JP7109204B2 - ロゴスキーコイル内蔵基板 - Google Patents

Description

この発明は、ロゴスキーコイル内蔵基板に関する。

回路基板、及び、これに実装される各種の電子部品によって構成される電源装置等の各種装置には、装置の回路に流れる交流電流を検出するためのロゴスキーコイルを設けたものがある。
特許文献１には、プリント回路基板の配線層を利用してロゴスキーコイルを構成したロゴスキーコイル内蔵基板が開示されている。特許文献１のロゴスキーコイル内蔵基板では、ロゴスキーコイルを構成する配線層がプリント回路基板の表面や裏面に露出している。

特開平６－１７６９４７号公報

しかしながら、ロゴスキーコイルを構成する配線層が回路基板の表面や裏面に露出している場合、回路基板の表面や裏面の領域を、他の回路用の配線の形成領域や、他の電子部品の実装領域として有効に活用することが難しい。
また、上記従来のロゴスキーコイル内蔵基板では、回路基板の表面や裏面において他の回路用の配線を太く形成することが難しい。すなわち、回路基板の表面や裏面に大きな電流を流すための配線を形成することが難しい。その結果として、ロゴスキーコイル内蔵基板を電源装置の構成要素として有効に活用できない、という問題もある。

本発明は、上述した事情に鑑みたものであって、ロゴスキーコイルを含む回路基板の表面や裏面の領域を他の回路用の配線の形成領域や他の電子部品の実装領域として有効に活用でき、また、電源装置の構成要素として有効に活用できるロゴスキーコイル内蔵基板を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、板厚方向に間隔をあけて配列された複数の配線層、及び、前記板厚方向に隣り合う二つの前記配線層の間に一つずつ配された複数の絶縁層を有する多層配線基板を備え、前記多層配線基板の内部に位置し、前記板厚方向において一つの前記絶縁層を挟み込む二つの前記配線層、及び、一つの前記絶縁層を貫通して二つの前記配線層を電気接続するスルーホールのみによってロゴスキーコイルを構成し、前記多層配線基板が、第一絶縁層の両主面に前記配線層を形成して構成され、前記板厚方向に間隔をあけて配列された複数の両面配線基板と、前記板厚方向において隣り合う二つの前記両面配線基板の間に配される複数の第二絶縁層と、を備え、前記ロゴスキーコイルが、一の前記両面配線基板の二つの前記配線層、及び、一の前記両面配線基板の前記第一絶縁層を貫通して二つの前記配線層を電気接続する前記スルーホールのみによって構成され、前記ロゴスキーコイルを構成する一の前記両面配線基板の前記第一絶縁層の厚みが、他の前記両面配線基板の前記第一絶縁層の厚み及び前記第二絶縁層の厚みよりも大きいロゴスキーコイル内蔵基板である。
また、本発明の一態様は、板厚方向に間隔をあけて配列された複数の配線層、及び、前記板厚方向に隣り合う二つの前記配線層の間に一つずつ配された複数の絶縁層を有する多層配線基板を備え、前記多層配線基板の内部に位置し、前記板厚方向において一つの前記絶縁層を挟み込む二つの前記配線層、及び、一つの前記絶縁層を貫通して二つの前記配線層を電気接続するスルーホールのみによってロゴスキーコイルを構成し、前記ロゴスキーコイルを構成する二つの前記配線層の間に位置する一の前記絶縁層の厚みが、他の前記絶縁層の厚みよりも大きいロゴスキーコイル内蔵基板である。

本発明によれば、ロゴスキーコイルが多層配線基板の表面や裏面に露出しないため、多層配線基板の表面や裏面の領域を、他の回路用の配線の形成領域や、他の電子部品の実装領域として有効に活用することができる。
また、本発明によれば、ロゴスキーコイルが露出しない多層配線基板の表面や裏面において、他の回路用の配線を容易に太く形成できる。このため、多層配線基板の表面や裏面に形成される他の回路用の配線を、電源電流などの大きな電流を流す配線として有効に活用できる。すなわち、ロゴスキーコイル内蔵基板を電源装置の構成要素として有効に活用できる。

本発明の一実施形態に係るロゴスキーコイル内蔵基板の要部を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るロゴスキーコイル内蔵基板において、ロゴスキーコイルの一例を示す概略平面図である。 本発明の一実施形態に係るロゴスキーコイル内蔵基板において、ロゴスキーコイル及びシールド層の一例を示す概略平面図である。 本発明の一実施形態に係るロゴスキーコイル内蔵基板において、ロゴスキーコイル、被検出配線部及び引出配線層の一例を示す概略平面図である。 本発明の他の実施形態に係るロゴスキーコイル内蔵基板を示す概略断面図である。 本発明の他の実施形態に係るロゴスキーコイル内蔵基板において、ロゴスキーコイル及び囲繞配線層の一例を示す概略平面図である。

図１－４を参照して本発明の一実施形態について説明する。
図１，２に示すように、この実施形態に係るロゴスキーコイル内蔵基板１は、複数の配線層３及び複数の絶縁層４を有する多層配線基板２を備える。

複数の配線層３は、それぞれ導電性を有し、多層配線基板２の板厚方向（Ｚ軸方向）に間隔をあけて配列されている。多層配線基板２の板厚方向に配列される配線層３の数は、四つ以上であってよい。本実施形態における配線層３の数は六つである。
複数の絶縁層４は、それぞれ電気絶縁性を有し、多層配線基板２の板厚方向に隣り合う二つの配線層３の間に一つずつ配されている。多層配線基板２の板厚方向に配列される絶縁層４の数は、三つ以上であってよい。本実施形態における絶縁層４の数は五つである。

ロゴスキーコイル内蔵基板１において、ロゴスキーコイル５は、多層配線基板２の内部に位置し、多層配線基板２の板厚方向において少なくとも一つの絶縁層４を挟み込む二つの配線層３Ａ，３Ｂによって構成されている。ロゴスキーコイル５を構成する二つの配線層３Ａ，３Ｂの間には、例えば二つ以上の絶縁層４が挟み込まれてもよいが、図示例では一つの絶縁層４が挟み込まれている。

ロゴスキーコイル５を構成する二つの配線層３Ａ，３Ｂは、それぞれ多層配線基板２を貫通する開口６から離れるように放射状に広がる複数の線状金属箔１１を含む。二つの配線層３Ａ，３Ｂの線状金属箔１１同士が、二つの配線層３Ａ，３Ｂの間に位置する絶縁層４をその厚み方向（Ｚ軸方向）に貫通するスルーホール１２（内面をメッキした貫通孔）によって電気接続されることで、ロゴスキーコイル５の巻線１３が構成されている。ロゴスキーコイル５の巻線１３は、多層配線基板２の開口６を中心とする周方向を軸線とする螺旋状に形成されている。

ロゴスキーコイル５の帰路線１４は、例えば上記した巻線１３の中心を通り、多層配線基板２の開口６を中心とする周方向に延びるように形成されてよい。この場合、ロゴスキーコイル５の帰路線１４は、ロゴスキーコイル５を構成する二つの配線層３Ａ，３Ｂの間に位置する別の配線層３によって構成されてよい。
本実施形態において、ロゴスキーコイル５の帰路線１４は、上記した巻線１３と同様の螺旋状に形成されている。帰路線１４は、巻線１３と干渉しないように、巻線１３に対して多層配線基板２の開口６の径方向にずれて位置する。ロゴスキーコイル５の巻線１３と帰路線１４とは、多層配線基板２の開口６を中心とする周方向において互いに逆向きに巻き進められる。

ロゴスキーコイル５の二つの端子１５は、それぞれ接続線１６を介して巻線１３及び帰路線１４の各端部に接続されている。ロゴスキーコイル５の各端子１５は、多層配線基板２を貫通するスルーホールによって構成され、多層配線基板２の開口６の径方向において、巻線１３や帰路線１４よりも外側に位置する。
ロゴスキーコイル５の二つの端子１５は、多層配線基板２の開口６を中心とする周方向において、例えば互いに離れて位置してよいが、図示例では互いに近くに位置する。
巻線１３や帰路線１４と端子１５とを接続する接続線１６は、図示例のように巻線１３や帰路線１４を構成する配線層３Ａ，３Ｂに含まれてよい。

図２において、ロゴスキーコイル５を構成する二つの配線層３Ａ，３Ｂのうち一方の配線層３Ａにおける線状金属箔１１は、実線で示されている。他方の配線層３Ｂの線状金属箔１１や接続線１６は、破線で示されている。

本実施形態のロゴスキーコイル内蔵基板１では、図１，３に示すように、複数の配線層３のうち、多層配線基板２の板厚方向においてロゴスキーコイル５を構成する二つの配線層３Ａ，３Ｂの少なくとも一方側に絶縁層４を介して隣り合う他の配線層３Ｃが、ノイズを遮蔽するシールド層２１として構成されている。本実施形態では、多層配線基板２の板厚方向においてロゴスキーコイル５を構成する二つの配線層３Ａ，３Ｂの両側に隣り合う二つの他の配線層３Ｃが、それぞれシールド層２１として構成されている。

シールド層２１は、多層配線基板２の板厚方向から見た平面視で、例えばロゴスキーコイル５の巻線１３や帰路線１４の全体を覆うように形成されてよいが、これに限ることは無い。シールド層２１は、例えば図３のように、ロゴスキーコイル５の端子１５と干渉しないように、ロゴスキーコイル５の端子１５に対応するロゴスキーコイル５の巻線１３や帰路線１４の周方向の一部を覆わなくてもよい。また、シールド層２１は、例えば図３のように、ロゴスキーコイル５の巻線１３や帰路線１４の内縁側の端部を覆わなくてもよい。図３に例示するシールド層２１は、周方向の一部を切り欠いた円環状に形成されているが、これに限ることは無い。

シールド層２１は、例えば多層配線基板２の表面２ａや裏面２ｂをなす配線層３（３Ｄ）によって構成されてよい。本実施形態において、シールド層２１は、多層配線基板２の内部に位置する配線層３（３Ｃ）によって構成されている。

ロゴスキーコイル内蔵基板１の開口６には、例えば、ロゴスキーコイル５によって検出される回路の交流電流を流す導電性のワイヤーやピン等が挿通されてよい。図１，４に示すように、本実施形態のロゴスキーコイル内蔵基板１は、開口６の内周に形成され、ロゴスキーコイル５によって検出される回路の交流電流が流れる被検出配線部２４を含む。

被検出配線部２４は、多層配線基板２の表面２ａ及び裏面２ｂをなす配線層３Ｄに含まれる引出配線層２５に接続されている。各引出配線層２５は、多層配線基板２の板厚方向においてロゴスキーコイル５と重なるように形成されている。各引出配線層２５は、図４に例示するように縦横に広がるシート状に形成されてもよいし、例えば開口６から離れる方向に延びる線状又は帯状に形成されてもよい。多層配線基板２の表面２ａ及び裏面２ｂに形成される二つの引出配線層２５，２５は、例えば多層配線基板２の板厚方向において互いに重なるように位置してよいが、本実施形態では互いに重ならないように位置している。図４においては、二つの引出配線層２５，２５が開口６（被検出配線部２４）を挟み込むように位置している。

以下、本実施形態のロゴスキーコイル内蔵基板１について、さらに具体的に説明する。本実施形態において、ロゴスキーコイル内蔵基板１の多層配線基板２は、図１に示すように、複数の両面配線基板３０と、複数の接着層４０と、を備える。

各両面配線基板３０は、絶縁層４（第一絶縁層）である絶縁基板３１の両主面に配線層３を形成して構成されている。複数の両面配線基板３０は、多層配線基板２の板厚方向に間隔をあけて配列される。両面配線基板３０の数は、少なくとも三つ以上であればよい。本実施形態における両面配線基板３０の数は、三つである。以下の説明では、三つの両面配線基板３０を、それぞれ上から順番に第一両面配線基板３０Ａ、第二両面配線基板３０Ｂ、第三両面配線基板３０Ｃと呼ぶことがある。

接着層４０は、絶縁層４（第二絶縁層）であり、多層配線基板２の板厚方向において隣り合う二つの両面配線基板３０の間に配される。接着層４０は、多層配線基板２の板厚方向において隣り合う二つの両面配線基板３０同士を接着する。接着層４０は、多層配線基板２の板厚方向において互いに対向する二つの配線層３同士を電気的に絶縁する。接着層４０の厚みは、全ての両面配線基板３０（特に絶縁基板３１）の厚みよりも小さい。接着層４０の数は、少なくとも二つ以上であればよい。本実施形態における接着層４０の数は二つである。

図１，２に示すように、本実施形態のロゴスキーコイル５は、第二両面配線基板３０Ｂ（一の両面配線基板）の両主面に形成された二つの配線層３Ａ，３Ｂによって構成されている。第二両面配線基板３０Ｂの二つの配線層３Ａ，３Ｂは、それぞれ接着層４０を介して第一両面配線基板３０Ａ、第三両面配線基板３０Ｃによって覆われている。
第二両面配線基板３０Ｂの二つの配線層３Ａ，３Ｂは、それぞれ前述したように複数の線状金属箔１１を含む。また、これら二つの配線層３Ａ，３Ｂの線状金属箔１１同士は、第二両面配線基板３０Ｂの絶縁基板３１を貫通するスルーホール１２によって電気接続されている。これにより、ロゴスキーコイル５の巻線１３や帰路線１４が構成されている。

ロゴスキーコイル５を構成する第二両面配線基板３０Ｂの絶縁基板３１（一の両面配線基板の第一絶縁層）の厚みは、例えば第一、第三両面配線基板３０Ａ，３０Ｃの絶縁基板３１（他の両面配線基板の第一絶縁層）の厚みと同等であってもよいが、本実施形態では第一、第三両面配線基板３０Ａ，３０Ｃの絶縁基板３１の厚みよりも大きい。

本実施形態のシールド層２１は、接着層４０を介して第二両面配線基板３０Ｂに対向する第一、第三両面配線基板３０Ａ，３０Ｃの各絶縁基板３１の主面に形成された配線層３Ｃによって構成されている。

本実施形態の引出配線層２５は、多層配線基板２の表面２ａをなす第一両面配線基板３０Ａの絶縁基板３１の主面に形成された配線層３Ｄ、及び、多層配線基板２の裏面２ｂをなす第三両面配線基板３０Ｃの絶縁基板３１の主面に形成された配線層３Ｄによって構成されている。

以上説明したように、本実施形態のロゴスキーコイル内蔵基板１によれば、多層配線基板２の内部に位置し、少なくとも一つの絶縁層４を挟み込む二つの配線層３Ａ，３Ｂによってロゴスキーコイル５を構成している。このため、多層配線基板２の表面２ａや裏面２ｂの領域を、他の回路用の配線の形成領域や、他の電子部品の実装領域として有効に活用することができる。
また、ロゴスキーコイル５が露出しない多層配線基板２の表面２ａや裏面２ｂにおいて、他の回路用の配線を容易に太く形成できる。このため、多層配線基板２の表面２ａや裏面２ｂに形成される他の回路用の配線を、電源電流などの大きな電流を流す配線として有効に活用できる。すなわち、ロゴスキーコイル内蔵基板１を電源装置の構成要素として有効に活用することができる。
また、大電流を流す配線（大電流配線）が、外部に露出する多層配線基板２の表面２ａや裏面２ｂに形成される場合には、外部に露出しない多層配線基板２の内部に形成される場合と比較して、大電流配線において生じる熱を効率よく外部に放散できる。したがって、放熱性能が良好なロゴスキーコイル内蔵基板１を提供することが可能となる。

また、本実施形態のロゴスキーコイル内蔵基板１によれば、ロゴスキーコイル５を構成する第二両面配線基板３０Ｂの絶縁基板３１の厚みが、第一、第三両面配線基板３０Ａ，３０Ｃの絶縁基板３１の厚みよりも大きい。このため、全ての両面配線基板３０の厚みが等しい場合と比較して、多層配線基板２の厚みを小さく抑えながら、ロゴスキーコイル５の巻線１３や帰路線１４の旋回断面積Ｓ１（図１参照）を拡大して、ロゴスキーコイル５から出力される微分波形の振幅（出力電圧）を大きくすることができる。すなわち、ロゴスキーコイル５から出力される信号のＳ／Ｎ比を高めて、精度の高い電流検出が可能となる。
また、ロゴスキーコイル５を構成する二つの配線層３Ａ，３Ｂ同士の間隔を長くすることで、多層配線基板２の板厚方向から見た平面視におけるロゴスキーコイル５の占有面積を増やすことなく、旋回断面積Ｓ１を拡大できる。このため、検出対象の電流を流すための多層配線基板２の開口６の大きさ（例えば内径）や、電源装置等を構成する他の回路の配線の形成領域を十分に確保できる。

また、本実施形態のロゴスキーコイル内蔵基板１によれば、多層配線基板２の板厚方向においてロゴスキーコイル５を構成する二つの配線層３Ａ，３Ｂの少なくとも一方側に隣り合う他の配線層３Ｃが、シールド層２１として構成されている。これにより、多層配線基板２の表面２ａや裏面２ｂに実装される他の電子部品（例えばスイッチング部品）等において生じるノイズが、シールド層２１において遮蔽されるため、ロゴスキーコイル５に影響することを抑制できる。

以上、本発明の詳細について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。

本発明のロゴスキーコイル内蔵基板の多層配線基板は、例えば、多層配線基板の板厚方向に間隔をあけて配列された複数の配線層と、多層配線基板の板厚方向に隣り合う二つの配線層の間に一つずつ配された複数の絶縁層と、によって構成されてよい。
このような構成において、ロゴスキーコイルを構成する二つの配線層の間に位置する一の絶縁層の厚みは、例えば他の絶縁層の厚みよりも大きくてもよい。他の絶縁層の厚みは、互いに異なっていてもよいし、互いに等しくてもよい。この場合、上記実施形態と同様の効果を奏する。すなわち、全ての絶縁層の厚みが等しい場合と比較して、多層配線基板の厚みを小さく抑えながらロゴスキーコイルの旋回断面積を拡大して、精度の高い電流検出が可能となる。また、平面視におけるロゴスキーコイルの占有面積を増やすことなく、旋回断面積を拡大できる。

本発明のロゴスキーコイル内蔵基板においては、例えば図５に示すように、複数のロゴスキーコイル５が、多層配線基板２の板厚方向に間隔をあけて配列されると共に、電気的に直接に接続されてもよい。多層配線基板２の板厚方向に隣り合う二つのロゴスキーコイル５，５の間には、少なくとも一つの絶縁層が介在していればよい。直列接続されるロゴスキーコイルの数は、図示例のように二つに限らず、三つ以上であってよい。
このような構成では、直列接続された複数のロゴスキーコイル５によって電流を検出することができるため、一つのロゴスキーコイル５によって電流を検出する場合と比較して、検出する電流が大きくなっても、ノイズを低減することができる。

本発明のロゴスキーコイル内蔵基板では、例えば図６に示すように、多層配線基板２の表面２ａ及び裏面２ｂをなす配線層３Ｄが、多層配線基板２の板厚方向から見た平面視で、ロゴスキーコイル５を囲むように形成された囲繞配線層２３を含んでよい。囲繞配線層２３は、平面視でロゴスキーコイル５と重ならないように形成されていればよい。囲繞配線層２３は、ロゴスキーコイル５やシールド層２１（図１，３参照）、他の回路用の配線と電気的に絶縁されてよい。

囲繞配線層２３は、平面視で、例えばシールド層２１の一部と重なるように形成されてもよいし、シールド層２１と重ならないように形成されてもよい。平面視した囲繞配線層２３の大きさ（面積）は、任意であってよいが、大きいことが好ましい。
多層配線基板２の表面２ａ及び裏面２ｂをなす配線層３Ｄは、例えば囲繞配線層２３の他に、囲繞配線層２３よりも外側に形成される他の回路用の配線などを含んでよい。

囲繞配線層２３を含む構成では、多層配線基板２を製造する際に、囲繞配線層２３によって多層配線基板２に反りが生じることを抑制できる。例えば、多層配線基板２が上記実施形態のように三つの両面配線基板３０と二つの接着層４０とを備える場合（図１参照）、接着層４０によって両面配線基板３０同士を接着するために多層配線基板２を加熱する際に、両面配線基板３０（特に第二両面配線基板３０Ｂ）に反りが生じることを抑制できる。

１ ロゴスキーコイル内蔵基板
２ 多層配線基板
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ 配線層
４ 絶縁層
５ ロゴスキーコイル
６ 開口
１１ 線状金属箔
１２ スルーホール
１３ 巻線
１４ 帰路線
１５ 端子
１６ 接続線
３０ 両面配線基板
３０Ａ 第一両面配線基板（他の両面配線基板）
３０Ｂ 第二両面配線基板（一の両面配線基板）
３０Ｃ 第三両面配線基板（他の両面配線基板）
３１ 絶縁基板（第一絶縁層）
４０ 接着層（第二絶縁層）

Claims (5)

1. 板厚方向に間隔をあけて配列された複数の配線層、及び、前記板厚方向に隣り合う二つの前記配線層の間に一つずつ配された複数の絶縁層を有する多層配線基板を備え、
   前記多層配線基板の内部に位置し、前記板厚方向において一つの前記絶縁層を挟み込む二つの前記配線層、及び、一つの前記絶縁層を貫通して二つの前記配線層を電気接続するスルーホールのみによってロゴスキーコイルを構成し、
   前記多層配線基板が、第一絶縁層の両主面に前記配線層を形成して構成され、前記板厚方向に間隔をあけて配列された複数の両面配線基板と、前記板厚方向において隣り合う二つの前記両面配線基板の間に配される複数の第二絶縁層と、を備え、
   前記ロゴスキーコイルが、一の前記両面配線基板の二つの前記配線層、及び、一の前記両面配線基板の前記第一絶縁層を貫通して二つの前記配線層を電気接続する前記スルーホールのみによって構成され、
   前記ロゴスキーコイルを構成する一の前記両面配線基板の前記第一絶縁層の厚みが、他の前記両面配線基板の前記第一絶縁層の厚み及び前記第二絶縁層の厚みよりも大きいロゴスキーコイル内蔵基板。
2. 板厚方向に間隔をあけて配列された複数の配線層、及び、前記板厚方向に隣り合う二つの前記配線層の間に一つずつ配された複数の絶縁層を有する多層配線基板を備え、
   前記多層配線基板の内部に位置し、前記板厚方向において一つの前記絶縁層を挟み込む二つの前記配線層、及び、一つの前記絶縁層を貫通して二つの前記配線層を電気接続するスルーホールのみによってロゴスキーコイルを構成し、
   前記ロゴスキーコイルを構成する二つの前記配線層の間に位置する一の前記絶縁層の厚みが、他の前記絶縁層の厚みよりも大きいロゴスキーコイル内蔵基板。
3. 前記板厚方向において、前記ロゴスキーコイルを構成する二つの前記配線層の少なくとも一方側に隣り合う他の前記配線層が、ノイズを遮蔽するシールド層として構成されている請求項１又は請求項２に記載のロゴスキーコイル内蔵基板。
4. 複数の前記ロゴスキーコイルが、前記板厚方向に間隔をあけて配列されると共に、電気的に直列に接続されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のロゴスキーコイル内蔵基板。
5. 前記多層配線基板の表面及び裏面をなす前記配線層が、前記板厚方向から見て前記ロゴスキーコイルを構成する前記配線層を囲むように形成された囲繞配線層を含み、
   前記囲繞配線層は、前記多層配線基板の表面及び裏面をなす前記配線層のみに形成されている請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のロゴスキーコイル内蔵基板。

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