DC-DC转换器制造技术

本发明专利技术公开一种DC-DC转换器，在具备连接多个导体线路而成的层叠线圈的软磁性多层基板上，安装有包括开关元件及控制电路的半导体集成电路部件，其中，半导体集成电路部件具备：输入端子、输出端子、用于控制所述开关元件的ON/OFF的第一控制端子、用于对输出电压进行可变控制的第二控制端子和多个接地端子，软磁性多层基板，具备：形成在第一主面的第一外部端子、形成在第一主面及/或其附近的内层的第一连接布线、在所述多层基板的侧面与所述层叠线圈的外周之间形成的第二连接布线、和形成在第二主面的第二外部端子，半导体集成电路部件的端子，与多层基板的第一外部端子连接，第一外部端子的至少一部分通过第一连接布线及第二连接布线与第二外部端子电连接，输入端子或输出端子通过层叠线圈与第二外部端子连接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可以降低泄露磁通及寄生电感、且散热性出色的小型DC-DC转换ο
技术介绍
移动电话、便携信息终端PDA、笔记本型计算机、便携式音乐/视频播放器、数码相机、摄像机等各种便携式电子设备，大多具备DC-DC转换器作为将电源电压变换成工作电压的装置。作为DC-DC转换器的电路的一个例子，图沈表示了由输入电容器Cin、输出电容器Cout、输出电感Lout以及包含控制电路CC等的半导体集成电路IC构成的降压型DC-DC 转换器的电路。在降压型DC-DC转换器中，根据控制信号对半导体集成电路IC内的开关元件(例如场效应晶体管)进行开关，将直流输入电压Vin降压为输出电压Vout [ = Ton/ (Ton+Toff) XVin(Ton是导通开关元件的时间，Toff是截止的时间)]。即使输入电压Vin 变动，通过调整Ton与Toff的比率，也能够稳定地输出一定的输出电压Vout。图27表示了半导体集成电路IC内的开关元件的电路的一个例子。在硅半导体基板上形成有控制电路CC，所述控制电路CC用于控制使MOS晶体管SWl、SW2交替导通/截止的开关动作。由于控制电路CC自身是公知的，所以省略其说明。输入电容器Cin的设置目的在于使输入电压Vin过渡时稳定化、及防止电压脉冲(spike)，但能够省略。用于输出直流电压Vout的滤波电路(平滑电路)通过进行电流能量的蓄积和放出的输出电感Lout、 和进行电压能量的蓄积和放出的输出电容器Cout的组合而构成。为了 DC-DC转换器的小型化等，开关频率日益增高，当前正在使用以IMHz的频率进行开关的DC-DC转换器。而且，对于CPU等半导体装置而言，与高速化及高功能化一同， 工作电压的降低及高电流化也在不断发展，因此，DC-DC转换器的输出也被要求低电压化及高电流化。但是，如果工作电压降低，则半导体装置容易受到DC-DC转换器的输出电压的变动(脉动)的影响。为了防止这种情况，还提出了一种将开关频率进一步提升到2 IOMHz 程度的DC-DC转换器。图观表示了升压型DC-DC转换器的电路构成例。该DC-DC转换器由输入电感Lin、 输出电容器Cout及包含控制电路CC的半导体集成电路IC构成。通过对导通、截止开关元件的时间进行调整，可得到比输入电压Vin高的输出电压Vout。作为DC-DC转换器的其他例子，图四表示了由输入电容器Ciru输出电容器Cout、 输出电感Loutl、Lout2及包含控制电路CC的半导体集成电路IC构成的多相降压型DC-DC 转换器。多态型DC-DC转换器具有多个开关电路，按照开关周期不重合的方式以不同的相位使开关电路多相动作，由平滑电路合成各开关电路的输出电流。由此，不仅可使各路径低电流化，而且能够抑制脉动。在这样的电路构成中，由于表观动作频率是开关频率的η倍，所以，可以将开关频率设为1/η。因此，不需要使用高频特性出色的输出电感Loutl、Lout2，可以利用Q值高的电感等，使得部件的选择范围变宽。对于多态型DC-DC转换器而言，在2相型中以180°的相位差动作，在3相型中以120°的相位差动作。随着相数m的增加，电感的数量也要增加， 但由于必要的电感为1/m，所以，可利用小型的电感或Q值高的电感，由此，DC-DC转换器不会显著增大。这样的DC-DC转换器，一般将含有开关元件及控制电路CC的半导体集成电路 IC(有源元件)、电感或电阻等无源元件，作为分立电路构成在形成有连接线路的印刷电路基板等电路基板上。无源元件中至少需要几μ H左右电感的电感器，占有电路基板很大的面积，难以实现小型化。并且，由于电路基板上需要连接有源元件和无源元件的图案，所以， 作为分立电路而构成的DC-DC转换器的小型化存在限制。为了小型化，提出了一种将半导体集成电路与电感器复合一体化的方案。例如特开2004-063676号公开了一种DC-DC转换器(参照图30)，其具备具有连接端子(柱状端子)ST的印刷电路基板ΡΒ、与连接端子ST连接的芯片电感器Cl、以及安装在印刷电路基板 PB的半导体集成电路IC，芯片电感CI与半导体集成电路IC被上下重叠配置。而且，特开 2005-124271号也公开了一种DC-DC转换器(参照图31)，其在内置有平滑用电感器SI的玻璃环氧多层基板MS的上面配置半导体集成电路IC及平滑用电容器SC，通过多层基板MS 上的布线来连接平滑用电感器Si、平滑用电容器SC及半导体集成电路IC。在特开2004-063676号及特开2005-1Μ271号的DC-DC转换器中，由于不需要用于连接有源元件及无源元件的布线图案，所以，可以减小安装面积，但存在下述问题。第一个问题是，无法将需要几μ H左右电感的电感器CI像半导体集成电路IC那样小型化。对于特开2004-063676号的DC-DC转换器而言，由于必须使印刷电路基板PB比大型的芯片电感器CI大一圈，所以，无法实现小型化，而且，会相应地增加印刷电路基板PB 及柱状端子ST的厚度量。在特开2005-1Μ271号的DC-DC转换器中，构成为在玻璃环氧多层基板MS的横向产生磁通的电感器Si，由于磁路截面积小，所以为了得到希望的电感就必须增加层叠线圈绕数，因此，难以实现小型化。另外，对应层叠线圈绕数的增加，直流电阻也会增大，将导致输出电压Vout降低，从而存在着DC-DC转换器的变换效率降低的问题。第二个问题是电感的泄露磁通。在特开2004-063676号及特开2005-1Μ271号的DC-DC转换器中，由于半导体集成电路和电感器接近配置，所以，必须充分降低电感器的泄露磁通。图32表示了从层叠电感器(通过电绝缘层(虚设绝缘层)与线圈图案交替层叠，且线圈图案的端部顺次连接而形成层叠线圈，最外侧的端部与外部电极连接)产生的磁通。由层叠线圈产生的磁通通过虚设绝缘层，但如果虚设绝缘层不是非磁性的、或不充分厚，则磁通会泄露一部分。泄露磁通会作为噪声作用于半导体集成电路等的周围电子部件。 并且，当如特开2005-1Μ271号那样，在多层基板上具有连接有源元件及无源元件的图案时，泄露磁通还会在连接图案中感应电流，产生噪声。为了防止泄露磁通，需加厚虚设绝缘层。而且，为了防止磁通向侧面泄露，需要减小层叠线圈直径、或增厚虚设绝缘层、或者增大层叠线圈外周的区域。但是，如果减小层叠线圈直径，则由于相应地线圈图案的层数增多，所以，导致层叠电感器变厚，工时也增加，并且还增大了直流电阻。如果加厚虚设绝缘层，则层叠电感器变厚。另外，如果增大层叠线圈外周的区域，则多层基板将大型化。第三个问题是寄生电感。电路元件的连接线路自身也具有寄生电感。例如在图27 所示的降压型DC-DC转换器中，如果寄生电感与晶体管开关SWl的源极侧串联连接，则在晶体管开关SWl截止时，会在具有寄生电感的连接电路中产生逆起电力，使得晶体管开关SWl 的源极端子的电压上升。因此，导通损失变大，导致变换效率降低。当如特开2004-063676号及特开2005-1M271号那样，在印刷电路基板形成线路图案时，不形成使变化效率降低程度的电感器，但在利用了磁性体的多层基板10上设置线路图案时，会产生大的电感。第四个问题是在半导体集成电路中产生的热。如果散热不充分本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种ＤＣ－ＤＣ转换器，在具备连接多个导体线路而成的层叠线圈的软磁性多层基板上，安装有包括开关元件及控制电路的半导体集成电路部件，其中，所述半导体集成电路部件具备：输入端子、输出端子、用于控制所述开关元件的ＯＮ／ＯＦＦ的第一控制端子、用于对输出电压进行可变控制的第二控制端子、以及接地端子，所述软磁性多层基板，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、以及连接所述第一外部端子和所述第二外部端子的连接布线，所述半导体集成电路部件的各端子与所述第一外部端子连接，所述第一外部端子的至少一部分经由所述连接布线与所述第二外部端子电连接，所述半导体集成电路部件的输出端子经由所述层叠线圈而与所述第二外部端子连接，并且也经由所述连接布线与其他的第二外部端子连接。

【技术特征摘要】
2005.10.28 JP 2005-3146491.一种DC-DC转换器，在具备连接多个导体线路而成的层叠线圈的软磁性多层基板上，安装有包括开关元件及控制电路的半导体集成电路部件，其中，所述半导体集成电路部件具备输入端子、输出端子、用于控制所述开关元件的ON/ OFF的第一控制端子、用于对输出电压进行可变控制的第二控制端子、以及接地端子，所述软磁性多层基板，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、以及连接所述第一外部端子和所述第二外部端子的连接布线，所述半导体集成电路部件的各端子与所述第一外部端子连接，所述第一外部端子的至少一部分经由所述连接布线与所述第二外部端子电连接，所述半导体集成电路部件的输出端子经由所述层叠线圈而与所述第二外部端子连接，并且也经由所述连接布线与其他的第二外部端子连接。2.—种DC-DC转换器，在具备连接多个导体线路而成的层叠线圈的软磁性多层基板上，安装有包括开关元件及控制电路的半导体集成电路部件，其中，所述半导体集成电路部件具备输入端子、输出端子、用于控制所述开关元件的ON/ OFF的第一控制端子、用于对输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：渡边光弘，
申请(专利权)人：日立金属株式会社，
类型：发明
国别省市：JP