(57)【要約】【課題】磁気飽和しにくく、高いインダクタンス値を有する薄膜磁気誘導素子と、これを搭載して実装面積を小さくし、電力変換効率を向上させることができる超小型電力変換装置を提供する。【解決手段】フェライト基板１に第１の渦巻き状コイル導体４と第２の渦巻き状コイル導体５をメッキで形成し、フェライト基板１の中央付近に貫通孔を開け、この貫通孔を介して第１の渦巻き状コイル導体４と第２の渦巻き状コイル導体５の中央端同士が接続導体３で電気的に接続し、第１の渦巻き状コイル導体４に流れる電流の向きと第２の渦巻き状コイル導体５に流れる電流の向きは逆方向となるように、第１および第２渦巻き状コイル導体４、５を形成する。こうすることで、フェライト基板１内の磁束を増やすことができる。磁束密度を増加させることで、薄膜磁気誘導素子のインダクタンスを大きくすることができて、薄膜磁気誘導素子の小型化を図ることができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性絶縁基板と、該磁性絶縁基板の第１主面に形成された第１の渦巻き状コイル導体と、前記磁性絶縁基板の第２主面に形成された第２の渦巻き状コイル導体と、第１の渦巻き状コイル導体の中心端と第２の渦巻き状コイル導体の中心端を接続する接続導体とを有する薄膜磁気誘導素子であって、第１および第２の渦巻き状コイル導体に流れる電流の向きを互いに逆向きにし、第１および第２の渦巻き状コイル導体に流れる電流で前記磁性絶縁基板内に誘起される磁束密度を増大させることを特徴とする薄膜磁気誘導素子。
【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に記載の薄膜磁気誘導素子。
【請求項３】
前記渦巻き状コイル導体表面を絶縁膜もしくは磁性を有する微粒子を分散させた樹脂で被覆することを特徴とする請求項１に記載の薄膜磁気誘導素子。
【請求項４】
半導体集積回路の形成された半導体基板と、薄膜磁気誘導素子と、コンデンサとを有する超小型電力変換装置において、
磁性絶縁基板と、該磁性絶縁基板の第１主面に形成された第１の渦巻き状コイル導体と、前記磁性絶縁基板の第２主面に形成された第２の渦巻き状コイル導体と、第１の渦巻き状コイル導体の中心端と第２の渦巻き状コイル導体の中心端を接続する接続導体とを有する薄膜磁気誘導素子であって、第１および第２の渦巻き状コイル導体に流れる電流の向きを互いに逆向きにし、第１および第２の渦巻き状コイル導体に流れる電流で前記磁性絶縁基板内に誘起される磁束密度を増大させる薄膜磁気誘導素子を具備することを特徴とする超小型電力変換装置。
【請求項５】
半導体集積回路の形成された半導体基板と、薄膜磁気誘導素子と、コンデンサとを有する超小型電力変換装置において、
半導体基板と薄膜磁性誘素子を形成する磁性絶縁基板とが積層一体化され、半導体基板に形成された集積回路の外部導出端子が、少なくとも磁気絶縁基板に形成された端子を経由して外部回路と接続することを特徴とする超小型電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板に形成した半導体集積回路（以下ＩＣと記す）と、コイルやコンデンサ、抵抗などの受動部品で構成されるＤＣ−ＤＣコンバ−タなどの超小型電力変換装置とそれに用いられる薄膜磁気誘導素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子情報機器、特に携帯型の各種電子情報機器の普及が著しい。それらの電子情報機器は、電池を電源とするものが多く、ＤＣ−ＤＣコンバータなどの電力変換装置を内蔵している。通常その電力変換装置は、スイッチング素子、整流素子、制御用ＩＣなどの能動素子とコイル、トランス、コンデンサ、抵抗などの受動素子の各個別部品をセラミック基板やプラスチック等のプリント基板などの上に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。
図５は、ＤＣ−ＤＣコンバータの回路構成図である。図中の外枠の点線部分５０がＤＣ−ＤＣコンバータの回路である。
【０００３】
ＤＣ−ＤＣコンバータは、入力コンデンサＣｉ、出力コンデンサＣｏ、調整用の抵抗ＲＴ  、コンデンサＣＴ  、薄膜磁気誘導素子Ｌおよび制御用ＩＣで構成される。直流の入力電圧Ｖｉを入力し、制御用ＩＣのＭＯＳＦＥＴをスイッチングさせて、直流の所定の出力電圧Ｖｏを出力する。薄膜磁気誘導素子Ｌと出力コンデンサＣｏは直流電圧を出力するためのフィルタ回路である。
この回路において、薄膜磁気誘導素子Ｌの直流抵抗が大きくなると、この部分での電圧降下が大きくなり、ＤＣ−ＤＣコンバータの変換効率は小さくなる。
ハイブリッド型電源モジュールの小型化は、ＭＣＭ（マルチチップモジュール）や積層セラミック部品等の技術により進歩してきている。しかしながら、個別の部品を同一基板上に並べて実装するため、電源モジュールの実装面積の縮小化が制限されている。
【０００４】
近年、半導体技術の適用により、半導体集積回路装置を形成したシリコン基板に平面型の薄膜磁気誘導素子を形成し、小型化を図った例がある（例えば、特許文献１参照）。
これにより磁気誘導部品の薄型化とその実装面積の削減が可能となったが、その他の個別チップ部品数が多く、まだ実装面積が大きい。そのため、磁性絶縁薄板の片面に渦巻き状のコイル導体を形成して、大きな電流を流しても磁気飽和しにくい薄膜磁気誘導素子としたもの（例えば、特願２０００−０２１４５３号の図１や、磁性絶縁薄膜の両面に形成したコイル導体を接続導体により接続してソレノイド膜構造として高いインダクタンス値を得やすい薄膜磁気誘導素子としたもの（例えば、特願２００２−２２４５７８号の図３、図２５）により、超小型電力変換装置の小型化と高効率化をはかった例がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１９６５４２号公報  図１
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、渦巻き状のコイル導体を磁気絶縁薄板の片面に形成した薄膜磁気誘導素子では、ソレノイド捲き線構造のような高いインダクタンス値を得ることが困難である。
一方、ソレノイド捲き線構造の薄膜磁気誘導素子は磁気飽和が起こり易く、大きな電流を流すことが困難である。すなわち、どちらの構造も高いインダクタンス値と磁気飽和特性の量特性を共に満たすものではなかった。
この発明の目的は、磁気飽和しにくく、高いインダクタンス値を有する薄膜磁気誘導素子と、これを搭載して実装面積を小さくし、電力変換効率を向上させることができる超小型電力変換装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、（１）磁性絶縁基板と、該磁性絶縁基板の第１主面に形成された第１の渦巻き状コイル導体と、前記磁性絶縁基板の第２主面に形成された第２の渦巻き状コイル導体と、第１の渦巻き状コイル導体の中心端と第２の渦巻き状コイル導体の中心端を接続する接続導体とを有する薄膜磁気誘導素子であって、第１および第２の渦巻き状コイル導体に流れる電流の向きを互いに逆向きにし、第１および第２の渦巻き状コイル導体に流れる電流で前記磁性絶縁基板内に誘起される磁束密度を増大させる構成の薄膜磁性誘導素子とする。
（２）前記磁性絶縁基板が、フェライト基板である薄膜磁気誘導素子とする。
（３）前記渦巻き状コイル導体表面を絶縁膜もしくは磁性を有する微粒子を分散させた樹脂で被覆する薄膜磁気誘導素子とする。
（４）半導体集積回路の形成された半導体基板と、薄膜磁気誘導素子と、コンデンサとを有する超小型電力変換装置において、磁性絶縁基板と、該磁性絶縁基板の第１主面に形成された第１の渦巻き状コイル導体と、前記磁性絶縁基板の第２主面に形成された第２の渦巻き状コイル導体と、第１の渦巻き状コイル導体の中心端と第２の渦巻き状コイル導体の中心端を接続する接続導体とを有する薄膜磁気誘導素子であって、第１および第２の渦巻き状コイル導体に流れる電流の向きを互いに逆向きにし、第１および第２の渦巻き状コイル導体に流れる電流で前記磁性絶縁基板内に誘起される磁束密度を増大させる薄膜磁気誘導素子を具備する構成とする。
（５）半導体集積回路の形成された半導体基板と、薄膜磁気誘導素子と、コンデンサとを有する超小型電力変換装置において、半導体基板と薄膜磁性誘素子を形成する磁性絶縁基板とが積層一体化され、半導体基板に形成された集積回路の外部導出端子が、少なくとも磁気絶縁基板に形成された端子を経由して外部回路と接続する構成とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１、図２は、この発明の第１実施例の薄膜磁気誘導素子の要部構成図であり、図１（ａ）はフェライト基板の表面側の平面図、図１（ｂ）はフェライト基板の表面側から透視した裏面側の平面図、図２は図１（ａ）のＸ−Ｘ線で切断した断面図である。また、図１（ａ）は、図２のＡ１−Ａ１面を矢印方向から見た平面図であり、図１（ｂ）は、図２のＡ２−Ａ２面を矢印方向から見た平面図である。また、図１（ａ）のＸ−Ｘ線を裏面に投影すると図１（ｂ）のＸ−Ｘ線になる。
【０００９】
図１、図２において、３００μｍ〜７００μｍの厚さのフェライト基板１の第１主面１ａに第１の渦巻き状コイル導体４、第２主面１ｂに第２の渦巻き状コイル導体５をメッキで形成する。フェライト基板１の外周部に複数個の接続配線２、６を形成し、第１主面１ａの一個の接続配線６と第１の渦巻き状コイル導体４の外周端４１とを接続し、第２主面１ｂの一個の接続配線６と第２の渦巻き状コイル導体５の外周端５１とを接続する。また、接続配線６上に電界メッキもしくは無電界メッキにより、最表面が、Ａｕ（金）メッキ層である接続配線７を形成する。
【００１０】
フェライト基板１の中央付近に直径０．１５ｍｍ〜０．５ｍｍの貫通孔を開け、この貫通孔を介して第１の渦巻き状コイル導体４と第２の渦巻き状コイル導体５の中央端同士が接続導体３で電気的に接続する。第１の渦巻き状コイル導体４に流れる電流の向きと第２の渦巻き状コイル導体５に流れる電流の向きは逆方向となるように、第１および第２渦巻き状コイル導体４、５を形成する。また、これら渦巻き状コイル導体４、５の表面および隙間を磁性体分散樹脂８で埋め込み、堆積させる。
また、図２では、第１および第２渦巻き状コイル導体４、５を互いに対向するように配置して形成しているが、任意の位置に形成してよい。しかし、図２の点線で示す第１の渦巻き状コイル導体４ａのようにずらして、第１と第２の渦巻き状コイル導体４ａ、５の互いの隙間を埋めるように、互い違いに配置して形成しすると、フェライト基板１内の磁気飽和がしにくくなり望ましい。
【００１１】
図３は、図２の実線のように形成された第１および第２の渦巻き状コイル導体に電流を流し、磁束が誘起される様子を示す図である。第１の渦巻き状コイル導体４には、外周端４１から中心に向かって電流２０が流れ、第２の渦巻き状コイル導体５には、中心から外周端５１に向かって電流２０が流れる。このように電流２０が流れることで、第１および第２の渦巻き状コイル導体４、５に流れる電流２０で磁界２１が誘起され、この磁界２１で誘起された磁束の方向２２が、磁心となるフェライト基板１内で中心から外周に向かう方向に揃い、磁束密度が高くなる。
【００１２】
磁束密度が高くなることで、薄膜磁気誘導素子のインダクタンスを大きくすることができて、薄膜磁気誘導素子の小型化を図ることができる。
また、フェライト基板１の両側（第１、第２主面）に第１、第２の渦巻き状コイル導体４、５を形成することで、高いインダクタンスで、大きな電流を流しても磁気飽和が起こりにくい薄膜磁気誘導素子とすることができる。
図４は、この発明の第２実施例の超小型電力変換装置の要部断面図である。
図１、図２の薄膜磁気誘導素子の一方の主面に制御用ＩＣチップ（半導体チップ１１）を配置し、他方の主面に積層セラミックコンデンサアレイ１５を配置することで図５の外枠の点線部分５０の超小型電力変換装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ）が形成される。
【００１３】
この半導体チップ１１に形成された集積回路（ＩＣ）の端子（パット電極上に形成したスタッドバンプ１２も含む：外部導出端子）は、フェライト基板１に形成された接続配線２、６、７と積層セラミックコンデンサアレイ１４の接続配線１５を経由して図示しない外部回路と接続する。尚、図中の１３はアンダーフィル（接着樹脂）であり、半導体チップ１１と薄膜磁気誘導素子とを固着する働きをする。
図１、図２の小型化された薄膜磁気誘導素子を搭載することで、超小型電力変換装置の小型化を図ることができる。
【００１４】
また、前記半導体チップ１１と前記フェライト基板１とを固着して、薄膜磁気誘導素子と一体となった半導体集積回路装置とすることも勿論できる。
【００１５】
【発明の効果】
この発明によれば、磁気絶縁基板の両側に渦巻き状コイル導体を形成し、互いのコイルに流れる電流を逆向きとすることで、高いインダクタンス値を得ながら、大きな電流を流しても磁気飽和しにくいコイル特性の薄膜磁気誘導素子を得ることができる。
また、この薄膜磁気誘導素子の一方の面に集積回路を作り込んだ半導体基板を固着させ、さらに、他方の面に積層セラミックコンデンサアレイを固着させることで、小型で、高い電力変換効率の超小型電力変換装置を製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例の薄膜磁気誘導素子の要部構成図であり、（ａ）はフェライト基板の表面側の平面図、（ｂ）はフェライト基板の表面側から透視した裏面側の平面図
【図２】図１（ａ）のＸ−Ｘ線で切断した断面図
【図３】図２の実線のように形成された第１および第２の渦巻き状コイル導体に電流を流し、磁束が誘起される様子を示す図
【図４】この発明の第２実施例の超小型電力変換装置の要部断面図
【図５】ＤＣ−ＤＣコンバータの回路構成図
【符号の説明】
１    フェライト基板
１ａ  第１主面（表面）
１ｂ  第２主面（裏面）
２、６、７、１５  接続配線
３    接続導体
４、４ａ  第１の渦巻き状コイル導体
５    第２の渦巻き状コイル導体
８    磁性体分散樹脂
１１    半導体チップ
１２    スタッドバンプ
１３    アンダーフィル
１４    積層セラミックコンデンサ
２０    電流
２１    磁界
２２    磁束の方向
４１    外周端（第１の渦巻き状コイル導体）
５１    外周端（第２の渦巻き状コイル導体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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