(57)【要約】【目的】半導体チップ（電源ＩＣチップ）の熱放散を良好にし、半導体チップの大きさを自由に決定できる超小型電力変換装置を提供する。【解決手段】インダクタチップ１００の裏面側に電源ＩＣチップ１００の裏面１４を接着剤１２で固着する。インダクタチップ１００の第２外部電極５に形成したはんだボール６の高さと電源ＩＣチップ２００の端子電極１０に固着したはんだ１１の高さを揃えことでプリント基板３００への固着を確実に行う。電源ＩＣチップ２００の金属配線９がプリント基板３００の配線パターン２２に直接接続されるので熱放散が良好になり、また電源ＩＣチップ２００の大きさがインダクタチップ１００の大きさに依存せずに自由に決定できる。【選択図】        図１
2008017540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表面に半導体ＩＣおよび第１外部端子が形成された電源ＩＣチップと、磁性絶縁基板の中心部にコイル、該磁性絶縁基板の少なくとも一方の表面の外周部に第２外部端子が形成されたインダクタチップと、コンデンサを有する超小型電力変換装置において、
前記電源ＩＣチップの裏面を前記磁性絶縁基板の一方の前記表面に接着剤にて接着したことを特徴とする超小型電力変換装置。
【請求項２】
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に記載の超小型電力変換装置。
【請求項３】
前記電源ＩＣチップと前記インダクタチップとを接着する前記接着剤の剥離温度が、３００℃以上である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。
【請求項４】
前記接着剤が、その剥離温度が１５０℃から２００℃の高分子接着剤である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。
【請求項５】
前記接着剤が、ホットメルト材もしくはシロキサン系材料であることを特徴とする請求項４に記載の超小型電力変換装置。
【請求項６】
前記接着剤が、前記電源ＩＣチップの裏面外周部に選択的に接着していることを特徴とする請求項４または５に記載の超小型電力変換装置。
【請求項７】
前記第２外部端子上にはんだボールを形成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。
【請求項８】
前記第１外部端子上にはんだを固着し、前記磁性絶縁基板の一方の前記表面からの前記はんだの先端の高さが、前記磁性絶縁基板の一方の前記表面からの前記はんだボールの先端の高さと同じ高さであることを特徴とする請求項７に記載の超小型電力変換装置。
【請求項９】
前記はんだおよび前記はんだボールが、プリント基板に形成した配線パターンに固着することを特徴とする請求項８に記載の超小型電力変換装置。
【請求項１０】
前記はんだおよび前記はんだボールをプリント基板に形成した配線パターンに固着するときに、前記接着剤が溶融することで前記電源ＩＣチップと前記インダクタチップが分離することを特徴とする請求項８または９に記載の超小型電力変換装置。
【請求項１１】
前記はんだおよび前記はんだボールを絶縁基板に形成した配線パターンにはんだリフロー処理によりそれぞれ固着し、該はんだリフロー処理により前記電源ＩＣチップと前記インダクタチップが分離することを特徴とする請求項９または１０に記載の超小型電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＤＣ−ＤＣコンバ−タなどの超小型電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、ＤＣ−ＤＣコンバータなどの電力変換装置は、スイッチング素子，整流素子，コンデンサ，制御用ＩＣ（集積回路）および磁気誘導部品であるコイルやトランス等の個別部品をセラミックやプラスチック等のプリント基板などの上に搭載し、ハイブリッド型の電源モジュールとして構成されている。
ハイブリッド型の電源モジュールの小型化は、ＭＣＭ（マルチチップモジュール）等の技術により進歩してきている。しかし、コイルやトランス等の磁気誘導部品は小型化が難しく、その占める体積が大きいため電源モジュールの縮小化が制限されている。
【０００３】
この電源モジュールの小型化を困難にしているコイルやトランス等の磁気誘導部品において、小型化，薄型化および高性能化と、いかに小スペースかつ小体積にプリント基板などに実装、またはパッケージに内蔵するかが課題であった。
近年、半導体技術の適用により、半導体基板上に薄型のマイクロ磁気素子（コイル、トランス）を搭載した超小型電力変換装置や、このマイクロ磁気素子を平面型磁気誘導素子とした超小型電力変換装置の例が報告されている。しかし、半導体素子(集積回路)を作り込んだ半導体チップ（電源ＩＣチップ）の表面上に、薄膜技術による平面型磁気誘導素子（インダクタ）をモノリシックに形成することは、工程が複雑化し、また、生産時間が長くなる点で問題がある。
【０００４】
また、半導体チップの表面、もしくは裏面に磁気誘導素子を固着する構成の場合、磁気誘導素子の面積を半導体チップの面積よりも小さくする必要があるため、良好な磁気誘導素子特性を得ることが出来ないという課題があった。
これを解決するために、これとは逆の構成にして磁気誘導素子（インダクタ）上に半導体チップ（電源ＩＣチップ）を載せる構造にした例が特許文献１などに開示されている。
【特許文献１】特開２００４−７２８１５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、特許文献１の構造では、フェライト基板の中央部にはインダクタのコイルパターンが形成されフェライト基板の外周部に接続用の外部電極（外部端子）が形成され、この外部電極と半導体チップのパッド電極（金属配線の一部）が接続するため、パッド電極は半導体チップの外周部に配置される。そのため、インダクタチップの大きさ（サイズ）に対してほぼ同一の大きさ（同サイズ）の半導体チップしか使用することができないという課題があり、これにより半導体チップの縮小化によるコストダウンの対応ができないという問題があった。
【０００６】
また、半導体チップのパッド電極は、インダクタチップの外周部の外部電極を介してプリント基板に接続され、放熱する経路が長いため、半導体チップで発生した熱をプリント基板に放熱しにくく、半導体チップの温度が上昇しやすいという課題を残していた。
この発明の目的は、前記の課題を解決して、半導体チップの熱放散を良好にし、半導体チップの大きさをインダクタチップの大きさを越えない範囲で自由に決定できる超小型電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するために、半導体基板の表面に半導体ＩＣ(集積回路)および第１外部端子（金属配線：パッド電極含む）が形成された電源ＩＣチップと、磁性絶縁基板（フェライト基板）の中心部にコイル、該磁性絶縁基板の少なくとも一方の表面の外周部に第２外部端子（外部電極）が形成されたインダクタチップと、コンデンサを有する超小型電力変換装置において、
前記電源ＩＣチップの裏面を前記磁性絶縁基板の一方の前記表面に接着剤にて接着した構成とする。
【０００８】
また、前記磁性絶縁基板がフェライト基板であるとよい。
また、前記電源ＩＣチップと前記インダクタチップとを接着する前記接着剤の剥離温度が、３００℃以上であるとよい。ここでは剥離温度とは接着剤が熱により軟化して（溶けて）接着効果が失われる温度をいう。
また、前記接着剤が、その剥離温度が１５０℃から２００℃の高分子接着剤であるとよい。
【０００９】
また、前記接着剤が、ホットメルト材もしくはシロキサン系材料であるとよい。
また、前記接着剤が、前記電源ＩＣチップの裏面外周部に選択的に接着しているとよい。
また、前記第２外部端子上にはんだボールを形成するとよい。
また、前記第１外部端子上にはんだを固着し、前記磁性絶縁基板の一方の前記表面からの前記はんだの先端の高さが、前記磁性絶縁基板の一方の前記表面からの前記はんだボールの先端の高さと同じ高さであるとよい。
【００１０】
また、前記はんだおよび前記はんだボールが、プリント基板に形成した配線パターンに固着するとよい。
また、前記はんだおよび前記はんだボールをプリント基板に形成した配線パターンに固着するときに、前記接着剤が溶融する（軟化する）ことで接着効果がなくなり前記電源ＩＣチップと前記インダクタチップが分離するとよい。
【００１１】
また、前記はんだおよび前記はんだボールを絶縁基板に形成した配線パターンにはんだリフロー処理によりそれぞれ固着し、該はんだリフロー処理によりそのリフロー温度で前記電源ＩＣチップと前記インダクタチップを接着している接着剤の接着効果がなくなり前記電源ＩＣチップと前記インダクタチップが分離されるようにするとよい。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、電源ＩＣチップの発熱部とプリント基板の配線パターンまでの接続長（放熱の経路）を短くすることが可能となり、電源ＩＣチップの温度上昇を防止することができる。
また、インダクタチップの真下で電源ＩＣチップをプリント基板に実装できるため、インダクタのサイズと無関係に電源ＩＣチップの縮小化が可能となり、設計の自由度が増大し、電源ＩＣチップのコストダウンができる。
【００１３】
また、電源ＩＣとインダクタを別工程で製作可能となるため、電源ＩＣの表面上に直接インダクタを形成するモノリシック積層一体化構造と比較すると、電源ＩＣとインダクタを接続するための、スルーホールの形成や内部接続（接続導体）が不要となるため、製造工程の簡略化や製造時間の短縮化を図ることができる。
また、はんだ実装時にインダクタチップと電源ＩＣチップが分離される構成とすることで、はんだ実装時の残留応力、及び実装後の熱応力を緩和でき、モジュールの実装における接合信頼性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
実施の形態を以下の実施例にて説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、この発明の第１実施例の超小型電力変換装置の要部構成図であり、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は裏面平面図である。同図（ａ）は同図（ｂ）のＸ−Ｘ線で切断した断面図である。これらの図は、超小型電力変換装置の構成要素である電源モジュールであり、この電源モジュールを構成するのはインダクタチップ１００と電源ＩＣチップ２００である。
【００１６】
この電源モジュールはインダクタチップ１００の裏面側に電源ＩＣチップ２００の裏面１４を接着剤１２で固着した構成をしており、インダクタチップ１００の外周部に形成された第２外部電極５にはんだボール６を形成し、電源ＩＣチップ２００の金属配線９に形成された端子電極１０にはんだ１１を固着し、はんだボール６の先端の高さとはんだ１１の先端の高さを揃える。つぎに、この電源モジュールの製造方法を図１を用いて説明する。
【００１７】
まず、厚さ５００μｍの磁性絶縁基板であるフェライト基板１に多数のインダクタチップ１００を形成する。インダクタチップ１００は、フェライト基板１と、その両面に形成したコイル導体２と、これらの両面に形成したコイル導体２を接続する図示しない接続導体と、フェライト基板１の表面側に形成した第１外部電極４と裏面側に形成した第２外部電極５と、これらの外部電極４、５を電気的に接続するフェライト基板１を貫通する接続導体３と、これらを被覆する絶縁保護膜７とで構成され、第２外部電極５には外部端子となる高さが４００μｍのはんだボール６が形成されている。
【００１８】
尚、図では外部電極４、５はフェライト基板１の表裏に形成され、互いの外部電極４、５が図示しない貫通孔に形成される接続導体３と接続しているが、コイルの引き出しを例えば裏面側にすれば、裏面側に形成した第２外部電極５のみとしても構わない。このときは第１外部電極４と接続導体３は不要となり形成しなくてもよい。また、前記第１、第２外部電極は前記の特許請求の範囲の項に記載されている第２外部端子に相当する。
【００１９】
つぎに、一方、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）技術によりＣｕ（銅）などで形成される金属配線９と表面実装用の端子電極１０を半導体基板８に形成し、その表面を封止樹脂１３で被覆し、端子電極１０上の封止樹脂１３を開口して端子電極１０上にはんだ１１を固着させた後、切断して厚さ３５０μｍの電源ＩＣチップ２００を形成する。尚、前記金属配線９と端子電極１０は前記の特許請求の範囲の項で記載されている第１外部端子に相当する。
【００２０】
つぎに、前記インダクタチップ１００が形成された各箇所のフェライト基板１の一方の面(裏面側)にそれぞれの箇所に対応するように各電源ＩＣチップ２００の裏面１４（背面）全面をそれぞれ接着材１２で固着する。この接着剤１２ははんだリフロー処理での温度では接着効果が失われない３００℃以上の剥離温度を有する絶縁性接着剤がよく、エポキシ材が好ましい。
【００２１】
このとき、はんだボール６の先端の高さとはんだ１１の先端の高さを揃えるようにする。
つぎに、フェライト基板１を図示しないスクライブラインに沿って切断して、個片化し電源モジュールとする。
このとき、インダクタチップ１００のはんだボール６は、Ｃｕなどの金属材料からなる端子ブロックでも良い。また、このとき電源ＩＣチップ２００の端子電極１０は、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）でも、はんだボールを付けずにＬＧＡ（ランドグリッドアレイ）としても良い。また電源ＩＣチップ２００の貼付けは、前記したように、個片化する前のコイル導体２が形成されたフェライト基板１にＩＣチップを貼り付けてからダイシングにより電源モジュールに個片化しても良いが、既に個片化したインダクタチップ１００に電源ＩＣチップ２００を貼り付けてもよい。
【００２２】
図２は、図１の電源モジュールをプリント基板に実装したときの図であり、同図（ａ）、同図（ｂ）は工程順に示した要部工程断面図である。
プリント基板３００は絶縁基板２１に配線パターン２２を形成し、配線パターン２２の以外を絶縁膜２３で被覆して形成される。インダクタチップ１００および電源ＩＣチップ２００の各端子（第２外部電極５、金属配線９／端子電極１０）は、直接プリント基板３００の配線パターン２２と接続され、それぞれ個別に引き出されるが、接続が必要とされるインダクタチップ１００のａ部と電源ＩＣチップのｂ部は、プリント基板３００に形成されたｃ部の配線パターンを介して電気的に接続される。
【００２３】
接続の詳細は、インダクタチップ１００の第２外部電極５に形成したはんだボール６と、電源ＩＣチップ２００の端子電極１０に固着したはんだ１１と、プリント基板３００の配線パターン２２のはんだ２４は、はんだリフロー処理によりそれぞれが溶融して、はんだボール６ａとはんだ２５となり固着する。
そのため、はんだ１１とはんだボール６のそれぞれの先端が、配線パターン２２のはんだ２４の先端とそれぞれ接する必要があり、そのために、前記したように、はんだボール６の先端のフェライト基板１の裏面からの高さと、はんだ１１の先端のフェライト基板１の裏面からの高さを同じにする。
【実施例２】
【００２４】
図３は、この発明の第２実施例の超小型電力変換装置の要部構成図であり、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は裏面平面図である。同図（ａ）は同図（ｂ）のＸ−Ｘ線で切断した断面図である。これらの図は、超小型電力変換装置の構成要素である電源モジュールであり、この電源モジュールを構成するのはインダクタチップ１００と電源ＩＣチップ２００である。
【００２５】
インダクタチップ１００および電源ＩＣチップ２００の形成方法は、第１実施例と同様であるが、電源ＩＣチップ２００の貼り付けにおいて、剥離温度が１５０℃〜２００℃の接着剤３１で固着している点と、電源ＩＣチップ２００全面ではなく、電源ＩＣチップ２００の角と辺およびチップの中心などにつけるポイントでの接着としている点が異なる。接着剤３１の材料としては、ホットメルト材やシロキサン系の樹脂(高分子接着剤)でＳｉとの濡れ性がよくない材料が好ましい。これはプリント基板３００の配線パターン２２と電源ＩＣチップ２００とインダクタチップ１００をはんだリフロー処理で固着するときに、リフロー温度で接着剤３１の接着効果が失われ、これに濡れ性の悪さが加わることでインダクタチップ１００と電源ＩＣチップ２００が分離（剥離）しやすくなるためである。
【００２６】
図４は、電源モジュールをプリント基板に実装したときの図であり、同図（ａ）、同図（ｂ）は工程順に示した要部工程断面図である。はんだリフロー時の２５０℃を超える高温により接着剤３１の接着効果が失われインダクタチップ１００と電源ＩＣチップ２００が分離し、それぞれ独立してプリント基板３００の配線パターン２２と接続される。インダクタチップ１００および電源ＩＣチップ２００の各端子（第２外部電極５、金属配線９／端子電極１０）は、直接プリント基板３００の配線パターン２２と接続され、それぞれ個別に引き出されるが、接続が必要とされるインダクタチップ１００のａ部と電源ＩＣチップのｂ部は、プリント基板３００に形成されたｃ部の配線パターンを介して電気的に接続される。
【００２７】
前記の第１、第２実施例で示したように、電源ＩＣチップ２００の発熱部とプリント基板３００の配線パターン２２までの接続長（放熱の経路）を短くすることができるので、電源ＩＣチップ２００の温度上昇を防止することができる。具体的には、電源ＩＣチップ２００の発熱部とプリント基板３００の配線パターン２２間の熱抵抗は、従来の電源モジュールと比較すると約１／３の３℃／Ｗとなる。
【００２８】
また、インダクタチップ１００の真下で電源ＩＣチップ２００をプリント基板３００に実装できるため、インダクタチップ１００のサイズと無関係に電源ＩＣチップ２００の縮小化が可能となり、設計の自由度が増大し、電源ＩＣチップ２００のコストダウンができる。
また、電源ＩＣチップ２００とインダクタチップ１００を別工程で製造できるため、電源ＩＣチップ上に直接インダクタを形成するモノリシック積層一体化構造で、電源ＩＣチップとインダクタを接続するために必要となる、半導体基板に磁性膜の絶縁膜およびスルーホールを形成する工程と、このスルーホールや絶縁膜上にメッキなどで金属配線膜を形成する工程などが不要となり、製造工程の簡略化や製造時間の短縮化を図ることができる。
【００２９】
また、第２実施例に示したように、はんだ実装時にインダクタチップ１００と電源ＩＣチップ２００が分離する構成としたことにより、はんだ実装時の残留応力および実装後の熱応力を緩和でき、電源モジュールの実装における接合信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の第１実施例の超小型電力変換装置の要部構成図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は裏面平面図
【図２】図１の電源モジュールをプリント基板に実装したときの図であり、（ａ）、（ｂ）は工程順に示した要部工程断面図
【図３】この発明の第２実施例の超小型電力変換装置の要部構成図であり、（ａ）は断面図、図（ｂ）は（ａ）の裏面平面図
【図４】図３の電源モジュールをプリント基板に実装したときの図であり、（ａ）、（ｂ）は工程順に示した要部工程断面図
【符号の説明】
【００３１】
１    フェライト基板
２    コイル導体
３    接続導体
４    第１外部電極
５    第２外部電極
６、６ａ    はんだボール
７    絶縁保護膜
８    半導体基板
９    金属配線
１０    端子電極
１１、２４、２５  はんだ
１２    接着剤
１３    封止樹脂
１４    裏面
２１    絶縁基板
２２    配線パターン
２３    絶縁膜
１００    インダクタチップ
２００    電源ＩＣチップ
３００    プリント基板
【図１】
2008017540.tif 000003
【図２】
2008017540.tif 000004
【図３】
2008017540.tif 000005
【図４】
2008017540.tif 000006