2014 Fiscal Year Annual Research Report
大電流プレーナパワーインダクタ内蔵ＬＳＩパッケージ集積化電源の研究開発
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24560328
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
佐藤 敏郎 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (50283239)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | パワーエレクトロニクス / LSIパッケージ / パッケージレベルDCパワーグリッド / DC-DCコンバータ / パワーインダクタ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、LSIの次世代パワーデリバリーとしてパッケージ集積化電源の基盤技術の確立を目的に行っているものである。平成26年度の研究実績は以下の通りである。
１．プレーナパワーインダクタ内蔵LSIパッケージ集積化電源の試作と評価
Zn-Feフェライト磁心プレーナパワーインダクタ内蔵有機インターポーザ上に180nm-CMOSプロセスで作製したCMOSスイッチをフリップチップ実装し、パッケージ集積化50MHzスイッチング降圧DC-DCコンバータを試作した。入力電圧2V、デューティ比を0.5で固定して測定した出力電力-効率特性によれば、0.855V－1A出力で74％の主回路効率が得られた。空心スパイラルインダクタを用いた場合の効率は67％程度であり、インダクタへのフェライト磁心装荷による明確な電源特性の向上が示された。パワーインダクタ内蔵有機インターポーザにCMOSスイッチDC-DCコンバータを集積した世界初の成果であり、次世代パワーデリバリーとして期待されるパッケージレベルDCパワーグリッドの基盤技術を確立することができた。
２．インターポーザ内蔵プレーナパワーインダクタの高性能化の検討
CMOSスイッチ降圧DC-DCコンバータの試作と評価をとおして、電源効率を向上させるにはインターポーザ内蔵パワーインダクタの高Q化が必要であることを明らかにし、三次元高周波電磁界シミュレータによってインダクタンスの増大とQ値に向上を目的に、種々のインダクタ構造に対して特性解析を行った。積層スパイラルコイルを金属磁性微粒子分散複合材料中に埋め込んだ閉磁路インダクタ構造がこれまでとほぼ同じ約1mm角のフットプリントで40nH程度のインダクタンスと、30を越える高いQ値を得ることができることを明らかにした。
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[Journal Article] CMOS Switch Buck DC-DC Converter Fabricated in Organic Interposer with Embedded Zn-Fe Ferrite Core Inductor2015
Author(s)
Kazuhiro Hagita, Yuichiro Yazaki, Yuta Kondo, Makoto Sonehara, Toshiro Sato, Tomohiro Fujii, Kazutaka Kobayashi, Shinji Nakazawa, Hiroshi Shimizu, Tetsuro Watanabe, Yuto Seino, Nobuhiro Matsushita, Yuki Yanagihara, Takao Someya, Hiroshi Fuketa, Makoto Takamiya, Takayasu Sakurai
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Journal Title
Journal of the Magnetics Society of Japan
Volume: 39
Pages: 71-79
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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