JP5970719B2 - 回路基板 - Google Patents

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Description

本発明は、回路基板に関し、より特定的には、アンテナコイルを備えた回路基板に関する。
従来の回路基板としては、例えば、特許文献1に記載のフレキシブルシートが知られている。以下に、図面を参照しながら、該フレキシブルシートについて説明する。図7は、特許文献1に記載のフレキシブルシート500の構成図である。
図7に示すようにフレキシブルシート500は、可撓性材料からなる1枚のシートであり、コイルパターン部500a〜500d及び実装部501により構成されている。コイルパターン部500a〜500dにはそれぞれ、コイル導体502a〜502dが設けられている。コイル導体502a〜502dは、アンテナコイルを構成している。
また、実装部501には、硬質な回路基板600が実装されている。更に、回路基板600には、アンテナコイルを介して外部機器と信号の送受信を行うための通信機能を含む半導体素子602が実装されている。以上のようなフレキシブルシート500は、図7の点線L1〜L4(点線L3は、回路基板600と重なっているので実線で表記)にて折り曲げられて、コンパクトに折りたたまれた状態で電子機器等に搭載される。そして、フレキシブルシート500は、アンテナコイルを介して、外部機器と非接触で通信を行って、信号のやり取りを行う。
ところで、フレキシブルシート500は、以下に説明するように、コイル導体502a〜502dからなるアンテナコイルと、半導体素子602との間でインピーダンス整合をとることが困難であるという問題を有する。より詳細には、フレキシブルシート500では、アンテナコイルは、フレキシブルシート500上に形成されている。そして、半導体素子602は、フレキシブルシート500上に実装されている回路基板600に実装されている。故に、アンテナコイルと回路基板600との間には、フレキシブルシート500と回路基板600との接続部、及び、回路基板600と半導体素子602との接続部の2箇所の接続部が存在している。該接続部では、配線幅が変化するために、インピーダンス整合が崩れやすい。よって、フレキシブルシート500において、アンテナコイルと半導体素子602との間のインピーダンス整合をとるためには、接続部の数を減らすことが望まれている。
国際公開第2007/015353号公報
そこで、本発明の目的は、アンテナコイルと該アンテナコイルに電気的に接続される電子部品との間のインピーダンス整合をより正確にとることができる回路基板を提供することである。
本発明の第1の形態に係る回路基板は、可撓性材料の絶縁体層からなり、一体化されている第1の基板部及び第2の基板部と、前記第1の基板部における前記絶縁体層上に設けられているコイル導体により構成されているアンテナコイルと、前記第2の基板部における前記絶縁体層上に設けられ、かつ、前記アンテナコイルと電気的に接続されている配線導体と、磁性体層と、平面視で前記第2の基板部の略全面を覆うように設けられた第2グランド導体と、を備え、前記第1の基板部と前記第2の基板部とは互いに対向する部分を有するように配置され、前記磁性体層は、前記第1の基板部に設けられ、該第1の基板部の前記コイル導体と前記第2の基板部の前記配線導体との間に配置されていること、を特徴とする。
本発明の第2の形態に係る回路基板は、可撓性材料の絶縁体層からなり、一体化されている第1の基板部、第2の基板部及び第3の基板部と、前記第1の基板部における前記絶縁体層上に設けられているコイル導体により構成されているアンテナコイルと、前記第2の基板部における前記絶縁体層上に設けられ、かつ、前記アンテナコイルと電気的に接続されている配線導体と、前記第3の基板部における前記絶縁体層上に設けられ、前記配線導体に接続されている外部電極と、磁性体層と、前記第3の基板部のうち、平面視で前記外部電極が設けられた領域を含むように部分的に設けられた第1グランド導体と、を備え、前記第1の基板部と前記第2の基板部とは互いに対向する部分を有するように配置され、前記磁性体層は、前記第1の基板部に設けられ、該第1の基板部の前記コイル導体と前記第2の基板部の前記配線導体との間に配置されていること、を特徴とする。
本発明によれば、アンテナコイルと該アンテナコイルに電気的に接続される電子部品との間のインピーダンス整合をより正確にとることができる。
本発明の一実施形態に係る回路基板の外観斜視図である。 図1の回路基板を備えた回路モジュールの外観斜視図である。 図1の回路基板の分解斜視図である。 図2の回路モジュールが電子機器に搭載されるときの状態を示した図である。 変形例に係る回路モジュールが電子機器に搭載されるときの状態を示した図である。 変形例に係る回路基板の外観斜視図である。 特許文献1に記載のフレキシブルシートの構成図である。
以下に、本発明の実施形態に係る回路基板について図面を参照しながら説明する。
(回路基板及び回路モジュールの構成)
以下に、本発明の一実施形態に係る回路基板及び回路モジュールの構成について図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る回路基板10の外観斜視図である。図2は、図1の回路基板10を備えた回路モジュール100の外観斜視図である。図3は、図1の回路基板10の分解斜視図である。図4は、図2の回路モジュール100が電子機器に搭載されるときの状態を示した図である。以下では、回路基板10の作製時に絶縁体層が積層される方向を積層方向と定義する。そして、積層方向をz軸方向と定義し、回路基板10の長手方向をx軸方向と定義する。また、x軸方向とz軸方向に直交する方向をy軸方向と定義する。
回路基板10は、図1に示すように、基板本体11により構成されている。基板本体11は、基板部12(12a〜12c)を備えている。基板部12aは、長方形状をなしており、アンテナコイルLを内蔵している。また、基板部12aのz軸方向の負方向側の主面(裏面)には、磁性体層14が設けられている。
基板部12bは、長方形状をなしており、z軸方向の正方向側の主面(表面)において、図2に示すように、集積回路(電子部品)102及びチップ部品(電子部品)104,106が実装される実装面を有している。基板部12aと基板部12bとは、x軸方向に長辺を有する長方形をなしている。なお、図1及び図2では、基板部12a,12bの境界を点線で示してある。
基板部12cは、基板部12a,12bよりも小さな長方形状をなしており、図2に示すように、z軸方向の正方向側の主面(表面)において、コネクタ(電子部品)108が実装される実装面を有している。基板部12cは、基板部12bのx軸方向の正方向側に設けられている。
基板本体11は、図3に示すように、複数(図3では3枚)の可撓性材料(例えば、液晶ポリマー等の熱可塑性樹脂)からなる絶縁体層30(30a〜30c)が積層されてなる。以下では、絶縁体層30のz軸方向の正方向側の主面を表面とし、絶縁体層30のz軸方向の負方向側の主面を裏面とする。
まず、基板部12aについて説明する。基板部12aは、図3に示すように、絶縁体層30(30a〜30c)の基板部層50(50a〜50c)が重ねられることにより構成されている。また、基板部12aには、図1ないし図3に示すように、アンテナコイルL及び磁性体層14が設けられている。
アンテナコイルLは、高周波信号を電波として回路基板10外に放射すると共に、回路基板10外からの電波を受信する。該アンテナコイルLは、図3に示すように、螺旋形状をなしており、コイル導体36b,36c及びビアホール導体b4により構成されている。
コイル導体36bは、z軸方向の正方向側から平面視したときに、時計回りに旋廻しながら中心へと向かう渦巻き形状をなしており、基板部層50bの表面に設けられている。コイル導体36cは、z軸方向の正方向側から平面視したときに、反時計回りに旋廻しながら中心へと向かう渦巻き形状をなしており、基板部層50cの表面に設けられている。ビアホール導体b4は、基板部層50bをz軸方向に貫通するように設けられており、コイル導体36bの中心に近い方の端部とコイル導体36cの中心に近い方の端部とを接続している。
磁性体層14は、磁性体粉末を含有する樹脂からなり、基板部12aの略全面を覆うように裏面に設けられている。該磁性体層14は、アンテナコイルLが発生した磁束が回路基板10のz軸方向の負方向側に漏れることを抑制している。なお、磁性体層14は、可撓性を有するものの、磁性体層14で基板部12aを変形しにくくするために、基板部12aの絶縁体層30に用いられる可撓性材料からなるシートよりも変形しにくいことが好ましく、絶縁体層30よりも厚い方が好ましい。
次に、基板部12bについて説明する。絶縁体層30(30a〜30c)の基板部層52(52a〜52c)が重ねられることにより構成されている。また、基板部12bには、図1ないし図3に示すように、レジスト膜16(図3では省略)、外部電極18,20,22、配線導体32(32a〜32c)、グランド導体40及びビアホール導体b1,b3,b5〜b9が設けられている。
外部電極18は、図2の集積回路102がはんだ等により実装される電極であり、図3に示すように、基板部層52aの表面において長方形状に並ぶように複数設けられている。外部電極20,22はそれぞれ、図2のチップ部品104,106が実装される電極であり、基板部層52aの表面において所定の間隔を空けた状態で2つ並ぶように設けられている。
配線導体32a〜32cはそれぞれ、基板部層52a〜52cの表面に設けられている線状導体である。また、配線導体32aは、外部電極18,20,22のいずれかに対して接続されている。ビアホール導体b1は、基板部層52aをz軸方向に貫通しており、配線導体32aと配線導体32bとを接続している。ビアホール導体b6は基板部層52bをz軸方向に貫通しており、配線導体32bと配線導体32cとを接続している。
また、ビアホール導体b3は、基板部層52aをz軸方向に貫通しており、配線導体32aとコイル導体36bとを接続している。ビアホール導体b5,b7はそれぞれ、基板部層52b,52cをz軸方向に貫通しており、互いに接続されることにより、配線導体32aとコイル導体36cとを接続している。以上のように、アンテナコイルLは、図3に示すように、配線導体32a〜32c及びビアホール導体b1,b3〜b7を介して、集積回路102及びチップ部品104,106に対して電気的に接続されている。
グランド導体40は、基板部層52bの表面の略全面を覆うように設けられ、グランド電位が印加される。グランド導体40は、絶縁体層30よりも硬い材料により作製されているので、絶縁体層30よりも撓みにくい。よって、基板部12bは、グランド導体40が設けられていることにより、基板部12aよりも変形しにくい構造を有している。更に、グランド導体40は、配線導体32bと短絡しないように、配線導体32bの周囲には設けられていない。以上のようなグランド導体40は、基板部層52aをz軸方向に貫通しているビアホール導体b8により配線導体32aに対して接続されている。
ビアホール導体b9は、基板部層52aをz軸方向に貫通しており、配線導体32aと配線導体34b(詳細は後述)とを接続している。
次に、基板部12cについて説明する。絶縁体層30(30a〜30c)の基板部層54(54a〜54c)が重ねられることにより構成されている。また、基板部12cには、図1ないし図3に示すように、外部電極24、配線導体34b、グランド導体42及びビアホール導体b2,b10が設けられている。
外部電極24は、図2のコネクタ108がはんだ等により実装される電極であり、図3に示すように、基板部層52aの表面においてy軸方向に4つ並ぶように設けられている。
配線導体34bは、基板部層54bの表面に設けられている線状導体であり、x軸方向に延在している。該配線導体34bは、配線導体32b又はビアホール導体b9に接続されている。
ビアホール導体b2は、基板部層54aをz軸方向に貫通しており、外部電極24と配線導体34bとを接続している。これにより、コネクタ108は、配線導体32a,32b,34b及びビアホール導体b2,b9を介して、集積回路102に対して電気的に接続されている。
グランド導体42は、基板部層54cの表面の一部を覆うように設けられ、グランド電位が印加される。具体的には、グランド導体42は、z軸方向から平面視したときに、図2のコネクタ108が設けられる領域を含むように設けられている。そして、グランド導体42は、z軸方向から平面視したときに、配線導体34bが設けられている領域には設けられていない。グランド導体42は、絶縁体層30よりも硬い材料により作製されているので、絶縁体層30よりも撓みにくい。よって、基板部12cの一部は、グランド導体42が設けられていることにより、基板部12aよりも変形しにくい構造を有している。以上のようなグランド導体42は、基板部層54bをz軸方向に貫通しているビアホール導体b10により配線導体34bに対して接続されている。
以上のように構成された回路基板10には、図2に示すように、集積回路102、チップ部品104,106がそれぞれ、基板部12bの表面の外部電極18,20,22上に実装される。これにより、集積回路102、チップ部品104,106は、配線導体32a〜32cと電気的に接続される。また、コネクタ108が、基板部12cの表面の外部電極24上に実装される。これにより、コネクタ108は、配線導体34bと電気的に接続される。以上のように、回路基板10、集積回路102、チップ部品104,106及びコネクタ108は、回路モジュール100を構成している。集積回路102は、例えば、アンテナコイルLの送受信信号を処理する回路である。また、チップ部品104,106は、例えば、コンデンサ、コイル又はこれらからなるノイズフィルタである。
以上のように構成された回路モジュール100は、図4に示すように、U字状に曲げられて用いられる。より詳細には、基板本体11の表面が外周面を構成し、基板本体11の裏面が内周面を構成するように、基板部12aと基板部12bとの境界がU字状に曲げられる。これにより、基板部12aと基板部12bとの間には、磁性体層14が位置している。
なお、回路基板10における基板部12a,12bの境界とは、z軸方向から平面視したときに、アンテナコイルLが渦巻状をなしている第1の領域とグランド導体40が設けられている第2の領域とに挟まれている第3の領域を通過する直線である。本実施形態では、基板部12a,12bの境界とは、z軸方向から平面視したときに、アンテナコイルLが渦巻状をなしている領域のx軸方向の負方向側に位置する辺と、グランド導体40のx軸方向の正方向側に位置する辺との中間に位置する直線である。
(回路基板の製造方法)
以下に、回路基板10の製造方法について図面を参照しながら説明する。以下では、一つの回路基板10が作製される場合を例にとって説明するが、実際には、大判の絶縁体層30(フレキシブルシート)が積層及びカットされることにより、同時に複数の回路基板10が作製される。
まず、表面の全面に銅箔が形成された絶縁体層30を準備する。次に、絶縁体層30a,30bのビアホール導体b1〜b10が形成される位置(図3参照)に対して、裏面側からレーザービームを照射して、ビアホールを形成する。
次に、フォトリソグラフィ工程により、図3に示す外部電極18,20,22,24及び配線導体32aを絶縁体層30aの表面に形成する。具体的には、絶縁体層30aの銅箔上に、図3に示す外部電極18,20,22,24及び配線導体32aと同じ形状のレジストを印刷する。そして、銅箔に対してエッチング処理を施すことにより、レジストにより覆われていない部分の銅箔を除去する。その後、レジストを除去する。これにより、図3に示すような、外部電極18,20,22,24及び配線導体32aが絶縁体層30aの表面に形成される。更に、絶縁体層30aの表面に樹脂を塗布することにより、図1に示すレジスト膜16を形成する。
次に、フォトリソグラフィ工程により、図3に示す配線導体32b,34b、コイル導体36b及びグランド導体40を絶縁体層30bの表面に形成する。また、フォトリソグラフィ工程により、図3に示す配線導体32c、コイル導体36c及びグランド導体42を絶縁体層30cの表面に形成する。なお、これらのフォトリソグラフィ工程は、外部電極18,20,22,24及び配線導体32aを形成する際のフォトリソグラフィ工程と同様であるので、説明を省略する。
次に、絶縁体層30a,30bに形成したビアホールに対して、銅を主成分とする導電性ペーストを充填し、図3に示すビアホール導体b1〜b10を形成する。
次に、絶縁体層30a〜30cをこの順に積み重ねる。そして、絶縁体層30a〜30cに対して積層方向の上下方向から力を加えることにより、絶縁体層30a〜30cを圧着する。これにより、図1に示す回路基板10が得られる。
(効果)
以上のような回路基板10及び回路モジュール100によれば、アンテナコイルLと集積回路102との間のインピーダンス整合をより正確にとることができるようになる。より詳細には、図7に示す従来のフレキシブルシート500では、アンテナコイルは、フレキシブルシート500上に形成されている。そして、半導体素子602は、フレキシブルシート500上に実装されている回路基板600に実装されている。故に、アンテナコイルと回路基板600との間には、フレキシブルシート500と回路基板600との接続部、及び、回路基板600と半導体素子602との接続部の2箇所の接続部が存在している。該接続部では、配線幅が変化するために、インピーダンス整合が崩れやすい。よって、フレキシブルシート500では、アンテナコイルと半導体素子602との間では、2箇所においてインピーダンス整合が大きく崩れるおそれがある。
そこで、回路基板10では、回路基板600に相当する硬質の基板を用いることなく、集積回路102を直接に回路基板10に実装可能としている。より詳細には、回路基板10では、集積回路102が実装される基板部12bには、グランド導体40が設けられている。これにより、基板部12bは、基板部12aよりも変形しにくい構造を有している。そのため、回路基板10では、基板部12b上に集積回路102を直接に実装することができる。これにより、アンテナコイルLと集積回路102との間には、接続部が1箇所しか存在しなくなる。よって、回路基板10では、フレキシブルシート500よりも、アンテナコイルLと集積回路102との間のインピーダンス整合をより正確にとることが可能となる。
また、回路基板10では、基板本体11は、可撓性材料からなる絶縁体層30が積層されることにより構成されている。よって、グランド導体40,42が設けられている領域以外の領域については、比較的容易に曲げることが可能である。よって、フレキシブルシート500と同様に、基板本体11を曲げてコンパクトに折りたたむことができる。
また、アンテナコイルLは、基板部12aが少し曲げられたとしても大きく特性が変動することはない。そこで、回路基板10では、基板部12aを曲げ易い構造とすることにより、電子機器の筐体に対して回路基板10を容易に実装できるようにしている。
また、回路基板10では、絶縁体層30は、液晶ポリマーにより作成されている。液晶ポリマーは、エポキシガラス等のセラミック材料に比べて低い吸湿性を有している。よって、回路基板10は、エポキシガラス等のセラミック材料により作製された回路基板に比べて、吸湿による変形を抑制できる。その結果、回路基板10では、基板本体11の変形によるアンテナコイルLの特性変化を抑制することができる。
また、回路基板10では、以下に説明するように、磁性体層14が設けられているので、アンテナコイルLの共振周波数がずれることを抑制できる。より詳細には、磁性体層14が設けられていない場合には、図4のように基板本体11を曲げると、基板部12a内のアンテナコイルLが発生した磁束が、基板部12bに到達してしまう。そのため、磁束が基板部12b内の配線導体32a〜32cを通過すると、配線導体32a〜32cにて渦電流が発生する。渦電流が発生すると、アンテナコイルLが発生した磁束を妨げる方向に磁束が発生するので、アンテナコイルLのインダクタンス値が低下してしまう。その結果、アンテナコイルLの共振周波数がずれてしまう。
そこで、回路基板10では、図4のように、基板本体11を曲げた場合に、基板部12aと基板部12bとの間に磁性体層14が位置している。これにより、アンテナコイルLが発生した磁束が磁性体層14に閉じ込められて基板部12bに到達することが抑制される。その結果、アンテナコイルLのインダクタンス値が低下することが抑制され、アンテナコイルLの共振周波数がずれてしまうことが抑制される。
(変形例)
以下に、変形例に係る回路基板及び回路モジュールについて図面を参照しながら説明する。図5は、変形例に係る回路モジュール100'が電子機器に搭載されるときの状態を示した図である。
回路モジュール100は、図4に示すように、基板部12aと基板部12bとの境界において1度だけ曲げて用いられる。これに対して、回路モジュール100'は、図5に示すように、基板部12aと基板部12bとの境界、及び、基板部12bと基板部12cとの境界においてS字状に2度曲げられて用いられて、S字状をなしている。これにより、回路モジュール100'は、回路モジュール100に比べて、xy平面においてコンパクトになる。
なお、回路モジュール100'では、基板部12aと基板部12bとの間に磁性体層14を位置させるために、該磁性体層14は、基板部12aの表面に設けられている。回路モジュール100'その他の構成は、回路モジュール100と同じであるので説明を省略する。
次に、第2の変形例に係る回路基板10'について図面を参照しながら説明する。図6は、変形例に係る回路基板10'の外観斜視図である。
図6に示す磁性体層14'は、基板部12a,12bの境界を覆うように、基板部12aよりも大きな面積を有している。磁性体層14'は、フェライト等の磁性体粉末を樹脂中に分散してなるシート状の部材であって、可撓性を有する基板部12a及び基板部12a,12bの境界を補強する補強部材としても機能し得る。そのため,このシート状の磁性体層14'が、曲げ等による応力が繰り返し加わる基板部12a,12bの境界を覆うように設けられることにより、基板部12a,12bの境界における破損が抑制される。また、磁性体層14'が、基板部12a,12bの境界を覆うように、基板部12aよりも大きな面積を有しているため、例えば図4と同様に回路基板10'を曲げた場合でも、アンテナコイルLが発生した磁束が磁性体層14'に確実に閉じ込められる。この結果、アンテナコイルLから発生した磁束が、基板部12bに到達することがより抑制され、アンテナコイルLの特性を向上させることができる。
本発明は、回路基板に適用可能であり、特に、信号線路及びその製造方法に有用であり、特に、アンテナコイルと該アンテナコイルに電気的に接続される電子部品との間のインピーダンス整合をより正確にとることができる点において優れている。
L アンテナコイル
b1〜b10 ビアホール導体
10,10' 回路基板
11 基板本体
12a〜12c 基板部
14,14' 磁性体層
18,20,22,24 外部電極
30a〜30c 絶縁体層
32a〜32c,34b 配線導体
36b,36c コイル導体
40,42 グランド導体
100,100' 回路モジュール
102 集積回路
104,106 チップ部品
108 コネクタ

Claims (9)

  1. 可撓性材料の絶縁体層からなり、一体化されている第1の基板部及び第2の基板部と、 前記第1の基板部における前記絶縁体層上に設けられているコイル導体により構成されているアンテナコイルと、 前記第2の基板部における前記絶縁体層上に設けられ、かつ、前記アンテナコイルと電気的に接続されている配線導体と、 磁性体層と、 平面視で前記第2の基板部の略全面を覆うように設けられた第2グランド導体と、 を備え、 前記第1の基板部と前記第2の基板部とは互いに対向する部分を有するように配置され、 前記磁性体層は、前記第1の基板部に設けられ、該第1の基板部の前記コイル導体と前記第2の基板部の前記配線導体との間に配置されていること、 を特徴とする回路基板。
  2. 可撓性材料の絶縁体層からなる第3の基板部と、 前記第3の基板部における前記絶縁体層上に設けられ、前記配線導体に接続されている外部電極と、 前記第3の基板部のうち、平面視で前記外部電極が設けられた領域を含むように部分的に設けられた第1グランド導体と、 を更に備えていること、 を特徴とする請求項1に記載の回路基板。
  3. 可撓性材料の絶縁体層からなり、一体化されている第1の基板部、第2の基板部及び第3の基板部と、 前記第1の基板部における前記絶縁体層上に設けられているコイル導体により構成されているアンテナコイルと、 前記第2の基板部における前記絶縁体層上に設けられ、かつ、前記アンテナコイルと電気的に接続されている配線導体と、 前記第3の基板部における前記絶縁体層上に設けられ、前記配線導体に接続されている外部電極と、 磁性体層と、 前記第3の基板部のうち、平面視で前記外部電極が設けられた領域を含むように部分的に設けられた第1グランド導体と、 を備え、 前記第1の基板部と前記第2の基板部とは互いに対向する部分を有するように配置され、 前記磁性体層は、前記第1の基板部に設けられ、該第1の基板部の前記コイル導体と前記第2の基板部の前記配線導体との間に配置されていること、 を特徴とする回路基板。
  4. 前記第1の基板部と前記第2の基板部及び前記第3の基板部とは、該第1の基板部の法線方向において異なる位置に設けられていること、 を特徴とする請求項2又は請求項3のいずれかに記載の回路基板。
  5. 前記磁性体層は、前記第1の基板部の前記コイル導体と前記第3の基板部の前記外部電極との間に配置されていること、 を特徴とする請求項4に記載の回路基板。
  6. 前記外部電極にはコネクタが実装されること、 を特徴とする請求項2ないし請求項のいずれかに記載の回路基板。
  7. 前記第1の基板部と前記第2の基板部とが互いに対向する部分を有するように、該第1の基板部及び該第2の基板部を有する基板本体が折り曲げられること、 を特徴とする請求項1ないし請求項のいずれかに記載の回路基板。
  8. 前記磁性体層は、平面視で前記第1の基板部よりも大きい面積を有していること、 を特徴とする請求項1ないし請求項のいずれかに記載の回路基板。
  9. 前記第2の基板部の前記第1の基板部に対向する部分とは反対側の主面には、前記配線導体に電気的に接続される電子部品が実装されていること、 を特徴とする請求項1ないし請求項のいずれかに記載の回路基板。
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