JP2020181853A - コイル基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 微細なコイルを形成できるコイル基板の製造方法の提供【解決手段】 シード層３４上にめっきレジストパターン３８が形成される（図４（Ｅ））。めっきレジストパターン３８から露出するシード層３４上に電解めっきにより電解めっき膜３６が形成される（図４（Ｆ））。めっきレジストパターンが剥離され、電解めっき膜３６から露出するシード層３４、銅箔３２が剥離され、第１配線２４Ｆ、第２配線２４Ｓが形成される（図４（Ａ））。配線（コイル）をファインピッチに形成できる。【選択図】 図４

Description

本発明は、直流モータの電機子を構成するコイル基板に関する。

特許文献１は、ワイヤを巻いてシングルコイルを形成し、シングルコイルを樹脂で固めてから、複数のシングルコイルを瓦のように重ね合わせることで空心巻線を形成する電動機を開示している。

特開２００７−１２４８９２号公報

[特許文献の課題]
特許文献１では、ワイヤを巻いてシングルコイルを形成する際に、形状が複雑なため人手により形成する必要があると考えられる。

本発明は、第１面と前記第１面との反対側の第２面とを有するフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板に設けられた配線から成る複数個のコイルと、前記フレキシブル基板を貫通し前記第１面の配線と前記第２面の配線を接続する銅めっきからなるビア導体とを有するコイル基板の製造方法である。そして、前記フレキシブル基板の前記第１面、前記第２面に銅箔を設けることと、前記フレキシブル基板にビア導体用の貫通孔を設けることと、前記銅箔の表面、及び、前記フレキシブル基板の前記貫通孔内にシード層を設けることと、前記シード層上にめっきレジストパターンを形成することと、前記めっきレジストパターンから露出するシード層上に電解めっきにより電解めっき膜を形成し、前記貫通孔内に前記ビア導体を形成することと、前記めっきレジストパターンを剥離することと、前記電解めっき膜から露出する前記シード層、前記銅箔を剥離して、前記銅箔、前記シード層、前記電解めっき膜からなる前記配線を形成することと、を有する。

別の態様は、第１面と前記第１面との反対側の第２面とを有するフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板に設けられた配線から成る複数個のコイルと、前記フレキシブル基板を貫通し前記第１面の配線と前記第２面の配線を接続する銅めっきからなるビア導体とを有するコイル基板の製造方法であって、前記フレキシブル基板にビア導体用の貫通孔を設けることと、前記フレキシブル基板の表面、及び、前記貫通孔内にシード層を設けることと、前記シード層上にめっきレジストパターンを形成することと、前記めっきレジストパターンから露出するシード層上に電解めっきにより電解めっき膜を形成し、前記貫通孔内に前記ビア導体を形成することと、前記めっきレジストパターンを剥離することと、前記電解めっき膜から露出する前記シード層を剥離して、前記シード層、前記電解めっき膜からなる前記配線を形成することと、を有する。

[実施形態の効果]
本発明の実施形態のコイル基板の製造方法は、フレキシブル基板にプリント配線板の製造方法で配線から成る複数個のコイルを形成するため、容易に形成できる。また、シード層上にめっきレジストパターンを形成し、めっきレジストパターンから露出するシード層上に電解めっきにより電解めっき膜を形成し、めっきレジストパターンを剥離し、電解めっき膜から露出するシード層、銅箔を剥離して、配線を形成する。即ち、厚みの厚い電解めっき膜をエッチングしてパターンを形成するのと比較して、配線をファインピッチに形成できる。これにより、配線が占める比率を高め、コイル数を増大させ、コイルの発生トルクを大きくすることができる。

別の態様のコイル基板の製造方法は、シード層上にめっきレジストパターンを形成し、めっきレジストパターンから露出するシード層上に電解めっきにより電解めっき膜を形成し、めっきレジストパターンを剥離し、電解めっき膜から露出するシード層を剥離して、配線を形成する。即ち、厚みの厚い電解めっき膜をエッチングしてパターンを形成するのと比較して、配線をファインピッチに形成できる。これにより配線が占める比率を高め、コイル数を増大させ、コイルの発生トルクを大きくすることができる。

図１（Ａ）は第１実施形態のコイル基板を用いる直流モータの断面図であり、図１（Ｂ）はコイル基板の展開平面図であり、図１（Ｃ）は電機子の斜視図である。 図２（Ａ）はコイル基板の平面図であり、図２（Ｂ）はコイル基板の裏面図であり、図２（Ｃ）はコイルの配線を示す拡大図である。 第１実施形態に係るコイル基板のコイル結線を示す図 第１実施形態のコイル基板の配線の形成方法を示す工程図 第１実施形態の改変例に係るコイル基板の配線の形成方法を示す工程図 図６（Ａ）は第２実施形態のコイル基板の構成を示す模式図であり、図６（Ｂ）は第２実施形態のコイル基板の断面図である。 第２実施形態のコイル基板の配線の形成方法を示す工程図

[第１実施形態]
図１（Ａ）は、第１実施形態のコイル基板を用いる直流モータ１０の断面図である。
直流モータ１０は、第１実施形態のコイル基板２０から成る電機子（ロータ）３０と、磁石４８と、出力軸５０と、整流子５２と、ブラシ５４と、角度検出用磁石５６と、ホール素子５８と、ケーブル６０とを有する。ホール素子５８は、角度検出用磁石５６に対向する位置に配置される。角度検出用磁石５６は、角度、回転方向、速度の検出に用いられる。

図１（Ｂ）はコイル基板の展開平面図であり、図１（Ｃ）は電機子３０を構成するコイル基板２０の斜視図である。
コイル基板２０は、可撓性を有するポリイミド製のフレキシブル基板２２にめっきパターンにより形成された一番コイルＣ１、二番コイルＣ２、三番コイルＣ３と、一番コイルＣ１、二番コイルＣ２、三番コイルＣ３に接続された整流子（モータ内部端子）５２と、一番コイルＣ１、二番コイルＣ２、三番コイルＣ３に対応する位置に配置された角度検出用磁石５６とを有する。整流子（モータ内部端子）５２は、ブラシに対する耐摩耗性を有する金属板から成り、一番コイルＣ１、二番コイルＣ２、三番コイルＣ３に接続されたコイルと同時に形成された図示しない端子上に配置される。角度検出用磁石５６上に設けられたモータの角度検出精度を高くするための溝によって、角度検出用磁石の表面は３又は４個に分割されている。図１（Ｃ）に示されるようにコイル基板２０は、空洞ＡＨを囲むように周方向（モータの軸方向）に巻かれている。

第１実施形態のコイル基板２０は、１のフレキシブル基板上にコイルと共に、整流子（モータ内部端子）５２及び角度検出用磁石５６を設けるため、構造が簡易であり、製造し易いという効果を有する。

図２（Ａ）、図２（Ｂ）は、実施形態に係るコイル基板のコイルの配置を示している。
コイル基板２０のフレキシブル基板２２は、短辺２０Ｔと長辺２０Ｌとを有する矩形状に形成されている。フレキシブル基板２２は、第１面Ｆと第１面の反対の第２面Ｓとを有し、図２（Ａ）は第１面Ｆ側を、図２（Ｂ）は第２面Ｓ側を示している。第１面Ｆ側に第１コイルＣＦが、第２面Ｓに第２コイルＣＳが形成されている。第１コイルＣＦ及び第２コイルＣＳから成る３個のほぼ六角形の一番コイルＣ１、二番コイルＣ２、三番コイルＣ３は、長辺２０Ｌに沿ってずらされながら配置されている。

一番コイルＣ１は、第１面Ｆ側に形成されたＦ面一番コイルＣＦ１と、第２面Ｓ側に形成されたＳ面一番コイルＣＳ１とから成る。二番コイルＣ２は、第１面Ｆ側に形成されたＦ面二番コイルＣＦ２と、第２面Ｓ側に形成されたＳ面二番コイルＣＳ２とから成る。三番コイルＣ３は、第１面Ｆ側に形成されたＦ面三番コイルＣＦ３と、第２面Ｓ側に形成されたＳ面三番コイルＣＳ３とから成る。Ｆ面一番コイルＣＦ１、Ｆ面二番コイルＣＦ２、Ｆ面三番コイルＣＦ３は、第１面Ｆに形成された第１配線２４Ｆから構成され、Ｓ面一番コイルＣＳ１、Ｓ面二番コイルＣＳ２、Ｓ面三番コイルＣＳ３は、第２面Ｓに形成された第２配線２４Ｓから構成される。

図３は、第１実施形態に係るコイル基板のコイル結線を示す図である。
図３（Ａ）は第１面Ｆ側のＦ面コイルを、図３（Ｂ）は第２面Ｓ側のＳ面コイルを示している。ここで、実線は第１面Ｆ側のＦ面コイル及び第１配線２４Ｆを表し、点線は第２面Ｓ側のＳ面コイル及び第２配線２４Ｓを表す。図３（Ｂ）のＳ面コイルは、第１面Ｆ側から透視して見た図である。図中、○内に×は、第１面Ｆ側から第２面Ｓへ接続するビア導体２４ＡＤを示し、○内に黒点は、第２面Ｓ側から第１面Ｆへ接続するビア導体２４ＡＵを示す。ビア導体２４ＡＤ、２４ＡＵはフレキシブル基板２２を貫通する銅めっきからなる。

一番コイルＣ１、二番コイルＣ２、三番コイルＣ３は、それぞれモータ内部端子である第１端子Ｔ１、第２端子Ｔ２、第３端子Ｔ３に接続される。第１端子Ｔ１、第２端子Ｔ２、第３端子Ｔ３上に図１（Ｂ）に示す整流子５２が取り付けられる。第１端子Ｔ１は、一番コイルＣ１と共に二番コイルＣ２に接続される。第２端子Ｔ２は、二番コイルＣ２と共に三番コイルＣ３に接続される。第３端子Ｔ３は、三番コイルＣ３と共に一番コイルＣ１に接続される。

第１端子Ｔ１に一番コイルＣ１のＦ面一番コイルＣＦ１が接続される。Ｆ面一番コイルＣＦ１は、渦巻き状に反時計内側回りに配線され、終端でビア導体２４ＡＤを介してＳ面側のＳ面一番コイルＣＳ１に接続される。Ｓ面側のＳ面一番コイルＣＳ１は、渦巻き状に反時計外側回りに配線され、Ｓ面一番コイルＣＳ１の終端ＥＤで第２配線２４Ｓを介して第２端子Ｔ２に接続される。第２端子Ｔ２に二番コイルＣ２のＦ面二番コイルＣＦ２が接続される。Ｆ面二番コイルＣＦ２は、渦巻き状に反時計内側回りに配線され、終端でビア導体２４ＡＤを介してＳ面側のＳ面二番コイルＣＳ２に接続される。Ｓ面側のＳ面二番コイルＣＳ２は、渦巻き状に反時計外側回りに配線され、Ｓ面二番コイルＣＳ２の終端ＥＤでビア導体２４ＡＵに接続され、第１配線２４Ｆを介して第３端子Ｔ３に接続される。第３端子Ｔ３に三番コイルＣ３のＦ面三番コイルＣＦ３が接続される。Ｆ面三番コイルＣＦ３は、渦巻き状に反時計内側回りに配線され、終端でビア導体２４ＡＤを介してＳ面側のＳ面三番コイルＣＳ３に接続される。Ｓ面側のＳ面三番コイルＣＳ３は、渦巻き状に反時計外側回りに配線され、Ｓ面三番コイルＣＳ３の終端ＥＤで第２配線２４Ｓ、ビア導体２４ＡＵ、第１配線２４Ｆを介して第１端子Ｔ１に接続される。なお、図中でコイルＣＦ１〜ＣＦ３、コイルＣＳ１〜ＣＳ３は３ターン分描かれているが、実施品では３５ターンに形成される。

図２（Ｃ）は、Ｆ面三番コイルＣＦ３を構成する第１配線２４Ｆ、ビア導体２４Ａ、ビアランド２４ＡＦを拡大して示す。図４（Ａ）は、図２（Ｃ）のＦ面三番コイルＣＦ３のａ１−ａ１断面図である。フレキシブル基板２２の第１面Ｆには、第１配線２４Ｆとビアランド２４ＡＦとが形成されている。ビアランド２４ＡＦは第１配線に含まれる。フレキシブル基板２２の第２面Ｓには、第２配線２４Ｓとビアランド２４ＡＳとが形成されている。ビアランド２４ＡＳは第２配線に含まれる。フレキシブル基板２２を貫通する貫通孔２６には、ビア導体２４Ａが形成され、ビア導体２４Ａを介して第１面Ｆ側のビアランド２４ＡＦと、第２面Ｓ側のビアランド２４ＡＳとが接続される。第１配線２４Ｆ、第２配線２４Ｓは、銅箔３２、シード層３４、電解めっき膜３６から成る。ビア導体２４Ａは、貫通孔２６内に形成されたシード層３４、電解めっき膜３６から成る。

[第１実施形態の製造方法]
図４（Ｂ）〜図４（Ｆ）は、第１実施形態のコイル基板の製造方法を示す。
第１面Ｆと第１面の反対面である第２面Ｓとを備えるフレキシブル基板２２が用意され、フレキシブル基板２２の第１面Ｆと第２面Ｓに銅箔３２が積層される（図４（Ｂ））。フレキシブル基板２２にビア導体用の貫通孔２６が形成される（図４（Ｃ））。銅箔３２の表面、及び、フレキシブル基板２２の貫通孔２６内に無電解銅めっきによりシード層３４が形成される（図４（Ｄ））。シード層３４上にめっきレジストパターン３８が形成される（図４（Ｅ））。めっきレジストパターン３８から露出するシード層３４上に電解めっきにより電解めっき膜３６が形成され、貫通孔２６内に電解めっき膜３６が充填されビア導体２４Ａが形成される（図４（Ｆ））。めっきレジストパターンが剥離され、電解めっき膜３６から露出するシード層３４、銅箔３２が剥離され、銅箔３２、シード層３４、電解めっき膜３６からなる第１配線２４Ｆ、第２配線２４Ｓが形成され（図４（Ａ））、コイル基板２０が完成する。

第１実施形態のコイル基板の製造方法は、フレキシブル基板２２にプリント配線板の製造方法で第１配線２４Ｆ、第２配線２４Ｓから成る複数個のコイルを形成するため、容易に形成できる。また、シード層３４上にめっきレジストパターン３８が形成され、めっきレジストパターン３８から露出するシード層３４上に電解めっきにより電解めっき膜３６が形成され、めっきレジストパターンが剥離され、電解めっき膜３６から露出するシード層３４、銅箔３２が剥離され、第１配線２４Ｆ、第２配線２４Ｓが形成される。即ち、厚みの厚い電解めっき膜をエッチングしてパターンを形成するのと比較して、厚い電解めっき膜にエッチングを加えないため、配線をファインピッチに形成できる。これにより配線の占める比率を高め、コイル数を増大させ、コイルの発生トルクを大きくすることができる。

また、フレキシブル基板２２の第１面Ｆに設けられた渦巻き状の第１配線２４Ｆと、第２面Ｓに設けられた第２配線２４Ｓとが、フレキシブル基板２２を貫通する銅めっきからなるビア導体２４Ａにより接続される。このため、異なり高い信頼性を有すると共に、低抵抗のビア導体２４Ａに電流が流れるため高効率を実現できる。

[第１実施形態の改変例]
図５（Ａ）は、第１実施形態の改変例のコイル基板の断面図である。
フレキシブル基板２２の第１面Ｆには、第１配線２４Ｆとビアランド２４ＡＦとが形成されている。フレキシブル基板２２の第２面Ｓには、第２配線２４Ｓとビアランド２４ＡＳとが形成されている。フレキシブル基板２２を貫通する貫通孔２６には、ビア導体２４Ａが形成され、ビア導体２４Ａを介して第１面Ｆ側のビアランド２４ＡＦと、第２面Ｓ側のビアランド２４ＡＳとが接続される。第１配線２４Ｆ、第２配線２４Ｓは、シード層３４、電解めっき膜３６から成る。ビア導体２４Ａは、貫通孔２６内に形成されたシード層３４、電解めっき膜３６から成る。

[第１実施形態の改変例の製造方法]
図５（Ｂ）〜図５（Ｆ）は、第１実施形態のコイル基板の製造方法を示す。
第１面Ｆと第１面の反対面である第２面Ｓとを備えるフレキシブル基板２２が用意される（図５（Ｂ））。フレキシブル基板２２にビア導体用の貫通孔２６が形成される（図５（Ｃ））。フレキシブル基板２２の表面、及び、貫通孔２６内に無電解銅めっきによりシード層３４が形成される（図５（Ｄ））。シード層３４上にめっきレジストパターン３８が形成される（図５（Ｅ））。めっきレジストパターン３８から露出するシード層３４上に電解めっきにより電解めっき膜３６が形成され、貫通孔２６内に電解めっき膜３６が充填されビア導体２４Ａが形成される（図５（Ｆ））。めっきレジストパターンが剥離され、電解めっき膜３６から露出するシード層３４が剥離され、シード層３４、電解めっき膜３６からなる第１配線２４Ｆ、第２配線２４Ｓが形成され（図５（Ａ））、コイル基板２０が完成する。

第１実施形態の改変例のコイル基板の製造方法は、シード層３４上にめっきレジストパターン３８が形成され、めっきレジストパターン３８から露出するシード層３４上に電解めっきにより電解めっき膜３６が形成され、めっきレジストパターンが剥離され、電解めっき膜３６から露出するシード層３４が剥離され、第１配線２４Ｆ、第２配線２４Ｓが形成される。即ち、厚みの厚い電解めっき膜をエッチングしてパターンを形成するのと比較して、配線をファインピッチに形成できる。これにより配線の占める比率を高め、コイル数を増大させ、コイルの発生トルクを大きくすることができる。

[第２実施形態]
図６（Ａ）はコイル基板２０のコイルの構成を示す模式図であり、図６（Ｂ）はコイル基板２０のコイルの断面図である。
フレキシブル基板２２は、第１面Ｆと第１面と反対側の第２面Ｓとを有する。
菱形の一番コイルＣ１の半ターンを構成する第１配線２４Ｆは、フレキシブル基板２２の第１面Ｆに形成され、残り半ターンを構成する第２配線２４Ｓはフレキシブル基板２２の第２面Ｓに形成され、半ターンの第１配線２４Ｆと残り半ターンの第２配線２４Ｓは、フレキシブル基板２２の貫通孔２６に形成されたビア導体２４Ａを介して接続される。第１配線２４Ｆ、第２配線２４Ｓ、ビア導体２４Ａは銅めっきにより形成されている。ここで、一番コイルＣ１〜三番コイルＣ３は、３５ターン渦巻き状に巻くように形成されている。第１実施形態では、３５ターン巻くように形成されたが、ターン数は例示であって、任意の巻き数で形成することができる。

図６（Ｂ）に示されるように、一番コイルＣ１の第１面Ｆ側の第１配線２４Ｆと、二番コイルＣ２の第２面Ｓ側の第２配線２４Ｓとは一部が重なっている。同様に、二番コイルＣ２の第１面Ｆ側の第１配線２４Ｆと、三番コイルＣ３の第２面Ｓ側の第２配線２４Ｓとは一部が重なっている。

図７（Ａ）は、コイル基板２０のコイルの断面図である。フレキシブル基板２２の第１面Ｆには、第１配線２４Ｆが形成されている。フレキシブル基板２２の第２面Ｓには、第２配線２４Ｓが形成されている。フレキシブル基板２２を貫通する貫通孔２６には、ビア導体２４Ａが形成され、ビア導体２４Ａを介して第１面Ｆ側の第１配線２４Ｆと、第２面Ｓ側の第２配線２４Ｓとが接続される。第１配線２４Ｆ、第２配線２４Ｓは、銅箔３２、シード層３４、電解めっき膜３６から成る。ビア導体２４Ａは、貫通孔２６内に形成されたシード層３４、電解めっき膜３６から成る。

[第２実施形態の製造方法]
図７（Ｂ）〜図７（Ｆ）は、第１実施形態のコイル基板の製造方法を示す。
第１面Ｆと第１面の反対面である第２面Ｓとを備えるフレキシブル基板２２が用意され、フレキシブル基板２２の第１面Ｆと第２面Ｓに銅箔３２が積層される（図７（Ｂ））。フレキシブル基板２２にビア導体用の貫通孔２６が形成される（図７（Ｃ））。銅箔３２の表面、及び、フレキシブル基板２２の貫通孔２６内に無電解銅めっきによりシード層３４が形成される（図７（Ｄ））。シード層３４上にめっきレジストパターン３８が形成される（図７（Ｅ））。めっきレジストパターン３８から露出するシード層３４上に電解めっきにより電解めっき膜３６が形成され、貫通孔２６内に電解めっき膜３６が充填されビア導体２４Ａが形成される（図７（Ｆ））。めっきレジストパターンが剥離され、電解めっき膜３６から露出するシード層３４、銅箔３２が剥離され、銅箔３２、シード層３４、電解めっき膜３６からなる第１配線２４Ｆ、第２配線２４Ｓが形成され（図７（Ａ））、コイル基板２０が完成する。第２実施形態のコイル基板の製造方法は、第１実施形態のコイル基板の製造方法と同様な効果を有する。

１０ モータ
２０ コイル基板
２２ フレキシブル基板
２４ＡＤ ビア導体
２４ＡＵ ビア導体
２４Ｆ 第１配線
２４Ｓ 第２配線
Ｃ１ 第１コイル
Ｃ２ 第２コイル
Ｔ１ 第１端子

Claims (4)

1. 第１面と前記第１面との反対側の第２面とを有するフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板に設けられた配線から成る複数個のコイルと、前記フレキシブル基板を貫通し前記第１面の配線と前記第２面の配線を接続する銅めっきからなるビア導体とを有するコイル基板の製造方法であって、
   前記フレキシブル基板の前記第１面、前記第２面に銅箔を設けることと、
   前記フレキシブル基板にビア導体用の貫通孔を設けることと、
   前記銅箔の表面、及び、前記フレキシブル基板の前記貫通孔内にシード層を設けることと、
   前記シード層上にめっきレジストパターンを形成することと、
   前記めっきレジストパターンから露出するシード層上に電解めっきにより電解めっき膜を形成し、前記貫通孔内に前記ビア導体を形成することと、
   前記めっきレジストパターンを剥離することと、
   前記電解めっき膜から露出する前記シード層、前記銅箔を剥離して、前記銅箔、前記シード層、前記電解めっき膜からなる前記配線を形成することと、を有する。
2. 第１面と前記第１面との反対側の第２面とを有するフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板に設けられた配線から成る複数個のコイルと、前記フレキシブル基板を貫通し前記第１面の配線と前記第２面の配線を接続する銅めっきからなるビア導体とを有するコイル基板の製造方法であって、
   前記フレキシブル基板にビア導体用の貫通孔を設けることと、
   前記フレキシブル基板の表面、及び、前記貫通孔内にシード層を設けることと、
   前記シード層上にめっきレジストパターンを形成することと、
   前記めっきレジストパターンから露出するシード層上に電解めっきにより電解めっき膜を形成し、前記貫通孔内に前記ビア導体を形成することと、
   前記めっきレジストパターンを剥離することと、
   前記電解めっき膜から露出する前記シード層を剥離して、前記シード層、前記電解めっき膜からなる前記配線を形成することと、を有する。
3. 請求項１又は請求項２のコイル基板の製造方法であって、
   前記シード層の形成は、無電解銅めっきにより行う。
4. 請求項１又は請求項２のコイル基板の製造方法であって、
   前記フレキシブル基板を円筒状に折り曲げ電機子を形成する。

Images