JPH09232162A - 多層基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多層基板を形成する場合、表裏面にコイル
パタ−ンが形成された基板とプリプレグとを交互に積層
し、積層方向に加圧するとともに加熱する。この際、溶
けたプリプレグのエポキシ樹脂が基板の間から流出して
コイルパタ−ン間に空隙が生じ、コイルパタ−ン間の電
気的絶縁が不良となるのを防止する。 【解決手段】 コイルパタ−ンの周りに、コイルパタ
−ンを取り囲む囲みパタ−ンを設ける。囲みパタ−ンに
より、溶けたエポキシ樹脂が基板の間から流出するのが
防止される。この結果、コイルパタ−ンの間には、エポ
キシ樹脂が確実に充填される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多層基板に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】電子機器等に使用される多層基板には、
制御回路用の回路パタ−ンや電力回路用の回路パタ−ン
が形成され、これらの回路パタ−ン間には大きな電位差
が生じる場合がある。回路パタ−ン間に大きな電位差が
生じる場合として、スイッチング電源に用いられる多層
基板を例示する。以下、スイッチング電源に用いられる
多層基板を例示として説明する。

【０００３】スイッチング電源では、スイッチングトラ
ンスが使用される。スイッチング周波数が数百キロヘル
ツ程度と高い場合には、スイッチングトランスとしてコ
イルパタ−ンを積層して作った薄く小型のトランスが使
用される。そして、スイッチング周波数が更に高い場合
には、トランスのインダクタンスが小さくて良いため、
トランスを多層基板の中に形成することも行われる。

【０００４】トランスは一次コイルと二次コイルとから
構成され、一次コイルはスイッチング電源の入力側回路
パタ−ンに接続され、二次コイルは出力側回路パタ−ン
に接続される。一般に、スイッチング電源のトランスに
は電源電圧の２〜３倍の電圧がかかるため、トランスの
一次コイルと二次コイルを構成するコイルパタ−ンの間
での電位差は極めて大きなものとなる。

【０００５】このようなスイッチング電源に用いられる
多層基板は、図６に示すように、例えば基板１、２、
３、４と、回路パタ−ン８乃至１５と、基板間を埋める
プリプレグ５、６、７のガラス布基材５ａ、６ａ、７ａ
とエポキシ樹脂１６、１７、１８とから構成される。

【０００６】基板１、２、３、４の表裏面には、コイル
パタ−ンや配線パターンを含む回路パタ−ン８乃至１５
が形成される。また、基板１、２、３、４は、基板間に
はガラス布基材５ａ、６ａ、７ａと、ガラス布基材５
ａ、６ａ、７ａを内包して硬化したエポキシ樹脂１６、
１７、１８とからなる絶縁層を介して積層される。

【０００７】基板１、２、３、４は、例えば厚さ１００
μｍのガラスエポキシ積層板等が使用される。また、回
路パタ−ン８乃至１５は、基板１、２、３、４の表裏面
に積層された、例えば厚さ３５〜７０μｍ位の銅箔をエ
ッチングすることにより形成される。基板１、２、３、
４の表裏面に形成された回路パタ−ンは、必要に応じて
スル−ホ−ルを用いて接続される。コイルパタ−ンはコ
イルのタ−ン数を多くするため、積層された他層のコイ
ルパタ−ンと通常スル−ホ−ルを介して直列接続され
る。なお、コイルのタ−ン数は、トランスの特性に応じ
て定められる。

【０００８】図５を用いて多層基板の製造方法を簡略に
説明する。回路パターン８乃至１５が表裏面に形成され
た基板１、２、３、４と、プリプレグ５、６、７は、交
互に積み重ねられる。プリプレグ５、６、７は、ガラス
布基材５ａ、５ｂ、５ｃにエポキシ樹脂を含浸させ半硬
化状態にした薄いシ−トである。

【０００９】積み重ねられた基板１、２、３、４とプリ
プレグ５、６、７は、積層方向に加圧されるとともに全
体が加熱される。この結果、エポキシ樹脂は一旦溶融し
た後に硬化し、図６のように、基板１、２、３、４は相
互に接着されて多層基板が形成される。また、エポキシ
樹脂は、内層部の回路パタ−ン９乃至１４を包み、かつ
基板１、２、３、４の間を満たして硬化するので、基板
１、２、３、４の間の電気的絶縁が保たれる。

【００１０】一般に、このような多層化を行う工程で
は、真空積層成形プレスと呼ばれる装置が使用される。
この装置は、プレス部分全体を密封して減圧でき、且つ
減圧下で加圧、加熱を行うことができる。

【００１１】この装置を使用して、多層化する基板とプ
リプレグを治具で固定し、プレス部分全体を密封して減
圧し、基板とプリプレグをおよそ１７０〜１８０゜Ｃに
加熱しつつ積層方向に３０〜４０kg／cm² の加圧を行な
う。減圧時の真空度は １３,３３２Ｐa 以下にし、加熱
はおよそ７０〜９０分、加圧はおよそ１５〜２０分行な
われる。

【００１２】プリプレグに含まれたエポキシ樹脂は、加
熱過程の１３０゜Ｃ前後で溶融粘度が最も低くなり、こ
の温度を過ぎると硬化が始まるという特徴を有するた
め、基板を多層化する際に、粘度が低くなったエポキシ
樹脂が基板の間から流れ出てしまい、基板間に部分的な
空隙が生じて層間の絶縁耐圧が低下する欠点があった。
図７に示すように、特にこの空隙１９が、高い電気的絶
縁耐圧が必要なトランスの一次コイル２０と二次コイル
２１のコイルパタ−ン間の絶縁層２２中に生じた場合に
は、コイルパタ−ン間の電気的絶縁耐圧が不良となる虞
れがあった。また、コイルパタ−ンと接続された高電位
の電力回路用回路パタ−ンと低電位の制御回路用回路パ
タ−ン間の電気的絶縁耐圧も低下する欠点があった。

【００１３】このため、基板２３、２４の端面に沿っ
て、基板２３、２４の表裏面に形成された回路パタ−ン
を囲むように、基板２３の裏面および基板２４の表面に
四角枠状の流れ出し防止のパタ−ンを対向して設け、溶
融したエポキシ樹脂が基板２３、２４の間から流れ出な
いようにする等の工夫が種々図られている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、多層基
板の形状が小さい場合には、流れ出し防止のパタ−ンを
設けることによって空隙の発生を防ぐことができたが、
多層基板の形状が大きくなったり、回路パタ−ンの形状
が複雑化した場合には、多層基板を形成する際に基板に
加えられる熱や圧力の伝わりかたが不均一となる。この
ため、溶融したエポキシ樹脂が基板間に均一に確保され
にくくなり、局所的に空隙が発生しやすくなる。このた
め、空隙が、電位差が極めて大きいトランスを構成する
コイルパタ−ン間や、高電位と低電位の回路パタ−ン間
に生じた場合には、多層基板の電気的絶縁耐圧が悪くな
るという問題があった。

【００１５】そこで、本発明は、上述のような従来の欠
点に鑑みなされたもので、その目的は、少なくとも回路
パタ−ンにおける電位差の大きい部分の絶縁が良好な多
層基板を提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の多層基板は、上
述の目的を達成するため次のように構成される。すなわ
ち、第一に、複数の基板を積層して構成し、その層間に
コイルパタ−ンを含む回路パタ−ンを備えた基板におい
て、少なくとも前記コイルパタ−ンの周りに、囲みパタ
−ンを設けるものである。

【００１７】これにより、プリプレグのエポキシ樹脂が
溶融しても、コイルパタ−ンはその周りを囲みパタ−ン
に取り囲まれているので、エポキシ樹脂は囲みパタ−ン
により流れを阻止されて囲みパタ−ンの外には殆ど流出
せず、基板間のコイルパタ−ン部分には空隙が生じな
い。従って、コイルパタ−ン部分の絶縁耐圧は良好に維
持される。

【００１８】第二に、複数の基板を積層して構成し、電
位差が生じる高電位回路パタ−ンと低電位回路パタ−ン
とを含む回路パタ−ンを有する多層基板において、前記
高電位回路パタ−ンの周りに、囲みパタ−ンを設けるも
のである。

【００１９】これにより、プリプレグのエポキシ樹脂が
溶融しても、大きな電位差が生じる回路パタ−ン部はそ
の周りを囲みパタ−ンに取り囲まれているので、エポキ
シ樹脂は囲みパタ−ンにより流れを阻止されて囲みパタ
−ンの外には殆ど流出せず、また、エポキシ樹脂の移動
が阻止され、基板間の大きな電位差が生じる回路パタ−
ン部には空隙が生じない。従って、多層基板において大
きな電位差が生じる回路パタ−ン部の絶縁耐圧は良好に
維持される。

【００２０】第三に、第一の発明また第二の発明におい
て、囲みパタ−ンには接続パタ−ンが接続され、接続パ
タ−ンは囲みパタ−ンによって囲まれた回路パタ−ン部
以外の回路パタ−ンに接続されるものである。

【００２１】接続パタ−ンは、囲みパタ−ンの外側にあ
る所定の回路パタ−ンに接続される。このため、囲みパ
タ−ンは電気的に浮いた状態とならない。また、電子部
品で発生した熱は接続パタ−ンを介して囲みパタ−ンに
伝熱され、さらに多層基板の内部に拡散する。

【００２２】

【発明の実施の形態】

（実施例１）本発明に係る第一の実施例を説明をする。
図１および図２は、多層基板の内部の１枚の基板２５
と、基板２５の表面に形成された回路パタ−ンの一部で
あるコイルパタ−ン２６と、その周辺のみを示してい
る。コイルパタ−ン２６は、渦巻き状に形成され、コイ
ルパタ−ン２６の内側先端部分は図示しないスルーホー
ルで裏面または他層の回路パターンと接続される。ま
た、コイルパタ−ン２６の外側先端部には、引出しパタ
ーン２６ａが連続して設けられる。引出パターンし２６
ａは、必要に応じてスルーホールを用いて他の回路パタ
ーンに接続される。

【００２３】コイルパタ−ン２６の周りには、その回り
を取り囲むように、例えば四角枠状の囲みパタ−ン２７
が形成される。囲みパターン２７は、引出しパターン２
６ａと接続しないように、引出しパターン２６ａの部分
には設けられない。囲みパタ−ン２７は、基板２５の表
裏面に積層された銅箔を用いて、コイルパタ−ン２６と
同時にエッチング形成される。なお、囲みパタ−ン２７
の高さは、回路パタ−ンと同じ高さに形成される。囲み
パタ−ン２７の幅は、エポキシ樹脂の流出や移動を防止
できる程度に細く形成され、囲みパターン２７とコイル
パターン２６との間には一定の空間Ｓが設けられる。な
お、空間Ｓは、多層基板を製造する際にエポキシ樹脂で
満たされる。

【００２４】基板２５は、例えば厚さ１００μｍのガラ
スエポキシ積層板等で形成され、回路パタ−ン、囲みパ
タ−ン、引出しパタ−ンは、厚さ３５〜７０μｍ位の銅
箔で形成される。

【００２５】次に、多層基板の製造方法について簡単に
説明する。回路パタ−ンが形成された基板とプリプレグ
とが交互に積み重ねられ、積層方向に加圧するとともに
全体が加熱される。この結果、エポキシ樹脂は一旦溶融
した後に硬化し、基板は相互に接着されて多層基板が形
成される。多層基板は、およそ６〜１０層の基板が積層
され、厚さは１．５〜２．０ｍｍ位に形成される。

【００２６】多層基板の加熱硬化時には、プリプレグに
含まれたエポキシ樹脂が溶融して流動性を持つが、コイ
ルパタ−ン２６の周囲には囲みパタ−ン２７が形成され
ているので、コイルパタ−ン２６部分のエポキシ樹脂は
囲みパタ−ン２７により流れを阻止されて囲みパタ−ン
２７の外には殆ど流れ出ない。

【００２７】従って、エポキシ樹脂の流出や移動による
空隙が生じないため、コイルパタ−ン部分の電気的絶縁
耐圧の不良は発生しない。

【００２８】尚、本発明に係る多層基板は、上記の実施
の形態に限定するものではなく、例えば、囲みパタ−ン
の形状をコイルパタ−ンに合わせて円形にするとか、囲
みパタ−ンの厚みをコイルパタ−ンの厚みよりも厚くす
る等種々に変形することができる。

【００２９】なお、上述した実施例では、対向して形成
されたコイルパタ−ン間の電気的絶縁性について説明し
たが、基板の表裏面に隣接して形成された高電位と低電
位の回路パタ−ン間についても同様に、電気的絶縁性を
確保することができる。このため、従来は電気的絶縁性
を確実に確保するために、高電位の回路パタ−ンは低電
位の回路パタ−ンから離して配置形成することがあった
が、回路パタ−ンを離して配置する必要がなくなり、多
層基板を小形化することができる。

【００３０】（実施例２）本発明に係る第二の実施例を
説明する。第二の実施例の特徴は、囲みパタ−ン２８が
コイルパタ−ン２６以外の他の回路パタ−ン２９に接続
されていることである。これ以外は実施例１と同じなた
め、説明は簡略化する。

【００３１】コイルパタ−ン２６は、渦巻き状に形成さ
れ、コイルパタ−ン２６の内側先端部分は図示しないス
ルーホールで裏面または他層の回路パターンと接続され
る。また、コイルパタ−ン２６の外側先端部には、引出
しパターン２６ａが連続して設けられ、引出しパターン
２６ａは、必要に応じてスルーホールを用いて他の回路
パターンに接続される。

【００３２】コイルパタ−ン２６の周りには、その回り
を取り囲むように囲みパタ−ン２８が形成される。囲み
パターン２８は、引出しパターン２６ａと接続しないよ
うに、引出しパターン２６ａの部分には設けられない。
また、囲みパタ−ン２８には連続して接続パタ−ン２８
ａが設けられ、接続パタ−ン２８ａは同層のコイルパタ
−ン２６以外の他の回路パタ−ン２９に接続される。こ
の結果、囲みパターン２８は電気的に浮いた状態とはな
らずに、接続された回路パタ−ン２９に応じた所定の電
位に保たれる。

【００３３】また、接続パタ−ン２８ａは、接続パタ−
ン２８ａの近傍に実装された電子部品から発生する熱を
囲みパタ−ン２８に伝熱する。伝熱された熱は、囲みパ
タ−ン２８を介して多層基板中に拡散する。このため、
多層基板において、電子部品で発生した熱が局所的に蓄
積されることがなく、電子回路の誤動作や、電子部品の
寿命低下等を防ぐことができる。

【００３４】なお、囲みパタ−ン２８を形成する代わり
に、コイルパタ−ン２６の周縁に同様の効果を有するパ
タ−ンを配置形成しても良い。図４を用いて、第三の実
施例を説明する。

【００３５】一般的にコイルパタ−ン２６の周縁には、
図４（ａ）のように、例えばランド３０、３１、３２や
配線パタ−ン３３が設計配置される。この場合、ランド
３０、３１、３２と配線パタ−ン３３は、図４（ｂ）の
ように、その形状が拡大や変形され、コイルパタ−ン２
６の周縁を囲むランド３０ａ、３１ａ、３２ａと配線パ
タ−ン３３ａに形成され、さらにコイルパタ−ン２６の
周縁に隣接するように配置形成される。この結果、コイ
ルパタ−ン２６は、囲みパタ−ン２８を設けたと同様
に、ランド３０ａ、３１ａ、３２ａと配線パタ−ン３３
ａとによって囲まれる。従って、コイルパタ−ン２６部
分の溶融したエポキシ樹脂は、コイルパタ−ン２６の外
に流れ出にくくなり、囲みパタ−ン２８を設けたと同様
の効果が得られる。

【００３６】

【発明の効果】上述のように、本発明の多層基板では、
電位差の大きい回路パタ−ンの周りを囲むように囲みパ
タ−ンを設けたので、少なくとも電位差の大きい回路パ
タ−ン部には空隙ができず、電気的絶縁性を確保するこ
とができる。このため、多層基板の電気的耐圧を良好に
維持することが出来るので、多層基板の電気的信頼性が
向上し、また、製品の歩留まりも高まる。また、電気的
絶縁耐圧の高いトランス、インダクタ、モ−タ−のコイ
ル、ＰＣカ−ド内蔵用のコイル等を構成することが出来
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第一の多層基板を説明するための
例示であるスイッチング電源の多層基板を構成するコイ
ルパタ−ン部分を示す平面図である。

【図２】図１の線Ｘ−Ｘに於ける概略断面図である。

【図３】本発明に係る第二の多層基板を説明するための
例示であるスイッチング電源の多層基板を構成するコイ
ルパタ−ン部分を示す平面図である。

【図４】図４（ａ）は、本発明に係る第三の多層基板を
説明するための例示であるスイッチング電源の多層基板
を構成するコイルパタ−ン部分を示す平面図であり、図
４（ｂ）は従来例である。

【図５】従来に係る多層基板を説明するための例示であ
るスイッチング電源の多層基板の製造方法を示す概略断
面図である。

【図６】従来に係る多層基板を説明するための例示であ
るスイッチング電源の多層基板の概略断面図である。

【図７】従来に係る多層基板を説明するための例示であ
るスイッチング電源の多層基板のコイルパタ−ン部分に
空隙が生じた場合を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１、２、３、４、２３、２４、２５ 基板 ５、６、７ プリプレグ ５ａ、６ａ、７ａ ガラス布基材 ８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５ 回路パ
タ−ン １６、１７、１８ エポキシ樹脂 １９ 空隙 ２０ 一次コイル ２１ 二次コイル ２２ 絶縁層 ２６ コイルパタ−ン ２６ａ 引出しパターン ２７、２８ 囲みパタ−ン ２８ａ 接続パタ−ン ３０、３１、３２、３０ａ、３１ａ、３２ａ ランド ３３、３３ａ 配線パタ−ン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西山 隆芳 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の基板を積層して構成し、その層間
   にコイルパタ−ンを含む回路パタ−ンを備えた基板にお
   いて、少なくとも前記コイルパタ−ンの周りに、囲みパ
   タ−ンを設けることを特徴とする多層基板。
2. 【請求項２】 複数の基板を積層して構成し、電位差が
   生じる高電位回路パタ−ンと低電位回路パタ−ンとを含
   む回路パタ−ンを有する多層基板において、前記高電位
   回路パタ−ンの周りに、囲みパタ−ンを設けることを特
   徴とする多層基板。
3. 【請求項３】 囲みパタ−ンには接続パタ−ンが接続さ
   れ、接続パタ−ンは囲みパタ−ンによって囲まれた回路
   パタ−ン部以外の回路パタ−ンに接続されることを特徴
   とする請求項１または請求項２記載の多層基板。