(57)【要約】【課題】実装面積が小さく、電力変換効率を向上させ、電力損失の低減を図ることができる薄型化されたインダクタ（薄膜磁気誘導素子）を有する超薄型化された超小型電力変換装置を提供すること。【解決手段】コイル導体４、５の平面形状は直線状であり、磁性絶縁基板１の第１主面にコイル導体４、第２主面にコイル導体５が形成されており、それぞれの導体４、５は貫通孔に形成される接続導体３によって電気的に接続されソレノイド状に形成されている。この薄型化されたインダクタで、Ｘ−Ｘ線に垂直な方向の磁性絶縁基板の長さをＬとし、対向する接続導体３の間の距離であるコイル導体の長さをｄとしたとき、ｄ≧Ｌ／２の関係が成り立つようにｄを決めることで、薄型化されたインダクタのインダクタンスを高めることができて、さらに直流重畳特性の改善も図ることができる。その結果、このインダクタを用いることで超薄型化された超小型電力変換装置を製作することができる。【選択図】        図１
2004274004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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導体と前記磁性絶縁基板の第２主面に形成された第２導体と前記磁性絶縁基板を貫通する貫通孔に形成された接続導体とをそれぞれ接続してなるソレノイド状コイル導体と、からなる薄膜磁気誘導素子であって、ソレノイド状コイルが発生する磁界に対して垂直方向にあたる磁性絶縁基板の長さＬとコイル導体の長さｄの関係をｄ≧Ｌ／２とした薄膜磁気誘導素子を有する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に記載の超小型電力変換装置。
【請求項４】
前記薄膜磁気誘導素子の前記磁気絶縁基板の第１主面および第２主面に貫通孔を介して電気的に接続された電極を具備することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の超小型電力変換装置。
【請求項５】
前記半導体基板が前記薄膜磁気誘導素子の前記磁性絶縁基板上に形成した前記電極と電気的に接続されてい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】
前記半導体基板と電気的に接続する前記電極が、前記磁性絶縁基板の外周端から離れて内側の表面に配置されることを特徴とする請求項５のいずれか一項に記載の超小型電力変換装置。
【請求項７】
前記磁性絶縁基板の前記半導体基板と電気的に接続する前記電極が配置されている主面に、該主面の全外周の周縁部表面に直接接する保護膜を被覆することを特徴とする請求項６に記載の超小型電力変換装置。
【請求項８】
前記保護膜が、レジスト保護膜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】
前記半導体基板の一部および前記磁性絶縁基板の前記半導体基板と電気的に接続する前記電極に配置されている主面の全外周の周縁部表面に直接接する接合材を被覆することを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の超小型電力変換装置。
【請求項１０】
前記接合材が、アンダーフィルであることを特徴とする請求項９に記載の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モジュールとして構成されている。
図１３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  、薄膜インダクタＬｏおよび電源用ＩＣで構成される。直流の入力電圧Ｖｉを入力し、電源用ＩＣ（図では単に電源ＩＣとした）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。薄膜インダクタＬｏ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。この回路においては、薄型化されたインダクタＬｏ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、出力電圧Ｖｏが低くなる。つまり、ＤＣ−ＤＣコンバータの変換効率は小さくなる。
【０００４】
前記した携帯用を含めた各種電子情報機器の小型軽量化の要望に伴い、内蔵される電力変換装置の小型化の要求も強い。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）技術や，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。特にインダクタやトランス等の磁気誘導部品は、集積回路と比べると体積が非常に大きいために、電子機器の小型化を図る上で最大の制約となっている。
これら磁気誘導部品の小型化に対する今後の方向としては、チップ部品として限りなく小さくし、面実装により電源全体を小さくする方向と、シリコン基板上に薄膜で形成する方向の二つが考えられる。近年、磁気誘導部品の小型化の要求に応えて、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）を搭載した例も報告されている。また、発明者もそのような平面型の薄膜磁気誘導部品を考案した（特許文献１参照）。これは、スイッチング素子や制御回路等の半導体装置を作り込んだ半導体基板の表面上に、薄膜コイルを磁性薄膜とフェライト薄板とで挟んだ形の平面型の薄膜磁気誘導素子（薄膜インダクタ）を薄膜技術により形成したものである。これにより、磁気誘導素子の薄型化とその実装面積の削減が可能となった。
【０００５】
しかしなお、個別チップ部品数が多いことや、また実装面積が大きいという問題があった。
これを解決するために、発明者はすでに開示されている超小型電力変換装置を考案した（特許文献２参照）。この超小型電力変換装置に用いられている平面型の薄膜磁気誘導素子は、渦巻き状（蚊取り線香状）のコイル導体の隙間に磁性を帯びた微粒子を混入した樹脂を充填し、上面、下面を磁性絶縁基板であるフェライト薄板で挟んで形成される。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１９６５４２号公報
【特許文献２】
特開２００２−２３３１４０号公報の図１
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この方法では、コイル導体のインダクタンスは渦巻きの回数にほぼ比例するため、大きなインダクタンスを確保するためには、渦巻きの回数を増やす必要がある。実装面積を増やさずに渦巻きの回数を増やすと、コイル導体の断面積を小さくする必要がある。
つまり、高いインダクタンスを得るためには、コイル導体の断面積を小さく、導体線長を長くしなければならない。しかし、コイル導体の断面積を小さく、導体線長を長くすると、コイル導体の直流抵抗が増大し、このコイル導体での電圧降下が大きくなり、超小型電力変換装置の変換効率が低下してしまう。また、直流抵抗が増大するため電力損失も増大する。
【０００８】
この発明の目的は、実装面積が小さく、電力変換効率を向上させ、電力損失の低減を図ることができる薄型化されたインダクタ（薄膜磁気誘導素子）を有する超薄型化された超小型電力変換装置を提供することにある。
【０００９】
【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、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導体と前記磁性絶縁基板の第２主面に形成された第２導体と前記磁性絶縁基板を貫通する貫通孔に形成された接続導体とをそれぞれ接続してなるソレノイド状コイル導体と、からなる薄膜磁気誘導素子であって、ソレノイド状コイルが発生する磁界に対して垂直方向にあたる磁性絶縁基板の長さＬとコイル導体の長さｄの関係をｄ≧Ｌ／２とした薄膜磁気誘導素子を有する構成とする。
【００１０】
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とよい。
また、前記薄膜磁気誘導素子の前記磁気絶縁基板の第１主面および第２主面に貫通孔を介して電気的に接続された電極を具備する構成とする。
また、前記半導体基板が前記薄膜磁気誘導素子の前記磁性絶縁基板上に形成した前記電極と電気的に接続されている構成とする。
また、前記半導体基板と電気的に接続する前記電極が、前記磁性絶縁基板の外周端から離れて内側の表面に配置される構成とする。
【００１１】
また、前記半導体基板に対向する前記磁性絶縁基板の外周部の表面に直接接する保護膜を被覆する構成とする。
また、前記保護膜が、レジスト保護膜であるとよい。
また、前記半導体基板の一部および該半導体基板に対向する前記磁性絶縁基板の外周部の表面とに直接接する接合材を被覆する構成とする。
また、前記接合材が、アンダーフィルであるとよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
〔実施例１〕
図１および図２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、図１（ａ）は薄膜磁気誘導素子であるインダクタの要部断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の上部から透視した要部平面図であり、図２は超小型電力変換装置の要部断面図である。尚、図１（ａ）は図（ｂ）のＸ−Ｘ線で切断した要部断面図で、図２は図１（ｂ）のＹ−Ｙ線に相当した線で切断した超小型電力変換装置の要部断面図である。これらの図にはインダクタのコイルパターンのみでなく、電気的に接続するための電極６ａ、６ｂ（この電極はＩＣチップやコンデンサなどと接続するための外部接続端子の役割をする）も同時に示した。尚、図２は、後述の図４（ｈ）の点線で切断した後の完成した超小型電力変換装置に関し、図１のＹ−Ｙ線に相当する線で切断した要部断面図である。
【００１３】
図１（ｂ）で示されるようにコイル導体４、５の平面形状は直線状であり、それらがフェライト基板のような磁性絶縁基板１の第１主面にコイル導体４、第２主面にコイル導体５が形成されており、それぞれの導体４、５が貫通孔に形成される接続導体３によって電気的に接続され、ソレノイド状に形成される。
図２に示すように、上記の磁性絶縁基板１の片面側（上側）に電源用ＩＣなどのＩＣチップ１１（電源用集積回路が形成されている）を配置することで、インダクタと電源用ＩＣの電力変換装置の２つの主要素を超小型で形成する。尚、図中では超小型電力変換装置を構成するコンデンサは省略されている。このコンデンサは外付けでもよいが、積層セラミックコンデンサアレイなどのコンデンサ素子をもう片方（下側）の面に配置することで、さらに小型化された超小型電力変換装置とすることができる。
【００１４】
これらのＩＣチップ１１やコンデンサ素子は、磁性絶縁基板１の周辺に形成された電極６ａ、６ｂを介して電気的に接続される。
尚、図中の２は貫通孔に形成された接続導体、１６は保護膜、１６ａはスタッドバンプを固着するための保護膜の開口部（パッドとなる）、１７はＩＣチップに形成されたスタッドバンプ、１８はアンダーフィルである。接続導体２は表面側の電極６ａと裏面側の６ｂを電気的に接続するものである。また、スタッドバンプ１７はＩＣチップ１１と電極６ａを固着するのに用いられ、アンダーフィル１８はＩＣチップ１１とインダクタとの隙間に充填されてこれらの固着をさらに強化するために用いられる。
【００１５】
図１（ｂ）において、対向する接続導体３の間の距離をコイル導体の長さをｄとし、コイル内に発生する磁界の方向（Ｘ−Ｘ線の方向）と垂直な方向の磁性絶縁基板の長さをＬとしたとき、図３で説明するように、ｄ≧Ｌ／２とすることで、薄型化されたインダクタのインダクタンスを高め、直流重畳特性を改善することができる。その結果、実装面積が小さく、電力変換効率を向上させ、電力損失の低減を図ることができる薄型化されたインダクタ（薄膜磁気誘導素子）を有する超薄型化された超小型電力変換装置を提供することができる。尚、ｄとＬは平行している。
【００１６】
図３は、図１のインダクタの直流重畳特性を説明するための図である。直流重畳特性を得るためのに用いたインダクタの諸元（パラメータ）は、インダクタの磁性絶縁基板の長さＬが３．５ｍｍ、厚さが５２５μｍ、磁性絶縁基板の初透磁率が１００、コイルターン数は１１として、コイル導体の長さｄは１．３ｍｍ（Ｎｏ４１）、１．５ｍｍ（Ｎｏ４２）、１．７５ｍｍ（Ｎｏ４３でＬ／２）、１．９ｍｍ（Ｎｏ４４）、２．１ｍｍ（Ｎｏ４５）の５種類である。
またインダクタンスを求めるためにインダクタに通電した高周波電流は１ｍＡで周波数は２ＭＨｚとし、直流重畳電流を０ｍＡから７００ｍＡまで範囲とした。尚、Ｌとｄはソレノイド状のコイル導体が発生する磁界（水平方向：図１のＸ−Ｘ線方向）に対して垂直方向の長さであり、磁性絶縁基板の長さＬは対向する端部間の距離であり、コイル導体の長さｄは対向する接続導体３間の距離で、コイル断面の最大の長さ（＝コイル内側の磁性絶縁基板断面の最大の長さ）のことである。
【００１７】
図に示されるように、インダクタは、ｄ＝Ｌ／２＝１．７５ｍｍを境にして、直流重畳特性が改善する。これは、ｄ＜Ｌ／２の場合は、コイル導体内側での磁性体の断面積（コイル断面積）が小さくなり、そのため、初期時（直流重畳電流が０ｍＡのとき）でのインダクタンスが小さくなる。また、コイル導体内側の磁性体の断面積が小さいために、コイル導体内側の磁性体の磁束密度がコイル導体外側の磁性体の磁束密度よりも大きくなり、コイル導体内側の磁性体の磁気飽和の度合いが、直流重畳電流が増加するに従って大きくなる。そのため、直流重畳電流を増加させるにしたがって、インダクタンスが低下する度合いが大きくなる。つまり、直流重畳特性が悪化する。
【００１８】
一方、ｄ＞Ｌ／２の場合は、ｄ＜Ｌ／２の場合と比べてコイル導体内側の磁性体の断面積が大きいため、初期時でのインダクタンスが大きくなる。また、ｄが所定の値になるまでは初期時でのインダクタンスは大きくなり、ｄが所定の値を超えると初期時でのインダクタンスは低下する。つまり、インダクタンスが所定の値でピークとなる。このｄの所定の値は図３（ｂ）から１．９ｍｍのときである。
また、ｄ＞Ｌ／２の場合は、直流重畳電流を増加させても、ｄ＜Ｌ／２の場合と比べて、インダクタンスの低下する割合いが小さくなり、直流重畳特性が改善される。また、ｄを増大させる程この低下する割合が小さくなり、ｄ＝Ｌでは低下の割合いは殆どゼロとなり、直流重畳電流を増加させてもインダクタンスの低下は殆どなくなる。ｄ＝Ｌでのインダクタンスは１．１μＨ程度である。
【００１９】
このことから、ｄ≧Ｌ／２とすることで、初期時のインダクタンスを大きくできて、さらに、直流重畳電流を増加させてもインダクタンスの低下を小さくできる。
また、図３（ｂ）において、ｄ＝２．１ｍｍ（Ｎｏ４５）の方が、Ｌ／２であるｄ＝１．７５ｍｍ（Ｎｏ４３）より初期時でのインダクタンスが小さくなるのは、コイル導体外部の磁性基板の断面積が減少することで外部の磁性基板を通る磁束量が減少するためである。
尚、ｄ≧Ｌ／２で大きなインダクタンスを得ることができるこのインダクタは、コイル長＞磁性基板厚とき、つまり薄型構造のときに特に有効である。またこのことは磁性基板の透磁率、飽和磁束密度などには依存しない。
【００２０】
また、前記したように、ｄ≧Ｌ／２とすることで大きなインダクタンスと直流重畳特性の改善が得られ、実装面積が小さいインダクタとすることができる。その結果、前記したように、実装面積が小さく、電力変換効率を向上させ、電力損失の低減を図ることができる薄型化されたインダクタ（薄膜磁気誘導素子）を有する超薄型化された超小型電力変換装置を製作することができる。
図４は、図１のインダクタの製造方法であり、同図（ａ）から同図（ｈ）は工程順に示した要部工程断面図である。これらの工程断面図は図１のＹ−Ｙ線に相当する線で切断した断面図である。
【００２１】
まず、磁性絶縁基板１として、厚さ５２５μｍのＮｉ−Ｚｎ系のフェライト基板を用いた。このフェライト基板の厚さは必要とされるインダクタンス、コイル電流値、磁性絶縁基板の特性から決定されるものであり、今回の実施例の厚さに限ったものではない。但し、磁性絶縁基板１が１００μｍ程度以下と極端に薄い場合は磁気飽和が起こりやすくなり、また、１ｍｍ程度以上と厚い場合には、超小型電力変換装置自体の厚さが厚くなるため、使用目的に合わせて選定するとよい。尚、磁性絶縁基板としては、フェライト基板に限ったことではなく、絶縁性の磁性基板（磁性絶縁基板）であればよい。今回は、容易に基板状に成形し得る材料としてフェライト基板を用いた。
【００２２】
まず、磁性絶縁基板１であるフェライト基板に貫通孔２ａ、３ａを形成する。対向する貫通孔３ａの間隔はコイル導体の長さｄであり、磁性絶縁基板１の長さＬの半分以上の長さになるように決める。ＩＣチップ１１との接合に用いる電極６ａと図示しない積層セラミックアレイとの接合に用いる電極６ｂをそれぞれ接続するための貫通孔が２ａであり（実際はこの貫通孔２ａに形成された接続導体２で電極６ａと電極６ｂは接続される）、コイル導体４、５を接続する貫通孔が３ａである（実際は貫通孔３ａに形成された接続導体３でコイル導体４とコイル導体５は接続される）。貫通孔２ａ、３ａの形成するための加工方法はレーザ加工、サンドブラスト加工、放電加工、超音波加工および機械加工などいずれの方法も適用でき、加工コスト、加工寸法などで決定する必要がある。今回の実施例では、最小加工寸法幅が０．１３ｍｍと微小なこと、加工箇所が多いことからサンドブラスト法を用いた（図４（ａ））。
【００２３】
つぎに、貫通孔２ａ、３ａ部の接続導体２、３および第１主面、第２主面のコイル導体４、５、電極６ａ、６ｂを形成する。その詳細をつぎに説明する。磁性絶縁基板１全面に導電性を与えるために、Ｔｉ／Ｃｕをスパッタ法で成膜し、メッキシード層１２を形成する。このとき、貫通孔２ａ、３ａへも導電性が与えられるが、必要があれば、無電解メッキなどを施してもよい。また、スパッタ法に限らず真空蒸着法、ＣＶＤ（ケミカルベイパーデポジション）法などを用いてもよい。無電解メッキのみで形成しても構わない。但し、磁性絶縁基板１との密着性を十分得られる方法がよい。尚、導電性材料については今回はＣｕを用いたが、導電性を示す材料であればよい。密着性を得るための密着層として今回はＴｉを用いたが、Ｃｒ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａなどを用いることができる。また、Ｃｕが後工程の電解メッキ工程でメッキが生成されるシード層１２となるが、これもＮｉ、Ａｕなどを用いることができる。今回は、後工程での加工の容易さも考慮し、Ｔｉ／Ｃｕ膜の構成とした（図４（ｂ））。
【００２４】
つぎに、第１主面、第２主面に形成されるべきコイル導体４、５、電極６ａ、６ｂを形成するためのパターン１３をフォトレジストを用いて形成する。本実施例ではネガ型のフィルムタイプのレジストを用いてこれらのパターンを形成する（図４（ｃ））。
つぎに、レジストパターンの開口部へ電解メッキでＣｕ層を形成させる。このとき、貫通孔２ａ、３ａへもＣｕがメッキされ、接続導体２、３も同時に形成され、第１主面と第２主面のコイル導体４、５が接続され、ソレノイド状のコイルパターン１４ａが形成される。また、電極パターン１５ａも同時に形成される（図４（ｄ））。
【００２５】
つぎに、電解メッキ後、不要なフォトレジスト、導電層を除去することで、所定のコイル導体と電極が形成される（図４（ｅ））。
つぎに、コイル導体４、５上には絶縁膜１６を形成する。この絶縁膜１６にはフィルム型の絶縁材料を用いた。絶縁膜１６は保護膜としての機能を果たしており、長期信頼性を確保するために形成した方が好ましい。また、この絶縁膜１６の形成方法はフィルム型の材料に限定されるものではなく、液状の絶縁材料をスクリーン印刷でパターン形成し、熱硬化させても構わない（図４（ｆ））。
尚、コイル導体および電極表面には必要に応じて、Ｎｉ、Ａｕめっきなどを施し、表面処理層１４ｂ、１５ｂを形成する。本実施例では図４（ｄ）に示した工程で、Ｃｕを電解めっき後、連続してＮｉおよびＡｕを電解めっきで形成したが図４（ｅ）の終了後に無電解めっきでこれらを形成してよい。また図４（ｆ）後に同様に無電解めっきを実施しても構わない。これらの金属保護導体は後工程でのＩＣの接続工程で安定した接続状態を得るためのものである。
【００２６】
つぎに、電源ＩＣであるＩＣチップ１１をインダクタ基板に形成した電極６ａに接続する。その接続方法は、ＩＣの電極（パッド）にスタッドバンプ１７を形成し、そのＩＣチップ１１をインダクタの電極６ａに超音波接続で接合した（図４（ｇ））。
つぎに、アンダーフィル１８でＩＣチップ１１とインダクタの固定を補強し、点線箇所で切断して超小型電力変換装置が完成する。ＩＣチップ１１とインダクタの接合方法としては、ここではスタッドバンプ１７と超音波接合を用いたが、これに限定されるものではなく、はんだ接合、導電接着材などを用いても構わない。また当然接続部の接続抵抗ができるだけ小さくなる方法が好ましい。また、固定を補強するためにアンダーフィル材を用いたが、これは必要に応じて材料を選定すれば良く、エポキシ樹脂などの封止材などでも構わない。これらはそれぞれの素子を固定させ、かつ水分などの影響によってもたらされる不具合に対して、長期信頼性を得るために用いられるものであり、電力変換装置の初期特性そのものには影響しないが、長期信頼性を考慮すると形成するのがよい（図４（ｈ））。
【００２７】
前述した工程により、コンデンサ以外の部品（電源ＩＣとインダクタ）を実装した電力変換装置の超小型化を図ることができる。さらに積層セラミックコンデンサアレイなどをインダクタのＩＣチップの実装面とは反対側に接合させることにより、超薄型で超小型の電力変換装置が形成される。
尚、図１（ａ）および図２の接続導体２、３の形状は模式的に描いており、実際に近い形状は図４（ｈ）のようになる。
〔実施例２〕
図５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。この図は図２に相当する超小型電力変換装置を構成するインダクタのみの要部断面図である。
【００２８】
図２との違いは、図１のコイル導体４、５表面を被覆する絶縁膜である保護膜１６の代わりに磁性を有する微粒子を分散させた樹脂１９（以下磁性樹脂）を用いた点である。これにより、この磁性樹脂１９を被覆することで、高インダクタンス化と直流重畳特性の改善を図ることができる。
この構造は図４に示したインダクタの製造工程の中で、最終的にコイル導体上に保護膜１６として形成する絶縁膜として磁性樹脂１９を適用することで形成できる。
図６は、図５のインダクタの直流電流重畳特性を示す図である。コイルの諸元は、Ｌ＝３．５ｍｍ、ｄ＝２．１ｍｍ、フェライト基板厚さが５２５μｍ、コイルターン数が１１、周波数が２ＭＨｚであり、フェライト基板の初透磁率は１００である。４５がインダクタとして、磁性樹脂１００μｍをコイル導体４、５の両側に被覆したときの特性である。磁性樹脂は平均粒子径８μｍのパーマロイ粒子をエポキシ樹脂中に体積比率５０％で分散させたものを用いている。また、比較として５１に磁性樹脂なしの場合の特性を示す。磁性樹脂の有無以外の諸元は４５と同じである。
【００２９】
磁性樹脂１９でコイル導体４、５を被覆することにより、高インダクタンス化と直流重畳特性の改善をすることができる。なお、本実施例では磁性微粒子としてパーマロイ粒子を用い、厚さは１００μｍとしたが、粒子の材質、体積比率、厚さなどは必要な特性に応じて決定されるものである。
前記のように磁性樹脂１９を被覆することで、第１実施例よりさらに大きなインダクタンスを得ることができて、インダクタの実装面積を一層低減することができる。
前記の図２の超小型電力変換装置では、インダクタの電極６ａは磁性絶縁基板１の外周端に達するように形成され、また、この電極６ａと保護膜１６が開口部１６ａを除いて直接接して被覆する構造となっている。この保護膜１６としてレジスト保護膜を適用した場合、電極６ａとレジスト保護膜の密着力が小さいため、電極６ａとレジスト保護膜との界面（磁性絶縁基板１の外周端の界面）から水分が進入して、その後の工程であるはんだリフロー工程や熱サイクルなどの加速試験でスタッドバンプ１７と電極の界面で破断が起こる場合があり、高い信頼性が得られないことがある。つぎに、それを解決する実施例について説明する。
〔実施例３〕
図７は、この発明の第３実施例の超小型電力変換装置に用いるインダクタであり、同図（ａ）は図１（ｂ）に相当する要部平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ線で切断した、図１（ａ）に相当する要部断面図である。
【００３０】
図１との違いは、磁性絶縁基板１のＩＣチップが固着される側の表面に形成した電極６ａが、磁性絶縁基板１の外周端に達しないで磁性絶縁基板１内に形成した点である。この実施例では磁性絶縁基板１の周縁部の表面に直接保護膜１６が接するように形成されている。こうすることで、密着力の小さな電極６ａとレジスト保護膜が周縁部で直接接触することが無くなり、図１０で説明するように、ＩＣチップ１１を固着した場合に効果を発揮する。
〔実施例４〕
図８は、この発明の第４実施例の超小型電力変換装置に用いるインダクタであり、図７（ｂ）に相当する要部断面図である。
【００３１】
図７（ｂ）との違いは、ＩＣチップが固着される側の磁性絶縁基板１の周縁部の表面に保護膜１６が形成されないで、後の高低でアンダーフィル１８が形成される点である。図１１で説明するように、ＩＣチップ１１が固着した場合に効果を発揮する。
〔実施例５〕
図９は、この発明の第５実施例の超小型電力変換装置に用いるインダクタであり、図７（ｂ）に相当する要部断面図である。
図７（ｂ）との違いは、ＩＣチップ１１が固着される側の磁性絶縁基板１上とコイル導体４上の保護膜１６を形成しないで、後の工程でアンダーフィル１８のみが形成される点である。図１２で説明するように、ＩＣチップ１１が固着した場合に効果を発揮する。
〔実施例６〕
図１０は、この発明の第６実施例の超小型電力変換装置であり、図２に相当する要部断面図である。ここでは図７のインダクタを用いた場合である。
【００３２】
図２との違いは、磁性絶縁基板１の外周部の表面が直接、保護膜１６で被覆され、その上にアンダーフィル１８が被覆している点である。こうすることで、図２に示すような磁性絶縁基板１の外周端まで形成されている電極６ａと保護膜１６との接着界面をなくする。
レジストを保護膜１６として用いるレジスト保護膜の場合、この電極６上にレジスト保護膜を被覆した場合より、磁性絶縁基板１上にレジスト保護膜を被覆した場合の方が密着力が高まる。そのため、密着力の弱い電極とレジスト保護膜との接着界面が磁性絶縁基板１の外周部で露出されることがなくなり、界面からの水分の進入が防止されて、耐湿性に優れた高い信頼性を有する超小型電力変換装置を製作することができる。
〔実施例７〕
図１１は、この発明の第７実施例の超小型電力変換装置であり、図１０に相当する要部断面図である。ここでは図８のインダクタを用いた場合である。
【００３３】
図１０と違うのは、磁性絶縁基板１の外周部の表面が直接、アンダーフィル１８で被覆されている点である。磁性絶縁基板１とアンダーフィル１８の密着力は、磁性絶縁基板１とレジスト保護膜より接着界面での密着力が高いために、第６実施例よりもさらに信頼性を高めることができる。
〔実施例８〕
図１２は、この発明の第８実施例の超小型電力変換装置であり、図１０に相当する要部断面図である。ここでは図９のインダクタを用いた場合である。
図１０と違うのは、コイル導体４上にも保護膜１６はなく、アンダーフィル１８が被覆している点である。これによって、第７実施例の効果に加え、ＩＣチップ１１と磁性絶縁基板１との密着性が向上し、信頼性を一層高めることができる。
【００３４】
【発明の効果】
この発明によれば、薄型化されたインダクタのコイル導体をソレノイド状に形成し、コイル導体の長さをｄとし、磁性絶縁基板の長さをＬとしたとき、ｄ≧Ｌ／２とすることで、薄型化されたインダクタのインダクタンスを高くし、直流重畳特性を改善することができる。
また、磁性を有する微粒子を分散させた樹脂でコイル導体上を被覆することにより、さらに高インダクタンス化、直流重畳特性の改善を図ることができる。
この薄型化されたインダクタに電源用ＩＣチップとコンデンサ（積層セラミックコンデンサアレイ）を直接面実装することで、実装面積が小さく、電力変換効率を向上させ、電力損失の低減を図ることができる薄型化されたインダクタ（薄膜磁気誘導素子）を有する超薄型化された超小型電力変換装置を製作することができる。
【００３５】
また、電極の端部が磁性絶縁基板の端部から内側に入るように形成し、保護膜またはアンダーフィルで、磁性絶縁基板の外周部を被覆することで、耐湿性に優れ、高い信頼性を有する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実施例の超小型電力変換装置の要部構成図で、（ａ）は薄膜磁気誘導素子であるインダクタの要部断面図、（ｂ）は（ａ）の上部から透視した要部平面図
【図２】超小型電力変換装置の要部断面図
【図３】図１のインダクタの直流重畳特性を説明するための図
【図４】図１のインダクタの製造方法であり、（ａ）から（ｈ）は工程順に示した要部工程断面図
【図５】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６】図５のインダクタの直流電流重畳特性を示す図
【図７】この発明の第３実施例の超小型電力変換装置に用いるインダクタであり、同図（ａ）は要部平面図、同図（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線で切断した要部断面図
【図８】この発明の第４実施例の超小型電力変換装置に用いるインダクタであり、図７（ｂ）に相当する要部断面図
【図９】この発明の第５実施例の超小型電力変換装置に用いるインダクタであり、図７（ｂ）に相当する要部断面図
【図１０】この発明の第６実施例の超小型電力変換装置であり、図２に相当する要部断面図
【図１１】この発明の第７実施例の超小型電力変換装置であり、図１０に相当する要部断面図
【図１２】この発明の第８実施例の超小型電力変換装置であり、図１０に相当する要部断面図
【図１３】ＤＣ−ＤＣコンバータの回路構成図
【符号の説明】
１    磁性絶縁基板（フェライト基板）
２、３  接続導体
４、５  コイル導体
６ａ、６ｂ  電極
１１    ＩＣチップ
１６    保護膜
１６ａ  開口部
１７    スタッドバンプ
１８    アンダーフィル
１９    磁性樹脂
ｄ    コイル導体の長さ
Ｌ    磁気絶縁基板の長さ
【図１】
2004274004.tif 000003
【図２】
2004274004.tif 000004
【図３】
2004274004.tif 000005
【図４】
2004274004.tif 000006
【図５】
2004274004.tif 000007
【図６】
2004274004.tif 000008
【図７】
2004274004.tif 000009
【図８】
2004274004.tif 000010
【図９】
2004274004.tif 000011
【図１０】
2004274004.tif 000012
【図１１】
2004274004.tif 000013
【図１２】
2004274004.tif 000014
【図１３】
2004274004.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成15年11月10日(2003.11.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項６】
前記半導体基板と電気的に接続する前記電極が、前記磁性絶縁基板の外周端から離れて内側の表面に配置されることを特徴とする請求項５に記載の超小型電力変換装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
【発明の実施の形態】
〔実施例１〕
図１および図２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、図１（ａ）は薄膜磁気誘導素子であるインダクタの要部断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の上部から透視した要部平面図であり、図２は超小型電力変換装置の要部断面図である。尚、図１（ａ）は図１（ｂ）のＸ−Ｘ線で切断した要部断面図で、図２は図１（ｂ）のＹ−Ｙ線に相当した線で切断した超小型電力変換装置の要部断面図である。これらの図にはインダクタのコイルパターンのみでなく、電気的に接続するための電極６ａ、６ｂ（この電極はＩＣチップやコンデンサなどと接続するための外部接続端子の役割をする）も同時に示した。尚、図２は、後述の図４（ｈ）の点線で切断した後の完成した超小型電力変換装置に関し、図１のＹ−Ｙ線に相当する線で切断した要部断面図である。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
これらのＩＣチップ１１やコンデンサ素子は、磁性絶縁基板１の周辺に形成された電極６ａ、６ｂを介して電気的に接続される。
尚、図中の２は貫通孔に形成された接続導体、１６は保護膜、１６ａはスタッドバンプを固着するための保護膜の開口部（パッドとなる）、１７はＩＣチップに形成されたスタッドバンプ、１８はアンダーフィルである。接続導体２は表面側の電極６ａと裏面側の電極６ｂを電気的に接続するものである。また、スタッドバンプ１７はＩＣチップ１１と電極６ａを固着するのに用いられ、アンダーフィル１８はＩＣチップ１１とインダクタとの隙間に充填されてこれらの固着をさらに強化するために用いられる。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
図７（ｂ）との違いは、ＩＣチップが固着される側の磁性絶縁基板１の周縁部の表面に保護膜１６が形成されないで、後の工程でアンダーフィル１８が形成される点である。図１１で説明するように、ＩＣチップ１１が固着した場合に効果を発揮する。〔実施例５〕
図９は、この発明の第５実施例の超小型電力変換装置に用いるインダクタであり、図７（ｂ）に相当する要部断面図である。
図７（ｂ）との違いは、ＩＣチップ１１が固着される側の磁性絶縁基板１上とコイル導体４上の保護膜１６を形成しないで、後の工程でアンダーフィル１８のみが形成される点である。図１２で説明するように、ＩＣチップ１１が固着した場合に効果を発揮する。〔実施例６〕
図１０は、この発明の第６実施例の超小型電力変換装置であり、図２に相当する要部断面図である。ここでは図７のインダクタを用いた場合である。