JP2007180393A - 多層基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板内部の配線のショートを抑制可能な多層基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 パターン導電層３Ｂからなるアンテナコイルの共振周波数は、ＲＦＩＤ用の通信周波数帯内に存在する。単層コイルのアンテナからなる場合、コイルと背面金属４との間の距離により、共振周波数にずれが生じる。この問題を解決するため、パターン導電層３Ｂからなるコイルと背面金属４との間に導体層８を介在させている。導体層８は磁界を遮蔽する効果があるため、背面金属４に影響されることなく、常にコイルに一定量の負荷をかけることができる。固体導電ピン３Ｃの側壁と貫通孔６の内壁との間には絶縁体７が介在しているので、絶縁基板３Ａの内部の導体層８が貫通孔６の内壁上に露出しても、導体層８が固体導電ピン３Ｃと接触しないため、これらのショートを抑制することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、多層基板及びその製造方法に関する。

ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）は、アンテナ付ＩＣチップを対象物に付与し、ＩＣチップに記憶された情報を非接触通信装置で読み取ることで、対象物の認識を行う技術である。かかる技術は、ＩＣタグや携帯電話への応用が期待されている。アンテナ基板は、ＩＣ等が搭載される支持基板上に搭載される。なお、アンテナ基板の上面に設けられたアンテナコイルと支持基板の上面に設けられた端子とは接続する必要がある。

一方、マイクロ波基板のパターン間接続方法は、例えば、下記特許文献１に記載されており、この方法では、基板表裏パターンを接続するために所定位置に貫通孔を空けた後、貫通孔の内壁面にスルーホールメッキを施し、上下面の電気的接続を行っている。
特開平６−２８３８５７号公報

しかしながら、アンテナ基板等の内部に多層配線を組み込む場合、スルーホールメッキを施すと、多層配線がメッキとショートするという問題が生じる。特に、アンテナコイルとアンテナコイルを取り付ける物品の間に全面導電層を設けた場合、顕著である。すなわち、多層配線の場合には隙間が若干生じる余地があるが、シールド用のベタ導電層の場合、ベタ導電層を迂回することなく厚み方向に横切ることはできず、ショートが生じる。本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、基板内部の導体層のショートを抑制可能な多層基板及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る多層基板は、導体層を有する絶縁基板と、絶縁基板の一方面上に設けられたパターン導電層と、パターン導電層及び絶縁基板を貫通する貫通孔内に挿入され、絶縁基板の一方面側に貫通孔の一方面側の開口径よりも大きな径の寸法の基部を有し、他方面側に先端部が露出した固体導電ピンと、固体導電ピンの側壁と貫通孔の内壁との間に介在する絶縁体とを備えることを特徴とする。

パターン導電層は貫通孔内の固体導電ピンに接続され、先端部が他方面側に露出している。露出とは、絶縁基板の他方面からピンの先端部が突き出ていることに限らず、絶縁基板の裏面に先端部の位置が一致している場合や、若干、引っ込んでいる場合も含む。先端部が絶縁基板の他方面より外側に突出している場合は端子電極と接続しやすいという利点がある。一方、先端部が絶縁基板の内側にある場合には、ピンの突出がないので、取り扱いやすいという利点がある。この先端部を端子電極に接続すれば、パターン導電層と端子電極が電気的に接続される。ここで、固体導電ピンの側壁と貫通孔の内壁との間には絶縁体が介在しているので、絶縁基板内部の導体層が貫通孔の内壁上に露出しても、導体層が固体導電ピンと接触しないため、これらのショートを抑制することができる。

絶縁体は、絶縁性接着剤からなることが好ましい。絶縁性接着剤は、絶縁体として、貫通孔の内壁と固体導電ピンとを絶縁すると共に、接着剤として内壁に固体導電ピンを強固に固定することができる。

また、パターン導電層は、固体導電ピンの基部の少なくとも一部分が収容される凹部を有することが好ましい。

この場合、固体導電ピンの凹部の深さ方向に垂直な方向の移動が制限されるため、固体導電ピンの貫通孔の内壁への接触が抑制される。

パターン導電層は、アンテナを構成していることが好ましい。この場合、多層基板は、アンテナ基板として機能し、アンテナと端子電極との間の送受信信号は、固体導電ピンを介して伝達される。

また、本発明に係る送受信装置は、上述の多層基板と、多層基板が搭載され、先端部が電気的に接続される端子電極を有する支持基板と、支持基板上に搭載され、端子電極に電気的に接続された集積回路とを備えることを特徴とする。

すなわち、アンテナと端子電極との間の送受信信号は、集積回路との間で伝達させることができるが、これらは同一の支持基板上に搭載されているため、装置の小型化を図ることができる。

また、本発明に係る多層基板の製造方法は、導体層を有する絶縁基板を用意する工程と、絶縁基板上にパターン導電層を形成する工程と、パターン導電層及び絶縁基板を貫通する貫通孔を形成する工程と、絶縁基板の一方面側に貫通孔の一方面側の開口径よりも大きな径の寸法の基部を有する固体導電ピンを、貫通孔内に挿入し、その先端部を絶縁基板の他方面側から露出させる共に、基部をパターン導電層に固定する工程と、固体導電ピンと貫通孔の内壁との間に絶縁体を設ける工程とを備えることを特徴とする。

この製造方法によれば、固体導電ピンの側壁と貫通孔の内壁との間に絶縁体を介在させるので、絶縁基板内部の導体層が貫通孔の内壁上に露出しても、導体層が固体導電ピンと接触しないため、これらのショートを抑制することができる。

本発明の多層基板及びその製造方法によれば、基板内部の導体層のショートを抑制することが可能となる。

以下、実施の形態に係る多層基板、送受信装置及びその製造方法について説明する。なお、同一要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１は、実施の形態に係る送受信装置の斜視図である。

送受信装置１は、支持基板２と、支持基板２上に搭載されたアンテナ（コイル）基板３を備えている。支持基板２上には、アンテナ基板３の他、各種の部品４や送受信回路を内蔵した集積回路５が搭載されている。

アンテナ基板３は多層基板であって、絶縁基板３Ａと、絶縁基板３Ａの一方面上に設けられたパターン導電層３Ｂとを備えている。絶縁基板３Ａを構成する絶縁層の材料は、エポキシ、ポリイミド、ポリエステル、フェノール等の有機系材料、もしくは、セラミックス、ガラス等の無機系材料が挙げられる。

パターン導電層３Ｂはスパイラル状のアンテナ（コイル）を構成しており、両端に電極パッド３Ｂ１を有している。なお、背面金属となる部品４は、アンテナ基板３と支持基板２との間に介在している。

パターン導電層３Ｂと端子電極１０との間の送受信信号は、固体導電ピン３Ｃを介して伝達される。固体導電ピン３Ｃの材料は、金、銀、銅、鉛、亜鉛、アルミニウム、鉄、ニッケル、クロム、チタン等の導電性のものであり、形状は凸型である。各種の部品・集積回路や端子電極との間の配線は省略するが、これらは基板表面か内部に存在する。

この送受信装置１は、アンテナ基板３と、アンテナ基板３が搭載され、先端部３Ｃ２が電気的に接続される端子電極１０を有する支持基板２と、支持基板２上に搭載され、端子電極１０に電気的に接続された集積回路５とを備えている。パターン導電層３Ｂと端子電極１０との間の送受信信号は、集積回路５との間で伝達させることができるが、これらは同一の支持基板２上に搭載されているため、装置の小型化が図られている。

図２は、図１に示した送受信装置１のアンテナ部のＩＩ−ＩＩ矢印断面図である。

アンテナ基板３は、パターン導電層３Ｂ及び絶縁基板３Ａを貫通する貫通孔６を有している。貫通孔６内には固体導電ピン３Ｃが挿入されている。固体導電ピン３Ｃは、絶縁基板３Ａの一方面側に貫通孔６の一方面側の開口径よりも大きな径の寸法の基部３Ｃ１を有し、他方面側に露出した先端部３Ｃ２を有し、全体として凸型のピンを構成している。固体導電ピン３Ｃの側壁と貫通孔６の内壁との間には絶縁体７が介在している。

絶縁基板３Ａは、内部に導体層８を有している。導体層８は、アンテナとしてのパターン導電層３Ｂに対する背面金属４の影響を抑制しており、絶縁基板３Ａが多層配線基板からなる場合には、複数の配線層として機能する場合もある。導体層８とパターン導電層３Ｂとの間には上部絶縁層９が介在しており、導体層８と端子電極（給電点）１０との間には下部絶縁層１１が介在している。なお、上部絶縁層９と導体層８との間に磁性層１２を介在させてもよい。

この送受信装置はＲＦＩＤとして機能し、携帯電話に搭載される。電磁誘導方式の非接触ＩＣ技術を用いた携帯電話は、外部のリーダ／ライタと通信を行うため、アンテナ基板３を内蔵している。パターン導電層３Ｂからなるアンテナコイルの共振周波数は、ＲＦＩＤ用の通信周波数帯内に存在する。単層コイルのアンテナからなる場合、コイルと背面金属４との間の距離により、共振周波数にずれが生じる。

この問題を解決するため、本実施形態では、故意に金属からなる導体層８を絶縁基板３Ａの内部に設け、パターン導電層３Ｂからなるコイルと背面金属４との間に導体層８を介在させている。導体層８は磁界を遮蔽する効果があるため、背面金属４に影響されることなく、常にコイルに一定量の負荷をかけることができる。

導体層８と上部絶縁層９との間には、上述のように磁性層１２を設けてもよく、導体層８上に磁性層１２を介在させることで、コイルで発生した磁界Ｅの抜け道を確保することができる。したがって、このような層構成を採用すると、背面金属４の影響を考慮しないでコイルを設計することができる。

パターン導電層３Ｂは、貫通孔６内の固体導電ピン３Ｃに接続されており、先端部３Ｃ２が他方面側に露出している。先端部３Ｃ２を端子電極１０に接続すれば、パターン導電層３Ｂと端子電極１０が電気的に接続される。固体導電ピン３Ｃの側壁と貫通孔６の内壁との間には絶縁体７が介在しているので、絶縁基板３Ａの内部の導体層８が貫通孔６の内壁上に露出しても、導体層８が固体導電ピン３Ｃと接触しないため、これらのショートを抑制することができる。この導通構造により、リード線等を使用せずコイルと端子電極１０とを接続することができる。

なお、端子電極１０と絶縁基板３Ａとの間には半田材料１３が介在している。半田材料１３は、固体導電ピン３Ｃの先端部３Ｃ２と端子電極１０とを電気的に接続している。なお、固体導電ピン３Ｃの基部３Ｃ１の周囲とパターン導電層３Ｂとの間にも半田材料１４が固着しており、基部３Ｃ１をパターン導電層３Ｂに電気的に接続しつつ固定している。

絶縁体７は、絶縁性接着剤からなることが好ましい。絶縁性接着剤は、絶縁体として、貫通孔６の内壁と固体導電ピン３Ｃとを絶縁すると共に、接着剤として内壁に固体導電ピン３Ｃを強固に固定し、貫通孔６の機械的強度を補強する。これにより、貫通孔６内の隙間が埋まり、基板の折り曲げ等のストレスに強い構成となる。絶縁性接着剤としては、例えば、エポキシなどの樹脂が挙げられる。

また、パターン導電層３Ｂの電極パッド３Ｂ１は、固体導電ピン３Ｃの基部３Ｃ１の少なくとも一部分が収容される凹部（ザグリ）１５を有している。凹部１５は皿穴でも可能である。固体導電ピン３Ｃは挿入時に基部３Ｃ１が凹部１５の底部に当接することで進行が止まり、基部３Ｃ１の側部が凹部１５の内側面に当接することで、凹部１５の深さ方向に垂直な方向の移動が制限される。したがって、固体導電ピン３Ｃの位置決めが行われ、固体導電ピン３Ｃの貫通孔６の内壁への接触が抑制され、安定性が向上する。

図３は、上述のアンテナ基板３の想起に至るまでの初期段階のアンテナ基板の断面図である。

このアンテナ基板３は、下部絶縁層１１上に導体層８、上部絶縁層９及びパターン導電層３Ｂを備えている。貫通孔６内には、固体導電ピン３Ｃが挿入されている。固体導電ピン３Ｃの基部３Ｃ１は円板形状であり、その径Ｘ１は、貫通孔６の基部３Ｃ１側の開口径Ｘ２よりも大きい。なお、円形の場合の径とは直径を示し、多角形や楕円の場合の径とは、重心から形状の輪郭までの距離の平均値を示す。固体導電ピン３Ｃの被挿入部の径Ｘ３は、開口径Ｘ２よりも小さく、固体導電ピン３Ｃの側壁と貫通孔６の内壁との間には隙間が形成されている。

図４は、図３に示したアンテナ基板を改良した段階のアンテナ基板の断面図である。

パターン導電層３Ｂの形成前に、絶縁層９に凹部を形成しておき、この凹部上にパターン導電層３Ｂが形成されており、パターン導電層３Ｂは凹部１５の径は、基部３Ｃ１の径Ｘ１以上である。図３に示した構造の場合、固体導電ピン３Ｃは、ぐらぐらと揺れる可能性があるが、本例では固体導電ピン３Ｃは凹部１５に嵌ることによって位置決めされ、貫通孔６の内壁への接触確率が低くなる。

図５は、図４に示したアンテナ基板を更に改良した段階のアンテナ基板の断面図である。

固体導電ピン３Ｃの側壁と貫通孔６の内壁との間には絶縁性接着剤からなる絶縁体７が介在しており、上述のように絶縁性接着剤が貫通孔６の内壁と固体導電ピン３Ｃとを絶縁すると共に、接着剤として内壁に固体導電ピン３Ｃを強固に固定し、貫通孔６の機械的強度を補強している。なお、図２に示したアンテナ基板３は、本例のアンテナ基板に加えて更に磁性層１２を備えたものである。

次に、上述送受信装置の製造方法について説明するが、磁性層１２の記載は省略する。

まず、図６に示すように、内部導体層８を有する絶縁基板３Ａを用意し、この絶縁基板３Ａ上にパターン導電層３Ｂを形成する。次に、図７に示すように、パターン導電層３Ｂの表面から上部絶縁層９の内部に至る凹部１５’を形成する（ザグリ加工）。この凹部１５’は、ドリル２０を被加工表面上で回転させることによって形成する。

しかる後、図８に示すように、上部絶縁層９の露出表面上にメッキ処理を施し、凹部１５’の表面上にパターン導電層３Ｂを再び形成し、その表面で凹部１５を形成する。このメッキ処理により、パターン導電層３Ｂと固体導電ピン３Ｃと電気的接続関係が良好となる。次に、図９に示すように、ドリル３０を回転させながら、凹部１５の底面から基板厚み方向に向かって移動させ、パターン導電層３Ｂ及び絶縁基板３Ａを貫通する貫通孔６を形成する。

なお、図１０に示すように、絶縁性の支持基板２の表面上に端子電極（ランド）１０が形成されたものを用意しておく。端子電極１０上に半田材料１３を印刷法で設ける。

次に、図１１に示すように、絶縁基板３Ａの一方面側に貫通孔６の一方面側の開口径Ｘ２よりも大きな径Ｘ１の寸法の基部３Ｃ１を有する固体導電ピン３Ｃを、貫通孔６内に挿入し、その先端部３Ｃ２を絶縁基板３Ａの他方面側から露出させる。凹部１５内に基部３Ｃ１は嵌まり込む。基部３Ｃ１の周囲は半田材料１４を塗布し、基部３Ｃ１をパターン導電層３Ｂに固定する。また、固体導電ピン３Ｃと貫通孔６の内壁との間の隙間内に絶縁性接着剤を注入して絶縁体７を設け、固定を強化する。

この製造方法では、固体導電ピン３Ｃの側壁と貫通孔６の内壁との間に絶縁体７を介在させるので、絶縁基板３Ａの内部の導体層８が貫通孔６の内壁上に露出しても、導体層８が固体導電ピン３Ｃと接触しないため、これらのショートは抑制されている。

次に、アンテナ基板３を加熱することにより固体導電ピン３Ｃを加熱し、その先端部３Ｃ２を半田材料１４上に位置させて、これに押し当て、先端部３Ｃ２を端子電極１０に電気的に接続し、絶縁基板３Ａを支持基板２上に搭載する。半田材料１４と先端部３Ｃ２の当接時に半田材料１４は溶融する（リフロー半田付け）。加熱方法としては、赤外線加熱の他、ランプ加熱やパターン導電層３Ｂ自体に電流を流す加熱法などが挙げられる。

これにより、図１２に示すように、アンテナ基板３のピン先端部３Ｃ２と端子電極１０とが半田材料１３を介して接続され、アンテナ基板３が支持基板２上に搭載されることとなる。

図２に示した送受信装置は、アンテナ基板３が搭載された支持基板２上に端子電極１０に電気的に接続された集積回路５（図２参照）を搭載することによって形成される。

この送受信装置の製造方法によれば、固体導電ピン３Ｃと貫通孔６の内壁との間に絶縁体７が介在するため、導体層８が固体導電ピン３Ｃと接触せず、基部３Ｃ１がパターン導電層３Ｂに固定された状態で、固体導電ピン３Ｃを支持基板２上の端子電極１０に固定して電気的に接続することができるので、送受信装置の製造が簡略化される。

なお、上述の例では、凹部１５の形成にドリルを用いたが、エンドミルやパンチ等を用いても凹部１５の加工を行うことができる。また、貫通孔６の形成にはドリルを用いたが、貫通孔６は、エンドミル、リーマ、パンチ等の工具、もしくは、レーザー等で形成することもできる。加工のしやすさのため、基板は可撓性を有すると好ましい。

実施の形態に係る送受信装置の斜視図である。 図１に示した送受信装置１のアンテナ部のＩＩ−ＩＩ矢印断面図である。 上述のアンテナ基板３の想起に至るまでの初期段階のアンテナ基板の断面図である。 図３に示したアンテナ基板を改良した段階のアンテナ基板の断面図である。 図４に示したアンテナ基板を更に改良した段階のアンテナ基板の断面図である。 アンテナ基板の製造方法を説明するための図である。 アンテナ基板の製造方法を説明するための図である。 アンテナ基板の製造方法を説明するための図である。 アンテナ基板の製造方法を説明するための図である。 アンテナ基板の製造方法を説明するための図である。 アンテナ基板の製造方法を説明するための図である。 アンテナ基板の製造方法を説明するための図である。

符号の説明

１・・・送受信装置、２・・・支持基板、３・・・アンテナ基板、３Ａ・・・絶縁基板、３Ｂ・・・パターン導電層、３Ｂ１・・・電極パッド、３Ｃ・・・固体導電ピン、３Ｃ１・・・基部、３Ｃ２・・・先端部、４・・・背面金属、５・・・集積回路、６・・・貫通孔、７・・・絶縁体、８・・・導体層、９・・・上部絶縁層、１０・・・端子電極、１１・・・下部絶縁層、１２・・・磁性層、１３・・・半田材料、１４・・・半田材料、１５・・・凹部、２０・・・ドリル、３０・・・ドリル、Ｅ・・・磁界。

Claims (4)

1. 導体層を有する絶縁基板と、
   前記絶縁基板の一方面上に設けられたパターン導電層と、
   前記パターン導電層及び前記絶縁基板を貫通する貫通孔内に挿入され、前記絶縁基板の一方面側に前記貫通孔の一方面側の開口径よりも大きな径の寸法の基部を有し、他方面側に先端部が露出した固体導電ピンと、
   前記固体導電ピンの側壁と前記貫通孔の内壁との間に介在する絶縁体と、
   を備えることを特徴とする多層基板。
2. 前記絶縁体は、絶縁性接着剤からなることを特徴とする請求項１に記載の多層基板。
3. 前記パターン導電層は、前記固体導電ピンの前記基部の少なくとも一部分が収容される凹部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の多層基板。
4. 導体層を有する絶縁基板を用意する工程と、
   前記絶縁基板上にパターン導電層を形成する工程と、
   前記パターン導電層及び前記絶縁基板を貫通する貫通孔を形成する工程と、
   前記絶縁基板の一方面側に前記貫通孔の一方面側の開口径よりも大きな径の寸法の基部を有する固体導電ピンを、前記貫通孔内に挿入し、その先端部を前記絶縁基板の他方面側から露出させる共に、前記基部を前記パターン導電層に固定する工程と、
   前記固体導電ピンと前記貫通孔の内壁との間に絶縁体を設ける工程と、
   を備えることを特徴とする多層基板の製造方法。

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