JP6286800B2 - プリント配線板、アンテナ及びワイヤレス給電装置 - Google Patents
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Description
本発明は、プリント配線板、アンテナ及びワイヤレス給電装置に関する。
近年、近距離無線通信（ＮＦＣ：Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）技術を利用したＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）システムや非接触ＩＣカード等の普及に伴い、コイル回路をアンテナとして使用する装置が広く利用されている。このような装置として、例えば電磁誘導現象を利用したワイヤレス（非接触式）の給電装置が知られている。このワイヤレス給電装置は、給電用アンテナ（一次側コイル）と対向する位置に受電用アンテナ（二次側コイル）を配置し、給電用アンテナに電流を流すことで生じる磁束により受電用アンテナに電流を発生させるものである。このようなアンテナは、携帯機器の充電装置として普及しつつある（例えば特開平１１−２６６５４５号公報参照）。
このような携帯機器向けのアンテナには、小型で効率的な電力伝送が実現できることが求められる。しかし、従来のエナメル線を用いたコイルでアンテナを形成した場合、単位面積当たりのインダクタンスを向上させるにはコイルの厚さを大きくせざるを得ないため、アンテナの小型化に限度がある。また、コイルの巻き数を単純に増やすと、コイルの一端と他端との電位差が大きくなり、不均一な磁界が発生し電気授受の効率低下を招く。また、同様の課題は従来のエナメル線のコイルを用いたトランス（変圧器）でも生じ得る。
本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、小型でかつ効率よく電気の授受を行うことができるプリント配線板、アンテナ及びワイヤレス給電装置の提供を目的とする。
上記課題を解決するためになされた本発明の一態様に係るプリント配線板は、合成樹脂を主成分とする１又は複数の絶縁層と、回路パターンを有する複数の導電層とを交互に備えるプリント配線板であって、上記複数の導電層の複数の回路パターンが、平面視で渦巻き状パターンを形成するよう構成され、これら複数の回路パターンが、単一の閉ループを構成するようかつ上記渦巻き状パターン全体の電流の向きが反時計回り又は時計回りとなるよう複数のスルーホールで接続されている。
また、上記課題を解決するためになされた本発明の一態様に係るアンテナは、上記プリント配線板を備えるアンテナである。
さらに、上記課題を解決するためになされた本発明の一態様に係るワイヤレス給電装置は、給電器と受電器とを備え、この給電器及び受電器が上記アンテナを有するワイヤレス給電装置である。
本発明のプリント配線板、アンテナ及びワイヤレス給電装置は、小型でかつ効率よく電気の授受を行うことができる。
［本発明の実施形態の説明］
本発明の一態様に係るプリント配線板は、合成樹脂を主成分とする１又は複数の絶縁層と、回路パターンを有する複数の導電層とを交互に備えるプリント配線板であって、上記複数の導電層の複数の回路パターンが、平面視で渦巻き状パターンを形成するよう構成され、これら複数の回路パターンが、単一の閉ループを構成するようかつ上記渦巻き状パターン全体の電流の向きが反時計回り又は時計回りとなるよう複数のスルーホールで接続されている。
本発明の一態様に係るプリント配線板は、合成樹脂を主成分とする１又は複数の絶縁層と、回路パターンを有する複数の導電層とを交互に備えるプリント配線板であって、上記複数の導電層の複数の回路パターンが、平面視で渦巻き状パターンを形成するよう構成され、これら複数の回路パターンが、単一の閉ループを構成するようかつ上記渦巻き状パターン全体の電流の向きが反時計回り又は時計回りとなるよう複数のスルーホールで接続されている。
当該プリント配線板は、１又は複数の絶縁層に交互に積層される回路パターンを有する複数の導電層を備え、この回路パターンにより電気の授受を行う１つのコイル（渦巻き状パターン回路）が構成される。これにより、当該プリント配線板は、コイルの面積や厚みの増加を抑止しつつコイルの巻き数増加及びインダクタンス調整ができるため、結合係数を高めつつ小型化が可能である。また、当該プリント配線板は、コイルを構成する複数の回路パターンが複数の導電層に跨って形成されており、各導電層の複数の回路パターン間を交互にスルーホールで接続することで、導電層間の電位差（コイルの軸方向の電位差）が低減される。その結果、当該プリント配線板は、磁界のバラツキを抑えて電気の授受効率を向上させることができる。
単一の上記絶縁層の両面側に一対の導電層が積層されるとよい。このように単一の絶縁層の両面側に一対の導電層を積層することで、低コストで容易かつ確実に小型で効率よく電気の授受が可能なコイルを形成することができる。
上記渦巻き状パターンが、多列状に配設される複数の多列回路と、一方の導電層の一の多列回路及びこの多列回路に隣接する他方の導電層の多列回路の端部同士を接続する架橋回路とを有するとよい。このように一対の導電層に複数の多列回路とそれらを接続する架橋回路とを形成することで、渦巻き状パターンを効率よく形成することができ、コイルの小型化と効率向上とをさらに促進することができる。
上記複数の多列回路の長さとしては、渦巻き状パターンの１ターン未満が好ましい。このように多列回路の長さを上記範囲とすることで、磁界のバラツキをより抑制でき、電気の授受効率をさらに高めることができる。
上記渦巻き状パターンの全長の７０％以上において、一方の導電層の回路パターンの任意の１点と、他方の導電層の回路パターンの上記１点に最も近接する点との電圧の差異が上記渦巻き状パターン全体の電圧降下量の５０％以下であるとよい。このように一対の導電層の回路パターン間の電圧降下量を上記上限以下とすることで、磁界のバラツキをより抑制でき、電気の授受効率をさらに高めることができる。
上記渦巻き状パターンの全長の７０％以上において、上記複数の導電層の複数の回路パターンの一部が平面視で重複しているとよい。このように複数の回路パターンの一部を平面視で重複させることで、コイルの小型化及び電気の授受効率向上をさらに促進することができる。
上記１又は複数の絶縁層が可撓性を有するとよい。このように絶縁層に可撓性を持たせることで、曲面状にコイルを配設することが可能となり、ウェアラブル端末等への搭載が容易となる。
また、別の本発明の一態様に係る当該アンテナは、当該プリント配線板を備えるアンテナである。
当該アンテナは、当該プリント配線板を備えるため、小型化できると共に効率よく電気の授受を行うことができる。
さらに、別の本発明の一態様に係るワイヤレス給電装置は、給電器と受電器とを備え、この給電器及び受電器が当該アンテナを有するワイヤレス給電装置である。
当該ワイヤレス給電装置は、それぞれ当該アンテナを有する給電器と受電器とを備えるため、小型化できると共に、電気の授受効率に著しく優れる。
なお、「主成分」とは、最も含有量の多い成分であり、例えば材料中５０質量％以上を占める成分を指す。「渦巻き状」とは、厳密な渦巻き形状に限定されず、複数の円弧又は複数の多角形の一部が多列状に配設され、外側の円弧又は多角形の一部の一端と内側の円弧又は多角形の一部の一端とが直線又は曲線で接続された形状も含む概念である。「単一の閉ループ」とは、分岐又は分断点を有しない連続した一つの回路を意味する。
［本発明の実施形態の詳細］
以下、本発明に係るプリント配線板の一実施形態について図面を参照しつつ詳説する。なお、プリント配線板における「表裏」は、プリント配線板の厚さ方向のうち、第１導電層積層側を表、第１導電層積層側と反対側を裏とする方向を意味し、プリント配線板の使用状態における表裏を意味するものではない。
以下、本発明に係るプリント配線板の一実施形態について図面を参照しつつ詳説する。なお、プリント配線板における「表裏」は、プリント配線板の厚さ方向のうち、第１導電層積層側を表、第１導電層積層側と反対側を裏とする方向を意味し、プリント配線板の使用状態における表裏を意味するものではない。
図１、図２Ａ，２Ｂ及び図３の当該プリント配線板は、可撓性を有するいわゆるフレキシブルプリント配線板であり、合成樹脂を主成分とする単一の絶縁層と回路パターンを有する２層の導電層とを交互に備える本体部、及びこの本体部に積層されるジャンパー部を備える。具体的には、当該プリント配線板は、第１絶縁層１と、この第１絶縁層１の表面に積層される第１導電層２と、上記第１絶縁層１の裏面に積層される第２導電層３とを本体部として備える。また、当該プリント配線板は、第２導電層３の裏面に積層される第２絶縁層４とこの第２絶縁層４の裏面側に積層される第３導電層５とを備えるジャンパー部、第１導電層２の表面に積層される第１カバーレイ６及び第３導電層５の裏面に積層される第２カバーレイ７をさらに備える。なお、図２Ａ，２Ｂでは図を見やすくするために第１カバーレイ６の表示を省略している。
＜第１絶縁層＞
第１絶縁層１は、可撓性及び電気絶縁性を有し、第１導電層２と第２導電層３との電気的接触による短絡を防止するための合成樹脂を主成分とする層である。また、第１絶縁層１は第１導電層２及び第２導電層３を形成するためのベースフィルム（基材）でもある。
第１絶縁層１は、可撓性及び電気絶縁性を有し、第１導電層２と第２導電層３との電気的接触による短絡を防止するための合成樹脂を主成分とする層である。また、第１絶縁層１は第１導電層２及び第２導電層３を形成するためのベースフィルム（基材）でもある。
第１絶縁層１の材質としては、可撓性及び絶縁性を有するものであれば特に限定されないが、シート状に形成された低誘電率の合成樹脂フィルムを採用できる。この合成樹脂フィルムの主成分としては、例えばポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、液晶ポリマー、フッ素樹脂等が挙げられる。
第１絶縁層１の平均厚さの下限としては、５μｍが好ましく、１０μｍがより好ましい。また、第１絶縁層１の平均厚さの上限としては、５０μｍが好ましく、４０μｍがより好ましい。第１絶縁層１の平均厚さが上記下限未満である場合、第１絶縁層１の絶縁強度が不十分となるおそれがある。一方、第１絶縁層１の平均厚さが上記上限を超える場合、当該プリント配線板が無用に厚くなるおそれがある。
＜第１導電層及び第２導電層＞
第１導電層２及び第２導電層３は、導電性を有する材料からなる層であり、第１絶縁層１の両面に一対で積層される。第１導電層２は、第１回路パターン２ａを有し、第２導電層３は、第２回路パターン３ａを有する。
第１導電層２及び第２導電層３は、導電性を有する材料からなる層であり、第１絶縁層１の両面に一対で積層される。第１導電層２は、第１回路パターン２ａを有し、第２導電層３は、第２回路パターン３ａを有する。
これら第１導電層２及び第２導電層３の材質としては、導電性を有するものであれば特に限定されないが、電気抵抗が小さいものが好ましい。例えば第１導電層２及び第２導電層３は銅、銀、白金、ニッケル等によって形成することができる。また、第１導電層２及び第２導電層３の表面に金、銀、錫、ニッケル等でメッキを行ってもよい。また、銅、銀、ニッケル等の金属を配合したペースト、インキ等で印刷して導電層を形成してもよい。
第１導電層２及び第２導電層３の平均厚さの下限としては、０．１μｍが好ましく、１μｍがより好ましい。また、第１導電層２及び第２導電層３の平均厚さの上限としては、１００μｍが好ましく、８０μｍがより好ましい。第１導電層２及び第２導電層３の平均厚さが上記下限未満である場合、内部抵抗が大きくなり損失が過大となるおそれがあると共に、強度が不足して第１導電層２及び第２導電層３が断裂しやすくなるおそれがある。また、第１導電層２及び第２導電層３の平均厚さが上記上限を超える場合、当該プリント配線板が無用に厚くなるおそれや、可撓性を阻害するおそれがある。
上記第１導電層２の第１回路パターン２ａ及び第２導電層３の第２回路パターン３ａは、平面視で渦巻き状パターンＳを形成するよう構成されている。また、これらの回路パターン２ａ，３ａは、単一の閉ループを構成するようかつ上記渦巻き状パターンＳ全体の電流の向きが反時計回り又は時計回りとなるよう複数のループ形成スルーホール８で電気的に接続されている。
上記渦巻き状パターンＳは、多列状に配設される複数の多列回路と、上記一対の第１導電層２及び第２導電層３のうち一方の一の多列回路及びこの多列回路に隣接する他方の導電層の多列回路の端部同士を接続する架橋回路とを有する。上記多列回路は、具体的には半径の異なる部分円（円弧）状の回路が同心で多列状に配設されたものである。また、上記架橋回路は、具体的には１つの多列回路の端部と平面視でこの多列回路に隣接する多列回路の端部とを接続している。なお、図２Ａのパターンでは、ループ形成スルーホール８自体である架橋回路と、第１導電層２の多列回路の端部から延伸しループ形成スルーホール８に接続する回路及びこのループ形成スルーホール８から延伸し第２導電層３の多列回路の端部に接続する回路からなる架橋回路とが、交互に形成されている。
さらに具体的に説明すると、渦巻き状パターンＳは、第１回路パターン２ａ内の複数の同心円弧状の第１多列回路群と、平面視で上記第１多列回路群の多列回路間に配設される第２回路パターン３ａ内の複数の同心円弧状の第２多列回路群と、第１回路パターン２ａ又は第２回路パターン３ａの一部で構成され、上記第１多列回路群と第２多列回路群とを接続する複数の架橋回路とを有する。第１多列回路群及び第２多列回路群の多列回路は、最外周及び最内周の多列回路を除いて、両端に架橋回路が接続される。これにより、渦巻き状パターンＳは、複数の多列回路が略渦巻き状に接続された単一の閉ループを構成し、かつパターン全体の電流の向きが反時計回り又は時計回りとなる。また、上記架橋回路のうち、多列回路の端部から延伸してループ形成スルーホール８に接続する部分は、渦巻き状パターンＳの外周から内周に向かって形成される。なお、架橋回路の平面視での架橋方向（多列回路の接続方向）は特に限定されないが、例えば多列回路の円弧の半径方向とすることができる。
また、上記第１多列回路群及び第２多列回路群の多列回路は平面視で重複している。ここで、渦巻き状パターンＳ全長における架橋回路が占める割合は小さいため、渦巻き状パターンＳの全長の７０％以上において第１導電層２及び第２導電層３の回路パターンが平面視で重複する。なお、第１導電層２及び第２導電層３の回路パターンが平面視で重複する範囲としては、渦巻き状パターンＳの全長の８０％以上が好ましく、９０％以上がより好ましい。このように第１回路パターン２ａの多列回路の投影領域に第２回路パターン３ａの多列回路の投影領域が含まれるようにすることで、コイルの結合係数を高めることができる。
また、図１に示すように、第１導電層２は、第１回路パターン２ａの最外周の多列回路の一方の端部（架橋回路と接続されない端部）に接続される第１接続端子９と、後述する第３導電層５の第３中間端子１１ｃと端子接続スルーホール１２によって電気的に接続される第２接続端子１０とを有する。この第１接続端子９及び第２接続端子１０は、渦巻き状パターンＳの一対の接続端子を構成する。また、第２導電層３は、第２回路パターン３ａの最内周の多列回路の一方の端部（架橋回路と接続されない端部）に接続される第１中間端子１１ａを有する。この第１中間端子１１ａは、後述する第３導電層５の第２中間端子１１ｂと端子接続スルーホール１２によって電気的に接続される。
第１回路パターン２ａ及び第２回路パターン３ａの多列回路及び架橋回路（ループ形成スルーホール８を除く）の平均幅の下限としては、０．０３ｍｍが好ましく、０．２ｍｍがより好ましい。また、多列回路及び架橋回路の平均幅の上限としては、１．５ｍｍが好ましく、１．２５ｍｍがより好ましい。多列回路及び架橋回路の平均幅が上記下限未満である場合、多列回路及び架橋回路の機械的強度が不足し、破断するおそれがある。一方、多列回路及び架橋回路の平均幅が上記上限を超える場合、当該プリント配線板が無用に大きくなるおそれがある。なお、本実施形態においては多列回路及びループ形成スルーホール８を除いた架橋回路の幅は一定とすることが好ましい。
平面視での多列回路の平均間隔（絶縁距離）、すなわち渦巻きパターンＳを構成する円弧部分（ループ）の平均間隔としては、特に限定されないが、例えば０．０２ｍｍ以上４．５ｍｍ以下とすることができる。
渦巻きパターンＳ（第１回路パターン２ａの多列回路及び第２回路パターン３ａの多列回路全体）のターン数（巻き数）としては、当該プリント配線板の使用用途や求められるインダクタンス等に応じて適宜設計され、例えば２以上５００以下である。
上記複数の多列回路の長さとしては、渦巻き状パターンＳの１ターン未満が好ましい。一方、複数の多列回路の長さとしては、渦巻き状パターンＳの０．０５ターン以上が好ましい。多列回路の長さが上記上限以上の場合、導電層間の電位差の低減効果が不十分となるおそれがある。逆に、多列回路の長さが上記下限未満の場合、スルーホールの数が増大するため、渦巻き状パターンＳのインダクタンス、抵抗の調整が困難になるおそれや、当該プリント配線板が不要に大きくなるおそれがある。
上記渦巻き状パターンの全長の７０％以上において、一方の導電層の回路パターンの任意の１点と、他方の導電層の回路パターンの上記１点に最も近接する点との電圧の差異が上記渦巻き状パターン全体の電圧降下量の５０％以下であるとよい。上記電圧の差異の上限としては、渦巻き状パターンＳ全体の電圧降下量の３５％がより好ましく、２０％がさらに好ましい。また、上記電圧の差異が上記上限以下となる範囲としては、上記渦巻き状パターンの全長の８０％以上がより好ましく、９０％以上がさらに好ましい。上記電圧の差異が上記上限を超える場合、磁界のバラツキが大きくなり、当該プリント配線板の電気の授受効率の向上が不十分となるおそれがある。
＜ループ形成スルーホール＞
ループ形成スルーホール８は、第１導電層２、第１絶縁層１及び第２導電層３を貫通し、第１回路パターン２ａと第２回路パターン３ａとの間を電気的に接続する。このループ形成スルーホール８は、上記各層を積層した積層体に貫通孔を形成し、この貫通孔に銅等の金属メッキをすることで形成できる。また、銀ペースト、銅ペースト等を貫通孔に注入して加熱硬化させることによっても形成できる。ループ形成スルーホール８の平均径は、加工性、導通特性等を考慮して適宜選択されるが、例えば２０μｍ以上２０００μｍ以下とすることができる。
ループ形成スルーホール８は、第１導電層２、第１絶縁層１及び第２導電層３を貫通し、第１回路パターン２ａと第２回路パターン３ａとの間を電気的に接続する。このループ形成スルーホール８は、上記各層を積層した積層体に貫通孔を形成し、この貫通孔に銅等の金属メッキをすることで形成できる。また、銀ペースト、銅ペースト等を貫通孔に注入して加熱硬化させることによっても形成できる。ループ形成スルーホール８の平均径は、加工性、導通特性等を考慮して適宜選択されるが、例えば２０μｍ以上２０００μｍ以下とすることができる。
＜第２絶縁層＞
第２絶縁層４は、その裏面に積層される第３導電層５とで上記渦巻き状パターンＳのジャンパー部を構成する。第２絶縁層４は、可撓性及び電気絶縁性を有し、第２導電層３と第３導電層５との電気的接触による短絡を防止するための合成樹脂を主成分とする層である。
第２絶縁層４は、その裏面に積層される第３導電層５とで上記渦巻き状パターンＳのジャンパー部を構成する。第２絶縁層４は、可撓性及び電気絶縁性を有し、第２導電層３と第３導電層５との電気的接触による短絡を防止するための合成樹脂を主成分とする層である。
また、第２絶縁層４は、その表面に接着層４ａを有し、この接着層４ａを介し第１絶縁層１及び第２導電層３の裏面に積層される。
第２絶縁層４に用いる合成樹脂は、上記第１絶縁層１と同様のものを用いることができ、第２絶縁層４の平均厚さは第１導電層２と同様とすることができる。また、第２絶縁層４の接着層４ａの材質及び平均厚さは、後述する第１カバーレイ６及び第２カバーレイ７の接着層１４と同様とすることができる。
＜第３導電層＞
第３導電層５は、導電性を有する材料からなる層であり、第２絶縁層４の裏面に積層される。この第３導電層５は、接続配線パターン５ａを有する。
第３導電層５は、導電性を有する材料からなる層であり、第２絶縁層４の裏面に積層される。この第３導電層５は、接続配線パターン５ａを有する。
第３導電層５の材質は、第１導電層２及び第２導電層３と同様のものを用いることができる。また、第３導電層５の平均厚さは第１導電層２及び第２導電層３と同様とすることができる。
上記接続配線パターン５ａは、第２導電層３の第１中間端子１１ａと第１導電層２の第２接続端子１０とを接続する線状の配線である。また、第３導電層５は、接続配線パターン５ａの一端で上記第１中間端子１１ａと平面視で重複する位置に第２中間端子１１ｂを有し、接続配線パターン５ａの他端で上記第２接続端子１０と平面視で重複する位置に第３中間端子１１ｃを有する。
第１中間端子１１ａ及び第２中間端子１１ｂ、並びに第２接続端子１０及び第３中間端子１１ｃは、それぞれ端子接続スルーホール１２を介して電気的に接続される。
＜端子接続スルーホール＞
端子接続スルーホール１２は、各絶縁層及び導電層を必要に応じて貫通し、上述のように中間端子同士又は接続端子同士を電気的に接続する。この端子接続スルーホール１２の形成方法は、上記ループ形成スルーホール８と同様である。また、端子接続スルーホール１２の平均径は、上記ループ形成スルーホール８と同様とすることができる。
端子接続スルーホール１２は、各絶縁層及び導電層を必要に応じて貫通し、上述のように中間端子同士又は接続端子同士を電気的に接続する。この端子接続スルーホール１２の形成方法は、上記ループ形成スルーホール８と同様である。また、端子接続スルーホール１２の平均径は、上記ループ形成スルーホール８と同様とすることができる。
＜カバーレイ＞
第１カバーレイ６及び第２カバーレイ７は、当該プリント配線板において主に第１導電層２及び第３導電層５を保護するものである。これらの第１カバーレイ６及び第２カバーレイ７は、カバーフィルム１３と接着層１４とをそれぞれ有する。また、第１カバーレイ６には、第１接続端子９及び第２接続端子１０にアクセスできるようにするための２つの開口１５が形成されている。
第１カバーレイ６及び第２カバーレイ７は、当該プリント配線板において主に第１導電層２及び第３導電層５を保護するものである。これらの第１カバーレイ６及び第２カバーレイ７は、カバーフィルム１３と接着層１４とをそれぞれ有する。また、第１カバーレイ６には、第１接続端子９及び第２接続端子１０にアクセスできるようにするための２つの開口１５が形成されている。
（カバーフィルム）
カバーフィルム１３は、可撓性及び絶縁性を有する。カバーフィルム１３の主成分としては、例えばポリイミド、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル、熱可塑性ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、フッ素樹脂、液晶ポリマー等が挙げられる。耐熱性の観点からはこれらの中でもポリイミドが好ましいが、カバーフィルム１３は高誘電材料を主成分とすることが好ましい。また、このカバーフィルム１３は、主成分以外の他の樹脂、耐候剤、帯電防止剤等を含有してもよい。
カバーフィルム１３は、可撓性及び絶縁性を有する。カバーフィルム１３の主成分としては、例えばポリイミド、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル、熱可塑性ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、フッ素樹脂、液晶ポリマー等が挙げられる。耐熱性の観点からはこれらの中でもポリイミドが好ましいが、カバーフィルム１３は高誘電材料を主成分とすることが好ましい。また、このカバーフィルム１３は、主成分以外の他の樹脂、耐候剤、帯電防止剤等を含有してもよい。
カバーフィルム１３の平均厚さの下限としては、特に限定されないが、３μｍが好ましく、１０μｍがより好ましい。また、カバーフィルム１３の平均厚さの上限としては、特に限定されないが、５００μｍが好ましく、１５０μｍがより好ましい。カバーフィルム１３の平均厚さが上記下限未満である場合、第１導電層２、第３導電層５等の保護が不十分となるおそれがあると共に、カバーフィルム１３に絶縁性が求められる場合には絶縁性が不十分となるおそれがある。一方、カバーフィルム１３の平均厚さが上記上限を超える場合、第１導電層２、第３導電層５等の保護効果の上積みが少なくなるおそれがあると共に、カバーフィルム１３の可撓性が不十分となるおそれがある。
（接着層）
接着層１４を構成する接着剤としては、特に限定されるものではないが、柔軟性や耐熱性に優れたものが好ましい。かかる接着剤としては、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド、ポリエステル、フェノール樹脂、ポリウレタン、アクリル樹脂、メラミン樹脂、ポリアミドイミド等の各種の樹脂系接着剤が挙げられる。
接着層１４を構成する接着剤としては、特に限定されるものではないが、柔軟性や耐熱性に優れたものが好ましい。かかる接着剤としては、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド、ポリエステル、フェノール樹脂、ポリウレタン、アクリル樹脂、メラミン樹脂、ポリアミドイミド等の各種の樹脂系接着剤が挙げられる。
接着層１４の平均厚さの下限としては、５μｍが好ましく、１０μｍがより好ましい。また、接着層１４の平均厚さの上限としては、５０μｍが好ましく、４０μｍがより好ましい。接着層１４の平均厚さが上記下限未満である場合、第１カバーレイ６及び第２カバーレイ７の第１導電層２、第１絶縁層１、第３導電層５、第２絶縁層４等に対する接着強度が不十分となるおそれがある。一方、接着層１４の平均厚さが上記上限を超える場合、当該プリント配線板が無用に厚くなり、可撓性を損なうおそれがある。
＜製造方法＞
当該プリント配線板は、例えば導電層形成工程、第１スルーホール形成工程、ジャンパー部積層工程、第２スルーホール形成工程及びカバーレイ積層工程を備える製造方法によって容易かつ確実に製造できる。
当該プリント配線板は、例えば導電層形成工程、第１スルーホール形成工程、ジャンパー部積層工程、第２スルーホール形成工程及びカバーレイ積層工程を備える製造方法によって容易かつ確実に製造できる。
（導電層形成工程）
導電層形成工程において、第１絶縁層１の両面に導電材料を積層して第１導電層２及び第２導電層３を形成すると共に、第２絶縁層４の裏面に導電材料を積層して第３導電層５を形成する。第１導電層２の第１回路パターン２ａ、第１接続端子９及び第２接続端子１０、第２導電層３の第２回路パターン３ａ及び第１中間端子１１ａ、並びに第３導電層５の接続配線パターン５ａ、第２中間端子１１ｂ及び第３中間端子１１ｃの平面形状は、導電性材料の積層方法等に応じて適当な方法により形成できる。例えば絶縁層に積層した金属膜にマスキングを施してエッチングすることで、各パターンを形成できる。この金属膜の形成方法は、例えば金属箔等を絶縁層に接着剤等により貼着してもよく、絶縁層に金属を蒸着して形成してもよい。また、各導電層を導電性ペーストで形成する場合には、印刷技術によって上記回路パターンや端子を形成できる。
導電層形成工程において、第１絶縁層１の両面に導電材料を積層して第１導電層２及び第２導電層３を形成すると共に、第２絶縁層４の裏面に導電材料を積層して第３導電層５を形成する。第１導電層２の第１回路パターン２ａ、第１接続端子９及び第２接続端子１０、第２導電層３の第２回路パターン３ａ及び第１中間端子１１ａ、並びに第３導電層５の接続配線パターン５ａ、第２中間端子１１ｂ及び第３中間端子１１ｃの平面形状は、導電性材料の積層方法等に応じて適当な方法により形成できる。例えば絶縁層に積層した金属膜にマスキングを施してエッチングすることで、各パターンを形成できる。この金属膜の形成方法は、例えば金属箔等を絶縁層に接着剤等により貼着してもよく、絶縁層に金属を蒸着して形成してもよい。また、各導電層を導電性ペーストで形成する場合には、印刷技術によって上記回路パターンや端子を形成できる。
（第１スルーホール形成工程）
第１スルーホール形成工程において、第１絶縁層１、第１導電層２及び第２導電層３を貫通するループ形成スルーホール８を形成する。ループ形成スルーホール８は、上記第１絶縁層１、第１導電層２及び第２導電層３に貫通孔を穿設し、この貫通孔に銅等の金属メッキをすることで形成できる。また、貫通孔に銀ペースト、銅ペースト等を注入して加熱硬化させることによっても形成できる。上記貫通孔の穿設方法としては、エッチング加工、レーザー加工、パンチング加工等が適用できる。さらに、補強のため、ループ形成スルーホール８内部の空洞に樹脂等を充填してもよい。
第１スルーホール形成工程において、第１絶縁層１、第１導電層２及び第２導電層３を貫通するループ形成スルーホール８を形成する。ループ形成スルーホール８は、上記第１絶縁層１、第１導電層２及び第２導電層３に貫通孔を穿設し、この貫通孔に銅等の金属メッキをすることで形成できる。また、貫通孔に銀ペースト、銅ペースト等を注入して加熱硬化させることによっても形成できる。上記貫通孔の穿設方法としては、エッチング加工、レーザー加工、パンチング加工等が適用できる。さらに、補強のため、ループ形成スルーホール８内部の空洞に樹脂等を充填してもよい。
（ジャンパー部積層工程）
ジャンパー部積層工程において、ループ形成スルーホール８を形成した第１絶縁層１、第１導電層２及び第２導電層３の積層体の第２導電層３の裏面に、第３導電層５を裏面に形成した第２絶縁層４を接着層４ａを介して積層する。このとき、第２中間端子１１ｂと第１中間端子１１ａとが平面視で重複し、第３中間端子１１ｃと第２接続端子１０とが平面視で重複するように積層位置を調節する。
ジャンパー部積層工程において、ループ形成スルーホール８を形成した第１絶縁層１、第１導電層２及び第２導電層３の積層体の第２導電層３の裏面に、第３導電層５を裏面に形成した第２絶縁層４を接着層４ａを介して積層する。このとき、第２中間端子１１ｂと第１中間端子１１ａとが平面視で重複し、第３中間端子１１ｃと第２接続端子１０とが平面視で重複するように積層位置を調節する。
（第２スルーホール形成工程）
第２スルーホール形成工程において、必要に応じて第１絶縁層１、第１導電層２及び第２導電層３、並びに第２絶縁層４及び第３導電層５を貫通する端子接続スルーホール１２を形成する。この端子接続スルーホール１２の形成方法は、上述のループ形成スルーホール８の形成方法と同様とすることができる。
第２スルーホール形成工程において、必要に応じて第１絶縁層１、第１導電層２及び第２導電層３、並びに第２絶縁層４及び第３導電層５を貫通する端子接続スルーホール１２を形成する。この端子接続スルーホール１２の形成方法は、上述のループ形成スルーホール８の形成方法と同様とすることができる。
（カバーレイ積層工程）
カバーレイ積層工程において、第１導電層２の表面に第１カバーレイ６を積層すると共に、第３導電層５の裏面に第２カバーレイ７を積層する。具体的には、第１カバーレイ６及び第２カバーレイ７は、第１絶縁層１及び第１導電層２、並びに第２絶縁層４及び第３導電層５に接着層１４を介してカバーフィルム１３を貼着することで形成できる。
カバーレイ積層工程において、第１導電層２の表面に第１カバーレイ６を積層すると共に、第３導電層５の裏面に第２カバーレイ７を積層する。具体的には、第１カバーレイ６及び第２カバーレイ７は、第１絶縁層１及び第１導電層２、並びに第２絶縁層４及び第３導電層５に接着層１４を介してカバーフィルム１３を貼着することで形成できる。
＜利点＞
当該プリント配線板は、単一の第１絶縁層１に交互に積層される回路パターン２ａ，３ａを有する複数の導電層２，３を備え、この回路パターン２ａ，３ａにより電気の授受を行う１つのコイル（渦巻き状パターン回路）が構成される。これにより、当該プリント配線板は、コイルの面積や厚みの増加を抑止しつつコイルの巻き数増加及びインダクタンス調整ができるため、結合係数を高めつつ小型化が可能である。また、当該プリント配線板は、コイルを構成する複数の回路パターン２ａ，３ａが複数の導電層２，３に跨って形成されており、これらの導電層２，３の回路パターン２ａ，３ａ間を交互にループ形成スルーホール８で接続することで、導電層間の電位差（コイルの軸方向の電位差）が低減される。その結果、当該プリント配線板は、磁界のバラツキを抑えて電気の授受効率を向上させることができる。
当該プリント配線板は、単一の第１絶縁層１に交互に積層される回路パターン２ａ，３ａを有する複数の導電層２，３を備え、この回路パターン２ａ，３ａにより電気の授受を行う１つのコイル（渦巻き状パターン回路）が構成される。これにより、当該プリント配線板は、コイルの面積や厚みの増加を抑止しつつコイルの巻き数増加及びインダクタンス調整ができるため、結合係数を高めつつ小型化が可能である。また、当該プリント配線板は、コイルを構成する複数の回路パターン２ａ，３ａが複数の導電層２，３に跨って形成されており、これらの導電層２，３の回路パターン２ａ，３ａ間を交互にループ形成スルーホール８で接続することで、導電層間の電位差（コイルの軸方向の電位差）が低減される。その結果、当該プリント配線板は、磁界のバラツキを抑えて電気の授受効率を向上させることができる。
また、当該プリント配線板は、単一の第１絶縁層１の両面側に一対の導電層２，３を積層し、これらの導電層２，３に複数の多列回路と架橋回路とを形成することで、渦巻き状パターンＳを少ない部材で効率よく形成することができ、コイルの小型化と効率向上とをさらに促進することができる。
＜アンテナ＞
当該プリント配線板を備えるアンテナは、上述した当該プリント配線板の作用により小型化を促進できると共に効率よく電気の授受を行うことができる。従って、携帯機器等のワイヤレス受電用アンテナや通信用アンテナとして好適に用いることができる。
当該プリント配線板を備えるアンテナは、上述した当該プリント配線板の作用により小型化を促進できると共に効率よく電気の授受を行うことができる。従って、携帯機器等のワイヤレス受電用アンテナや通信用アンテナとして好適に用いることができる。
なお、当該プリント配線板は、上述のアンテナの他に、トランスとしても使用可能である。
＜ワイヤレス給電装置＞
給電器と受電器とを備え、この給電器及び受電器が当該アンテナを有するワイヤレス給電装置は、給電器及び受電器それぞれが高い電気の授受効率を発揮するため、電気の授受効率に著しく優れる。また、当該ワイヤレス給電装置は、給電器及び受電器をそれぞれ小型化することができる。
給電器と受電器とを備え、この給電器及び受電器が当該アンテナを有するワイヤレス給電装置は、給電器及び受電器それぞれが高い電気の授受効率を発揮するため、電気の授受効率に著しく優れる。また、当該ワイヤレス給電装置は、給電器及び受電器をそれぞれ小型化することができる。
［その他の実施形態］
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
上記実施形態では、第１導電層の第１回路パターンと、第２導電層の第２回路パターンとが上記渦巻き状パターンの全長の７０％以上において平面視で重複する構成としたが、図４に示すプリント配線板のように、第１回路パターン２ａ及び第２回路パターン３ａが平面視で重複しなくてもよい。この場合、例えば一方の回路パターンの多列回路の一端に直接ループ形成スルーホール８を接続し、このループ形成スルーホール８の他の回路パターン側に架橋回路を介して他の回路パターンの多列回路を接続することで、第１回路パターン２ａ及び第２回路パターン３ａにより単一の閉ループを構成することができる。
また、上記実施形態の渦巻き状パターンは、複数の円弧状の多列回路から形成され、外径が円形状であるものとしたが、渦巻き状パターンの外形は多角形状であってもよい。この場合、複数の多列回路は、重心位置が等しい複数の相似多角形の一部形状となる。
さらに、上記実施形態では単一の絶縁層の両面側に回路パターンを有する一対の導電層を積層し、これらの導電層の回路パターンで渦巻き状パターンを形成したが、当該プリント配線板は、２層以上の絶縁層に３層以上の導電層を交互に積層し、３以上の回路パターンから渦巻き状パターンを形成してもよい。この場合、ループ形成スルーホールは、各導電層が有する多列回路が閉ループを形成するよう、これらの導電層間の多列回路を順番に接続する。このように２層以上の絶縁層及び３層以上の導電層を用いて渦巻き状パターンを形成することで、磁界のバラツキをより抑えて電気の授受効率向上をさらに促進することができる。なお、複数の回路パターンを接続するスルーホールはブラインドビアホールとしてもよい。
また、当該プリント配線板は、片面側のみに導電層を積層した複数の絶縁層を積層して形成してもよい。
さらに、当該プリント配線板の渦巻き状パターンは、架橋回路を有さず、複数の多列回路が滑らかに連続した平面形状であってもよい。
また、当該プリント配線板において、渦巻き状パターンの最内周の中間端子と、渦巻き状パターン外側の接続端子との電気的接続を行うジャンパー部は、上述のような絶縁層及び導電層を有する構成のものに限定されない。例えば最内周の中間端子と、外側の接続端子とを絶縁層を迂回して接続するリードとハンダとで接続してもよい。なお、渦巻き状パターンの一対の接続端子（上記実施形態では第１接続端子及び第２接続端子）を形成する導電層及びその平面位置は任意に選択することができる。
さらに、当該プリント配線板は、最外側の絶縁層の外面側に磁性体シートを備えてもよい。このように絶縁層の外面側に磁性体シートを配設することで、渦巻き状パターンが生む磁束を遮断して周囲の回路に影響を与えることを防止できる。特に、比透磁率が８０以上の磁性体シートを用いることで、単位面積当たりのインダクタンスを増加させてさらなる小型化を図ることができる。この磁性体シートとしては、例えば合成樹脂中に強磁性体を分散したものが使用でき、ノイズ抑制シート等の名称で市販されているものが利用可能である。
また、当該プリント配線板は、可撓性を有するフレキシブルプリント配線板に限定されず、リジッドのプリント配線板であってもよい。
以上のように、本発明のプリント配線板は、小型でかつ効率よく電気の授受を行うことができるため、携帯機器の給電用アンテナ又は受電用アンテナやトランスとして好適に使用できる。
１ 第１絶縁層
２ 第１導電層
２ａ 第１回路パターン
３ 第２導電層
３ａ 第２回路パターン
４ 第２絶縁層
４ａ 接着層
５ 第３導電層
５ａ 接続配線パターン
６ 第１カバーレイ
７ 第２カバーレイ
８ ループ形成スルーホール
９ 第１接続端子
１０ 第２接続端子
１１ａ 第１中間端子
１１ｂ 第２中間端子
１１ｃ 第３中間端子
１２ 端子接続スルーホール
１３ カバーフィルム
１４ 接着層
１５ 開口
２ 第１導電層
２ａ 第１回路パターン
３ 第２導電層
３ａ 第２回路パターン
４ 第２絶縁層
４ａ 接着層
５ 第３導電層
５ａ 接続配線パターン
６ 第１カバーレイ
７ 第２カバーレイ
８ ループ形成スルーホール
９ 第１接続端子
１０ 第２接続端子
１１ａ 第１中間端子
１１ｂ 第２中間端子
１１ｃ 第３中間端子
１２ 端子接続スルーホール
１３ カバーフィルム
１４ 接着層
１５ 開口
Claims (7)
- 合成樹脂を主成分とする１又は複数の絶縁層と、
回路パターンを有する複数の導電層と
を交互に備えるプリント配線板であって、
単一の上記絶縁層の両面側に一対の導電層が積層され、
上記複数の導電層の複数の回路パターンが、平面視で渦巻き状パターンを形成するよう構成され、
上記渦巻き状パターンが、多列状に配設される複数の多列回路と、一方の導電層の一の多列回路及びこの多列回路に隣接する他方の導電層の多列回路の端部同士を接続する架橋回路とを有し、上記架橋回路が、接続する上記多列回路のうち一方の多列回路から平面視で他方の多列回路に向けて多列回路の円弧の半径方向に延出して設けられ、
これら複数の回路パターンが、単一の閉ループを構成するようかつ上記渦巻き状パターン全体の電流の向きが反時計回り又は時計回りとなるよう複数のスルーホールで接続されているプリント配線板。 - 上記複数の多列回路の長さが渦巻き状パターンの１ターン未満である請求項１に記載のプリント配線板。
- 上記渦巻き状パターンの全長の７０％以上において、一方の導電層の回路パターンの任意の１点と、他方の導電層の回路パターンの上記１点に最も近接する点との電圧の差異が、上記渦巻き状パターン全体の電圧降下量の５０％以下である請求項１又は請求項２に記載のプリント配線板。
- 上記渦巻き状パターンの全長の７０％以上において、上記複数の導電層の複数の回路パターンが平面視で重複している請求項１、請求項２又は請求項３に記載のプリント配線板。
- 上記１又は複数の絶縁層が可撓性を有する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプリント配線板。
- 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のプリント配線板を備えるアンテナ。
- 給電器と受電器とを備え、
この給電器及び受電器が請求項６に記載のアンテナを有するワイヤレス給電装置。
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