JP2005268447A - コイル内蔵多層回路基板 - Google Patents

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Abstract

【課題】 基板の表面に実装した部品がコイルに起因するノイズの影響を受けにくく、コイルの占有面積が小さくても、単位面積あたりのコイルの巻き数を増加させることができ、回路設計の自由度が高いコイル内蔵多層回路基板を提供する。
【解決手段】 電気絶縁性基材(２ａ-２ｃ)と、各々の電気絶縁性基材(２ａ-２ｃ)の間に設けられた配線パターン層(３ａ,３ｂ)とを備え、配線パターン層(３ａ,３ｂ)にコイル用パターン(１０,１３)が形成され、電気絶縁性基材(２ｂ)の所定位置に、コイル用パターン(１０,１３)の端部(１０ａ,１０ｂ)と端部(１３ａ,１３ｂ)との間を連通する貫通孔(１７ａ,１７ｂ)が設けられ、貫通孔(１７ａ,１７ｂ)内に導電性ペーストが充填されて各端部間が電気的に接続されることにより、コイル１９が形成されているコイル内蔵多層回路基板１とする。
【選択図】 図１Ａ

Description

本発明は、コイルを基板に内蔵した多層回路基板に関する。
従来、回路基板にコイルの一部となるコイル用パターンを複数形成し、これらのコイル用パターンを電気的に接続することによりコイルを形成する方法が知られている。例えば、特許文献１には、図８に示すように、ビルドアップ多層基板４００の各層４０１ａ〜４０１ｃの表面に、Ｃの字形状のコイル用パターン４０２ａ〜４０２ｄを形成し、ビルドアップバイア４０３ａ〜４０３ｃによりコイル用パターン４０２ａ〜４０２ｄを接続して、全体としてらせん状のコイルを形成するパターンコイルについての発明が記載されている。
また、特許文献２には、図９に示すように、基板５００の上下面５００ａ，５００ｂに、複数のプリント配線（コイル用パターン）５０１，５０２を各々並べて形成し、各プリント配線５０１，５０２の図９中奥側に設けられた端部５０１ａ，５０２ａ同士を、基板５００に形成された複数の導電部５０３ａで電気的に接続し、同様に、各プリント配線５０１，５０２の図９中手前側に設けられた端部５０１ｂ，５０２ｂ同士を、基板５００に形成された複数の導電部５０３ｂで電気的に接続することにより設けたコイル構造についての発明が記載されている。
これらの回路基板では、別途、回路基板上にコイルを搭載する必要がなくなるため、回路を作製する際の作業効率が向上する。
特開２００１−７７５３８号公報（第１頁 要約） 特開２０００−２２３３１６号公報（第１頁 要約）
しかし、特許文献１に記載のパターンコイルは、基板の各層の表面にコイル用パターンを設けるため、コイルの巻き数を増加させるには、基板の層数を増加させる必要がある。大きなインダクタンスを得るには、コイルの巻き数を増加させる必要があるが、前記パターンコイルでは、前述したようにコイルの巻き数が基板の層数に制限されるため、所定の閾値以上のインダクタンスが要求される際に、効率よく巻き数を増加できないおそれがある。また、大きなインダクタンスを得るために、基板の層数を増加させると、積層ずれ等が発生するおそれがあり、極端な場合、ビルドアップバイヤと層間に形成されたコイル用パターンとの接続が不安定となり、導通が取れない場合も生じる。また、前記パターンコイルは、基板の厚み方向に巻回されているため、コイルから発生する磁束の方向が層面に対し垂直方向となり、基板の表面（最外層の外表面）に部品を実装した場合、コイルをＯＮ−ＯＦＦする際の磁束の変化に伴うノイズにより回路に誤動作が生じるおそれがある。
一方、特許文献２に記載のコイル構造は、基板の厚み方向と直交する方向に巻回されているため、この巻回方向にコイルの巻き数を増加させることができる。また、コイルから発生する磁束の方向が基板の表面に対し平行となり、基板の表面に実装した部品がコイルから発生する磁束の変化に伴うノイズの影響を比較的受けにくい。しかし、両面回路基板であることから、基板の厚み方向に１重巻きのコイルしか設置することができないため、コイルの占有面積が小さい場合で、所定の閾値以上のインダクタンスが要求される際に、効率よく巻き数を増加できないおそれがある。また、シールド効果、電流検出等の機能を有する部材を基板に設けるには制限があり、回路設計の自由度が低い。
そこで、本発明は、前記課題を解決するため、基板の表面に実装した部品がコイルから発生する磁束の変化に伴うノイズの影響を受けにくく、コイルの占有面積が小さくても、単位面積あたりのコイルの巻き数を増加させることができ、回路設計の自由度が高いコイル内蔵多層回路基板を提供する。
本発明のコイル内蔵多層回路基板は、３層以上の電気絶縁性基材と、各々の前記電気絶縁性基材の間に設けられた配線パターン層とを備えた多層回路基板であって、前記配線パターン層のうち、少なくとも２層以上にコイルの一部となるコイル用パターンが形成され、前記コイル用パターンに挟まれた前記電気絶縁性基材の所定位置に、前記コイル用パターンの各々の端部間を連通する貫通孔が設けられ、前記貫通孔内に導電性ペーストが充填されて各々の前記端部間が電気的に接続されることにより、前記電気絶縁性基材の厚み方向と直交する方向に巻回されたコイルが形成されていることを特徴とする。
本発明のコイル内蔵多層回路基板によれば、基板の厚み方向と直交する方向に巻回されたコイルを内蔵しているため、基板の表面に実装した部品がコイルから発生する磁束の変化に伴うノイズの影響を受けにくい。また、コイルの占有面積が小さくても、基板の厚み方向に複数重に巻いて設けることにより、単位面積あたりのコイルの巻き数を増加させることができる。これにより、インダクタンスの大きいコイルが得られる。更に、各層を利用して、シールド効果、電流検出等の機能を有する部材を基板に設けることができるため、回路設計の自由度が高まる。
本発明のコイル内蔵多層回路基板は、３層以上の電気絶縁性基材と、各々の電気絶縁性基材の間に設けられた配線パターン層とを備えている。電気絶縁性基材としては、アラミド不織布又はガラス織布２０重量％以上〜７０重量％以下と、熱硬化樹脂３０重量％以上〜８０重量％以下とを少なくとも含んでいることが好ましい。前記熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、アラミドエポキシ樹脂、フェノール樹脂及びシアネート樹脂から選ばれた少なくとも一つを含んでいることが好ましい。また、配線パターン層は公知の方法で形成することができ、例えば、銅箔等の金属箔をフォトリソグラフィー法によりパターニングすることによって得られる。
また、本発明のコイル内蔵多層回路基板は、配線パターン層のうち、少なくとも２層以上にコイルの一部となるコイル用パターンが形成され、コイル用パターンに挟まれた電気絶縁性基材の所定位置に、コイル用パターンの各々の端部間を連通する貫通孔が設けられ、貫通孔内に導電性ペーストが充填されて各々の端部間が電気的に接続されている。これにより、貫通孔内に導電性ペーストからなる導電部が形成され、この導電部とコイル用パターンとから構成されるコイル導体が形成されている。このコイル導体がコイルの巻き数分接続されて、電気絶縁性基材の厚み方向と直交する方向に巻回されたコイルが形成されている。このように、本発明のコイル内蔵多層回路基板は、基板の厚み方向と直交する方向に巻回されたコイルを内蔵しているため、コイルから発生する磁束の方向が基板の表面に対し平行となり、基板の表面に実装した部品がコイルから発生する磁束の変化に伴うノイズの影響を受けにくい。また、コイルの占有面積が小さくても、基板の厚み方向にコイル導体を連続して複数重に巻いて設けることにより、単位面積あたりのコイルの巻き数を増加させることができる。例えば、３層の電気絶縁性基材を用いた場合は、基板の厚み方向に２重に巻かれたコイルを形成することができ、（２ｎ＋１）層の電気絶縁性基材を用いた場合は、基板の厚み方向に最大で（ｎ＋１）重に巻かれたコイルを形成することができる（但し、ｎは自然数）。これにより、インダクタンスの大きいコイルが得られる。更に、各層を利用して、シールド効果、電流検出等の機能を有する部材を基板に設けることができるため、回路設計の自由度が高まる。
なお、本発明のコイル内蔵多層回路基板に設けられるコイルの巻き数は、基板の厚み方向及び基板の厚み方向と直交する方向ともに限定されず、用途に応じて適宜決定すればよい。また、コイル用パターンの各々の端部間を連通する貫通孔は、公知の方法で形成することができ、例えば、レーザー加工等により形成することができる。また、貫通孔内に充填される導電性ペーストは特に限定されないが、安定した電気的接続を確保するため、銀、銅、金、ニッケルから選ばれる少なくとも１種類の導電性金属粉体と、エポキシ樹脂とを含んでいる導電性ペーストが好ましい。
また、本発明のコイル内蔵多層回路基板に設けられるコイルは、ドーナツ状に配置されていることが好ましい。コイルをドーナツ状に配置することで、磁束の漏れが少なくなり、インダクタンスの実測値が理論値と近似する。これにより、精度のよいインダクタンスが得られるため、回路設計が容易となる。
また、本発明のコイル内蔵多層回路基板の上下の表面のうち少なくとも一方は、電気的絶縁面であってもよい。この構成によれば、電気的絶縁面を設置面として、金属筐体等へ基板を直接取り付けることができる。
また、本発明のコイル内蔵多層回路基板の上下の表面の双方に、コイルを挟むように金属箔が配置されていてもよい。この構成によれば、コイルから発生する磁界をシールドすることができる。
また、本発明のコイル内蔵多層回路基板に備えた配線パターン層にラインパターンが形成され、このラインパターンの周りを囲むように、コイルが配置されていてもよい。この構成によれば、ラインパターンを流れる電流を検出する機能をコイルに付与することができる。
また、本発明のコイル内蔵多層回路基板に設けられるコイルは、巻き数の異なる複数のコイルであり、この複数のコイルが相互の磁界が作用する範囲に配置されていてもよい。この構成によれば、電圧変換機能をコイルに付与することができる。更に、本発明のコイル内蔵多層回路基板に備えた電気絶縁性基材の内部に磁性体が設けられ、この磁性体の周りを囲むように、前記複数のコイルが相互の磁界が作用する範囲に配置されていてもよい。この構成によれば、伝達効率の高い電圧変換機能をコイルに付与することができる。以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態について適宜図面を参照して説明する。参照する図１Ａは、本発明の第１実施形態に係るコイル内蔵多層回路基板（以下、単に「基板」とも称する）を層別に分解して示した斜視図であり、図１Ｂは、図１ＡのI−I矢視方向から見た第１実施形態に係るコイル内蔵多層回路基板の断面図である。
図１Ｂに示すように、本発明の第１実施形態に係るコイル内蔵多層回路基板１は、電気絶縁性基材２ａ，２ｂ，２ｃと、電気絶縁性基材２ａと電気絶縁性基材２ｂとの間に設けられた内側配線パターン層３ａと、電気絶縁性基材２ｂと電気絶縁性基材２ｃとの間に設けられた内側配線パターン層３ｂと、電気絶縁性基材２ａ，２ｃの外表面２１ａ，２１ｃにそれぞれ設けられた外側配線パターン層４ａ，４ｂとを備えている。各層の厚みは、電気絶縁性基材２ａ〜２ｃが８〜５００μｍ程度、内側配線パターン層３ａ，３ｂ及び外側配線パターン層４ａ，４ｂが３〜５０μｍ程度となるように形成するのが好ましい。なお、内側配線パターン層３ａ，３ｂが、特許請求の範囲にいう「電気絶縁性基材の間に設けられた配線パターン層」に相当する。
図１Ａに示すように、内側配線パターン層３ａは、同じ長さで平行に形成された複数のコイル用パターン１０と、ランド１１と、表配線パターン１２とを備えている。そして、内側配線パターン層３ｂは、同じ長さで平行に形成された複数のコイル用パターン１３と、コイル端部１４ａ，１４ｂと、ランド１５ａ，１５ｂと、裏配線パターン１６とを備えている。コイル用パターン１０，１３の各々の幅は、１０〜１００００μｍ程度となるように形成するのが好ましい。また、コイル用パターン１０，１３の各々のピッチ間隔は、３０〜３０００μｍ程度となるように形成するのが好ましい。
また、コイル用パターン１０，１３は、それぞれ、図１Ａ中奥側に複数のコイル用パターン端部１０ａ，１３ａと、図１Ａ中手前側に複数のコイル用パターン端部１０ｂ，１３ｂとを備えている。そして、コイル端部１４ａは、コイル用パターン端部１３ａに並設され、コイル端部１４ｂは、コイル用パターン端部１３ｂに並設されている。ここで、前記各端部の最小径は、安定した電気的接続を確保するため、２０μｍ以上であることが好ましい。また、コイル端部１４ａ及びコイル用パターン端部１３ａは、それぞれ対応するコイル用パターン端部１０ａの真裏の位置に配置されており、同じく、コイル端部１４ｂ及びコイル用パターン端部１３ｂは、それぞれ対応するコイル用パターン端部１０ｂの真裏の位置に配置されている。なお、コイル用パターン端部１０ａ，１０ｂ，１３ａ，１３ｂが、特許請求の範囲にいう「コイル用パターンの各々の端部」に相当する。
電気絶縁性基材２ｂには、図１Ａ中奥側に、コイル用パターン端部１０ａとコイル端部１４ａ及びコイル用パターン端部１３ａとを連通する複数の貫通孔１７ａが、電気絶縁性基材２ｂの厚み方向に沿って設けられ、図１Ａ中手前側に、コイル用パターン端部１０ｂとコイル端部１４ｂ及びコイル用パターン端部１３ｂとを連通する複数の貫通孔１７ｂが、電気絶縁性基材２ｂの厚み方向に沿って設けられている。貫通孔１７ａ，１７ｂの最小径は、安定した電気的接続を確保するため、１０μｍ以上であることが好ましい。
そして、貫通孔１７ａ，１７ｂに導電性ペーストが充填されることにより、導電部１８ａ，１８ｂが形成され、図１Ｂに示すように、各端部間が電気的に接続されている。これにより、コイル内蔵多層回路基板１の内部に電気絶縁性基材２ｂの厚み方向と直交する方向に巻回されたコイル１９が形成されている。このコイル１９は、基板の厚み方向と直交する方向に巻回されているため、コイル１９から発生する磁束の方向が、電気絶縁性基材２ａ，２ｃの外表面２１ａ，２１ｃに対し平行となる。その結果、図１Ａ，Ｂに示すように、最外層である外側配線パターン層４ａ，４ｂに実装される部品５ａ，５ｂ，５ｃは、コイル１９から発生する磁束の変化に伴うノイズの影響を受けにくくなる。また、本実施形態では、コイル１９が基板の内部に形成されているため、従来のコイルを備えた両面回路基板（図９参照）と比べ、部品５ａ，５ｂ，５ｃは、より一層ノイズの影響を受けにくくなる。
また、電気絶縁性基材２ｂには、ランド１１とランド１５ａとを連通する貫通孔１７ｃが設けられており、この貫通孔１７ｃにも、貫通孔１７ａ，１７ｂと同様に、導電性ペーストが充填されて導電部１８ｃが形成されている。これにより、ランド１１とランド１５ａとが電気的に接続されている。
電気絶縁性基材２ａには、外側配線パターン層４ａと表配線パターン１２とを連通する貫通孔３０ａと、外側配線パターン層４ａとランド１１とを連通する貫通孔３０ｂとが設けられ、それぞれに導電性ペーストが充填され、導電部３１ａ，３１ｂが形成されている。これにより、外側配線パターン層４ａと、表配線パターン１２及びランド１１とが電気的に接続されている。
電気絶縁性基材２ｃには、外側配線パターン層４ｂに設けられた最外層端部４０ａとコイル端部１４ａとを連通する貫通孔３２ａと、外側配線パターン層４ｂに設けられた最外層端部４０ｂとコイル端部１４ｂとを連通する貫通孔３２ｂと、外側配線パターン層４ｂに設けられた最外層端部４１とランド１５ｂとを連通する貫通孔３２ｃとが設けられ、それぞれに導電性ペーストが充填されて、導電部３３ａ，３３ｂ，３３ｃが形成されている。これにより、最外層端部４０ａ，４０ｂ，４１が、各々コイル端部１４ａ，１４ｂ，ランド１５ｂと電気的に接続されている。
なお、本実施形態では、電気絶縁性基材２ａ，２ｃの外表面２１ａ，２１ｃに外側配線パターン層４ａ，４ｂを設けたが、本発明のコイル内蔵多層回路基板はこれに限定されず、例えば、外側配線パターン層４ａを設けずに、電気絶縁性基材２ａの外表面２１ａを電気的絶縁面としてもよい。これにより、電気絶縁性基材２ａの外表面２１ａを設置面として、金属筐体等へ基板を直接取り付けることができる。
次に、本発明の第１実施形態に係るコイル内蔵多層回路基板１の製造方法の一例について説明する。まず、熱硬化樹脂を含有する電気絶縁性基材２ｂの上下に、ポリエチレンテレフタレート等の保護フィルムをラミネートし、所望の位置にレーザー加工等の手段により貫通孔１７ａ，１７ｂ，１７ｃを形成する。次に、この貫通孔１７ａ，１７ｂ，１７ｃに、導電性ペーストを印刷法等の手段により充填した後、保護フィルムを剥離除去する。これにより、導電性ペーストが保護フィルムの厚み分だけ突起形状となったプリプレグが得られる。このプリプレグの上下面に銅箔を配置して、例えば、圧力：０．５〜１００ＭＰａ、温度：１５０〜２６０℃、時間：５分〜３時間で熱プレスを行うことで、電気絶縁性基材２ｂが銅箔と接着し、貫通孔１７ａ，１７ｂ，１７ｃに充填された導電性ペーストにより上下面の銅箔間で導通が取れる。その後、上下面の銅箔を図１Ａに示すようにパターンニングすることで、両面回路基板１ａ（図１Ａ，Ｂ参照）が得られる。更に、この両面回路基板１ａをコア材として、同様の方法により導電性ペーストが充填されたプリプレグを上下に配置し、その外側に銅箔を各々配置して、熱プレスとパターンニングを行い、コイル内蔵多層回路基板１が得られる。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について適宜図面を参照して説明する。参照する図２は、本発明の第２実施形態に係るコイル内蔵多層回路基板のうち、コイルが設けられている層の斜視図である。なお、第２実施形態は、第１実施形態とコイルの配置状態のみが異なるため、第１実施形態との相違点のみ説明する。
図２に示すように、本発明の第２実施形態に係るコイル内蔵多層回路基板５０は、電気絶縁性基材５１ｂ（第１実施形態の電気絶縁性基材２ｂに相当）の上下面に、内側配線パターン層５２ａ，５２ｂを備えている。また、図示はしないが、内側配線パターン層５２ａ，５２ｂの外側に、各々電気絶縁性基材を備え、更にその外側に、各々外側配線パターン層を備えている。
内側配線パターン層５２ａには、同じ長さの複数のコイル用パターン５３がドーナツ状に配置されている。また、内側配線パターン層５２ｂには、同じ長さの複数のコイル用パターン５４がドーナツ状に配置され、更に、コイル端部５５ａ，５５ｂが設けられている。コイル用パターン５３，５４は、それぞれ内周側に複数のコイル用パターン端部５３ａ，５４ａと、外周側に複数のコイル用パターン端部５３ｂ，５４ｂとを備えている。コイル端部５５ａは、コイル用パターン５４の内周側に位置し、コイル端部５５ｂは、コイル用パターン５４の外周側に位置している。また、コイル端部５５ａ及びコイル用パターン端部５４ａは、それぞれ対応するコイル用パターン端部５３ａの真裏の位置に配置されており、同じく、コイル端部５５ｂ及びコイル用パターン端部５４ｂは、それぞれ対応するコイル用パターン端部５３ｂの真裏の位置に配置されている。
電気絶縁性基材５１ｂには、前記各端部を連通する複数の導電部５７が第１実施形態と同様に形成され（以下、導電部は全て第１実施形態と同様に形成するものとする）、前記各端部間が電気的に接続されている。これにより、コイル内蔵多層回路基板５０の内部に、電気絶縁性基材５１ｂの厚み方向と直交する方向に巻回されたコイル５８がドーナツ状の巻き形状に形成されている。このようにコイル５８をドーナツ状に配置することで、磁束の漏れが少なくなり、インダクタンスの実測値が理論値と近似する。これにより、精度のよいインダクタンスが得られるため、回路設計が容易となる。
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について適宜図面を参照して説明する。参照する図３Ａは、本発明の第３実施形態に係るコイル内蔵多層回路基板を層別に分解して示した斜視図であり、図３Ｂは、図３ＡのII−II矢視方向から見た第３実施形態に係るコイル内蔵多層回路基板の断面図である。
図３Ｂに示すように、第３実施形態に係るコイル内蔵多層回路基板１００は、電気絶縁性基材１０１ａ〜１０１ｃと、各々の電気絶縁性基材１０１ａ〜１０１ｃの間に設けられた内側配線パターン層１０２ａ，１０２ｂと、電気絶縁性基材１０１ａ，１０１ｃの外表面１０１１ａ，１０１１ｃにそれぞれ設けられた外側配線パターン層１０３ａ，１０３ｂとを備えている。また、コイル内蔵多層回路基板１００は、内部に第１コイル１０４ａを備え、この第１コイル１０４ａの外側に第２コイル１０４ｂを備えている。更に、後述するように、第１コイル１０４ａと第２コイル１０４ｂとが、配線パターンにより電気的に接続され、基板の厚み方向に連続して２重に巻かれたコイル１０４が形成されている。
図３Ａに示すように、第１コイル１０４ａは、第１実施形態のコイル１９（図１Ａ，Ｂ参照）と同様に形成され、そのコイル端部１０５ａ，１０５ｂは、内側配線パターン層１０２ｂに設けられている。そして、図３Ａ中右側に位置するコイル端部１０５ａは、電気絶縁性基材１０１ｃに形成された導電部１２１を通じて、外側配線パターン層１０３ｂに設けられた最外層端部１２０と電気的に接続されている（図３Ｂ参照）。また、図３Ａ中左側に位置するコイル端部１０５ｂは、内側配線パターン層１０２ｂに設けられた配線パターン１０７により、同じく内側配線パターン層１０２ｂに設けられた図３Ａ中右奥側に位置するランド１０６１ａと電気的に接続されている。
図３Ａ，Ｂに示すように、ランド１０６１ａは、電気絶縁性基材１０１ｂに形成された導電部１０８を通じて、内側配線パターン層１０２ａに設けられたランド１０９１ａと電気的に接続されている。更に、ランド１０９１ａは、電気絶縁性基材１０１ａに形成された導電部１１０を通じて、外側配線パターン層１０３ａに設けられたコイル用パターン１１１のコイル用パターン端部１１１１ａと電気的に接続されている。また、ランド１０６１ａは、電気絶縁性基材１０１ｃに形成された導電部１１２を通じて、外側配線パターン層１０３ａに設けられたコイル端部１１３ａと電気的に接続されている。これにより、コイル端部１１３ａ，ランド１０６１ａ，ランド１０９１ａ及びコイル用パターン端部１１１１ａが電気的に接続されている。
同様に、前記コイル用パターン端部１１１１ａが設けられたコイル用パターン１１１において図３Ａ中手前側に位置するコイル用パターン端部１１１１ｂは、その真裏に位置するランド１０９１ｂと電気的に接続され、ランド１０９１ｂはその真裏に位置するランド１０６１ｂと電気的に接続され、更に、ランド１０６１ｂは、その真裏に位置するコイル用パターン１１４のコイル用パターン端部１１４１ｂと電気的に接続されている。これにより、コイル用パターン端部１１１１ｂ、ランド１０９１ｂ、ランド１０６１ｂ及びコイル用パターン端部１１４１ｂが電気的に接続されている。
以下同様にして、コイル端部１１３ａから、同じく外側配線パターン層１０３ａに設けられたコイル端部１１３ｂまでが電気的に接続され、第２コイル１０４ｂが、第１コイル１０４ａの周りに形成されて、基板の厚み方向に連続して２重に巻かれたコイル１０４が形成されている。このようにして、コイルの占有面積が小さい場合でも、単位面積あたりの巻き数を基板の厚み方向に増加させることより、インダクタンスの大きいコイルが得られる。
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について適宜図面を参照して説明する。参照する図４Ａは、本発明の第４実施形態に係るコイル内蔵多層回路基板を層別に分解して示した斜視図であり、図４Ｂは、図４ＡのIII−III矢視方向から見た第４実施形態に係るコイル内蔵多層回路基板の断面図である。
本発明の第４実施形態に係るコイル内蔵多層回路基板１５０は、第１実施形態の構成において、外側配線パターン層４ａ（図１Ａ参照）を設けずに、電気絶縁性基材２ａ，２ｃの外表面２１ａ，２１ｃに、各々金属箔１５１ａ，１５１ｂを設けている。以下、第１実施形態と同一構成のものについては、同一の符号を付して、その説明は省略する。
図４Ａ，Ｂに示すように、電気絶縁性基材２ａの外表面２１ａには、内側配線パターン層３ａに形成された複数のコイル用パターン１０の略全面を覆うようにして、熱プレス等により金属箔１５１ａが設けられている。更に、電気絶縁性基材２ｃの外表面２１ｃには、最外層端部４０ａ，４０ｂ間をショートさせない程度の大きさで、内側配線パターン層３ｂに形成された複数のコイル用パターン１３の略全面を覆うようにして、熱プレス等により金属箔１５１ｂが設けられている。このようにして、コイル１９を挟むように金属箔１５１ａ，１５１ｂが配置されているため、コイル１９から発生する磁界をシールドすることができる。
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態について適宜図面を参照して説明する。参照する図５Ａは、本発明の第５実施形態に係るコイル内蔵多層回路基板を層別に分解して示した斜視図であり、図５Ｂは、図５ＡのIV−IV矢視方向から見た第５実施形態に係るコイル内蔵多層回路基板の断面図である。
図５Ｂに示すように、第５実施形態に係るコイル内蔵多層回路基板２００は、電気絶縁性基材２０１ａ〜２０１ｅと、各々の電気絶縁性基材２０１ａ〜２０１ｅの間に設けられた内側配線パターン層２０２ａ〜２０２ｄと、電気絶縁性基材２０１ｅの外表面２０１１ｅに設けられた外側配線パターン層２０３とを備えている。
図５Ａに示すように、内側配線パターン層２０２ａには、同じ長さで平行に形成された２つのコイル用パターン２０４が設けられ、内側配線パターン層２０２ｂ，２０２ｃには、各々図５Ａ中奥側に２つのランド２０５ａ，２０６ａと、各々図５Ａ中手前側に２つのランド２０５ｂ，２０６ｂとが設けられている。更に、内側配線パターン層２０２ｄには、コイル用パターン２０７と、コイル用パターン２０７の図５Ａ中右側にコイル端部２０８ａと、コイル用パターン２０７の図５Ａ中左側にコイル端部２０８ｂとが設けられ、外側配線パターン層２０３には、コイル端部２０８ａの真裏に最外層端部２０９ａと，コイル端部２０８ｂの真裏に最外層端部２０９ｂとが設けられている。
図５Ｂに示すように、コイル端部２０８ａからコイル端部２０８ｂまでは、第３実施形態の第２コイル１０４ｂ（図３Ａ，Ｂ参照）と同様に電気的に接続され、コイル２１０が形成されている。更に、コイル端部２０８ａと最外層端部２０９ａとが、電気絶縁性基材２０１ｅに形成された導電部２１１ａにより電気的に接続され、コイル端部２０８ｂと最外層端部２０９ｂとが、同じく電気絶縁性基材２０１ｅに形成された導電部２１１ｂにより電気的に接続されている。
また、図５Ａに示すように、内側配線パターン層２０２ｂには、ランド２０５ａ，２０５ｂ間を通るラインパターン２１２が形成されており、コイル２１０が、このラインパターン２１２の周りに２重に巻回されている。このようにして、ラインパターン２１２を流れる電流を検出する電流検出回路２１３を内蔵したコイル内蔵多層回路基板２００が構成されている。
続いて、電流検出回路２１３の動作について説明する。ラインパターン２１２に電流が流れると、電磁誘導によりコイル２１０に起電力が発生する。この起電力を、最外層端部２０９ａ，２０９ｂ間で測定し、所定の換算式にてラインパターン２１２を流れる電流値が決定される。なお、電流検出を正確に行うためには、最外層端部２０９ａ，２０９ｂから得られる電圧を増幅するオペアンプ（図示せず）を使用するのが好ましい。
なお、本実施形態では、コイル用パターン２０７を内側配線パターン層２０２ｄに配置したが、内側配線パターン層２０２ｃに配置してもよい。また、本実施形態では、ラインパターン２１２の周りに、コイル２１０を２重に巻回させたが、本発明はこれに限定されず、電流検出の際に要求される測定精度に従って、適宜巻き数を決定すればよい。
［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態について適宜図面を参照して説明する。参照する図６Ａは、本発明の第６実施形態に係るコイル内蔵多層回路基板を層別に分解して示した斜視図であり、図６Ｂは、図６ＡのV−V矢視方向から見た第６実施形態に係るコイル内蔵多層回路基板の断面図である。
図６Ａ，Ｂに示すように、第６実施形態に係るコイル内蔵多層回路基板２５０は、電気絶縁性基材２５１ａ〜２５１ｅと、各々の電気絶縁性基材２５１ａ〜２５１ｅの間に設けられた内側配線パターン層２５２ａ〜２５２ｄと、電気絶縁性基材２５１ｅの外表面２５１１ｅに設けられた外側配線パターン層２５３とを備えている。また、内部に１次側コイル２５１と、この１次側コイル２５１と相互の磁界が作用する範囲に並設された２次側コイル２５２とが設けられている。各々のコイルの巻き数については、１次側コイル２５１が基板の厚み方向と直交する方向に２重に巻回され、２次側コイル２５２が基板の厚み方向と直交する方向に４重に巻回されている。このようにして、電圧変換機能を有するトランス２５４を内蔵したコイル内蔵多層回路基板２５０が構成されている。なお、各々のコイル内に設けられた各端部の接続は、第５実施形態と同様に行った。
また、電気絶縁性基材２５１ｃ中に、１次側コイル２５１及び２次側コイル２５２の共通の中心軸に沿って溝部２５５が設けられ、この溝部２５５の中に磁性体２５６が配置されている。即ち、磁性体２５６の周りを囲むように、１次側コイル２５１及び２次側コイル２５２が、相互の磁界が作用する範囲に配置されている。これにより、電圧変換の際の伝達効率が高いトランス２５４を設けることができる。なお、磁性体２５６の材料としては、鉄系材料、フェライト等の薄板、鉄系粉体を固めたもの等が好ましい。
電圧変換機能については、例えば、本実施形態のように、１次側コイル２５１が２重に巻回され、２次側コイル２５２が４重に巻回されている場合は、１次側コイル２５１と２次側コイル２５２との間隔にもよるが、１次側コイル２５１側から２Ｖの電圧供給をうけると、２次側コイル２５２から約３．５Ｖ（参考値）の出力が得られる。
なお、本実施形態では、１次側コイル２５１が２重に巻回され、２次側コイル２５２が４重に巻回されている場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、要求される変換出力に従って、適宜巻き数を決定すればよい。また、本実施形態では、１次側コイル２５１及び２次側コイル２５２の共通の中心軸に沿って磁性体２５６を設けたが、本発明はこれに限定されず、磁性体を設けずに、巻き数の異なる複数のコイルのみでトランスを形成してもよい。
［第７実施形態］
次に、本発明の第７実施形態について適宜図面を参照して説明する。参照する図７Ａは、本発明の第７実施形態に係るコイル内蔵多層回路基板を層別に分解して示した斜視図であり、図７Ｂは、図７ＡのVI−VI矢視方向から見た第７実施形態に係るコイル内蔵多層回路基板の断面図である。
図７Ｂに示すように、第７実施形態に係るコイル内蔵多層回路基板３００は、電気絶縁性基材３０１ａ〜３０１ｅと、各々の電気絶縁性基材３０１ａ〜３０１ｅの間に設けられた内側配線パターン層３０２ａ〜３０２ｄと、電気絶縁性基材３０１ｅの外表面３０１１ｅに設けられた外側配線パターン層３０３とを備えている。
図７Ａに示すように、内側配線パターン層３０２ａには、同じ長さの複数のコイル用パターン３０４がドーナツ状に配置されている。また、内側配線パターン層３０２ｄには、同じ長さの複数のコイル用パターン３０５がドーナツ状に配置され、更に、コイル端部３０６ａ，３０６ｂが設けられている。コイル用パターン３０４，３０５は、それぞれ内周側に複数のコイル用パターン端部３０４ａ，３０５ａと、外周側に複数のコイル用パターン端部３０４ｂ，３０５ｂとを備えている。コイル端部３０６ａは、コイル用パターン３０５の内周側に位置し、コイル端部３０６ｂは、コイル用パターン３０５の外周側に位置している。また、コイル端部３０６ａ及びコイル用パターン端部３０５ａは、それぞれ対応するコイル用パターン端部３０４ａの真裏の位置に配置されており、同じく、コイル端部３０６ｂ及びコイル用パターン端部３０５ｂは、それぞれ対応するコイル用パターン端部３０４ｂの真裏の位置に配置されている。更に、外側配線パターン層３０３には、最外層端部３０９ａ，３０９ｂが設けられており、それぞれコイル端部３０６ａ，３０６ｂの真裏の位置に配置されている。
図７Ｂに示すように、前記各端部は、内側配線パターン層３０２ｂ，３０２ｃに設けられた複数のランド３１０と、電気絶縁性基材３０１ｂ〜３０１ｅに形成された複数の導電部３０７とにより、電気的に接続されている。これにより、コイル内蔵多層回路基板３００の内部に、電気絶縁性基材３０１ｂ〜３０１ｄの厚み方向と直交する方向に巻回されたコイル３１１がドーナツ状の巻き形状に形成されている。また、電気絶縁性基材３０１ｃ中に、コイル３１１の導体内部に沿ってドーナツ状の溝部３１２が設けられ、この溝部３１２の中にドーナツ状の磁性体３１３が配置されている。
このように、コイル３１１をドーナツ状に配置し、かつ、コイル３１１の導体内部に沿って磁性体３１３を配置することで、コイル３１１から発生する磁束がコイル３１１の導体内部に集中し、磁束の漏れがより少なくなり、より精度の高いインダクタンスが得られるともに、より大きなインダクタンスを得ることができる。
本発明の第１実施形態に係るコイル内蔵多層回路基板を層別に分解して示した斜視図である。 図１ＡのI−I矢視方向から見た第１実施形態に係るコイル内蔵多層回路基板の断面図である。 本発明の第２実施形態に係るコイル内蔵多層回路基板のうち、コイルが設けられている層の斜視図である。 本発明の第３実施形態に係るコイル内蔵多層回路基板を層別に分解して示した斜視図である。 図３ＡのII−II矢視方向から見た第３実施形態に係るコイル内蔵多層回路基板の断面図である。 本発明の第４実施形態に係るコイル内蔵多層回路基板を層別に分解して示した斜視図である。 図４ＡのIII−III矢視方向から見た第４実施形態に係るコイル内蔵多層回路基板の断面図である。 本発明の第５実施形態に係るコイル内蔵多層回路基板を層別に分解して示した斜視図である。 図５ＡのIV−IV矢視方向から見た第５実施形態に係るコイル内蔵多層回路基板の断面図である。 本発明の第６実施形態に係るコイル内蔵多層回路基板を層別に分解して示した斜視図である。 図６ＡのV−V矢視方向から見た第６実施形態に係るコイル内蔵多層回路基板の断面図である。 本発明の第７実施形態に係るコイル内蔵多層回路基板を層別に分解して示した斜視図である。 図７ＡのVI−VI矢視方向から見た第７実施形態に係るコイル内蔵多層回路基板の断面図である。 従来のパターンコイルを示す斜視図である。 従来のコイル構造を示す斜視図である。
符号の説明
１ コイル内蔵多層回路基板
２ａ，２ｂ，２ｃ 電気絶縁性基材
３ａ，３ｂ 内側配線パターン層（配線パターン層）
１０，１３ コイル用パターン
１０ａ，１０ｂ，１３ａ，１３ｂ コイル用パターン端部（端部）
１７ａ，１７ｂ 貫通孔
１８ａ，１８ｂ 導電部
１９ コイル
５０ コイル内蔵多層回路基板
５１ｂ 電気絶縁性基材
５２ａ，５２ｂ 内側配線パターン層（配線パターン層）
５３，５４ コイル用パターン
５３ａ，５３ｂ，５４ａ，５４ｂ コイル用パターン端部（端部）
５７ 導電部
５８ コイル
１００ コイル内蔵多層回路基板
１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ 電気絶縁性基材
１０２ａ，１０２ｂ 内側配線パターン層（配線パターン層）
１０４ コイル
１０４ａ 第１コイル
１０４ｂ 第２コイル
１０８，１１０ 導電部
１１１，１１４ コイル用パターン
１５０ コイル内蔵多層回路基板
１５１ａ，１５１ｂ 金属箔
２００ コイル内蔵多層回路基板
２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃ，２０１ｄ，２０１ｅ 電気絶縁性基材
２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃ，２０２ｄ 内側配線パターン層（配線パターン層）
２０４，２０７ コイル用パターン
２１０ コイル
２１２ ラインパターン
２５０ コイル内蔵多層回路基板
２５１ １次側コイル
２５１ａ，２５１ｂ，２５１ｃ，２５１ｄ，２５１ｅ 電気絶縁性基材
２５２ ２次側コイル
２５２ａ 内側配線パターン層（配線パターン層）
２５６ 磁性体
３００ コイル内蔵多層回路基板
３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄ，３０１ｅ 電気絶縁性基材
３０２ａ，３０２ｂ，３０２ｃ，３０２ｄ 内側配線パターン層（配線パターン層）
３０４，３０５ コイル用パターン
３０４ａ，３０４ｂ，３０５ａ，３０５ｂ コイル用パターン端部（端部）
３０７ 導電部
３１１ コイル
１１１１ａ，１１１１ｂ，１１４１ｂ コイル用パターン端部（端部）

Claims (8)

  1. ３層以上の電気絶縁性基材と、各々の前記電気絶縁性基材の間に設けられた配線パターン層とを備えた多層回路基板であって、
    前記配線パターン層のうち、少なくとも２層以上にコイルの一部となるコイル用パターンが形成され、前記コイル用パターンに挟まれた前記電気絶縁性基材の所定位置に、前記コイル用パターンの各々の端部間を連通する貫通孔が設けられ、前記貫通孔内に導電性ペーストが充填されて各々の前記端部間が電気的に接続されることにより、前記電気絶縁性基材の厚み方向と直交する方向に巻回されたコイルが形成されていることを特徴とするコイル内蔵多層回路基板。
  2. 前記コイルは、前記電気絶縁性基材の厚み方向に連続して少なくとも２回以上巻回されている請求項１に記載のコイル内蔵多層回路基板。
  3. 前記コイルがドーナツ状に配置されている請求項１又は請求項２に記載のコイル内蔵多層回路基板。
  4. 前記コイル内蔵多層回路基板の上下の表面のうち少なくとも一方が電気的絶縁面である請求項１〜３のいずれか１項に記載のコイル内蔵多層回路基板。
  5. 前記コイル内蔵多層回路基板の上下の表面の双方に、前記コイルを挟むように金属箔が配置されている請求項１〜３のいずれか１項に記載のコイル内蔵多層回路基板。
  6. 前記配線パターン層にラインパターンが形成され、前記ラインパターンの周りを囲むように、前記コイルが配置されている請求項１〜５のいずれか１項に記載のコイル内蔵多層回路基板。
  7. 巻き数の異なる複数の前記コイルが、相互の磁界が作用する範囲に配置されている請求項１〜６のいずれか１項に記載のコイル内蔵多層回路基板。
  8. 前記電気絶縁性基材の内部に磁性体が設けられ、前記磁性体の周りを囲むように、巻き数の異なる複数の前記コイルが、相互の磁界が作用する範囲に配置されている請求項７に
    記載のコイル内蔵多層回路基板。
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