成を示す概略断面図である。
【図１２】図１１の電力変換モジュールの製造方法であって、（ａ）は、磁性体多層基板の第２主面側にスイッチングＩＣ素子等を内蔵する樹脂多層基板を形成する工程を示す概略断面図であり、（ｂ）は、得られた磁性体多層基板と樹脂多層基板との積層体を示す概略断面図であり、（ｃ）は、磁性体多層基板の第１主面にコイルを埋設した磁性粒子を含む磁性材料層を設ける工程を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】  第１の態様に係る電力変換モジュールは、互いに対向する第１主面及び第２主面を有する基板と、  前記基板の前記第１主面に設けられ、磁性体粒子を含む磁性材料層と、  前記磁性材料層に埋設されており、前記第１主面から離間して配置され、前記第１主面の面内方向に沿った巻回軸を有するコイルと、  前記基板の前記第１主面より前記第２主面側に設けられ、前記コイルと接続されたスイッチングＩＣ素子と、  前記スイッチングＩＣ素子と接続された入出力端子と、を含む。
【００１２】  第２の態様に係る電力変換モジュールは、上記第１の態様において、前記基板は、磁性体層を有する磁性体基板を含み、  前記スイッチングＩＣ素子は、前記磁性体基板の前記第２主面に設けられていてもよい。
【００１３】  第３の態様に係る電力変換モジュールは、上記第２の態様において、前記第２主面の法線方向からみた場合に、前記入出力端子は、前記磁性体基板の投影範囲内に存在していてもよい。
【００１４】  第４の態様に係る電力変換モジュールは、上記第２又は第３の態様において、前記磁性体基板の前記第２主面に設けられ、一端が前記スイッチングＩＣ素子側に接続され、他端が入出力端子として利用される柱状金属体をさらに備えてもよい。
【００１５】  第５の態様に係る電力変換モジュールは、上記第４の態様において、前記磁性体基板は、    前記スイッチングＩＣ素子と前記柱状金属体とを接続し、前記第２主面上に引き回されたグランド配線と、    前記スイッチングＩＣ素子と前記柱状金属体とを接続し、内層で引き回された信号線と、を配線として含んでもよい。
【００１６】  第６の態様に係る電力変換モジュールは、上記第１から第５のいずれかの態様において、前記基板の前記第２主面には非磁性体からなる封止樹脂層をさらに含んでもよい。
【００１７】  第７の態様に係る電力変換モジュールは、上記第１の態様において、前記基板は、前記スイッチングＩＣ素子を内蔵する樹脂多層配線基板を含んでもよい。
【００１８】  第８の態様に係る電力変換モジュールは、上記第７の態様において、前記入出力端子は、前記樹脂多層基板の第２主面に設けられ、  前記樹脂多層基板は、前記スイッチングＩＣ素子と前記入出力端子とを接続する層間導体を有してもよい。
【００１９】  第９の態様に係る電力変換モジュールは、上記第１から第８のいずれかの態様において、前記磁性体粒子は、磁性金属粒子であって、前記磁性材料層は、前記磁性金属粒子を含む圧粉成形体層であってもよい。
【００２０】  第１０の態様に係る電力変換モジュールは、上記第１から第９のいずれかの態様において、前記電力変換モジュールは、ＤＣ−ＤＣコンバータとして機能してもよい。
【００２１】  以下、実施の形態に係る電力変換モジュールについて、添付図面を参照しながら説明する。なお、図面において実質的に同一の部材については同一の符号を付している。
【００２２】（実施の形態１）  図１（ａ）は、実施の形態１に係る電力変換モジュール１０の構成を示す概略斜視透視図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ方向からみた概略断面図である。  なお、図１（ａ）では、コイル３及び柱状金属体８を示すために磁性材料層２及び封止樹脂層５を透過させて示している。  この電力変換モジュール１０は、互いに対向する第１主面Ｐ及び第２主面Ｑを有する基板（磁性体基板）１と、基板１の第１主面Ｐに設けられ、磁性体粒子を含む磁性材料層２と、磁性材料層２に埋設されたコイル３と、基板１の第１主面Ｐより第２主面Ｑ側に設けられ、コイル３と接続されたスイッチングＩＣ素子６と、を含む。また、コイル３は、基板１の第１主面Ｐから所定間隔Ｇで離間して配置され、第１主面Ｐの面内方向に沿った巻回軸４を有する。また、スイッチングＩＣ素子６と接続された入出力端子９が設けられている。  これによってコイル３からの磁界が磁性体基板１の第１主面に沿って延在するので、磁性体基板１の磁気飽和が抑制され、磁性体基板１からコイル３への影響を抑制することができる。
【００２３】  この電力変換モジュール１０では、基板（磁性体基板）１の第１主面Ｐ側に、例えば、磁性材料層としてメタルコンポジット層２を設け、メタルコンポジット層２内に、基板１の第１主面Ｐと所定間隔Ｇを介して、巻回軸４が第１主面Ｐの面内方向に沿った横軸型のコイル３を埋設している。また、スイッチングＩＣ素子６は、基板１の第２主面Ｑ側に搭載している。なお、基板１の第２主面Ｑ側には、さらに入出力端子９となる柱状金属体（金属ピン）８を立てている。柱状金属体８は、金属ピンに限られず、ビア導体又はその他の層間接続導体等であってもよい。さらに、この電力変換モジュール１０では、コンデンサ７を設けている。コンデンサ７は、後述する図２の等価回路に示すように、入出力コンデンサ７ａ、７ｂを含んでいてもよい。また、スイッチングＩＣ素子６、入出力コンデンサ７ａ、７ｂ、柱状金属体８は、封止樹脂層５で封止されている。
【００２４】  上記のように、コイル３は、磁性材料層（メタルコンポジット層）２に埋設された空芯型巻線コイルであるので、直流抵抗Ｒｄｃが小さく磁気飽和を起こしにくい。また、チョークコイルは横軸型巻線コイルであって、磁性体基板１とは所定間隔Ｇを介しているので、Ｌ値の大きなコイルを形成しても、磁性体基板１によって磁界形成が阻害されにくい。スイッチングＩＣ素子６や引回し配線は主に磁性体基板１の第２主面Ｑ側であるため、コイル３とのアイソレーションを確保できる。  なお、磁性体基板１を多層基板とし、封止樹脂層５を非磁性体層とすれば、多層基板の内部（多層基板の層間）を通る引回し配線には、ノイズ除去能が付与され、表面の引回し配線にはインダクタンス成分がのりにくい。たとえば信号線を磁性体基板１の内部に、グランド配線を表面にてそれぞれ引回すことにより、電気特性を改善できる。
【００２５】  以下に、この電力変換モジュール１０を構成する構成部材について、説明する。
【００２６】  ＜基板＞  基板１として、ここでは磁性体基板１を用いているが、これに限定されない。磁性体基板１は、磁性体層を含んでいる。磁性体層には、引き回し配線、磁性体及び樹脂を含んでいてもよい。また、磁性体基板１は、複数の磁性体層を積層して構成された磁性体多層基板であってもよい。各磁性体層にはそれぞれ引き回し配線を設けてもよい。例えば、上述のように、グランド配線を表面側の磁性体層に配し、信号線を内側の磁性体層に配して磁性体基板１を多層基板として構成してもよい。各層間は、層間接続導体等で電気的に接続できる。
【００２７】  ＜磁性材料層＞  磁性材料層２は、磁性体粒子を含む。例えば、磁性材料層２は、磁性体粒子がバインダ中に分散している複合磁性体、特に、磁性金属粉がバインダ（樹脂）中に分散しているメタルコンポジット材、あるいは、バインダ（樹脂）を含まず、磁性体粒子が、その表面の酸化膜を介して接触するように成形された成形体であってもよい。この場合、磁性体粒子間の酸化膜が互いにつながっていてもよい。さらに酸化膜の結晶が連続的につながっていてもよい。磁性金属粉としては、例えば、Ｆｅ系磁性金属粉である。なお、Ｆｅ系磁性金属粉にはＭｎ、Ｃｒ等の添加物又は不純物を含んでいてもよい。バインダは、例えばエポキシ樹脂である。なお、磁性体粒子として、Ｆｅ系磁性金属粉に限定するものではない。磁性体粒子としてフェライト粉末を用いてもよい。磁性体粒子としてＦｅ系磁性金属粉を用いた場合、比透磁率が高く、飽和しにくいのでパワーインダクタ用の表面実装型コイル部品として有用である。  磁性材料層２は、例えば、複合磁性体、特に、メタルコンポジット材を印刷工程等で設けた後、圧粉成型によって形成できる。磁性金属粉の体積分率は、例えば、８０ｖｏｌ％以上であり、さらに、９５ｖｏｌ％以上であることが好ましい。磁性金属粉の割合を高くできるので、電力変換モジュール向けのパワーインダクタとして有用である。また、単に印刷工程で設けるだけでなく、圧粉成型することで磁性金属粉の充填密度を高めることができるので比透磁率が高い。  また、磁性材料層２は、バインダ（樹脂）を用いないで、磁性体粒子を、その表面の酸化膜を介して接触するように成形することによっても形成できる。
【００２８】  ＜コイル＞  コイル３は、導電性材料からなる巻線コイルである。また、コイル３は、基板１の第１主面Ｐの面内方向に沿った巻回軸４を有するように配置されている。このコイル３に生じる磁界は、コイル３の内側領域が最も強い（磁束密度が高い）。コイル３は、予め巻線コイル形状に形成されたコイル３を未硬化状態のメタルコンポジット材中に配置した後に、圧粉成型により磁性材料層２と一体化するように埋設される。
【００２９】  ＜スイッチングＩＣ素子及びコンデンサ素子等＞  スイッチングＩＣ素子６は、基板１の第１主面Ｐより第２主面Ｑ側に設けられている。また、スイッチングＩＣ素子６は、コイル３と接続されている。具体的には、スイッチングＩＣ素子６は、基板１の第１主面Ｐから第２主面Ｑまでの内側、基板１の第２主面Ｑ上、基板１の第２主面Ｑから外側、の少なくともいずれかに設けられている。つまり、スイッチングＩＣ素子６は、基板１の第１主面Ｐ側の磁性材料層２内には配置されていない。  磁性材料層２であるメタルコンポジット層２は、金属磁性体をベースとした材料なので、絶縁抵抗が数ＭΩから数十ＭΩと低い。このため直流電圧のかかる電力変換モジュール１０の配線パターンをメタルコンポジット層２の内部または境界部に配線した場合には漏れ電流が大きくなったり信頼性が著しく劣化したりすることに繋がる。つまり、スイッチングＩＣ素子６は、基板１の第１主面Ｐ側の磁性材料層２内には配置できない。この電力変換モジュール１０では、スイッチングＩＣ素子６を磁性体基板１の第２主面Ｑ上に配置することによって、十分な信頼性を確保している。
【００３０】  ＜柱状金属体（金属ピン）＞  柱状金属体（金属ピン）８は、例えばＣｕを主成分とする金属ピンを用いることができる。あるいは、金属ピン８は、例えば、Ｃｕ系金属塊を所定形状に延伸させたものであってもよい。なお、金属ピン８の材料は、導電性を有すればよく、その素材はＣｕに限られず、Ａｇ、Ａｌ等の導電性材料であってもよい。金属ピン８の外径は、例えば０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下のものを用いてもよい。金属ピン８の長さは、例えば０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下のものを用いてもよい。  なお、柱状金属体８は、金属ピンに限られず、例えば、ビアホール導体やその他の層間接続導体等であってもよい。
【００３１】  ＜端子と磁性体基板との投影範囲の関係＞  図４（ａ）は、基板１の法線方向からみて、封止樹脂層５が基板１より大きい関係にある場合を示す概略図である。図４（ｂ）は、基板１の法線方向からみて、封止樹脂層５が基板１と同じ大きさである場合を示す概略図である。なお、図４（ａ）（ｂ）において、端子９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄは、入出力端子等の外部端子の一部を示しており、他の端子の図示は省略している。  図４（ａ）に示すように、基板１が磁性体基板である場合に、封止樹脂層５が磁性体基板１より大きい場合であって、端子９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄが磁性体基板１より外側にはみ出ている場合には、コイル３に流れるスイッチング電流の高周波ノイズは、端子９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄから空中へ放射されやすくなる。一方、図４（ｂ）に示すように、封止樹脂層５と磁性体基板１とが同じ大きさであって、端子９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄが磁性体基板１の投影範囲内にある場合には、コイル３に流れるスイッチング電流の高周波ノイズは、端子９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄから空中に放射されくくなる。これは端子９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの法線方向の上部に磁性材料層２があり、このモジュールがプリント基板に搭載される事により、端子９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの下部にプリント基板のグランドパターンが配置されるので、高周波ノイズが磁性材料層２及びグランドパターンにより抑制されるためである。  そこで、端子９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄは、磁性体基板１の投影範囲内に存在することが好ましい。
【００３２】  以下に、この電力変換モジュールにおいて、コイル３を基板１の第１主面Ｐの面内方向に沿った巻回軸４を有するように配置することによる作用効果について説明する。  図３（ａ）は、コイル５３の巻回軸５４が基板５１に垂直となるように配置した場合の基板５１のスイッチングＩＣ素子５６への磁界の影響を示す概略断面図である。図３（ｂ）は、実施の形態１に係る電力変換モジュール１０のコイル３の巻回軸４及び磁界の向きを示す概略断面図である。図３（ａ）に示すように、従来のような縦軸型巻線コイル５３の場合、コイル５３の磁界が磁性体基板５１の影響を直接的に受けてしまう。すなわち、コイルの磁界（磁力線）が集中している部分が磁性体基板５１に衝突し、磁性体基板の透磁率によりインダクタンス値が変化する。また磁性体基板５１の表面または内部の配線パターンにより磁界が打ち消されうる。特に磁性体基板５１をフェライトで構成する場合は直流重畳により透磁率が大きく減少するので、コイル５３のインダクタンス値が変化してしまい、電源の変換効率が劣化する可能性がある。コイル５３のインダクタンス値を大きくしようとすると、なおさら影響を受けやすい。一方、実施の形態１に係る電力変換モジュール１０であれば、図３（ｂ）に示すように、巻回軸４が磁性体基板１の第１主面Ｐの面内方向に沿っている横軸型の巻線コイル３を用いている。そこで、磁界が磁性体基板１の第１主面Ｐに平行に延在し、また、コイル３は磁性体基板１とは所定間隔Ｇをあけて配置されているので、磁性体基板１の影響を小さくできる。これによって磁性体基板１によるロスを低減できる。
【００３３】＜ＤＣ−ＤＣコンバータ＞  図２（ａ）は、図１（ａ）の電力変換モジュールをＤＣ−ＤＣコンバータとして用いた場合の等価回路図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＤＣ−ＤＣコンバータにおいて対応する配線を示す概略断面図である。なお、図２（ｂ）では基板１内の配線１１、１２を説明するために磁性材料層２、基板１及び封止樹脂層５のハッチングを部分的に省略している。  実施の形態１に係る電力変換モジュール１０は、例えば、図２に示すＤＣ−ＤＣコンバータ（昇降圧型）を含むモジュールであるが、これに限られず、ＡＣ−ＤＣコンバータを含むモジュールであってもよく、あるいは、その他の電力変換モジュールであってもよい。
【００３４】  図２の電力変換モジュール（ＤＣ−ＤＣコンバータ）１０は、スイッチングＩＣ素子６と、スイッチングＩＣ素子６と接続されたチョークコイル３と、を備える。これによってこの電力変換モジュール１０は、非絶縁型の電力変換モジュールとなる。さらに、この電力変換モジュール１０は、入出力コンデンサ（Ｃ１、Ｃ２）７ａ、７ｂを備える。Ｖｉｎ端子は、入力端子であり、入出力端子９を構成する入力端子である。Ｖｏｕｔ端子は、出力端子であり、入出力端子９を構成する出力端子である。Ｖｅｎ端子は、イネーブル端子である。すなわち、スイッチングＩＣ素子６のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるための端子である。Ｖｃｏｎ端子は、制御端子である。すなわち出力端子から出力される電圧を可変するための端子である。例えば、制御端子に入力する電圧に応じて出力端子から出力される電圧を１．８Ｖや１．６Ｖ等に設定できる。
【００３５】  スイッチングＩＣ素子６の入力端子には、入力コンデンサ７ａの一端が接続されている。入力コンデンサ７ａの他端はグランド配線１１及びグランド端子（金属ピン）８を介して接地されている。スイッチングＩＣ素子６の出力端子には出力コンデンサ７ｂの一端が接続されている。出力コンデンサ７ｂの他端は接地されている。この場合において、グランド配線１１は、磁性体基板１の内層に引回さないようにする。これによって、グランド電位が浮いてしまうのを避けることができる。  この構成によれば、磁性体基板１の第１主面Ｐの面内方向に沿った巻回軸４を有するコイル３をチョークコイルとして用いているので、スイッチングＩＣ素子６及び入出力コンデンサ７ａ、７ｂからコイル３への影響を抑制できる。  また、この電力変換モジュール１０では、その入出力端子につながる配線（ＤＣ電圧）はメタルコンポジット層２内には配線できないので、磁性体基板１の第２主面Ｑに入出力端子９ａ、９ｂを設けている。  なお、この電力変換モジュール１０は、チョークコイルに代えて、メタルコンポジット層２内にトランスを入れることによって絶縁型の電力変換モジュールとすることもできる。つまり、この電力変換モジュール１０は、上記のように非絶縁型の電力変換モジュールとすることも、あるいは絶縁型の電力変換モジュールとすることもできる。
【００３６】  ＜グランド配線について＞  グランド配線（グランド端子およびグランドパターン）は、できるだけ小さなインダクタンス値にして電力変換モジュール１０が搭載されるプリント基板に形成されているグランドパターンに接続することでグランド電位を安定させる必要がある。グランド電位が不安定になると、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力ＤＣ電圧にスイッチングノイズが重畳されノイズを含むＤＣ電源となってしまう。  一方、磁性体を搭載するモジュールではグランドパターンと磁性体材料とが非常に近接配置されるため、モジュールの配線パターンは√μ倍のインダクンス成分を持つので、大きな不要インダクタとなってしまう。  このため本実施の形態の電力変換モジュール１０のようにメタルコンポジット層２（磁性体）付きのモジュールでは、グランド配線１１を短くしてメタルコンポジット材から離れる方向に金属ピン８をつけてプリント基板のグランドパターンに落とす構造にする必要がある。この構造にすることで不要インダクタが小さくなり、スイッチングノイズの重畳が小さくできる。そこで、本実施の形態では、スイッチングＩＣ素子６の電源ラインのグランド端子となる金属ピン８は、入出力端子となる金属ピンよりスイッチングＩＣ素子近傍に配置させている。
【００３７】  ＜高周波ノイズについて＞  高周波ノイズ（無線通信の信号ノイズを含む）は、ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチングＩＣ素子６で発生する。このノイズを空中に放射（伝播）させないために、電力変換モジュール１０の上部にある磁性材料層（メタルコンポジット層）２の磁性体で空中伝播する高周波ノイズを反射（または吸収）し、電力変換モジュール１０が搭載されるプリント基板側に落とすことで、ＤＣ−ＤＣコンバータの高周波ノイズ（特に無線通信の周波数帯のノイズ）を低減させることができ、ＤＣ−ＤＣコンバータを使ったときの無線通信機の通信品質が向上する。  このとき電力変換モジュール１０の封止樹脂層５のエッジ部（主面を上面から見たときにの外縁）が磁性体基板１より大きい（はみ出ている）（図４（ａ））と、入出力端子から高周波ノイズが放射されてしまう。つまり、ノイズ源を磁性体基板１とプリント基板側パターンとで挟まないと高周波ノイズが放射されてしまう。  そこで、理想的には磁性材料層（メタルコンポジット層）２のエッジ部が封止樹脂層５と同じ位置にあるか、封止樹脂層５より大きい（はみ出ている）ほうが良い（図４（ｂ））。［少なくとも磁性体基板１の配線パターンの形成領域が上面から見たときに磁性材料層（メタルコンポジット層）２より同じか小さいことが必要である。つまり、電力変換モジュール１０の上面から見て、封止樹脂層５の配線パターン部は、磁性材料層（メタルコンポジット層）２と同じか小さい形状がよい。
【００３８】  またＤＣ−ＤＣコンバータの高周波ノイズを落とすには、出力端子側に配置するコンデンサよりさらに出力端子側にインダクタ素子（フェライトビーズなど）があるとよい。磁性体基板１が封止樹脂層５より大きい場合、この封止樹脂層５のパターンが磁性体基板１のμにより大きくなるので、パターン配線によりフェライトビーズなどのノイズ対策素子を内蔵できる。
【００３９】  ＜モジュールの低背化＞  電力変換モジュールは、厚み１ｍｍ以下の低背化が要求されている。従来のＤＣ−ＤＣコンバータモジュールなどでは、スイッチングＩＣ素子・基板・磁性材料層を縦積みしているので、磁性材料層部分（コイル部分）の厚みは０．４ｍｍ以下となる。この為、磁性材料層の体積は２．５×２．０×０．４ｍｍとなり、平面方向の面積に対し高さが非常に小さくなる。  この磁性材料層に縦方向に巻回軸を有する巻き線コイルを配置すると、磁力線がモジュールの法線方向となる（図３（ａ））。このモジュール内の配線にはグランドパターンがあるので、渦電流が発生し磁力線を抑制しようと働き、磁界が弱くなってしまう。この為、磁性材料層に形成した巻線コイルのインダクタンス値やＱ劣化が起こる。特に、メタルコンポジット層は、μ≦４０以下であり、透磁率がフェライト材（透磁率μ＝１００〜３００）に比べ大きくないので磁界のモレ（磁界モレは０．２ｍｍ程度まで離れると影響が無くなる）が発生し、磁性材料層と近接している部分の電極パターンによる影響は大きい。  これに対し、本実施の形態に係る電力変換モジュール（ＤＣ−ＤＣコンバータ）１０では、巻回軸４が基板１の面内方向に沿った横方向の巻き線コイル３を用いている。この横方向に巻回軸を有する巻線コイル３では、磁力線は基板１のパターンにほぼ平行に走るので、磁力線がグランドパターンに衝突しにくくグランドパターンの影響を受けないコイルを作ることができる。そのため、インダクタンス値やＱ劣化が起こらず、電源効率の良いＤＣ−ＤＣコンバータを作ることができる。
【００４０】＜電力変換モジュールの製造方法＞  電力変換モジュール１０の製造方法について、図５（ａ）〜（ｃ）及び図６（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。（１）磁性体多層基板である磁性体基板１を用意し、磁性体基板１の第１主面Ｐに、第１主面Ｐの面内方向に沿った巻回軸４を有する巻線コイル３を実装する（図５（ａ））。巻線コイル３の実装は、例えば、リフロー実装で行うことができる。（２）次に、巻線コイル３を埋設するように磁性材料層（メタルコンポジット層）２を形成する（図５（ｂ））。この磁性材料層（メタルコンポジット層）２は、例えば、Ｆｅ系磁性金属粉にエポキシ樹脂等のバインダを混合したものである。磁性材料層（メタルコンポジット層）２は、具体的には、未硬化のメタルコンポジット材を印刷工程等によって巻線コイル３に対して付与し、次いで、上下方向から圧力を加えて成型（圧粉成型）することによって行う。これにより、巻線コイル３を埋設した磁性材料層（メタルコンポジット層）２を得ることができる。（３）次いで、磁性体基板１の第２主面ＱにスイッチングＩＣ素子６やチップ型のコンデンサ７を実装する（図５（ｃ））。同時に、入出力端子およびグランド端子用の金属ピン８を実装する。（４）その後、磁性体基板１の第２主面Ｑに封止樹脂層５を形成する（図６（ａ））。この場合、必要であれば封止樹脂層５を削りだして高さを合わせて金属ピン８の頭出しを行ってもよい。（５）さらに、磁性体基板（集合基板）１を分割して、個片化し、各電力変換モジュール１０を得る（図６（ｂ））。  以上によって、電力変換モジュール１０を得ることができる。
【００４１】（実施の形態２）＜製造方法＞  図７（ａ）〜（ｃ）、図８（ａ）及び（ｂ）を用いて実施の形態２に係る電力変換モジュールの製造方法を説明する。実施の形態２に係る電力変換モジュールの製造方法は、実施の形態１に係る電力変換モジュールの製造方法と対比すると、まず、磁性体基板１の第２主面ＱにスイッチングＩＣ素子６等を実装した後、第１主面Ｐに巻線コイル３を実装する点で相違する。このように、磁性体基板１の第１主面Ｐ又は第２主面Ｑのいずれに先に巻線コイル３又はスイッチングＩＣ素子６等を実装するか適宜選択できる。（１）まず、磁性体基板１を用意して、磁性体基板１の第２主面ＱにスイッチングＩＣ素子６やコンデンサ７を実装する（図７（ａ））。同時に、入出力端子およびグランド端子用の金属ピン８を実装する。（２）次に、磁性体基板１の第２主面Ｑに封止樹脂層５を形成する（図７（ｂ））。（３）磁性体基板１の第１主面Ｐに、第１主面Ｐの面内方向に沿った巻回軸４を有する巻線コイル３を実装する（図７（ｃ））。（４）次に、巻線コイル３を埋設するようにメタルコンポジット層２を形成する（図８（ａ））。（５）さらに、磁性体基板（集合基板）１を分割して、個片化し、各電力変換モジュール１０を得る（図８（ｂ））。  以上によって、電力変換モジュール１０を得ることができる。
【００４２】（実施の形態３）＜電力変換モジュール＞  図９は、実施の形態３に係る電力変換モジュール１０ａの構成を示す概略断面図である。  この実施の形態３に係る電力変換モジュール１０ａは、実施の形態１に係る電力変換モジュール１０と対比すると、基板が磁性体基板ではなく、スイッチングＩＣ素子６及びコンデンサ７等を内蔵する樹脂多層基板１ａである点で相違する。この電力変換モジュール１０ａでは、スイッチングＩＣ素子６を樹脂多層基板１ａの第１主面Ｐから第２主面Ｑまでの内側に設けている。また、入出力端子９ａ、９ｂは、樹脂多層基板１ａの第２主面Ｑに設けており、スイッチングＩＣ素子６と入出力端子９ａ、９ｂとは、層間導体によって接続している。さらに、グランド端子も層間導体によって形成している。
【００４３】  樹脂多層基板１ａは、複数の非磁性の樹脂層２２を積層して構成されている。樹脂層２２は例えば、液晶ポリマーや熱可塑性ポリイミド等の熱可塑性樹脂シートからなる。また、樹脂多層基板１ａには、図９に示すように、必要に応じてスイッチングＩＣ素子６、チップ型のコンデンサ７等を内蔵させてもよい。  この電力変換モジュール１０ａによれば、樹脂多層基板１ａ内にスイッチングＩＣ素子６及びコンデンサ７等を内蔵しているので、樹脂封止層の形成等の工程を省略できる。
【００４４】＜電力変換モジュールの製造方法＞  図１０（ａ）乃至（ｃ）を用いて、実施の形態３に係る電力変換モジュール１０ａの製造方法を説明する。（１）まず、予め引き回し配線が形成され、スイッチングＩＣ素子６、チップ型のコンデンサ７を内蔵するための開口を設けた複数の樹脂層２２を用意し、この開口にスイッチングＩＣ素子６、コンデンサ７等とを配置する（図１０（ａ））。（２）図１０（ａ）の複数の樹脂層２２を、スイッチングＩＣ素子６、コンデンサ７を内蔵した状態で積層して熱プレスにより圧着する。これにより、スイッチングＩＣ素子６及びコンデンサ７を内蔵する樹脂多層基板１ａを形成する（図１０（ｂ））。（３）得られた樹脂多層基板１ａの第１主面Ｐに、実施の形態２で示す方法と同様の方法により、コイル３を埋設した磁性体粒子を含む磁性材料層２を設ける（図１０（ｃ））。  以上によって、電力変換モジュール１０ａを得ることができる。この電力変換モジュール１０ａは、モジュールの配線基板が非磁性材料となるので、配線インダクタが小さくなり、スイッチングＩＣ素子６やコンデンサとグランド間の不要インダクタが小さくなり、スイッチング電源のリップルノイズが小さくなる。
【００４５】（実施の形態４）＜電力変換モジュール＞  図１１は、実施の形態４に係る電力変換モジュール１０ｂの構成を示す概略断面図である。  この実施の形態４に係る電力変換モジュール１０ｂは、実施の形態１に係る電力変換モジュール１０と対比すると、封止樹脂層５に代えて、スイッチングＩＣ素子６及びコンデンサ７等を内蔵する樹脂多層基板１５を用いている点で相違する。この電力変換モジュール１０ｂでは、スイッチングＩＣ素子６を樹脂多層基板１５の内側に設けている。また、入出力端子９ａ、９ｂは、樹脂多層基板１５の第２主面に設けており、スイッチングＩＣ素子６と入出力端子９ａ、９ｂとは、層間導体によって接続している。  この電力変換モジュール１０ｂによれば、樹脂多層基板１５内にスイッチングＩＣ素子６及びコンデンサ７等を内蔵しているので、樹脂封止層の形成等の工程を省略できる。さらに、実施の形態３に係る電力変換モジュール１０ａと対比すると、磁性体基板１を磁性材料層２と樹脂多層基板１５の間に配置している点で、スイッチングＩＣ素子６及びコンデンサ７等からコイル３への影響を抑制できる。
【００４６】＜電力変換モジュールの製造方法＞  図１２（ａ）乃至（ｃ）を用いて、実施の形態４に係る電力変換モジュール１０ｂの製造方法を説明する。（１）まず、磁性体基板１の第２主面Ｑ側に、引き回し配線を含む複数の樹脂層２２と、スイッチングＩＣ素子６、チップ型のコンデンサ７等とを配置する（図１２（ａ））。（２）図１２（ａ）の、磁性体基板１の第２主面Ｑ側に、複数の樹脂層２２と、スイッチングＩＣ素子６、コンデンサ７等とを積層して、スイッチングＩＣ素子６及びコンデンサ７を内蔵する樹脂多層基板１５を形成する（図１２（ｂ））。（３）磁性体基板１の第１主面Ｐに、実施の形態２で示す方法と同様の方法により、巻線コイル３を埋設した磁性体粒子を含む磁性材料層２を設ける（図１２（ｃ））。  以上によって、電力変換モジュール１０ｂを得ることができる。
【００４７】  なお、本開示においては、前述した様々な実施の形態及び／又は実施例のうちの任意の実施の形態及び／又は実施例を適宜組み合わせることを含むものであり、それぞれの実施の形態及び／又は実施例が有する効果を奏することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】  本発明に係る電力変換モジュールによれば基板の第１主面の面内方向に沿った巻回軸を有するコイルを用いているので、基板からコイルへの影響を抑制できる。
【符号の説明】
【００４９】１  基板（磁性体基板）１ａ  部品内蔵樹脂多層基板２  磁性材料層３  コイル４  巻回軸５  封止樹脂層６  スイッチングＩＣ素子７、７ａ、７ｂ  コンデンサ８  柱状金属体（金属ピン）９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ  端子１０、１０ａ、１０ｂ  電力変換モジュール１１  グランド配線１２  内部配線１５  部品内蔵樹脂多層基板２２  熱可塑性樹脂（非磁性体）
【図１】
2017175513.tif 000003
【図２】
2017175513.tif 000004
【図３】
2017175513.tif 000005
【図４】
2017175513.tif 000006
【図５】
2017175513.tif 000007
【図６】
2017175513.tif 000008
【図７】
2017175513.tif 000009
【図８】
2017175513.tif 000010
【図９】
2017175513.tif 000011
【図１０】
2017175513.tif 000012
【図１１】
2017175513.tif 000013
【図１２】
2017175513.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成30年3月29日(2018.3.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する第１主面及び第２主面を有する基板と、
前記基板の前記第１主面に設けられ、磁性体粒子を含む磁性材料層と、
前記磁性材料層に埋設されており、前記第１主面から離間して配置され、前記第１主面の面内方向に沿った巻回軸を有するコイルと、
前記基板の前記第１主面より前記第２主面側に設けられ、前記コイルと接続されたスイッチングＩＣ素子と、
前記スイッチングＩＣ素子と接続された入出力端子と、
を含むと共に、
前記基板は、磁性体層を有する磁性体基板を含み、
前記スイッチングＩＣ素子は、前記磁性体基板の第２主面に設けられている、電力変換モジュール。
【請求項２】
前記第２主面の法線方向からみた場合に、前記入出力端子は、前記磁性体基板の投影範囲内に存在する、請求項１に記載の電力変換モジュール。
【請求項３】
前記磁性体基板の前記第２主面に設けられ、一端が前記スイッチングＩＣ素子側に接続され、他端が入出力端子として利用される柱状金属体をさらに備える、請求項１又は２に記載の電力変換モジュール。
【請求項４】
前記磁性体基板は、
前記スイッチングＩＣ素子と前記柱状金属体とを接続し、前記第２主面上に引き回されたグランド配線と、
前記スイッチングＩＣ素子と前記柱状金属体とを接続し、内層で引き回された信号線と、
を配線として含む、請求項３に記載の電力変換モジュール。
【請求項５】
前記基板の前記第２主面には非磁性体からなる封止樹脂層をさらに含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の電力変換モジュール。
【請求項６】
互いに対向する第１主面及び第２主面を有する基板と、
前記基板の前記第１主面に設けられ、磁性体粒子を含む磁性材料層と、
前記磁性材料層に埋設されており、前記第１主面から離間して配置され、前記第１主面の面内方向に沿った巻回軸を有するコイルと、
前記基板の前記第１主面より前記第２主面側に設けられ、前記コイルと接続されたスイッチングＩＣ素子と、
前記スイッチングＩＣ素子と接続された入出力端子と、
を含むと共に、
前記基板は、前記スイッチングＩＣ素子を内蔵する樹脂多層基板を含む、電力変換モジュール。
【請求項７】
前記入出力端子は、前記樹脂多層基板の第２主面に設けられ、
前記樹脂多層基板は、前記スイッチングＩＣ素子と前記入出力端子とを接続する層間導体を有する、請求項６に記載の電力変換モジュール。
【請求項８】
前記磁性体粒子は、磁性金属粒子であって、前記磁性材料層は、前記磁性金属粒子を含む圧粉成形体層である、請求項１から７のいずれか一項に記載の電力変換モジュール。
【請求項９】
前記電力変換モジュールは、ＤＣ−ＤＣコンバータとして機能する、請求項１から８のいずれか一項に記載の電力変換モジュール。
【国際調査報告】
2017175513.tif 000015
2017175513.tif 000016