JP5757376B1 - 多層基板の製造方法、多層基板および電磁石 - Google Patents
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Abstract
線状導体を形成する工程では、各線状導体に、相対的に線幅が広い部分と狭い部分とを形成する。また、多層基板(101)は、積層方向に隣接する基材層において、広幅部は、隣接する基材層の狭幅部と、当該狭幅部の線幅方向の両側に形成されている広幅部の端部と、平面視で重なる。広幅部は、積層方向で端部同士が重なって配置されることで熱可塑性樹脂の流体としての抵抗が高まり、積層方向の傾きが抑えられる。狭幅部は、積層方向で広幅部に挟まれ、当該広幅部の積層方向の傾きが抑えられているため、狭幅部の積層方向の傾きも抑えられることになる。また、多層基板は、当該狭幅部が存在することにより、平面方向に隣接する線状導体との中心間隔(ピッチ)を広くする必要がない。
Description
本発明は、熱可塑性樹脂からなる基材層を複数重ねてなる多層基板の製造方法、多層基板および電磁石に関する。
従来、絶縁体に導体をパターニングして、コイルを形成したものが知られている。例えば、特許文献1には、ポリイミドフィルムの両面に線状の導体を渦巻き状にパターニングして層間接続することにより、スパイラル型コイルを形成したものが記載されている。
しかしながら、熱可塑性樹脂からなる基材層を複数重ねて加熱圧着を行う場合、加熱圧着時に当該熱可塑性樹脂が流動するため、線状の導体が積層方向に傾く場合がある。このように線状導体が傾くと、積層方向に近接する線状導体同士が接触して短絡してしまう可能性がある。
積層方向の線状導体の傾きを抑えるには、例えば線状導体の線幅を広くすることが考えられる。しかし、線状導体の線幅を広くするためには、平面方向に隣接する線状導体との中心間隔(ピッチ)を広くする必要があり、線幅を広くすると、配線密度が低下してしまう。
そこで、本発明の目的は、配線密度を低下させずに、加熱圧着時における線状導体の積層方向の傾きを抑え、積層方向に近接する線状導体同士の接触を防止する多層基板の製造方法、多層基板および電磁石を提供することにある。
本発明の多層基板の製造方法は、熱可塑性樹脂からなる基材層に、複数の線状導体を形成する工程と、前記基材層を複数重ねて加熱および加圧する工程と、を行う。そして、本発明の多層基板の製造方法は、前記線状導体形成工程において、同一の基材層の線状導体に相対的に線幅が広い部分と狭い部分とを形成し、積層方向に隣接する基材層において、前記広い部分は、隣接する基材層の前記狭い部分と、当該狭い部分の線幅方向の両側に形成されている前記広い部分の端部と、平面視で重なることを特徴とする。
このように、本発明の多層基板の製造方法は、同一の基材層の線状導体に相対的に線幅が広い部分と狭い部分とを形成する。そして、広い部分の下側(または上側)には、平面視して狭い部分が重なっている。また、当該狭い部分の両側に形成されている広い部分の端部は、下側(または上側)の広い部分の端部と重なっている。すなわち、広い部分は、端部同士が重なって、広い部分の間に狭い部分が配置される。
線幅の広い部分は、端部同士が重なっていることで熱可塑性樹脂の流体としての抵抗が高まり、積層方向の傾きが抑えられる。狭い部分は、広い部分に挟まれ、当該広い部分の積層方向の傾きが抑えられているため、狭い部分の積層方向の傾きも抑えられることになる。多層基板は、当該狭い部分が存在することにより、平面方向に隣接する線状導体との中心間隔(ピッチ)を広くする必要がない。したがって、配線密度を低下させずに加熱圧着時における線状導体の積層方向の傾きを抑え、積層方向において近接する線状導体同士の接触を防止することができる。
なお、多層基板は、基材層が2層であっても積層方向の傾きを抑える効果を有するが、好ましくは3層以上とすれば、狭い部分が上下で広い部分に挟まれ、より積層方向の傾きを抑えることができる。
また、積層方向に隣接する基材層において、一方の基材層の前記広い部分は、他方の基材層の前記狭い部分と、当該狭い部分の線幅方向の両側に形成されている前記広い部分の端部と、平面視で重なり、前記他方の基材層の前記狭い部分の線幅方向の両側に形成されている前記広い部分の少なくとも一方は、前記一方の基材層の前記広い部分の線幅方向に隣接する前記狭い部分と、平面視で重なる態様とすることで、より積層方向の傾きを抑える態様とすることが好ましい。すなわち、広い部分を互い違いに配置することで熱可塑性樹脂の流体としての抵抗を高くして、より強固に積層方向の傾きを抑えることもできる。
なお、本発明の多層基板の製造方法は、線状導体が互いに接続されることにより、コイルを形成する場合に好適である。この構成では、コイルを形成する線状導体の配線密度を低下させないようにすることができるので、コイルのインダクタンス値を低下させずに加熱圧着時における線状導体の傾きを抑えることができる。
また、コイルの基材層の主面に沿って延びる直線部分は、非直線部分(例えば角部分)に比べると特に積層方向に傾きやすい箇所となるため、当該コイルの比較的長い直線部分に広い部分と狭い部分とを形成することが好ましい。
また、本発明の多層基板は、熱可塑性樹脂からなる基材層に複数の線状導体が形成され、前記基材層を複数重ねてなる多層基板であって、前記線状導体は、同一の基材層において、相対的に線幅が広い部分と狭い部分とを有し、積層方向に隣接する基材層において、前記広い部分は、隣接する基材層の前記狭い部分と、当該狭い部分の線幅方向の両側に形成されている前記広い部分の端部と、平面視で重なることを特徴とする。
上述したように、多層基板は、線状導体に線幅の広い部分と狭い部分とが存在し、線幅の広い部分は、端部同士が重なって配置されることで熱可塑性樹脂の流体としての抵抗が高まり、積層方向の傾きが抑えられる。狭い部分は、広い部分に挟まれ、当該広い部分の積層方向の傾きが抑えられているため、狭い部分の積層方向の傾きも抑えられることになる。多層基板は、当該狭い部分が存在することにより、平面方向に隣接する線状導体との中心間隔(ピッチ)を広くする必要がない。したがって、配線密度を低下させずに加熱圧着時における線状導体の積層方向の傾きを抑え、積層方向において近接する線状導体同士の接触を防止することができる。
また、多層基板は、複数の線状導体が互いに接続されることによりコイルを形成することが好ましい。また、当該コイルに電流を流す給電部をさらに備えた電磁石として用いることも可能である。
この発明によれば、配線密度を低下させずに、加熱圧着時における線状導体の積層方向の傾きを抑え、積層方向に近接する線状導体同士の接触を防止することができる。
以下、本発明の実施形態に係る多層基板について説明する。図1は、多層基板101の各基材層の分解平面図であり、図2(A)は、図1中において一点鎖線で示す位置での多層基板101の断面図である。図2(B)は、図2(A)中においては、一点鎖線で示した領域100の部分を拡大した図である。
多層基板101は、上面側から順に、基材層10、基材層11、基材層12、基材層13および基材層14が積層されてなる。基材層10、基材層11、基材層12、基材層13および基材層14は、同種の熱可塑性樹脂からなる。熱可塑性樹脂は、例えば液晶ポリマ樹脂である。なお、液晶ポリマ樹脂以外の熱可塑性樹脂の種類としては、例えばPEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、PEI(ポリエーテルイミド)、PPS(ポニフェニレンスルファイド)、PI(ポリイミド)等があり、液晶ポリマ樹脂に代えてこれらを用いてもよい。
基材層11、基材層12、基材層13および基材層14の上面には、それぞれコイル導体21、コイル導体22、コイル導体23およびコイル導体24が形成されている。コイル導体21、コイル導体22、コイル導体23およびコイル導体24は、それぞれ平面視して渦巻き状にパターニングされ、それぞれ複数の線状導体(例えば後述の線状導体215、線状導体216および線状導体217)を含んでいる。
基材層11の内部のうち、コイル導体21の一方の端部(中心側の端部)21Aが形成されている箇所には、ビア導体61が形成されている。ビア導体61は、当該コイル導体21の一方の端部21Aと、コイル導体22の一方の端部(中心側の端部)22Aとを層間接続する。基材層12の内部のうち、コイル導体22の他方の端部(外側の端部)22Bが形成されている箇所には、ビア導体62が形成されている。
ビア導体62は、コイル導体22の他方の端部22Bとコイル導体23の他方の端部(外側の端部)23Bとを層間接続する。基材層13の内部のうち、コイル導体23の一方の端部23Aが形成されている箇所には、ビア導体63が形成されている。ビア導体63は、コイル導体23の一方の端部23Aとコイル導体24の一方の端部(中心側の端部)24Aとを層間接続する。
最上面の基材層10は、第1端子電極30Aおよび第2端子電極30Bが形成されている。基材層10の内部のうち、第2端子電極30Bが形成されている箇所には、ビア導体40Bが形成されている。ビア導体40Bは、当該第2端子電極30Bと、コイル導体21の他方の端部(外側の端部)21Bとを層間接続する。
基材層10の内部のうち、第1端子電極30Aが形成されている箇所には、ビア導体40Aが形成されている。ビア導体40Aは、当該第1端子電極30Aと、基材層11の上面に設けられた電極51とを層間接続する。基材層11の内部のうち、電極51が設けられた箇所には、ビア導体41が形成されている。ビア導体41は、電極51と、基材層12の上面に設けられた電極52とを層間接続する。基材層12の内部のうち、電極52が設けられた箇所には、ビア導体42が形成されている。ビア導体42は、電極52と、基材層13の上面に設けられた電極53とを層間接続する。基材層13の内部のうち、電極53が設けられた箇所には、ビア導体43が形成されている。ビア導体43は、電極53と、コイル導体24の他方の端部(外側の端部)24Bとを層間接続する。
多層基板101は、このようにして各ビア導体により各基材層のコイル導体が接続されることにより、コイルを形成する。最上面の基材層10に設けられた第1端子電極30Aおよび第2端子電極30Bには、給電部(不図示)が接続され、当該給電部がコイルに電流を流すことで、多層基板101を電磁石として機能させることができる。
このような多層基板101は、まず各基材層に電極およびコイル導体を形成し、基材層を複数重ねて加熱および加圧することにより製造する。
図3は、多層基板の製造方法を示す図である。多層基板の製造方法は、まず図3(A)に示すように、基材層を用意する工程からなる。基材層は、片面全体に予め金属(例えば銅箔)が貼り付けられた状態の樹脂シートから、必要とする面積を切り出すことで用意される。図3(A)では、片面全体に銅箔21Nが貼り付けられた基材層11を用意する例を示す。他の基材層についても同様である。
次に、図3(B)に示すように、銅箔21Nをパターニングすることで、コイル導体21を形成する(本発明の線状導体を形成する工程の一例である)。パターニングの手法は、例えばフォトリソグラフィやスクリーン印刷を用いる。線状導体を形成する工程は、他の基材層についても同様に行われる。なお、図示はしていないが、線状導体を形成する工程では、各電極も形成される。また、図示はしていないが、線状導体を形成する工程において(または他の工程において)、基材層にはビアホールが開けられ、当該ビアホールに導電性ペーストが埋められることにより各ビア導体も形成される。
次に、図3(C)に示すように、各基材層(基材層10、基材層11、基材層12、基材層13および基材層14)を積層する。最後に、図3(D)に示すように、加熱プレス機により加熱および加圧する(本発明の加熱および加圧する工程の一例である)。この際、熱可塑性樹脂が流動して基材層間の隙間(銅箔の厚みに起因する隙間)が熱可塑性樹脂により埋められるとともに各基材層が互いに溶着される。
このようにして製造された多層基板101は、各基材層が熱プレスにより強固に接合され、かつ上述のビアホールに埋められた導電性ペーストが固化するため、コイル導体およびビア導体は、界面が強固に接合される。また、電極およびビア導体も、界面が強固に接合される。
そして、上記線状導体を形成する工程では、各コイル導体のうち各基材層の主面に沿って延びる直線部分に、相対的に線幅が広い部分と狭い部分とを形成する。これにより、多層基板101は、各コイル導体の直線部分において相対的に線幅が広い部分と狭い部分とを有することになる。例えば、図1に示すように、コイル導体21のうち、コイルの最も外側の直線部分(線状導体215と称する。)のうち図中の右側部分は相対的に線幅が広い部分(広幅部)である。その内側の直線部分(線状導体216と称する。)は、相対的に線幅が狭い部分(狭幅部)である。また、さらにその内側の直線部分(線状導体217と称する。)は、広幅部である。
また、コイル導体22のうち、コイルの最も外側の直線部分(線状導体225と称する。)のうち図中の右側部分は相対的に線幅が広い部分(広幅部)であり、その内側の直線部分(線状導体226と称する。)は、相対的に線幅が狭い部分(狭幅部)である。
さらに、多層基板101の広幅部は、積層方向に隣接する基材層の狭幅部の全体と、当該狭幅部の線幅方向の両側に形成されている広幅部の端部と、平面視で重なる。例えば、図2(B)の拡大図に示すように、基材層12の上面に形成された広幅部である線状導体225は、隣接する基材層11の上面に形成された狭幅部である線状導体216と平面視して重なっている。さらに、線状導体216の両側に形成されている線状導体215および線状導体217の端部と、平面視して重なっている。
このように、多層基板101は、同一基材層の線状導体に広幅部と狭幅部とが設けられ、広幅部は、積層方向に隣接する広幅部の端部と重なって配置されることで熱可塑性樹脂の流体としての抵抗が高まり、積層方向の傾きが抑えられる。狭幅部は、積層方向で広幅部に挟まれ、当該広幅部の積層方向の傾きが抑えられているため、狭幅部の積層方向の傾きも抑えられることになる。また、多層基板は、当該狭幅部が存在することにより、平面方向に隣接する線状導体との中心間隔(ピッチ)を広くする必要がない。したがって、配線密度を低下させずに加熱圧着時における線状導体の積層方向の傾きを抑え、近接する線状導体同士の接触を防止することができる。
以下、図面を参照して、本実施形態の多層基板101の利点を説明する。まず、図4は、本実施形態の多層基板101と従来の多層基板901とを比較する図である。図4(A)は、本実施形態に係る多層基板101の一部の基材層を示した部分平面図であり、図4(B)は、比較対象として従来の多層基板901の一部の基材層を示した部分平面図である。図4(C)は、本実施形態に係る多層基板101の積層前の各基材層を示した部分断面図(図4(A)中の1点鎖線に示す位置での断面図)であり、図4(D)は、比較対象として従来の多層基板901の積層前の各基材層を示した部分断面図(図4(B)中の1点鎖線に示す位置での断面図)である。図4(E)は、本実施形態に係る多層基板101の熱プレス後の部分断面図(図4(A)中の1点鎖線に示す位置での断面図)であり、図4(F)は、比較対象として従来の多層基板901の熱プレス後の部分断面図(図4(B)中の1点鎖線に示す位置での断面図)である。
図4(B)、図4(D)および図4(F)に示すように、従来の多層基板901の構造では、線状導体の線幅W0=100μm、積層後の層間距離H1=20μm、および線状導体の厚みH2=20μmであった場合に、各基材層を積層して熱プレスを行うと、熱可塑性樹脂の流動によって、線状導体が積層方向に傾き、近接する線状導体同士が接触して短絡してしまう場合があった。
これに対し、本実施形態の多層基板101は、図4(A)、図4(C)および図4(E)に示すように、従来と同じ層間距離H1=20μm、線状導体の厚みH2=20μmとしながら、広幅部の線幅はW1=150μmとし、狭幅部の線幅はW2=50μmとしている。この場合、図4(E)に示すように、各基材層を積層して熱プレスを行ったとしても、線状導体が大きく積層方向に傾くことがなく、近接する線状導体同士が接触することがない。
また、このように広幅部を設けた場合であっても、狭幅部が存在することで、図4(A)および図4(B)に示すように、平面方向に隣接する線状導体間のギャップD1および線状導体を形成するピッチ(平面方向に隣接する線状導体の中心距離)P1は変わっていない。したがって、本実施形態の多層基板101は、従来の多層基板901に対して、配線密度を低下させずに加熱圧着時における線状導体の積層方向の傾きを抑え、近接する線状導体同士の接触を防止することができる。
なお、上述の例では、層間距離H1=20μm、および線状導体の厚みH2=20μmの場合を示したが、本発明者は、他にも、層間距離H1=18μmに対して線状導体の厚みH2=12μmの場合、層間距離H1=18μmに対して線状導体の厚みH2=18μmの場合、層間距離H1=25μmに対して線状導体の厚みH2=18μmの場合、層間距離H1=13μmに対して線状導体の厚みH2=18μmの場合についても、加熱圧着時における線状導体の積層方向の傾きを抑え、近接する線状導体同士の接触を防止することができる効果を確認している。
以上のことから、層間距離H1が、線状導体の厚みH2の約0.5倍〜約1.5倍程度の場合において、同一基材層で相対的に線幅が広い部分と狭い部分とを形成し、積層方向に隣接する基材層において、広幅部が隣接する基材層の狭幅部と、当該狭幅部の両側に形成されている広幅部の端部と、平面視で重なる箇所を設けることで、加熱圧着時における線状導体の積層方向の傾きを抑え、近接する線状導体同士の接触を防止することができると考えられる。
また、従来の多層基板901が線幅W0=100μmに対して線状導体の厚みH2=20μmであった場合に線状導体の積層方向の傾きが大きくなっていたのに対して、本実施形態の多層基板101は、線幅が100μmより広い箇所を設けたことにより加熱圧着時における線状導体の積層方向の傾きを抑え、近接する線状導体同士の接触を防止することができたため、線状導体の線幅が線状導体の厚みの5倍より大きい場合に、積層方向の傾きを抑える効果が大きいと言える。したがって、線状導体の厚みH2=12μmの場合において、広幅部の線幅W1は60μmより大きい(W1>5・H2)場合に、積層方向の傾きを抑える効果が大きくなる。なお、狭幅部の線幅は、断線を防止するために最低でも10〜30μm程度とすることが好ましい。
図5は、従来の多層基板の他の態様を示す図である。上述したように、図5(A)に示すような従来の多層基板901の構造では、各基材層を積層して熱プレスを行うと、熱可塑性樹脂の流動によって線状導体が積層方向に傾き、積層方向に近接する線状導体同士が接触して短絡してしまう場合があった。
これに対し、図5(B)の多層基板902に示すように線状導体の線幅を広くすれば積層方向の傾きを抑えることができる。また、図5(C)の多層基板903に示すように広幅部を互い違いに配置することで熱可塑性樹脂の流体としての抵抗を高くして、より強固に積層方向の傾きを抑えることもできる。しかし、線状導体の線幅を広くするためには、平面方向に隣接する線状導体との中心間隔(ピッチ)を広くする必要があり、線幅を広くすると、配線密度が低下してしまう。そして、図5(D)の多層基板904に示すように、図5(C)に示した例よりも相対的に線幅を狭くすれば、配線密度を高めることができるが、線幅を狭くした分だけ線状導体が積層方向に傾く可能性が高くなる。
これに対し、本実施形態の多層基板101は、図5(C)の多層基板903と同様に広幅部の端部同士が重なって配置されているため、熱可塑性樹脂の流体としての抵抗が高くなり、強固に積層方向の傾きを抑えることができる。また、狭幅部分が存在することにより、平面方向に隣接する線状導体との中心間隔(ピッチ)を広くする必要がなく、図5(A)の多層基板901に対して配線密度が低下していない。さらに、狭幅部は、積層方向で広幅部に挟まれ、当該広幅部の積層方向の傾きが抑えられているため、狭幅部の積層方向の傾きも抑えられることになる。したがって、多層基板101は、配線密度を低下させずに、加熱圧着時における線状導体の積層方向の傾きを強固に抑え、近接する線状導体同士の接触を防止することができる。
なお、多層基板は、基材層が2層であっても積層方向の傾きを抑える効果を有するが、3層以上とすることが好ましい。3層以上とすれば、狭幅部が上下で広幅部に挟まれることになり、より積層方向の傾きを抑えることができる。また、広幅部も、端部同士が上下で重なる(互い違いに配置される)ことになり、より強固に積層方向の傾きを抑えることができる。
なお、本実施形態に係る多層基板に設けられるようなコイルは、各基材層の線状導体を渦巻き状に密接して配置するため、配線密度を低下させずに加熱圧着時における線状導体の積層方向の傾きを抑えることが重要になる。特に、本実施形態に係る多層基板は、線状導体の線幅が変動するため、当該多層基板を高周波回路以外(周波数が100MHz以下)の電子部品として用いる場合に好適であり、たとえば、多層基板におけるコイルに電流を流す給電部をさらに備えた電磁石として用いる場合に好適である。このような電磁石は、ボイスコイルモータに適用可能である。ただし、本実施形態に係る多層基板は、広幅部と狭幅部との境界付近の線幅を滑らかに変化させる等して高周波回路の電子部品として用いることも可能である。
また、コイルの直線部分は、非直線部分(例えば角部分)に比べて特に積層方向に傾きやすい箇所となるため、当該コイルの直線部分に広い部分と狭い部分とを形成することが好ましい。
101…多層基板
10,11,12,13,14…基材層
21,22,23,24…コイル導体
30A…第1端子電極
30B…第2端子電極
40A,40B,41,42,43,61,62,63…ビア導体
51,52,53…電極
215,216,217,225,226…線状導体
10,11,12,13,14…基材層
21,22,23,24…コイル導体
30A…第1端子電極
30B…第2端子電極
40A,40B,41,42,43,61,62,63…ビア導体
51,52,53…電極
215,216,217,225,226…線状導体
Claims (8)
- 熱可塑性樹脂からなる基材層に、複数の線状導体を形成する工程と、
前記基材層を複数重ねて加熱および加圧する工程と、
を行う多層基板の製造方法であって、
前記線状導体を形成する工程において、同一の基材層の線状導体に相対的に線幅が広い部分と狭い部分とを形成し、
積層方向に隣接する基材層において、前記広い部分は、隣接する基材層の前記狭い部分と、当該狭い部分の線幅方向の両側に形成されている前記広い部分の端部と、平面視で重なることを特徴とする多層基板の製造方法。 - 前記基材層が3層以上積層されていることを特徴とする請求項1に記載の多層基板の製造方法。
- 各基材層の線状導体が接続されることにより、コイルが形成されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の多層基板の製造方法。
- 前記コイルは、前記基材層の主面に沿って延びる直線部分を有し、
前記コイルの直線部分に、前記広い部分と前記狭い部分とが形成されていることを特徴とする請求項3に記載の多層基板の製造方法。 - 積層方向に隣接する基材層において、一方の基材層の前記広い部分は、他方の基材層の前記狭い部分と、当該狭い部分の線幅方向の両側に形成されている前記広い部分の端部と、平面視で重なり、
前記他方の基材層の前記狭い部分の線幅方向の両側に形成されている前記広い部分の少なくとも一方は、前記一方の基材層の前記広い部分の線幅方向に隣接する前記狭い部分と、平面視で重なることを特徴とする請求項1から請求項4の何れかに記載の多層基板の製造方法。 - 熱可塑性樹脂からなる基材層に複数の線状導体が形成され、前記基材層を複数重ねてなる多層基板であって、
前記線状導体は、同一の基材層において、相対的に線幅が広い部分と狭い部分とを有し、
積層方向に隣接する基材層において、前記広い部分は、隣接する基材層の前記狭い部分と、当該狭い部分の線幅方向の両側に形成されている前記広い部分の端部と、平面視で重なることを特徴とする多層基板。 - 各基材層の線状導体が層間接続されることによりコイルが形成されていることを特徴とする請求項6に記載の多層基板。
- 請求項7に記載の多層基板と、
前記多層基板のコイルに電流を流す給電部と、
を備えたことを特徴とする電磁石。
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