JP2000124031A - 厚膜プリントコイルおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】モータ用の厚膜プリントコイルにおいて、表裏
のコイルパターンを接続する導体部を小径化するととも
に機械的強度を大きくする。 【解決手段】絶縁基板１の両面に銅箔２を接着した積層
板を使用する。必要個所に貫通穴３を形成し、内壁に予
めメッキ層４を形成しておく。エッチングにより基板の
表裏にコイル導体パターンを形成したのち、貫通穴３に
樹脂８を充填する。そして、この導体パターンの断面積
を広げるために電解メッキを行う。このメッキにより、
コイル導体パターン６は厚み方向に大きく電解メッキ層
７が形成される。このように、表裏の導体コイルパター
ンを接続するスルーホールを樹脂で充填したため、絶縁
基板との膨張係数の違いにより導体に作用する引っ張り
応力（加熱時）または圧縮応力（冷却時）については、
上面および下面の全体に分散されて特定個所へ集中しな
くなるため、熱サイクル疲労による断線を著しく軽減す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、小型モータ用コ
イルなどに使用されるプリント配線板技術を利用した厚
膜プリントコイルおよびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】モータ駆動系を有する電子機器において
も小型・軽量化や薄型化に対する要求がますます増大し
ており、それにともなってモータ自体の小型、高性能化
が重要な課題となっている。モータの小型、高性能化に
は、占積率の高いコイルをいかに実現してゆくかが必要
不可欠な条件となっている。従来より広範に使用されて
いる小型モータ用コイルは、エナメル線を渦巻き状に巻
線処理した巻線タイプのコイルであるが、巻線の外形寸
法精度にバラツキがあり、銅線の断面形状が円形である
ことから占積率が低く、コイル寸法を小さくする上で支
障となっていた。

【０００３】そこで、このような問題点を解決する手段
として、プリント配線板技術を利用したシート状のプリ
ントコイルが注目され、小型モータ用コイルとして広く
使用されるようになってきた。このプリントコイルは、
絶縁基板上に銅箔からなる渦巻き状をしたコイルパター
ンを平面的に形成したものであり、製造方法としてはサ
ブトラクティブ法（エッチング法）が用いられる。サブ
トラクティブ法は、絶縁基板の表裏両面に比較的厚い銅
箔を接着した基板を用い、コイルパターン部以外の銅箔
をエッチングによって除去することによりコイルパター
ンを形成したものであり、通常のプリント配線板と全く
同様の技術で製造することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、サブトラク
ティブ法特有の問題点として、レジストの側面からパタ
ーン内にエッチングが侵行するサイドエッチング現象が
ある。このサイドエッチングのため、サブトラクティブ
法で製造したコイルは導体パターン幅が細くなって導体
間隔が広がり、占積率が低下するという欠点があった。
そこで、本出願人は、上記エッチング処理によって絶縁
基板上に形成された導体上に電解メッキによる導体層を
形成することにより、導体の断面積を増大させることを
可能にした配線基板の製造方法（特公平７−１９９５０
号）を提案し、これにより占積率の高い厚膜プリントコ
イルが得られるようになった。しかし、より高い占積率
を得るには、基板の表裏を接続する導通部をより小さく
してパターン面積を広げ、巻線数を増大することが必要
である。

【０００５】しかしながら、モータ用の厚膜プリントコ
イルでは、一般のプリント配線板と異なり、ロータマグ
ネットから磁力による反作用を受け、さらに、比較的大
きな電流や磁気損などによって導通部が発熱するため絶
縁基板と導体との膨張係数の違いにより応力が発生す
る。したがって、基板の表裏を接続する導通部（スルー
ホール）を小径にした場合、前記導通部が欠損しやすく
信頼性に欠けるという問題点があった。

【０００６】この発明は、上述したような欠点を解決
し、基板の表裏を接続するスルーホールを小さくしても
十分な機械的強度を有し、信頼性の高い厚膜プリントコ
イルおよびその製造方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載した厚膜
プリントコイルは、絶縁基板の表裏両面にコイル導体パ
ターン、および、前記絶縁基板を貫通し内壁に形成した
導体金属層により前記表裏のコイル導体パターンを接続
するスルーホールを形成するとともに、該スルーホール
の内部に樹脂を充填した。

【０００８】また、前記コイル導体パターンは、その断
面形状が中腹部から上部を中心に側部全体が削られた山
型または略Ｉ型に形成した基礎となるコイル導体パター
ンの周囲に幅方向よりも厚み方向に厚い電解メッキ層を
被着させたパターンである。

【０００９】さらに、前記スルーホールを直径１ｍｍ以
下の略円筒形に形成し、前記コイル導体パターンのコイ
ル導体厚みを略５０〜３００μｍ、コイル導体幅を略５
０〜３００μｍとした。

【００１０】厚膜プリントコイルをプリントモータ用の
コイルとして用いた場合、電流や磁気損などによる発熱
でスルーホールおよびその周辺の絶縁基板が伸縮する。
導体と絶縁基板とは膨張係数が違うので、加熱時は導体
に引っ張りの応力が作用し、冷却時は導体に圧縮の応力
が作用する。したがって、図５に示すように中央に空洞
を有する従来のスルーホール１７の場合、応力がコーナ
部１７ａに集中し、熱サイクル疲労によりコーナ部１７
ａが欠損して断線しやすくなる。これに対して本願発明
では、図４に示すようにスルーホールの内部に樹脂８を
充填したため、上記応力は上面および下面の全体に分散
されて特定個所へ集中しなくなり、熱サイクル疲労によ
る断線を著しく軽減することができる。

【００１１】また、断面形状を山型または略Ｉ型に形成
した基礎となる導体コイルパターンにメッキを施すよう
にしたため、幅方向よりも厚み方向に乗りよいメッキを
行うことができる。この技術については、特公平７−１
９９５０号公報に詳細に記載されており、ここでは説明
を省略する。したがって、メッキされた導体パターンは
高断面となるとともに、幅方向の厚みが薄くなる（線幅
の間隔を小さくすることができる。）。

【００１２】請求項４に記載した厚膜プリントコイルの
製造方法は、絶縁基板の表裏両面に基礎となるコイル導
体パターン、および、前記絶縁基板を貫通し内壁に形成
された導体金属層により前記表裏のコイル導体パターン
を接続するスルーホールを形成した後、前記スルーホー
ル内部に樹脂を充填した後、前記基礎となるコイル導体
パターンにメッキを施すことにより、前記コイル導体パ
ターンの導体断面積を大きくする。

【００１３】請求項５に記載した厚膜プリントコイルの
製造方法は、絶縁基板を貫通し内壁に形成された導体金
属層により該絶縁基板の表裏両面を接続するスルーホー
ルを形成し、前記スルーホール内部に樹脂を充填した
後、前記絶縁基板の表裏両面に前記スルーホールによっ
て接続されるコイル導体パターンを形成し、さらに、前
記スルーホールに充填した樹脂を取り除くことなく、前
記コイル導体パターンにメッキを施すことにより、該コ
イル導体パターンの導体断面積を大きくする。

【００１４】また、前記基礎となるコイル導体パターン
は、断面形状を中腹部から上部を中心に側部全体が削ら
れた山型または略Ｉ型に形成し、前記基礎となるコイル
導体パターンに幅方向よりも厚み方向に厚い電解メッキ
層を被着させる。

【００１５】さらに、前記貫通穴を直径１．０ｍｍ以下
に形成し、前記メッキを、コイル導体厚みが略５０〜３
００μｍ、コイル導体幅が略５０〜３００μｍになるま
で行う。

【００１６】請求項４に記載した製造方法では、絶縁基
板の表裏両面に基礎となるコイル導体パターンおよび表
裏のコイル導体パターンを接続するスルーホールを形成
する。そして、該スルーホールの内部に樹脂を充填した
後、基礎となるコイル導体パターンにメッキを施すこと
により、導体パターンの導体断面積を広げる。なお、ス
ルーホール内部に充填する樹脂は、導電性のものであっ
てもよいし、絶縁性のものであってもよい。これによ
り、スルーホールを樹脂で充填した請求項１に記載した
厚膜プリントコイルを得ることができる。

【００１７】また、請求項５に記載した製造方法では、
絶縁基板の表裏両面を接続するスルーホールの内部に樹
脂を充填した後、該スルーホールによって接続される基
礎となるコイル導体パターンが形成される。そして、前
記スルーホールに充填した樹脂を取り除くことなく、上
記基礎となるコイル導体パターンにメッキを施すことに
より、導体パターンの導体断面積を広げる。このよう
に、絶縁基板の表裏両面に基礎となるコイル導体パター
ンを形成する前にスルーホールに樹脂を充填しても請求
項１に記載した厚膜プリントコイルを得ることができ
る。

【００１８】また、オーバーエッチングによって断面の
中腹部から上部を十分に削って、その断面形状を山型ま
たは略Ｉ型に形成した前記基礎となるコイル導体パター
ンにメッキを施すと、幅方向よりも厚み方向にメッキが
よく乗り、長時間メッキをしてもコイルパターンが短絡
することがなく占積率の高いコイルパターンを形成する
ことができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１はこの発明に係る厚膜プリン
トコイルを製造する工程を示す図である。図２はこの発
明に係る厚膜プリントコイルの渦巻き状コイルパターン
の例を示す図である。この実施形態では、厚膜プリント
コイル用の基板として、絶縁層の厚みが６０μｍのガラ
ス布基材エポキシ樹脂製の絶縁基板１の表面および裏面
に、厚みが３５μｍの銅箔２を接着した両面銅張り積層
板を使用する。まず、絶縁基板１の表裏を接続する個所
にドリルで直径０．３ｍｍ〜１ｍｍの貫通穴３を開ける
（図１（Ａ）参照）。この貫通穴３が、スルーホールと
なる。この実施形態における厚膜プリントコイルの貫通
穴３は、その直径が従来のものに比して比較的小さい１
ｍｍ以下とした。なお、絶縁基板としては、ポリイミド
樹脂をベースにしたフィルム状絶縁基板などを使用する
ことも可能である。また、穴明けにレーザを使用するこ
とも可能である（穴明けをレーザによって行う場合に
は、より小さい直径（約０．１５ｍｍ）の貫通穴を開け
ることができる。）。ポリイミド樹脂をベースにしたフ
ィルム状絶縁基板を使用する場合には、貫通穴のパター
ンを両面に焼き付けて現像後エッチングし、銅をレジス
トとしてポリイミドをエッチングすることにより穴をあ
けることも可能である。

【００２０】次に、前記貫通穴３の内壁部および基板の
表裏全体に無電解メッキを行ったのち電解メッキを行
い、厚みが２０μｍの電解メッキ層４を形成する（図１
（Ｂ）参照）。前記電解メッキ層４の上にエッチングレ
ジストとして、感光性レジスト５を２０μｍ厚で塗布す
る。感光性レジスト５としては、耐酸インク，感光性電
着塗料，液状フォトレジストのような有機レジストのほ
か、金，すず，鉛などのメタルレジストなどを使用する
ことが可能である。レジスト５を塗布したのち露光およ
び現像を行い、導体ピッチ１５０μｍ，導体幅７５μ
ｍ，導体間隔７５μｍの図２に示す渦巻き状コイルのレ
ジストパターンを作成する（図１（Ｃ）参照））。

【００２１】上記レジストパターンを作成した基板を塩
化第２銅エッチング液に浸してエッチングを行う。この
エッチングでは、図１（Ｄ）に示すように、導体パター
ンの断面の幅が、トップで３０μｍ，ボトムで６０μｍ
になるまで行う。すなわち、エッチングを適正時間より
も長く行う（オーバーエッチングとなるまで行う）。導
体パターンの断面形状をこのような山型形状として電解
メッキを施すと、幅方向よりも厚み方向に乗りのよいメ
ッキを行うことができる。この技術については、本出願
人の発明である特公平７−１９９５０号公報に詳細に記
載されている（ここでは、この技術についての説明は省
略する。）。上記のエッチングを行った後、感光性レジ
スト５を剥離する。なお、エッチング液としてアルカリ
エッチング液，塩化第２鉄エッチング液を使用すること
もできる。また、図１（Ｄ）は感光性レジスト５の剥離
後の状態を示している。ここで、スルーホール３の内部
に樹脂８を充填する（図１（Ｅ）参照）。樹脂８として
は、熱硬化型樹脂、感光性樹脂や導電性樹脂等を用いる
ことができる。また、樹脂８は導電性に限らず、絶縁性
のものであってもよい。

【００２２】そして、このスルーホール３の内部に樹脂
８を充填した基板を硫酸銅メッキ液に浸し、前記コイル
導体パターン６を電極としてメッキを行う。このメッキ
により、コイル導体パターン６の周囲に電解メッキ層７
が形成され、コイル導体の厚みが１３０μｍ，コイル導
体幅が１３０μｍ，コイル導体間隔が２０μｍのコイル
導体パターンを形成することができる（図１（Ｆ）参
照）。電解メッキには、ピロリン酸銅メッキ，シアン化
銅メッキ，ホウフッ化銅メッキなどを使用することも可
能である。その後、このコイル導体パターン上にカバー
レジスト９を塗布する（図１（Ｇ）参照）。

【００２３】以上の工程で製造された厚膜プリントコイ
ルにおいては、貫通穴３に最初の電解メッキ工程（図１
（Ｂ））で２０μｍの導体層を形成したため、該貫通穴
３が絶縁基板１の表裏両面を接続するスルーホールとし
て機能する。ここで、電流や磁気損などによる発熱でス
ルーホールおよびその周辺の絶縁基板が伸縮すると、導
体と絶縁基板とは膨張係数が違うので、加熱時は導体に
引っ張りの応力が作用し、冷却時は導体に圧縮の応力が
作用する。しかし、この実施形態ではスルーホール（貫
通穴３）の内部に樹脂８を充填したため、上記応力が上
面および下面の全体に分散されて特定個所へ集中しなく
なるため、熱サイクル疲労による断線を著しく軽減でき
る。また、オーバーエッチングによって断面の中腹部か
ら上部を十分に削って、その断面形状を山型に形成した
導体パターンにメッキを行っているので、該導体パター
ンに対して幅方向よりも厚み方向にメッキがよく乗り、
長時間メッキをしてもコイルパターンが短絡することが
なく、さらに、スルーホールとして機能する貫通穴３の
直径を比較的小さい０．３ｍｍとしているので、非常に
占積率の高いコイルパターンを得ることができる。特
に、コイル導体厚みが略５０〜３００μｍ、コイル導体
幅が略５０〜３００μｍの厚膜プリントコイルにおい
て、樹脂８を充填したスルーホールが有効に機能し、ス
ルーホールの直径が比較的小さい１ｍｍ以下であっても
熱サイクル疲労による断線を著しく軽減することができ
る。

【００２４】なお、上記の実施形態では６０μｍ厚の絶
縁基板を用いているが、数百μｍ程度の厚みの絶縁基板
であっても、貫通穴３に樹脂８を充填した上記の厚膜プ
リントコイルを得ることができる。

【００２５】次に、図３を参照しながら、この発明に係
る厚膜プリントコイルを製造する別の工程を説明する。
図３は、この工程を示す図である。上記した実施形態と
同様に、絶縁基板１の表面および裏面に銅箔２を接着し
た両面銅張り積層板に対して表裏を接続する個所にドリ
ルで直径０．３ｍｍ〜１ｍｍの貫通穴３を開け（図３
（Ａ）参照）、前記貫通穴３の内壁部および基板の表裏
全体に無電解メッキを行ったのち電解メッキを行い、厚
みが２０μｍの電解メッキ層４を形成する（図３（Ｂ）
参照）。

【００２６】次に、貫通穴３に樹脂８を充填するととも
に、前記電解メッキ層４の上にエッチングレジストとし
て感光性レジスト５を２０μｍ厚で塗布する。レジスト
５を塗布した後、露光および現像を行い、導体ピッチ１
５０μｍ，導体幅７５μｍ，導体間隔７５μｍの図２に
示す渦巻き状コイルのレジストパターンを作成する（図
３（Ｃ）参照））。上記レジストパターンを形成した基
板を塩化第２銅エッチング液に浸してエッチングを行
う。このエッチング工程も、上記した実施形態と同様に
適正時間よりも長く行う（図３（Ｄ）に示すように、導
体パターンの断面の幅が、トップで３０μｍ，ボトムで
６０μｍになるまで行う。）。エッチングの完了後、レ
ジスト５を剥離する。このとき、貫通穴３に充填されて
いる樹脂８については剥離しない（取り除かない。）。
図３（Ｄ）は感光性レジスト５を剥離したときの状態を
示しており、貫通穴３には樹脂８が充填されている。

【００２７】そして、このスルーホール３の内部に樹脂
８が充填された基板を硫酸銅メッキ液に浸し、前記コイ
ル導体パターン６を電極としてメッキを行い（図３
（Ｅ）参照）、その後、このコイル導体パターン上にカ
バーレジスト９を塗布する（図３（Ｆ）参照）。

【００２８】このように、コイル導体パターンを形成す
るためのエッチングを行う前に貫通穴３に樹脂８を充填
しても、上記実施形態で得られた厚膜プリントコイルと
同等のものを得ることができる。

【００２９】また、この実施形態では、樹脂８および感
光性レジスト５を同一の感光性樹脂（例えば、耐酸イン
ク）とすると、貫通穴３に樹脂８を充填する工程と感光
性レジスト５を塗布する工程とが１つの工程で行えるよ
うになり、製造手順の一層の簡略化を図ることができ
る。

【００３０】なお、上記の実施形態では、山型に形成し
た導体パターンにメッキを施すことによって、幅方向よ
りも厚み方向に厚い電解メッキ層を被着させるようにし
たが、導体パターンの断面形状を山型ではなく略Ｉ型に
形成しても、幅方向よりも厚み方向に厚い電解メッキ層
を被着させることができる。

【００３１】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、表裏の
導体コイルパターンを接続するスルーホールを樹脂で充
填したため、絶縁基板との膨張係数の違いにより導体に
作用する引っ張り応力（加熱時）や圧縮応力（冷却時）
が、上面および下面の全体に分散されて特定個所へ集中
しなくなるため、熱サイクル疲労による断線を著しく軽
減することができる。

【００３２】また、オーバーエッチングによって断面の
中腹部から上部を十分に削って、その断面形状を山型ま
たは略Ｉ型に形成し、このうえにメッキ層を形成するの
で、幅方向よりも厚み方向にメッキがよく乗り、長時間
メッキをしてもコイルパターンが短絡することがなく占
積率の高いコイルパターンを得ることができる。

【００３３】特に、コイル導体厚みが略５０〜３００μ
ｍ、コイル導体幅が略５０〜３００μｍの厚膜プリント
コイルにおいて、その直径が比較的小さい１ｍｍ以下の
スルーホールであっても、樹脂が充填されたことによ
り、該スルーホールが有効に機能し、熱サイクル疲労に
よる断線を著しく軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態である厚膜プリントコイル
の製造工程を説明する図

【図２】同厚膜プリントコイルのコイルパターンの例を
示す図

【図３】この発明の別の実施形態である厚膜プリントコ
イルの製造工程を説明する図

【図４】同厚膜プリントコイルの貫通導体部付近の断面
図

【図５】従来の回路基板に用いられるスルーホール付近
の断面図

【符号の説明】

１−絶縁基板 ２−銅箔 ３−貫通穴 ４−電解メッキ層 ５−（耐エッチング性の）感光性レジスト ６−配線パターン ７−電解メッキ層 ８−樹脂 ９−カバーレジスト

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4E351 AA03 AA04 BB15 BB30 BB33 BB49 CC06 CC07 DD04 DD54 GG02 GG04 GG06 5E062 DD04 5E070 AA01 AB01 BA01 CB13 CB17 CB20 CC10 5E317 AA24 BB02 BB03 BB12 CC32 CC33 CD15 CD18 CD25 CD27 CD32 GG09

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁基板の表裏両面にコイル導体パター
   ン、および、前記絶縁基板を貫通し内壁に形成した導体
   金属層により前記表裏のコイル導体パターンを接続する
   スルーホールを形成するとともに、 該スルーホールの内部に樹脂を充填した厚膜プリントコ
   イル。
2. 【請求項２】 前記コイル導体パターンは、その断面形
   状が中腹部から上部を中心に側部全体が削られた山型ま
   たは略Ｉ型に形成した基礎となるコイル導体パターンの
   周囲に幅方向よりも厚み方向に厚い電解メッキ層を被着
   させたパターンである請求項１記載の厚膜プリントコイ
   ル。
3. 【請求項３】 前記スルーホールを直径１ｍｍ以下の略
   円筒形に形成し、 前記コイル導体パターンのコイル導体厚みを略５０〜３
   ００μｍ、コイル導体幅を略５０〜３００μｍとした請
   求項１または２に記載の厚膜プリントコイル。
4. 【請求項４】 絶縁基板の表裏両面に基礎となるコイル
   導体パターン、および、前記絶縁基板を貫通し内壁に形
   成された導体金属層により前記表裏のコイル導体パター
   ンを接続するスルーホールを形成した後、 前記スルーホール内部に樹脂を充填した後、前記基礎と
   なるコイル導体パターンにメッキを施すことにより、前
   記コイル導体パターンの導体断面積を大きくする厚膜プ
   リントコイルの製造方法。
5. 【請求項５】 絶縁基板を貫通し内壁に形成された導体
   金属層により該絶縁基板の表裏両面を接続するスルーホ
   ールを形成し、 前記スルーホール内部に樹脂を充填した後、前記絶縁基
   板の表裏両面に前記スルーホールによって接続されるコ
   イル導体パターンを形成し、 さらに、前記スルーホールに充填した樹脂を取り除くこ
   となく、前記コイル導体パターンにメッキを施すことに
   より、該コイル導体パターンの導体断面積を大きくする
   厚膜プリントコイルの製造方法。
6. 【請求項６】 前記基礎となるコイル導体パターンは、
   断面形状を中腹部から上部を中心に側部全体が削られた
   山型または略Ｉ型に形成し、 前記基礎となるコイル導体パターンに幅方向よりも厚み
   方向に厚い電解メッキ層を被着させる請求項４または５
   に記載の厚膜プリントコイルの製造方法。
7. 【請求項７】 前記貫通穴を直径１．０ｍｍ以下に形成
   し、 前記メッキを、コイル導体厚みが略５０〜３００μｍ、
   コイル導体幅が略５０〜３００μｍになるまで行う請求
   項４、５または６のいずれかに記載の厚膜プリントコイ
   ルの製造方法。