JP2003270310A - 印刷回路基板製造技術により製造した弱磁界感知用センサー及びその製造方法 - Google Patents
印刷回路基板製造技術により製造した弱磁界感知用センサー及びその製造方法Info
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Abstract
持し、小型化、優秀な磁界効率及び低消費電力を同時に
達成することのできる弱磁界感知用センサー及びその製
造方法を提供する。 【解決手段】 所定の形状にパターン化された磁性体
と、前記磁性体の下部及び上部にそれぞれ対向して積層
され、前記磁性体を取り囲む形態となるように互いに導
通するドライビングパターンが形成された第1積層体及
び第2積層体と、前記第1積層体の下側面及び第2積層
体の上側面に積層され、前記磁性体及びドライビングパ
ターンを取り囲むように互いに導通するピックアップパ
ターンが形成された1対の第3積層体とからなる。
Description
術により製造した弱磁界感知用センサー及びその製造方
法に関し、特に、移動端末機などに実装され、地磁気を
感知して位置情報を得るための、印刷回路基板製造技術
により製造した弱磁界感知用センサー及びその製造方法
に関するものである。
伴い、多様な付加情報サービスが拡充される趨勢にした
がい、その位置情報サービスも必須機能として確立され
つつある。携帯電話等の位置情報サービスは、今後さら
に正確で便利性の高いものが要求されることになる。
正確に感知できるセンサーが必要であるが、このような
位置情報を把握する手段としては、地球の磁界を感知し
て位置を検出する弱磁界センサーが使用されている。こ
の磁気センサーの一般の部品としてはフラックスゲート
センサーが使用されている。
性材料をコアとして使用し、磁性体の周囲に巻き取られ
た1次コイルの電圧と、コアから発生する磁界の変化に
より2次コイルから発生する電圧との差を用いて方向を
認識する。
ーは円筒形の磁性体コアに銅線を一定の方向に巻き取っ
て製作する。すなわち、フラックスゲートセンサーの製
作は、まず磁性体コアに、磁場を発生させるため、銅線
をドライビングコイル(1次コイル)として一定の方向
に、かつ一定の間隔及び圧力で巻き取る。その後、ドラ
イビングコイルにより磁性体コアから発生する磁界を感
知するため、ピックアップコイル(2次コイル)を磁性
体コアに巻き取る。この際にも同様に、ピックアップコ
イルとして銅線を一定の間隔及び圧力で巻き取る。
ラックスゲートセンサーは、ドライビングコイルとこれ
から発生する磁界を検出するためのピックアップコイル
とから構成される。磁性体コアへのコイルの巻き取り
は、すでに広く知られているワイヤーコイル技術(wire
coil technology)を用いて行われる。この際、2次コ
イルは磁場の感度を正確に検出するために、X軸及びY
軸方向に垂直に巻き取られる必要がある。
は、コイルをコアに巻き取る際にその位置精度が維持さ
れなければならないが、この位置精度を維持するのが難
しいという欠点があった。このような構造により、位置
精度は温度、光又は表面物質により影響を強く受けるた
め、その特性値に対する精度が低下する問題点が発生し
ていた。また、フラックスゲートセンサーは、コイルを
直接磁性体に巻き取るため、コイルの切れ現象が頻繁に
発生するという欠点があり、さらにセンサー自体が大き
くなるため、電子製品の小型化、軽量化の趨勢に反し、
これにより電力消費が高なるいといった問題点があっ
た。
ーの欠点を解決するため、米国特許第5,936,40
3号及び同第6,270,686号には、所定のパター
ンを上下に導通可能にエッチングしたエポキシ基板の両
面に環状にエッチングを行ったアモルファス板を合わせ
て積層してアモルファスコアを製造し、アモルファスコ
アの上下面に、それぞれXコイル及びYコイルをエッチ
ングしたエポキシ基板を積層してなる弱磁気センサーが
開示されている。しかし、米国特許第5,936,40
3号においては、環状エッチングを行いエッチング部を
合わせ積層してアモルファスコアを製造しなければなら
ないため、その製造工程が複雑になり、層数が多くなっ
て製造コストが高くなるといった欠点があった。
来技術の問題点を解決するための研究を重ねた結果、小
型及び低消費電力の要求に応じる新たな印刷回路基板製
造技術により製造した弱磁界感知用センサー及びその製
造方法を開発することになった。
密に検出し、正確な位置精度を維持することのできる弱
磁界感知用センサー及びその製造方法を提供することで
ある。
チング技術を用いて、小型化、優秀な磁界効率及び低消
費電力を同時に達成することにより、携帯電話などのよ
うな応用分野に要求される高密度実装に備えられる弱磁
界感知用センサー及びその製造方法を提供することであ
る。
め、本発明は、所定の形状にパターン化された磁性体
と、該磁性体の下部及び上部にそれぞれ対向して積層さ
れ、磁性体を取り囲む形態となるように互いに導通する
ドライビングパターンが形成された第1積層体及び第2
積層体と、該第1積層体の下側面及び該第2積層体の上
側面に積層され、前記磁性体及びドライビングパターン
を取り囲むように互いに導通するピックアップパターン
が形成された1対の第3積層体と、を含む、印刷回路基
板製造技術により製造した弱磁界感知用センサーを提供
する。
及び磁性体の順に積層して第1積層体を製作する段階
と、前記第1積層体上に第2基板層及び第2導電層の順
に積層して第2積層体を製作する段階と、前記第1導電
層及び第2導電層にバイアホールを形成して互いに導通
させる段階と、前記第1導電層及び第2導電層に、磁性
体のパターンに対応するドライビングパターンを形成す
る段階と、前記ドライビングパターンが形成された第1
積層体の下側面及び第2積層体の上側面に第3基板層及
び第3導電層の順に積層して1対の第3積層体を形成す
る段階と、前記1対の第3導電層の間にスルーホールを
形成して互いに導通させる段階と、前記第3導電層にピ
ックアップパターンを形成する段階と、を含む、印刷回
路基板製造技術による弱磁界感知用センサーの製造方法
を提供する。
構成及び作用を詳細に説明する。
製造技術により製造した弱磁界感知用センサーの一実施
例の分解斜視図及び断面図である。
基板製造技術により製造した弱磁界感知用センサーは、
所定の形態にパターン化された磁性体1と、ドライビン
グパターン3が形成され、磁性体1の下部に積層される
第1積層体10と、磁性体1の上部に積層される第2積
層体20と、ピックアップパターン5が形成され、第1
積層体10の下部及び第2積層体20の上部に積層され
る一対の第3積層体30と、からなる。
回路基板製造技術により製造した弱磁界感知用センサー
は、平行に配列された2本の帯状のパターン化された磁
性体1の下部に第1積層体10が積層され、その上部に
は第2積層体20が積層され、第1積層対10及び第2
積層体20には各磁性体に対応するドライビングパター
ン3が形成されている。ドライビングパターン3は、図
1に示すように、多数の平行な直線形態に配列され、帯
状の磁性体1に垂直に形成される。第1積層体10及び
第2積層体20に形成された各ドライビングパターン3
は相互に対向し、第1積層体10及び第2積層体20に
形成されたバイアホール7を介して導通され、上下のド
ライビングパターン3がバイアホール7を介して互いに
ジグザグに連結されており、あたかも1本のパターンで
磁性体1の周囲を巻き取る形態となっている。
グパターン3が形成された第1積層体10の下側面及び
第2積層体20の上側面には、ピックアップパターン5
が形成された第3積層体30が積層される。ピックアッ
プパターン5は、図1に示すように、多数の直線形に平
行に配列され、帯状の磁性体1に垂直に形成される。こ
こで、ピックアップパターン5はドライビングパターン
3より長く形成されている。
通するように、第1積層体10、第2積層体20及び第
3積層体にはこれらを貫通するスルーホール8が形成さ
れる。ピックアップパターン5はドライビングパターン
3と同じ方向に形成され、上下の第3積層体30に形成
された各ピックアップパターン5はスルーホール8を介
して互いに導通し、ピックアップパターン5はスルーホ
ール8を介して互いにジグザグに連結されて1本のパタ
ーンとなり、磁性体1及びドライビングパターン3を取
り囲む。
造した弱磁界感知用センサーは、ドライビングパターン
3に交流電流を流すと、磁性体1の磁束密度が変わり、
これによりピックアップパターン5で誘導電流が発生し
て電圧差が起こる。この電圧差を検出することで位置又
は方向を感知することができる。
印刷回路基板製造技術により製造した弱磁界感知用セン
サーの製造工程の一具体例を示した。
め、第1導電層11上に第1基板層12及び磁性物質1
3を置き、予備レイアップを行う(図3(a))。第1
導電層11の材質としては銅箔を用いることが好まし
い。第1基板層12は、好ましくは部分的に硬化した状
態のプレプレッグであって、例えば、当該技術分野に通
常に知られているFR−4、高ガラス転移温度(Tg)
を有するFR−4、ビスマレイミド−トリアジン(B
T)エポキシ樹脂などからなる群から選択される。一般
には、印刷回路基板に用いられる材料を使用することが
好ましい。また、磁性体13は、アモルファス金属、パ
ーマロイ(Permalloy)及びスーパーマロイ(Supermall
oy)からなる群から選択される。
第1基板層12及び磁性体13の順に配列し積層して第
1積層体10を形成する。磁性体は典型的に下部に位置
すべき基板(又はプレプレッグ)と同じ大きさに加工し
て使用するか、又は下記のように、実際の製品の製造工
程を考慮した大きさ(例えば、磁性体リボン形)に加工
して使用する。第1積層体10を形成するため、このよ
うな磁性体リボン形態を用いる予備レイアップの具体例
を図4に示した。
から製作される具体例のレイアップを示すものであり、
実際の工程において、完製品では多数の印刷回路基板を
用いる弱磁界感知用センサーユニットを含む帯状に製作
されるのが一般的である。同図には5本の磁性体リボン
54の予備レイアップ過程が示されている。ここで、1
本の磁性体リボン54が複数のユニットを含む帯状に製
造するために使用される。したがって、このような磁性
体リボンの大きさはストリップの大きさに鑑みて決定さ
れる。しかし、帯状に製造する場合は、後続の磁性体の
パターン化過程で、プレプレッグ52上に磁性体リボン
54を、多数のユニットの製作が出来るように、同時加
工可能な位置に配列する必要がある。したがって、前記
具体例においては、予備レイアップのため、最上部に磁
性体リボンを配列するための一種の加工銅箔53を配列
して予備レイアップを進行する。このように、銅箔を加
工するためには、二通りの方法が可能である。すなわ
ち、金型をもって上から押し付けて所望の大きさだけ除
去する方法と、一般的な基板加工方法のうち、ルータ工
程により、回転加工体で所望部分を除去する方法とがあ
る。この際、加工の大きさは磁性体リボン54より大き
くなければならないが、加工公差と前記銅箔上に磁性体
リボンが覆われる問題を考慮し、1軸方向におよそ0.
1〜0.2mm大きく加工することが好ましい。また、
一つのストリップ内において実際製品が占める領域を考
慮すると、磁性体リボン54の大きさは十分に余裕があ
るため、ストリップの幅に合わせて使用することができ
る。しかし、磁性体リボンの長さは、ストリップが磁性
体リボン内に一つ以上入ることができるので、初期設計
時に決定するとよい。
及び磁性体13の順に予備レイアップを進行した後、高
温及び高圧(例えば、およそ150〜200℃及び30
〜40kg/cm2)で加圧、積層して第1積層体10
を製作する。
は、基板の片面上に磁性体13が積層されている形態と
なる。ここで、第1積層体10上にドライフィルム(又
はフォトレジスト)14を形成した後(図3(b))、
予め設計された磁性体のパターンに合わせて露光及び現
像し、一定のパターンに形成されたドライフィルム層1
4をマスクとして磁性体13のエッチングを行う。この
露光、現像及びエッチング過程の一般的な原理は当業界
によく知られているものである。その後、ドライフィル
ム層14がストリッピングされ、その結果、基板上に一
定にパターン化された磁性体1のみが残る(図3
(c))。特に、第1導電層(銅箔)11は2次積層後
にパターン化(ドライビングパターン)されるため、磁
性体のパターン化過程のうち、露光工程で塗布された状
態で、全面露光からドライフィルムが銅箔層を保護する
ようにすることで、エッチング液に影響を受けないよう
にする。前記磁性体のパターンとして、図5に本発明に
採用できるパターン化された磁性体の形状の例を示す。
すなわち、一定の間隔を置き配置された二つの磁性バン
ド形態、単一の磁性体バンド形態又は長方形の帯形態な
どが可能である。
ターン化過程が終了すると、前述したように、第1積層
体10上に第2基板層(又はプレプレッグ)22及び第
2導電層(又は銅箔)21を臨時に置いた状態(予備レ
イアップ)で、高温及び高圧の条件(例えば、およそ1
50〜200℃、30〜40kg/cm2)で加圧、積
層させて第2積層体20を製作する(図3(d))。そ
の後、対向する第1導電層11及び第2導電層21にド
ライビングパターン3を形成することで、磁性体の周囲
をドライビングパターン3が巻き取っている形態となる
ようにする。この際、前記第1導電層11及び第2導電
層21に形成されたドライビングパターン3は互いに導
通しなければならないので、回路パターン化に先立ち、
ドリルにてバイアホール(inner via-hole;IVH)7
を形成した後、導電性金属(つまり、銅)でバイアホー
ル7の内面に鍍金を施す(図3(e))。この際、バイ
アホール7は、上部及び下部ドライビングパターン3の
導通に問題がないようにするため、直径がおよそ0.1
5mm〜0.2mmとなるように加工することが好まし
い。次いで、一般的な印刷回路基板の製造工程である露
光、現像及びエッチングにより、前記パターン化された
磁性体1に対応するドライビングパターン3を形成する
(図3(f))。こうして形成されたドライビングパタ
ーン3はバイアホール7により互いに導通して、フラッ
クスゲートセンサーのドライビングコイルの役目を果た
すことになる。
層体20上にドライビングパターン3を形成した後に、
第1積層体10の下側面及び第2積層体20の上側面に
第3基板層(又はプレプレッグ)32及び第3導電層
(又は銅箔)31の順に積層して第3積層体30を製作
する(図3(g))。これに先立ち、積層を容易にする
ため、前処理として黒化処理(black oxidation)を行
うことが好ましい。この3次積層工程においても、2次
積層工程と同様に、第3基板層(プレプレッグ)32及
び第3導電層(銅箔)31の順に予備レイアップを行っ
た後、高温及び高圧の条件(例えば、およそ150〜2
00℃、30〜40kg/cm2)で加圧、積層させる
(図3(h))。
クアップパターン5を形成する。こうして形成されたピ
ックアップパターン5はドライビングパターン3を取り
囲む形状となり、フラックスゲートセンサーのピックア
ップコイルの役目を果たす。
されたピックアップパターン5は互いに導通しなければ
ならないので、回路パターン化に先立ち、ドリルにてス
ルーホール(plated through hole;PTH)8を形成
した後、導電性金属(つまり、銅)でスルーホールの内
面に鍍金を施す。スルーホール8の大きさは製品の大き
さを決める大切な要素であるため、小さければ小さいほ
どよいが、印刷回路基板の工程能力上、およそ0.15
mm〜0.25mmにするのが好ましい。その後、前述
の露光、現像及びエッチングによりピックアップパター
ン5を形成する(図3(i))。次いで、外部に露出す
るパターン化された導電層(つまり、銅回路)が湿気な
どにより酸化することを防止するため、導電層を除く部
分に選択的にソルダマスクを塗布し、導電層上にニッケ
ル(又はニッケル−燐)鍍金層及びゴールド鍍金層を順
次形成する。このような過程の詳細は印刷回路基板の分
野によく知られている。
び第3積層体30の製作過程に使用される第1導電層1
1、第2導電層21及び第3導電層31として銅箔を用
いることができるのは前述した通りである。ここで、銅
箔の厚さとしては、12μm、18μm、35μmなど
の規格化された種類のものを用いることができる。ただ
し、例えば、厚さ35μmの銅箔を使用する場合には、
積層後のドリル工程前に回路パターンの形成のため、ハ
ーフエッチングにより本来の銅箔の厚さを少なくともお
よそ5〜7μmに減少させる必要がある。
製造した弱磁界感知用センサーは一軸方向にだけ配列さ
れるため、一軸に対する方向だけが確認できる。したが
って、2枚の印刷回路基板を互いに垂直に配列して使用
すると、2軸に対する方向を感知することができる。
した弱磁界感知用センサーは、携帯電話、携帯用端末機
の他にも、自動車、航空機、ゲーム機、玩具ロボットな
どのように、地球の磁界を検出して位置を確認するもの
すべてに広く使用することができる。
が付着された基板上にエッチングなどにより回路を形成
し、ドライビングパターン及びピックアップパターンを
形成することで弱磁界を感知することのできる印刷回路
基板及びその製造方法を提供する。
ッチングなどにより回路が精度よく形成されるので、よ
り精密な特性値が得られ、位置精度を維持して特性値変
化に対する影響を減らすことができる。
の弱磁界感知用センサーを提供することができるので、
携帯端末機などの小型電子製品に容易に適用することが
できる。
した弱磁界感知用センサーの一実施例の分解斜視図であ
る。
した弱磁界感知用センサーの一実施例の製造工程を示す
工程図である。
を示す概略斜視図である。
用可能な形態を示す図である。
Claims (16)
- 【請求項1】 所定の形状にパターン化された磁性体
と、 該磁性体の下部及び上部にそれぞれ対向して積層され、
磁性体を取り囲む形態となるように互いに導通するドラ
イビングパターンが形成された第1積層体及び第2積層
体と、 該第1積層体の下側面及び該第2積層体の上側面に積層
され、前記磁性体及びドライビングパターンを取り囲む
ように互いに導通するピックアップパターンが形成され
た1対の第3積層体と、を含む、ことを特徴とする印刷
回路基板製造技術により製造した弱磁界感知用センサ
ー。 - 【請求項2】 前記磁性体は、アモルファス金属、パー
マロイ及びスーパーマロイからなる群から選択される、
ことを特徴とする請求項1に記載の印刷回路基板製造技
術により製造した弱磁界感知用センサー。 - 【請求項3】 前記パターン化された磁性体は、二つの
磁性バンドが一定の間隔を置き配置された形態、単一の
磁性体バンド形態又は長方形の帯形態である、ことを特
徴とする請求項1に記載の印刷回路基板製造技術により
製造した弱磁界感知用センサー。 - 【請求項4】 前記パターン化された磁性体はバンド形
状であり、ドライビングパターン及び前記磁性体に対し
直角に配列される、ことを特徴とする請求項1に記載の
印刷回路基板製造技術により製造した弱磁界感知用セン
サー。 - 【請求項5】 前記ドライビングパターン及びピックア
ップは多数の直線が平行に配列されたものであり、ピッ
クアップパターンがドライビングパターンより長い、こ
とを特徴とする請求項1に記載の印刷回路基板製造技術
により製造した弱磁界感知用センサー。 - 【請求項6】 前記第1積層体及び第2積層体上に形成
されたドライビングパターンが互いに導通するように、
第1積層体及び第2積層体を貫通するバイアホールが形
成され、前記第3積層体上に形成されたピックアップパ
ターンが互いに導通するように、第1積層体、第2積層
体及び第3積層体を貫通するスルーホールが形成され
る、ことを特徴とする請求項1に記載の印刷回路基板製
造技術により製造した弱磁界感知用センサー。 - 【請求項7】 前記第1積層体及び第2積層体のドライ
ビングパターンは、1本のパターンが磁性体の周囲を取
り囲む形態となるように、バイアホールにより互いにジ
グザグに連結され、前記第3積層体のピックアップパタ
ーンは、1本のパターンが前記ドライビングパターンを
取り囲む形態となるように、スルーホールにより互いに
ジグザグに連結される、ことを特徴とする請求項6に記
載の印刷回路基板製造技術により製造した弱磁界感知用
センサー。 - 【請求項8】 請求項1乃至7のいずれかの弱磁界感知
用センサー二つが互いに垂直に配列され接着されてな
る、ことを特徴とする印刷回路基板製造技術により製造
した弱磁界感知用センサー。 - 【請求項9】 第1導電層、第1基板層及び磁性体の順
に積層して第1積層体を製作する段階と、 前記第1積層体上に第2基板層及び第2導電層の順に積
層して第2積層体を製作する段階と、 前記第1導電層及び第2導電層にバイアホールを形成し
て互いに導通させる段階と、 前記第1導電層及び第2導電層に、磁性体のパターンに
対応するドライビングパターンを形成する段階と、 前記ドライビングパターンが形成された第1積層体の下
側面及び第2積層体の上側面に第3基板層及び第3導電
層の順に積層して1対の第3積層体を形成する段階と、 前記1対の第3導電層の間にスルーホールを形成して互
いに導通させる段階と、 前記第3導電層にピックアップパターンを形成する段階
と、を含む、ことを特徴とする印刷回路基板製造技術に
よる弱磁界感知用センサーの製造方法。 - 【請求項10】 前記磁性体は、二つの磁性バンドが一
定の間隔を置き配置された形態、単一の磁性体バンド形
態又は長方形の帯形態である、ことを特徴とする請求項
9に記載の印刷回路基板製造技術による弱磁界感知用セ
ンサーの製造方法。 - 【請求項11】 前記第1積層体を形成した後、磁性体
を一定の形状にパターン化する段階を更に含む、ことを
特徴とする請求項9に記載の印刷回路基板製造技術によ
る弱磁界感知用センサーの製造方法。 - 【請求項12】 前記磁性体としてリボン形態を使用
し、前記第1積層体を製作する段階に先立ち、前記リボ
ン形態の磁性体を積層体上の所定位置に積層し得るよう
に予備レイアップを行う段階を更に含む、ことを特徴と
する請求項9に記載の印刷回路基板製造技術による弱磁
界感知用センサーの製造方法。 - 【請求項13】 前記第1導電層、第2導電層及び第3
導電層として銅箔を用いることを特徴とする請求項9に
記載の印刷回路基板製造技術による弱磁界感知用センサ
ーの製造方法。 - 【請求項14】 前記第1基板層、第2基板層及び第3
基板層としてプレプレッグを用いる、ことを特徴とする
請求項9に記載の印刷回路基板製造技術による弱磁界感
知用センサーの製造方法。 - 【請求項15】 前記プレプレッグは、FR−4、高ガ
ラス転移温度(Tg)を有するFR−4、及びビスマレ
イミド−トリアジン(BT)エポキシ樹脂からなる群か
ら選択される、ことを特徴とする請求項14に記載の印
刷回路基板製造技術による弱磁界感知用センサーの製造
方法。 - 【請求項16】 前記ドライビングパターンを形成させ
る段階は、1本のパターンで磁性体の周囲を取り囲む形
態となるように、ドライビングパターンをバイアホール
により互いにジグザグに連結し、 前記ピックアップパターンを形成させる段階は、1本の
パターンで前記ドライビングパターンを取り囲む形態と
なるように、ピックアップパターンをスルーホールによ
り互いにジグザグに連結する、ことを特徴とする請求項
9に記載の印刷回路基板製造技術による弱磁界感知用セ
ンサーの製造方法。
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