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

• 研究課題/領域番号: 24560328
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 電力工学・電力変換・電気機器
• 研究機関: 信州大学
• 研究代表者: 佐藤 敏郎 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (50283239)
• 連携研究者: 桜井 貴康 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (90282590)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2014年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2013年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2012年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: 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 / 金属磁性微粒子 / 複合材料磁心

研究成果の概要

本研究は、CMOSロジックLSIへの直流電源供給をモチーフに、Zn-Feフェライトめっき厚膜とカルボニル鉄／エポキシ複合材料厚膜を磁心に用いた有機インターポーザ内蔵パワーインダクタの開発と、有機インターポーザ集積化CMOSスイッチ降圧DC-DCコンバータを試作・評価したものである。フェライト厚膜スパイラルインダクタを用いた180nm-CMOSスイッチ降圧DC-DCコンバータはスイッチング周波数50MHzで動作し、2V入力－0.855V・1A出力時の主回路効率は74％であった。本研究の成果はパッケージレベルの直流電源グリッドの確立をとおして電子機器の省電力化に貢献するものと期待される。

研究成果

• [雑誌論文] CMOS Switch Buck DC-DC Converter Fabricated in Organic Interposer with Embedded Zn-Fe Ferrite Core Inductor (2015)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Journal of the Magnetics Society of Japan 巻: 39 号: 2 ページ: 71-79
  • DOI: 10.3379/msjmag.1501R002
  • NAID: 130004951235
  • ISSN: 1882-2924, 1882-2932
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Efficiency Increase in On-Chip Buck Converter by Introduction of High Permeability Material to Inductor on Interposer (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Fuketa, Y. Shinozuka, K. Ishida, M. Takamiya, T. Fujii, H. Shimizu, K. Kobayashi, T. Sato, T. Sakurai
  • 雑誌名: 粉体および粉末冶金 巻: 61 号: S1 ページ: S340-S342
  • DOI: 10.2497/jjspm.61.S340
  • NAID: 130004482708
  • ISSN: 0532-8799, 1880-9014
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Embedded Planar Power Inductor in an Organic Interposer for Package-Level DC Power Grid (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Yazaki, Kazuma Ishidate, Kazuhiro Hagita, Yuta Kondo, Saki Hattori, Makoto Sonehara, Toshiro Sato, Tetsuro Watanabe, Yuto Seino, Nobuhiro Matsushita
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Magnetics 巻: 50 号: 11 ページ: 1-4
  • DOI: 10.1109/tmag.2014.2327965
  • NAID: 120007101504
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Carbonyl-Iron/Epoxy Composite Magnetic Core for Planar Power Inductor Used in Package-Level Power Grid (2013)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Sugawa, Kazuma Ishidate, Makoto Sonehara, Toshiro Sato
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Magnetics 巻: 49(7) 号: 7 ページ: 4172-4175
  • DOI: 10.1109/tmag.2013.2250925
  • NAID: 120007113727
  • 査読あり
• [雑誌論文] LSIパッケージ集積化電源用Znフェライト磁心プレーナパワーインダクタの有機インターポーザへの内蔵に関する検討 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小林洸貴、佐藤史宏、萩田和洋、武田理恵、曽根原誠、佐藤敏郎、松下伸広、小林和貴、清水浩、藤井朋治、石田光一、桜井貴康
  • 雑誌名: Journal of the Magnetics Society of Japan 巻: 37 号: 4 ページ: 314-319
  • DOI: 10.3379/msjmag.1305R012
  • NAID: 130003369175
  • ISSN: 1882-2924, 1882-2932
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication of a Zn ferrite thick film planar power inductor for DC-DC converter LSI package (2013)
  • 著者名/発表者名: Shinya Okazaki, Asako Takeuchi, Akihiro Takeshima, Makoto Sonehara, Toshiro Sato, Nobuhiro Matsushita
  • 雑誌名: ELECTRONICS AND COMMUNICATIONS IN JAPAN 巻: 96(4) ページ: 53-60
  • NAID: 210000172143
• [雑誌論文] 90% High Efficiency and 100-W/cm3 High Power Density Integrated DC-DC Converter for Cellular Phones (2013)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Sugahara, Kouhei Yamada, Masaharu Edo, Toshiro Sato, and Kiyohito Yamasawa
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Power Electronics 巻: 28(4) 号: 4 ページ: 1994-2004
  • DOI: 10.1109/tpel.2012.2197762
  • 査読あり
• [学会発表] 鉄系メタルコンポジット材料磁心平面スパイラル積層型インダクタの特性解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 近藤 雄太，矢崎 裕一朗，佐藤 敏郎，曽根原 誠
  • 学会等名: 平成27年電気学会全国大会
  • 発表場所: 東京都市大学（東京）
  • 年月日: 2015-03-26
• [学会発表] Embedded Zn-Fe Ferrite Core Inductor in an Organic Interposer and Its Application to a CMOS Switch Buck DC-DC Converter (2014)
  • 著者名/発表者名: 萩田和洋，矢崎裕一朗，近藤雄太，曽根原誠，佐藤敏郎，藤井朋治，小林和貴，中澤信司，清水浩，渡辺哲朗，清野裕斗，松下伸広，柳原裕貴，染谷晃基，更田裕司，高宮真，桜井貴康
  • 学会等名: 電気学会マグネティックス研究会
  • 発表場所: 浜名湖ロイヤルホテル（浜松市）
  • 年月日: 2014-12-25
• [学会発表] LSIパッケージレベルDCパワーグリッドにおけるDC-DCコンバータ用薄型インダクタの開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 矢崎裕一朗，近藤雄太，渡辺哲朗，清野裕斗，曽根原誠，佐藤敏郎，松下伸広
  • 学会等名: 電子情報通信学会 電子部品･材料研究会
  • 発表場所: 信州大学工学部（長野市）
  • 年月日: 2014-10-25
• [学会発表] 有機インターポーザー内蔵フェライトインダクタを用いたCMOSスイッチ降圧DC-DCコンバータ (2014)
  • 著者名/発表者名: 萩田和洋，矢崎裕一朗，近藤雄太，曽根原誠，佐藤敏郎，藤井朋治，小林和貴，中澤信司，清水浩，渡辺哲朗，清野裕斗，松下伸広，柳原裕貴，染谷晃基，更田裕司, 桜井貴康
  • 学会等名: 第38回 日本磁気学会学術講演会
  • 発表場所: 慶應義塾大学日吉キャンパス（横浜市）
  • 年月日: 2014-09-03
• [学会発表] Zn-Feフェライトめっき膜と鉄系微粒子複合材料を用いたLSI電源用ハイブリッド磁心インダクタの開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 近藤雄太，矢崎裕一朗，渡辺哲朗，清野裕斗，曽根原誠，佐藤敏郎，松下伸広
  • 学会等名: 応用物理学会北陸・信越支部 第2回有機･無機エレクトロニクスシンポジウム
  • 発表場所: 信州大学工学部（長野市）
  • 年月日: 2014-07-11
• [学会発表] グリーンLSI電源用ハイブリッド磁心プレーナパワーインダクタの開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 矢崎裕一朗，近藤雄太，石立一馬，萩田和洋，渡辺哲朗，清野裕斗，曽根原誠，佐藤敏郎，松下伸広
  • 学会等名: 2014アカデミックプラザ、エレクトロニクス実装学会
  • 発表場所: 東京ビッグサイト（東京都）
  • 年月日: 2014-06-06
• [学会発表] Embedded planar power inductor in organic interposer for package-level DC power gird (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Yazaki, Kazuma Ishidate, Kazuhiro Hagita, Yuta Kondo, Saki Hattori, Makoto Sonehara, Toshiro Sato, Nobuhiro Matsushita, Tetsuro Watanabe, Yuto Seino
  • 学会等名: IEEE International Magnetics Conference (INTERMAG) 2014
  • 発表場所: ドレスデン国際会議場（ドイツ）
  • 年月日: 2014-05-07
• [学会発表] Magnetic Properties of Spin-sprayed Ferrite Film Deposited on Glass/Epoxy Build-up Layer in Organic Interposer Substrate (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Hagita, Hiroki Kobayashi, Fumihiro Sato, Yuichiro Yazaki, Makoto Sonehara, Toshiro Sato, Tetsuro Watanabe, Nobuhiro Matsushita, Tomoharu Fujii, Hiroshi Shimizu, Kazutaka Kobayashi
  • 学会等名: The 11th International Conference on Ferrites (ICF11)
  • 発表場所: 沖縄コンベンションセンター（沖縄県）
• [学会発表] LSIパッケージ内蔵用ハイブリッド磁心装荷インダクタの試作 (2013)
  • 著者名/発表者名: 石立一馬、萩田和洋、矢崎裕一朗、曽根原誠、佐藤敏郎、渡辺哲朗、松下伸広
  • 学会等名: 第37回日本磁気学会学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学（札幌市）
• [学会発表] LSI有機インターポーザ内蔵型フェライト磁心装荷プレーナパワーインダクタの特性改善に向けた検討 (2013)
  • 著者名/発表者名: 萩田和洋、矢崎裕一朗、渡辺哲朗、佐藤敏郎、曽根原誠、松下伸広、藤井朋治、清水浩、小林和貴
  • 学会等名: 第37回日本磁気学会学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学（札幌市）
• [学会発表] LSIパッケージ集積化電源用ハイブリッド磁心パワーインダクタの特性解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 矢崎裕一朗、萩田和洋、曽根原誠、佐藤敏郎、松下伸広、小林和貴、清水浩、藤井朋治
  • 学会等名: 電気学会基礎・材料・共通部門大会
  • 発表場所: 横浜国立大学（横浜市）
• [学会発表] ビルドアップ層平坦化プロセスを導入したZn-Feフェライト磁心パワーインダクタのLSI有機インターポーザ内蔵に関する検討 (2013)
  • 著者名/発表者名: 萩田和洋、矢崎裕一朗、渡辺哲朗、佐藤敏郎、曽根原誠、松下伸広、藤井朋治、清水浩、小林和貴
  • 学会等名: 電気学会マグネティックス研究会
  • 発表場所: 金沢大学（金沢市）
• [学会発表] パッケージレベルパワーグリッドの実現に向けたハイブリッド磁心プレーナパワーインダクタの試作と評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 石立一馬、矢崎裕一朗、萩田和洋、曽根原誠、佐藤敏郎、渡辺哲朗、松下伸広
  • 学会等名: 電気学会マグネティックス研究会
  • 発表場所: 金沢大学（金沢市）
• [学会発表] LSIの次世代パワーデリバリーの研究動向 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐藤敏郎
  • 学会等名: 電気学会マグネティックス研究会
  • 発表場所: 金沢大学（金沢市）
• [学会発表] Magnetic core power inductor embedded in plastic interposer toward power supply integrated in LSI Package (2012)
  • 著者名/発表者名: Toshiro Sato, Makoto Sonehara, Hiroki Kobayashi, Fumihiro Sato, Kazuhiro Hagita, Rie Takeda, Nobuhiro Matsushita, Tomohiro Fujii, and others
  • 学会等名: International Workshop on Power Supply on Chip 2012 (PowerSoC'12), IEEE Power Electronics Society
  • 発表場所: Palace Hotel, San Francisco, CA, USA
  • 招待講演
• [学会発表] LSIパッケージ集積化電源用プレーナパワーインダクタのインターポーザ内蔵に関する検討 (2012)
  • 著者名/発表者名: 小林洸貴，佐藤史宏，萩田和洋，武田理恵，曽根原誠，佐藤敏郎，松下伸広，小林和貴，清水浩，藤井朋治，石田光一，桜井貴康
  • 学会等名: 電気学会マグネティックス研究会
  • 発表場所: 信州大学工学部
• [学会発表] A study of Zn-ferrite film planar power inductor embedded in LSI interposer for integrated power supply
  • 著者名/発表者名: Hiroki Kobayashi, Fumihiro Sato, Kazuhiro Hagita, Rie Takeda, Makoto Sonehara, Toshiro Sato, Nobuhiro Matsushita, Kazutaka Kobayashi, and others
  • 学会等名: International Conference of the Asian Union of Magnetic Societies (ICAUMS) 2012
  • 発表場所: Nara Prefectural New Public Hall, Nara, Japan
• [学会発表] Development of Micro Magnetic Devices for High-Frequency Power Conversion and RF Applications
  • 著者名/発表者名: Toshiro Sato, Makoto Sonehara, Kenji Ikeda, Hidetoshi Nakayama, Kazutaka Takizawa
  • 学会等名: International Conference of the Asian Union of Magnetic Societies (ICAUMS) 2012
  • 発表場所: Nara Prefectural New Public Hall, Nara, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] インターポーザ上インダクタの高透磁率材導入による オンチップBuckコンバータ回路の高効率化の検討
  • 著者名/発表者名: 篠塚康大，更田裕司，石田光一，高宮真，佐藤敏郎，桜井貴康
  • 学会等名: 電気学会マグネティックス研究会
  • 発表場所: 大阪市立大学
• [学会発表] 溶液プロセスによるパワーインダクタ用軟磁性Zn-Co置換フェライト膜の作製
  • 著者名/発表者名: 渡辺哲朗，勝又健一，丑田公規，岡田清，松下伸広，萩田和洋，曽根原誠，佐藤敏郎
  • 学会等名: 電気学会マグネティックス研究会
  • 発表場所: 大阪市立大学
• [学会発表] LSIパッケージレベルパワーグリッド用CMOSスイッチDC-DCコンバータに向けたプレーナパワーインダクタの検討
  • 著者名/発表者名: 佐藤史宏，萩田和洋，小林洸貴，渡辺哲朗，杉本直樹，曽根原誠，佐藤敏郎，松下伸広，小林和貴，清水浩，中澤信司，藤井朋治，桜井貴康
  • 学会等名: 電気学会マグネティックス研究会
  • 発表場所: 大阪市立大学
• [学会発表] Carbonyl-iron/epoxy composite magnetic core for planar power inductor used in POL DC-DC converter for package-level power grid
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Sugawa, Kazuma Ishidate, Makoto Sonehara, Toshiro Sato
  • 学会等名: 12th Joint MMM/Intermag Conference, IEEE Magnetics Society, American Institute of Physics
  • 発表場所: Hyatt Regency Chicago, Chicago, IL, USA
• [図書] 電気学会技術報告「高周波マイクロ磁気応用技術の最新動向」 (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐藤敏郎（編者、分担執筆）、他
  • 出版者: 電気学会
• [備考] 信州大学先端磁気デバイス研究室ホームページ
  • URL: http://amdl.shinshu-u.ac.jp/
• [備考] 信州大学先端磁気デバイス研究室ホームページ
  • URL: http://amdl.shinshu-u.ac.jp/
• [備考] 信州大学先端磁気デバイス研究室ホームページ
  • URL: http://amdl.shinshu-u.ac.jp/
• [産業財産権] インダクタ (2014)
  • 発明者名: 佐藤敏郎、曽根原誠
  • 権利者名: 信州大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2014-116465
  • 出願年月日: 2014-06-05
• [産業財産権] ハイブリッド磁心装荷パワーインダクタ (2013)
  • 発明者名: 佐藤敏郎、曽根原誠
  • 権利者名: 信州大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2013-180326
  • 出願年月日: 2013-08-30