JP7353388B2 - 多層プリント基板、及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、多層プリント基板、及びこれを内蔵する電子機器に関する。

一般に、電子機器は、表面に各種の電子部品が搭載されたプリント基板を内蔵している。このようなプリント基板の中には、表面だけでなく内部にも導電材料によって形成された導電層を有する多層プリント基板がある。

上述した技術において、多層プリント基板の内部の導電層に、比較的広い範囲で導電材料が配置されていない領域（以下、空白領域という）を設けたい場合がある。例えば電子機器内のアンテナの配置などによっては、多層プリント基板に形成された導電層が、アンテナが送受信する無線信号の伝搬を妨げるおそれがある。このような場合、多層プリント基板の導電層から導電材料を取り除いた空白領域を形成する必要がある。

内部の導電層にこのような空白領域が形成された多層プリント基板を作成する場合、例えばコア材の表面に銅箔を貼り付けるなどして形成された導電層から、エッチングなどの工程によって導電材料を一部取り除いて空白領域を形成する。そして、空白領域が形成された導電層の上から、プリプレグなどの樹脂を含んだ層状の絶縁材料を加圧・加熱するなどの工程によって、絶縁層を形成することになる。

ここで、空白領域が広い範囲に及ぶ場合、絶縁層を形成する際に空白領域の周囲の領域から空白領域に向けて絶縁材料の流れが生じて、絶縁層の表面に皺が寄るなど、絶縁層の表面を平坦に形成できなくなる場合がある。特に厚さが薄い絶縁層を形成しようとする場合、絶縁材料の量が少なく空白領域の影響が相対的に大きくなるため、このような問題が生じやすい。

本発明は上記実情を考慮してなされたものであって、その目的の一つは、基板内部の導電層に絶縁材料が充填された空白領域が形成されている多層プリント基板、及び当該多層プリント基板を内蔵する電子機器を提供することにある。

本発明の一態様に係る多層プリント基板は、導電材料によって形成される複数の導電層を備える多層プリント基板であって、前記複数の導電層のうち、前記多層プリント基板の内部に形成される少なくとも一つの中間導電層内の少なくとも一部に、導電材料が取り除かれた状態にある空白領域が形成されており、前記空白領域内に、前記中間導電層を構成する導電材料によって複数の島状領域が形成されており、前記複数の島状領域は、それぞれ前記中間導電層を構成する他の領域と電気的に接続されておらず、互いに分散して配置されていることを特徴とする。また、本発明の一態様に係る電子機器は、前記多層プリント基板を備えることを特徴とする。

本発明の実施の形態に係る電子機器の内部の様子を示す図である。 本発明の実施の形態に係る多層プリント基板の模式的な断面図である。 本発明の実施の形態に係る多層プリント基板の内部の導電層の一例を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係る多層プリント基板の内部の導電層の別の例を示す平面図である。 多層プリント基板パネルの一例を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係る多層プリント基板の内部の導電層のさらに別の例を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係る多層プリント基板の内部の導電層のさらに別の例を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る電子機器１の内部の様子を模式的に示す平面図である。電子機器１は例えば家庭用ゲーム機等であって、図１に示されるように、多層プリント基板１０と、メイン基板２０と、アンテナ３０と、を含んで構成されている。

多層プリント基板１０は、その表面が電子機器１の前面に向けられるように鉛直面に沿って配置されており、表面には操作ボタン１１が配置されている。操作ボタン１１は電子機器１前面に露出しており、前面側から電子機器１のユーザーが操作可能になっている。多層プリント基板１０の構造の詳細については、後述する。

メイン基板２０は電子機器１内部に水平面に沿って配置されており、その表面には電子機器１の動作に必要な各種の回路素子が配置されている。また、アンテナ３０はメイン基板２０に接続されている。

アンテナ３０は、所定の周波数帯域の無線信号（電磁波）を送受信する導電部材であって、電子機器１が他の通信機器との間で無線通信を行うために使用される。アンテナ３０は板金アンテナなどであってよい。本実施形態においてアンテナ３０は、平面視においてメイン基板２０と多層プリント基板１０の間に配置されており、電子機器１前面から見て多層プリント基板１０の裏側に隠れている。そのため、アンテナ３０から電子機器１前面の方向に放射される電磁波の少なくとも一部は、図中破線の矢印で示されるように、多層プリント基板１０を通過することになる。

以下、多層プリント基板１０の構造について、図２及び図３を用いて説明する。図２は多層プリント基板１０の概略の断面形状を示しており、図３は多層プリント基板１０内部の導電層の平面形状の一例を示している。

本実施形態において多層プリント基板１０は、表面の導電層Ｌ１、裏面の導電層Ｌ４、並びに内部に隠れた導電層Ｌ２及びＬ３（中間導電層）の合計４層の導電層を備えている。導電層Ｌ２及び導電層Ｌ３はコア材Ｃの両面に配置されており、導電層Ｌ１と導電層Ｌ２の間には絶縁層Ｐ１が、導電層Ｌ３と導電層Ｌ４の間には絶縁層Ｐ２が、それぞれ形成されている。各導電層は、銅箔などの導電材料によって形成されており、各絶縁層は、プリプレグなどの絶縁材料によって形成されている。

前述したようにアンテナ３０が電子機器１前方の他の通信機器との間で無線通信を行うためには、無線信号が多層プリント基板１０を通過する必要がある。そのため多層プリント基板１０は、アンテナ３０が送受信する電磁波を遮断しない構造を有している。具体的に本実施形態において、導電層Ｌ２及びＬ３の少なくとも一部の領域は、導電材料が取り除かれた状態にある空白領域Ｓとなっている。

空白領域Ｓは、電子機器１前面側から見てアンテナ３０と重なる領域であってよい。ただし、空白領域Ｓ内の導電材料は全て除去されているわけではなく、空白領域Ｓ内の複数の箇所に点在するように島状に導電材料が残されている領域がある。以下では、この空白領域Ｓ内において導電材料によって構成される個々の領域を、島状領域Ａという。

それぞれの島状領域Ａは、平面視において周囲を全て絶縁材料によって囲まれており、他の島状領域Ａなど、導電層Ｌ２内で導電材料によって形成されたその他の領域とは繋がっておらず、電気的に分離している。そのため、全ての島状領域Ａは、回路のグラウンドに接続されておらず、他から独立した電位を持つフローティングの状態にあることになる。

複数の島状領域Ａは、互いに略一定の距離離れて分散するように配置されている。具体的に図３の例では、複数の島状領域Ａは格子状に略等間隔で並んで配置されている。すなわち、複数の島状領域Ａは、所定の第１の方向、及びこれと交差する第２の方向の双方に沿って直線上に並ぶように配列されている。なお、この第１の方向、及び第２の方向は、互いに直交する方向であってよく、多層プリント基板１０の外周に沿った方向（すなわち、多層プリント基板１０の長辺方向、及び短辺方向）であってよい。また、空白領域Ｓが多層プリント基板１０の一部の領域であって、かつ空白領域Ｓが略矩形形状を有する場合、第１の方向、及び第２の方向は、空白領域Ｓの外周に沿った方向（すなわち、空白領域Ｓの長辺方向、及び短辺方向）であってもよい。

なお、ここでは島状領域Ａは格子状に配置されることとしたが、各島状領域Ａの配置はこのようなものに限られない。例えば空白領域Ｓ内にスルーホールやノンスルーホールなどが存在し、等間隔に配置すると島状領域Ａがこのようなスルーホール等と重なってしまう場合には、重ならないようにずれた位置に島状領域Ａを配置してもよい。図３の例では、スルーホールＴを避けてその周囲に島状領域Ａが配置されている。また、島状領域Ａは格子状に限らず各種の態様で並んで配置されてもよいし、ランダムに配置されてもよい。

多層プリント基板１０の製造時には、コア材Ｃの表面全体に導電材料によって導電層Ｌ２が形成される。そして、この導電材料によって形成された導電層Ｌ２から、エッチングなどによって複数の島状領域Ａを残して空白領域Ｓ内の導電材料を取り除く。その後、プリプレグなどの絶縁材料を導電層Ｌ２の上方に配置し、加圧・加熱するなどして、導電層Ｌ２を覆う絶縁層Ｐ１を形成する。その際に、導電材料が取り除かれた空白領域Ｓ内に液状化した絶縁材料が流れ込み、充填される。ここで、空白領域Ｓ内に島状領域Ａが配置されていることにより、絶縁材料の流れが分散され、絶縁材料の流れが速くなりすぎないようにすることができる。これにより、絶縁層Ｐ１に皺が発生することを防ぎ、均一な面を持つ絶縁層Ｐ１を形成することができる。

絶縁層Ｐ１に皺が生じないようにするためには、隣接する島状領域Ａ間の距離が大きくなりすぎないように島状領域Ａをできる限り均等に配置し、どの島状領域Ａからも離れている箇所が空白領域Ｓ内にできないようにすることが好ましい。具体的に、例えば各島状領域Ａから最も近い位置にある他の島状領域Ａ（隣接する島状領域Ａ）までの距離の平均値をｒｍとした場合に、最も近い島状領域Ａまでの距離がｒｍを超える点が空白領域Ｓ内に存在しないように、満遍なく島状領域Ａを配置することとする。すなわち、半径ｒｍの円形の領域内に一つも島状領域Ａが含まれないような領域が空白領域Ｓ内に存在しないようにする。このように、複数の島状領域Ａをある程度の間隔を空けつつ満遍なく空白領域Ｓ内に配置することにより、空白領域Ｓ内に絶縁材料を充填して導電層Ｌ２を覆う絶縁層Ｐ１を形成する際に、絶縁材料の流れを分散させ、絶縁層Ｐ１に皺ができにくくすることができる。

各島状領域Ａは導電材料によって形成されているので、アンテナ３０が送受信する無線信号は島状領域Ａが占める領域を通過することができない。そのため、島状領域Ａが占める領域は、空白領域Ｓ全体に対して十分小さいことが好ましい。

さらに、アンテナ３０が送受信する無線信号の伝搬を妨げないように、各島状領域Ａの大きさは、アンテナ３０が送受信する無線信号の周波数に対して共振しないような大きさとすることが好ましい。具体的に、アンテナ３０が無線通信の対象とする電磁波の波長をλとすると、その電磁波の波長に対応する多層プリント基板１０内の電気長Ｌは以下の計算式で計算される。
Ｌ＝λ／√ε
ここでεは絶縁層Ｐ１の比誘電率である。

各島状領域Ａの大きさ（最も長い向きにおける一端から他端までの長さ）は、この電磁波の波長に対応する電気長Ｌに対して、十分小さいことが好ましい。具体的に各島状領域Ａの大きさは、Ｌ／４未満であることが好ましく、Ｌ／１０以下であることがより好ましい。このように島状領域Ａの大きさを電気長Ｌに対して相対的に小さくすることで、アンテナ３０が送受信する無線信号に対して島状領域Ａを構成する導体が共振しないようにし、アンテナ３０による無線通信を島状領域Ａが妨害しないようにすることができる。

なお、図３の例では各島状領域Ａは円形の形状を有しているが、前述した大きさの条件を満たしさえすれば、島状領域Ａの平面視における形状はこれに限らず各種の形状であってよい。また、複数の島状領域Ａは互いに異なる形状を有していてもよい。

以上の説明では、空白領域Ｓ内に略均等に分散させて島状領域Ａを配置することとした。しかしながら、特定の領域については、他の領域と比較して島状領域Ａをより密に配置してもよい。具体的に、例えば導電層Ｌ１や導電層Ｌ４に信号配線が配置されている領域や、多層プリント基板１０表面に金属製の回路部品が実装されている領域などは、そもそも無線信号が通過できないため、これらの領域と重なる位置では、内部の導電層Ｌ２及びＬ３に導電材料が残っていても無線信号に対する影響は小さい。そこで、このような領域については、他の領域よりも密に島状領域Ａを配置してもよい。以下では、このように空白領域Ｓ内においてその他の領域よりも密に島状領域Ａを配置する領域を、集中領域Ｘという。ここで島状領域Ａが密に配置されているとは、同じ単位面積に対して占める島状領域Ａの面積の割合が大きいことをいう。例えば集中領域Ｘでは、その他の領域と比較して島状領域Ａの面積が占める割合が２倍以上となるように島状領域Ａを配置することとする。

なお、前述したように島状領域Ａは電気的に独立したフローティング状態になるので、そのサイズが大きいと無線信号と共振するおそれがある。そのため、集中領域Ｘ内であっても、配置される島状領域Ａの大きさは電気長Ｌに対して十分小さくすることが好ましい。

図４は、このように島状領域Ａが密に配置された集中領域Ｘを有する導電層Ｌ２の例を示している。この図において、複数の島状領域Ａが密集して配置されている集中領域Ｘは破線で示されている。この図における集中領域Ｘは、導電層Ｌ１内に形成された信号配線、及びこの信号配線に接続される回路部品（操作ボタン１１等）と平面視において重なる領域である。集中領域Ｘ内では、その他の領域と比較して、隣接する島状領域Ａ間の距離が小さくなっている。このように島状領域Ａを密に配置することで、絶縁層Ｐ１を形成する際にさらに絶縁材料に皺が寄りにくくなる。なお、前述した隣接する島状領域Ａ間の距離の平均値ｒｍは、このような集中領域Ｘ内に配置される島状領域Ａについては除外し、その他の領域に配置された島状領域Ａについて算出することが好ましい。

なお、ここまでは導電層Ｌ２内の島状領域Ａの配置について説明したが、導電層Ｌ３についても、同様の考え方で空白領域Ｓ内に島状領域Ａを配置することとしてよい。さらに、導電層Ｌ３内に島状領域Ａを配置する場合、平面視において導電層Ｌ２内の島状領域Ａと重なる位置に配置することが好ましい。これにより、平面視においてアンテナ３０からの無線信号を妨げる領域が増えないようにしつつ、導電層Ｌ３内にも島状領域Ａを配置することができる。

空白領域Ｓは、多層プリント基板１０の一部の領域であってもよいが、電子機器１内に実装される多層プリント基板１０の全面にわたる領域であってもよい。プリント基板を製造する場合に、面付けなどと呼ばれる製法によって複数の多層プリント基板を一度に製造することがある。この製法では、まず大きなサイズのコア材Ｃに対して導電層や絶縁層を積層して多層プリント基板パネル５０を製造し、その一部を切り出すことによって実際に電子機器に搭載される複数のプリント基板が製造される。このような製法で電子機器１に実装する多層プリント基板１０を製造する場合、同時に製造する他の種類のプリント基板の仕様により、多層プリント基板１０には内部の導電層Ｌ２や導電層Ｌ３が必要ない場合であっても、これらの層が形成されることになる。このような場合には、多層プリント基板１０の全面にわたる領域を空白領域Ｓとして、導電層Ｌ２や導電層Ｌ３の空白領域Ｓ内から導電材料を取り除くこととする。このような場合にも、多層プリント基板パネル５０の製造過程において絶縁層Ｐ１を形成する際に絶縁材料の流れを抑制するため、空白領域Ｓ内に複数の島状領域Ａを設けることが好ましい。

図５は、この面付けの製法で多層プリント基板１０を製造する過程で作成される多層プリント基板パネル５０の一例を示している。この図の例では、多層プリント基板パネル５０内に多層プリント基板１０を含む４枚のプリント基板が形成されている。ここでは、各多層プリント基板の外周に沿って、一部の接続点を除いて多層プリント基板パネル５０を貫通するスリット５１がルーターなどによって設けられている。その後、このスリット５１に沿って多層プリント基板パネル５０から各多層プリント基板が切り離される。

この例において、多層プリント基板１０の全面を空白領域Ｓとする場合、この空白領域Ｓの内周に沿って島状領域Ａを配置してもよい。図６はこの場合の例を示しており、多層プリント基板１０の内周（すなわち、空白領域Ｓの内周）に沿って細長い形状の島状領域Ａが並んで配置されている。このような島状領域Ａを配置することによって、多層プリント基板パネル５０に絶縁層Ｐ１を形成する際に、空白領域Ｓの外側から内側に向かう絶縁材料の流れを制限することができる。なお、この図では省略されているが、この場合においても、空白領域Ｓの外周に沿って配置される島状領域Ａに加えて、空白領域Ｓ内部に図３などと同様の点在する島状領域Ａを配置してもよい。

また、多層プリント基板パネル５０を製造する際に、スリット５１が形成される領域内に島状領域Ａを配置してもよい。スリット５１は多層プリント基板１０の外側に位置し、最終的に電子機器１内では使用されないので、スリット５１に対応する領域内では、島状領域Ａの大きさを電気長Ｌに応じたサイズに制限する必要はない。そのため、多層プリント基板１０の外周に沿ってその全体を囲む一つの島状領域Ａを形成してもよい。図７はこのような島状領域Ａの具体例を示しており、多層プリント基板１０，及び最終的に切り離される周囲のスリット５１を含む領域に形成される島状領域Ａの一例を示している。

以上説明したように、本実施形態に係る電子機器１によれば、島状領域Ａを空白領域Ｓ内に配置することによって、絶縁層Ｐ１及びＰ２に皺を生じさせることなく、多層プリント基板１０内部の導電層Ｌ２及びＬ３に導電材料を取り除いた空白領域Ｓを確保することができる。

なお、本発明の実施の形態は以上説明したものに限られない。例えば、以上の説明における島状領域Ａの形状や配置はいずれも一例に過ぎず、多層プリント基板１０の全体形状や信号配線、回路部品、スルーホールなどの配置に応じて、島状領域Ａは様々な形状や配置で形成されてよい。

また、以上の説明では多層プリント基板１０は４層のプリント基板であることとしたが、これに限らず内部に導電層を有するプリント基板であれば、各種の多層プリント基板に対して本発明を適用することができる。

また、以上の説明ではアンテナ３０による無線信号の送受信を可能にするために多層プリント基板１０に空白領域Ｓを設けることとしたが、これに限らず各種の理由で多層プリント基板１０内部の導電層に空白領域Ｓを設ける場合に、本発明を適用してもよい。

１ 電子機器、１０ 多層プリント基板、１１ 操作ボタン、２０ メイン基板、３０ アンテナ、５０ 多層プリント基板パネル、５１ スリット、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４ 導電層、Ｐ１，Ｐ２ 絶縁層、Ｃ コア材。

Claims (7)

1. 導電材料によって形成される複数の導電層を備える多層プリント基板であって、
   前記複数の導電層のうち、前記多層プリント基板の内部に形成される少なくとも一つの中間導電層内の少なくとも一部に、導電材料が取り除かれた状態にある空白領域が形成されており、
   前記空白領域内に、前記中間導電層を構成する導電材料によって複数の島状領域が形成されており、
   前記複数の島状領域は、それぞれ前記中間導電層を構成する他の領域と電気的に接続されておらず、互いに分散して配置されており、
   前記空白領域のうち、一部の集中領域には、それ以外の領域と比較して、前記複数の島状領域が占める面積の割合が２倍以上となるように、前記複数の島状領域が形成されており、
   前記集中領域は、他の導電層に信号配線が配置されている領域と平面視において重なる領域を含む
   ことを特徴とする多層プリント基板。
2. 請求項１に記載の多層プリント基板において、
   前記集中領域は、前記多層プリント基板の表面に配置されている回路部品と平面視において重なる領域を含む
   ことを特徴とする多層プリント基板。
3. 請求項１又は２に記載の多層プリント基板において、
   前記複数の島状領域は、前記空白領域の内周に沿って配列されている複数の島状領域を含む
   ことを特徴とする多層プリント基板。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の多層プリント基板において、
   前記複数の島状領域は、前記空白領域内に格子状に配列されている複数の島状領域を含む
   ことを特徴とする多層プリント基板。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の多層プリント基板を備える電子機器。
6. 請求項５に記載の電子機器であって、
   無線通信を行うためのアンテナをさらに含み、
   前記複数の島状領域のそれぞれは、前記無線通信の波長に対応する前記多層プリント基板内の電気長に対して、１／４未満の大きさである
   ことを特徴とする電子機器。
7. 請求項６に記載の電子機器であって、
   前記複数の島状領域のそれぞれは、前記電気長に対して、１／１０以下の大きさである
   ことを特徴とする電子機器。

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