JP2022033422A - コイル基板の製造方法とモータ用コイル基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高い接続信頼性を有するコイル基板の製造方法の提供【解決手段】 実施形態のコイル基板の製造方法では、フレキシブル材２２と第１導体層３１と第２導体層３２とからなるフレキシブル基板２２ｚが準備される。開口３１ａが第１導体層３１に形成される。開口３１ａにより露出されるフレキシブル材２２を除去することでフレキシブル材２２に貫通孔２２ａが形成される。導体層３４を形成することで、第１導体層３１と導体層３４とからなる第３導体層３３が形成される。貫通孔２２ａにビア導体ＶＡが形成される。第３導体層３３から第１回路５１が形成され、第２導体層３２から第２回路５２が形成される。【選択図】 図３

Description

本発明は、コイル基板の製造方法とモータ用コイル基板の製造方法に関する。

特許文献１は、コイル部品を開示している。そのコイル部品は、第１面と第１面と対向する第２面とを有する素体と第１面上の第１導体パターンと第２面上の第２導体パターンと第１導体パターンと第２導体パターンとを接続する金属ピンで形成されている。

ＷＯ２０１７／１３４９９３号公報

[特許文献の課題]
特許文献１は、第１導体パターンと第２導体パターンとを金属ピンで接続する。そのため、コイル部品の厚みを薄くすることが難しいと考えられる。

本発明に係るコイル基板の製造方法は、第１面と前記第１面と反対側の第２面とを有するフレキシブル材と前記第１面上に形成されている第１導体層と前記第２面上に形成されている第２導体層とからなるフレキシブル基板を準備することと、前記第１導体層を貫通し前記フレキシブル材を露出する複数の開口を前記第１導体層に形成することと、それぞれの前記開口により露出される前記フレキシブル材を除去することで、前記第２導体層に至る貫通孔を前記フレキシブル材に形成することと、前記第１導体層上に導体層を形成することで、前記第１導体層と前記導体層とからなる第３導体層を形成することと、それぞれの前記貫通孔に前記第２導体層と前記第３導体層とを接続するビア導体を形成することと、前記第３導体層から前記第１面上に複数の第１回路を形成することと、前記第２導体層から前記第２面上に複数の第２回路を形成することで、前記第１回路と前記第２回路と前記ビア導体で渦巻き状のコイルを形成すること、とを有する。

[実施形態の効果]
本発明の実施形態によれば、フレキシブル材の第１面上の第１回路と第２面上の第２回路がフレキシブル材を貫通するビア導体で接続される。そのため、コイル基板を薄くすることができる。フレキシブル材を露出する複数の開口が第１導体層に形成される。そして、それぞれの開口により露出されるフレキシブル材を除去することで、第２導体層に至る貫通孔がフレキシブル材に形成される。貫通孔にビア導体が形成される。第１導体層に形成される開口の平面形状は自由である。そのため、様々な形状を有するビア導体を形成することができる。ビア導体の形状は第１面上の形状で代表される。例えば、第１面上でのビア導体の面積を大きくすることができる。ビア導体を覆う導体回路の形状に応じて、ビア導体の形状を形成することができる。ビア導体とビア導体を覆う導体回路間の接続信頼性が向上する。高い占積率と高い配線密度を有するコイルを提供することができる。

図１（Ａ）は実施形態のモータの模式図であり、図１（Ｂ）は実施形態のモータ用コイル基板の模式図であり、図１（Ｃ）は配線の平面図である。 図２（Ａ）は実施形態のコイル基板の第１面の平面図であり、図２（Ｂ）はコイル基板の第２面の平面図であり、図２（Ｃ）はコイルの重なりを示す模式図であり、図２（Ｄ）はビアランドの模式図である。 図３（Ａ）から図３（Ｅ）は実施形態のコイル基板の製造工程図であり、図３（Ｆ）は開口の平面図であり、図３（Ｇ）は貫通孔の平面図である。

図２（Ａ）と図２（Ｂ）に示されるコイル基板２０１が準備される。図２（Ａ）は実施形態のコイル基板２０１の第１面Ｆの平面図であり、図２（Ｂ）はコイル基板２０１の第２面Ｓの平面図である。コイル基板２０１は、第１面Ｆと第１面Ｆと反対側の第２面Ｓとを有するフレキシブル材２２を含む。さらに、コイル基板２０１はフレキシブル材２２の第１面Ｆと第２面Ｓ上にコイルＣ（Ｃ１～Ｃ６）を有する。コイル基板２０１を巻くことで、図１（Ｂ）に示されるモータ用コイル基板２０が得られる。例えば、コイル基板２０１は筒状に巻かれる。モータ用コイル基板２０は空洞ＡＨの周りに巻かれる。例えば、モータ用コイル基板２０の形状は円筒である。巻く回数Ｎは、２以上、３以下である。図１（Ｂ）は模式図である。

図１（Ａ）に示されるように、モータ用コイル基板２０内に磁石４８を配置することで、モータ１０が得られる。図１（Ａ）は模式図である。モータ用コイル基板２０は、空洞ＡＨを介し磁石４８の周りに配置されている。図１（Ｂ）中の矢印ＭＲはモータ１０の回転方向を示す。モータ１０の例は、ブラシレスモータである。実施形態では、磁石４８が回転するが、モータ用コイル基板２０が回転してもよい。

図２（Ａ）と図２（Ｂ）に示されるように、フレキシブル材２２は、短辺２０Ｓと長辺２０Ｌとを有することが好ましい。フレキシブル材２２は、一端２２Ｌと一端２２Ｌと反対側の他端２２Ｒを有する。一端２２Ｌは短辺２０Ｓを兼ねる。長辺２０Ｌは上辺２０ＬＵと上辺２０ＬＵと反対側の下辺２０ＬＤを有する。コイルＣ（Ｃ１～Ｃ６）は、フレキシブル材２２の長辺２０Ｌに沿って並んでいる。フレキシブル材２２の一端２２Ｌから他端２２Ｒに向かって、コイルＣは一列に並んでいる。コイルＣの数はＭ（数Ｍ）である。一端２２Ｌに最も近いコイルは第１コイルＣ１である。他端２２Ｒに最も近いコイルは第ＭコイルＣＭである。第１コイルＣ１から第ＭコイルＣＭまでコイルＣは順に並んでいる。図２（Ａ）と図２（Ｂ）の例では、コイルの数は６である。

コイルＣの数Ｍは以下の関係１を満足する。
関係１：Ｍ＝Ｎ×Ｌ
例えば、Ｌは３以上、１２以下である。Ｌは３の倍数である。

フレキシブル材２２上に形成されている複数のコイルＣは同時に形成される。例えば、共通のアライメントマークを用いることで、複数のコイルＣはフレキシブル材２２上に形成される。そのため、各コイルＣの位置は関連している。

図１（Ｃ）にコイルＣの例が示される。コイルＣは中央スペースＳＣと中央スペースＳＣを囲む配線ｗで形成される。そして、配線ｗは外端ＯＥと内端ＩＥを有する。配線ｗは外端ＯＥと内端ＩＥとの間に形成されている。コイルＣを形成する配線ｗは渦巻き状に形成されている。

図１（Ｃ）に示されるように、配線ｗは、複数の第１回路５１と複数の第２回路５２と複数のビア導体ＶＡを含む。第１回路５１は第１面Ｆ上に形成されている。第２回路５２は第２面Ｓ上に形成されている。ビア導体ＶＡはフレキシブル材２２を貫通している。第１回路５１と第２回路５２はビア導体ＶＡを介して接続されている。１つの第１回路５１と１つの第２回路５２と１つのビア導体ＶＡは、ほぼ１ターンのコイルを形成する。１ターンを形成する配線ｗの内、第１回路５１は一端２２Ｌに近く、第２回路５２は他端２２Ｒに近い。複数のビア導体ＶＡは第１ビア導体ＶＡ１と第２ビア導体ＶＡ２に分けられる。第１ビア導体ＶＡ１は上辺２０ＬＵに近く、第２ビア導体ＶＡ２は下辺２０ＬＤに近い。第１回路５１と第２回路５２とビア導体ＶＡは、第１回路５１、第２ビア導体ＶＡ２、第２回路５２、第１ビア導体ＶＡ１の順で繋がっている。第１ビア導体ＶＡ１を介し隣接するターンを形成する配線ｗが接続される。

図２（Ｄ）に示されるように、第１回路５１は第１側壁Ｘ１と第１側壁Ｘ１と反対側の第２側壁Ｘ２を有する。一つの第１回路５１の側壁（第１側壁Ｘ１と第２側壁Ｘ２）の内、第１側壁Ｘ１は中央スペースＳＣに近い。
第２回路５２は第３側壁Ｘ３と第３側壁Ｘ３と反対側の第４側壁Ｘ４を有する。一つの第２回路５２の側壁（第３側壁Ｘ３と第４側壁Ｘ４）の内、第３側壁Ｘ３は中央スペースＳＣに近い。

図２（Ａ）と図２（Ｂ）では、配線ｗが纏められている。第１回路５１を纏めることで、第１回路群５１ｇが形成される。第２回路５２を纏めることで、第２回路群５２ｇが形成される。

実施形態のコイルＣはプリント配線板の技術で形成されている。コイルＣを形成する配線ｗはめっきにより形成されている。あるいは、コイルＣを形成する配線ｗは銅箔をエッチングすることで形成される。コイルＣを形成する配線ｗは、セミアディティブ法やＭ－Ｓａｐ法やサブトラクティブ法で形成される。

コイルＣを形成する配線ｗはプリント配線板の技術で形成されている。そのため、配線ｗの断面形状は略矩形である。実施形態によれば、コイルの占積率を高くすることができる。

図２（Ａ）と図２（Ｂ）に示されるコイル基板２０１は６のコイルＣを有する。その６のコイルは、一端２２Ｌから他端２２Ｒに向かって並べられている。コイルＣはＵ相コイルＣＵとＶ相コイルＣＶとＷ相コイルＣＷを含む。Ｕ相コイルＣＵとＶ相コイルＣＶとＷ相コイルＣＷは、Ｕ相コイルＣＵ、Ｖ相コイルＣＶ、Ｗ相コイルＣＷの順で並んでいる。一端２２Ｌに最も近いコイルＣはＵ相コイルＣＵである。

図２（Ｃ）は、ｍ番目のコイルＣｍと（ｍ＋１）番目のコイルＣｍ＋１の重なりを示す。ｍは１以上の整数である。ｍが１の時、ｍ番目のコイルＣｍは第１コイルＣ１であり、（ｍ＋１）番目のコイルＣｍ＋１は第２コイルＣ２である。図３（Ａ）の例では、ｍは１である。
ｍ番目のコイルの中央スペースＳＣ上に（ｍ＋１）番目のコイルの第１回路群５１ｇが位置する。コイルＣを形成する配線ｗの密度を高くすることができる。コイルＣの占積率を高くすることができる。モータのトルクを大きくすることができる。

図２（Ｄ）はビア導体ＶＡを覆う導体回路（ビアランド）ＶＲの模式図である。
ビアランドＶＲは第１面Ｆ上のビアランド（第１ランド）ＶＲＦと第２面Ｓ上のビアランド（第２ランド）ＶＲＳを有する。第１回路５１と第２回路５２は、第１ランドＶＲＦとビア導体ＶＡ（ＶＡ１）と第２面ランドＶＲＳを介して接続される。第１回路５１は第１ランドＶＲＦを含む。第２回路５２は第２ランドＶＲＳを含む。
第１ランドＶＲＦの平面形状の例は、５角形である。平面形状が５角形の場合、２つの頂点（第１頂点Ａ１、第２頂点Ａ２）の内角（第１内角、第２内角）は略９０度である。第１頂点Ａ１と第２頂点Ａ２以外の頂点（第３頂点Ａ３、第４頂点Ａ４、第５頂点Ａ５）の内角は９０度ではない。５つの頂点は、第１頂点Ａ１、第２頂点Ａ２、第３頂点Ａ３、第４頂点Ａ４、第５頂点Ａ５の順で並んでいる。第１頂点Ａ１と第２頂点Ａ２との間の辺は第１辺Ｌ１である。第２頂点Ａ２と第３頂点Ａ３との間の辺は第２辺Ｌ２である。第３頂点Ａ３と第４頂点Ａ４との間の辺は第３辺Ｌ３である。第４頂点Ａ４と第５頂点Ａ５との間の辺は第４辺Ｌ４である。第５頂点Ａ５と第１頂点Ａ１との間の辺は第５辺Ｌ５である。第１辺Ｌ１と長辺２０Ｌは略平行である。第１辺Ｌ１の長さは、第２辺Ｌ２の長さと第５辺Ｌ５の長さより長い。第２辺Ｌ２の長さと第５辺Ｌ５の長さは略等しい。第１回路５１と第１ランドＶＲＦ間の接続信頼性が向上する。第２回路５２と第２ランドＶＲＳ間の接続信頼性が向上する。第１ランドＶＲＦの平面形状と第２ランドＶＲＳの平面形状は同様である。第３辺Ｌ３は、第１回路５１の第１側壁Ｘ１の延長線上にある。第３辺Ｌ３は、第１側壁Ｘ１を含む面に含まれる。このため、第１回路５１とビアランドＶＲ間の接続信頼性が向上する。第１回路５１と第１ランドＶＲＦ間の接続信頼性が向上する。第４辺Ｌ４は、第２回路５２の第３側壁Ｘ３の延長線上にある。第４辺Ｌ４は、第３側壁Ｘ３を含む面に含まれる。このため、第２回路５２とビアランドＶＲ間の接続信頼性が向上する。第２回路５２と第２ランドＶＲＳ間の接続信頼性が向上する。

第１面Ｆ上のビア導体ＶＡの形状と第１ランドＶＲＦの平面形状は相似である。第１面Ｆ上のビア導体ＶＡの形と第１面Ｆ上の第１ランドＶＲＦの形は同じである。第１面Ｆ上のビア導体ＶＡの形が拡大されると、第１面Ｆ上の第１ランドＶＲＦの形が得られる。第２面Ｆ上のビア導体ＶＡの形状と第２ランドＶＲＳの平面形状は相似である。第２面Ｆ上のビア導体ＶＡの形と第２面Ｆ上の第２ランドＶＲＳの形は同じである。第２面Ｆ上のビア導体ＶＡの形が拡大されると、第２面Ｆ上の第２ランドＶＲＳの形が得られる。このため、ビア導体ＶＡとビアランドＶＲ間の接続信頼性が向上する。ビアランドＶＲと第１回路５１と第２回路５２を高密度に配置することができる。
第１面Ｆ上のビア導体ＶＡの形状と第１ランドＶＲＦの平面形状は多角形である。第２面Ｓ上のビア導体ＶＡの形状と第２ランドＶＲＳの平面形状は多角形である。ビア導体ＶＡとビアランドＶＲ間の接触面積を大きくすることができる。
ビアランドＶＲの平面形状は多角形である。形状の例は、三角形や四角形や５角形や六角形である。ビア導体ＶＡの平面形状は第１面上Ｆの形である。もしくは、ビア導体ＶＡの平面形状は第２面上Ｓの形である。

[製造方法]
図３は実施形態のコイル基板２０１の製造方法を示す。
第１面Ｆと第１面Ｆと反対側の第２面Ｓとを有するフレキシブル材２２と第１面Ｆ上に形成されている第１導体層３１と第２面Ｓ上に形成されている第２導体層３２とからなるフレキシブル基板２２ｚが準備される（図３（Ａ））。例えば、フレキシブル材２２はポリイミドで形成されている。

第１導体層３１を貫通しフレキシブル材２２を露出する複数の開口３１ａが第１導体層３１に形成される（図３（Ｂ））。開口３１ａの形成方法の例はサブトラクティブ法である。図３（Ｆ）は開口３１ａの平面形状を示す。
開口３１ａの平面形状は、５角形である。開口３１ａによりフレキシブル材２２が露出される。それぞれの開口３１ａにより露出されるフレキシブル材２２を除去することで、第２導体層３２に至る貫通孔２２ａがフレキシブル材２２に形成される（図３（Ｃ））。例えば、開口３１ａにより露出されるフレキシブル材２２を溶解することで、貫通孔２２ａが形成される。貫通孔２２ａを形成するための溶液の例は、強いアルカリ性の溶液である。図３（Ｇ）は貫通孔２２ａの平面図である。図３（Ｇ）は第１面Ｆ上での貫通孔２２ａの形状を示している。貫通孔２２ａの形状は、５角形である。貫通孔２２ａにより第２導体層３２が露出される。

第１導体層３１上に導体層３４を形成することで、第１導体層３１と導体層３４とからなる第３導体層３３が形成される。それぞれの貫通孔２２ａに第２導体層３２と第３導体層３３とを接続するビア導体ＶＡが形成される（図３（Ｄ））。第３導体層３３から第１面Ｆ上に複数の第１回路５１と第１ランドＶＲＦが形成される。第２導体層３２から第２面Ｓ上に複数の第２回路５２と第２ランドＶＲＳが形成される（図３（Ｅ））。第１回路５１と第２回路５２とビア導体ＶＡとビアランドＶＲで形成されるコイルＣが形成される。

実施形態の製造方法によれば、第１導体層３１に多角形の開口３１ａが形成される。そして、第１導体層３１をマスクに用いることで、フレキシブル材２２に貫通孔２２ａが形成される。このため、任意な形状の貫通孔２２ａを形成することができる。任意な形状のビア導体ＶＡを形成することができる。実施形態のコイル基板２０１の製造方法では、ビア導体ＶＡとビアランドＶＲ間の接触面積を大きくすることができる。第１回路５１とビアランドＶＲ間の接触面積を大きくすることができる。第２回路５２とビアランドＶＲ間の接触面積を大きくすることができる。

２０ モータ用コイル基板
２２ フレキシブル材
４８ 磁石
５１ 第１回路
５２ 第２回路
２０１ コイル基板
Ｃ コイル
ＳＣ 中央スペース
ＶＡ ビア導体

Claims (7)

1. 第１面と前記第１面と反対側の第２面とを有するフレキシブル材と前記第１面上に形成されている第１導体層と前記第２面上に形成されている第２導体層とからなるフレキシブル基板を準備することと、
   前記第１導体層を貫通し前記フレキシブル材を露出する複数の開口を前記第１導体層に形成することと、
   それぞれの前記開口により露出される前記フレキシブル材を除去することで、前記第２導体層に至る貫通孔を前記フレキシブル材に形成することと、
   前記第１導体層上に導体層を形成することで、前記第１導体層と前記導体層とからなる第３導体層を形成することと、
   それぞれの前記貫通孔に前記第２導体層と前記第３導体層とを接続するビア導体を形成することと、
   前記第３導体層から前記第１面上に複数の第１回路を形成することと、
   前記第２導体層から前記第２面上に複数の第２回路を形成することで、前記第１回路と前記第２回路と前記ビア導体で渦巻き状のコイルを形成すること、とを有するコイル基板の製造方法。
2. 請求項１のコイル基板の製造方法であって、前記第１回路の一つと前記ビア導体の一つと前記第２回路の一つで１ターンのコイルが形成される。
3. 請求項１のコイル基板の製造方法であって、前記フレキシブル材はポリイミドで形成されている。
4. 請求項１のコイル基板の製造方法であって、前記開口の平面形状は多角形である。
5. 請求項４のコイル基板の製造方法であって、前記第１面上の前記ビア導体の形状は多角形である。
6. 請求項１のコイル基板の製造方法であって、前記貫通孔は、前記フレキシブル材を溶解することで形成される。
7. 請求項１を用いて製造されるコイル基板を巻くこと、を有するモータ用コイル基板の製造方法。

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