JP2006157985A

JP2006157985A - 積層コイル基板

Info

Publication number: JP2006157985A
Application number: JP2004339979A
Authority: JP
Inventors: Tadaaki Horai; 忠昭蓬莱
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2004-11-25
Filing date: 2004-11-25
Publication date: 2006-06-15

Abstract

【課題】積層コイル基板に形成する電極パターンによって、構造的な機械的強度向上を図り、もって割れやクラックが生じ難い積層コイル基板を提供する。
【解決手段】電極パターンを形成したセラミックグリーンシートを複数積層し、セラミックグリーンシートと電極パターンを一体焼結した積層コイル基板において、ビアホールを介して複数の層を形成したコイル用電極を電気的に接続し、積層コイル基板に形成した透孔を中心として環状に配置した複数のコイルと、コイル間を接続する接続電極と、コイルと外部回路とを接続する端子電極と、コイル用電極と同一面上に形成したダミー電極を備え、積層コイル基板に積層配置した補強用電極により、同一層上に形成したコイル用電極とダミー電極との間隔が最も近接する部位を含む領域を、コイル用電極の一部とダミー電極の一部とともに積層方向に挟んだ。
【選択図】図１

Description

本発明はブラシレスモータに用いる積層コイル基板に関するものである。

小型電子機器に用いるモータとしては、セラミックグリーンシート上にコイル電極を印刷形成し、これを複数枚積層し、コイル電極とグリーンシートを一体焼成したブラシレスモータ用積層コイルが、特許文献１に開示されている。この積層コイルは、セラミック粉末から得られたグリーンシート上に、例えばスクリーン印刷技術等によりコイル電極を形成してコイルシートとし、これを複数枚積層し、スルーホールによりコイル電極間を導通させ、さらにコイル導体とグリーンシートとを一体的に焼成したものである。
特開昭６４−５９９０２号

図１４に従来のブラシレスモータ用積層コイル基板の斜視図を示す。この積層コイル基板は、外部端子電極が形成されたセラミックグリーンシート基板に、コイル用電極が形成された複数のコイルシートを積層してなる構造を有する。外部端子電極やコイル用電極はタングステンや、金、銀、銅、ニッケルなどの金属を使用し、前記セラミックと同時焼成して形成される。
この構造では、コイルが形成された円形部分の厚みと外部端子電極が形成された矩形部分の厚みとが異なるので、積層コイルを生産性良く製造することができないといった問題や、外部端子電極が形成された矩形部分の厚みが薄く、コイルが形成された円形部分と比較して機械的強度が劣り、特に円形部との境界に外力による応力集中が生じて、ひび、割れが発生しやすいといった問題があった。
このような問題に対しては、コイル用電極が形成されるコイルシートを、外部端子電極が形成されたグリーンシート基板と同様の形状にして、部分的な厚みの差異がない積層コイルとすることが考えられる。しかしながらこのような構造においては、積層コイル基板のコイル部分にのみ電極パターンが偏在することとなり、電極とセラミックの焼成収縮挙動の差から、変形やそれに伴う割れ等が発生する場合もあった。

そこで本発明は、積層コイル基板に形成する電極パターンによって、構造的な機械的強度向上を図り、もって割れやクラックが生じ難い積層コイル基板を提供することを目的とする。

第１の発明は、電極パターンが形成されたセラミックグリーンシートを複数積層し、前記セラミックグリーンシートと前記電極パターンを一体焼結した積層コイル基板において、
ビアホールを介して複数の層に形成されたコイル用電極を電気的に接続してなり、前記積層コイル基板に形成された透孔を中心として環状に配置された複数のコイルと、前記コイル間を接続する接続電極と、前記コイルと外部回路とを接続する端子電極と、前記コイル用電極と同一面上に形成されたダミー電極を備え、
積層コイル基板に積層配置した補強用電極により、同一層上に形成されたコイル用電極とダミー電極との間隔が最も近接する部位を含む領域を、前記コイル用電極の一部と前記ダミー電極の一部とともに積層方向に挟んだ積層コイル基板である。

第２の発明は、電極パターンが形成されたセラミックグリーンシートを複数積層し、前記セラミックグリーンシートと前記電極パターンを一体焼結した積層コイル基板において、
ビアホールを介して複数の層に形成されたコイル用電極を電気的に接続してなり、前記積層コイル基板に形成された透孔を中心として環状に配置された複数のコイルと、前記コイル間を接続する接続電極と、前記コイルと外部回路とを接続する端子電極と、前記コイル用電極と同一層上に形成されたダミー電極を備え、前記コイル用電極の一部を、他の層に形成されたダミー電極と積層方向に重なり合うように、拡張形成した積層コイル基板である。

第1及び２の発明においては、前記コイル用電極が形成されるセラミックグリーンシートの面上の前記コイル電極が存在しない部分に、前記セラミックグリーンシートと同じセラミック材料からなるセラミック部が設けるのが好ましい。

本発明のブラシレスモータ用積層コイル基板によれば、補強用電極を積層配置したり、コイル用電極の一部を、他の層に形成されたダミー電極と積層方向に重なり合うように、拡張形成したりすることで、前記電極パターンにより機械的強度が向上され、割れやクラックが生じ難い積層コイル基板を提供することが出来る。

図１に本発明の一実施例に係る積層コイル基板の斜視図を示す。この積層コイル基板１は、複数のコイルを電極パターンと誘電体層を積層一体化した積層体に形成したものであり、例えば幅９ｍｍ×長さ１４ｍｍ×厚み０．５ｍｍの外形寸法に形成される。
前記誘電体層は、例えば、低温焼成セラミック（ＬＴＣＣ）材料からなる厚さ２０μｍ〜２００μｍのグリーンシート上に、ＡｇやＣｕ等を主体とする導電ペーストを厚さ５μｍ〜３０μｍに印刷して所望の電極パターンを形成して、導体パターンを有するグリーンシートを作製し、複数枚のグリーンシートを積層して焼成することにより形成される。
前記積層コイル基板には、ブラシレスモータのロータを配置するためφ２ｍｍ程度の透孔２０が形成され、一方の主面には、基板内に構成されたコイル（図示せず）と端子電極とを接続する接続電極１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄと、外部回路と接続するための端子電極１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄが形成され、対向する他の主面には、前記コイル間を接続する接続電極（図示せず）が形成されている。積層コイル基板内には、前記透孔２０を中心にして、複数のコイル用電極（図示せず）が環状に配置されているとともに、前記コイル用電極が形成されていない部位にはダミー電極（図示せず）が形成され、さらに前記コイル用電極の一部とダミー電極の一部を挟むように、一対の補強用電極（図示せず）が積層配置されている。

図２は前記前記積層コイル基板の分解斜視図である。本実施例の積層コイル基板は、電極パターンが形成された第１〜第８層ａ〜ｈの誘電体層を適宜積層して形成される。
以下本発明の積層コイル基板の作製方法について説明する。
まず、セラミックス粉末、バインダー及び可塑剤からなるセラミックスラリーを、ドクターブレード法等の公知のシート成形方法によりポリエチレンテレフタレートフィルム等からなるキャリアフィルムに均一な厚さに塗布しグリーンシートを形成する。そして、乾燥したグリーンシートを、キャリアシートが付いたまま所定の寸法に裁断する。
前記セラミックス粉末としては、例えば、（ａ）Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とし、ＳｉＯ_２、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＰｂＯ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの少なくとも１種を複成分とする低温焼結可能な誘電体材料、（ｂ）Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とし、ＭｇＯ、ＳｉＯ_２及びＧｄＯの少なくとも１種を複成分とする低温焼結可能な誘電体材料、（ｃ）Ｂｉ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＣａＣＯ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＩＮ_２Ｏ_３及びＶ_２Ｏ_５の少なくとも１種を含む低温焼結可能な磁性セラミック材料等が挙げられる。
本実施例では、主成分がＡｌ，Ｓｉ，Ｓｒ及びＴｉからなり、副成分がＢｉからなる誘電体セラミックスを用いた。この誘電体セラミックスの主成分は、合計を１００質量％としたとき、１０〜６０質量％（Ａｌ_２Ｏ_３換算）のＡｌ、２５〜６０質量％（ＳｉＯ_２換算）のＳｉ、７．５〜５０質量％（ＳｒＯ換算）のＳｒ、及び２０質量％以下（ＴｉＯ_２換算）のＴｉを含有するものであり、主成分１００質量％に対して、副成分として０．１〜１０質量％（Ｂｉ_２Ｏ_３換算）のＢｉを含有し、７〜９の誘電率、２４０ＭＰａ以上の３点曲げ強度（ＪＩＳＲ１６０１、試料：長さ３６ｍｍ、幅４ｍｍ、厚さ３ｍｍ、支点間距離３０ｍｍ）、及び１１０ＧＰａ以上のヤング率を有し、ＬＴＣＣ材料としては高い抗折強度及びヤング率を有するものである。

図３及び図４は、誘電体層に形成されたコイル用電極とダミー電極の一例を示す平面図であり、図５は補強用電極の一例を示す平面図である。
グリーンシートにはコイル用電極３０ａ〜３０ｆ、３１ａ〜３１ｆ、ダミー電極５０、補強用電極４０、端子電極等１５ａ〜１５ｄが導体パターンにより形成されており、これを所定の順序で積層及び圧着し、厚さがほぼ０．６ｍｍの平板状積層体３００とした。グリーンシートにはビアホール（図中黒丸で示した）が形成されており、このビアホールに導体ペーストを充填してなるビアホール電極によって、シート間の導体パターンを適宜接続することで、複数のコイル用電極を接続してなるコイルを形成している。
モータ回転軸の回転中心となる部分には金型による打ち抜き、あるいはレーザー加工により直径２．４ｍｍの透孔（貫通孔）２０が形成される。前記コイルは貫通孔２０を中心として環状に配置され、１８０°離れている２組のコイルは、最下層ａに形成された導体パターン２５ａ〜２５ｃで接続されるとともに、コイルの両端は接続電極１０ａ〜１０ｄのいずれかと接続され、外部回路と接続する端子電極１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄと電気的に接続される。

図１３は、前記積層コイル基板を固定子１００ａ，１００ｂとして用いたブラシレスモータであって、永久磁石１５ａ、１５ｂを備えた回転子が磁気空隙を介して対向配置されたブラシレスモータである。本実施例においては３組のコイルが形成されるが、これらのコイルに対して、コイル毎に、電流を周期的に供給する電気信号制御部を積層コイル基板に一体的に構成するのが好ましい。

図６は、積層コイル基板１を主面側から見た平面図である。内層された電極パターンの重なり合いの状態を明確にするように、コイル用電極３０ａ〜３０ｆ、３１ａ〜３１ｆとダミー電極５０を破線で、補強用電極を実線で示し、主面に形成されている端子電極等は省略している。また図７は積層コイル基板のＡ−Ａ’断面であって、補強用電極４０ａ，４０ｂを含む領域の拡大図である。
図６及び図７に示すように、本実施例では同一層上でコイル用電極とダミー電極との間隔が最も近接する部位を含む領域（図７の斜線で示した部分）を、積層コイル基板に積層配置した補強用電極４０ａ，４０ｂで、コイル用電極３０ａ，３１ａの一部とダミー電極５０の一部とともに積層方向に挟む構成している。なお、補強用電極４０ａ，４０ｂとコイル用電極３０ａ，３０ｂ、あるいはダミー電極５０との重なり合いは、少なくとも１００μｍ以上に形成するのが好ましく、コイル用電極との電磁気的な干渉を低減するように５００μｍ以下とするのが好ましい。

本実施例においては、コイル用電極３０ａ〜３０ｆ，３１ａ〜３１ｆ、接続電極１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ、端子電極１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄを一様な厚みを有する矩形の積層コイル基板１に形成することで、厚みの差異によって部分的な機械的強度の低下が生じないようにするとともに、積層コイル基板においてコイル部分にのみ電極パターンが偏在しないように、端子電極が形成される領域にはダミー電極５０を配置している。
図３に示すように、コイル用電極３０ａとダミー電極５０は、所定の間隔を持ってショートしないように形成されている（図中破線部１００ａ）。この間隔は通常６０〜２００μｍ程度である。同様に図４に示す誘電体層においても、コイル用電極３１ａとダミー電極５０は、所定の間隔を持ってショートしないように形成されている（図中破線部１００ｂ）。このような構成の積層コイル基板では、そのＡ−Ａ’断面を見ると、積層方向にコイル用電極及びダミー電極が形成されない領域を備えた構造となる。

本発明では前記領域の上下に一対の補強用電極４０ａ，４０ｂを積層配置している。
補強用電極４０ａ，４０ｂが無い場合には、コイル用電極とダミー電極との間隔が狭くなるに従い、積層圧着時の圧着圧力が前記領域に十分に作用せず、セラミック部分の密度が低くなり、その結果、微小なクラックを誘発する場合があった。この状態の基板に衝撃を加えると、この微小クラックを起点に基板が割れてしまうこともあった。しかしながら補強用電極４０ａ，４０ｂを配置することで、圧着時の圧力が作用し易くなりクラック等の欠陥が生じ難くしている。また前記補強用電極を、機械的強度向上のための骨材として用いることで、衝撃にも強い積層コイル基板を得ることが出来た。

図８は、積層コイル基板の他の例を示す分解斜視図である。また図９及び図１０は、その誘電体層に形成されたコイル用電極とダミー電極を示す平面図である。グリーンシートには前記実施例と同様に、コイル用電極３０ａ〜３０ｆ、３１ａ〜３１ｆ、ダミー電極５０、補強用電極４０、端子電極等１５ａ〜１５ｄが導体パターンにより形成されているが、前記コイル用電極３０ａ，３１ａの一部を、他の層に形成されたダミー電極と積層方向に重なり合うように拡張形成する点で相違する。コイル用電極の拡張部は、ダミー電極とがの重なり合いが、少なくとも１００μｍ以上となるように形成されている。

図１１は、前記積層コイル基板を主面側から見た平面図である。内層された電極パターンの重なり合いの状態を明確にするように、コイル用電極３０ａ〜３０ｆ、３１ａ〜３１ｆとダミー電極５０を破線で、コイル用電極の拡張部を実線で示し、主面に形成されている端子電極等は省略している。また図１２はこの積層コイル基板のＡ−Ａ’断面の拡大図である。
本実施例では、コイル用電極３０ａ，３１ａの拡張部４６，４７とダミー電極５０とを一部積層方向に重なり合わせることで、図１２に斜線で示したセラミック部において、圧着時の圧力が作用し易くするとともに、前記拡張部を機械的強度向上のための骨材として用いて、クラック等の欠陥の無い積層コイル基板を得ることが出来た。

本発明の積層コイル基板によれば、補強用電極を積層配置したり、コイル用電極の一部を、他の層に形成されたダミー電極と積層方向に重なり合うように拡張形成したりすることで、前記電極パターンにより機械的強度が向上され、割れやクラックが生じ難い積層コイル基板を提供することが出来る。

本発明の一実施例に係る積層コイル基板の斜視図である。本発明の一実施例に係る積層コイル基板の分解斜視図である。本発明の一実施例に係る積層コイル基板に用いる誘電体層の平面図である。本発明の一実施例に係る積層コイル基板に用いる他の誘電体層の平面図である。本発明の一実施例に係る積層コイル基板に用いる他の誘電体層の平面図である。本発明の一実施例に係る積層コイル基板の平面図である。本発明の一実施例に係る積層コイル基板のＡ−Ａ’断面拡大図である。本発明の他の実施例に係る積層コイル基板の分解斜視図である。本発明の他の実施例に係る積層コイル基板に用いる誘電体層の平面図である。本発明の他の実施例に係る積層コイル基板に用いる他の誘電体層の平面図である。本発明の他の実施例に係る積層コイル基板の平面図である。本発明の他の実施例に係る積層コイル基板のＡ−Ａ’断面拡大図である。本発明の実施例に係る積層コイル基板を用いたブラシレスモータの断面図である。従来の積層コイル基板を示す分解斜視図である。

符号の説明

１積層コイル基板
１０ａ〜１０ｄ接続電極
１５ａ〜１５ｄ端子電極
２０貫通孔
３０ａ〜３０ｆ、３１ａ〜３１ｆコイル用電極
４０ａ、４０ｂ補強用電極
４６、４７コイル用電極の拡張部
５０ダミー電極

Claims

電極パターンが形成されたセラミックグリーンシートを複数積層し、前記セラミックグリーンシートと前記電極パターンを一体焼結した積層コイル基板において、
ビアホールを介して複数の層に形成されたコイル用電極を電気的に接続してなり、前記積層コイル基板に形成された透孔を中心として環状に配置された複数のコイルと、前記コイル間を接続する接続電極と、前記コイルと外部回路とを接続する端子電極と、前記コイル用電極と同一面上に形成されたダミー電極を備え、
積層コイル基板に積層配置した補強用電極により、同一層上に形成されたコイル用電極とダミー電極との間隔が最も近接する部位を含む領域を、前記コイル用電極の一部と前記ダミー電極の一部とともに積層方向に挟んだことを特徴とする積層コイル基板。
電極パターンが形成されたセラミックグリーンシートを複数積層し、前記セラミックグリーンシートと前記電極パターンを一体焼結した積層コイル基板において、
ビアホールを介して複数の層に形成されたコイル用電極を電気的に接続してなり、前記積層コイル基板に形成された透孔を中心として環状に配置された複数のコイルと、前記コイル間を接続する接続電極と、前記コイルと外部回路とを接続する端子電極と、前記コイル用電極と同一層に形成されたダミー電極を備え、
前記コイル用電極の一部を、他の層に形成されたダミー電極と積層方向に重なり合うように、拡張形成したことを特徴とする積層コイル基板。
前記コイル用電極が形成されるセラミックグリーンシートの面上の前記コイル用電極が存在しない部分に、前記セラミックグリーンシートと実質的に同じセラミック材料からなるセラミック部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の積層コイル基板。