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JP2018182222A - プリント配線基板およびスイッチングレギュレータ - Google Patents

プリント配線基板およびスイッチングレギュレータ Download PDF

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Abstract

【課題】電子機器の薄型化を図ることができるプリント配線基板を提供する。
【解決手段】プリント配線基板は、磁性材料を含むシート状のコア基材と、コア基材の内部に設けられたコイルと、コア基材の互いに対向する第１面および第２面の少なくとも一方の面に設けられた外部回路層とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、プリント配線基板およびスイッチングレギュレータに関する。
近年、電子機器の小型化、高機能化により、電子回路基板に搭載される電子部品の部品点数の削減が求められている。このため、電子回路基板内にインダクタンス素子やキャパシタンス素子等の電子部品を内蔵させる技術の開発が進められている。
特に、ＣＰＵなどの論理演算素子内に、電源マネージメント回路を組み込むＩＶＲ（Integrated Voltage Regulator）では、効率向上を目的に、スイッチングレギュレータ回路内のＬＣリップルフィルターを負荷近傍に配置させるため、上記技術が重要視される。とりわけ、コンデンサ素子に対し比較的サイズの大きいインダクタを内蔵させることが課題となっている。
そして、従来では、電子回路基板として、特開２０１６−１９７６２４号公報（特許文献１）に記載されたプリント配線基板がある。このプリント配線基板は、実装基板と、実装基板の穴に埋め込まれたインダクタ部品とを有する。
特開２０１６−１９７６２４号公報
しかしながら、前記従来のプリント配線基板では、実装基板は、インダクタ部品の厚さのバラツキを吸収するため、実装基板の厚みをインダクタ部品の厚みよりも厚くする必要があった。このため、プリント配線基板の厚みが厚くなり、薄型化を図れない。
そこで、本開示の課題は、電子機器の薄型化を図ることができるプリント配線基板およびスイッチングレギュレータを提供することにある。
前記課題を解決するため、本開示の一態様であるプリント配線基板は、
磁性材料を含むシート状のコア基材と、
前記コア基材の内部に設けられたコイルと、
前記コア基材の互いに対向する第１面および第２面の少なくとも一方の面に設けられた外部回路層と
を備える。
ここで、コア基材は、プリント配線基板の芯材となる部分であり、別の芯材上に配置された機能層または別の芯材の内部に配置された部分とは区別される。また、外部回路層は、所望の電気回路を実現する上で、電気素子の端子間を接続するための回路が形成された層であり、例えば、コア基材の外部に設けられた外部絶縁層、外部基板配線、電子部品実装ランドを含む。特に、外部回路層は、電子部品の端子となる外部電極や、電子部品の機能部となる内部電極と外部電極とを接続する引出配線とは異なる。
本開示のプリント配線基板によれば、コア基材にインダクタ機能が内蔵される。したがって、本開示のプリント配線基板では、インダクタ部品を実装または内蔵する必要がなくなり、従来のようにインダクタ部品に規定される範囲を超えて、薄型化を実現できる。また、コア基材が磁性材料を含むことで所望のインダクタンスをより薄く小さいコイルで得られ、コア基材がシート状であってもコイルを内蔵することが可能となる。そして、インダクタ機能を有するコア基材に直接外部回路層を設けるため、コア基材は従来の実装基板の役割も同時に果たすことができることとなる。この結果、従来のように、実装基板のコア基材とインダクタ部品のコアとを別に用意する必要がなくなり、電子機器の厚みを薄くできる。
また、プリント配線基板の一実施形態では、前記外部回路層は、前記コイルに接続されない外部基板配線を含む。
前記実施形態によれば、内蔵されたコイル以外の電気素子同士を接続する配線を内蔵することで、電子機器をより薄型化、小型化することができる。
また、プリント配線基板の一実施形態では、前記コア基材は、前記コイルにより発生する磁束が周回する閉磁路を有する。
前記実施形態によれば、高いインダクタンス値を小型、薄型で実現することが可能となる。また、コイルにより発生する磁束のコア基材外部への漏れを低減することができ、ノイズを抑えることができる。
また、プリント配線基板の一実施形態では、前記コイルの形状は、スパイラル形状である。なお、「スパイラル形状」とは、平面状に形成された曲線（２次元曲線）形状であり、ターン数が１周未満の曲線形状であってもよいし、一部直線形状を含んでいてもよい。
また、プリント配線基板の一実施形態では、前記コイルの形状は、ヘリカル形状である。なお、「ヘリカル形状」とは、実質的に同一の直径を保ちながら、軸方向に進行する螺旋（３次元螺旋）である。
また、プリント配線基板の一実施形態では、前記コイルの形状は、直線形状である。
また、プリント配線基板の一実施形態では、前記外部回路層は、前記コア基材の前記第１面または前記第２面に積層された外部絶縁層を含む。
前記実施形態によれば、コア基材の第１面または第２面は外部絶縁層に覆われているので、外部回路層からコア基材への電気的漏洩を防止できる。
また、プリント配線基板の一実施形態では、前記外部絶縁層は、ガラスクロスを含む。
前記実施形態によれば、外部絶縁層はガラスクロスを含むので、プリント配線基板の強度向上や、反りを抑制できる。
また、プリント配線基板の一実施形態では、前記コア基材は、金属磁性フィラーおよび樹脂のコンポジット材料からなる。
ここで、金属磁性フィラーは、例えば、ＦｅまたはＦｅ系合金（ＦｅＳｉ、ＦｅＣｏ、ＦｅＡｌ系の合金など）であり、樹脂は、例えば、エポキシ等の樹脂材料である。
前記実施形態によれば、コア基材は、金属磁性フィラーおよび樹脂のコンポジット材料からなるので、適切なインダクタンスを安価に確保できる。
また、プリント配線基板の一実施形態では、前記コイルは、Ｃｕを含む材料からなる。
前記実施形態によれば、コイルは、Ｃｕを含む材料からなるので、導電性に優れたものとなる。
また、プリント配線基板の一実施形態では、前記コイルは、前記第１面または前記第２面に沿って線状に延伸する複数のコイルパターン部と、前記第１面および前記第２面が対向する第１方向に沿って前記複数のコイルパターン部間の前記コア基材を貫通するコイルビア部と、を有する。
前記実施形態によれば、コイルは、薄型化、小型化が可能な積層インダクタを構成する。
また、プリント配線基板の一実施形態では、前記複数のコイルパターン部から、前記第１方向に沿って延伸し、前記第１面または前記第２面に露出するコイル引出配線をさらに有する。
前記実施形態によれば、コイル引出配線を第１方向に沿って延伸することでコイル引出配線の長さを短くでき抵抗を低減できる。
また、プリント配線基板の一実施形態では、前記コイルは、導電部と、前記導電部を包む絶縁膜と、を有する。
前記実施形態によれば、コイルの導体部からコア基材への電気的漏洩を防止できる。
また、プリント配線基板の一実施形態では、前記絶縁膜は、絶縁非磁性フィラーおよび樹脂のコンポジット材料からなる。
ここで、絶縁非磁性フィラーは、例えば、シリカフィラーであり、樹脂は、例えば、エポキシ等の樹脂材料である。
前記実施形態によれば、絶縁膜は、絶縁非磁性フィラーおよび樹脂のコンポジット材料からなるので、絶縁性を安価に確保できる。
また、プリント配線基板の一実施形態では、前記コイルは、前記第１面または前記第２面に沿って線状に延伸する複数のコイルパターン部と、前記第１面および前記第２面が対向する第１方向に沿って前記複数のコイルパターン部間の前記コア基材を貫通するコイルビア部と、を有する。
前記実施形態によれば、コイルは、薄型化、小型化が可能な積層インダクタを構成する。
また、プリント配線基板の一実施形態では、前記コイルの少なくとも一端は、前記外部回路層の一部に電気的に接続されている。
前記実施形態によれば、コイルの少なくとも一端は、外部回路層の一部に電気的に接続されているので、コイルから引き回される基板配線の一部がプリント配線基板に内蔵されることで、電子機器をより一層薄型化、小型化できる。
また、プリント配線基板の一実施形態では、前記コア基材の内側に設けられ、前記コイルに接続されない内部基板配線をさらに含む。
前記実施形態によれば、内蔵されたコイル以外の電気素子同士を接続する配線を内蔵することで、電子機器をより薄型化、小型化することができる。
また、プリント配線基板の一実施形態では、前記内部基板配線は、前記第１面または前記第２面に沿って線状に延伸する複数の配線パターン部と、前記第１面および前記第２面が対向する第１方向に沿って前記複数の配線パターン部間の前記コア基材を貫通する配線ビア部と、を有する。
前記実施形態によれば、内部基板配線を、薄型化、小型化可能が可能なプリント配線とできる。
また、プリント配線基板の一実施形態では、前記内部基板配線は、前記第１面から前記第２面にかけて、前記第１方向に沿って導通する部分を有する。
前記実施形態によれば、内部基板配線が、第１方向に沿って、直線状に導通する経路を有するため、基板配線を低抵抗化できる。
また、プリント配線基板の一実施形態では、
前記外部回路層は、前記コア基材の前記第１面および前記第２面に設けられ、
前記内部基板配線は、前記第１面に設けられた前記外部回路層と、前記第２面に設けられた前記外部回路層と、を電気的に接続する部分を含む。
前記実施形態によれば、一方の外部回路層を接地すると、内部基板配線を磁気シールドとして用いることができる。一方の外部回路層を放熱板として用いると、他方の外部回路層で発生する熱を一方の外部回路層から放熱することができる。
また、スイッチングレギュレータの一実施形態では、
前記プリント配線基板と、
前記プリント配線基板の前記コイルに前記外部回路層を介して電気的に接続されたコンデンサおよびスイッチング素子と
を備える。
前記実施形態によれば、本開示のプリント配線基板を有するので、スイッチングレギュレータの薄型化を図ることができる。
本開示の一態様であるプリント配線基板およびスイッチングレギュレータによれば、電子機器の薄型化を図ることができる。
プリント配線基板の第１実施形態を示す平面図である。 図１のＸ−Ｘ断面図である。 スイッチングレギュレータを示す平面図である。 プリント配線基板の第１実施形態の製法を説明する説明図である。 プリント配線基板の第１実施形態の製法を説明する説明図である。 プリント配線基板の第１実施形態の製法を説明する説明図である。 プリント配線基板の第１実施形態の製法を説明する説明図である。 プリント配線基板の第１実施形態の製法を説明する説明図である。 プリント配線基板の第１実施形態の製法を説明する説明図である。 プリント配線基板の第１実施形態の製法を説明する説明図である。 プリント配線基板の第１実施形態の製法を説明する説明図である。 プリント配線基板の第１実施形態の製法を説明する説明図である。 プリント配線基板の第１実施形態の製法を説明する説明図である。 プリント配線基板の第１実施形態の製法を説明する説明図である。 プリント配線基板の第１実施形態の製法を説明する説明図である。 プリント配線基板の第１実施形態の製法を説明する説明図である。 プリント配線基板の第１実施形態の製法を説明する説明図である。 プリント配線基板の第１実施形態の製法を説明する説明図である。 プリント配線基板の第１実施形態の製法を説明する説明図である。 プリント配線基板の第２実施形態を示す断面図である。 プリント配線基板の第３実施形態を示す断面図である。 プリント配線基板の第４実施形態を示す断面図である。 プリント配線基板の第５実施形態を示す断面図である。 プリント配線基板の第５実施形態の製法を説明する説明図である。 プリント配線基板の第５実施形態の製法を説明する説明図である。 プリント配線基板の第５実施形態の製法を説明する説明図である。 プリント配線基板の第５実施形態の製法を説明する説明図である。 プリント配線基板の第５実施形態の製法を説明する説明図である。 プリント配線基板の第５実施形態の製法を説明する説明図である。 プリント配線基板の第５実施形態の製法を説明する説明図である。 プリント配線基板の第５実施形態の製法を説明する説明図である。 プリント配線基板の第５実施形態の製法を説明する説明図である。 プリント配線基板の第５実施形態の製法を説明する説明図である。 プリント配線基板の第５実施形態の製法を説明する説明図である。
以下、本開示の一態様を図示の実施の形態により詳細に説明する。
（第１実施形態）
（構成）
図１は、プリント配線基板の第１実施形態を示す平面図である。図２は、図１のＸ−Ｘ断面図である。図１と図２に示すように、プリント配線基板１は、コア基材１０と、コア基材１０の内部に設けられたコイル１２と、コア基材１０に設けられた第１外部回路層２０Ａおよび第２外部回路層２０Ｂとを有する。プリント配線基板１は、例えば、パソコン、ＤＶＤプレーヤー、デジカメ、ＴＶ、携帯電話、カーエレクトロニクスなどの電子機器に搭載される。
コア基材１０は、磁性材料を含むシート状であり、互いに対向する第１面１０ａおよび第２面１０ｂを有する。第１外部回路層２０Ａは、コア基材１０の第１面１０ａに設けられ、第２外部回路層２０Ｂは、コア基材１０の第２面１０ｂに設けられている。以下、第１面１０ａと第２面１０ｂの対向する方向を第１方向Ｄ１とする。第１面１０ａ側を上側とし第２面１０ｂ側を下側として説明する。
コア基材１０は、プリント配線基板１の芯材であって、複数の磁性体層１１ａから構成される。複数の磁性体層１１ａは、第１方向Ｄ１に沿って積層されている。コイル１２は、１層のコイルパターン部１２ａから構成される。コア基材１０は、プリント配線基板の芯材であるため、プリント配線基板に要求される強度、弾性、反り特性などを実現できる物性を備えるものである。
コイルパターン部１２ａは、第１面１０ａまたは第２面１０ｂに沿って線状に延伸する。コイルパターン部１２ａ（コイル１２）の形状は、図１の点線に示すように、平面状のスパイラル形状である。スパイラル形状とは、平面状に形成された曲線（２次元曲線）形状であり、ターン数が１周未満の曲線形状であってもよいし、一部直線形状を含んでいてもよい。
コア基材１０は、コイル１２により発生する磁束が周回する閉磁路を有する。コイル１２の磁束は、図２の点線の矢印Ｂに示すように、閉磁路となる。したがって、高いインダクタンス値を小型、薄型で実現することが可能となる。また、コイル１２により発生する磁束のコア基材１０の外部への漏れを低減することができ、ノイズを抑えることができる。なお、プリント配線基板１では、コア基材１０が複数の磁性体層１１ａを含むため、コア基材１０の表裏を磁気的に遮蔽することができる。したがって、コア基材１０が、電気回路間のノイズ伝播を抑制する磁気シールド機能も内蔵するため、別途磁気シールド部品を用意する必要が無く、電子機器のより一層の低背化、小型化を可能とする。
特に、プリント配線基板１のように、コア基材１０が、その主面全面に渡って配置される磁性体層１１ａを含むことが好ましく、これにより、第１面１０ａ側と第２面１０ｂ側とを全面的に磁気的に遮蔽することができる。なお、この場合、磁性体層１１ａは、コア基材１０の主面全面に渡って実質的に配置されればよく、後述のコイルビア部や配線ビア部によって一部に貫通孔を有していても良い。また、すべての磁性体層１１ａが、コア基材１０の主面全面に渡って配置される必要はなく、少なくとも１つの磁性体層１１ａが、コア基材１０の主面全面に渡って配置されればよい。
コア基材１０の内側には、コイル１２に接続されない内部基板配線１５と、コイル１２に接続されるコイル引出配線１６とが設けられている。このように、内蔵されたコイル１２以外の電気素子同士を接続する内部基板配線１５を内蔵し、また、コイル１２に接続されるコイル引出配線１６を内蔵することで、電子機器をより薄型化、小型化することができる。
内部基板配線１５は、第１面１０ａまたは第２面１０ｂに沿って線状に延伸する複数の配線パターン部１５ａと、第１方向Ｄ１に沿って複数の配線パターン部１５ａ間のコア基材１０を貫通する配線ビア部１５ｂとを有する。このように、内部基板配線１５を、薄型化、小型化可能が可能なプリント配線とできる。
内部基板配線１５は、第１面１０ａから第２面１０ｂにかけて、第１方向Ｄ１に沿って導通する部分を有する。このように、内部基板配線１５が、第１方向Ｄ１に沿って、直線状に導通する経路を有するため、内部基板配線１５を低抵抗化できる。
内部基板配線１５の第１面１０ａ側の上端部は、第１外部回路層２０Ａに電気的に接続され、内部基板配線１５の第２面１０ｂ側の下端部は、第２外部回路層２０Ｂに電気的に接続される。したがって、第１、第２外部回路層２０Ａ，２０Ｂの一方の外部回路層を接地すると、複数の内部基板配線１５を磁気シールドとして用いることができる。また、第１、第２外部回路層２０Ａ，２０Ｂの一方の外部回路層を放熱板として用いると、第１、第２外部回路層２０Ａ，２０Ｂの他方の外部回路層で発生する熱を複数の内部基板配線１５を伝達させて一方の外部回路層から放熱することができる。
コイル引出配線１６は、コイルパターン部１２ａから、第１方向Ｄ１に沿って延伸し、第１面１０ａまたは第２面１０ｂに露出する。コイル引出配線１６およびコイルパターン部１２ａは、コイルビア部１７を介して、接続されている。このように、コイル引出配線１６を第１方向Ｄ１に沿って延伸することでコイル引出配線１６の長さを短くでき抵抗を低減できる。
第１外部回路層２０Ａは、外部絶縁層２３と第１外部基板配線２５と第２外部基板配線２６と保護層２８とを含む。
外部絶縁層２３は、コア基材１０の第１面１０ａまたは第２面１０ｂに積層される。これにより、第１外部回路層２０Ａからコア基材１０への電気的漏洩を防止できる。外部絶縁層２３には、内部基板配線１５やコイル引出配線１６に重なる所定の位置に、ビアホールが設けられている。
第１外部基板配線２５は、コイル１２に接続されない外部基板配線である。つまり、第１外部基板配線２５は、外部絶縁層２３の内部基板配線１５に重なるビアホールに設けられたコイルビア部２７を介して、内部基板配線１５に接続される。このように、内蔵されたコイル１２以外の電気素子同士を接続する配線２５を内蔵することで、電子機器をより薄型化、小型化することができる。
第２外部基板配線２６は、コイル１２に接続される外部基板配線である。つまり、第２外部基板配線２６は、外部絶縁層２３のコイル引出配線１６に重なるビアホールに設けられたコイルビア部２７を介して、コイル引出配線１６に接続される。
保護層２８は、第１、第２外部基板配線２５，２６の所定の一部が露出するように、第１、第２外部基板配線２５，２６を覆う。第１、第２外部基板配線２５，２６の露出部分は、接続ランド２５ａ，２６ａとして構成される。
第２外部回路層２０Ｂは、第１外部回路層２０Ａと同様に、外部絶縁層２３と第１外部基板配線２５と第２外部基板配線２６とを含む。ただし、第２外部回路層２０Ｂは、保護層２８を含まない。外部絶縁層２３、第１、第２外部基板配線２５，２６の構成は、上述で説明しているので、その説明を省略する。
コイル１２の第１端は、第１、第２外部回路層２０Ａ，２０Ｂのそれぞれの第２外部基板配線２６に電気的に接続され、コイル１２の第２端は、第１回路層２０Ａの第２外部基板配線２６に電気的に接続されている。これにより、第１、第２外部回路層２０Ａ，２０Ｂの一部は、コイル１２に導通される。
前記プリント配線基板１によれば、コア基材１０にインダクタ機能が内蔵される。したがって、プリント配線基板１では、インダクタ部品を実装または内蔵する必要がなくなり、従来のようにインダクタ部品に規定される範囲を超えて、薄型化を実現できる。また、コア基材１０が磁性材料を含むことで所望のインダクタンスをより薄く小さいコイル１２で得られ、コア基材１０がシート状であってもコイル１２を内蔵することが可能となる。そして、インダクタ機能を有するコア基材１０に直接外部回路層２０Ａ，２０Ｂを設けるため、コア基材１０は従来の実装基板の役割も同時に果たすことができることとなる。この結果、従来のように、実装基板のコア基材１０とインダクタ部品のコアとを別に用意する必要がなくなり、電子機器の厚みを薄くできる。例えば、プリント配線基板１のサイズとして、一辺が５ｍｍの正方形であり、厚みが３００〜４００μｍとできる。
なお、プリント配線基板１で実現可能な範囲としては、例えば、コイルパターン部の厚みを４５μｍ、コイルパターン部上下の磁性層の厚みを各１５μｍとすることで、コア基材として７５μｍを実現できることが確認できている。この場合、外部回路層を例えば２０μｍ程度の厚みとして、第１面、第２面のいずれかのみに形成すると、総厚み１００μｍ以下のインダクタ機能が内蔵されたプリント配線基板を構成することができ、従来技術に対して、圧倒的に薄型化を実現することができる。
つまり、コイル１２は、コア基材１０と一体に形成されており、コイル引出配線１６およびコイルビア部１７を介して、第１、第２外部回路層２０Ａ，２０Ｂに接続されており、薄型のプリント配線基板１を実現できる。
また、第１、第２外部回路層２０Ａ，２０Ｂは、外部絶縁層や外部基板配線を含み、インダクタ部品の外部電極のみからなる構成とは異なる。つまり、プリント配線基板１は、インダクタ部品のみからなる構成とは異なる。
図３は、スイッチングレギュレータを示す平面図である。図３に示すように、スイッチングレギュレータ５は、プリント配線基板１と、プリント配線基板１に配置されたＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）６および第１、第２コンデンサ７Ａ，７Ｂとを有する。
ＩＣ６および第１、第２コンデンサ７Ａ，７Ｂは、プリント配線基板１の第１外部回路層２０Ａ上に配置され、第１外部回路層２０Ａに電気的に接続される。つまり、ＩＣ６および第１、第２コンデンサ７Ａ，７Ｂは、第１外部回路層２０Ａの第１、第２外部基板配線２５，２６の接続ランド２５ａ，２６ａに、はんだを介して接続される。
ＩＣ６は、スイッチング素子６ａを含む。スイッチング素子６ａは、コイル１２に電気的に接続され、例えば、入力電圧とグランド電圧との２値を有する矩形波であるパルス信号をコイル１２に入力する。
第１コンデンサ７Ａは、コイル１２に電気的に接続され、例えば、平滑回路として作用する。第２コンデンサ７Ｂは、コイル１２に接続されない第１外部基板配線２５に接続される。
したがって、スイッチングレギュレータ５は、上述のプリント配線基板１を有するので、薄型化を図ることができる。また、プリント配線基板１のコイル１２は、コア基材１０内で閉磁路を構成しているため、コイル１２の磁束が外部回路層２０Ａ，２０Ｂや、プリント配線基板１上のＩＣ６および第１、第２コンデンサ７Ａ，７Ｂに対する電気的、磁気的ノイズの伝播を抑制できる。
特に、ＩＶＲにおいて、プリント配線基板１の薄型化により、スイッチングレギュレータ回路内のＬＣリップルフィルターを負荷近傍に配置させることができ、配線抵抗を低減することができる。さらに、コンデンサに対し比較的サイズの大きいインダクタを内蔵させることができる。
（材料）
コア基材は、金属磁性フィラーおよび樹脂のコンポジット材料からなる。金属磁性フィラーは、例えば、ＦｅまたはＦｅ系合金（ＦｅＳｉ、ＦｅＣｏ、ＦｅＡｌ系の合金など）であり、樹脂は、例えば、エポキシ等の樹脂材料である。したがって、コア基材は、金属磁性フィラーおよび樹脂のコンポジット材料からなるので、適切なインダクタンスを安価に確保できる。
特に、プリント配線基板をＩＶＲに利用されるスイッチングレギュレータに用いる場合、コイルの直流重畳特性が重要視されることから、コア基材には、磁気飽和特性のよい、ＦｅまたはＦｅＳｉＣｒ等の鉄系合金を金属磁性フィラーとして用いるのが望ましい。
金属磁性フィラーの粒径は、スイッチングレギュレータのスイッチング周波数に応じて、１μｍから１００μｍ程度の平均粒径である。また、金属磁性フィラーの含有率を上げるために、異なる複数の平均粒径を有する金属磁性フィラーを混合させてもよい。
また、コア基材の飽和特性を向上するため、または、コア基材の絶縁性を向上するため、金属磁性フィラーの一部を、例えば、ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３などの非磁性フィラーに変更してもよい。
コイルは、Ｃｕを含む材料からなり、導電性に優れたものとなる。なお、コイルを、ＡｇまたはＡｕを含む材料から構成してもよい。また、内部基板配線、コイル引出配線、外部基板配線およびコイルビア部は、コイルと同様に、Ｃｕ、ＡｇまたはＡｕを含む材料から構成される。
外部絶縁層が、ガラスクロスを含む場合は、プリント配線基板の強度を向上でき、また反りの抑制もできる。例えば、外部絶縁層として、ガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させたものが使用される。また、外部絶縁層として、エポキシ等の樹脂に非磁性フィラーを分散させたものを使用してもよく、特に、コア基材にＦｅ系の金属フィラーを分散させた場合、コア基材の表面の絶縁性を確保できる。なお、外部絶縁層が、炭素繊維を含む場合は、プリント配線基板の放熱性を向上することができる。
保護層は、ソルダーレジストであり、プリント配線基板のはんだ付けしない部分に塗布され、はんだブリッジによる短絡を防止できる。
（製造方法）
次に、プリント配線基板１の製造方法について説明する。
図４Ａに示すように、ダミーコア基板６１を準備する。ダミーコア基板６１の両面には基板銅箔６１ａを有する。本実施形態では、ダミーコア基板６１はガラスエポキシ基板である。
そして、基板銅箔６１ａの面上に銅箔６２を接着する。銅箔６２は基板銅箔６１ａの円滑面に接着される。このため、銅箔６２と基板銅箔６１ａの接着力を弱くすることでき、後工程において、ダミーコア基板６１を銅箔６２から容易に剥がすことができる。好ましくはダミーコア基板６１と銅箔６２を接着する接着剤は、低粘着剤とする。また、ダミーコア基板６１と銅箔６２の接着力を弱くするために、ダミーコア基板６１と銅箔６２の接着面を光沢面とすることが望ましい。
以降のプロセスは、ダミーコア基板６１の両面に対して実施可能であるが、説明を簡便にするため、上面にのみ実施した例で説明する。
図４Ｂに示すように、銅箔６２上にラミネータ等を用いて感光性レジスト層６３を形成したのち、直接、描画装置やマスクアライナー等で感光する。その後、スプレー現像機などで現像処理し、感光性レジスト層６３をパターニングして、感光性レジスト層６３に開口部６３ａを形成する。
そして、開口部６３ａに導体層６４を電解メッキ等で形成する。この際、銅箔６２を電解メッキの給電層として活用し、Ｎｉメッキを施したのちＣｕメッキを実施して、導体層６４を形成するのが望ましい。これは、後工程の銅箔６２の除去において、Ｎｉメッキをエッチングバリアとして作用させるためである。
図４Ｃに示すように、感光性レジスト層６３を、有機剥離液を用いて除去する。図４Ｄに示すように、エポキシ等の樹脂内に磁性を有するフィラー（金属磁性フィラー）を分散させた半硬化のフィルム材料を、真空ラミネータ等を用いて積層したのち、オーブン等をもちいて硬化することで磁性体層６５を得る。
図４Ｅに示すように、磁性体層６５にレーザ加工などによりビアホール６５ａを設ける。ビアホール６５ａは導体層６４上に位置する。図４Ｆに示すように、磁性体層６５の表面およびビアホール６５ａ内に無電解メッキ加工などにより給電層６６を形成する。
図４Ｇに示すように、給電層６６上に感光性レジスト層６３を形成し、感光性レジスト層６３をパターニングして開口部６３ａを形成する。そして、開口部６３ａに導体層６７を電解メッキ等で形成する。図４Ｈに示すように、感光性レジスト層６３を剥離し、給電層６６をエッチングすることで導体層６８を得る。本実施例において、導体層６８で形成される一部の配線をスパイラル形状に旋回させることでコイルパターン部１２ａとする。
図４Ｉに示すように、図４Ｄ〜図４Ｈの製法を繰り返すことで、磁性体層７１と導体層７２を順に得る。その後、エポキシ等の樹脂内に磁性を有するフィラー（金属磁性フィラー）を分散させた半硬化のフィルム材料を、真空ラミネータ等を用いて積層したのち、オーブン等をもちいて硬化することで磁性体層７３を得る。
図４Ｊに示すように、ダミーコア基板６１を銅箔６２との界面で引き剥がし除去する。図４Ｋに示すように、銅箔６２をエッチングにより除去する。この際、導体層６４のＮｉメッキがエッチングのストッパーとして作用することで、導体層６４のＣｕメッキへのダメージを防止する。図４Ｌに示すように、上下面をバックグラインダーやバフロール等で研削、研磨加工して、所望のコア基材１０を得る。
続いて、コア基材１０に外部回路層を形成し、プリント配線基板とする製法を示す。図４Ｍに示すように、コア基材１０の表裏面（第１面１０ａ、第２面１０ｂ）に絶縁層７４を真空ラミネータ等を用いて構成する。絶縁層７４には、エポキシ樹脂と無機絶縁フィラーからなるビルドアップシートを用いてもよいし、ガラスクロス入りプリプレグや、炭素繊維入りプリプレグを用いても良い。また、コア基材１０に充分な絶縁性が確保できている場合は、本工程ならびに次のビアホールの形成工程を割愛してもよい。
図４Ｎに示すように、絶縁層７４にレーザ加工等によりビアホール７４ａを形成する。ビアホール７４ａは、外部回路層に電気的に接続される所定の導体層６４，７２に重なるように、設けられる。
図４Ｏに示すように、絶縁層７４にＳＡＰ法やサブトラクト法により配線層７５を形成する。図４Ｐに示すように、コア基材１０の第１面１０ａにおいて、配線層７５の一部が露出するように保護層７６を設ける。配線層７５の露出部分は、接続ランドとして構成される。このようにして、コア基材１０の第１面１０ａに第１外部回路層２０Ａを形成し、コア基材１０の第２面１０ｂに第２外部回路層２０Ｂを形成する。
そして、図１に示すように、プリント配線基板１を製造する。本実施例では説明を簡便化するため、外部回路層を１層の場合についてのみ記載したが、本製法をくりかえすことで外部回路層を多層化してもよい。
（第２実施形態）
図５は、プリント配線基板の第２実施形態を示す断面図である。第２実施形態は、第１実施形態とは、コイルの構成のみが相違する。この相違する構成のみを以下に説明する。なお、第２実施形態において、第１実施形態と同一の符号は、第１実施形態と同じ構成であるため、その説明を省略する。
図５に示すように、第２実施形態のプリント配線基板１Ａにおいて、コイル１２Ａは、２層のコイルパターン部１２ａと２層のコイルパターン部１２ａを接続するコイルビア部１７とを有する。２層のコイルパターン部１２ａは、それぞれ、第１面１０ａまたは第２面１０ｂに沿って線状に延伸する。コイルビア部１７は、第１方向Ｄ１に沿って２層のコイルパターン部１２ａ間のコア基材１０を貫通する。各層のコイルパターン部１２ａの形状は、平面状のスパイラル形状である。コア基材１０Ａは、コイル１２Ａの磁束が矢印Ｂに示すように周回する閉磁路を有する。
前記第２実施形態では、前記第１実施形態の効果に加えて、コイル１２Ａを、薄型化、小型化が可能な積層インダクタとして構成することができる。なお、コイルは、３層以上のコイルパターン部から構成されてもよい。
（第３実施形態）
図６は、プリント配線基板の第３実施形態を示す断面図である。第３実施形態は、第１実施形態とは、コイルの構成のみが相違する。この相違する構成のみを以下に説明する。なお、第３実施形態において、第１実施形態と同一の符号は、第１実施形態と同じ構成であるため、その説明を省略する。
図６に示すように、第３実施形態のプリント配線基板１Ｂにおいて、コイル１２Ｂの形状は、ヘリカル形状である。コイル１２Ｂの軸は、第１方向Ｄ１に直交する方向に一致する。「ヘリカル形状」とは、実質的に同一の直径を保ちながら、軸方向に進行する螺旋（３次元螺旋）である。具体的に述べると、コイル１２Ｂは、３層のコイルパターン部１２ａから構成されている。３層のコイルパターン部１２ａは、第１方向Ｄ１に沿って、積層されている。３層のコイルパターン部１２ａは、コイルビア部１７を介して、接続されている。コア基材１０Ｂは、コイル１２Ｂの磁束が矢印Ｂに示すように周回する閉磁路を有する。
前記第３実施形態では、前記第１実施形態の効果に加えて、コイル１２Ｂを、薄型化、小型化が可能な積層インダクタとして構成することができる。なお、コイルは、４層以上のコイルパターン部から構成されてもよい。
（第４実施形態）
図７は、プリント配線基板の第４実施形態を示す断面図である。第４実施形態は、第１実施形態とは、コイルの構成のみが相違する。この相違する構成のみを以下に説明する。なお、第４実施形態において、第１実施形態と同一の符号は、第１実施形態と同じ構成であるため、その説明を省略する。
図７に示すように、第４実施形態のプリント配線基板１Ｃにおいて、コイル１２Ｃの形状は、直線形状である。コイル１２Ｃは、第１方向Ｄ１に直交する方向に延在している。具体的に述べると、コイル１２Ｃは、１層のコイルパターン部１２ａから構成されている。コア基材１０Ｃは、コイル１２Ｃの磁束が矢印Ｂに示すように周回する閉磁路を有する。また、コイル１２Ｃが直線形状であっても、磁性体層１１ａを有するコア基材１０Ｃの内部に形成されることで、比較的大きなインダクタンスを確保することができる。
前記第４実施形態では、前記第１実施形態の効果に加えて、コイル１２Ｃを、薄型化、小型化が可能な積層インダクタとして構成することができる。
（第５実施形態）
図８は、プリント配線基板の第５実施形態を示す断面図である。第５実施形態は、第２実施形態とは、コイルの構成のみが相違する。この相違する構成のみを以下に説明する。なお、第５実施形態において、第２実施形態と同一の符号は、第２実施形態と同じ構成であるため、その説明を省略する。
図８に示すように、第５実施形態のプリント配線基板１Ｄにおいて、コイル１２Ｄは、導電性を有するコイルパターン部１２ａ（導電部）と、コイルパターン部１２ａを包む絶縁膜１８を含む。このように、コイル１２Ｄでは、コイルパターン部１２ａが絶縁膜１８に包まれているので、コイル１２Ｄから磁性体層１１ａを含むコア基材１０Ｄへの電気的漏洩を防止できる。さらに、プリント配線基板１Ｄでは、コイルパターン部１２ａと同一層の内部基板配線１５（配線パターン部１５ａ）も絶縁膜１８で包まれている。これにより、内部基板配線１５から磁性体層１１ａを含むコア基材１０Ｄへの電気的漏洩を防止できる。
絶縁膜１８は、例えば、絶縁非磁性フィラーおよび樹脂のコンポジット材料からなる。絶縁非磁性フィラーは、例えば、シリカフィラーであり、樹脂は、例えば、エポキシ等の樹脂材料である。これにより、絶縁性を安価に確保できる。
前記第５実施形態では、前記第２実施形態と同様に、コア基材１０Ｄに直接に外部回路層２０Ａ，２０Ｂを設けているため、従来の実装基板が不要となり、プリント配線基板１Ｄの厚みを薄くできる。なお、コイルは、１層または３層以上のコイルパターン部から構成されてもよく、このとき、コイルパターン部は、絶縁膜に覆われる。
次に、プリント配線基板１Ｄの製造方法について説明する。
図９Ａに示すように、ダミーコア基板６１を準備する。ダミーコア基板６１の両面には基板銅箔６１ａを有する。本実施形態では、ダミーコア基板６１はガラスエポキシ基板である。
そして、基板銅箔６１ａの面上に銅箔６２を接着する。銅箔６２は基板銅箔６１ａの円滑面に接着される。このため、銅箔６２と基板銅箔６１ａの接着力を弱くすることでき、後工程において、ダミーコア基板６１を銅箔６２から容易に剥がすことができる。好ましくはダミーコア基板６１と銅箔６２を接着する接着剤は、低粘着剤とする。また、ダミーコア基板６１と銅箔６２の接着力を弱くするために、ダミーコア基板６１と銅箔６２の接着面を光沢面とすることが望ましい。
以降のプロセスは、ダミーコア基板６１の両面に対して実施可能であるが、説明を簡便にするため、上面にのみ実施した例で説明する。
図９Ｂに示すように、銅箔６２上にラミネータ等を用いて、絶縁シートをラミネート後に硬化させて、絶縁膜となる絶縁層８１を形成する。図９Ｃに示すように、絶縁層８１にレーザ加工などにより開口部８１ａを設ける。
図９Ｄに示すように、全面に無電解銅を形成したのち、コイルや内部基板配線となる導体層８２を、フォトリソプロセスによりパターニングし、電解メッキ等により形成する。図９Ｅに示すように、パターン上に図９Ｂと同様に絶縁層８３を形成し、コイルや内部基板配線との接続ビア８３ａおよび磁路用の開口部８３ｂを設ける。
図９Ｆに示すように、パターン上に図９Ｃと同様に導体層８４を形成する。図９Ｇに示すように、パターン上に図９Ｂと同様に絶縁層８５を形成したのち、磁路となる部位の絶縁層８５をレーザ等にて除去する。
図９Ｈに示すように、ダミーコア基板６１を銅箔６２との界面で引き剥がし除去する。図９Ｉに示すように、銅箔６２をエッチングにより除去する。この際、磁路となる部位の導体層８２，８４も同時に除去する。
図９Ｊに示すように、両面から磁性シートをプレスし、磁性体層８６を形成する。図９Ｋに示すように、上下面をバックグラインダーやバフロール等で研削、研磨加工し、所望のコア基材１０Ｄを得る。
その後、図４Ｍから図４Ｐと同様に外部回路層２０Ａ，２０Ｂを形成して、図８に示すプリント配線基板１Ｄを製造する。
なお、本開示は上述の実施形態に限定されず、本開示の要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。例えば、第１から第５実施形態のそれぞれの特徴点を様々に組み合わせてもよい。
前記実施形態では、コア基材の第１面および第２面の両面に外部回路層を設けているが、コア基材の第１面および第２面の少なくとも一方の面に外部回路層を設けてもよい。
前記実施形態では、外部回路層は外部基板配線が形成された層を１層のみ含むが、外部回路層は外部基板配線が形成された層を多層含むようにしてもよく、必要な回路構成に応じて外部回路層の厚みを変えてもよい。
前記実施形態では、コイルの両端を外部回路層に電気的に接続しているが、コイルの少なくとも一端を外部回路層の一部に電気的に接続してもよい。
前記実施形態では、コイルがコイルパターン部とコイルビア部とで構成される積層インダクタであったが、コイルは銅線や絶縁被膜付銅線（ワイヤ）であってもよい。
前記実施形態では、プリント配線基板をスイッチングレギュレータ用の回路基板として用いているが、その他の回路用の基板として用いてもよい。また、プリント配線基板は、ＩＣパッケージ内で、ＩＣチップをマウントするサブストレートやインターポーザとして用いてもよい。このとき、プリント配線基板を薄型にできるため、ＩＣパッケージを小型にできる。また、プリント配線基板が磁性材料を含むコア基材を含むため、内蔵コイルと他の電気素子間や、コア基材を挟んだ電気素子間における電気的、磁気的ノイズの伝播を抑制し、電気回路の誤作動や磁気損失を低減できる。
１，１Ａ〜１Ｄ プリント配線基板
５ スイッチングレギュレータ
６ ＩＣ
６ａ スイッチング素子
７Ａ 第１コンデンサ
１０，１０Ａ〜１０Ｄ コア基材
１０ａ 第１面
１０ｂ 第２面
１１ａ 磁性体層
１２，１２Ａ〜１２Ｄ コイル
１２ａ コイルパターン部
１５ 内部基板配線
１５ａ 配線パターン部
１５ｂ 配線ビア部
１６ コイル引出配線
１７ コイルビア部
１８ 絶縁膜
２０Ａ 第１外部回路層
２０Ｂ 第２外部回路層
２３ 外部絶縁層
２５ 第１外部基板配線
２５ａ 接続ランド
２６ 第２外部基板配線
２６ａ 接続ランド
２７ コイルビア部
２８ 保護層
Ｄ１ 第１方向

Claims (21)

  1. 磁性材料を含むシート状のコア基材と、
    前記コア基材の内部に設けられたコイルと、
    前記コア基材の互いに対向する第１面および第２面の少なくとも一方の面に設けられた外部回路層と
    を備える、プリント配線基板。
  2. 前記外部回路層は、前記コイルに接続されない外部基板配線を含む、請求項１に記載のプリント配線基板。
  3. 前記コア基材は、前記コイルにより発生する磁束が周回する閉磁路を有する、請求項１または２に記載のプリント配線基板。
  4. 前記コイルの形状は、スパイラル形状である、請求項１から３の何れか一つに記載のプリント配線基板。
  5. 前記コイルの形状は、ヘリカル形状である、請求項１から３の何れか一つに記載のプリント配線基板。
  6. 前記コイルの形状は、直線形状である、請求項１から３の何れか一つに記載のプリント配線基板。
  7. 前記外部回路層は、前記コア基材の前記第１面または前記第２面に積層された外部絶縁層を含む、請求項１から６の何れか一つに記載のプリント配線基板。
  8. 前記外部絶縁層は、ガラスクロスを含む、請求項７に記載のプリント配線基板。
  9. 前記コア基材は、金属磁性フィラーおよび樹脂のコンポジット材料からなる、請求項７または８に記載のプリント配線基板。
  10. 前記コイルは、Ｃｕを含む材料からなる、請求項７から９の何れか一つに記載のプリント配線基板。
  11. 前記コイルは、前記第１面または前記第２面に沿って線状に延伸する複数のコイルパターン部と、前記第１面および前記第２面が対向する第１方向に沿って前記複数のコイルパターン部間の前記コア基材を貫通するコイルビア部と、を有する、請求項１から１０の何れか一つに記載のプリント配線基板。
  12. 前記複数のコイルパターン部から、前記第１方向に沿って延伸し、前記第１面または前記第２面に露出するコイル引出配線をさらに有する、請求項１１のプリント配線基板。
  13. 前記コイルは、導電部と、前記導電部を包む絶縁膜と、を有する、請求項１から１０の何れか一つに記載のプリント配線基板。
  14. 前記絶縁膜は、絶縁非磁性フィラーおよび樹脂のコンポジット材料からなる、請求項１３に記載のプリント配線基板。
  15. 前記コイルは、前記第１面または前記第２面に沿って線状に延伸する複数のコイルパターン部と、前記第１面および前記第２面が対向する第１方向に沿って前記複数のコイルパターン部間の前記コア基材を貫通するコイルビア部と、を有する、請求項１３または１４に記載のプリント配線基板。
  16. 前記コイルの少なくとも一端は、前記外部回路層の一部に電気的に接続されている、請求項１から１５の何れか一つに記載のプリント配線基板。
  17. 前記コア基材の内側に設けられ、前記コイルに接続されない内部基板配線をさらに含む、請求項１から１６の何れか一つに記載のプリント配線基板。
  18. 前記内部基板配線は、前記第１面または前記第２面に沿って線状に延伸する複数の配線パターン部と、前記第１面および前記第２面が対向する第１方向に沿って前記複数の配線パターン部間の前記コア基材を貫通する配線ビア部と、を有する、請求項１７に記載のプリント配線基板。
  19. 前記内部基板配線は、前記第１面から前記第２面にかけて、前記第１方向に沿って導通する部分を有する、請求項１８に記載のプリント配線基板。
  20. 前記外部回路層は、前記コア基材の前記第１面および前記第２面に設けられ、
    前記内部基板配線は、前記第１面に設けられた前記外部回路層と、前記第２面に設けられた前記外部回路層と、を電気的に接続する部分を含む、請求項１９に記載のプリント配線基板。
  21. 請求項１から２０の何れか一つに記載のプリント配線基板と、
    前記プリント配線基板の前記コイルに前記外部回路層を介して電気的に接続されたコンデンサおよびスイッチング素子と
    を備える、スイッチングレギュレータ。
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