專利名稱：Dc-dc轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可以降低泄露磁通及寄生電感、且散熱性出色的小型DC-DC轉(zhuǎn)換
ο
背景技術(shù)：
移動電話、便攜信息終端PDA、筆記本型計(jì)算機(jī)、便攜式音樂/視頻播放器、數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)等各種便攜式電子設(shè)備，大多具備DC-DC轉(zhuǎn)換器作為將電源電壓變換成工作電壓的裝置。作為DC-DC轉(zhuǎn)換器的電路的一個例子，圖沈表示了由輸入電容器Cin、輸出電容器Cout、輸出電感Lout以及包含控制電路CC等的半導(dǎo)體集成電路IC構(gòu)成的降壓型DC-DC 轉(zhuǎn)換器的電路。在降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器中，根據(jù)控制信號對半導(dǎo)體集成電路IC內(nèi)的開關(guān)元件(例如場效應(yīng)晶體管)進(jìn)行開關(guān)，將直流輸入電壓Vin降壓為輸出電壓Vout [ = Ton/ (Ton+Toff) XVin(Ton是導(dǎo)通開關(guān)元件的時間，Toff是截止的時間)]。即使輸入電壓Vin 變動，通過調(diào)整Ton與Toff的比率，也能夠穩(wěn)定地輸出一定的輸出電壓Vout。圖27表示了半導(dǎo)體集成電路IC內(nèi)的開關(guān)元件的電路的一個例子。在硅半導(dǎo)體基板上形成有控制電路CC，所述控制電路CC用于控制使MOS晶體管SWl、SW2交替導(dǎo)通/截止的開關(guān)動作。由于控制電路CC自身是公知的，所以省略其說明。輸入電容器Cin的設(shè)置目的在于使輸入電壓Vin過渡時穩(wěn)定化、及防止電壓脈沖(spike)，但能夠省略。用于輸出直流電壓Vout的濾波電路(平滑電路)通過進(jìn)行電流能量的蓄積和放出的輸出電感Lout、 和進(jìn)行電壓能量的蓄積和放出的輸出電容器Cout的組合而構(gòu)成。為了 DC-DC轉(zhuǎn)換器的小型化等，開關(guān)頻率日益增高，當(dāng)前正在使用以IMHz的頻率進(jìn)行開關(guān)的DC-DC轉(zhuǎn)換器。而且，對于CPU等半導(dǎo)體裝置而言，與高速化及高功能化一同， 工作電壓的降低及高電流化也在不斷發(fā)展，因此，DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出也被要求低電壓化及高電流化。但是，如果工作電壓降低，則半導(dǎo)體裝置容易受到DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓的變動(脈動)的影響。為了防止這種情況，還提出了一種將開關(guān)頻率進(jìn)一步提升到2 IOMHz 程度的DC-DC轉(zhuǎn)換器。圖觀表示了升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器的電路構(gòu)成例。該DC-DC轉(zhuǎn)換器由輸入電感Lin、 輸出電容器Cout及包含控制電路CC的半導(dǎo)體集成電路IC構(gòu)成。通過對導(dǎo)通、截止開關(guān)元件的時間進(jìn)行調(diào)整，可得到比輸入電壓Vin高的輸出電壓Vout。作為DC-DC轉(zhuǎn)換器的其他例子，圖四表示了由輸入電容器Ciru輸出電容器Cout、 輸出電感Loutl、Lout2及包含控制電路CC的半導(dǎo)體集成電路IC構(gòu)成的多相降壓型DC-DC 轉(zhuǎn)換器。多態(tài)型DC-DC轉(zhuǎn)換器具有多個開關(guān)電路，按照開關(guān)周期不重合的方式以不同的相位使開關(guān)電路多相動作，由平滑電路合成各開關(guān)電路的輸出電流。由此，不僅可使各路徑低電流化，而且能夠抑制脈動。
在這樣的電路構(gòu)成中，由于表觀動作頻率是開關(guān)頻率的η倍，所以，可以將開關(guān)頻率設(shè)為1/η。因此，不需要使用高頻特性出色的輸出電感Loutl、Lout2，可以利用Q值高的電感等，使得部件的選擇范圍變寬。對于多態(tài)型DC-DC轉(zhuǎn)換器而言，在2相型中以180°的相位差動作，在3相型中以120°的相位差動作。隨著相數(shù)m的增加，電感的數(shù)量也要增加， 但由于必要的電感為1/m，所以，可利用小型的電感或Q值高的電感，由此，DC-DC轉(zhuǎn)換器不會顯著增大。這樣的DC-DC轉(zhuǎn)換器，一般將含有開關(guān)元件及控制電路CC的半導(dǎo)體集成電路 IC(有源元件)、電感或電阻等無源元件，作為分立電路構(gòu)成在形成有連接線路的印刷電路基板等電路基板上。無源元件中至少需要幾μ H左右電感的電感器，占有電路基板很大的面積，難以實(shí)現(xiàn)小型化。并且，由于電路基板上需要連接有源元件和無源元件的圖案，所以， 作為分立電路而構(gòu)成的DC-DC轉(zhuǎn)換器的小型化存在限制。為了小型化，提出了一種將半導(dǎo)體集成電路與電感器復(fù)合一體化的方案。例如特開2004-063676號公開了一種DC-DC轉(zhuǎn)換器(參照圖30)，其具備具有連接端子(柱狀端子)ST的印刷電路基板ΡΒ、與連接端子ST連接的芯片電感器Cl、以及安裝在印刷電路基板 PB的半導(dǎo)體集成電路IC，芯片電感CI與半導(dǎo)體集成電路IC被上下重疊配置。而且，特開 2005-124271號也公開了一種DC-DC轉(zhuǎn)換器(參照圖31)，其在內(nèi)置有平滑用電感器SI的玻璃環(huán)氧多層基板MS的上面配置半導(dǎo)體集成電路IC及平滑用電容器SC，通過多層基板MS 上的布線來連接平滑用電感器Si、平滑用電容器SC及半導(dǎo)體集成電路IC。在特開2004-063676號及特開2005-1Μ271號的DC-DC轉(zhuǎn)換器中，由于不需要用于連接有源元件及無源元件的布線圖案，所以，可以減小安裝面積，但存在下述問題。第一個問題是，無法將需要幾μ H左右電感的電感器CI像半導(dǎo)體集成電路IC那樣小型化。對于特開2004-063676號的DC-DC轉(zhuǎn)換器而言，由于必須使印刷電路基板PB比大型的芯片電感器CI大一圈，所以，無法實(shí)現(xiàn)小型化，而且，會相應(yīng)地增加印刷電路基板PB 及柱狀端子ST的厚度量。在特開2005-1Μ271號的DC-DC轉(zhuǎn)換器中，構(gòu)成為在玻璃環(huán)氧多層基板MS的橫向產(chǎn)生磁通的電感器Si，由于磁路截面積小，所以為了得到希望的電感就必須增加層疊線圈繞數(shù)，因此，難以實(shí)現(xiàn)小型化。另外，對應(yīng)層疊線圈繞數(shù)的增加，直流電阻也會增大，將導(dǎo)致輸出電壓Vout降低，從而存在著DC-DC轉(zhuǎn)換器的變換效率降低的問題。第二個問題是電感的泄露磁通。在特開2004-063676號及特開2005-1Μ271號的DC-DC轉(zhuǎn)換器中，由于半導(dǎo)體集成電路和電感器接近配置，所以，必須充分降低電感器的泄露磁通。圖32表示了從層疊電感器(通過電絕緣層(虛設(shè)絕緣層)與線圈圖案交替層疊，且線圈圖案的端部順次連接而形成層疊線圈，最外側(cè)的端部與外部電極連接)產(chǎn)生的磁通。由層疊線圈產(chǎn)生的磁通通過虛設(shè)絕緣層，但如果虛設(shè)絕緣層不是非磁性的、或不充分厚，則磁通會泄露一部分。泄露磁通會作為噪聲作用于半導(dǎo)體集成電路等的周圍電子部件。 并且，當(dāng)如特開2005-1Μ271號那樣，在多層基板上具有連接有源元件及無源元件的圖案時，泄露磁通還會在連接圖案中感應(yīng)電流，產(chǎn)生噪聲。為了防止泄露磁通，需加厚虛設(shè)絕緣層。而且，為了防止磁通向側(cè)面泄露，需要減小層疊線圈直徑、或增厚虛設(shè)絕緣層、或者增大層疊線圈外周的區(qū)域。但是，如果減小層疊線圈直徑，則由于相應(yīng)地線圈圖案的層數(shù)增多，所以，導(dǎo)致層疊電感器變厚，工時也增加，并且還增大了直流電阻。如果加厚虛設(shè)絕緣層，則層疊電感器變厚。另外，如果增大層疊線圈外周的區(qū)域，則多層基板將大型化。第三個問題是寄生電感。電路元件的連接線路自身也具有寄生電感。例如在圖27 所示的降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器中，如果寄生電感與晶體管開關(guān)SWl的源極側(cè)串聯(lián)連接，則在晶體管開關(guān)SWl截止時，會在具有寄生電感的連接電路中產(chǎn)生逆起電力，使得晶體管開關(guān)SWl 的源極端子的電壓上升。因此，導(dǎo)通損失變大，導(dǎo)致變換效率降低。當(dāng)如特開2004-063676號及特開2005-1M271號那樣，在印刷電路基板形成線路圖案時，不形成使變化效率降低程度的電感器，但在利用了磁性體的多層基板10上設(shè)置線路圖案時，會產(chǎn)生大的電感。第四個問題是在半導(dǎo)體集成電路中產(chǎn)生的熱。如果散熱不充分，則晶體管開關(guān)有可能因?yàn)闊岫Э?。而且，?dāng)在構(gòu)成電感器的絕緣層中使用了磁性體時，電感會變動，導(dǎo)致變換效率降低。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種可降低泄露磁通及寄生電感、且散熱性出色的小型DC-DC轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明的DC-DC轉(zhuǎn)換器，在具備連接多個導(dǎo)體線路而成的層疊線圈的軟磁性多層基板上，安裝有包括開關(guān)元件及控制電路CC的半導(dǎo)體集成電路部件，其中，所述半導(dǎo)體集成電路部件，具備輸入端子、輸出端子、用于控制所述開關(guān)元件的0N/0FF的第一控制端子、用于對輸出電壓進(jìn)行可變控制的第二控制端子和多個接地端子，所述多層基板，具備 形成在第一主面的第一外部端子、形成在第一主面及/或其附近的內(nèi)層的第一連接布線、 在所述多層基板的側(cè)面與所述層疊線圈的外周之間形成的第二連接布線、和形成在第二主面的第二外部端子，所述半導(dǎo)體集成電路部件的端子，與所述多層基板的第一外部端子連接，所述第一外部端子的至少一部分通過所述第一連接布線及所述第二連接布線與所述第二外部端子電連接，所述輸入端子或所述輸出端子通過所述層疊線圈與所述第二外部端子連接。優(yōu)選在多層基板的外表面形成覆蓋涂層玻璃，并優(yōu)選在內(nèi)部形成絕緣層。還可以形成是所述半導(dǎo)體集成電路部件的多個輸出端子與不同的層疊線圈的一方端部連接、所述層疊線圈的另一方端部與公共的第二外部端子連接的多態(tài)型DC-DC轉(zhuǎn)換器。為了降低多個層疊線圈的磁耦合，優(yōu)選多個層疊線圈在多層基板的水平方向排列，相鄰的線圈的卷繞方向不同。所述半導(dǎo)體集成電路部件具備負(fù)反饋端子，和與所述輸出端子連接的層疊線圈的另一方端部連接?？梢越柚娮柽B接負(fù)反饋端子和層疊線圈的另一方端部。所述電阻可以是芯片電阻、也可以是形成于多層基板的印刷電阻。在多層基板的第一主面形成的第一外部端子上，安裝作為用于防止電壓脈沖與輸出直流電壓的濾波電路(平滑電路)而使用的電容元件，將所述半導(dǎo)體集成電路部件的輸入端子及/或輸出端子與地線連接。通過將電容元件安裝到多層基板，可以降低DC-DC轉(zhuǎn)換器占有電路基板的面積。而且，通過安裝電容元件，可降低基于第一及第二連接布線等的寄生電感的影響。多層基板具備連接半導(dǎo)體集成電路部件的多個接地端子的公共第一連接布線，優(yōu)
5選所述公共第一連接布線通過多個第二連接布線與第二外部端子連接。根據(jù)該構(gòu)成，不僅可以降低半導(dǎo)體集成電路部件與地線之間的寄生電感，而且，可有效地使由半導(dǎo)體集成電路部件產(chǎn)生的熱散失。優(yōu)選第二連接布線由形成在多層基板的側(cè)面的帶狀導(dǎo)體形成。根據(jù)該構(gòu)成，與在多層基板內(nèi)設(shè)置第二連接布線的情況相比，會減少寄生電感。從多層基板的第一主面開始遍及第二主面形成凹層(凹陷)，在其底部以帶狀導(dǎo)體或側(cè)面通孔形成第二連接布線。由此，能夠降低寄生電感、將其他安裝部件配置在多層基板側(cè)面附近，從而可提高電路基板上部件的安裝密度。第二連接布線可以通過連接沿厚度方向重合的多個通孔而形成。如果在多層基板內(nèi)形成通孔，則寄生電感會增大，但可以提高電路基板上部件的安裝密度。由于降低了寄生電感，所以，可以使通孔的至少一部分露出在多層基板的側(cè)面。也可以按照一部分露出在所述多層基板的側(cè)面的方式，將第二連接布線形成在多層基板內(nèi)。例如在降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器中，使輸入端子與半導(dǎo)體集成電路部件之間的第二連接布線、與半導(dǎo)體集成電路部件的負(fù)反饋端子連接的第二連接布線等露出在側(cè)面，可以降低電感，即使寄生電感串聯(lián)連接，也會在多層基板內(nèi)形成在特性上不會產(chǎn)生問題的第二連接布線的部分，從而，可防止因寄生電感引起的特性劣化、能夠提高部件的安裝密度。多層絕緣基板是具有4個側(cè)面的方形狀，優(yōu)選在所有的側(cè)面具有連接地線的第二外部端子。根據(jù)這樣的構(gòu)成，可防止從多層基板的側(cè)面泄露磁通?？梢允沟谝贿B接布線的寬度朝向第二連接布線變寬。根據(jù)這樣的構(gòu)成，由半導(dǎo)體集成電路部件產(chǎn)生的熱可經(jīng)由第一連接布線被釋放，并且，經(jīng)由與第一連接布線連接的第二外部端子向電路基板放出。優(yōu)選多層基板在層疊線圈的至少內(nèi)側(cè)區(qū)域具有阻礙磁通的通過、使層疊線圈的直流重疊特性提高的磁隙。優(yōu)選多層基板具備層疊線圈形成部、和位于其上下的上絕緣層部及下絕緣層部。 在上下絕緣層部沒有形成層疊線圈用的導(dǎo)體線路。通過至少在上絕緣層部或下絕緣層部內(nèi)，于層疊線圈內(nèi)側(cè)區(qū)域設(shè)置磁隙，可以阻礙磁通向外部通過，降低泄露磁通。磁隙可以是空隙，也可以由非磁性體、電介質(zhì)或?qū)Т怕时刃纬啥鄬踊宓拇判圆牧系偷拇判泽w形成。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的其他實(shí)施方式，為了降低泄露磁通，在上絕緣層部具備以導(dǎo)體圖案形成的磁屏蔽。優(yōu)選所述磁屏蔽形成在多層基板的表面、或在上絕緣層部或下絕緣層部內(nèi)形成在層疊線圈的內(nèi)側(cè)區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明又一優(yōu)選實(shí)施方式，在多層基板的至少第一主面，于層疊線圈的內(nèi)側(cè)區(qū)域內(nèi)設(shè)置凹部。優(yōu)選半導(dǎo)體集成電路部件安裝在層疊線圈的內(nèi)側(cè)區(qū)域。半導(dǎo)體集成電路部件可以是裸片和封裝的任意一種。優(yōu)選半導(dǎo)體集成電路部件與多層基板的連接通過引線結(jié)合或倒裝芯片法安裝來進(jìn)行。優(yōu)選在多層基板的至少第一主面具備由覆蓋涂層玻璃、電介質(zhì)、或低導(dǎo)磁率的磁性體構(gòu)成的絕緣體層。在絕緣層之上或之間形成第一連接布線。優(yōu)選由樹脂層、或與接地的第一連接布線連接的金屬殼覆蓋多層基板的第一主面。根據(jù)這樣的構(gòu)成，可使裝配工對部件的操作變得容易，不僅能夠保護(hù)安裝部件，還可以降低外部噪聲的影響。
發(fā)明效果將半導(dǎo)體集成電路IC與電感器復(fù)合一體的本發(fā)明DC-DC轉(zhuǎn)換器，可以實(shí)現(xiàn)小型化，降低來自多層基板的泄露磁通，降低寄生電感，并使得半導(dǎo)體集成電路IC的散熱性等出色。


圖1是表示本發(fā)明一個實(shí)施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器的立體圖。圖2是表示本發(fā)明一個實(shí)施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器所使用的多層絕緣基板的立體圖。圖3是表示本發(fā)明一個實(shí)施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器所使用的多層絕緣基板的內(nèi)部構(gòu)造的立體圖。圖4是表示由本發(fā)明一個實(shí)施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器所使用的多層絕緣基板上形成的層疊線圈產(chǎn)生的磁通的流動的剖面圖。圖5是表示本發(fā)明一個實(shí)施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器所使用的多層絕緣基板的分解立體圖。圖6是表示本發(fā)明另一個實(shí)施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器所使用的多層絕緣基板的內(nèi)部構(gòu)造的剖面圖。圖7是表示本發(fā)明又一實(shí)施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器所使用的多層絕緣基板的內(nèi)部構(gòu)造的剖面圖。圖8是表示本發(fā)明又一實(shí)施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器所使用的多層絕緣基板的內(nèi)部構(gòu)造的剖面圖。圖9是表示本發(fā)明又一實(shí)施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器所使用的多層絕緣基板的內(nèi)部構(gòu)造的剖面圖。圖10是表示本發(fā)明又一實(shí)施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器所使用的多層絕緣基板的內(nèi)部構(gòu)造的剖面圖。圖11是表示本發(fā)明又一實(shí)施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器所使用的多層絕緣基板的內(nèi)部構(gòu)造的剖面圖。圖12是表示本發(fā)明又一實(shí)施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器所使用的多層絕緣基板的立體圖。圖13是表示本發(fā)明又一實(shí)施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器所使用的多層絕緣基板的立體圖。圖14是表示本發(fā)明又一實(shí)施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器所使用的多層絕緣基板的局部分解立體圖。圖15是表示由本發(fā)明又一實(shí)施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器所使用的多層絕緣基板上形成的層疊線圈產(chǎn)生的磁通的流動的剖面圖。圖16是表示本發(fā)明又一實(shí)施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器所使用的多層絕緣基板的立體圖。圖17是表示圖16的多層絕緣基板的一部分的放大立體圖。圖18是表示本發(fā)明又一實(shí)施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器所使用的多層絕緣基板的局部分解立體圖。圖19是表示由本發(fā)明又一實(shí)施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器所使用的多層絕緣基板上形成的層疊線圈產(chǎn)生的磁通的流動的剖面圖。圖20是表示本發(fā)明又一實(shí)施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器的立體圖。圖21是表示本發(fā)明又一實(shí)施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器所使用的多層絕緣基板的立體圖。圖22是表示本發(fā)明又一實(shí)施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器的立體圖。圖23是表示本發(fā)明又一實(shí)施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器所使用的多層絕緣基板的局部分解立體圖。圖M是表示本發(fā)明又一實(shí)施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器的圖。圖25是表示本發(fā)明又一實(shí)施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器所使用的多層絕緣基板的立體圖。圖沈是表示DC-DC轉(zhuǎn)換器的電路的一個例子的圖。圖27是表示DC-DC轉(zhuǎn)換器的電路的另一個例子的圖。圖28是表示DC-DC轉(zhuǎn)換器的電路的又一例子的圖。圖四是表示DC-DC轉(zhuǎn)換器的電路的又一例子的圖。圖30是表示現(xiàn)有的其他DC-DC轉(zhuǎn)換器的立體圖。圖31是表示現(xiàn)有的DC-DC轉(zhuǎn)換器的立體圖。圖32是表示在多層基板內(nèi)設(shè)置的層疊電感器的泄露磁通的剖面圖。
具體實(shí)施例方式圖1表示本發(fā)明一個實(shí)施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器，圖2表示DC-DC轉(zhuǎn)換器所使用的多層基板，圖3表示多層基板的內(nèi)部構(gòu)造，圖4表示由形成在多層基板的層疊線圈產(chǎn)生的磁通的流動，圖5表示多層基板的層構(gòu)成。該DC-DC轉(zhuǎn)換器具有與圖沈所示的降壓型DC-DC 轉(zhuǎn)換器相同的等效電路。多層基板10通過層疊具有線圈圖案的磁性絕緣層而成，具有對置的第一主面及第二主面和連接二者的側(cè)面。在第一主面上形成有用于安裝半導(dǎo)體集成電路部件IC的第一外部端子50a 50h、用于安裝電容元件的第一外部端子65a 65d、和第一連接布線60a 60g、70a、70b。在第二主面上形成有用于和印刷電路基板連接的第二外部端子 90(Vcon、Ven、Vdd、Vin、Vout、GND)。在本實(shí)施方式中，第二外部端子 90 具有 LGA (Land Grid Array)型的端子構(gòu)造。而且，還可以按照對安裝在第一主面的半導(dǎo)體集成電路部件IC與電容元件進(jìn)行覆蓋的方式，配置與第一連接布線70a、70b連接的金屬殼(未圖示)。金屬殼，例如是將由不銹鋼等鋼材構(gòu)成的薄板按照具有與頂板部對置的壁部的方式形成為帽狀，可以在不阻礙安裝穩(wěn)定性的程度下使壁部的一部分開口。金屬殼的表面被實(shí)施了鍍M或鍍Sn等導(dǎo)電性鍍層。通過利用焊錫或?qū)щ娦哉辰Y(jié)劑連接金屬殼的壁部和第一連接布線70a、70b，可以遮斷噪聲、保護(hù)安裝部件。磁性絕緣層，由在樹脂中分散了軟性鐵素體等燒結(jié)磁性體、或軟性鐵素體、非晶質(zhì)或微結(jié)晶軟磁性合金等磁性粉末而形成的磁性粉末-樹脂復(fù)合材料等構(gòu)成。軟性鐵素體優(yōu)
8選是相對電阻率為1Χ103Ω ·αιι以上的Ni-Cu系、Ni-ai系、Ni-Cu-ai系、Mg-ai系、Li-ai 系的尖晶石鐵素體、或高頻特性出色的六方晶鐵素體。由軟性鐵素體構(gòu)成的多層基板10優(yōu)選通過LTCC(Low-Temperature Co-Fired Ceramics)法及印刷法形成。例如，通過刮板(doctor blade)法、壓延輥法等將軟性鐵素體的膏成形為生料薄板，在其上以規(guī)定的圖案印刷或涂敷Ag、Cu或含有它們的合金導(dǎo)電膏。 對這些生料薄板進(jìn)行層疊，根據(jù)導(dǎo)電膏及鐵素體，以期望的溫度(100°C以下)進(jìn)行燒結(jié)。由磁性粉末-樹脂復(fù)合材料構(gòu)成的多層基板10，在磁性粉末-樹脂復(fù)合材料的板上形成了通孔之后，通過鍍敷法等在薄板表面形成Cu等金屬薄層。在其上涂敷光致抗蝕劑，進(jìn)行圖案化曝光，從布線及通孔以外的部分除去光致抗蝕層，通過化學(xué)蝕刻除去金屬薄層。由此，得到了具有通孔并具有所希望的線圈圖案的磁性粉末-樹脂復(fù)合材料板。對具有線圈圖案的多個磁性粉末-樹脂復(fù)合材料板進(jìn)行層疊，通過加壓 熱壓接，得到了多層基板10。線圈圖案借助通孔(圖中由黑圓球表示)等連接機(jī)構(gòu)連接，構(gòu)成層疊方向的線圈 (電感器)。多層基板10所具有的多個絕緣層Sl S13中，絕緣層S3 S12具有線圈圖案。將絕緣層S3 S12與它們上下的絕緣層S1、S2、S13 —同層疊，并依次借助通孔Lg3 Lgll連接線圈圖案的端部。絕緣層S3 S12構(gòu)成層疊線圈形成部，絕緣層Si、S2構(gòu)成上絕緣層部，絕緣層S12、S13構(gòu)成下絕緣層部。層疊線圈的一端經(jīng)由通孔Lgl、Lg2從第一主面延伸出，與第一外部端子50h連接。 層疊線圈的另一端經(jīng)由通孔V12o、V13o從第二主面延伸出，與第二外部端子Vout連接，并且，經(jīng)由通孔Vlo Vl Io及第一連接布線60e，與IC安裝用的第一外部端子50e (與半導(dǎo)體集成電路部件的負(fù)反饋端子連接)及電容器搭載用的第一外部端子6 連接。在第二外部端子90上，對應(yīng)于所連接的半導(dǎo)體集成電路部件IC的端子，安裝有 Vcon、Ven、Vdd、Vin、Vout、GND。第二外部端子90 (Vcon)與半導(dǎo)體集成電路部件IC的輸出電壓可變控制用端子(第二控制端子)Vcon連接。第二外部端子90(Ven)與半導(dǎo)體集成電路部件IC的輸出的0N/0FF控制用端子Ven連接。第二外部端子90 (Vdd)與半導(dǎo)體集成電路部件IC的用于對開關(guān)元件進(jìn)行0N/0FF控制的端子(第一控制端子)Vdd連接。第二外部端子90 (Vin)與半導(dǎo)體集成電路部件IC的輸入端子Vin連接。第二外部端子Vout與半導(dǎo)體集成電路部件IC的輸出端子Vout連接。第二外部端子90 (GND)與半導(dǎo)體集成電路部件IC的接地端子GND連接。在各層的線圈圖案的外側(cè)區(qū)域形成有多個通孔Vla V13p。各絕緣層的通孔沿著多層基板的厚度方向(由層疊線圈產(chǎn)生的磁場方向)連接，形成了連接第一連接端子 50a 50h和第二連接端子90的第二連接布線80。在本實(shí)施方式中，由于多個第二連接布線80包圍層疊線圈的側(cè)面(全部四條邊)、 與第二外部端子90 (GND)連接，所以，可發(fā)揮磁屏蔽效果，能夠防止磁通從多層基板10的側(cè)面漏出。在多層基板10的上表面近似中央處安裝著半導(dǎo)體集成電路部件IC，并在其周圍安裝有輸入電容器Cin及輸出電容器Cout。第一外部端子50a 50h的配置由半導(dǎo)體集成電路部件IC的端子的位置決定，優(yōu)選從第一主面?zhèn)扔^察多層基板10時，在層疊線圈圖案上形成在其內(nèi)側(cè)。第一連接布線60a 60g按照盡量縮短的方式，從第一外部端子50a 50g朝向側(cè)面方向以放射狀延伸，與通孔Vld Vlg、Vlm Vlo連接。通過這樣的構(gòu)成，即使當(dāng)層疊線圈的磁通在第一主面泄露時，也能夠降低泄露磁通與第一連接布線交聯(lián)(交鎖)，從而減少噪聲。多層基板10的第二主面上，在包括其中央部的廣闊區(qū)域形成有第二外部端子 90 (GND)。通過包括另一個第二外部端子90的磁屏蔽效果，會降低磁通向第二主面的泄露。 第二外部端子90(GND)與電路基板焊錫連接，使從半導(dǎo)體集成電路部件IC產(chǎn)生的熱有效地逃逸到電路基板。本實(shí)施方式中，在上絕緣層部中具備磁隙GP1。磁隙GPl是空隙，或由非磁性材料、 電介質(zhì)或低導(dǎo)磁率的磁性材料構(gòu)成?？障犊梢酝ㄟ^對板進(jìn)行沖壓的方法、或由燒失性碳膏或樹脂形成應(yīng)該形成空隙的部分并進(jìn)行燒成的方法等，形成。另外，也可以通過對非磁性材料、電介質(zhì)或低導(dǎo)磁率的磁性材料的膏進(jìn)行印刷或使其薄板化，來形成磁隙。形成磁隙GPl 的材料有=B2O3系玻璃、Al2O3-SiO2系玻璃等玻璃類，Zn鐵素體、ZrO2, Li2O · Al2O3 · 4Si02、 Li2O · Al2O3 · 2Si02、ZrSi04、CaZr03、Si02、Ti02、W03、T￡i205、Nb2O5 等。由于磁隙GPl會增大磁阻，磁通Φ會主要從層疊線圈的內(nèi)側(cè)區(qū)域向?qū)盈B線圈的外側(cè)區(qū)域流動，使得在第一主面泄漏的磁通Φ的量減少。由于通過磁隙GPl后的磁通在外側(cè)的絕緣體層內(nèi)流動，流向?qū)盈B線圈的外側(cè)區(qū)域，所以，與沒有磁隙GPl的情況相比，泄露磁通相當(dāng)程度地減少。磁隙GPl的寬度為5 μ m以上，優(yōu)選為20 μ m以上。磁隙GPl形成在包含層疊線圈的中心軸的區(qū)域，其面積優(yōu)選是層疊線圈的內(nèi)側(cè)區(qū)域的1/2以上。也可如圖6所示，在多層基板10的幾乎整個面形成磁隙GPl。磁隙GPl也可如圖7及8所示，設(shè)置在層疊線圈形成部。圖7表示在層疊線圈的內(nèi)側(cè)區(qū)域形成了磁隙GPl的情況，圖8表示在多層基板10內(nèi)部的整個水平面(包括層疊線圈的內(nèi)側(cè)區(qū)域)形成了磁隙GPl的情況。這些情況下，層疊線圈具有穩(wěn)定的直流重疊特性。磁隙GPl也可如圖9及10所示，由平面分散的多個磁隙構(gòu)成。圖9表示層疊線圈的內(nèi)側(cè)區(qū)域及外側(cè)區(qū)域分別形成了磁隙的情況，圖10表示在層疊線圈的內(nèi)側(cè)區(qū)域于層疊方向的不同位置分散配置了多個磁隙GPl的情況。此外，還可如圖11所示，在多層基板中形成多個層疊線圈的情況下，在層疊線圈間配置磁隙GPl與磁屏蔽SG1。圖12表示本發(fā)明另一實(shí)施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器所使用的多層基板。與第二外部端子90連接的第二連接布線80，是在多層基板的4個側(cè)面形成的帶狀電極圖案。第二連接布線80可以由露出的通孔形成，也可以通過導(dǎo)電膏的印刷或轉(zhuǎn)印等形成。由于其他的構(gòu)造與上述實(shí)施方式相同，因此省略說明。通過在多層基板的表面形成第二連接布線80，可以降低寄生電感。該DC-DC轉(zhuǎn)換器模塊不僅可以實(shí)現(xiàn)小型化，而且便顯出優(yōu)越的電壓變換效率。圖13表示本發(fā)明另一個實(shí)施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器所使用的多層基板。可以由通孔形成與第二外部端子90連接的第二連接布線80，通孔從形成在多層基板的4個側(cè)面的階差部露出到遍及第二主面的側(cè)面。由于能夠焊接在露出于側(cè)面的通孔，所以，與印刷電路基板的接合更加牢靠。而且，還可以降低寄生電感。另外，本實(shí)施方式中在4個側(cè)面具有階差部，但如果寄生電感串聯(lián)連接，則也可以僅在設(shè)置有特性上不會產(chǎn)生問題的路徑的側(cè)面設(shè)置階差部。本實(shí)施方式的另一個特征在于，在多層基板10的上絕緣層部具備以導(dǎo)體圖案形
10成的磁屏蔽SG1。圖14表示多層基板中的層的一部分，圖15表示磁通的流動。磁屏蔽SGl 與各線圈圖案同樣，通過導(dǎo)電膏的印刷形成。如圖15所示，由于磁通因磁屏蔽SGl而不向外漏出，所以可抑制泄露磁通。本實(shí)施方式中僅在層疊線圈的內(nèi)側(cè)區(qū)域形成了磁屏蔽，但也可以形成為廣闊地覆蓋通孔以外的部分。利用了這樣的多層基板的DC-DC轉(zhuǎn)換器也可以實(shí)現(xiàn)小型化，且具有出色的電壓變換效率。圖16表示本發(fā)明另一個實(shí)施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器所使用的多層基板。與第二外部端子90連接的第二連接布線80由通孔形成，但在多層基板的4個側(cè)面形成有遍及第一及第二主面間的凹層，在其凹陷處露出了通孔。圖17放大表示了圖16的多層基板中由A表示的部分。由于在多層基板的側(cè)面形成的凹陷的底部，通孔以帶狀露出，所以，能夠比圖13 的多層基板以更寬的面積進(jìn)行焊接連接，使得與電路基板的接合更加穩(wěn)固。并且，寄生電感也可與圖12相同程度地降低。本發(fā)明的另一個特征在于，在多層基板的第一主面及第二主面的層疊線圈的內(nèi)側(cè)區(qū)域具備凹部。圖18表示構(gòu)成多層基板的層的一部分，圖19表示磁通的流動。多層基板的凹部hoi、ho2由在絕緣體層開設(shè)的貫通孔形成。磁通Φ從層疊線圈的內(nèi)側(cè)區(qū)域通過位于其上下的上絕緣層部與下絕緣層部，向?qū)盈B線圈的外側(cè)區(qū)域流動，但如圖19所示，凹部 hoi、ho2宛如磁隙一樣發(fā)揮功能，抑制磁通貫通絕緣層向外部泄露。另外，圖示的例子中在第一及第二主面分別形成了凹部，但只要至少在安裝半導(dǎo)體集成電路部件的主面形成即可。利用這樣的多層基板而構(gòu)成的DC-DC轉(zhuǎn)換器，也可以實(shí)現(xiàn)小型化且具有出色的電壓變換效率。圖20表示本發(fā)明又一實(shí)施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器，圖21表示上述DC-DC轉(zhuǎn)換器所使用的多層基板。本實(shí)施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器是在多層基板上具備2個層疊線圈的多態(tài)型。該多態(tài)型DC-DC轉(zhuǎn)換器具有與圖四同樣的電路構(gòu)成。在多層基板內(nèi)并列形成有2個層疊線圈(未圖示)。安裝于層疊基板的半導(dǎo)體集成電路部件IC具有并聯(lián)驅(qū)動開關(guān)電路部的控制電路CC。形成于多層基板的第二外部端子90中的VcoruVeruVdd、ViruVout及GND 的表示與以上的說明同樣，表示所連接的半導(dǎo)體集成電路部件IC的端子。除了第二外部端子Vout隔著2個層點(diǎn)線圈(未圖示)與第一外部端子50hl、50h2連接之外，本實(shí)施方式的 DC-DC轉(zhuǎn)換器與上述實(shí)施方式幾乎相同，因此，省略說明。利用了這樣的多層基板的DC-DC 轉(zhuǎn)換器，也能夠?qū)崿F(xiàn)小型化且可發(fā)揮出色的變換效率。圖22表示本發(fā)明又一實(shí)施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器，圖23表示上述DC-DC轉(zhuǎn)換器所使用的多層基板，圖M表示DC-DC轉(zhuǎn)換器的電路。在本實(shí)施方式中，使第一連接布線的一部分朝向第二連接布線變寬。而且，由多個通孔形成第二連接布線，對第一連接布線和第二外部電極進(jìn)行連接。通過如此構(gòu)成，不僅會降低寄生電感，而且可有效釋放從半導(dǎo)體集成電路部件發(fā)出的熱。而且，在本實(shí)施方式中，通過第一連接布線60z將與層疊線圈的一端側(cè)連接的第一外部端子50h與第二外部端子NC連接，以便可容易地測定層疊線圈的電感。第二外部端子NC是不進(jìn)行與形成在電路基板的連接線路的連接的端子。如果使多層基板小型化，則來自開關(guān)電路的噪聲會經(jīng)由地線侵入到控制信號的路徑，引起誤動作。因此，本實(shí)施方式使連接開關(guān)元件SW2的地線(功率系的地線)，與控制信號的路徑的地線(源極系的地線)相分離，與不同的第二外部端子PGND、SGND連接。本實(shí)施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器也能夠?qū)崿F(xiàn)小型化且發(fā)揮出色的電壓變換效率。
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由LTCC法等形成的絕緣層優(yōu)選由具有100°C以上的居里溫度的軟性鐵素體構(gòu)成。 這樣的鐵素體的組成可以根據(jù)電感器所要求的磁性特性(初導(dǎo)磁率、損失、品質(zhì)系數(shù)等)而適當(dāng)選定，例如，優(yōu)選以40 50摩爾％的!^203、20 40摩爾％的Ni0、10 20摩爾％的 Cu0、2 20摩爾％的&ι0、0. 3 7摩爾％的Co3O4為主要成分，相對于所述主成份的總量，含有4質(zhì)量％以下的Bi2O3，摩爾比滿足1彡NiO/CuO ^ 4,0. 5 ^ CuO/ZnO彡10，及1彡NiO/ ZnO ( 20的條件。該軟性鐵素體能夠在950°C以下燒結(jié)，具有120°C以上的居里溫度Tc及 10以上的初導(dǎo)磁率(頻率100kHz)。而且，1 200MHz頻率范圍下的復(fù)數(shù)導(dǎo)磁率的實(shí)數(shù)項(xiàng)為10以上，虛數(shù)項(xiàng)小于5。在這樣的軟性鐵素體中添加粘接劑、可塑劑、溶劑等作為料漿，通過刮板法成形為生料薄板。在通過激光對各板進(jìn)行開孔之后，網(wǎng)板印刷導(dǎo)電膏(例如Ag :100%)，形成線圈圖案、第一外部端子圖案、第一連接布線圖案、第二連接布線用通孔、第二外部端子圖案等。優(yōu)選磁隙GPl所利用的鐵素體具有-40°C以下的居里溫度Tc。由于居里溫度Tc 根據(jù)鐵素體的主成份、即的量會發(fā)生變化，所以，考慮與形成絕緣層的鐵素體的燒成收縮的匹配，來決定狗203及SiO的量，以使居里溫度為-40°C以下。作為這樣的磁隙 GPl用的鐵素體，可舉出由主要成分為40 55摩爾％的F%03、40摩爾％以上的加0、剩余為CuO構(gòu)成的Cu-Si系鐵素體(居里溫度小于_40°C，室溫下不表現(xiàn)磁性)。通過印刷這種鐵素體的膏，可以形成磁隙GP1。以下的實(shí)施例更加詳細(xì)地說明了本發(fā)明，但本發(fā)明不限定于此。實(shí)施例1、比較例1制造具有圖1 圖5的構(gòu)造的DC-DC轉(zhuǎn)換器利用主要成分由47. 0摩爾%的Fe2O3^36. 7摩爾%的NiO, 11. 0摩爾%的CuO,5. 0 摩爾％的ZnO及0. 3摩爾％的Co3O4構(gòu)成，相對于主要成分的總量含有1. 0質(zhì)量％的Bi2O3 的鐵素體[居里溫度iTc :140°C及初導(dǎo)磁率(頻率100kHz) :25]，在通過LTCC法形成的各板上由Ag膏形成規(guī)定的線圈圖案。對絕緣層進(jìn)行層疊，并進(jìn)行壓接及燒結(jié)，從而在絕緣層S2 中形成由45. 7摩爾％的F%03、4. 0摩爾％的&ι0、剩余為CuO構(gòu)成主要成分，以及相對于主要成分的總量含有0. 3質(zhì)量％的Bi2O3的Cu-Si系鐵素體(居里溫度-60°C )所構(gòu)成的 GP1，制作成連接有多個多層基板的母基板，所述多層基板具有電感為3. 3μ H的層疊線圈。 燒結(jié)在大氣氣氛的電爐中緊接著脫脂進(jìn)行，升溫為150°C /hr，在以900°C保持了一個小時之后，以約300°C /hr降溫。對通過電鍍在母基板的外面形成的導(dǎo)體圖案實(shí)施M-P鍍敷及Au鍍敷，形成了第一外部端子。通過焊接將半導(dǎo)體集成電路部件IC、電容器Cin(10yF)、COUt(4.7yF)與各第一外部端子連接。然后，通過環(huán)氧樹脂密封部件搭載面，沿著預(yù)先形成于母基板的分割槽進(jìn)行分割，得到了 4. 5mmX3. 2mmX 1. 4mm的DC-DC轉(zhuǎn)換器。從上面觀察多層基板時，層疊線圈的內(nèi)側(cè)區(qū)域的面積為4. 2mm2，外側(cè)區(qū)域的面積為4. 3mm2。層疊線圈形成部的厚度為0. 3mm，上絕緣層部及下絕緣層部的厚度都為0. 2mm。 磁隙為20 μ m,其形成面積為2. Imm20在對所得到的DC-DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行驅(qū)動，以便從3. 6V的輸入電壓Vi獲得3. 2V的輸出電壓Vo時，輸出電流Io為150MA時的電壓變換效率超過了 95%。通過將具有鼓型鐵素體磁芯的繞組型電感器(電感3.3μΗ)與實(shí)施例1相同的半導(dǎo)體集成電路部件IC及電容器Cin、Cout 一同安裝于印刷電路基板，制成了比較例1的 DC-DC轉(zhuǎn)換器。以與實(shí)施例1同樣的條件對比較例1的DC-DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行測定時，得到了與超過95 %大致同等的電壓變換效率。但是，實(shí)施例1的DC-DC轉(zhuǎn)換器通過安裝電容元件，可降低基于第一及第二連接布線等的寄生電感的影響，并且在同等程度的電壓變換率下，大小不足比較例1的DC-DC轉(zhuǎn)換器的約五分之一。而且，可抑制來自電感器的泄露磁通，通過LGA等的端子構(gòu)造，能夠接近 DC-DC轉(zhuǎn)換器地將其他的電路元件配置到印刷電路基板上，實(shí)現(xiàn)高密度的安裝。以上參照附圖，對本發(fā)明的DC-DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限定于圖示的例子，還能夠在本發(fā)明的思想范圍內(nèi)實(shí)施各種變更。例如圖25所示，可以由覆蓋涂層覆蓋多層基板的第一主面，在多層基板的第一主面附近的內(nèi)層形成第一連接布線。通過這樣的構(gòu)成，即使第一主面的第一連接布線的間隔狹窄，也能夠防止鍍層的延伸、因剩余的焊錫引起的短路。而且，即使增大第一外部端子，也不會與第一連接布線干涉。由于使用與多層基板相同的絕緣體作為覆蓋涂層，會增加寄生電感，因此不優(yōu)選。 可以使用玻璃、電介質(zhì)等非磁性材料或低導(dǎo)磁率的磁性材料作為覆蓋涂層。另外，如果在覆蓋涂層上形成第一外部端子及第一連接布線，則能夠進(jìn)一步降低基于第一連接布線的寄生電感，因此優(yōu)選。
權(quán)利要求
1.一種DC-DC轉(zhuǎn)換器，在具備連接多個導(dǎo)體線路而成的層疊線圈的軟磁性多層基板上，安裝有包括開關(guān)元件及控制電路的半導(dǎo)體集成電路部件，其中，所述半導(dǎo)體集成電路部件具備輸入端子、輸出端子、用于控制所述開關(guān)元件的ON/ OFF的第一控制端子、用于對輸出電壓進(jìn)行可變控制的第二控制端子、以及接地端子，所述軟磁性多層基板，具有形成在第一主面的第一外部端子、形成在第二主面的第二外部端子、以及連接所述第一外部端子和所述第二外部端子的連接布線，所述半導(dǎo)體集成電路部件的各端子與所述第一外部端子連接，所述第一外部端子的至少一部分經(jīng)由所述連接布線與所述第二外部端子電連接，所述半導(dǎo)體集成電路部件的輸出端子經(jīng)由所述層疊線圈而與所述第二外部端子連接，并且也經(jīng)由所述連接布線與其他的第二外部端子連接。
2.—種DC-DC轉(zhuǎn)換器，在具備連接多個導(dǎo)體線路而成的層疊線圈的軟磁性多層基板上，安裝有包括開關(guān)元件及控制電路的半導(dǎo)體集成電路部件，其中，所述半導(dǎo)體集成電路部件具備輸入端子、輸出端子、用于控制所述開關(guān)元件的ON/ OFF的第一控制端子、用于對輸出電壓進(jìn)行可變控制的第二控制端子、與所述開光元件連接的接地端子、以及控制信號的路徑上的接地端子，所述軟磁性多層基板，具有形成在第一主面的第一外部端子、形成在第二主面的第二外部端子、以及連接所述第一外部端子和所述第二外部端子的連接布線，所述半導(dǎo)體集成電路部件的各端子與所述第一外部端子連接，所述第一外部端子的至少一部分經(jīng)由所述連接布線與所述第二外部端子電連接，所述半導(dǎo)體集成電路部件的輸入端子或輸出端子經(jīng)由所述層疊線圈而與所述第二外部端子連接，與所述開關(guān)元件連接的接地端子和所述控制信號的路徑上的接地端子分別與不同的第二外部端子連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述連接布線由軟磁性多層基板的表面和/或內(nèi)部的電極所形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述半導(dǎo)體集成電路部件具備負(fù)反饋端子，與所述負(fù)反饋端子連接的第一外部端子， 與和所述輸出端子連接的層疊線圈的另一端相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于，在所述多層基板的第一主面形成的第一外部端子上連接著電容元件，所述半導(dǎo)體集成電路部件的輸入端子和/或輸出端子經(jīng)由所述電容元件與接地端子連接。
全文摘要
本發(fā)明公開一種DC-DC轉(zhuǎn)換器，在具備連接多個導(dǎo)體線路而成的層疊線圈的軟磁性多層基板上，安裝有包括開關(guān)元件及控制電路的半導(dǎo)體集成電路部件，其中，半導(dǎo)體集成電路部件具備輸入端子、輸出端子、用于控制所述開關(guān)元件的ON/OFF的第一控制端子、用于對輸出電壓進(jìn)行可變控制的第二控制端子和多個接地端子，軟磁性多層基板，具備形成在第一主面的第一外部端子、形成在第一主面及/或其附近的內(nèi)層的第一連接布線、在所述多層基板的側(cè)面與所述層疊線圈的外周之間形成的第二連接布線、和形成在第二主面的第二外部端子，半導(dǎo)體集成電路部件的端子，與多層基板的第一外部端子連接，第一外部端子的至少一部分通過第一連接布線及第二連接布線與第二外部端子電連接，輸入端子或輸出端子通過層疊線圈與第二外部端子連接。
文檔編號H02M3/155GK102185474SQ20111009435
公開日2011年9月14日 申請日期2006年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月28日
發(fā)明者渡邊光弘 申請人:日立金屬株式會社