WO2017179612A1 - インダクタモジュール - Google Patents

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WO2017179612A1
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浩和 矢▲崎▼
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株式会社村田製作所
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    • H02M3/003Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections

Definitions

  • the present invention relates to an inductor module, and more particularly to an inductor module using a chip-like inductor as a choke coil.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose, as an example of such an inductor module, DCDC formed by surface-mounting a chip-shaped inductor as a choke coil and a smoothing chip-shaped capacitor on a substrate incorporating a switching IC element.
  • a converter module is disclosed.
  • an object of the present invention is to provide an inductor module that is excellent in mechanical strength and can be configured in a small size.
  • an inductor module includes an insulating flexible substrate made of a thermoplastic resin, an IC element embedded in the flexible substrate, and a chip embedded in the flexible substrate. And a chip-shaped inductor mounted on one main surface of the flexible substrate, and an input / output terminal formed on the other main surface of the flexible substrate.
  • the IC element may be arranged in a projection plane of the chip-shaped inductor in plan view.
  • This configuration can suppress the influence of noise radiated from the IC element on other components.
  • the chip-shaped inductor may have a planar electrode on one main surface facing the flexible substrate, and may be connected to the flexible substrate via the planar electrode.
  • the chip-shaped inductor can be installed in a larger area as compared with the case of using an end face electrode type chip inductor.
  • it is easy to increase the current of the chip-shaped inductor and improve the DC superposition characteristics, and it is easy to configure a structure for suppressing noise with respect to the IC element in the chip-shaped inductor.
  • the IC element may be arranged at a position that does not overlap the input / output terminal in plan view.
  • the shock resistance against dropping or the like can be further improved.
  • a part of the wiring connecting the IC element and the input / output terminal may be routed inside the element body of the chip-shaped inductor.
  • the element body of the chip-shaped inductor may be made of a magnetic ceramic.
  • the chip inductor can be configured to be small and low in profile because of the high magnetic permeability of the magnetic ceramic.
  • the element body of the chip-shaped inductor and the flexible substrate may be directly joined.
  • an auxiliary layer may be disposed on the other main surface of the chip-shaped inductor opposite to the flexible substrate.
  • the other main surface of the chip inductor can be protected by the auxiliary layer, and the smoothness of the other main surface can be improved.
  • the auxiliary layer is made of the same material as the flexible substrate, so that the warp and distortion that can occur in the inductor module due to heat treatment during manufacturing are balanced. Can be suppressed.
  • chip-shaped inductor and the flexible substrate may be formed in the same size in plan view.
  • the magnetic body of the chip inductor can be arranged with the maximum area. As a result, it is easy to increase the current of the chip-shaped inductor and improve the DC superposition characteristics, and it is easy to configure a structure for suppressing noise with respect to the IC element in the chip-shaped inductor.
  • the IC element may be a switching IC element
  • the chip inductor may be a choke coil
  • the inductor module may constitute a DCDC converter module.
  • a DCDC converter module excellent in impact resistance can be obtained by using the inductor module.
  • the IC element may be an RFIC element
  • the chip inductor may be an antenna coil
  • the inductor module may constitute an RF module.
  • an RF module having excellent impact resistance can be obtained by using the inductor module.
  • the inductor module of the present invention since a flexible substrate made of a thermoplastic resin is used as a substrate, that is, since the substrate has shock absorption, impact such as dropping is directly applied to the IC element. It becomes difficult to join, and impact resistance can be improved.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing an example of the structure of a DCDC converter module according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the structure of the DCDC converter module according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of the DCDC converter circuit according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a sectional view showing an example of the structure of the DCDC converter module according to the second embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining an example of the manufacturing process of the DCDC converter module according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining an example of the manufacturing process of the DCDC converter module according to the second embodiment.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing an example of the structure of a DCDC converter module according to Embodiment 1.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the structure of the DCDC converter module according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a circuit diagram
  • FIG. 7 is a process diagram for explaining an example of the manufacturing process of the DCDC converter module according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a partially enlarged view schematically showing main parts before and after integration of the DCDC converter module according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing an example of the structure of the DCDC converter module according to the third embodiment.
  • FIG. 10 is a circuit diagram showing an example of the DCDC converter circuit according to the third embodiment.
  • FIG. 11 is an exploded perspective view showing an example of the structure of the RF module according to the fourth embodiment.
  • FIG. 12 is a circuit diagram illustrating an example of an RF circuit according to the fourth embodiment.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating an example of a mounting structure of an RF module according to the fourth embodiment.
  • the inductor module according to the first embodiment is configured by mounting a chip-shaped inductor on an insulating flexible substrate made of a thermoplastic resin in which an IC element and a chip-shaped capacitor are built.
  • the inductor module according to Embodiment 1 will be described using a specific example in which the IC element is a switching IC element, the chip inductor is a choke coil, and the inductor module constitutes a DCDC converter module. To do.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing an example of the structure of the DCDC converter module according to the first embodiment.
  • the DCDC converter module 1 includes a flexible substrate 100, a switching IC element 110, chip capacitors 120 and 130, a chip inductor 140, and an input / output terminal 160.
  • the flexible substrate 100 and the chip inductor 140 are connected to each other at connection terminals 150 and 240.
  • the flexible substrate 100 is an insulating substrate made of a thermoplastic resin.
  • the switching IC element 110 and the chip capacitors 120 and 130 are built in the flexible substrate 100.
  • the chip-shaped inductor 140 includes a coil 210 disposed in an element body 200 made of a magnetic material, and is mounted on one main surface of the flexible substrate 100.
  • the input / output terminal 160 is a terminal for mounting the DCDC converter module 1 on a mother board such as a printed wiring board, and is formed on the other main surface of the flexible board 100.
  • the switching IC element 110 is built in a position that does not overlap with the input / output terminal 160 in plan view, and the connection terminal 150 is provided in a position that overlaps with the input / output terminal 160 in plan view.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the structure of the DCDC converter module 1, and corresponds to a view of the II-II cross section of FIG. 1 viewed in the direction of the arrow.
  • the same type of components are shown in the same pattern, the reference numerals are omitted as appropriate, and strictly speaking, components in different cross sections may be shown in the same drawing and described.
  • the element body 200 of the chip-shaped inductor 140 is a magnetic substrate formed by laminating a plurality of magnetic layers.
  • the element body 200 is provided with a coil conductor for constituting the coil 210.
  • the coil conductor includes an in-plane conductor 220 disposed in a loop along the main surface of the magnetic layer, and an interlayer conductor 230 disposed through the magnetic layer in the thickness direction.
  • a coil 210 is formed by connecting in-plane conductors 220 adjacent to each other in the stacking direction with an interlayer conductor (not shown in FIG. 2).
  • the coil 210 is connected to the connection terminal 240 via the interlayer conductor 230.
  • the connection terminal 240 is an LGA (Land Grid Array) type planar electrode.
  • the element body 200 may be made of a magnetic ceramic or a metal composite. Specifically, the element body 200 may be made of a ferrite-based magnetic ceramic.
  • connection terminal 240 may be made of a metal or alloy containing silver as a main component.
  • the connection terminal 240 may be plated with, for example, nickel, palladium, or gold.
  • the chip-shaped inductor 140 is formed by, for example, stacking a plurality of magnetic ceramic green sheets in which a conductor paste is arranged at a position where a coil conductor is to be formed, and integrating them into an unfired block, and firing the unfired block all together. It is produced by. That is, the chip-shaped inductor 140 may be a magnetic ceramic chip formed by co-sintering the metal constituting the coil 210 with the ferrite sintered body constituting the element body 200. The conductor paste may be disposed at a desired position on the ceramic green sheet by screen printing.
  • LTCC ceramics Low Temperature Co-fired Ceramics
  • the in-plane conductor 220 and the interlayer conductor 230 can be configured using silver.
  • the in-plane conductor 220 and the interlayer conductor 230 By forming the in-plane conductor 220 and the interlayer conductor 230 using silver having a low resistivity, a DCDC converter with low loss and excellent characteristics such as power efficiency can be obtained.
  • the chip-shaped inductor 140 can be fired in an oxidizing atmosphere such as air.
  • the flexible substrate 100 is a multilayer substrate formed by laminating a plurality of thermoplastic resin layers.
  • a switching IC element 110 and chip capacitors 120 and 130 are embedded in the flexible substrate 100.
  • various wiring conductors for constituting the DCDC converter circuit are arranged.
  • the wiring conductor includes an in-plane conductor disposed along the main surface of the thermoplastic resin layer and an interlayer conductor disposed through the thermoplastic resin layer in the thickness direction.
  • a predetermined node of the DCDC converter circuit is connected to the connection terminal 150 and the input / output terminal 160 through the wiring conductor.
  • the connection terminal 150 and the input / output terminal 160 are LGA type planar electrodes.
  • the plurality of thermoplastic resin layers constituting the flexible substrate 100 may be made of an insulating thermoplastic resin such as polyimide or liquid crystal polymer.
  • the interlayer conductor may be made of a metal or alloy mainly containing tin.
  • the in-plane conductors, the connection terminals 150, and the input / output terminals 160 may be made of a metal or alloy whose main component is copper.
  • the flexible substrate 100 is, for example, thermocompression-bonded by superimposing a plurality of thermoplastic resin sheets on which wiring conductors, connection terminals 150, conductor patterns to be input / output terminals 160, and switching IC elements 110 and chip capacitors 120 and 130 are arranged. It is produced by doing.
  • the conductor pattern may be obtained by etching a copper or copper alloy foil disposed on the thermoplastic resin sheet into the shape of the in-plane conductor, the connection terminal 150, and the input / output terminal 160.
  • a cavity for accommodating the switching IC element 110 and the chip capacitors 120 and 130 is provided in advance by, for example, pressing or laser processing.
  • the switching IC element 110 and the chip capacitors 120 and 130 may be completely embedded in the flexible substrate 100 or may be partially embedded.
  • the flexible substrate 100 and the chip inductor 140 are integrated with the DCDC converter module 1 by connecting the connection terminals 150 and 240 with a conductive bonding material 500 such as tin solder.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of a DCDC converter circuit constituted by the DCDC converter module 1.
  • the DCDC converter circuit 11 shown in FIG. 3 includes a switching IC, a choke coil L1, and capacitors C1 and C2, and has various input / output terminals.
  • the input / output terminals include an enable terminal Ven, a control terminal Vcon, an input terminal Vin, an output terminal Vout, and three ground terminals GND.
  • the switching IC and capacitors C1 and C2 are configured by a switching IC element 110 and chip capacitors 120 and 130 built in the flexible substrate 100.
  • the choke coil L1 includes a coil 210 built in the chip-shaped inductor 140.
  • the enable terminal Ven, the control terminal Vcon, the input terminal Vin, the output terminal Vout, and the three ground terminals GND are configured by different input / output terminals 160 provided on the flexible substrate 100.
  • the choke coil L1 is connected to the switching IC via the connection terminals 150 and 240.
  • One end of the capacitor C1 is connected to the input voltage power line between the input terminal Vin and the switching IC, and the other end of the capacitor C1 is connected to the ground terminal GND.
  • One end of the capacitor C2 is connected to the output voltage power line between the switching IC and the output terminal Vout, and the other end of the capacitor C2 is connected to the ground terminal GND.
  • the switching IC is an IC for controlling the switching operation of the DCDC converter circuit 11.
  • a switching element such as a MOS (Metal Oxide Semiconductor) FET (Field Effect Transistor) is provided.
  • the DCDC converter circuit 11 switches the input voltage supplied to the input terminal Vin with a switching element built in the switching IC, smoothes it with the choke coil L1 and the capacitor C2, and outputs it to the output terminal Vout.
  • the switching IC performs, for example, PWM (Pulse Width Modulation) control that varies the pulse width while keeping the switching frequency constant, and stabilizes the output voltage output to the output terminal Vout to the target voltage.
  • the switching IC may perform PFM (Pulse Frequency Modulation) control that varies the switching frequency while keeping the pulse width constant, and may switch between PWM control and PFM control according to a control signal applied to the mode terminal Vmode. Further, the switching IC may start and stop the switching operation in accordance with a control signal applied to the enable terminal Ven.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • PFM Pulse Frequency Modulation
  • the DCDC converter circuit 11 can function as a DCDC converter circuit of a step-up type, a step-down type, or a step-up / down type, depending on whether the switching IC performs control of step-down, step-up, or step-up / step-down.
  • the DCDC converter module 1 and the DCDC converter circuit 11 have been described based on specific examples. According to the DCDC converter module 1 configured as described above, the following effects can be obtained.
  • the flexible substrate 100 made of a thermoplastic resin is used, that is, since the substrate has a shock absorbing property, it is difficult for a shock such as a drop to be directly applied to the switching IC element 110 and the impact resistance is improved. it can.
  • the chip-like capacitors 120 and 130 are built in the flexible substrate 100, that is, only the chip-like inductor 140 is mounted on the surface of the substrate, the chip-like inductor 140 which is maximally large with respect to the board area. Can be used. This makes it possible to increase the current and improve the DC superimposition characteristics.
  • the DCDC converter module 1 can be reduced in height by configuring the chip inductor 140 in a large area and a low profile.
  • the element body 200 of the chip-shaped inductor 140 is made of a magnetic material, and the switching IC element 110 is disposed in the projection surface of the chip-shaped inductor 140 in a plan view. Thereby, the influence on the other components of the noise radiated
  • connection terminal 240 of the chip-shaped inductor 140 is constituted by an LGA type planar electrode.
  • the chip-shaped inductor 140 can be installed in a larger area compared to the case where an end face electrode type chip inductor is used. Therefore, it is easy to increase the current of the chip-shaped inductor 140 and improve the DC superposition characteristics, and it is easy to configure a structure for suppressing noise for the switching IC element 110 inside the chip-shaped inductor 140.
  • the switching IC element 110 is built in a position that does not overlap the input / output terminal 160 in plan view. As a result, the switching IC element 110 is disposed so as to avoid the position of the flexible substrate 100 where the shock absorption is reduced due to the input / output terminal 160, whereby the shock resistance against dropping or the like can be further improved.
  • connection terminal 150 is arranged at the position of the flexible substrate 100 overlapping the input / output terminal 160 in plan view.
  • An interlayer conductor may be further disposed at a position where the connection terminal 150 and the input / output terminal 160 overlap.
  • the element body 200 of the chip-shaped inductor 140 is made of a magnetic ceramic. Accordingly, the chip-shaped inductor 140 can be configured to be small and low-profile due to the high magnetic permeability of the magnetic ceramic.
  • the chip-shaped inductor 140 and the flexible substrate 100 are formed in the same size in plan view.
  • the element body 200 of the chip-shaped inductor 140 can be arranged with the maximum area, and it is easy to increase the current of the chip-shaped inductor 140 and to improve the DC superposition characteristics, and to suppress noise to the switching IC element 110.
  • the structure can be easily configured in the chip-like inductor 140.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of the structure of the DCDC converter module 2 according to the second embodiment.
  • the flexible substrate 101 and the chip-shaped inductor 141 are changed and the auxiliary layer 300 is added as compared with the DCDC converter module 1 of FIG.
  • the same components as those of the DCDC converter module 1 are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and matters different from those described in the first embodiment are described.
  • the flexible substrate 101 has a via conductor 400 instead of the connection terminal 150. Further, an in-plane conductor 170 connected to the via conductor 400 is provided.
  • the chip-shaped inductor 141 has a connection terminal 250 instead of the connection terminal 240.
  • the connection terminal 250 has a protruding portion 251 that protrudes toward the flexible substrate 101.
  • the via conductor 400 and the connection terminal 250 may be made of a metal or alloy mainly containing silver.
  • the auxiliary layer 300 may be made of an insulating thermoplastic resin such as polyimide or liquid crystal polymer.
  • connection terminal 250 Via conductor 400 and connection terminal 250 are joined, and flexible substrate 101 and chip-shaped inductor 141 element body 200 are directly joined, so that flexible substrate 101 and chip-shaped inductor 141 are connected to DCDC converter module 2. Is integrated.
  • FIG. 5 and 6 are side views for explaining an example of the manufacturing process of the DCDC converter module 2.
  • FIG. 5 and 6 are side views for explaining an example of the manufacturing process of the DCDC converter module 2.
  • thermoplastic resin sheet for the flexible substrate 101 First, a chip-shaped inductor 141, a plurality of thermoplastic resin sheets for the flexible substrate 101, and a thermoplastic resin sheet for the auxiliary layer 300 shown in FIG. 5 are prepared.
  • the chip-shaped inductor 141 is manufactured by stacking a plurality of magnetic ceramic green sheets on which conductor paste is disposed and integrating them into an unfired block, and firing the unfired block together. Also good. That is, the chip-shaped inductor 141 may also be a magnetic ceramic chip in which the metal constituting the coil 210 is co-sintered with the ferrite sintered body constituting the element body 200.
  • the conductor paste may be arranged at a desired position of the ceramic green sheet by screen printing, and the protruding portion 251 of the connection terminal 250 can be formed by a method such as recoating the conductor paste.
  • thermoplastic resin sheets for the flexible substrate 101 and the thermoplastic resin sheet for the auxiliary layer 300 are produced by sheet-molding a polyimide material or a liquid crystal polymer material before thermosetting.
  • a wiring pattern including an in-plane conductor 170 and a conductor pattern serving as an input / output terminal 160 are arranged on the thermoplastic resin sheet for the flexible substrate 101, and a cavity and a via for accommodating the switching IC element 110 and the chip capacitors 120 and 130 are provided.
  • a through hole for arranging the conductor 400 is formed.
  • the conductor pattern may be formed by etching a copper or copper alloy foil disposed on the thermoplastic resin sheet into the shape of the wiring conductor and the input / output terminal 160.
  • the cavity and the through hole may be formed by press working or laser processing.
  • the uncured via conductor 400 is filled in the through hole.
  • the uncured via conductor 400 may be made of, for example, a conductor paste mainly composed of silver, and may be disposed in the through hole by screen printing.
  • thermoplastic resin sheets for the flexible substrate 101, the chip-shaped inductor 141, and the thermoplastic resin sheet for the auxiliary layer 300 are stacked and aligned in this order to form a laminated block.
  • the laminated block is sandwiched between crimping jigs 601 and 602 shown in FIG. 6, and heat and pressure are applied to perform thermocompression treatment.
  • thermoplastic resin sheet softens and flows, the thermoplastic resin sheets, and the thermoplastic resin sheet and the element body 200 (ferrite sintered body) of the chip-shaped inductor 141 directly.
  • the via conductor 400 conductor paste
  • the via conductor 400, the connection terminal 250, and the in-plane conductor 170 are electrically connected.
  • the crimping jigs 601 and 602 are removed, and the exposed input / output terminal 160 is plated. Specifically, a nickel / gold plating film is formed by electroless plating.
  • the DCDC converter module 2 is completed.
  • the completed DCDC converter module 2 is mounted on a mother board such as a printed wiring board via the input / output terminal 160.
  • FIG. 7 is a process diagram for explaining an example of the manufacturing process of the DCDC converter module 2 by dividing the collective substrate into pieces.
  • a collective inductor substrate 141a that is an aggregate of a plurality of chip-shaped inductors 141 and an aggregate that is an aggregate of a plurality of flexible substrates 101.
  • a flexible substrate 101a is prepared.
  • the collective inductor substrate 141a repeatedly has the structure of the chip inductor 141 described in FIG. 5 in a two-dimensional array. That is, the collective inductor substrate 141a has a plurality of chip-shaped inductors 141 arranged in the vertical direction and the horizontal direction.
  • the collective flexible board 101a repeatedly has the structure of the flexible board 101 described in FIG. 5 in a two-dimensional array in an arrangement corresponding to the chip-shaped inductor 141. That is, the collective flexible substrate 101a has a plurality of flexible substrates 101 arranged in the vertical direction and the horizontal direction.
  • the collective inductor substrate 141a and the collective flexible substrate 101a are aligned to form the collective laminated block 2a.
  • a thermoplastic resin sheet for the auxiliary layer 300 (not shown) may be laminated on the assembly laminated block 2a.
  • the assembly laminated block 2a is subjected to thermocompression bonding.
  • the mechanical joining and electrical connection between the chip-shaped inductor 141 and the flexible substrate 101 described with reference to FIG. 6 are simultaneously formed in the entire assembly laminated block 2a.
  • the assembled laminated block 2a is cut into pieces by cutting with a dicing saw or the like along the break line BL which is a boundary line between adjacent DCDC converter modules 2.
  • the break line BL which is a boundary line between adjacent DCDC converter modules 2.
  • a characteristic joining structure is formed in the portion A shown in FIG.
  • FIG. 8 is an enlarged view showing an example of a part A of the DCDC converter module 2, wherein (a) schematically shows a state before the thermocompression treatment, and (b) schematically shows a state after the thermocompression treatment.
  • the resin constituting the thermoplastic resin sheet for the flexible substrate 101 in the portion B of the DCDC converter module 2 is subjected to the thermocompression treatment so that the surface of the element body 200 (ferrite sintered body) of the chip-shaped inductor 141 has fine irregularities (
  • the anchor structure is formed by biting into the porous structure. That is, the element body 200 of the chip-shaped inductor 141 and the flexible substrate 101 are directly joined. As a result, a mechanically strong bond is generated between the flexible substrate 101 and the chip-shaped inductor 141.
  • a similar anchor structure is also formed between the thermoplastic resin sheet for the auxiliary layer 300 and the element body 200 of the chip-shaped inductor 141 (not shown), and a mechanical structure is provided between the auxiliary layer 300 and the chip-shaped inductor 141. A strong bond.
  • thermocompression treatment metalized silver is formed between the connection terminal 250 and the via conductor 400 in the part C of the DCDC converter module 2, and the via conductor 400 and the in-plane conductor 170 are formed in the part D.
  • an intermetallic compound of copper and copper is formed.
  • the flexible substrate 101, the chip-shaped inductor 141, and the auxiliary layer 300 are firmly joined mechanically and electrically.
  • the DCDC converter module 2 having excellent mechanical strength (peeling resistance between different materials) and electrical characteristics can be obtained.
  • the DCDC converter module 2 since there is no gap between the chip-shaped inductor 141 and the flexible substrate 101, it is possible to suppress undesired electromagnetic waves that can be radiated when the gap is present.
  • an auxiliary layer 300 is provided in the DCDC converter module 2.
  • the smoothness of the said other main surface can be improved.
  • the element body 200 of the chip-shaped inductor 141 is a ferrite sintered body, the plating solution resistance is weak, but by providing the auxiliary layer 300, the input / output terminal 160 is protected from the plating solution when plating. be able to.
  • auxiliary layer 300 is made of the same material as that of the flexible substrate, so that the thermal contraction rate on both main surfaces of the DCDC converter module 2 is balanced, and the warp and distortion that may occur in the DCDC converter module 2 in the thermocompression treatment. Can be suppressed.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing an example of the structure of the DCDC converter module 3 according to the third embodiment.
  • the flexible substrate 102 and the chip-like inductor 142 are changed as compared with the DCDC converter module 1 of FIG.
  • the same components as those of the DCDC converter module 1 are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and matters different from those described in the first embodiment are described.
  • the flexible substrate 102 is configured by adding connection terminals 151 and 152 to the flexible substrate 100 of FIG.
  • the connection terminals 151 and 152 are connection wirings (not shown) in the flexible substrate 102 and are connected to predetermined nodes of a DCDC converter circuit described later.
  • the chip inductor 142 is configured by adding in-plane conductors 221 and 222, interlayer conductors 231 and 232, and connection terminals 241 and 242 to the chip inductor 140 of FIG.
  • connection terminal 151 and the connection terminal 241, and the connection terminal 152 and the connection terminal 242 are connected by a conductive bonding material 500 such as tin solder, respectively.
  • FIG. 10 is a circuit diagram showing an example of a DCDC converter circuit constituted by the DCDC converter module 3.
  • the wiring J1 includes an in-plane conductor 221 and an interlayer conductor 231 built in the chip-like inductor 142.
  • the wiring J2 includes an in-plane conductor 222 and an interlayer conductor 232 that are built in the chip-like inductor 142.
  • a signal line between the enable terminal Ven and the switching IC and a signal line between the mode terminal Vmode and the switching IC are respectively drawn into the chip inductor 142 through the wirings J1 and J2. It has been turned. That is, the signal line is routed inside the element body 200 made of the magnetic material of the chip-like inductor 142.
  • the signal line is passed through the ferrite bead, the high frequency noise superimposed on the control signal transmitted through the signal line can be suppressed. That is, the signal line is an example of a structure for suppressing noise with respect to the switching IC element 110.
  • the inductor module according to the fourth embodiment includes a chip-like inductor mounted on an insulating flexible substrate made of a thermoplastic resin containing an IC element and a chip-like capacitor. Composed.
  • the inductor module according to Embodiment 4 will be described using a specific example in which the IC element is an RFIC element, the chip-shaped inductor is an antenna coil, and the inductor module constitutes an RF module.
  • FIG. 11 is an exploded perspective view showing an example of the structure of the RF module according to the fourth embodiment.
  • the RF module 5 includes a flexible substrate 105, an RFIC element 115, a chip capacitor 135, a chip inductor 145, and an input / output terminal 160.
  • the flexible substrate 105 is an insulating substrate made of a thermoplastic resin.
  • the RFIC element 115 and the chip capacitor 135 are built in the flexible substrate 105.
  • the chip-shaped inductor 145 includes a coil 215 arranged on an element body 200 made of a magnetic material, and is mounted on one main surface of the flexible substrate 105.
  • the coil 210 has a closed magnetic circuit structure suitable for a choke coil
  • the coil 215 of the RF module 5 has an open magnetic circuit structure suitable for an antenna coil.
  • the coil 215 may be formed by spirally connecting an interlayer conductor 235 exposed on the side surface of the element body 200 and an in-plane conductor 225 disposed inside the element body 200. One end and the other end of the coil 215 are connected to the connection terminal 240.
  • the central axis WA of the coil 215 is substantially parallel to the main surface of the RF module 5.
  • the input / output terminal 160 is a terminal for mounting the RF module 5 on a mother board such as a printed wiring board, and is formed on the other main surface of the flexible board 105.
  • the RFIC element 115 is built in a position that does not overlap with the input / output terminal 160 in plan view, and the connection terminal 150 is provided in a position that overlaps with the input / output terminal 160 in plan view.
  • the flexible substrate 105 and the chip-shaped inductor 145 are connected to each other at the connection terminals 150 and 240. As described in the first embodiment, the flexible substrate 105 and the chip-shaped inductor 145 may be connected by joining the connection terminals 150 and 240 with a conductive bonding material, and also described in the second embodiment. As described above, they may be joined directly and integrally by a thermocompression treatment.
  • FIG. 12 is a circuit diagram showing an example of an RF circuit constituted by the RF module 5.
  • the RF circuit 15 shown in FIG. 12 includes an RFIC, an antenna coil L2, and a capacitor C3, and has input / output terminals P1 and P2.
  • the RFIC and the capacitor C3 are composed of an RFIC element 115 and a chip capacitor 135 built in the flexible substrate 105.
  • the antenna coil L2 includes a coil 215 built in the chip inductor 145.
  • the signal terminals P ⁇ b> 1 and P ⁇ b> 2 are configured by different input / output terminals 160 provided on the flexible substrate 105.
  • the antenna coil L2 is connected to the RFIC via the connection terminals 150 and 240.
  • the antenna coil L2 and the capacitor C3 are connected in parallel to the output terminal pair of the RFIC to constitute an antenna resonance circuit.
  • the RFIC includes a power amplifier and a low noise amplifier, amplifies the high frequency signal received at the signal terminals P1 and P2 by the power amplifier, and radiates it from the antenna coil L2. Further, the high frequency signal captured by the antenna coil L2 is amplified by a low noise amplifier and output from the signal terminals P1 and P2.
  • the RFIC may be an NFC (Near Field Communication) IC.
  • the RF module 5 constitutes an NFC wireless communication module in which an antenna coil and a control IC are integrated. To do.
  • NFC refers to a communication standard represented by an RF tag for performing communication within a reach of several centimeters to 1 meter with a minute electric power.
  • the RF module 5 is not limited to NFC, and may be a wireless communication module that performs communication in accordance with a communication standard such as Bluetooth (registered trademark), Zigbee (registered trademark), or wireless LAN (Local Area Network).
  • a communication standard such as Bluetooth (registered trademark), Zigbee (registered trademark), or wireless LAN (Local Area Network).
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing an example of the mounting structure of the RF module 5, and corresponds to a view of the XIII-XIII cross section of FIG. 11 viewed in the direction of the arrow.
  • FIG. 13 shows a substrate 700 on which the RF module 5 is mounted together with the RF module 5.
  • the board 700 is a mother board such as a printed wiring board.
  • a connection pattern 710 is provided on one main surface of the substrate 700 at a position corresponding to the input / output terminal 160 of the RF module 5.
  • the RF module 5 is mounted on the substrate 700 by connecting the input / output terminal 160 and the connection pattern 710 with the conductive bonding material 501.
  • the conductive bonding material 501 is, for example, tin-based solder, and the RF module 5 may be mounted on the substrate 700 by a reflow process.
  • the RF module 5 is used as a wireless communication module from an application circuit on the substrate 700.
  • the RF module 5 and the RF circuit 15 have been described above based on specific examples. According to the RF module 5 configured as described above, the same effects as those described above for the DCDC converter module 1 and the like can be obtained.
  • the flexible substrate 105 made of a thermoplastic resin that is, the substrate has shock absorption, it is difficult for impact such as dropping to be directly applied to the RFIC element 115, and the impact resistance is improved. It can be improved.
  • the chip-shaped capacitor 135 is built in the flexible substrate 105, that is, only the chip-shaped inductor 145 is mounted on the surface of the substrate, the chip-shaped inductor 145 that is maximally larger than the substrate area is used. be able to. Thereby, the transmission / reception efficiency can be improved by increasing the size of the antenna.
  • the magnetic field of the coil 215 causes the RFIC element 115, the chip capacitor 135, and the electrode pattern of the flexible substrate 105. It is hard to be influenced by.
  • the RFIC element 115 is built in a position that does not overlap with the input / output terminal 160 in plan view. As a result, the RFIC element 115 is disposed away from the position of the flexible substrate 105 where the shock absorption is reduced due to the input / output terminal 160, whereby the shock resistance against dropping or the like can be further improved.
  • connection terminal 150 is arranged at the position of the flexible substrate 105 overlapping the input / output terminal 160 in plan view.
  • An interlayer conductor may be further disposed at a position where the connection terminal 150 and the input / output terminal 160 overlap.
  • the chip-shaped inductor 141 in which the element body 200 described in the second embodiment is directly bonded to the flexible substrate 101 may be provided with a noise suppression structure for the switching IC element 110 described in the third embodiment. .
  • the present invention can be widely used as a DCDC converter module in electronic devices such as portable information terminals and digital cameras.

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Abstract

インダクタモジュール(1)は、熱可塑性樹脂からなる絶縁性のフレキシブル基板(100)と、フレキシブル基板(100)に内蔵されたIC素子(110)と、フレキシブル基板(100)に内蔵されたチップ状コンデンサ(120、130)と、磁性体を素体(200)とし、フレキシブル基板(100)の一方主面に搭載されたチップ状インダクタ(140)と、フレキシブル基板(100)の他方主面に形成された入出力端子(160)と、を備える。IC素子(110)はスイッチングIC素子、チップ状インダクタ(140)はチョークコイルであって、インダクタモジュール(1)は、DCDCコンバータモジュールを構成していてもよい。

Description

インダクタモジュール
 本発明は、インダクタモジュールに関し、特には、チョークコイルにチップ状インダクタを用いたインダクタモジュールに関する。
 従来、チョークコイルにチップ状インダクタを用いたインダクタモジュールが周知である。例えば、特許文献1、2は、そのようなインダクタモジュールの一例として、スイッチングIC素子を内蔵した基板上に、チョークコイルとしてのチップ状インダクタ、および平滑用のチップ状コンデンサを表面実装してなるDCDCコンバータモジュールを開示している。
特開2011-205853号公報 特開2011-138812号公報
 しかしながら、本発明者は、従来のインダクタモジュールにおいて、モジュールの機械的強度および小型化を阻害し得る要因があることに気付いた。
 そこで、本発明は、機械的強度に優れかつ小型に構成できるインダクタモジュールを提供することを目的とする。
 上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るインダクタモジュールは、熱可塑性樹脂からなる絶縁性のフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板に内蔵されたIC素子と、前記フレキシブル基板に内蔵されたチップ状コンデンサと、磁性体を素体とし、前記フレキシブル基板の一方主面に搭載されたチップ状インダクタと、前記フレキシブル基板の他方主面に形成された入出力端子と、を備える。
 この構成によれば、基板として熱可塑性樹脂からなるフレキシブル基板を利用しているので、つまり、基板は衝撃吸収性を持っているので、落下等の衝撃がIC素子に直接的に加わりにくくなり、耐衝撃性を向上できる。
 また、前記インダクタモジュールにおいて、平面視で、前記チップ状インダクタの投影面内に前記IC素子が配置されていてもよい。
 この構成によれば、IC素子から放射されるノイズの他の部品への影響を抑制できる。
 また、前記チップ状インダクタは前記フレキシブル基板に向かう一方主面に平面状電極を有し、当該平面状電極を介して前記フレキシブル基板と接続されていてもよい。
 この構成によれば、例えば端面電極型のチップインダクタを用いる場合と比べて、前記チップ状インダクタをより大きな面積で設置できる。これにより、前記チップ状インダクタの大電流化や直流重畳特性の改善が容易になるとともに、IC素子に対するノイズ抑制のための構造を、前記チップ状インダクタ内に構成し易くなる。
 また、前記IC素子は、平面視で前記入出力端子と重ならない位置に配置されていてもよい。
 この構成によれば、前記IC素子を、前記入出力端子のために衝撃吸収性が低下している前記フレキシブル基板の位置を避けて配置することで、落下等に対する耐衝撃性をさらに改善できる。
 また、前記IC素子と前記入出力端子とを結ぶ配線の一部は、前記チップ状インダクタの前記素体の内部に引回されていてもよい。
 この構成によれば、磁性体である前記素体によって前記配線の前記一部に形成されるインダクタンスにより、前記配線に乗る高周波ノイズを抑制することができる。
 また、前記チップ状インダクタの前記素体は、磁性体セラミックで構成されていてもよい。
 この構成によれば、磁性体セラミックの高い透磁率のために、前記チップ状インダクタを小型低背に構成できる。
 また、前記チップ状インダクタの前記素体と前記フレキシブル基板とが直接的に接合されていてもよい。
 この構成によれば、前記チップ状インダクタの前記素体が前記フレキシブル基板に直接接合することにより、前記平面状電極だけで前記チップ状インダクタと前記フレキシブル基板とが接続している場合と比べて、機械的強度を向上できる。また、前記チップ状インダクタと前記フレキシブル基板との間に隙間がないので、当該隙間がある場合に放射され得る非所望の電磁波を抑制できる。
 また、前記チップ状インダクタの前記フレキシブル基板とは反対側の他方主面に、補助層が配置されていてもよい。
 この構成によれば、前記補助層によって前記チップ状インダクタの前記他方主面を保護するとともに、前記他方主面の平滑性を向上できる。また、補助層を、前記フレキシブル基板と同じ材料で構成すれば、前記インダクタモジュールの両側主面での熱収縮率が均衡することで、製造時の熱処理により前記インダクタモジュールに生じ得る反りや歪みを抑制できる。
 また、前記チップ状インダクタと前記フレキシブル基板とは、平面視で同じ大きさに形成されていてもよい。
 この構成によれば、前記チップ状インダクタの前記磁性体素体を最大限の面積で配置できる。これにより、前記チップ状インダクタの大電流化や直流重畳特性の改善が容易になるとともに、IC素子に対するノイズ抑制のための構造を、前記チップ状インダクタ内に構成し易くなる。
 また、前記IC素子はスイッチングIC素子、前記チップ状インダクタはチョークコイルであって、前記インダクタモジュールは、DCDCコンバータモジュールを構成していてもよい。
 この構成によれば、前記インダクタモジュールを用いることにより、耐衝撃性に優れたDCDCコンバータモジュールが得られる。
 また、前記IC素子はRFIC素子、前記チップ状インダクタはアンテナコイルであって、前記インダクタモジュールは、RFモジュールを構成していてもよい。
 この構成によれば、前記インダクタモジュールを用いることにより、耐衝撃性に優れたRFモジュールが得られる。
 本発明に係るインダクタモジュールによれば、基板として熱可塑性樹脂からなるフレキシブル基板を利用しているので、つまり、基板は衝撃吸収性を持っているので、落下等の衝撃がIC素子に直接的に加わりにくくなり、耐衝撃性を向上できる。
図1は、実施の形態1に係るDCDCコンバータモジュールの構造の一例を示す分解斜視図である。 図2は、実施の形態1に係るDCDCコンバータモジュールの構造の一例を示す断面図である。 図3は、実施の形態1に係るDCDCコンバータ回路の一例を示す回路図である。 図4は、実施の形態2に係るDCDCコンバータモジュールの構造の一例を示す断面図である。 図5は、実施の形態2に係るDCDCコンバータモジュールの製造工程の一例を説明する断面図である。 図6は、実施の形態2に係るDCDCコンバータモジュールの製造工程の一例を説明する断面図である。 図7は、実施の形態2に係るDCDCコンバータモジュールの製造工程の一例を説明する工程図である。 図8は、実施の形態2に係るDCDCコンバータモジュールの一体化前後での要部をそれぞれ模式的に示す部分拡大図である。 図9は、実施の形態3に係るDCDCコンバータモジュールの構造の一例を示す断面図である。 図10は、実施の形態3に係るDCDCコンバータ回路の一例を示す回路図である。 図11は、実施の形態4に係るRFモジュールの構造の一例を示す分解斜視図である。 図12は、実施の形態4に係るRF回路の一例を示す回路図である。 図13は、実施の形態4に係るRFモジュールの実装構造の一例を示す断面図である。
 以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置および接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面に示される構成要素の大きさ又は大きさの比は、必ずしも厳密ではない。
 (実施の形態1)
 実施の形態1に係るインダクタモジュールは、IC素子とチップ状コンデンサとを内蔵した熱可塑性樹脂からなる絶縁性のフレキシブル基板上に、チップ状インダクタを搭載して構成される。
 以下では、実施の形態1に係るインダクタモジュールについて、前記IC素子はスイッチングIC素子、前記チップ状インダクタはチョークコイルであって、前記インダクタモジュールがDCDCコンバータモジュールを構成している具体例を用いて説明する。
 図1は、実施の形態1に係るDCDCコンバータモジュールの構造の一例を示す分解斜視図である。図1に示されるように、DCDCコンバータモジュール1は、フレキシブル基板100と、スイッチングIC素子110と、チップ状コンデンサ120、130と、チップ状インダクタ140と、入出力端子160とを備える。フレキシブル基板100とチップ状インダクタ140とは、接続端子150、240において、互いに接続されている。
 フレキシブル基板100は、熱可塑性樹脂からなる絶縁性の基板である。スイッチングIC素子110と、チップ状コンデンサ120、130とは、フレキシブル基板100に内蔵されている。
 チップ状インダクタ140は、磁性体で構成された素体200中にコイル210を配置してなり、フレキシブル基板100の一方主面に搭載されている。
 入出力端子160は、DCDCコンバータモジュール1をプリント配線基板等のマザー基板に実装するための端子であり、フレキシブル基板100の他方主面に形成されている。フレキシブル基板100において、スイッチングIC素子110は、平面視で入出力端子160と重ならない位置に内蔵され、接続端子150は、平面視で入出力端子160と重なる位置に設けられている。
 図2は、DCDCコンバータモジュール1の構造の一例を示す断面図であり、図1のII-II断面を矢印の方向に見た図に対応する。以下では、簡明のため、同種の構成要素を同じ模様で示して符号を適宜省略し、また、厳密には別断面にある構成要素を同一図面内に示して説明することがある。
 図2に示されるように、チップ状インダクタ140の素体200は、複数の磁性体層を積層してなる磁性体基板である。素体200には、コイル210を構成するためのコイル導体が配置されている。コイル導体には、磁性体層の主面に沿ってループ状に配置された面内導体220、および、磁性体層を厚み方向に貫通して配置された層間導体230が含まれる。積層方向に隣接する面内導体220同士を層間導体(図2では示さず)で接続して、コイル210が形成される。コイル210は、層間導体230を介して接続端子240に接続される。接続端子240は、LGA(Land Grid Array)型の平面状電極である。
 素体200は、磁性体セラミックで構成されてもよく、メタルコンポジットで構成されてもよい。具体的に、素体200はフェライト系磁性体セラミックで構成されてもよい。
 また、面内導体220、層間導体230、および接続端子240は、銀を主成分とする金属または合金で構成されてもよい。接続端子240には、例えば、ニッケル、パラジウム、または金によるめっきが施されていてもよい。
 チップ状インダクタ140は、例えば、コイル導体が形成される予定位置に導体ペーストを配置した磁性の複数のセラミックグリーンシートを重ねて未焼成ブロックに一体化し、当該未焼成ブロックを一括して焼成することにより作製される。つまり、チップ状インダクタ140は、素体200を構成するフェライト焼結体に、コイル210を構成する金属が共焼結されてなる磁性体セラミックチップであってもよい。導体ペーストは、スクリーン印刷により、セラミックグリーンシートの所望の位置に配置されてもよい。
 素体200を構成する磁性または非磁性のフェライトセラミックスに、焼成温度が銀の融点以下であるLTCCセラミックス(Low Temperature Co-fired Ceramics)を用いてもよい。これにより、面内導体220および層間導体230を、銀を用いて構成することが可能になる。
 抵抗率の低い銀を用いて面内導体220および層間導体230を構成することで、損失が少なく電力効率などの特性に優れたDCDCコンバータが得られる。特に、前記導体に銀を用いることで、例えば大気などの酸化性雰囲気下でチップ状インダクタ140を焼成できる。
 フレキシブル基板100は、複数の熱可塑性樹脂層を積層してなる多層基板である。フレキシブル基板100には、スイッチングIC素子110およびチップ状コンデンサ120、130が埋設される。また、図示はしていないが、DCDCコンバータ回路を構成するための各種の配線導体が配置される。当該配線導体には、熱可塑性樹脂層の主面に沿って配置された面内導体、および、熱可塑性樹脂層を厚み方向に貫通して配置された層間導体が含まれる。DCDCコンバータ回路の所定のノードは、当該配線導体を介して接続端子150および入出力端子160に接続される。接続端子150および入出力端子160は、LGA型の平面状電極である。
 フレキシブル基板100を構成する複数の熱可塑性樹脂層は、ポリイミドまたは液晶ポリマなどの絶縁性の熱可塑性樹脂で構成されてもよい。層間導体は、錫を主成分とする金属または合金で構成されてもよい。面内導体、接続端子150、および入出力端子160は、銅を主成分とする金属または合金で構成されてもよい。
 フレキシブル基板100は、例えば、配線導体、接続端子150、入出力端子160となる導体パターン、およびスイッチングIC素子110およびチップ状コンデンサ120、130を配置した複数の熱可塑性樹脂シートを重ねて熱圧着処理することで作製される。
 ここで、導体パターンは、熱可塑性樹脂シート上に配置された銅または銅合金の箔を、面内導体、接続端子150、および入出力端子160の形状にエッチングしたものであってもよい。所定の熱可塑性樹脂シートには、スイッチングIC素子110およびチップ状コンデンサ120、130を収容するキャビティを、例えばプレス加工またはレーザ加工により、あらかじめ設けておく。なお、スイッチングIC素子110およびチップ状コンデンサ120、130は、フレキシブル基板100に完全に埋設されていてもよく、部分的に埋設されていてもよい。
 接続端子150、240を、錫系はんだなどの導電性接合材500で接続することにより、フレキシブル基板100とチップ状インダクタ140とはDCDCコンバータモジュール1に一体化されている。
 図3は、DCDCコンバータモジュール1によって構成されるDCDCコンバータ回路の一例を示す回路図である。
 図3に示されるDCDCコンバータ回路11は、スイッチングIC、チョークコイルL1、およびコンデンサC1、C2からなり、各種の入出力端子を有している。入出力端子には、イネーブル端子Ven、制御端子Vcon、入力端子Vin、出力端子Vout、および3つのグランド端子GNDが含まれる。
 スイッチングIC、コンデンサC1、C2は、フレキシブル基板100に内蔵されたスイッチングIC素子110、チップ状コンデンサ120、130で構成される。チョークコイルL1は、チップ状インダクタ140に内蔵されたコイル210で構成される。イネーブル端子Ven、制御端子Vcon、入力端子Vin、出力端子Vout、および3つのグランド端子GNDは、フレキシブル基板100上に設けられた各異なる入出力端子160で構成される。
 チョークコイルL1は、接続端子150、240を介して、スイッチングICに接続されている。コンデンサC1の一端は、入力端子VinとスイッチングICとの間の入力電圧用電源ラインに接続され、コンデンサC1の他端はグランド端子GNDに接続されている。コンデンサC2の一端は、スイッチングICと出力端子Voutとの間の出力電圧用電源ラインに接続され、コンデンサC2の他端はグランド端子GNDに接続されている。
 スイッチングICは、DCDCコンバータ回路11のスイッチング動作を制御するためのICである。内部には、例えばMOS(Metal Oxide Semiconductor)型FET(Field Effect Transistor)等のスイッチング素子を有している。
 DCDCコンバータ回路11は、入力端子Vinに供給された入力電圧を、スイッチングICに内蔵されているスイッチング素子でスイッチングし、チョークコイルL1とコンデンサC2とで平滑して、出力端子Voutに出力する。
 スイッチングICは、例えば、スイッチング周波数を一定としてパルス幅を可変するPWM(Pulse Width Modulation)制御を行い、出力端子Voutに出力される出力電圧を目標電圧に安定させる。スイッチングICは、パルス幅を一定としてスイッチング周波数を可変するPFM(Pulse Frequency Modulation)制御を行ってもよく、モード端子Vmodeに印加された制御信号に従って、PWM制御とPFM制御とを切り替えてもよい。また、スイッチングICは、イネーブル端子Venに印加された制御信号に従って、スイッチング動作の起動および停止を行ってもよい。
 DCDCコンバータ回路11は、スイッチングICが降圧、昇圧、昇降圧のいずれの制御を行うかに応じて、昇圧型、降圧型、昇降圧型の何れのDCDCコンバータ回路としても機能し得る。
 以上、DCDCコンバータモジュール1およびDCDCコンバータ回路11について、具体例に基づいて説明した。上述のように構成されるDCDCコンバータモジュール1によれば、次のような効果が得られる。
 熱可塑性樹脂からなるフレキシブル基板100を利用しているので、つまり、基板は衝撃吸収性を持っているので、落下等の衝撃がスイッチングIC素子110に直接的に加わりにくくなり、耐衝撃性を向上できる。また、フレキシブル基板100にチップ状コンデンサ120、130を内蔵しているので、つまり、基板の表面にはチップ状インダクタ140しか実装していないので、基板面積に対して最大限に大きなチップ状インダクタ140を用いることができる。これにより、大電流化や直流重畳特性の改善が可能となる。さらには、チップ状インダクタ140を大面積で低背形状に構成することで、DCDCコンバータモジュール1を低背化できる。
 また、チップ状インダクタ140の素体200を磁性体で構成し、平面視でチップ状インダクタ140の投影面内にスイッチングIC素子110を配置している。これにより、スイッチングIC素子110から放射されるノイズの他の部品への影響を抑制できる。
 また、チップ状インダクタ140の接続端子240をLGA型の平面状電極で構成している。これにより、例えば端面電極型のチップインダクタを用いる場合と比べて、チップ状インダクタ140をより大きな面積で設置できる。そのため、チップ状インダクタ140の大電流化や直流重畳特性の改善が容易になるとともに、スイッチングIC素子110に対するノイズ抑制のための構造を、チップ状インダクタ140の内部に構成し易くなる。
 また、スイッチングIC素子110を、平面視で入出力端子160と重ならない位置に内蔵している。これにより、スイッチングIC素子110を、入出力端子160のために衝撃吸収性が低下しているフレキシブル基板100の位置を避けて配置することで、落下等に対する耐衝撃性をさらに改善できる。
 また、平面視で入出力端子160と重なるフレキシブル基板100の位置に、接続端子150を配置している。接続端子150と入出力端子160とが重なる位置には、さらに、層間導体が配置されていてもよい。これにより、入出力端子160に加わった応力がスイッチングIC素子110に加わりにくくなるので、DCDCコンバータモジュール1の機械的強度をさらに改善できる。
 また、チップ状インダクタ140の素体200を、磁性体セラミックで構成している。これにより、磁性体セラミックの高い透磁率のために、チップ状インダクタ140を小型低背に構成できる。
 また、チップ状インダクタ140とフレキシブル基板100とは、平面視で同じ大きさに形成されている。これにより、チップ状インダクタ140の素体200を最大限の面積で配置でき、チップ状インダクタ140の大電流化や直流重畳特性の改善が容易になるとともに、スイッチングIC素子110に対するノイズ抑制のための構造を、チップ状インダクタ140内に構成し易くなる。
 (実施の形態2)
 実施の形態2では、フレキシブル基板とチップ状インダクタとが、熱圧着処理により直接的かつ一体的に接合されてなるDCDCコンバータモジュールについて説明する。
 図4は、実施の形態2に係るDCDCコンバータモジュール2の構造の一例を示す断面図である。DCDCコンバータモジュール2では、図2のDCDCコンバータモジュール1と比べて、フレキシブル基板101およびチップ状インダクタ141が変更され、補助層300が追加される。以下では、DCDCコンバータモジュール1と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態1で説明した事項と異なる事項について説明する。
 フレキシブル基板101は、接続端子150に代えて、ビア導体400を有する。また、ビア導体400に接続する面内導体170を有する。
 チップ状インダクタ141は、接続端子240に代えて、接続端子250を有する。接続端子250は、フレキシブル基板101に向かって突出する突状部251を有する。
 ビア導体400および接続端子250は、銀を主成分とする金属または合金で構成されてもよい。
 補助層300は、フレキシブル基板100と同じく、ポリイミドまたは液晶ポリマなどの絶縁性の熱可塑性樹脂で構成されてもよい。
 ビア導体400と接続端子250とが接合され、かつフレキシブル基板101とチップ状インダクタ141の素体200とが直接的に接合されることにより、フレキシブル基板101とチップ状インダクタ141とはDCDCコンバータモジュール2に一体化されている。
 次に、DCDCコンバータモジュール2の製造方法について説明する。
 図5および図6は、DCDCコンバータモジュール2の製造工程の一例を説明する側面図である。
 まず、図5に示す、チップ状インダクタ141、フレキシブル基板101用の複数の熱可塑性樹脂シート、および補助層300用の熱可塑性樹脂シートを準備する。
 チップ状インダクタ141は、チップ状インダクタ140と同様、導体ペーストを配置した磁性の複数のセラミックグリーンシートを重ねて未焼成ブロックに一体化し、当該未焼成ブロックを一括して焼成することにより作製されてもよい。つまり、チップ状インダクタ141もまた、素体200を構成するフェライト焼結体に、コイル210を構成する金属が共焼結されてなる磁性体セラミックチップであってもよい。導体ペーストは、スクリーン印刷により、セラミックグリーンシートの所望の位置に配置されてもよく、接続端子250の突状部251は、導体ペーストを重ね塗りするなどの方法で形成し得る。
 また、フレキシブル基板101用の複数の熱可塑性樹脂シートおよび補助層300用の熱可塑性樹脂シートは、熱硬化前のポリイミド材料又は液晶ポリマ材料をシート成形することによって作製される。
 フレキシブル基板101用の熱可塑性樹脂シートに、面内導体170を含む配線導体および入出力端子160となる導体パターンを配置するとともに、スイッチングIC素子110、チップ状コンデンサ120、130を収容するキャビティおよびビア導体400を配置するための貫通孔を形成する。
 前記導体パターンは、前記熱可塑性樹脂シート上に配置した銅または銅合金の箔を、配線導体および入出力端子160の形状にエッチングしたものであってもよい。また、前記キャビティおよび前記貫通孔は、プレス加工またはレーザ加工により形成されてもよい。
 前記貫通孔内に未硬化のビア導体400を充填する。未硬化のビア導体400は、例えば銀を主成分とする導体ペーストで構成され、スクリーン印刷により、前記貫通孔内に配置されてもよい。
 次いで、フレキシブル基板101用の複数の熱可塑性樹脂シート、チップ状インダクタ141、および補助層300用の熱可塑性樹脂シートをこの順に重ねて位置合わせし、積層ブロックを形成する。そして、図6に示す圧着用治具601、602で当該積層ブロックを挟み込み、熱および圧力を加えて熱圧着処理する。
 このとき、熱可塑性樹脂シートを構成する樹脂が一旦軟化し流動することで、熱可塑性樹脂シート同士、および熱可塑性樹脂シートとチップ状インダクタ141の素体200(フェライト焼結体)とが直接的に接合される。同時に、熱可塑性樹脂シートに配置されたビア導体400(導体ペースト)が金属化し、ビア導体400と接続端子250および面内導体170とが電気的に接続される。
 次いで、圧着用治具601、602を取り外し、露出している入出力端子160にめっきを施す。具体的には、無電解めっきにより、ニッケル/金のめっき膜を形成する。
 以上の工程を経ることで、DCDCコンバータモジュール2が完成する。完成したDCDCコンバータモジュール2は、入出力端子160を介して、プリント配線板などのマザー基板に実装される。
 なお、上述の製造方法に従って、複数のDCDCコンバータモジュール2の集合体を作製した後、個々のDCDCコンバータモジュール2に個片化してもよい。
 図7は、集合基板の個片化によるDCDCコンバータモジュール2の製造工程の一例を説明する工程図である。
 集合基板の個片化による製造工程では、図7の(a)に示されるように、複数のチップ状インダクタ141の集合体である集合インダクタ基板141aおよび複数のフレキシブル基板101の集合体である集合フレキシブル基板101aを準備する。集合インダクタ基板141aは、図5で説明したチップ状インダクタ141の構造を、2次元アレイ状に繰り返し有している。すなわち集合インダクタ基板141aは、複数のチップ状インダクタ141が縦方向および横方向に並んで配置されている。また、集合フレキシブル基板101aは、図5で説明したフレキシブル基板101の構造を、チップ状インダクタ141と対応する配置で、2次元アレイ状に繰り返し有している。すなわち集合フレキシブル基板101aは、複数のフレキシブル基板101が縦方向および横方向に並んで配置されている。
 次に、図7の(b)に示されるように、集合インダクタ基板141aと集合フレキシブル基板101aとを位置合わせし集合積層ブロック2aを形成する。集合積層ブロック2aには、図示していない補助層300用の熱可塑性樹脂シートを積層してもよい。そして、集合積層ブロック2aを熱圧着処理する。これにより、図6で説明したチップ状インダクタ141とフレキシブル基板101との機械的な接合および電気的な接続が、集合積層ブロック2a全体で同時に形成される。
 次に、図7の(c)に示されるように、集合積層ブロック2aを、隣接するDCDCコンバータモジュール2の境界線であるブレイクラインBLに沿ってダイシングソーなどで切断し、個片化する。これにより、一度の個片化処理により多数のDCDCコンバータモジュール2を得ることができる。
 一般的なDCDCコンバータモジュールの製造工程にあっては、集合フレキシブル基板101aに、マウンタなどで1個1個、チップ状インダクタを実装する。これに対し、上記の製造方法によれば、集合インダクタ基板141aと複数のフレキシブル基板101とを一体化した集合積層ブロック2aから、一度の個片化処理で多数のDCDCコンバータモジュール2を得ることができるので、高い生産性が実現する。
 DCDCコンバータモジュール2には、図6に示される部分Aにおいて、特徴的な接合構造が形成される。
 図8は、DCDCコンバータモジュール2の部分Aの一例を示す拡大図であり、(a)は熱圧着処理前、(b)は熱圧着処理後の状態をそれぞれ模式的に示している。
 熱圧着処理により、DCDCコンバータモジュール2の部分Bにおいて、フレキシブル基板101用の熱可塑性樹脂シートを構成する樹脂が、チップ状インダクタ141の素体200(フェライト焼結体)の表面の微細な凹凸(ポーラス構造)にかみ込むことにより、アンカー構造が形成される。つまり、チップ状インダクタ141の素体200とフレキシブル基板101とが直接的に接合する。これにより、フレキシブル基板101とチップ状インダクタ141との間に機械的に強固な接合が生じる。
 同様のアンカー構造が、補助層300用の熱可塑性樹脂シートとチップ状インダクタ141の素体200との間にも形成され(図示せず)、補助層300とチップ状インダクタ141との間に機械的に強固な接合が生じる。
 また、熱圧着処理により、DCDCコンバータモジュール2の部分Cにおいて、接続端子250とビア導体400との間で、金属化した銀が形成され、部分Dにおいて、ビア導体400と面内導体170との間で、銅と銅との金属間化合物が形成される。これにより、接続端子250とビア導体400との間、およびビア導体400と面内導体170との間に、機械的および電気的に強固な接合が生じる。
 これらの接合構造によって、フレキシブル基板101、チップ状インダクタ141、および補助層300は、機械的および電気的に強固に接合する。その結果、機械的強度(異種材料間での剥離耐性)および電気的特性に優れたDCDCコンバータモジュール2が得られる。
 また、DCDCコンバータモジュール2では、チップ状インダクタ141とフレキシブル基板101との間に隙間がないので、当該隙間がある場合に放射され得る非所望の電磁波を抑制できる。
 また、DCDCコンバータモジュール2では、補助層300が設けられている。これにより、チップ状インダクタ141のフレキシブル基板101とは反対側の他方主面を保護するとともに、前記他方主面の平滑性を向上できる。例えば、チップ状インダクタ141の素体200はフェライト焼結体であるために耐めっき液性が弱いが、補助層300を設けることにより、入出力端子160にめっきを施す際のめっき液から保護することができる。
 また、補助層300を、フレキシブル基板と同じ材料で構成することで、DCDCコンバータモジュール2の両側主面での熱収縮率を均衡させ、熱圧着処理においてDCDCコンバータモジュール2に生じ得る反りや歪みを抑制できる。
 (実施の形態3)
 実施の形態3では、チップ状インダクタに、スイッチングIC素子に対するノイズ抑制のための構造を追加したDCDCコンバータモジュールについて説明する。
 図9は、実施の形態3に係るDCDCコンバータモジュール3の構造の一例を示す断面図である。DCDCコンバータモジュール3では、図2のDCDCコンバータモジュール1と比べて、フレキシブル基板102およびチップ状インダクタ142が変更される。以下では、DCDCコンバータモジュール1と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態1で説明した事項と異なる事項について説明する。
 フレキシブル基板102は、図2のフレキシブル基板100に、接続端子151、152を追加して構成される。接続端子151、152は、フレキシブル基板102内の接続配線(図示せず)で、後述するDCDCコンバータ回路の所定のノードに接続されている。
 チップ状インダクタ142は、図2のチップ状インダクタ140に、面内導体221、222、層間導体231、232、および接続端子241、242を追加して構成される。
 接続端子151と接続端子241、および接続端子152と接続端子242は、錫系はんだなどの導電性接合材500で、それぞれ接続されている。
 図10は、DCDCコンバータモジュール3によって構成されるDCDCコンバータ回路の一例を示す回路図である。
 図10に示されるDCDCコンバータ回路13は、図3のDCDCコンバータ回路11に配線J1、J2を追加してなる。
 配線J1は、チップ状インダクタ142に内蔵された面内導体221および層間導体231で構成される。配線J2は、チップ状インダクタ142に内蔵された面内導体222および層間導体232で構成される。
 DCDCコンバータ回路13では、イネーブル端子VenとスイッチングICとの間の信号ライン、およびモード端子VmodeとスイッチングICとの間の信号ラインが、それぞれ配線J1、J2を通ってチップ状インダクタ142の内部に引き回されている。つまり、当該信号ラインは、チップ状インダクタ142の磁性体材料で構成された素体200の内部に引き回されている。
 これにより、当該信号ラインは、フェライトビーズに通された状態になるので、当該信号ラインで伝達される制御信号に重畳する高周波ノイズを抑制することができる。つまり、当該信号ラインが、スイッチングIC素子110に対するノイズ抑制のための構造の一例である。
 (実施の形態4)
 実施の形態4に係るインダクタモジュールは、実施の形態1のインダクタモジュールと同様、IC素子とチップ状コンデンサとを内蔵した熱可塑性樹脂からなる絶縁性のフレキシブル基板上に、チップ状インダクタを搭載して構成される。
 以下では、実施の形態4に係るインダクタモジュールについて、前記IC素子はRFIC素子、前記チップ状インダクタはアンテナコイルであって、前記インダクタモジュールがRFモジュールを構成している具体例を用いて説明する。
 図11は、実施の形態4に係るRFモジュールの構造の一例を示す分解斜視図である。図11に示されるように、RFモジュール5は、フレキシブル基板105と、RFIC素子115と、チップ状コンデンサ135と、チップ状インダクタ145と、入出力端子160とを備える。
 フレキシブル基板105は、熱可塑性樹脂からなる絶縁性の基板である。RFIC素子115と、チップ状コンデンサ135とは、フレキシブル基板105に内蔵されている。
 チップ状インダクタ145は、磁性体で構成された素体200にコイル215を配置してなり、フレキシブル基板105の一方主面に搭載されている。DCDCコンバータモジュール1~3にあっては、コイル210は、チョークコイルに適した閉磁路構造を有するのに対し、RFモジュール5のコイル215は、アンテナコイルに適した開磁路構造を有する。
 コイル215は、限定されない一例として、素体200の側面に露出する層間導体235と素体200の内部に配置される面内導体225とを、螺旋状に接続して形成されてもよい。コイル215の一端および他端は、接続端子240に接続される。コイル215の中心軸WAは、RFモジュール5の主面と略平行である。
 入出力端子160は、RFモジュール5をプリント配線基板等のマザー基板に実装するための端子であり、フレキシブル基板105の他方主面に形成されている。フレキシブル基板105において、RFIC素子115は、平面視で入出力端子160と重ならない位置に内蔵され、接続端子150は、平面視で入出力端子160と重なる位置に設けられている。
 フレキシブル基板105とチップ状インダクタ145とは、接続端子150、240において、互いに接続される。フレキシブル基板105とチップ状インダクタ145とは、実施の形態1で述べたように、接続端子150、240を導電性接合材で接合することにより接続されてもよく、また、実施の形態2で述べたように、熱圧着処理により直接的かつ一体的に接合されてもよい。
 図12は、RFモジュール5によって構成されるRF回路の一例を示す回路図である。
 図12に示されるRF回路15は、RFIC、アンテナコイルL2、およびコンデンサC3からなり、入出力端子P1、P2を有している。
 RFIC、コンデンサC3は、フレキシブル基板105に内蔵されたRFIC素子115、チップ状コンデンサ135で構成される。アンテナコイルL2は、チップ状インダクタ145に内蔵されたコイル215で構成される。信号端子P1、P2は、フレキシブル基板105上に設けられた各異なる入出力端子160で構成される。アンテナコイルL2は、接続端子150、240を介して、RFICに接続されている。
 アンテナコイルL2とコンデンサC3とは、RFICの出力端子対に並列に接続され、アンテナ共振回路を構成している。
 RFICは、電力増幅器および低雑音増幅器を含み、信号端子P1、P2で受信した高周波信号を電力増幅器で増幅し、アンテナコイルL2から放射する。また、アンテナコイルL2で捕捉した高周波信号を低雑音増幅器で増幅し、信号端子P1、P2から出力する。
 RFICは、限定されない一例として、NFC(近距離無線通信)用のICであってもよく、その場合、RFモジュール5は、アンテナコイルと制御ICとを一体化したNFC用の無線通信モジュールを構成する。なお、ここで言うNFCは、RFタグに代表される、微小な電力で数センチメートルから1メートル程度の到達距離での通信を行うための通信規格を意味する。
 なお、RFモジュール5は、NFCには限られず、Bluetooth(登録商標)、Zigbee(登録商標)、無線LAN(Local Area Network)などの通信規格に従って通信を行う無線通信モジュールであってもよい。
 図13は、RFモジュール5の実装構造の一例を示す断面図であり、図11のXIII-XIII断面を矢印の方向に見た図に対応する。図13では、RFモジュール5とともに、RFモジュール5が実装される基板700が示されている。
 基板700は、プリント配線基板等のマザー基板である。基板700の一方主面には、RFモジュール5の入出力端子160の対応位置に、接続パターン710が設けられている。入出力端子160と接続パターン710とを導電性接合材501で接続することにより、RFモジュール5は、基板700に実装される。導電性接合材501は、一例として錫系はんだであり、RFモジュール5は、リフロー処理により、基板700に実装されてもよい。RFモジュール5は、基板700上の応用回路から、無線通信モジュールとして利用される。
 以上、RFモジュール5およびRF回路15について、具体例に基づいて説明した。上述のように構成されるRFモジュール5によれば、DCDCコンバータモジュール1などについて上述した効果と同様の効果が得られる。
 すなわち、熱可塑性樹脂からなるフレキシブル基板105を利用しているので、つまり、基板は衝撃吸収性を持っているので、落下等の衝撃がRFIC素子115に直接的に加わりにくくなり、耐衝撃性を向上できる。
 また、フレキシブル基板105にチップ状コンデンサ135を内蔵しているので、つまり、基板の表面にはチップ状インダクタ145しか実装していないので、基板面積に対して最大限に大きなチップ状インダクタ145を用いることができる。これにより、アンテナの大型化による送受信効率の改善が可能となる。
 さらには、コイル215が、中心軸をRFモジュール5の主面と略平行にする向きで配置されるので、コイル215の磁界は、フレキシブル基板105のRFIC素子115、チップ状コンデンサ135、および電極パターンに影響されにくい。
 また、RFIC素子115を、平面視で入出力端子160と重ならない位置に内蔵している。これにより、RFIC素子115を、入出力端子160のために衝撃吸収性が低下しているフレキシブル基板105の位置を避けて配置することで、落下等に対する耐衝撃性をさらに改善できる。
 また、平面視で入出力端子160と重なるフレキシブル基板105の位置に、接続端子150を配置している。接続端子150と入出力端子160とが重なる位置には、さらに、層間導体が配置されていてもよい。これにより、入出力端子160に加わった応力がRFIC素子115に加わりにくくなるので、RFモジュール5の機械的強度をさらに改善できる。
 以上、本発明の実施の形態に係るDCDCコンバータモジュールについて説明したが、本発明は、個々の実施の形態には限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の一つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
 例えば、実施の形態2で説明した素体200がフレキシブル基板101に直接接合されるチップ状インダクタ141に、実施の形態3で説明したスイッチングIC素子110に対するノイズ抑制のための構造を設けてもよい。
 本発明は、DCDCコンバータモジュールとして、携帯情報端末やデジタルカメラなどの電子機器に広く利用できる。
  1、2、3 DCDCコンバータモジュール
  2a 集合積層ブロック
  11、13 DCDCコンバータ回路
  15 RF回路
  100、101、102、105 フレキシブル基板
  101a 集合フレキシブル基板
  110 スイッチングIC素子
  115 RFIC素子
  120、130、135 チップ状コンデンサ
  140、141、142、145 チップ状インダクタ
  141a 集合インダクタ基板
  150、151、152、240、241、242、250 接続端子
  160 入出力端子
  170、220、221、222、225 面内導体
  200 素体
  210、215 コイル
  230、231、232、235 層間導体
  251 突状部
  300 補助層
  400 ビア導体
  500、501 導電性接合材
  601、602 圧着用治具
  700 基板
  710 接続パターン

Claims (11)

  1.  熱可塑性樹脂からなる絶縁性のフレキシブル基板と、
     前記フレキシブル基板に内蔵されたIC素子と、
     前記フレキシブル基板に内蔵されたチップ状コンデンサと、
     磁性体を素体とし、前記フレキシブル基板の一方主面に搭載されたチップ状インダクタと、
     前記フレキシブル基板の他方主面に形成された入出力端子と、
     を備えるインダクタモジュール。
  2.  平面視で、前記チップ状インダクタの投影面内に前記IC素子が配置されている、
     請求項1に記載のインダクタモジュール。
  3.  前記チップ状インダクタは前記フレキシブル基板に向かう一方主面に平面状電極を有し、当該平面状電極を介して前記フレキシブル基板と接続されている、
     請求項1または2に記載のインダクタモジュール。
  4.  前記IC素子は、平面視で前記入出力端子と重ならない位置に配置されている、
     請求項1から3の何れか1項に記載のインダクタモジュール。
  5.  前記IC素子と前記入出力端子とを結ぶ配線の一部は、前記チップ状インダクタの前記素体の内部に引回されている、
     請求項1から4の何れか1項に記載のインダクタモジュール。
  6.  前記チップ状インダクタの前記素体は、磁性体セラミックで構成されている、
     請求項1から5の何れか1項に記載のインダクタモジュール。
  7.  前記チップ状インダクタの前記素体と前記フレキシブル基板とが直接的に接合されている、
     請求項1から6の何れか1項に記載のインダクタモジュール。
  8.  前記チップ状インダクタの前記フレキシブル基板とは反対側の他方主面に、補助層が配置されている、
     請求項1から7の何れか1項に記載のインダクタモジュール。
  9.  前記チップ状インダクタと前記フレキシブル基板とは、平面視で同じ大きさに形成されている、
     請求項1から8の何れか1項に記載のインダクタモジュール。
  10.  前記IC素子はスイッチングIC素子、前記チップ状インダクタはチョークコイルであって、DCDCコンバータモジュールを構成している、
     請求項1から9のいずれか1項に記載のインダクタモジュール。
  11.  前記IC素子はRFIC素子、前記チップ状インダクタはアンテナコイルであって、RFモジュールを構成している、
     請求項1から9のいずれか1項に記載のインダクタモジュール。
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