JP7268802B2 - 電源回路モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、電子機器の回路基板等に搭載される電源回路モジュールに関する。
特許文献１には、主面同士が平行に配置された複数の基板と、これら基板間を接続する基板間接続部材と、少なくとも一つの基板の基板主面上に、長手方向が基板主面と平行に配置される柱状の平行部を有し、平行部の他端側が部材主面の端部に延在するように配置され、一端側が基板主面に形成された部材接続用電極と接続された部材間接続部材と、を備え、平行部の他端側に、基板主面と主面同士が直交するように配置される部材が接続された、言わば二階建て構造の積層実装構造体が示されている。
特開２０１０－２２５６９９号公報
特許文献１に記載の積層実装構造体によれば、平行部の他端側に、基板主面に直交するように配置される部材を接続することができるので、積層実装構造体に対し、他の部材を簡単かつ高密度に接続することができる。
ところで、ＤＣ－ＤＣコンバータ回路等の電源回路をモジュール化する場合には、上記二階建て構造によって単に高密度化するだけでなく、電気的特性が良好であることが望まれる。
そこで、本発明の目的は、二階建て構造を採ることで小型化しつつ、電気的特性の良好な電源回路モジュールを提供することにある。
本開示の一例としての電源回路モジュールは、下部基板と、当該下部基板に平行な上部基板と、前記下部基板に実装された下部基板側部品と、前記上部基板に実装された上部基板側部品と、前記下部基板と前記上部基板とを電気的且つ機械的に接続する複数の基板間接続部材と、で構成される電源回路を備え、前記複数の基板間接続部材の一部は、前記電源回路の一部を構成するインダクタ又は前記電源回路の一部を構成するインダクタの一部であることを特徴とする。
本発明によれば、それぞれ部品が実装された上部基板及び下部基板を備えることで小型化され、かつ基板間接続部材による寄生成分が有効利用されて、電気的特性の良好な電源回路モジュールが得られる。
図１は第１の実施形態に係る電源回路モジュール１０１の斜視図である。 図２は図１に示す状態から上部基板側部品及び上部基板側樹脂層４１と共に上部基板４０を取り除いた状態での斜視図である。 図３は図２に示した状態から基板間接続部材５２Ａ～５２Ｇ、５４Ａ～５４Ｇをさらに取り除いた状態での斜視図である。 図４はインダクタ素子２０単体での斜視図である。 図５は図３に示した状態からインダクタ素子２０を取り除いた状態での斜視図である。 図６は上部基板４０及びそれに接するインダクタ素子２０の位置関係を示す斜視図である。 図７は上部基板４０の下面を示す斜視図である。 図８は下部基板３０の下面図である。 図９は実装基板に実装された複数の電源回路モジュールの斜視図である。 図１０は、図１に示した電源回路モジュールとは一部の構造が異なる電源回路モジュールの斜視図である。 図１１は第１の実施形態に係る電源回路モジュール１０１に形成されている電源回路の回路図である。 図１２はスイッチング回路部品１１，１２とインダクタ素子２０との配置関係を示す図である。 図１３は第２の実施形態の電源回路モジュールに設けられるインダクタ素子２０の斜視図である。 図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）は第３の実施形態に係る電源回路モジュールの主要部についての正面図である。 図１５は第４の実施形態に係る電源回路モジュール１０４Ａの斜視図である。 図１６は第４の実施形態に係る別の電源回路モジュール１０４Ｂの斜視図である。 図１７は第５の実施形態に係る電源回路モジュール１０５の斜視図である。 図１８は第６の実施形態に係る電源回路モジュール１０６の斜視図である。 図１９は、図１８に示す電源回路モジュール１０６の上部の正面透視図である。 図２０は第７の実施形態に係る電源回路モジュール１０７の斜視図である。 図２１は、図２０に示す電源回路モジュール１０７の上部の正面透視図である。 図２２は第８の実施形態に係る電源回路モジュール１０８の斜視図である。 図２３は、図２２に示す電源回路モジュール１０８の上部の正面透視図である。 図２４は第９の実施形態に係る電源回路モジュール１０９の斜視図である。 図２５は、図２４に示した状態から上部基板４０を取り除いた状態での斜視図である。 図２６は、図２５に示す状態から、ローサイドソース接続部材８０及び基板間接続部材５２Ａ～５２Ｅ，５４Ａ～５４Ｃを除いた状態での斜視図である。 図２７は、第９の実施形態に係る電源回路モジュール１０９に形成されている電源回路の回路図である。 図２８は、第９の実施形態に係る電源回路モジュールに形成されている別の電源回路の回路図である。
以降、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各図中には同一箇所に同一符号を付している。要点の説明又は理解の容易性を考慮して、実施形態を説明の便宜上、複数の実施形態に分けて示すが、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせは可能である。第２の実施形態以降では第１の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
《第１の実施形態》
図１は第１の実施形態に係る電源回路モジュール１０１の斜視図である。この電源回路モジュール１０１は、下部基板３０と、この下部基板３０に平行な上部基板４０と、下部基板３０と上部基板４０とを電気的且つ機械的に接続する複数の基板間接続部材と、で構成される電源回路を備える。下部基板３０と上部基板４０とはそれぞれ上面に実装面を有し、下部基板３０の実装面と上部基板４０との実装面とは互いに平行である。さらに、基板の厚み方向において、下部基板３０の上面と上部基板４０の下面とは互いに対向している。
下部基板３０には、チップ部品３２やインダクタ素子２０が実装されている。これらチップ部品３２やインダクタ素子２０は下部基板側部品である。上部基板４０には、チップ部品４２やスイッチング回路部品１１，１２が実装されている。これらチップ部品４２やスイッチング回路部品１１，１２は上記基板側部品である。下部基板３０には下部基板側樹脂層３１が被覆されている。上部基板４０には上部基板側樹脂層４１が被覆されている。図１においては（後に示す図２、図３等においても）、下部基板側樹脂層３１及び上部基板側樹脂層４１は透明化して図示している。
図２は図１に示す状態から上部基板側部品及び上部基板側樹脂層４１と共に上部基板４０を取り除いた状態での斜視図である。図１、図２に表れているように、下部基板３０と上部基板４０との間には、下部基板３０と上部基板４０とを電気的且つ機械的に接続する複数の基板間接続部材５１Ａ～５１Ｈ、５２Ａ～５２Ｇ，５３Ａ，５４Ａ～５４Ｇ等が設けられている。これら基板間接続部材は銅ピン等、円柱状の金属体である。
図３は図２に示した状態から基板間接続部材５２Ａ～５２Ｇ、５４Ａ～５４Ｇをさらに取り除いた状態での斜視図である。図４はインダクタ素子２０単体での斜視図である。図５は図３に示した状態からインダクタ素子２０を取り除いた状態での斜視図である。
インダクタ素子２０は全体的に直方体形状であり、その側部に入力側端子２１，２３及び出力側端子２２，２４を備える。図３、図４、図５に表れているように、インダクタ素子２０の端子２１は基板間接続部材５３Ｈに導通し、端子２３は基板間接続部材５１Ｈに導通する。また、インダクタ素子２０の端子２２は基板間接続部材５１Ｉ，５１Ｊ，５１Ｋに導通し、端子２４は基板間接続部材５３Ｉ，５３Ｊ，５３Ｋに導通する。
図６は上部基板４０及びそれに接するインダクタ素子２０の位置関係を示す斜視図である。図７は上部基板４０の下面を示す斜視図である。ただし、図６、図７においては、上下を反転させた状態で表している。
図６、図７に示すように、インダクタ素子２０の入力側端子２１，２３は、上部基板４０の電極４０Ｅ１，４０Ｅ３にそれぞれ導通し、出力側端子２２，２４は、上部基板４０の電極４０Ｅ２，４０Ｅ４にそれぞれ導通する。
インダクタ素子２０の入力側端子２１と基板間接続部材５３Ｈとで、下部基板３０と上部基板４０とを電気的且つ機械的に接続する基板間接続部材を構成する。同様に、入力側端子２３と基板間接続部材５１Ｈとで、基板間接続部材を構成する。また、インダクタ素子２０の出力側端子２２と基板間接続部材５１Ｉ，５１Ｊ，５１Ｋとで、下部基板３０と上部基板４０とを電気的且つ機械的に接続する基板間接続部材を構成する。同様に、出力側端子２４と基板間接続部材５３Ｉ，５３Ｊ，５３Ｋとで、基板間接続部材を構成する。後に示すように、インダクタ素子２０の入力側端子２１，２３及び出力側端子２２，２４はその寄生インダクタンスを受動部品として利用している。また、入力側端子２１，２３と出力側端子２２，２４の下端は下部基板３０の電極にそれぞれ接続される。入力側端子２１，２３と出力側端子２２，２４の上端はそれぞれ、上部基板４０の電極に接続される。
上記インダクタの端子以外についても同様に、基板間接続部材の各接続部ははんだ付けや導電性接着剤によって、電気的・機械的に接続される。例えば、基板間接続部材５１Ａ～５１Ｋ，５３Ａ～５３Ｋの下面は下部基板３０の電極に接続される。また、基板間接続部材５２Ａ～５２Ｇ，５４Ａ～５４Ｇの下面は基板間接続部材５１Ａ～５１Ｇ，５３Ａ～５３Ｇの上面に接続され、基板間接続部材５２Ａ～５２Ｇ，５４Ａ～５４Ｇの上面は上部基板４０の電極に接続される。
図８は下部基板３０の下面図である。下部基板３０の下面には複数の電極が配列されている。これら電極は実装基板にはんだ付け等によって接続されることで、電源回路モジュール１０１は実装基板に実装される。
図１に示すように、２つのスイッチング回路部品１１，１２の間に、この２つのスイッチング回路部品１１，１２以外のチップ部品４２が配置されている。チップ部品４２は、例えばＤＣ－ＤＣコンバータ回路の一部を構成するコンデンサである。スイッチング回路部品１１，１２以外のこれらチップ部品４２は発熱が少なく、また、これらチップ部品４２で２つのスイッチング回路部品１１，１２が熱的に分断される。さらには、２つのスイッチング回路部品１１，１２が上部基板４０に分散配置される。そのため、スイッチング回路部品１１，１２の温度の過剰上昇が抑制される。
図１に示すように、上部基板４０は、チップ部品４２とスイッチング回路部品１１，１２とを封止する上部基板側樹脂層４１を備える。上部基板側樹脂会おう４１は、平坦な上面を有する。これにより、製造工程での吸着が容易となる。また、ヒートシンク等の放熱部品を面で装着できるため、良好な放熱性を得やすい。
図９は実装基板に実装された複数の電源回路モジュールの斜視図である。ただし、実装基板は図示していない。この例では、４つの電源回路モジュール１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄの上面に放熱器６０が搭載されている。図９において、放熱器６０は透明化して図示している。電源回路モジュール１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄは、それらの上部基板に上部基板側樹脂層は形成されていない。そのため、電源回路モジュール１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄの各スイッチング回路部品１１，１２は放熱器６０に直接熱的に結合して、各スイッチング回路部品１１，１２の放熱が効果的になされる。
図１０は、図１に示した電源回路モジュールとは一部の構造が異なる電源回路モジュールの斜視図である。この例では、下部基板側樹脂層３１と上部基板４０との間が絶縁性樹脂による基板間モールド７０で充填されている。したがって、インダクタ素子２０の端子２１～２４とこれら端子に近接するそれぞれの基板間接続部材との間が上記絶縁性樹脂で充填されている。その構造により、インダクタ２の端子２１～２４と基板間接続部材との電気的絶縁性がより確保される。
図１１は第１の実施形態に係る電源回路モジュール１０１に形成されている電源回路の回路図である。この電源回路は、スイッチング回路１０とインダクタ素子２０と平滑キャパシタＣｏ１，Ｃｏ２，Ｃｉとを含んで構成されるＤＣ－ＤＣコンバータである。この例では、スイッチング回路１０は二相のハーフブリッジ回路であり、インダクタ素子２０は、ハーフブリッジ回路の出力と負荷（抵抗ＲＬ）との間に接続されている。
スイッチング回路１０はスイッチング回路部品１１，１２を備える。スイッチング回路部品１１は、ハイサイドのスイッチング素子Ｑ１、ローサイドのスイッチング素子Ｑ２及びこれらを駆動する駆動回路で構成されている。同様に、スイッチング回路部品１２は、ハイサイドのスイッチング素子Ｑ３、ローサイドのスイッチング素子Ｑ４及びこれらを駆動する駆動回路とで構成されている。なお、スイッチング回路部品１１は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を制御する制御回路を含んでもよい。同様に、スイッチング回路部品１２は、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４を制御する制御回路を含んでもよい。
インダクタ素子２０は互いに所定の結合係数で互いに磁気結合するコイルＬ１、Ｌ２で構成されているカップルドインダクタである。図１１中に示すインダクタＬ３，Ｌ４はコイルＬ１，Ｌ２の非結合により生じる漏れインダクタンスを回路記号で表したものである。また、インダクタＬ２１，Ｌ２３は入力側端子２１，２３にそれぞれ生じる寄生インダクタンスを回路記号で表したものである。同様に、インダクタＬ２２，Ｌ２４は出力側端子２２，２４にそれぞれ生じる寄生インダクタンスを回路記号で表したものである。インダクタＬ２１，Ｌ２２はインダクタＬ３に直列接続されるので、これらの合成インダクタンスがスイッチング回路部品１１の出力部に接続された回路が構成される。同様に、インダクタＬ２３，Ｌ２４はインダクタＬ４に直列接続されるので、これらの合成インダクタンスがスイッチング回路部品１２の出力部に接続された回路が構成される。
スイッチング回路部品１１，１２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４は１８０度位相差の二相フェーズで駆動される。平滑キャパシタＣｏ１，Ｃｏ２は並列接続されていて、出力電圧Ｖｏｕｔの変動を平滑する。平滑キャパシタＣｉは入力電圧Ｖｉｎの電圧を平滑する。図１１においては、電源回路モジュール１０１の出力に接続される負荷を抵抗ＲＬで表している。
本実施形態では、２つのＤＣ－ＤＣコンバータのインダクタ同士を磁気結合させた、二相フェーズのＤＣ－ＤＣコンバータであるので、出力電圧のリプルが効果的に抑制される。また、磁気結合による相互インダクタによって、コイルＬ１，Ｌ２に掛かる電圧が小さくできるので、コイルＬ１，Ｌ２のインダクタンスを小さくできる。そのことにより、負荷応答に対する応答性が高められる。
図１１において、スイッチング回路１０に入出力される電源及び信号の意味は次のとおりである。
Vin：入力電源ライン
GND：グランド
Vcc：スイッチング回路部品１１，１２の制御回路に対する電源電圧ライン
AGND：スイッチング回路部品１１，１２の制御回路のグランド
Isense1：インダクタＬ３に流れる電流の検出信号
Isense2：インダクタＬ４に流れる電流の検出信号
PWM1：スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング制御信号
PWM2：スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４のスイッチング制御信号
ここで、図１～図５に示した基板間接続部材と上記電源ライン及び信号ラインとの関係は次のとおりである。
GND：５１Ｅ，５１Ｆ，５１Ｇ，５２Ｅ，５２Ｆ，５２Ｇ，５３Ｆ，５４Ｆ
Vin：５３Ｅ，５４Ｅ
Vcc：５３Ｇ，５４Ｇ
また、Isense1，Isense2，PWM1，PWM2等の信号は基板間接続部材５１Ａ～５１Ｄ，５２Ａ～５２Ｄを通る。
したがって、インダクタ素子２０の入力側端子２１，２３に近傍にグランドラインや電源ラインが配置されたり、グランドラインや電源ラインで囲まれたりすることとなり、インダクタ素子２０の電圧変化の大きな入力側端子２１，２３付近がグランドラインや電源ラインでシールドされることになる。その結果、インダクタ素子２０からの不要輻射が効果的に抑制される。
なお、信号が通る基板間接続部材である基板間接続部材５１Ａ～５１Ｄ，５２Ａ～５２Ｄは、インダクタの入出力電流による影響を低減することが好ましい。このため、インダクタ素子２０の端子２１～２４と、基板間接続部材５１Ａ～５１Ｄ，５２Ａ～５２Ｄとの間に、金属板などのシールド部材を設けてもよい。このシールド部材は金属板に限らず、柱状導体でもよい。また、シールド部材はグランドに接続してもよい。
図１２はスイッチング回路部品１１，１２とインダクタ素子２０との配置関係を示す図である。図１に示した下部基板３０及び上部基板４０の実装面と直交する方向から平面視して透視した図で、インダクタ素子２０の端子２１～２４はスイッチング回路部品１１，１２に重なっている。インダクタ素子２０は、入力側端子２１，２３と出力側端子２２，２４が、インダクタ素子２０の中心点Ｏに対して点対称に配置された４つの端子を備える。スイッチング回路部品１１，１２は、入力側端子と出力側端子の位置が互いに１８０度回転位置の関係で並置されている。
図１２に示した例では、インダクタ素子２０の入力側端子２１がスイッチング回路部品１１の出力端子ＳＷｏｕｔ１に近接していて、インダクタ素子２０の入力側端子２３がスイッチング回路部品１２の出力端子ＳＷｏｕｔ２に近接している。そのため、スイッチング回路部品１１，１２とインダクタ素子２０との接続経路における寄生抵抗は最低限となる。
また、図１２に示した例では、スイッチング回路部品１１の電源入力端子Ｖｉｎ１とスイッチング回路部品１２の電源入力端子Ｖｉｎ２とは近接する。そのため、これら電源入力端子Ｖｉｎ１，Ｖｉｎ２の接続線路が均等に短縮化され、電源入力端子Ｖｉｎ１，Ｖｉｎ２に繋がる線路におけるトータルの寄生抵抗が抑制される。また、これら電源入力端子Ｖｉｎ１，Ｖｉｎ２に接続される平滑キャパシタＣｉは単一の部品で構成できる。なお、スイッチング回路部品１１，１２の出力端子ＳＷｏｕｔ１，ＳＷｏｕｔ２が近接する配置であれば、平滑キャパシタＣｏ１，Ｃｏ２を単一の部品で構成できる。
《第２の実施形態》
第２の実施形態では、インダクタの端子の構成に特徴を有する電源回路モジュールについて例示する。
図１３は第２の実施形態の電源回路モジュールに設けられるインダクタ素子２０の斜視図である。インダクタ素子２０は入力側端子２１，２３及び出力側端子２２，２４を備える。
出力側端子２２，２４は上部基板（図１に示す例では上部基板４０）の下面に形成された電極に接する幅広の部位を有する。上部基板の下面には、インダクタ素子２０の出力側端子２２，２４が接する電極が形成されている。そのため、インダクタ素子２０の出力側端子２２，２４と出力側端子２２，２４が導通する上部基板側の電極との電気的接続及び機械的接続が強固になる。図１３に示した例では、出力側端子２２，２４に幅広の部位を設けたが、入力側端子２１，２３に幅広の部位を設けてもよい。さらには、全ての端子２１～２４に幅広の部位を設けてもよい。
《第３の実施形態》
第３の実施形態では、基板間接続部材の他の幾つかの例について示す。図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）は第３の実施形態に係る電源回路モジュールの主要部についての正面図である。
図１４（Ａ）に示す例では、下部基板３０と上部基板４０との間に複数の基板間接続部材が形成されているが、これら基板間接続部材のうちチップ部品５５は下部基板３０の上面に形成されている電極と上部基板４０の下面に形成されている電極との間に直列に接続されている。チップ部品５５は例えばチップキャパシタ、チップインダクタ、チップ抵抗であり、電源回路モジュールの回路の一部を構成する。
図１４（Ｂ）に示す例では、下部基板３０と上部基板４０との間に複数の基板間接続部材が形成されているが、これら基板間接続部材のうち一つは、チップ部品５６Ａ，５６Ｂで構成されている。チップ部品５６Ａは下部基板３０の上面に実装されていて、チップ部品５６Ｂは上部基板４０の下面に実装されている。また、チップ部品５６Ａとチップ部品５６Ｂ同士が電気的・機械的に接続されている。チップ部品５６Ａ，５６Ｂは互いに並列接続されていて、この並列回路が下部基板３０の上面に形成されている電極と上部基板４０の下面に形成されている電極に接続されている。チップ部品５６Ａ，５６Ｂは例えばチップキャパシタ、チップインダクタ、チップ抵抗であり、電源回路モジュールの回路の一部を構成する。
本実施形態で示したように、基板間接続部材は部品の端子に限らず、電源回路の一部を構成する受動部品又は受動部品の一部であってもよい。
《第４の実施形態》
図１５は第４の実施形態に係る電源回路モジュール１０４Ａの斜視図である。図１６は第４の実施形態に係る別の電源回路モジュール１０４Ｂの斜視図である。これら電源回路モジュール１０４Ａ，１０４Ｂは、下部基板３０と、この下部基板３０に平行な上部基板４０と、下部基板３０と上部基板４０とを電気的且つ機械的に接続する複数の基板間接続部材とを備える。
下部基板３０は多層基板で構成されていて、チップ部品やインダクタ素子２０が実装されている。上部基板４０には、チップ部品やスイッチング回路部品１１，１２が実装されている。上部基板４０には上部基板側樹脂層４１が被覆されている。
図１５に示す例では、下部基板３０と上部基板４０とを電気的且つ機械的に接続する複数の基板間接続部材５２Ｇ，５４Ａ～５４Ｇが表れている。隣接する基板間接続部材同士は絶縁性の樹脂体７１を介して接続されている。つまり、隣接する基板間接続部材間には絶縁性の樹脂体７１が介在している。これら樹脂体７１は塗布により形成される。その他の概略的構成は第１の実施形態で示したとおりである。
図１６では、下部基板３０と上部基板４０とを電気的且つ機械的に接続する複数の基板間接続部材５２Ｇ，５４Ａ～５４Ｄが表れている。これら基板間接続部材の所定高さ位置は絶縁性の樹脂体７２で埋められている。つまり、各基板間接続部材は絶縁性の樹脂体７２を貫通している。その他の概略的構成は第１の実施形態で示したとおりである。
このような構成とすることにより、複数の基板間接続部材の相対位置、基板間接続部材とインダクタ素子２０の端子との相対位置を固定できるため、それらの間に電気的絶縁性を確実なものとすることができる。例えば、製造時に複数の基板間接続部材の相対位置がずれて、複数の基板間接続部材が接触したり、基板間接続部材とインダクタ素子２０の端子とが接触してショートしたりすることを抑制できる。
《第５の実施形態》
図１７は第５の実施形態に係る電源回路モジュール１０５の斜視図である。この電源回路モジュール１０５は、下部基板３０と、この下部基板３０に平行な上部基板４０と、下部基板３０と上部基板４０とを電気的且つ機械的に接続する複数の基板間接続部材とを備える。
図１７に示す例では、下部基板３０と上部基板４０とを電気的且つ機械的に接続する複数の基板間接続部材５２Ｇ，５４Ａ～５４Ｇが表れている。これら基板間接続部材５２Ｇ，５４Ａ～５４Ｇの下面の面積は上面の面積よりも大きい。このような構成とすることにより、電源回路モジュール１０５の重心が低くなるため、製造時に、振動などによる転倒を抑制し、生産性を向上させることができる。
《第６の実施形態》
第６の実施形態では、上部基板側樹脂層に保護用及び放熱用の金属板を備える電源回路モジュールについて例示する。
図１８は第６の実施形態に係る電源回路モジュール１０６の斜視図である。図１９は、図１８に示す電源回路モジュール１０６の上部の正面透視図である。
電源回路モジュール１０６は、下部基板３０と、この下部基板３０に平行な上部基板４０と、下部基板３０と上部基板４０とを電気的且つ機械的に接続する複数の基板間接続部材５２Ａ～５２Ｇ，５４Ｇ等と、を備える。
下部基板３０は多層基板で構成されていて、チップ部品やインダクタ素子２０が実装されている。
図１９に表れているように、上部基板４０には、複数のチップ部品やスイッチング回路部品１１，１２が実装されている。また、上部基板４０の上面に上部基板側樹脂層４１が被覆されている。この上部基板側樹脂層４１には、外面に露出する金属板４３が設けられている。この金属板４３はスイッチング回路部品１１，１２に対して熱導体TIM(Thermal Interface Material)を介して接着されている。金属板４３は熱抵抗の小さな例えば銅板である。
この電源回路モジュール１０６によれば、金属板４３が上部基板側樹脂層４１の表面に設けられているので、上部基板４０への実装部品（スイッチング回路部品１１，１２等）に対して外力によって加わる応力が抑制される。
また、熱抵抗の小さな金属板４３が上部基板側樹脂層４１の表面に設けられているので、発熱部品であるスイッチング回路部品１１，１２の放熱性が高く、発熱部品の放熱性及び上部基板４０の放熱性が高い。
《第７の実施形態》
第７の実施形態では、第６の実施形態と同様に、上部基板側樹脂層に保護用及び放熱用の金属板を備える電源回路モジュールについて例示する。
図２０は第７の実施形態に係る電源回路モジュール１０７の斜視図である。図２１は、図２０に示す電源回路モジュール１０７の上部の正面透視図である。
電源回路モジュール１０７は、下部基板３０と、この下部基板３０に平行な上部基板４０と、下部基板３０と上部基板４０とを電気的且つ機械的に接続する複数の基板間接続部材５２Ａ～５２Ｇ，５４Ｇ等と、を備える。
下部基板３０は多層基板で構成されていて、チップ部品やインダクタ素子２０が実装されている。
図２１に表れているように、上部基板４０には、複数のチップ部品やスイッチング回路部品１１，１２が実装されている。また、上部基板４０の上面に上部基板側樹脂層４１が被覆されている。この上部基板側樹脂層４１には、外面に露出する金属板４３が設けられている。この金属板４３はスイッチング回路部品１１，１２に対して熱導体TIM(Thermal Interface Material)を介して接着されている。金属板４３は熱抵抗の小さな例えば銅板である。
図１９に示した例とは異なり、金属板４３の縁にテーパ部ＴＰを備える。このテーパの向きは、上部基板側樹脂層４１の外面への金属板４３の突出を抑制する向きである。金属板４３と上部基板側樹脂層４１の熱膨張率（線膨張係数）は異なるが、金属板４３の縁のテーパ状部分で、この金属板４３と上部基板側樹脂層４１とは係合するので、上部基板側樹脂層４１に対する金属板４３の浮き上がりや離脱が抑制される。
この電源回路モジュール１０７によれば、上部基板４０への実装部品（スイッチング回路部品１１，１２等）に対する外力や熱膨張率の差によって生じる応力に対する耐性が高い。
また、発熱部品であるスイッチング回路部品１１，１２の放熱性が高いので、発熱部品の放熱性及び上部基板４０の放熱性が高い。
《第８の実施形態》
第８の実施形態では、第６の実施形態と同様に、上部基板側樹脂層に保護用及び放熱用の金属板を備える電源回路モジュールについて例示する。
図２２は第８の実施形態に係る電源回路モジュール１０８の斜視図である。図２３は、図２２に示す電源回路モジュール１０８の上部の正面透視図である。
電源回路モジュール１０８は、下部基板３０と、この下部基板３０に平行な上部基板４０と、下部基板３０と上部基板４０とを電気的且つ機械的に接続する複数の基板間接続部材５２Ａ～５２Ｇ，５４Ｇ等と、を備える。
下部基板３０は多層基板で構成されていて、チップ部品やインダクタ素子２０が実装されている。
図２３に表れているように、上部基板４０には、複数のチップ部品やスイッチング回路部品１１，１２が実装されている。また、上部基板４０の上面には上部基板側樹脂層４１が被覆されている。この上部基板側樹脂層４１には、外面に露出する金属板４３が設けられている。この金属板４３はスイッチング回路部品１１，１２に対して熱導体TIM(Thermal Interface Material)を介して接着されている。金属板４３は熱抵抗の小さな例えば銅板である。
図１９に示した例とは異なり、金属板４３の縁の一部である露出部４３Ｅは上部基板側樹脂層４１の側部に露出している。
金属板４３の縁の露出部４３Ｅで、この金属板４３と上部基板側樹脂層４１とは係合するので、上部基板側樹脂層４１に対する金属板４３の浮き上がりや離脱が抑制される。
上記金属板４３は複数の電源回路モジュールに亘って一体である。つまり、縦横に連続する複数の電源回路モジュールの分離前においては、金属板４３は一体物である。そして、複数の電源回路モジュールを金属板４３の部分で分離することによって、個別の電源回路モジュール１０８に分離する。金属板４３の縁の露出部４３Ｅは、複数の電源回路モジュールから個別の電源回路モジュール１０８に分離することによって露出した箇所である。
この電源回路モジュール１０８によれば、上部基板４０への実装部品（スイッチング回路部品１１，１２等）に対する外力や熱膨張率の差によって生じる応力に対する耐性が高い。
また、発熱部品であるスイッチング回路部品１１，１２の放熱性が高いので、発熱部品の放熱性及び上部基板４０の放熱性が高い。
《第９の実施形態》
第９の実施形態では、スイッチング素子のドレインと下部基板の電極との接続構造に特徴を有する電源回路モジュールについて例示する。
図２４は第９の実施形態に係る電源回路モジュール１０９の斜視図である。この電源回路モジュール１０９は、下部基板３０と、この下部基板３０に平行な上部基板４０と、を備える。
図２５は、図２４に示した状態から上部基板４０を取り除いた状態での斜視図である。電源回路モジュール１０９は、下部基板３０と上部基板４０とを電気的且つ機械的に接続する複数の基板間接続部材５２Ａ～５２Ｅ，５４Ａ～５４Ｃ等を備える。
図２６は、図２５に示す状態から、後に説明するローサイドソース接続部材８０及び基板間接続部材５２Ａ～５２Ｅ，５４Ａ～５４Ｃを除いた状態での斜視図である。下部基板３０は多層基板で構成されていて、チップ部品やインダクタ素子２０が実装されている。
図２７は第９の実施形態に係る電源回路モジュール１０９に形成されている電源回路の回路図である。この電源回路は、スイッチング回路１０とインダクタ素子２０と平滑キャパシタＣｏ１，Ｃｏ２，Ｃｉとを含んで構成されるＤＣ－ＤＣコンバータである。この例では、スイッチング回路１０は降圧型コンバータ回路を二並列にしたもので、ハーフブリッジ接続されたＭＯＳ－ＦＥＴによるスイッチング回路が二対ある。インダクタ素子２０は、ハーフブリッジ接続の中間電位と負荷（抵抗ＲＬ）との間に接続されている。
スイッチング回路１０はスイッチング回路部品１１，１２を備える。スイッチング回路部品１１は、ハイサイドのスイッチング素子Ｑ１、ローサイドのスイッチング素子Ｑ２及びこれらを駆動する駆動回路で構成されている。同様に、スイッチング回路部品１２は、ハイサイドのスイッチング素子Ｑ３、ローサイドのスイッチング素子Ｑ４及びこれらを駆動する駆動回路とで構成されている。
図１に例示した電源回路モジュール１０１と同様に、上部基板４０の上面には、スイッチング回路部品１１，１２及びチップ部品４２が実装される。図２４において、領域Ａ１１はスイッチング回路部品１１の実装領域であり、領域Ａ１２はスイッチング回路部品１２の実装領域である。
領域Ａ１１内のローサイドドレイン接続部ＬＤにはスイッチング回路部品１１のローサイドスイッチング素子Ｑ２のドレインが接続される電極が形成されている。同様に、領域Ａ１２内のローサイドドレイン接続部ＬＤにはスイッチング回路部品１２のローサイドスイッチング素子Ｑ４のドレインが接続される電極が形成されている。また、領域Ａ１１内のローサイドソース接続部ＬＳにはスイッチング回路部品１１のローサイドスイッチング素子Ｑ２のソースが接続される電極が形成されている。同様に、領域Ａ１２内のローサイドソース接続部ＬＳにはスイッチング回路部品１２のローサイドスイッチング素子Ｑ４のソースが接続される電極が形成されている。
領域Ａ１１内のハイサイドドレイン接続部ＨＤにはスイッチング回路部品１１のハイサイドスイッチング素子Ｑ１のドレインが接続される電極が形成されている。同様に、領域Ａ１２内のハイサイドドレイン接続部ＨＤにはスイッチング回路部品１２のハイサイドスイッチング素子Ｑ３のドレインが接続される電極が形成されている。また、領域Ａ１１内のハイサイドソース接続部ＨＳにはスイッチング回路部品１１のハイサイドスイッチング素子Ｑ１のソースが接続される電極が形成されている。同様に、領域Ａ１２内のハイサイドソース接続部ＨＳにはスイッチング回路部品１２のハイサイドスイッチング素子Ｑ３のソースが接続される電極が形成されている。
上記ローサイドソース接続部ＬＳ、ローサイドドレイン接続部ＬＤ、ハイサイドソース接続部ＨＳ、ハイサイドドレイン接続部ＨＤ、は図２７中に示すＬＳ，ＬＤ，ＨＳ，ＨＤにそれぞれ対応している。
図２４、図２５に表れているように、ローサイドソース接続部材８０は、上部基板４０の裏面に当接する当接面８０Ｓ、この当接面８０Ｓから下部基板３０方向へ延びる脚部８０Ｆ、及び当接面８０Ｓと脚部８０Ｆとの間の屈曲部８０Ｂを有する。当接面８０Ｓ、脚部８０Ｆ及び屈曲部８０Ｂは一体である。ローサイドソース接続部材８０は銅板の成型体であり、下部基板３０及び上部基板４０に形成されている導体パターンよりも厚みが厚いため、その導体パターンよりも抵抗値が低い。
図２４、図２５に表れているように、ローサイドソース接続部材８０の一部は、上部基板４０の領域Ａ１１内のローサイドソース接続部ＬＳ及び領域Ａ１２内のローサイドソース接続部ＬＳに導通している。
図２４～図２６に表れているように、インダクタ素子２０の入力側端子２１は、上部基板４０の領域Ａ１１内のローサイドドレイン接続部ＬＤ及びハイサイドソース接続部ＨＳに導通している。同様に、インダクタ素子２０の入力側端子２３は、上部基板４０の領域Ａ１２内のローサイドドレイン接続部ＬＤ及びハイサイドソース接続部ＨＳに導通している。
本実施形態の電源回路モジュール１０９の回路構成自体は、第１の実施形態で図１１に示した回路構成と同じである。ただし、本実施形態では、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４のソースは、図２４に示した上部基板４０のローサイドソース接続部ＬＳの電極に接続され、このローサイドソース接続部材８０はＧＮＤ電極の直近まで接続されている。そのため、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４のソースからＧＮＤの入出力端子電極までの抵抗成分は小さい。
また、本実施形態では、スイッチング素子Ｑ１のソース及びスイッチング素子Ｑ２のドレインは、インダクタ素子２０の入力側端子２１に最短距離で接続されている。そのため、スイッチング素子Ｑ１のソース及びスイッチング素子Ｑ２のドレインからインダクタ素子２０の入力側端子２１までの抵抗成分は小さい。同様に、スイッチング素子Ｑ３のソース及びスイッチング素子Ｑ４のドレインは、インダクタ素子２０の入力側端子２３に最短距離で接続されている。そのため、スイッチング素子Ｑ３のソース及びスイッチング素子Ｑ４のドレインからインダクタ素子２０の入力側端子２３までの抵抗成分は小さい。
本実施形態によれば、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４がローサイドソース接続部材８０に最短距離で接続されるため、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のソースが接続される電流経路の抵抗が小さく、その抵抗による電力効率低下を抑制できる。
以上に示した例では、ローサイドのスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４のソースがローサイドソース接続部材８０に最短距離で接続される例を示したが、ローサイドソース接続部材８０と同様のハイサイドドレイン接続部材を設けてもよい。図２８はその場合の電源回路モジュールの回路図である。このように、ハイサイドのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ３のドレインがハイサイドドレイン接続部材に最短距離で接続されるように構成してもよい。
最後に、本発明は上述した実施形態に限られるものではない。当業者によって適宜変形及び変更が可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変形及び変更が含まれる。
例えば、基板間接続部材は円柱状に限らず、角柱状であってもよい。また、下部基板３０及び上部基板４０に対する部品の配置は実施形態に限らないことは言うまでも無い。
Ａ１１，Ａ１２…領域
Ｃｏ１，Ｃｏ２，Ｃｉ…平滑キャパシタ
ＨＤ…ハイサイドドレイン接続部
ＨＳ…ハイサイドソース接続部
Ｌ１，Ｌ２…コイル
Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３，Ｌ２４…インダクタ
Ｌ３，Ｌ４…インダクタ
ＬＤ…ローサイドドレイン接続部
ＬＳ…ローサイドソース接続部
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４…スイッチング素子
ＳＷｏｕｔ１，ＳＷｏｕｔ２…出力端子
ＴＰ…テーパ部
Ｖｉｎ…入力電圧
Ｖｉｎ１，Ｖｉｎ２…電源入力端子
Ｖｏｕｔ…出力電圧
１０…スイッチング回路
１１，１２…スイッチング回路部品
２０…インダクタ素子
２１，２３…入力側端子
２２，２４…出力側端子
３０…下部基板
３１…下部基板側樹脂層
３２…チップ部品
４０…上部基板
４１…上部基板側樹脂層
４２…チップ部品
４３…金属板
４３Ｅ…露出部
５１Ａ～５１Ｋ…基板間接続部材
５２Ａ～５２Ｇ…基板間接続部材
５３Ａ～５３Ｋ…基板間接続部材
５４Ａ～５４Ｇ…基板間接続部材
５５，５６Ａ，５６Ｂ…チップ部品
６０…放熱器
７０…基板間モールド
７１，７２…樹脂体
８０…ローサイドソース接続部材
８０Ｓ…当接面
１０１，１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄ，１０４Ａ，１０４Ｂ，１０５，１０６，１０７，１０８，１０９…電源回路モジュール

Claims (19)

  1. 下部基板と、当該下部基板に平行な上部基板と、前記下部基板に実装された下部基板側部品と、前記上部基板に実装された上部基板側部品と、前記下部基板と前記上部基板とを電気的且つ機械的に接続する複数の基板間接続部材と、で構成される電源回路を備え、
    前記複数の基板間接続部材の一部は、前記電源回路の一部を構成するインダクタ又は前記電源回路の一部を構成するインダクタの一部であり、
    前記下部基板側部品は側部に端子を有する直方体形状のインダクタ素子を含み、当該インダクタ素子の前記端子は前記基板間接続部材の一部であり、
    前記インダクタ素子の端子の端部は、前記上部基板の下面に形成された電極に接する幅広の部位を有する、
    電源回路モジュール。
  2. 前記上部基板に接し、前記上部基板側部品を封止し、平坦な上面を有する上部基板側樹脂層を備える、請求項１に記載の電源回路モジュール。
  3. 前記上部基板側樹脂層の外面に露出する金属板が設けられ、
    前記金属板の縁は、前記上部基板側樹脂層の外面への突出を抑制するテーパ状である、
    請求項２に記載の電源回路モジュール。
  4. 前記上部基板側樹脂層の外面に露出する金属板が設けられ、
    前記金属板の縁は、前記上部基板側樹脂層の側部に露出している、
    請求項２に記載の電源回路モジュール。
  5. 前記基板間接続部材同士は絶縁性の樹脂体を介して接続されている、請求項１から４のいずれかに記載の電源回路モジュール。
  6. 前記基板間接続部材は上面と下面とを有し、前記基板間接続部材の下面の面積は、前記基板間接続部材の上面の面積よりも大きい、請求項１から５のいずれかに記載の電源回路モジュール。
  7. 前記インダクタ素子の前記端子に近接する前記基板間接続部材と前記端子とは絶縁性の樹脂体を介して接続されている、請求項１に記載の電源回路モジュール。
  8. 前記上部基板側部品は、スイッチング素子及び当該スイッチング素子の駆動回路を備えてスイッチング回路を構成するスイッチング回路部品を含み、
    前記下部基板側部品は平滑キャパシタを含み、
    前記電源回路は、前記スイッチング回路と前記インダクタ素子と前記平滑キャパシタとで構成されるＤＣ－ＤＣコンバータである、
    請求項１から７のいずれかに記載の電源回路モジュール。
  9. 前記複数の基板間接続部材のうち、前記スイッチング回路部品に接続される前記インダクタ素子の端子に近接する前記基板間接続部材は、前記スイッチング回路のグランドに接続されている、
    請求項８に記載の電源回路モジュール。
  10. 前記インダクタ素子の端子は、前記上部基板及び前記下部基板の平面視で、前記スイッチング回路部品に重なっている、
    請求項８又は９に記載の電源回路モジュール。
  11. 前記スイッチング回路部品に熱的に接する放熱器を備える、
    請求項８から１０のいずれかに記載の電源回路モジュール。
  12. 前記スイッチング回路部品は２つ存在し、
    前記インダクタ素子は、前記２つのスイッチング回路部品にそれぞれ接続される２つのインダクタ素子であり、
    前記２つのスイッチング回路部品は、ハイサイドのスイッチング素子とローサイドのスイッチング素子と、これらスイッチング素子の前記駆動回路とをそれぞれ含む、
    請求項８から１１のいずれかに記載の電源回路モジュール。
  13. 前記２つのスイッチング回路部品は前記上部基板に並置され、前記２つのスイッチング回路部品の間に当該２つのスイッチング回路部品以外の上部基板側部品が配置されている、
    請求項１２に記載の電源回路モジュール。
  14. 前記２つのスイッチング回路部品は、入力側端子と出力側端子の位置が互いに１８０度回転位置の関係で並置された、
    請求項１２又は１３に記載の電源回路モジュール。
  15. 前記２つのインダクタ素子は互いに磁気結合するコイルで構成されるカップルドインダクタである、
    請求項１２又は１３に記載の電源回路モジュール。
  16. 前記カップルドインダクタは、入力側端子と出力側端子が点対称に配置された４つの端子を備え、前記２つのスイッチング回路部品は、互いに１８０度回転位置の関係で並置された、
    請求項１５に記載の電源回路モジュール。
  17. 前記上部基板の裏面に当接する当接面、当該当接面から下部基板方向へ延びる脚部、及び前記当接面と前記脚部との間にある屈曲部を有する、金属板によるドレイン接続部材と、
    前記上部基板に実装された半導体スイッチング素子と、
    を備え、
    前記上部基板に前記半導体スイッチング素子に接続される電極が形成されていて、
    前記当接面は、前記半導体スイッチング素子に接続される電極に導通する、
    請求項１２から１６のいずれかに記載の電源回路モジュール。
  18. 下部基板と、当該下部基板に平行な上部基板と、前記下部基板に実装された下部基板側部品と、前記上部基板に実装された上部基板側部品と、前記下部基板と前記上部基板とを電気的且つ機械的に接続する複数の基板間接続部材と、で構成される電源回路を備え、
    前記複数の基板間接続部材の一部は、前記電源回路の一部を構成するインダクタ又は前記電源回路の一部を構成するインダクタの一部であり、
    前記下部基板側部品は側部に端子を有する直方体形状のインダクタ素子を含み、当該インダクタ素子の前記端子は前記基板間接続部材の一部であり、
    前記基板間接続部材は上面と下面とを有し、前記基板間接続部材の下面の面積は、前記基板間接続部材の上面の面積よりも大きい、
    電源回路モジュール。
  19. 下部基板と、当該下部基板に平行な上部基板と、前記下部基板に実装された下部基板側部品と、前記上部基板に実装された上部基板側部品と、前記下部基板と前記上部基板とを電気的且つ機械的に接続する複数の基板間接続部材と、で構成される電源回路を備え、
    前記複数の基板間接続部材の一部は、前記電源回路の一部を構成するインダクタ又は前記電源回路の一部を構成するインダクタの一部であり、
    前記下部基板側部品は側部に端子を有する直方体形状のインダクタ素子を含み、当該インダクタ素子の前記端子は前記基板間接続部材の一部であり、
    前記上部基板側部品は、スイッチング素子及び当該スイッチング素子の駆動回路を備えてスイッチング回路を構成するスイッチング回路部品を含み、
    前記下部基板側部品は平滑キャパシタを含み、
    前記電源回路は、前記スイッチング回路と前記インダクタ素子と前記平滑キャパシタとで構成されるＤＣ－ＤＣコンバータであり、
    前記スイッチング回路部品は２つ存在し、
    前記インダクタ素子は、前記２つのスイッチング回路部品にそれぞれ接続される２つのインダクタ素子であり、
    前記２つのスイッチング回路部品は、ハイサイドのスイッチング素子とローサイドのスイッチング素子と、これらスイッチング素子の前記駆動回路とをそれぞれ含み、
    前記上部基板の裏面に当接する当接面、当該当接面から下部基板方向へ延びる脚部、及び前記当接面と前記脚部との間にある屈曲部を有する、金属板によるドレイン接続部材と、
    前記上部基板に実装された半導体スイッチング素子と、
    を備え、
    前記上部基板に前記半導体スイッチング素子に接続される電極が形成されていて、
    前記当接面は、前記半導体スイッチング素子に接続される電極に導通する、
    電源回路モジュール。
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