JP2017175448A

JP2017175448A - 印刷配線板およびその製造方法

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Publication number: JP2017175448A
Application number: JP2016060654A
Authority: JP
Inventors: 政則内藤; Masanori Naito
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2016-03-24
Publication date: 2017-09-28
Anticipated expiration: 2036-03-24
Also published as: JP6598714B2

Abstract

【課題】コイル部で発生する電磁波が回路部に影響するのを防ぎ、且つ小型化した印刷配線板およびその製造方法を提供する。【解決手段】基板１０ａ上に形成された回路部２と、回路部２の周囲に設けられたコイル部１と、コイル部１を覆うための第１の磁性体３１と、回路部２とコイル部１との間に設けられた第２の磁性体３２とを備え、前記基板１０ａが、前記回路部２と前記コイル部１との間に形成されたスリット４を有しており、前記第２の磁性体３２が、底部３２２と少なくとも１つの開口部３０を有する側壁部３２１とを含むトレイ形状を有し、前記回路部２の形成面と反対側の面から、前記側壁部３２１を前記スリット４に挿入した状態で、前記基板１０ａに固定されている。【選択図】図１

Description

本発明は、コイル部と回路部とを含む印刷配線板およびその製造方法に関する。

従来、コイル部と回路部とを含む印刷配線板は、コイル部の線材を、回路部が形成された印刷配線板の接続用パッドにはんだなどで接続して一体化するか、あるいは、印刷配線板上でコイル部と回路部との領域を分けて作製している。しかし、このような印刷配線板を小型化するのは困難である。

印刷配線板の小型化を実現するため、特許文献１には、回路基板の少なくとも一部を磁性体の空洞部に収容し、その外周に磁性体を通る磁場成分を電流に変換するコイル部を設けることが提案されている。
しかしながら、印刷配線板の小型化のためにコイル部と回路部とを同じ印刷配線板上で製造する場合は、コイル部に電流を流すことにより発生する電磁波の影響を回路部が受け誤動作してしまう恐れがある。

特開２００６−２７９１８０号公報

本発明の課題は、コイル部で発生する電磁波が回路部に影響するのを防ぎ、且つ小型化した印刷配線板およびその製造方法を提供することである。

本発明は、上記課題を解決するべく完成されたものであって、以下の構成からなる。
（１）基板上に形成された回路部と、回路部の周囲に設けられたコイル部と、コイル部を覆うための第１の磁性体と、回路部とコイル部との間に設けられた第２の磁性体とを備え、前記基板が、前記回路部と前記コイル部との間に形成されたスリットを有しており、前記第２の磁性体が、底部と少なくとも１つの開口部を有する側壁部とを含むトレイ形状を有し、前記回路部の形成面と反対側の面から、前記側壁部を前記スリットに挿入した状態で、前記基板に固定されていることを特徴とする印刷配線板。
（２）前記第２の磁性体が、前記回路部を覆うための蓋部をさらに含む（１）に記載の印刷配線板。
（３）前記第１および前記第２の磁性体の少なくとも一方が、スピネルフェライトで形成されている（１）または（２）に記載の印刷配線板。
（４）前記第１および前記第２の磁性体の少なくとも一方が、０．１ｍｍ以上の厚みを有する（１）〜（３）のいずれかに記載の印刷配線板。
（５）基板上に回路部と、回路部の周囲にコイル部とを形成する工程と、前記基板の、前記回路部と前記コイル部との間にスリットを形成する工程と、前記コイル部を第１の磁性体で覆う工程と、底部と少なくとも１つの開口部を有する側壁部とを含む、トレイ形状を有する第２の磁性体を、前記回路部の形成面と反対側の面から、前記側壁部を前記スリットに挿入して前記基板に固定する工程とを含むことを特徴とする印刷配線板の製造方法。
（６）前記回路部を覆うための蓋部を、前記第２の磁性体に形成する工程をさらに含む（５）に記載の印刷配線板の製造方法。

本発明によれば、コイル部で発生する電磁波の回路部への影響を、コイル部上およびコイル部と回路部との間に備えた磁性体で防ぐことで、回路部の誤動作を防止でき、且つ回路部の周囲にコイル部を設けて一体成型しているので、印刷配線板の小型化を実現することができる。さらに、磁性体により、送受電アンテナ間の通信および（無線）給電効率を改善することができる。

本発明の印刷配線板の一実施形態を示す斜視図である。（ａ）は図１に示す印刷配線板の上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線の断面図である。図１に示す印刷配線板に使用されている第２の磁性体を示す斜視図である。第２の磁性体の別の実施形態を示す斜視図である（ａ）および（ｂ）は本発明の印刷配線板の製造方法の一実施形態を示す斜視図である。送信側と受信側とからなる印刷配線板を示す斜視断面図である。Ｑｉ規格の周波数帯における磁界強度のシミュレーションを示すグラフである。Ｑｉ規格の周波数帯における送受電効率のシミュレーションを示すグラフである。ＲＦ−ＩＤで用いられる周波数帯における磁界強度のシミュレーションを示すグラフである。ＲＦ−ＩＤで用いられる周波数帯における送受電効率のシミュレーションを示すグラフである。

本発明の一実施形態である印刷配線板１０は、図１に示すように、基板１０ａに形成された回路部２と、この回路部２の周囲に設けられたコイル部１と、このコイル部１を覆うために設けられた第１の磁性体３１と、コイル部１と回路部２との間に設けられた第２の磁性体３２とを備える。以下、第１の磁性体３１と第２の磁性体３２とをまとめて、単に「磁性体３」と記載する場合がある。

回路部２は、基板１０ａにおいて、ＩＣ部品などの電子部品が実装された領域である。回路部２の位置は特に限定されない。後述のコイル部１が回路部２の周囲に設けられることを考慮すると、回路部２は基板１０ａのほぼ中央部に設けることが好ましい。

コイル部１は、基板１０ａ上に回路部２を囲うように、回路部２と同様に、印刷配線板の配線で形成されている。

磁性体３は、コイル部１を覆うための第１の磁性体３１と、回路部２をコイル部１から遮る第２の磁性体３２とを含む。磁性体３は、コイル部１で発生する電磁波から回路部２を保護し、回路の誤動作を防止する。

図２（ａ）に示すように、回路部２とコイル部１との間には、第２の磁性体３２の側壁部３２１が回路部２を囲うようにスリット４を貫通した状態で固定されている。スリット４は、図２（ｂ）に示すように、回路部２を囲い基板１０ａの表裏面を貫通する溝である。ただし、スリット４は第２の磁性体３２の開口部３０となる部分は基板１０ａを貫通していない。

第２の磁性体３２は、図３に示すように、底部３２２と側壁部３２１とを含むトレイ形状を有する。この側壁部３２１は少なくとも１つの開口部３０を有する。第２の磁性体３２は、基板１０ａにおいて、回路部２の形成面と反対側の面から、各側壁部３２１をスリット４に挿入した状態で、接着剤や、スリット４を利用した圧入などで基板１０ａと第１の磁性体３１に固定される。このとき、各側壁部３２１は、回路部２を囲うようにスリット４から突出した状態となる。底部３２２は回路部２の形成面の反対側から入る電磁波を遮るため、回路部２を形成した基板１０ａの反対側に接しているのがよい。

図４に第２の磁性体３２の別の実施形態を示す。第２の磁性体３２ａは、図３に示す第２の磁性体３２に、回路部を覆うための蓋部３３をさらに設けた形状を有する。このような形状の第２の磁性体３２ａは、スリット４に挿入した後、トレイ形状を有する第２の磁性体３２（図３参照）の開口した上部に、蓋部３３となる磁性体を接着して形成する。あるいは、磁性体シートを展開図状態で作製し、基板１０ａのスリット４を挿通させた後に蓋部３３となる面を折曲げて形成する。この蓋部３３を形成することで、コイル部１からの電磁波を回路部２がより受けなくなる。

磁性体３の磁性材料としては特に限定されず、鉄、ニッケル、コバルト、これらの合金、フェライトなどが挙げられる。これらの中でも加工のしやすさなどからフェライトが好ましく、スピネルフェライト（ソフトフェライト）が特に好ましい。スピネルフェライトは、透磁率が高く、電気抵抗が高いので磁性体に生じる渦電流損失が小さい。磁性体３は、これらの磁性材料を予め所望の形状に加工した成形品を用いてもよく、シート状の磁性体（磁性体シート）を用いてもよい。特に、磁性体シートは展開図を作成でき、金型を用いて折り曲げやすくしておけば基板に組み込みやすい。この磁性体シートとしては、例えばFFSW-0.1-5060T（Ni-Zn-Fe₂-O₃)（北川工業株式会社製）などがある。第１の磁性体３１と第２の磁性体３２とは同一の磁性材料で形成されていてもよく、異なる磁性材料で形成されていてもよい。

第１の磁性体３１は、好ましくは０．１ｍｍ以上の厚みを有する。厚みを０．１ｍｍ以上有することによってコイル部１からの電磁波をより効率よく防止することができる。厚みは、０．１ｍｍ以上となるように、磁性体の成形性を考慮し、適宜選択すれば良い。第２の磁性体３２の厚みについても、第１の磁性体３１と同様である。

（印刷配線板の製造方法）
本発明の一実施形態における印刷配線板の製造方法は、下記の（ｉ）〜（ｉｉｉ）の工程を含む。
（ｉ）回路部を基板上に配置し、この回路部の周囲にコイル部と、回路部とコイル部との間にスリットを設ける工程。
（ｉｉ）コイル部を覆うように第１の磁性体を配置する工程。
（ｉｉｉ）底部と少なくとも一つの開口部を設けた側壁部とを含むトレイ形状の第２の磁性体を形成し、基板の回路部の形成面と反対側の面から、第２の磁性体の側壁部をスリットに挿入し、この側壁部がスリットを貫通した状態で基板に固定する工程。

本発明の一実施形態における印刷配線板の製造方法を、図５（ａ）および（ｂ）に基づいて説明する。まず、図５（ａ）に示すように、基板１０ａ´の一方の面（上面）に、回路部２´を配置し、この回路部２´の周囲に回路部２´と同様に、印刷配線板の配線でコイル部１´を作製する。回路部２´とコイル部１´の形成は同時に行ってもよい。次に、コイル部１´と回路部２´との間に、基板１０ａ´の表裏面を貫通するスリット４´を設ける。

次に、基板１０ａ´の回路部２´を設置した面（上面）側に、コイル部１´を覆うため第１の磁性体３１´を配置する。この第１の磁性体３１´は、第２の磁性体３２´の外周あるいはスリット４´の外形の大きさに合う孔部３１１を有している。

次に、基板１０ａ´に形成されたスリット４´に挿入し得るように、底部３２２´と側壁部３２１´とを含むトレイ形状を有する第２の磁性体３２´を作製する。第２の磁性体３２´は、磁性材料をスリット４´に挿入し得る形状に成形して焼結して作製してもよく、スリット４´に挿入し得る形状に磁性体シートを組み立てまたは折り曲げて作製してもよい。この第２の磁性体３２´は少なくとも１つの開口部３０´を有する。この開口部３０´の長さは、基板１０ａ´に設けたスリット４´の非貫通部分と同じ長さであるのがよい。

次に、第２の磁性体３２´を、基板１０ａ´の回路部２´の形成面と反対側の面から、第２の磁性体３２´の側壁部３２１´をスリット４´に挿入する。側壁部３２１´はスリット４´から基板１０ａ´の回路部２´の形成面に突出し、回路部２´は側壁部３２１´に囲まれた状態となる。このとき側壁部３２１´は第１の磁性体３１´の孔部３１１からも突出した状態となる。底部３２２´は、回路部２´の形成面の反対側から入る電磁波を遮るため、回路部２´の形成面と反対側の面に接しているのがよい。
最後に、接着剤やスリット４を利用した圧入などで基板１０ａ´と第２の磁性体３２´と第１の磁性体３１´とを固定すると、図５（ｂ）に示す印刷配線板１０´が完成する。

この後、印刷配線板１０´に、回路部２´の上部を覆うための蓋部（図示せず）を、第２の磁性体３２´の上部に磁性体シートなどで形成してもよい。第１の磁性体３１´および第２の磁性体３２´の基板１０ａ´への取り付けは特に順序を問わない。

（送受電アンテナ間の通信）
次に、磁性体３を設けたときの回路部２への磁界強度の影響を、図６に示すように、同じ形状の印刷配線板をそれぞれ送信側基板１１と受信側基板１２として対向させたシミュレーションを実施した。送信側基板１１と受信側基板１２との距離は２ｍｍである。

図６に示した印刷配線板１００は、磁性体３（第２の磁性体３２）がコイル部１で発生した電磁波から回路部２を防護しているので、送信側基板１１および受信側基板１２のそれぞれの回路部２の近辺の磁界強度が、磁性体３を備えない印刷配線板と比べて低減される。そのため、送信側基板１１と受信側基板１２との送受電アンテナ間における、互いのコイル部１の電磁波同士の干渉により起こる回路部２の誤動作の発生を抑制する。また、図６に示すように回路部２の上部が開口した印刷配線板１００では、蓋部３３を備えた印刷配線板（図示せず）と比べて、回路部２の放熱に寄与できる。

（Ｑｉ規格およびＲＦ−ＩＤへの応用）
コイル部と回路部を備えた印刷配線板に関して、磁性体を印刷配線板に組み込むことで、コイル部で発生する電磁波の回路部への侵入を防ぐ優位性は、製品の小型化や、コイル部の配置領域の制限により限界となった効率を向上させることができる点である。この優位性は、例えば、ワイヤレス給電（無線給電）のＱｉ規格や、ＩＣタグなどに利用されるＲＦ−ＩＤで用いられる周波数帯においても応用することができる。
そのため、回路部を磁性体で覆ったもの、回路部の直上を開口したもの、磁性体無しの、それぞれの印刷配線板を用いて、ＩＣ実装部を含む回路部の表面中心付近の３×３×０．１（ｍｍ）範囲の、各周波数帯（１２５ｋＨｚ、１３．５６ＭＨｚ）における最大磁界強度のシミュレーションを実施した。

図７は、Ｑｉ規格（１２５ｋＨｚ）の周波数帯における結果を示すグラフである。このときの磁性体（フェライト）の物性値は、比誘電率１２、比透磁率６５０、導電率０．０１［Ｓ/ｍ］、フェライト組成がNi-Zn-Fe₂-O₃である。
図７より、１２５ｋＨｚの周波数帯において、回路部の直上の磁性体を開口したものは、磁性体なしと比較して、磁界強度が１７Ａ/ｍ程度低減していることがわかる。また、１２５ｋＨｚにおいて、回路部を磁性体で覆ったものよりも、直上を開口したものの場合は３Ａ/ｍ程度増加するが、磁性体なしと比較すると磁界強度は低い値となっており、回路部を防護していることがわかる。

図８は、Ｑｉ規格（１２５ｋＨｚ）で用いられる周波数帯における送信側基板から対向した受信側基板に伝わった電力比率（効率）のシミュレーションを示すグラフである。図８から、磁性体の効果により、効率が改善しているのがわかる。また、回路部を磁性体で覆った場合と、開口した場合の差異は軽微であることがわかる。

図９は、ＲＦ−ＩＤ規格（１３．５６ＭＨｚ）の周波数帯における結果を示すグラフである。このときの磁性体（フェライト）の物性値は、比誘電率１２、比透磁率１１０、導電率０．０１［Ｓ/ｍ］、フェライト組成がNi-Zn-Fe₂-O₃である。
図９より、１３ＭＨｚの周波数帯において、回路部の直上の磁性体を開口したものは、磁性体なしと比較して、磁界強度が０．５Ａ/ｍ程度低減していることがわかる。また、１３ＭＨｚにおいて、回路部を磁性体で覆ったものよりも、直上を開口したものの場合は０．７Ａ/ｍ程度増加するが、磁性体なしと比較すると磁界強度は低い値となっており、回路部を防護していることがわかる。

図１０は、ＲＦ−ＩＤ規格（１３．５６ＭＨｚ）で用いられる周波数帯における送信側基板から対向した受信側基板に伝わった電力比率（効率）のシミュレーションを示すグラフである。図１０から、磁性体の効果により、効率が改善しているのがわかる。また、回路部を磁性体で覆った場合と、開口した場合の差異は軽微であることがわかる。

図７〜１０より、印刷配線板に磁性体を設けることで、送受電アンテナ間の通信および（無線）給電効率を改善することができることがわかる。

本発明によれば、コイル部で発生する電磁波の回路部への影響を、コイル部上およびコイル部と回路部との間に備えた磁性体で防ぐことで、回路部の誤動作を防止できる。さらに、回路部の周囲にコイル部を設けて一体成型しているので、印刷配線板の小型化を実現することができる。さらに、磁性体により、送受電アンテナ間の通信および（無線）給電効率を改善することができる。

１、１´ コイル部
２、２´ 回路部
３磁性体
４、４´ スリット
１１送信側基板
１２受信側基板
３０、３０´ 開口部
３１、３１´ 第１の磁性体
３２、３２´ 第２の磁性体
３３蓋部
３２１、３２１´ 側壁部
３２２、３２２´ 底部
３１１孔部
１０、１０´、１００印刷配線板
１０ａ、１０ａ´ 基板

Claims

基板上に形成された回路部と、
回路部の周囲に設けられたコイル部と、
コイル部を覆うための第１の磁性体と、
回路部とコイル部との間に設けられた第２の磁性体と、
を備え、
前記基板が、前記回路部と前記コイル部との間に形成されたスリットを有しており、
前記第２の磁性体が、底部と少なくとも１つの開口部を有する側壁部とを含むトレイ形状を有し、前記回路部の形成面と反対側の面から、前記側壁部を前記スリットに挿入した状態で、前記基板に固定されていることを特徴とする印刷配線板。
前記第２の磁性体が、前記回路部を覆うための蓋部をさらに含む請求項１に記載の印刷配線板。
前記第１および前記第２の磁性体の少なくとも一方が、スピネルフェライトで形成されている請求項１または２に記載の印刷配線板。
前記第１および前記第２の磁性体の少なくとも一方が、０．１ｍｍ以上の厚みを有する請求項１〜３のいずれかに記載の印刷配線板。
基板上に回路部と、回路部の周囲にコイル部とを形成する工程と、
前記基板の、前記回路部と前記コイル部との間にスリットを形成する工程と、
前記コイル部を第１の磁性体で覆う工程と、
底部と少なくとも１つの開口部を有する側壁部とを含む、トレイ形状を有する第２の磁性体を、前記回路部の形成面と反対側の面から、前記側壁部を前記スリットに挿入して前記基板に固定する工程と、
を含むことを特徴とする印刷配線板の製造方法。
前記回路部を覆うための蓋部を、前記第２の磁性体に形成する工程をさらに含む請求項５に記載の印刷配線板の製造方法。