JP2008153455A - Ultra-compact power converter - Google Patents
Ultra-compact power converter Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008153455A JP2008153455A JP2006340252A JP2006340252A JP2008153455A JP 2008153455 A JP2008153455 A JP 2008153455A JP 2006340252 A JP2006340252 A JP 2006340252A JP 2006340252 A JP2006340252 A JP 2006340252A JP 2008153455 A JP2008153455 A JP 2008153455A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- slit
- main surface
- gap
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
Landscapes
- Coils Or Transformers For Communication (AREA)
Abstract
Description
この発明は、半導体基板上に形成した半導体集積回路(以下ICと記す)と、コイルやコンデンサ、抵抗などの受動部品で形成されるDC−DCコンバータなどの超小型電力変換装置に関する。 The present invention relates to a micro power converter such as a DC-DC converter formed of a semiconductor integrated circuit (hereinafter referred to as IC) formed on a semiconductor substrate and passive components such as a coil, a capacitor, and a resistor.
近年、電子情報機器、特に携帯型の各種電子情報機器の普及が著しい。それらの電子情報機器は、電池を電源とするものが多く、DC−DCコンバータなどの電力変換装置を内蔵している。通常その電力変換装置は、スイッチング素子、整流素子、制御用ICなどの能動素子と、磁気部品、コンデンサ、抵抗などの受動素子の各個別部品とをセラミック基板やプラスチックなどのプリント基板などの上に実装することでハイブリッド型電源モジュールとして構成されている。 In recent years, electronic information devices, in particular, various portable electronic information devices have been widely used. Many of these electronic information devices use a battery as a power source, and incorporate a power conversion device such as a DC-DC converter. Normally, the power conversion device is composed of active elements such as switching elements, rectifier elements, and control ICs, and individual components of passive elements such as magnetic components, capacitors, and resistors on a printed circuit board such as a ceramic substrate or plastic. By mounting, it is configured as a hybrid power supply module.
前記した携帯用を含めた各種電子情報機器の小型、薄型、軽量化の要望に伴い、内蔵される電力変換装置の小型、薄型、軽量化の要求も強い。ハイブリッド型電源モジュールの小型化は、MCM(マルチチップモジュール)技術や、積層セラミック部品などの技術により進歩してきている。しかしながら、個別の部品を同一基板上に、並べて実装するため、電源モジュールの実装面積の縮小化が制限されている。特にインダクタやトランスなどの磁気部品は、集積回路と比較すると体積が非常に大きいために電子機器の小型、薄型化をはかる上で最大の制約となっている。 Along with the demands for reducing the size, thickness, and weight of various electronic information devices including the above-mentioned portable devices, there is a strong demand for reducing the size, thickness, and weight of built-in power conversion devices. Miniaturization of the hybrid power supply module has been advanced by technologies such as MCM (multi-chip module) technology and multilayer ceramic components. However, since individual components are mounted side by side on the same substrate, reduction of the mounting area of the power supply module is limited. In particular, magnetic parts such as inductors and transformers have a very large volume compared to an integrated circuit, which is the biggest restriction in reducing the size and thickness of electronic devices.
これら磁気部品の小型、薄型化に対する今後の方向としては、チップ部品として限りなく小さく、薄くし、面実装する方向と、シリコン基板上に薄膜で形成する方向の2つが考えられる。近年、半導体技術の適用により、半導体基板上に薄型のマイクロ磁気素子(コイル、トランス)を搭載した例も報告されている。
特に、平面型磁気部品をとして、スイッチング素子や制御回路などの半導体部品を作り込んだ半導体基板の表面上に、薄膜コイルを磁性基板とフェライト基板とで挟んだ形の平面型磁気部品(薄型インダクタ)を薄膜技術により形成したものが開示されている(例えば、特許文献1など)。
これにより、磁気素子の薄型化とその実装面積の削減が可能となった。しかし、真空プロセスでの製造でコストが高くなる。また、電流の大きい所で使用する場合などは、磁性膜と絶縁膜に関する多大な積層工程が必要であり、コストが非常に高くなるという問題があった。
There are two possible future directions for miniaturization and thinning of these magnetic components: a chip component that is extremely small and thin, surface-mounted, and a thin film formed on a silicon substrate. In recent years, there has been reported an example in which a thin micromagnetic element (coil, transformer) is mounted on a semiconductor substrate by application of semiconductor technology.
In particular, a planar magnetic component (thin inductor) is a thin magnetic coil sandwiched between a magnetic substrate and a ferrite substrate on the surface of a semiconductor substrate on which semiconductor components such as switching elements and control circuits are built. ) Is formed by thin film technology (for example, Patent Document 1).
As a result, the magnetic element can be made thinner and its mounting area can be reduced. However, the manufacturing cost is increased in the vacuum process. In addition, when used in a place with a large current, a large number of lamination steps relating to the magnetic film and the insulating film are required, and there is a problem that the cost becomes very high.
平面型磁気素子として、スパイラル(渦巻き状)のコイル導体の隙間に磁性を帯びた微粒子を混入した樹脂を充填し、上面、下面をフェライト基板で挟み込んで形成したものが開示されている(例えば、特許文献2など)。
この方法では、コイル導体のインダクタンスは、スパイラルの回数(ターン数)にほぼ比例するため、大きなインダクタンスを得るためには、ターン数を増やす必要がある。実装面積を増やさずにターン数を増やすと、コイル導体の断面積を小さくする必要がある。つまり、大きなインダクタンスを得るためには、コイル導体の断面積を小さく、導体線長を長くしなければならない。しかし、コイル断面積を小さく、導体線長を長くすると、コイル導体の直流抵抗が増大するため電力損失が増大してしまうという課題があった。
A planar magnetic element is disclosed in which a gap between spiral coil conductors is filled with a resin mixed with magnetic fine particles, and an upper surface and a lower surface are sandwiched between ferrite substrates (for example, disclosed) Patent Document 2).
In this method, since the inductance of the coil conductor is substantially proportional to the number of spirals (turns), it is necessary to increase the number of turns in order to obtain a large inductance. If the number of turns is increased without increasing the mounting area, it is necessary to reduce the cross-sectional area of the coil conductor. That is, in order to obtain a large inductance, the coil conductor must have a small cross-sectional area and a long conductor wire length. However, when the coil cross-sectional area is reduced and the conductor wire length is increased, the DC resistance of the coil conductor is increased, resulting in an increase in power loss.
その点を解消するために、磁性絶縁基板と、該磁性絶縁基板の第1主面に形成された第1導体と前記磁性絶縁基板の第2主面に形成された第2導体と前記磁性絶縁基板を貫通する貫通孔に形成された接続導体とをそれぞれ接続してなるソレノイド状のコイル導体と、からなる薄型磁気素子が開示されている(例えば、特許文献3など)。
この特許文献3に記載されている構造は、磁性絶縁基板に貫通孔を形成し、コイル導体を形成する際、同時に半導体素子、実装基板などと接続するための実装端子を形成し、コイルとなる磁性絶縁基板にICを実装するだけで、新たな実装基板を不要とし、超小型・薄型の電力変換装置を実現するものである。
In order to solve the problem, a magnetic insulating substrate, a first conductor formed on the first main surface of the magnetic insulating substrate, a second conductor formed on the second main surface of the magnetic insulating substrate, and the magnetic insulation. There has been disclosed a thin magnetic element comprising solenoidal coil conductors connected to connecting conductors formed in through holes penetrating a substrate (for example, Patent Document 3).
In the structure described in Patent Document 3, when a through hole is formed in a magnetic insulating substrate and a coil conductor is formed, a mounting terminal for connecting to a semiconductor element, a mounting substrate and the like is formed at the same time, thereby forming a coil. By simply mounting an IC on a magnetic insulating substrate, a new mounting substrate is unnecessary, and an ultra-compact and thin power converter is realized.
特許文献3に記載されている超小型電力変換素子の特徴は、磁性絶縁基板に貫通孔を形成し、その貫通孔を通して電気的に接続されたコイル導体を第1主面、第2主面に具備し、さらに同様に第1主面に半導体素子との電気的接続をするための電極(接合単端子)、第2主面に実際に使用される場合のプリント板などとの電気的接続のための電極(実装電極)を具備していることである。この構造を適用することにより、デバイスを構成する部品を最小限に留め、薄型化を実現した超小型電力変換装置を得ることができる。 The feature of the micro power conversion element described in Patent Document 3 is that a through hole is formed in a magnetic insulating substrate, and a coil conductor electrically connected through the through hole is formed on the first main surface and the second main surface. In addition, similarly, an electrode (junction single terminal) for electrical connection with a semiconductor element on the first main surface, and an electrical connection with a printed board when actually used on the second main surface For this purpose (mounting electrode). By applying this structure, it is possible to obtain an ultra-compact power conversion device that minimizes the number of parts constituting the device and achieves a reduction in thickness.
図10、図11は、従来の超小型電力変換装置の構成図であり、図10(a)はICチップを搭載した要部断面図であり図10(b)のY−Y線で切断した要部断面図、図10(b)は磁気誘導素子の第2主面(裏面)の要部平面図、図11は図10(b)の要部断面図で、図11(a)は図10(b)のX1−X1線で切断した要部拡大断面図、図11(b)は図10(b)のX2−X2線で切断した要部拡大断面図である。 10 and 11 are configuration diagrams of a conventional ultra-small power converter. FIG. 10A is a cross-sectional view of a main part on which an IC chip is mounted, and is cut along a YY line in FIG. FIG. 10B is a main part sectional view of the second main surface (back surface) of the magnetic induction element, FIG. 11 is a main part sectional view of FIG. 10B, and FIG. 10 (b) is an enlarged cross-sectional view of the main part cut along line X1-X1, and FIG. 11 (b) is an enlarged cross-sectional view of the main part cut along line X2-X2 in FIG. 10 (b).
フェライト基板86の中央部にソレノイド状コイルが形成され、周辺部に電極82、88が形成されている。ソレノイド状コイルはフェライト基板86の第1主面と第2主面と貫通孔85の側壁に形成されるコイル導体84で出来ている。電極88は第1主面、電極82は第2主面に形成され,貫通孔83の側壁に形成される接続導体83aで互いに接続されている。
A solenoidal coil is formed at the center of the
第1主面に形成された電極88とICチップ80はスタッドバンプ81を介して固着し、ICチップ80とフェライト基板86の間にはアンダーフィル89が充填されている。また、第2主面に形成されたコイル導体84は保護膜87で被覆されている。
図10(b)の電極構造の詳細断面は図11(a)、図11(b)に示すように、第1主面と第2主面との電極88、82を貫通孔83の側壁に形成された接続導体83aで電気的に接続されており、貫通孔83の空洞箇所は充填樹脂83bが充填されている。この充填樹脂83bは樹脂層である保護膜87を形成するときに貫通孔83の空洞箇所に充填される。
The detailed cross section of the electrode structure in FIG. 10B is shown in FIGS. 11A and 11B, with the
製造工程としては、(1)フェライト基板86に貫通孔83、85を形成、(2)電解めっきをするために必要なめっきシード層を形成、(3)電解めっき時の型となるレジストパターンを形成、(4)電解めっきでコイル導体84、実装端子である電極82、88および接続導体83aを同時形成、(5)不要レジスト、シード層を除去、(6)保護膜87として、樹脂層を形成、という手順である。電解めっきでコイル導体84および電極82、88および接続導体83aとなる導電層を形成する際、貫通孔83、85の内部は完全には埋められず空洞箇所が発生し、その空洞箇所が最後に保護膜87として樹脂層を形成する際に充填される。
The manufacturing process includes (1) forming through
この樹脂層である保護膜87をパターニングした後、図11(a)に示すように、貫通孔83内部を充填した樹脂層(保護膜87)である充填樹脂83bの露出面はパターニング時の現像で電極82、88の表面高さより低くなっている。後述するように、この低くなっている充填樹脂83bの露出部にはんだ付けの際にボイドが形成される。
本製造方法は、最小限の工程で電気的な接続とコイル導体84、電極82、88および接続導体83aを形成できるため、低いコストで形成できるが、電極82、88の中央部に貫通孔83が形成されており、かつその内部に充填樹脂83bが充填されていることから、図12に示すようにプリント基板などの基板95に形成された基板電極96へはんだ91で実装する時に、充填樹脂83bの下部にボイド92ができてしまう。また、このボイド92ははんだ91の実装での1回目のリフローではボイド体積V3は小さいが(図12(a))、1回実装後に再度、他の部品の実装をするために2回目のリフロー工程を実施すると、充填樹脂83bの吸湿によって充填樹脂83b中にとりこまれた水分がボイド92内に放出され、かつ、熱による膨張をすることで、ボイド92の体積V4が大きくなる(図12(b))。このため、実質的な実装面積(はんだ91と実装電極96との接触面積)は小さくなり、実装強度が低下することで、実装不良を引き起こす。
After patterning the
This manufacturing method can form the electrical connection and the
本課題を解決するためには、空洞箇所の充填樹脂83bをなくして、吸湿しない金属系の材料で充填するなどの方法が必要である。また金属系の材料で充填しない場合で空洞箇所の充填樹脂83bをなくして、空洞箇所を開放状態にする方法もある。しかし、例えばICチップなどの半導体素子を第1主面に固着したあとに樹脂などでモールドすると、貫通孔83に樹脂が充填されて開放状態が維持できなくなる。開放状態とするためにはデバイス全体を保護する樹脂モールドが行えないことになり採用できない。
In order to solve this problem, a method of eliminating the
前記の貫通孔83を金属で埋める方法には、めっきの厚さを厚くすることで、貫通孔83の中央部を閉じさせてしまう方法、スクリーン印刷法などで導電ペーストやはんだペーストで埋め込んでしまうなどの方法が考えられる。ただし、めっきの厚さで貫通孔83をとじさせてしまう方法は、コイル導体84、電極82、88と同時にめっきしていることから、厚さの制約がある場合は適用できない。また、仮に厚さの制約をなくした場合でも、めっきの時間を延長しなければならないことからコスト増加になる。別工程として、電極内部を埋め込む場合については、フォトリソグラフィー工程、めっき工程、レジスト剥離工程などを再度実施しなければならず、コストは大幅に上昇する。また、めっきで埋め込む場合は、貫通孔83内部のめっき厚の制御が悪い場合、めっきされた金属でボイドが発生し、その中にめっき液などの残留液が取り残されるため、腐食の発生など信頼性上の問題が発生する。
In the method of filling the through
電極82、88をスクリーン印刷で導電ペースト、はんだペーストで埋め込む工程は、工程が増えるためにコスト増加につながるだけでなく、これらを保護膜87の形成前に実施しなければならず、保護膜87の熱硬化など、後工程の熱処理工程を制限することになる。
この発明の目的は、前記の課題を解決して、電極部の貫通孔に樹脂が充填された磁気誘導素子を実装する際に、ボイドによる実装不良を抑制できる超小型電力変換装置を提供することである。
The process of embedding the
An object of the present invention is to solve the above-described problems and provide an ultra-compact power conversion device that can suppress mounting defects due to voids when mounting a magnetic induction element in which resin is filled in a through hole of an electrode portion. It is.
前記の目的を達成するために、半導体集積回路ga形成された半導体基板と薄膜磁気誘導素子とコンデンサを有し、前記薄膜磁気誘導素子が磁性絶縁基板と該磁性絶縁基板の中央部に形成されたコイルと該磁性絶縁基板の第1主面および第2主面の外周部で貫通孔を介して電気的に接続された電極を有する超小型電力変換装置において、前記第1主面および第2主面の少なくとも一方の主面の前記電極がスリット状の間隙を有し、該スリット状の間隙が前記貫通孔と接続し前記電極の端部まで延在する構成とする。 In order to achieve the above object, the semiconductor integrated circuit ga has a semiconductor substrate, a thin film magnetic induction element, and a capacitor, and the thin film magnetic induction element is formed at the center of the magnetic insulating substrate and the magnetic insulating substrate. In the micro power converter having an electrode electrically connected through a through hole at the outer periphery of the first main surface and the second main surface of the coil and the magnetic insulating substrate, the first main surface and the second main surface The electrode on at least one main surface of the surface has a slit-like gap, and the slit-like gap is connected to the through hole and extends to the end of the electrode.
また、前記スリット状の間隙が前記電極を貫通するとよい。
また、前記電極のスリット状の間隙の幅が前記電極の厚さ以上であるとよい。
また、前記スリット状の間隙が前記電極に形成した凹部の溝であるとよい。
また、前記磁性絶縁基板がフェライト基板であるとよい。
The slit-shaped gap may penetrate the electrode.
The width of the slit-like gap of the electrode may be equal to or greater than the thickness of the electrode.
The slit-like gap may be a recess groove formed in the electrode.
The magnetic insulating substrate may be a ferrite substrate.
この発明によれば、実装基板にはんだ付けされる電極にスリット状の間隙を形成することにより、2回目のリフロー工程でのボイド体積の増加を抑制し、コストを増加させることなく、超小型電力変換装置のはんだ実装時のリフローで引き起こされる実装不良を防止することができる。 According to the present invention, by forming a slit-like gap in the electrode soldered to the mounting substrate, an increase in the void volume in the second reflow process is suppressed, and the micro power can be reduced without increasing the cost. Mounting defects caused by reflow during solder mounting of the conversion device can be prevented.
実施の形態を以下の実施例で説明する。 Embodiments will be described in the following examples.
図1は、この発明の第1実施例の超小型電力変換装置の要部構成図でり、図1(a)は薄型磁気部品の第2主面(裏面)から透視した平面図、図1(b)は図1(a)のX1−X1線で切断した要部断面図、図1(c)は図1(a)のX2−X2線で切断した要部断面図、図1(d)は図1(a)のC部の第1主面(表面)側の電極の平面形状図である。
また図2は図1の拡大図であり、図2(a)は図1(b)のA部拡大図、図2(b)は図1(c)のB部拡大図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a main part of a micro power conversion device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) is a plan view seen through a second main surface (back surface) of a thin magnetic component. FIG. 1B is a cross-sectional view of main parts cut along line X1-X1 in FIG. 1A, FIG. 1C is a cross-sectional view of main parts cut along line X2-X2 in FIG. FIG. 3B is a plan view of the electrode on the first main surface (front surface) side of the portion C in FIG.
2 is an enlarged view of FIG. 1, FIG. 2 (a) is an enlarged view of portion A of FIG. 1 (b), and FIG. 2 (b) is an enlarged view of portion B of FIG. 1 (c).
尚、超小型電力変換装置としては、図10(a)に示したようにICチップ等の他の構成部品もあるが、図1ではそれらを省略し磁気誘導素子のみを示した。
フェライト基板16の中央部にソレノイド状コイルが形成され、周辺部に電極12、18が形成されている。ソレノイド状コイルはフェライト基板16の第1主面と第2主面に形成されたコイル導体14a、14bおよびこれらのコイル導体14a、14bを電気的に接続する貫通孔15aの側壁に形成される接続導体15cで構成される。電極18、12は第1主面と第2主面にそれぞれ形成され,貫通孔13aの側壁に形成される接続導体13cで互いに接続されている。第2主面に形成される電極12には貫通孔13aに接するスリット状の間隙11が形成され、このスリット状の間隙11は電極12の端部まで延在しており、その底はフェライト基板16が露出している。尚、図中の符号で13b、15bは充填樹脂、17は樹脂層である保護膜である。
As the ultra-small power converter, there are other components such as an IC chip as shown in FIG. 10A. However, in FIG. 1, only those magnetic induction elements are shown.
A solenoidal coil is formed at the center of the
図1で示すように、電極12にスリット状の間隙11を形成することで、はんだ実装の際、充填樹脂13b上にはボイドは発生するものの、2回目のリフローでは、スリット状の間隙11から吸湿した水分が放出されるため、ボイドが大きくなるのを防止することができる。このスリット状の間隙11の底部はフェライト基板16であるため、はんだが固着せず間隙11に沿って空洞の通路34が形成され(図5(b)参照)、その通路34からボイドの空気や湿気が外部に放出され、ボイドが2回目のリフローで大きくならない。
As shown in FIG. 1, by forming the slit-shaped
また、本発明は、電極12のスリットの空隙11のパターン形成の際には、フォトマスクのパターン変更のみで実行することができるため、新たな工程を追加することもなく、コストの増加を招くことはない。
図3、図4は図1の磁気誘導素子の製造方法を示す工程図であり、両図面の(a)〜(f)は工程順に示した要部製造工程断面図である。各工程で図3は図1(a)のY−Y線で切断した断面図に対応する要部断面図であり、図4は図1(a)のX2−X2線で切断した断面図に対応する要部断面図である。図3および図4は、1つのチップ部分(磁気誘導素子の部分)のみについて拡大して示してあるが、実際はこのようなチップを多数形成した基板として製造した。
Moreover, since the present invention can be executed only by changing the pattern of the photomask when forming the pattern of the
3 and 4 are process diagrams showing a method of manufacturing the magnetic induction element of FIG. 1, and (a) to (f) of both drawings are cross-sectional views of main part manufacturing processes shown in the order of processes. In each step, FIG. 3 is a cross-sectional view of the main part corresponding to the cross-sectional view taken along line YY of FIG. 1A, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line X2-X2 of FIG. It is a principal part sectional drawing corresponding. 3 and 4 show only one chip portion (magnetic induction element portion) in an enlarged manner, but in actuality, it was manufactured as a substrate on which a large number of such chips were formed.
絶縁磁性基板として、厚さ525μmのNi−Zn系フェライト基板16を用いた。なお、フェライト基板16の厚さは必要なインダクタンス、コイル電流値、磁性基板の特性から決定されるものであり、今回の実施例での厚さに限ったものではない。なお、絶縁基板としてフェライト基板16を用いたが、絶縁性の磁性基板であればどの材料でも良い。今回は、容易に基板状に成型し得る材料としてフェライト基板16を用いた。
A Ni—
まず、フェライト基板16に貫通孔13a、15aを形成する。ICチップとの接合に用いる電極18とプリント基板などに形成した基板電極との接合に用いる電極12とを接続する貫通孔が13a、コイル導体14a、14bを接続する貫通孔が15aである。加工方法は、レーザ加工、サンドブラスト加工、放電加工、超音波加工、機械加工などいずれの方法も適用でき、加工コスト、加工寸法などで決定する必要がある。今回の実施例では、最小加工寸法幅が0.13mmと微小なこと、加工個所が多いことからサンドブラスト法を用いた(図3(a)、図4(a)の工程)。
First, the through
つぎに、貫通孔13a、15aの接続導体13b、15bおよび第1主面、第2主面のコイル導体14a、14b、電極18、12を形成する。電極12に貫通孔13aに接し電極12の端部まで延在するスリット状の間隙11を形成する。この間隙11の底部はフェライト基板16が露出しており、この間隙11は電極12を貫通している。
まず、フェライト基板16全面に導電性を付与するために、Cr/Cuをスパッタ法で成膜し、めっきシード層41を形成する(図3(b)、図4(b)の工程)。このとき、貫通孔13a、15aへも導電性は付与されるが、必要であれば、無電解めっきなどを施しても良い。また、スパッタ法にかぎらず真空蒸着法、CVD(ケミカルベイパーデポジション)法、などを用いても良い。無電解めっきのみで形成する方法でも良い。ただし、フェライト基板16との密着性を十分得られる方法が望ましい。なお、導電性材料については導電性を持つ材料であればなんでも良い。密着性を得るための密着層として今回はCrを用いたが、Ti、W、Nb、Taなども用いることができる。また、Cuが後工程の電解めっき工程でめっきが生成されるシード層となるが、これもNi、Auなどを用いることができる。今回は、後工程での加工の容易さも考慮し、Cr/Cuの膜構成とした。
Next, the
First, in order to impart conductivity to the entire surface of the
つぎに、第1主面、第2主面に形成されるべきコイル導体14a、14b、電極18、12のパターンをフォトレジストを用いて形成する(図3(c)、図4(c)の工程)。本実施例ではネガ型のフィルムタイプのレジストを用いて、これらのパターンを形成した。このときのパターンで、電極12のスリット状の空隙11のパターン(スリット用フォトレジストパターン43)を形成しておく。また、42はスリット用フォトレジストパターンであり、43以外のフォトレジストパターンである。
Next, the patterns of the
次にレジストパターンの開口部へ電解めっきで導電層33としてCuを形成させる(図3(d)、図4(d)の工程)。このとき、貫通孔13a、15a部へもCuがめっきされ、接続導体13c、15cも同時に形成され、第1主面と第2主面のコイル導体14a、14bが接続され、ソレノイド状コイルが形成される。また、電極パターン18、12も同時に形成される。電解めっき後、不要なフォトレジスト、シード層を除去することで、所望のコイル導体14a、14bと電極18、12が形成される。このとき、電極12にスリット状の間隙11が形成される。このスリット状の間隙11の幅は後述するように電極11の厚さ以上とする(図3(e)、図4(e)の工程)。
Next, Cu is formed as the conductive layer 33 by electrolytic plating in the openings of the resist pattern (steps of FIGS. 3D and 4D). At this time, the through
つぎにコイル導体14b上に保護膜17を形成する(図3(f)、図4(f)の工程)。本実施例ではフィルム型の絶縁材料を用いた。保護膜17は保護膜としての機能を果たすとともに、貫通孔13a、15a内部を充填する機能も持つ。不要であれば形成する必要はないが、後工程でICチップなどの半導体素子を実装し、樹脂封止をする際、樹脂が流れ出してくるため、充填しておく必要がある。また、長期信頼性を考慮すると形成しておくのが望ましい。なお、絶縁膜形成方法はフィルム型の材料に限定されるものではなく、液状の絶縁材料をスクリーン印刷でパターン形成し、熱硬化させても良い。
Next, the
なお、コイル導体14a、14bおよび電極18、12となる導電層44の表面には必要に応じて、Ni、Auめっきなどを施し、表面処理層を形成する。本実施例では図3(d)、図4(d)の工程で、Cuを電解めっき後連続してNiおよびAuを電解めっきで形成した。なお、図3(f)、図4(f)の工程の終了後に無電解めっきでこれらを形成してよい。もしくは図3(e)、図4(e)の工程後に同様に無電解めっきを実施しても良い。これらの金属保護導体は後工程でのICチップなどの半導体素子との接続工程で安定した接続状態を得るためのものである。
In addition, Ni, Au plating etc. are given to the surface of the
前述した工程により、実装側(第2主面側)の電極12にスリット状の間隙11を形成した薄型磁気誘導素子が形成される。尚、電力変換装置としての構成をとるためには、図10(a)で示したように電源用のICチップ80を図1で示す磁気誘導素子に形成した電極18に接続する。構成の一例としては図10(a)に示したとおりスタッドバンプ81を用いて超音波接続で接合し、アンダーフィル89でICチップ80と磁気誘導素子を固定する。図10は一例であり、接合方法として本実施例ではスタッドバンプと超音波接合を用いたが、本構造ではこれに限定されるものではなく、はんだ接合、導電接着材などを用いても問題はない。また、ICチップ80と磁気誘導素子の固定にはアンダーフィル89を用いたが、これは必要に応じて材料を選定すれば良く、エポキシ樹脂などの封止材などでも良い。
Through the process described above, a thin magnetic induction element in which the slit-shaped
本実施例を用いた超小型電力変換装置を実装基板にはんだ実装し、ボイドの発生状況を調査した。
図5と図6は、ボイドの状態を示す図であり、図5は1回目のリフローで形成されたはんだのボイドの状態を示す図であり、図6は2回目のリフロー後のボイドの状態を示す図である。磁気誘導素子の断面図を比較したとき、図5(a)、図6は図2(a)に相当する断面図であり、図5(b)は図2(b)に相当する断面図である。図5、図6から1回目のリフローで形成されたはんだ32のボイド33aの体積V1が2回目のリフローでも成長することはなく、ボイド33bの体積V2は殆ど増加せず、実質的なはんだ実装面積の低下は見られなかった。これは図5(b)に示すスリット状の間隙11に形成された通路34を通ってボイド33aに溜まった湿気や空気が外界に抜けて行くためである。
The micro power converter using this example was solder mounted on a mounting board, and the occurrence of voids was investigated.
5 and 6 are views showing the state of the void, FIG. 5 is a view showing the state of the void of the solder formed by the first reflow, and FIG. 6 is the state of the void after the second reflow. FIG. 5A and 6 are cross-sectional views corresponding to FIG. 2A, and FIG. 5B is a cross-sectional view corresponding to FIG. is there. The volume V1 of the void 33a of the
このスリット状の間隙11の幅Mと電極12の厚さNを変化させ、はんだボイド33a、33bから成長状態を実験した。今回の実験では、電極12の厚さNを40μm、60μmを用い、スリット状の間隙11の幅Mを30μm〜80μmまで10μm間隔とした。その結果についてつぎに説明する。
図8は、1回目のリフロー工程を行った後のボイド体積に対する2回目のリフロー工程を行った後のボイド体積の比率(V2/V1)とスリット状の間隙の幅Mの関係を示した相関図である。図8(a)は電極12の厚さNが40μmの場合であり、図8(b)は電極12の厚さNが60μmの場合である。図8は2回目のリフロー工程でのボイド体積V2が1回目のリフロー工程でのボイド体積V1の何倍に増大したかを表したものである。2回のリフロー工程を行うのは、従来技術で説明した通りであるのでここでは説明を省略する。
The growth state was tested from the solder voids 33a and 33b by changing the width M of the slit-shaped
FIG. 8 shows the correlation between the void volume ratio (V2 / V1) after the second reflow process and the void width M after the first reflow process and the slit width M. FIG. FIG. 8A shows the case where the thickness N of the
図8に示すデータは、リフロー工程に関する信頼性試験規格に準拠したリフロー工程を適用して得られたものである。すなわち、そのリフロー工程は、はんだの耐熱性を確認するための前工程とその後高温で加熱処理してリフローする後工程の2つの工程で構成されている。前工程の条件は吸湿処理を行うための前処理条件であり、この前処理条件は温度が85℃、湿度が85%、時間が192時間である。後工程の条件は実際にリフローする条件であり温度が260℃、時間が2分である。後工程ではんだ内の湿気を吸引したボイド33bがはじける(ポップコーン現象)などの不具合が発生していないか否か調査して通常は良否を判定する。 The data shown in FIG. 8 is obtained by applying a reflow process based on the reliability test standard for the reflow process. That is, the reflow process is composed of two processes, a pre-process for confirming the heat resistance of the solder and a post-process for reflowing after heat treatment at a high temperature. The conditions for the pre-process are pre-treatment conditions for performing a moisture absorption treatment. The pre-treatment conditions are a temperature of 85 ° C., a humidity of 85%, and a time of 192 hours. The post-process conditions are the actual reflow conditions, the temperature is 260 ° C., and the time is 2 minutes. It is usually determined whether the void 33b that has sucked the moisture in the solder in the subsequent process is repelled (popcorn phenomenon) or the like is not defective.
しかし、ここでは前記したように1回目のリフロー工程で発生したボイド体積V1が2回目のリフロー工程でそのボイド体積V2がどの程度大きくなったかを調査した。1回目のリフロー工程と2回目のリフロー工程は前記した条件と同じ条件である。尚、前記の前処理条件は湿度を与えたときのはんだのリフロー耐熱を保証する条件であり、リフロー試験規格でレベル1と称せられる階級の規格に準じている。
However, here, as described above, it was investigated how the void volume V1 generated in the first reflow process was increased in the second reflow process. The first reflow process and the second reflow process are the same conditions as described above. The pretreatment conditions are conditions for guaranteeing the reflow heat resistance of the solder when humidity is applied, and conform to a class standard referred to as
ボイド体積V1、V2の調査において、ボイド33a、33bははんだ32と充填樹脂13bの境界に形成されるために外部から直接測定することはできない。そこで充填樹脂13bとはんだ33の接合部付近の断面(図1のX1−X1線で切断した断面近傍)を研磨してボイド33a、33bの断面形状を出し、ボイド33a,33bの最大幅W1、W2と最大高さH1、H2を測定する。図7で示すように、ボイド33a、33bの形状を円筒形と仮定して、この円筒形の底面の直径(D=2r)はボイド33a、33bの最大幅W1、W2とし、円筒形の高さ(h)はボイド33a、33bの最大高さH1、H2として円筒形の体積(πr2×h)を算出してボイド体積V1、V2とした。
In the investigation of the void volumes V1 and V2, the
図8(a)に示すように、電極12の厚さNが40μmの場合は、スリット状の間隙11の幅M(間隔)が40μm未満であると、一部の素子でボイドの増加が確認された。これは、スリット状の間隙11の幅Mが狭すぎて、はんだ33がスリットの間隙11箇所でブリッジングを発生させてしまい、スリット状の間隙11に沿って出来るはずの通路34が狭まりボイド33内の水分や気体が放出されづらくなっているためである。
As shown in FIG. 8A, when the thickness N of the
また、図8(b)に示すように、電極12の厚さNが60μmの場合は、スリット状の間隙11の幅Mが60μm未満であると、40μmの場合と同様に、一部の素子でボイドの増加が確認された。これは、スリット状の間隙11の幅Mが狭すぎて、はんだ33がスリットの間隙11箇所でブリッジングを発生させてしまい、スリット状の間隙11に沿って出来るはずの通路34が狭まりボイド33内の水分や気体が放出されづらくなっているためである。
Further, as shown in FIG. 8B, when the thickness N of the
このことから、スリット状の間隙11の幅M(間隔)を電極12の厚さNよりも大きくすることで、ボイド体積比を1.0付近の小さな値にできて、2回目のリフローでの不良数を減少させることができて、2回のはんだリフローでの良品率を向上させることができる。
Therefore, by making the width M (interval) of the slit-shaped
図9は、この発明の第2実施例の超小型電力変換装置の要部断面図である。この断面図は図1(c)の断面図に相当する断面図であり、貫通孔13a、接続導体13c,充填樹脂13bを参考までに点線で示した。
図1との違いは、スリット状の間隙11が凹部11aの溝であり、この凹部11aの溝では溝の底部でフェライト基板16が露出していない点である。この第2実施例は電極12aにスリット状の間隙である凹部11aを形成するときに、スリット状の間隙の底部のフェライト基板16が露出する前にエッチングを停止させ、スリット状の間隙である凹部11aの底部の厚さを1μm程度にする。これは、スリット状の間隙を形成するためのエッチングが十分行われず底部に電極12aの残渣が残った場合も含んでいる。特に、電極12aの厚さが厚く、凹部11aの側壁が数十μmと高い場合には、はんだが凹部11aの底部に充填されず、凹部11aに沿って空洞の通路ができて2回目のリフロー工程でボイド体積の増大が抑制される。
FIG. 9 is a cross-sectional view of an essential part of the micro power converter according to the second embodiment of the present invention. This cross-sectional view is a cross-sectional view corresponding to the cross-sectional view of FIG. 1C, and the through
The difference from FIG. 1 is that the slit-
また、凹部11aの底部に保護膜17の残渣が被覆した場合にははんだが凹部11aの底部に付き難く通路が一層出来易くなり、ボイド体積の増大はさらに抑制される。
なお、第1、第2実施例において、ソレノイド状コイルを一例として実施したが、本発明においては、コイル形成は関係なく、渦巻き状(スパイラル状)コイルやトロイダル状コイルなど別の形状のコイルについても適用できることは勿論である。
Further, when the residue of the
In the first and second embodiments, the solenoid coil is used as an example. However, in the present invention, the coil formation is not related, and a coil having a different shape such as a spiral coil or a toroidal coil is used. Of course, it is applicable.
11 スリット状の隙間
11a 凹部
12,12a 電極(第2主面)
13a 貫通孔(電極部)
13b 充填樹脂(電極部)
13c 接続導体(電極部)
14a コイル導体(第1主面)
14b コイル導体(第2主面)
15a 貫通孔(コイル導体部)
15b 充填樹脂(コイル導体部)
15c 接続導体(コイル導体部)
16 フェライト基板
17 保護膜(樹脂層)
18 電極(第1主面)
31 実装電極
32 はんだ
33a ボイド(1回目のリフロー後)
33b ボイド(2回目のリフロー後)
34 通路
41 めっきシード層
42 フォトレジストパターン
43 スリット用フォトレジストパターン
44 導電層
11 slit-like
13a Through hole (electrode part)
13b Filling resin (electrode part)
13c Connecting conductor (electrode part)
14a Coil conductor (first main surface)
14b Coil conductor (second main surface)
15a Through hole (coil conductor part)
15b Filling resin (coil conductor part)
15c Connecting conductor (coil conductor)
16
18 electrodes (first main surface)
31 Mounting
33b Void (after the second reflow)
34
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006340252A JP2008153455A (en) | 2006-12-18 | 2006-12-18 | Ultra-compact power converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006340252A JP2008153455A (en) | 2006-12-18 | 2006-12-18 | Ultra-compact power converter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2008153455A true JP2008153455A (en) | 2008-07-03 |
Family
ID=39655310
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2006340252A Withdrawn JP2008153455A (en) | 2006-12-18 | 2006-12-18 | Ultra-compact power converter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2008153455A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102760702A (en) * | 2012-07-18 | 2012-10-31 | 西安永电电气有限责任公司 | Substrate and electronic device using same |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1065043A (en) * | 1996-08-13 | 1998-03-06 | Sumitomo Kinzoku Electro Device:Kk | Ball grid array type package substrate and method of manufacturing the same |
| JP2006073868A (en) * | 2004-09-03 | 2006-03-16 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | Manufacturing method of micro power converter |
-
2006
- 2006-12-18 JP JP2006340252A patent/JP2008153455A/en not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1065043A (en) * | 1996-08-13 | 1998-03-06 | Sumitomo Kinzoku Electro Device:Kk | Ball grid array type package substrate and method of manufacturing the same |
| JP2006073868A (en) * | 2004-09-03 | 2006-03-16 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | Manufacturing method of micro power converter |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102760702A (en) * | 2012-07-18 | 2012-10-31 | 西安永电电气有限责任公司 | Substrate and electronic device using same |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3610339B2 (en) | High density electronic package and manufacturing method thereof | |
| US20220181064A1 (en) | Inductor built-in substrate and method for manufacturing the same | |
| US9514876B2 (en) | Inductor device, method for manufacturing the same and printed wiring board | |
| CN100492637C (en) | Semiconductor device packaging, manufacturing method thereof, and semiconductor device | |
| JP3670917B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| KR100782405B1 (en) | Printed Circuit Board Manufacturing Method | |
| CN101266868B (en) | Ultra-small electric power conversion device | |
| US9928952B2 (en) | Coil-embedded integrated circuit substrate and method of manufacturing the same | |
| US20160042857A1 (en) | Chip electronic component and board having the same | |
| JP2004274004A (en) | Micro power converter | |
| US9307645B2 (en) | Printed wiring board and method for manufacturing printed wiring board | |
| JP3377786B2 (en) | Semiconductor chip | |
| CN104700982A (en) | Chip electronic component and manufacturing method thereof | |
| JP2011151185A (en) | Wiring board and semiconductor device | |
| US20090243389A1 (en) | Multiple output magnetic induction unit and a multiple output micro power converter having the same | |
| JP2008147297A (en) | Ultra-compact power converter | |
| JP2008159973A (en) | Electronic component module and circuit board with built-in components incorporating the module | |
| JP3377787B1 (en) | Semiconductor chip and semiconductor device using the same | |
| JP4759981B2 (en) | Manufacturing method of electronic component built-in module | |
| JP4065125B2 (en) | Component built-in module and manufacturing method thereof | |
| US20080308309A1 (en) | Structure of packaging substrate having capacitor embedded therein and method for fabricating the same | |
| CN219658518U (en) | Integrated circuit device | |
| JP2006041122A (en) | Element with built-in electronic component, electronic apparatus and manufacturing method thereof | |
| JP2008153455A (en) | Ultra-compact power converter | |
| CN115224008A (en) | Package substrate |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20081216 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20090219 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090714 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20091112 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20110422 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20110427 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110531 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20110801 |