JPWO2019194059A1

JPWO2019194059A1 - フレキシブルプリント配線板

Info

Publication number: JPWO2019194059A1
Application number: JP2020511723A
Authority: JP
Inventors: 上田　宏; 上田　　宏
Original assignee: Sumitomo Electric Printed Circuits Inc
Current assignee: Sumitomo Electric Printed Circuits Inc
Priority date: 2018-04-04
Filing date: 2019-03-28
Publication date: 2021-04-08
Also published as: WO2019194059A1

Abstract

本開示の一実施形態に係るフレキシブルプリント配線板は、絶縁性を有する基材層と、この基材層の少なくとも一方の面側に積層される導電パターンとを備え、上記導電パターンが螺線状のコイル領域を有しており、上記コイル領域における導電パターンの断面積が螺線中心に向かって漸進的又は段階的に大きくなる。

Description

本開示は、フレキシブルプリント配線板に関する。本出願は、２０１８年４月４日出願の日本出願第２０１８−０７２７５２号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。

携帯情報端末等の電子機器の小型化及び薄型化に伴い、これらに使用される電子部品の小型化及び薄型化が要求されている。この要求に応えるため、可撓性があり狭い空間にも多数の電子部品を配設できるフレキシブルプリント配線板が広く用いられている。

さらに、フレキシブルプリント配線板に配設される電子部品の中でも、大きな面積を占めることが多いコイルについては、特性値の維持ないし向上を図りつつ、より一層の小型化及び薄型化が求められている。この点に関し、コイルの配線部の断面積を増やすことにより電流値を向上させ、コイルの占有面積を増やすことなくコイルの特性値の向上を図ろうとする技術が提案されている（例えば、特開２００２−２４６５５０号公報参照）。

特開２００２−２４６５５０号公報

本開示の一態様に係るフレキシブルプリント配線板は、絶縁性を有する基材層と、この基材層の少なくとも一方の面側に積層される導電パターンとを備え、上記導電パターンが螺線状のコイル領域を有しており、上記コイル領域における導電パターンの断面積が螺線中心に向かって漸進的又は段階的に大きくなる。

図１は、本開示の一実施形態のフレキシブルプリント配線板の模式的平面図である。

［本開示が解決しようとする課題］
電子機器の高機能化・多部品化が進行し、コイルの小型化及び薄型化の要求水準はさらに高まっている。上記特許文献に記載のスパイラルインダクタを設けた半導体装置は、この要求水準を十分に満たしているとはいえない。

本開示は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、その目的はコイルの特性値を低下させずにコイルの小型化及び薄型化を図ることができるフレキシブルプリント配線板を提供することにある。
［本開示の効果］

本開示のフレキシブルプリント配線板は、コイルの特性値を低下させずにコイルの小型化及び薄型化を図ることができる。

［本開示の実施形態の説明］
本開示の一態様に係るフレキシブルプリント配線板は、絶縁性を有する基材層と、この基材層の少なくとも一方の面側に積層される導電パターンとを備え、上記導電パターンが螺線状のコイル領域を有しており、上記コイル領域における導電パターンの断面積が螺線中心に向かって漸進的又は段階的に大きくなる。

当該フレキシブルプリント配線板は、コイル領域の外側部分に比べ、螺線状の導電パターンの占有面積が小さくインダクタンス向上への寄与度が低いコイル領域の内側部分の導電パターンの断面積を増やすことにより、コイル領域の抵抗値を下げ、電流値を上昇させる。一方、コイル領域の外側部分の導電パターンの断面積を必要十分な程度減らす。これにより、螺線状の導電パターンの占有面積が大きくインダクタンス向上への寄与度が高いコイル領域の外側部分において、コイル領域の面積を拡大せずに、コイル領域の螺線の接線方向と垂直な方向における単位幅当たりの導電パターンの巻き数（以下「規定巻き数」ともいう）を増やすことができる。このように、当該フレキシブルプリント配線板は、コイル領域全体にわたり導電パターンの断面積及び規定巻き数にグラデーションをつけ、コイル領域のＱ値、インダクタンス等の特性値を向上させることにより、上記特性値を低下させずにコイルの小型化及び薄型化を図るとの技術的思想に基づく。なお、導電パターンの断面積を減らしたコイル領域の外側部分の抵抗値が上昇するが、上述のように内側部分の抵抗値が低下している。さらに、インダクタンスは導電パターンの巻き数の２乗とコイル領域の面積との積に比例するため、コイル領域の外側部分において規定巻き数を増やせばインダクタンスは大幅に向上し、インダクタンスの平方根に比例するＱ値も向上すると推察される。

当該フレキシブルプリント配線板では、上記導電パターンの断面積の変化が線幅の変化により達成されていることが好ましい。ここで、「導電パターンの断面積の変化が線幅の変化により達成されている」とは、導電パターンの断面積が実質的に線幅の変化によってのみ変化することを意味する。そのような場合として、例えば、平面的な導電パターンの全体にわたりこの導電パターンの平均厚さが一定である場合が挙げられる。上記導電パターンの断面積の変化が線幅の変化により達成されていれば、上記コイル領域の抵抗値を線幅により調節できるため、容易に所望の特性値を得ることができ、また当該フレキシブルプリント配線板をさらに容易に製造することができる。

当該フレキシブルプリント配線板は、上記導電パターンの断面積の変化率が０．０５％／ｍｍ以上１．００％／ｍｍ以下であることが好ましい。上記変化率が上記範囲にあることにより、上記コイル領域の面積を拡大せずにＱ値、インダクタンス等をさらに向上することができる。なお、上記変化率は、螺線中心に向かって上記コイル領域を導電パターンに沿って１ｍｍ進む際の導電パターンの断面積の変化率（％）を示す。

［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示に係るフレキシブルプリント配線板の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

＜フレキシブルプリント配線板＞
図１に示す本開示の一実施形態のフレキシブルプリント配線板１は、絶縁性を有する基材層２と、この基材層２の少なくとも一方の面側に積層される導電パターン３とを備え、上記導電パターン３が螺線状のコイル領域を有しており、上記コイル領域における導電パターン３の断面積が螺線中心に向かって漸進的又は段階的に大きくなる。

（基材層）
基材層２は、絶縁性を有し導電パターン３を支持する。基材層２としては特に限定されず、例えば絶縁性及び可撓性を有する合成樹脂フィルム等が挙げられる。

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、液晶ポリマー、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリフェニレンエーテル、フッ素樹脂等を、１種単独で又は２種以上組み合わせて用いることができる。これらの中で、耐熱性に優れるポリイミドが好ましい。なお、「主成分」とは、全成分中で最も含有量の多い成分を指し、例えば含有量が５０質量％以上の成分を意味する。

基材層２は、本開示の所望の効果を害しない範囲で可塑剤、硬化促進剤、帯電防止剤、難燃剤等の添加剤、顔料、染料、填料などを含んでもよい。

基材層２の平均厚さは特に限定されないが、基材層２の平均厚さの下限としては、５μｍが好ましく、１２μｍがより好ましい。一方、基材層２の平均厚さの上限としては、２ｍｍが好ましく、１．６ｍｍがより好ましい。基材層２の平均厚さが上記下限に満たない場合、フレキシブルプリント配線板１の強度や絶縁性が不足するおそれがある。一方、基材層２の平均厚さが上記上限を超える場合、フレキシブルプリント配線板１の可撓性が不足するおそれがある。ここで、「平均厚さ」とは、任意の十点において測定した厚さの平均値を意味する。以下で他の部材等に対して「平均厚さ」という場合も同様である。

（導電パターン）
導電パターン３は、基材層２の少なくとも一方の面側に積層され、平面視で螺線状であるコイル領域を有する。このコイル領域は電流が印加された場合にコイルとして機能する。

導電パターン３の材質は導電性に優れる限り特に限定されず、例えば銅、アルミニウム、ニッケル等の金属が挙げられる。これらの中で、安価で導電率が大きい銅が好ましい。
また、導電パターン３の表面には金、銀、錫等によるめっき処理が施されてもよい。

導電パターン３の積層方法は特に限定されず、例えば導電性ペーストを用いた印刷、フォトレジスト技術、エッチング技術等により基材層２の少なくとも一方の面側に螺線状のコイル領域を有する導電パターン３を積層する方法などが挙げられる。なお、上記積層方法としては、導電パターン３の断面積の調節が容易な方法が好ましい。

導電パターン３の積層の際、規定巻き数が螺線中心から螺線の外端部に向かって漸進的又は段階的に大きくなることが好ましい。上述のように、このように形成することで一層インダクタンス、Ｑ値等の特性値が向上するものと推察される。

上記コイル領域の外形は特に限定されず、例えば円形状の螺線、矩形状の螺線や、基材層２の一方の面側にある複数の螺線を結合して螺線集合体にしたものなどが挙げられる。
なお、上記螺線集合体では、１以上の螺線で導電パターンの断面積が螺線中心に向かって漸進的又は段階的に大きくなっていれば、本開示の一態様に該当する。

フレキシブルプリント配線板１では、上記コイル領域において、螺線中心に向かうほど導電パターン３の断面積が大きくなるように形成する。即ち、上記コイル領域において、螺線状の導電パターン３の占有面積が大きくなる外側の領域ほど導電パターン３の断面積が小さくなるように形成し、かつ上記占有面積が小さくなる内側の領域ほど上記断面積が大きくなるように形成する。その際、導電パターン３の断面の形状は特に限定されず、例えば台形、長方形、正方形、半円形等が挙げられる。この形状としては、導電パターン３の断面積の調節が容易な形状が好ましい。

図１に示すコイル領域では、コイル領域における導電パターン３の断面積が螺線中心に向かって段階的に大きくなっている。具体的には、外端部４で第１回目の旋回（第１旋回）が始まり、第２旋回開始部５で第１旋回が終わると共に、導電パターン３の断面積を広げて第２回目の旋回（第２旋回）が始まる。そして、第３旋回開始部６で第２旋回が終わると共に、上記断面積をさらに広げて第３回目の旋回（第３旋回）が始まり、内端部７で第３旋回が終わる。なお、上記断面積とは、導電パターン３の外端部４から内端部７に向かう螺線方向に垂直な厚さ方向の断面の面積である。なお、上記コイル領域は、外端部４及び内端部７において図示しない引出線等により外部回路等に接続される。

図１のようにコイル領域の内側部分の導電パターン３の断面積を大きくすることで、コイル領域の抵抗値を下げ、電流値を上昇させることができる。さらに、図１のようにコイル領域の外側部分の導電パターン３の断面積を必要十分な程度小さくすることで、コイル領域の面積を拡大せずに、インダクタンス向上への寄与度が高いコイル領域の外側部分において規定巻き数を増やすことができる。これによりＱ値、インダクタンス等の特性値を一層向上することができる。

フレキシブルプリント配線板１では、コイル領域全体として外側の領域ほど導電パターン３の断面積を小さく、内側の領域ほどこの断面積を大きくすればよい。そのため、螺線状の導電パターン３の１旋回においては、断面積を一定にしてもよく、螺線中心に向かって断面積が増加するように形成してもよい。断面積が増加する場合では、その増加率を一定にする必要はなく、適宜変更が可能である。

例えば、螺線状の導電パターン３の１旋回やコイル領域の全体にわたり断面積の変化率をほぼ一定に保ちつつ、断面積が螺線中心に向かって漸進的に大きくなってよい。具体的には、例えば螺線状の導電パターン３を真直ぐ引き延ばしたときに、内端部側から外端部側に向かって先細りのテーパ形状となり、かつ、導電パターン３の平均厚さが一定である場合では、断面積が螺線中心に向かって漸進的に大きくなる。また、上記変化率を様々に変えながら、断面積が段階的に大きくなってもよい。ここで、「漸進的」とは、螺線中心に向かう際の導電パターン３の断面積の変化率（％／ｍｍ）について、この変化率の最大値をＲ_Ｍ、最小値をＲ_ｍ、平均値をＲ_Ａとするとき、Ｒ_Ｍ−Ｒ_Ａ≦０．１Ｒ_ＡかつＲ_Ａ−Ｒ_ｍ≦０．１Ｒ_Ａである場合をいう。一方、「段階的」とは、上記変化率（％／ｍｍ）について「漸進的」に該当しない場合をいう。

上記コイル領域の外形の最大幅は特に限定されないが、上記コイル領域の小型化を図るため、上記コイル領域の外形の最大幅の上限としては、例えば２５ｍｍが好ましく、２０ｍｍがより好ましく、１５ｍｍがさらに好ましい。一方、上記コイル領域の外形の最大幅の下限は特に限定されないが、導電パターンの断面積の調節が容易な範囲で定めることが好ましい。

上記コイル領域の面積は特に限定されないが、上記コイル領域の面積の上限としては、６２５ｍｍ^２が好ましく、４００ｍｍ^２がより好ましい。一方、上記コイル領域の面積の下限としては、１０ｍｍ^２が好ましく、１２ｍｍ^２がより好ましい。上記コイル領域の面積が上記範囲にあることで、Ｑ値等の特性値を低下させずに、さらにコイル領域におけるコイルの小型化を図ることができる。

上記コイル領域の導電パターンの平均厚さは特に限定されないが、上記コイル領域の導電パターンの平均厚さの上限としては、１００μｍが好ましく、９０μｍがより好ましく、８０μｍがさらに好ましい。一方、上記コイル領域の導電パターンの平均厚さの下限としては、０．１μｍが好ましく、０．５μｍがより好ましく、１μｍがさらに好ましい。上記コイル領域の導電パターンの平均厚さが上記範囲にあることで、Ｑ値等の特性値を低下させずに、さらにコイル領域におけるコイルの薄型化を図ることができる。

上記コイル領域の導電パターンの平均線幅は特に限定されないが、上記コイル領域の導電パターンの平均線幅の上限としては、５００μｍが好ましく、４００μｍがより好ましく、３００μｍがさらに好ましい。一方、上記コイル領域の導電パターンの平均線幅の下限としては、５μｍが好ましく、８μｍがより好ましく、１０μｍがさらに好ましい。上記コイル領域の導電パターンの平均線幅が上記範囲にあることで、Ｑ値等の特性値を低下させずに、さらにコイル領域におけるコイルの小型化を図ることができる。
なお、上記「平均線幅」とは、以下で説明する上記コイル領域の外端部における「線幅の最小値」と上記コイル領域の内端部における「線幅の最大値」の２つの値の平均値である。

上記コイル領域の外端部４における線幅（以下「外端線幅」ともいう）は、上記コイル領域の線幅の最小値である。外端線幅としては特に限定されないが、外端線幅の下限としては、３μｍが好ましく、４μｍがより好ましく、５μｍがさらに好ましい。外端線幅が上記下限に満たない場合、上記コイル領域の導電性が不十分となるおそれがある。

一方、外端線幅の上限としては、２５０μｍが好ましく、２００μｍがより好ましく、１５０μｍがさらに好ましい。外端線幅が上記上限を超える場合、上記コイル領域の外側部分において規定巻き数を増やし難い傾向がある。

上記コイル領域の内端部７における線幅（以下「内端線幅」ともいう）は、上記コイル領域の線幅の最大値である。内端線幅としては特に限定されないが、内端線幅の下限としては、１０μｍが好ましく、１２μｍがより好ましく、１５μｍがさらに好ましい。内端線幅が上記下限に満たない場合、上記コイル領域の導電性が不十分となるおそれがある。

一方、内端線幅の上限としては、１．０ｍｍが好ましく、０．８ｍｍがより好ましく、０．６ｍｍがさらに好ましい。内端線幅が上記上限を超える場合、上記コイル領域におけるコイルの小型化が不十分となるおそれがある。

上記コイル領域における導電パターン３の断面積の変化率の下限としては、０．０５％／ｍｍが好ましく、０．１０％／ｍｍがより好ましい。一方、上記変化率の上限としては、１．００％／ｍｍが好ましく、０．８０％／ｍｍがより好ましい。上記変化率が上記範囲にあることで、Ｑ値等の特性値の向上を図りつつ、さらに上記コイル領域におけるコイルの小型化及び薄型化を図ることができる。

上記コイル領域の内端部７における規定巻き数に対する上記コイル領域の外端部４における規定巻き数の比（以下「規定巻き数変動比」ともいう）の下限としては、１．０５が好ましく、１．１がより好ましく、１．３がさらに好ましい。一方、規定巻き数変動比の上限としては、５．０が好ましく、４．０がより好ましく、３．０がさらに好ましい。規定巻き数変動比が上記範囲にあることで、Ｑ値等の特性値の向上を図りつつ、さらに上記コイル領域におけるコイルの小型化及び薄型化を図ることができる。

（その他の層）
フレキシブルプリント配線板１は、本開示の所望の効果を害しない範囲で、保護層、磁性体層その他の層を備えてもよい。上記保護層としては、基材層２及び導電パターン３を被覆するカバーレイ等が挙げられる。このカバーレイとしては、絶縁フィルムと接着剤層とから構成される市販の２層フィルムを好適に用いることができる。

上記磁性体層としては、例えばコイル領域を被覆する磁性シート等が挙げられる。この磁性シートとしては、例えば合成樹脂中に高透磁率磁性体を分散したものを使用でき、ノイズ抑制シート等の名称で市販されているものを好適に用いることができる。

上記磁性シートの平均厚さの下限としては、１０μｍが好ましく、２０μｍがより好ましい。一方、上記磁性シートの平均厚さの上限としては、５００μｍが好ましく、３００μｍがより好ましい。上記平均厚さが上記下限に満たない場合、上記磁性シートが上記コイル領域で発生した磁束を十分に捕捉できないおそれがある。また、上記平均厚さが上記上限を超える場合、フレキシブルプリント配線板１が無用に厚くなるおそれがある。

上記磁性シートの比透磁率の下限としては、１０が好ましく、１５がより好ましく、２０がさらに好ましい。上記磁性シートの比透磁率が上記下限以上であることで、上記コイル領域におけるコイルのインダクタンスをさらに向上することができる。

＜フレキシブルプリント配線板の製造方法＞
フレキシブルプリント配線板１は、螺線状のコイル領域において導電パターン３の断面積が螺線中心に向かって漸進的又は段階的に大きくなるように、基材層２の少なくとも一方の面側に上記コイル領域を有する導電パターン３を積層する工程と、この導電パターン３を電気的に接続する工程とを備える製造方法によって製造することができる。

（導電パターン積層工程）
導電パターン３を積層する方法としては特に限定されず、導電性ペーストを用いて印刷により積層する方法、金属箔の貼付、金属の蒸着、スパッタリング等により基材層２の表面に形成された金属膜にマスキングを施してエッチング等により導電パターン３を積層する方法などから適宜選択することができる。導電パターン３の断面積を螺線中心に向かって漸進的又は段階的に大きくする方法としては特に限定されず、例えば上記マスキングにおけるパターン幅を螺線中心に向かって広げる方法等が挙げられる。この場合において図１のように段階的にパターン幅を広げてもよく、一定の増加率を維持しつつ漸進的にパターン幅を広げてもよい。印刷により導電パターンを積層する場合では、螺線中心から離れるほど導電性ペーストの吐出速度を下げ、螺線中心に近づくほど導電性ペーストの吐出速度を上げる方法等が挙げられる。

導電パターン３積層の際、上述のように、規定巻き数変動比を１．１以上５．０以下とすることが好ましい。螺線中心から螺線の外端部に向かって規定巻き数を大きくする方法としては、例えば、螺線中心から螺線の外端部に向かって隣接する導電パターン３の間隔を狭くすること等が挙げられる。

（電気的接続工程）
この工程では、積層された導電パターン３を電気的に接続する。その際、必要に応じて基材層２と導電パターン３との積層体に貫通孔を穿設する。この接続の方法としては特に限定されず、はんだ、めっき、リード線による接続等の公知の方法を採ることができる。

＜利点＞
当該フレキシブルプリント配線板では、コイル領域における導電パターン３の断面積が螺線中心に向かって漸進的又は段階的に大きくなるように形成されている。そのため、上記断面積が一定である場合に比べ、コイル領域の抵抗値が下がり、Ｑ値が向上する。また、コイル領域の面積を拡大せずにコイル領域の外側部分における規定巻き数を増やすことができ、これによりコイル領域におけるインダクタンスが向上する。このように、当該フレキシブルプリント配線板は、コイル領域の面積を拡大せずにＱ値、インダクタンス等を向上することができる。そして、これらの特性値の向上により、コイル領域におけるコイルの小型化及び薄型化を図ることができる。

当該フレキシブルプリント配線板では、特別な原材料、特別な製造装置等を用いず、コイル領域における導電パターン３の断面積及び規定巻き数の制御のみを行うことで、容易かつ経済的にコイル領域におけるコイルの小型化及び薄型化を図ることができる。

当該フレキシブルプリント配線板では、コイル領域における導電パターンの断面積及び規定巻き数の制御により所望の特性値を容易に得ることができる。

［その他の実施形態］
上記開示された実施形態は全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、請求の範囲によって示され、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。

上記実施形態では基材層２の一方の面側だけに導電パターン３が積層されているが、導電パターン３は基材層２の両方の面側に積層されていてもよい。

上記実施形態ではコイル領域以外の導電パターンや電子部品を明示していないが、当該フレキシブルプリント配線板はコイル領域以外の導電パターンや抵抗、コンデンサ等その他の電子部品を備えてもよい。

１フレキシブルプリント配線板
２基材層
３導電パターン
４外端部
５第２旋回開始部
６第３旋回開始部
７内端部

Claims

絶縁性を有する基材層と、この基材層の少なくとも一方の面側に積層される導電パターンとを備えるフレキシブルプリント配線板であって、
上記導電パターンが螺線状のコイル領域を有しており、
上記コイル領域における導電パターンの断面積が螺線中心に向かって漸進的又は段階的に大きくなるフレキシブルプリント配線板。
上記導電パターンの断面積の変化が線幅の変化により達成されている請求項１に記載のフレキシブルプリント配線板。
上記導電パターンの断面積の変化率が０．０５％／ｍｍ以上１．００％／ｍｍ以下である請求項１又は請求項２に記載のフレキシブルプリント配線板。