(57)【要約】【課題】この発明は、多層構造の製造に関し、特に三次元構造の製造と、その電子部品基板および変成器と誘導器用巻線としての使用に関する。【解決手段】互いに分離する導体層を、導体・絶縁体・導体の積層板の互いに連なる区域における反対の側面に互いに連ね、折り重ねた後に導体層を相互接続する個所から、絶縁体を除去し、導体・絶縁体・導体の積層板を折り重ねて、多層構造を製造することにより、広範囲の三次元多層構造を製造することができ、その際全体積に対する巻線が占める体積を最大化できる。これに代わって、この方法を用いて、部品を内部に埋め込んだ多層構造を製造することもできる。この方法により、柔軟な形で層間を接続することもできる。その他にも論点はあるが、この方法を容易に大量生産用に自動化することができる。
2005506713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁材料の柔軟なシートを有する多層回路であって、このシートは、二つの側面を持ち、その際これらの二つの側面の両方には、電気回路の区域が配備されており、その際この柔軟なシートは、この柔軟なシートを連続したセグメントに分割する折り目に沿って折り重ねられて、互いに上下に重なった導体層と絶縁体層を有する多層構造を形成する多層回路において、
互いに絶縁しなければならな少なくとも二つの連続した電気回路の区域は、この柔軟なシートの異なる側面に配置されることを特徴とする多層回路。
【請求項２】
前記の互いに絶縁しなければならない連続した電気回路の区域は、前記の柔軟なシートの単一の層によって絶縁されること、ならびにこの多層回路は、導体か、電気変成器か、電気フィルターを形成するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の多層回路。
【請求項３】
前記の互いに絶縁しなければならない連続した電気回路の区域は、前記の柔軟なシートの隣接するセグメントにあり、柔軟なシートを折り重ねた時にはシートの反対側にあることを特徴とする請求項２に記載の多層回路。
【請求項４】
前記の互いに絶縁しなければならない連続した電気回路の区域は、前記の柔軟なシートの隣接するセグメントにあり、柔軟なシートを折り重ねた時にはシートの同じ側にあることを特徴とする請求項２に記載の多層回路。
【請求項５】
さらに、前記の導体層間における電気接続手段を有し、かつ、さらに、前記の柔軟なシート内に、この電気接続手段に対応する開口部を有する請求項２に記載の多層回路。
【請求項６】
前記の電気接続手段は、リベットか、半田接合か、半田層であることを特徴とする請求項５に記載の多層回路。
【請求項７】
前記の導体層は、折り重ねを案内するために、前記の折り目に対応した切れ目を有することを特徴とする請求項２に記載の多層回路。
【請求項８】
前記の多層構造内に、磁気部品および／または電気部品および／または電子部品を有することを特徴とする請求項２に記載の多層回路。
【請求項９】
多層回路の製造方法であって、
中間に絶縁体の柔軟なシートを有し、互いに絶縁しなければならな連続した電気回路の区域を、この柔軟なシートの異なる側面に配置する形で、この柔軟なシートの両側面に回路セグメントを保持する導体・絶縁体・導体の積層板を得る措置と、
この柔軟なシートを連続したセグメントに分割する折り目に沿って、この積層板を折り重ねて、互いに上下に重なった導体層と絶縁体層を有する多層構造を形成する措置とを有する製造方法。
【請求項１０】
前記の導体・絶縁体・導体の積層板を得る措置が、さらにこの導体・絶縁体・導体の積層板から導体領域を選択的に取り除く措置を有することを特徴とする請求項９に記載の製造方法。
【請求項１１】
前記の導体・絶縁体・導体の積層板を得る措置が、さらに、
導電材料のシートを予め規定したパターンに切り抜く措置と、
この予め規定したパターンの導電材料を柔軟な絶縁体のシートに被せる措置と、
前記の電気回路の区域を結合しなければならない個所に対応して、この柔軟なシートに空孔を作る措置と、
これらの空孔内に、この電気回路の区域を結合するための電気接続手段を配備する措置とを有する請求項９に記載の製造方法。
【請求項１２】
前記の多層回路の幾つかが、前記の積層板から同時に形成される請求項９に記載の製造方法。
【請求項１３】
前記の積層板が、異なる処理に渡って連続的な条片として案内される請求項９に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、多層構造の製造、特に三次元構造の製造と、その電子部品基板および変成器と誘導器用巻線としての使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリント回路基板は、電子工学では、しばしば基板として、ならびに部品間の電気接続を形成することを目的として用いられる。そのような回路基板は、最も一般的には、銅・絶縁体（銅・ＦＲ４）積層板に所望の導体パターンをエッチングし、穴を空けて、スルーホールを作り、回路基板の片側から別の側への電気接続を形成する形で製造される。多層プリント回路基板は、そのような複数の基板をプレプレグ層とともに、熱と圧力の元で、上下に重ねて、接合させることによって製造される。
【０００３】
そのような組み立て工程は、通常は手動であり、特に層間の位置合わせに関しては、多くの微妙な操作を有する。特許文献１には、特殊な「位置合わせピン」を用いることによって、積み重ねる層の位置を揃える方法が示されている。特許文献２には、連続的な材料の条片の使用をベースとする完全に自動化された組み立て工程が示されている。
【０００４】
多層プリント回路基板は、誘導器や変成器の巻線のような誘導部品のためにも利用される。そのような平坦な誘導部品の利点は、例えば横断面が低いことと電力密度が高いことである。
【０００５】
特許文献３、４、５および６には、そのような平坦な巻線を、導体層を上下に積み重ねて、これらの異なる層を相応の方法で接合することによって製造する方法が示されている。導体層の間には、導体を分離させたままに保持し、かつ短絡を防止するために絶縁体を配置することもできる。しかし、実際には、そのような構造は、製造が難しく、製造コストを上昇させる結果となる。さらに、多数の絶縁体層を使用するために、銅の充填率、すなわち巻線用に利用可能な体積全体に対する銅の体積の割合は、低いままである。このことは、損失を増加させるとともに、変成器の電力密度を低下させることになる。また、接合ボルトと接続用のスルーホールは、実際の巻線から空間を取り去ることになる。
【０００６】
これに代わる多層の巻回構造を製造するための方法が、例えば特許文献７、８、９、１０および１１で提供されおり、そこでは薄く、柔軟な絶縁体・導体の積層板が、何度か折り重ねられて（Ｚ折り、ジグザグ折り）、多層構造を形成するものである。これらの解決法においても、折り重ねる前に、絶縁層を積層板に配置しなければならず、このことは、銅の充填率を、そのために変成器の電力密度を低下させるとともに、また製造工程をより複雑にするものである。
【特許文献１】
英国特許公開第２２５５４５１号明細書
【特許文献２】
国際公開第９８／１５１６０号明細書
【特許文献３】
欧州特許公開第０６８９２１４号明細書
【特許文献４】
国際公開第０１／１６９７０号明細書
【特許文献５】
米国特許第５７８１０９３号明細書
【特許文献６】
米国特許第５５２１５７３号明細書
【特許文献７】
米国特許第３４８４７３１号明細書
【特許文献８】
米国特許第５８０１６１１号明細書
【特許文献９】
欧州特許公開第０７８６７８４号明細書
【特許文献１０】
米国特許第５２７６４２１号明細書
【特許文献１１】
米国特許第５０１７９０２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明の課題の一つは、そのような多層構造の製造をより簡単にすること、ならびに製造する誘導部品の電力密度を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、請求項１で規定される機器、ならびに請求項９で規定される方法によって達成される。
【０００９】
この発明にもとづく方法を用いて、柔軟な形の高い銅の充填率を持つ三次元多層構造を製造することができる。これに代わって、部品を埋め込んだ多層構造を製造することもできる。この方法により、屈曲した層間の接続を簡便に形成することが可能となる。この方法は、大量生産用に自動化するのも簡単である。
【００１０】
この発明の一実施形態においては、多層構造は、オープンリール式の工程で、銅・カプトン（登録商標）・銅の積層板を用いて製造される。最初に、化学エッチングにより、積層板に巻線パターンを形成する。この積層板は、最終的な多層構造を分離した層に対応する連続的なセグメントから構成されており、少なくとも偶数番目のセグメントの上側と奇数番目のセグメントの下側にある、後で他の層と接続する個所の銅を除去している。これに加えて、銅を除去して、巻線パターンも構成する。次に、例えば後で屈曲する層間を接触させる相応の場所から、カプトン（登録商標）の絶縁体を除去する。このことは、フォトリソグラフィーを用いて行うこともできる。その後、この積層板を折り重ねて、想定するセグメントの端を合わせて押圧する。そして、リベットを用いて、または半田接合のような同等の接続手段によって、屈曲する層を接続する。
【００１１】
この発明の別の実施形態においては、その他の電子部品もまた、折り重ねる前に積層板に接続され、これらの部品の中の少なくとも幾つかは、積層板を折り重ねた時に多層構造の内部に埋め込まれる。
【００１２】
フェライトの半分を多層の巻回構造の周りに配置することによって、平坦な部品または集積型電力変換器を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図面を参照して、この発明をさらに詳しく説明する。
【００１４】
オープンリール式の処理は、製造での使用において効果的である。積層板は、連続的な条片として異なる処理工程に渡って案内される。このことは、多くの手動による取り扱いと位置合わせの問題を解消するものである。様々な工程間において、半完成品をリール内またはリールに保管および搭載することもできる。図１では、それぞれ厚さ７５μｍと２５μｍの銅２，４とカプトン（登録商標）３を持つ銅・カプトン（登録商標）・銅の積層板１（一般的にＦＬＥＸ積層板と呼ばれる）の立体図が示されている。図２では、そのような積層板の断面図も示されている。このような積層板は、リールとして利用可能であり、それをさらに処理することを自動化するのは容易である。この発明の意図は、この積層板をセグメント５に応じて処理して、これらのセグメントを最終的に多層構造の層を構成するようにすることである。
【００１５】
図３に示されているとおり、処理は、導体層２と４に対して、各セグメントの絶縁体３の下側と上側から二者択一的に導体を取り除く形で、所望の導体パターンを形成することによって始まる。一般的に言うと、少なくとも後で導体層間の接続を形成する個所において、これを実施する。ここに挙げた図面の意図は、単に製造方法を図示することであり、導体パターンの詳細については考慮していない。個所２と４において導体を除去すると、絶縁層３が現れ、その絶縁層には、図４にもとづき、絶縁体３の中に空孔６を設けることができる。
【００１６】
空孔６は、例えばレーザーでの機械的な穿孔またはプラズマまたは適切な化学エッチング溶液でのエッチングにより形成することができる。多段階の措置により導体層２と４にパターンを付けること、ならびに例えば絶縁体３の中に空孔６を形成する場合には、エッチングマスクとして導体層２と４を使うことも可能である。絶縁体３は、多段階の措置によりエッチングすることもできる。導体を追加して行く積層法（additive conductor build up ）、感光による絶縁範囲の限定法（photo-definable insulation）のような、その他の電子工学的製造法のほか、機械的な成形および積層法も利用することができる。この製造には、様々な異なる絶縁体、導体および半田材料を利用することもできる。
【００１７】
次に、この処理された積層板は、図５，６および７にもとづき、段階を追って折り重ねられ、その結果絶縁体１４と導体１３の層が交互に重なり合った多層構造（図８）となる。不連続な導体層が、曲げるための個所を作り出すとともに、ある程度層の位置合わせもするので、この積層板は、正しい位置において容易に曲げられる。
【００１８】
図５〜８で分かるとおり、積層板の異なる側にある導体セグメントが交互になっていることは、導体層間における本来の絶縁を生み出すものである。また、どの段階においても、導体に絶縁層を配備する必要はなかった。このことは、追加の絶縁体層が必要な他の方法で得られる周知の構造と比較して、多層構造の厚さを低減するものである。追加の絶縁体層は不要なので、銅充填率と電力密度は向上する。互いに連なる屈曲した層は、また折り重ねられているが、連続した絶縁体のために、折り目であるセグメントの端部で互いに絶縁されている。折り重ねは、一方向だけに実施する必要があるのではなく、積層板の主要な方向に対して、どのような一つの角度または複数の角度においても実行することができる。
【００１９】
互いに上下に屈曲した層は、空孔１５を通して個々に見え、そしてこれらの屈曲した層１３は、例えば図９にもとづき空孔のところの導体を打ち抜くリベットで互いに接触させることができる。このリベットは、プリント回路基板に対する半田付け機能を提供するようにも構成される。
【００２０】
上述した多層構造は、互いに連なるセグメントにおいて、積層板の両側に第一の導体があり、そしてまたどの側にも導体の無いセグメントがある形態で製造することもできる。しかし、この場合、処理のために絶縁層に近づくのが、上述した場合よりは難しい。
【００２１】
また、前記のエッチング処理無しに、プリントされたＦＬＥＸ積層板を直接得るために、カプトン（登録商標）のシートに、事前にパターンを付けた銅の条片を被せる場合もある。
【００２２】
空孔６は、導電層の積層前にカプトン（登録商標）に形成することもできる。
【００２３】
したがって、この発明にもとづく多層回路は、二つの側面を持つ絶縁材料３の柔軟なシートを有し、その際これらの二つの側面の両方に、電気回路７，８，９の区域を配備し、その際この柔軟なシート３を、この柔軟なシート３を連続したセグメントに分割する折り目５に沿って折り重ねて、互いに上下に積み重なった導体層１３と絶縁体層１４を持つ多層構造を形成するものである。
【００２４】
この発明の変化形態においては、互いに絶縁しなければならない、少なくとも二つの連続した電気回路の区域を、前記の柔軟なシート３の異なる側面に配置している。
【００２５】
この発明の別の変化形態においては、互いに絶縁しなければならない、連続した電気回路の区域の大部分を、前記の柔軟なシート３の異なる側面に配置している。
【００２６】
この発明の別の変化形態においては、最も上の層と最も下の層に対しては、特別な構成が必要であり、これらの最も上の層と最も下の層に無く、かつ互いに絶縁しなければならない、電気回路の連続した区域のすべては、前記の柔軟なシート３の異なる側面に配置される。
【００２７】
最後に、この発明の別の変化形態においては、前記の最も上の層と最も下の層に無く、かつ互いに絶縁しなければならない、電気回路の連続した区域のすべては、前記の柔軟なシート３の異なる側面に配置される。
【００２８】
図１０ａと１０ｂには、例えば屈曲による抵抗を低減するためであるが、なおも本来の銅の厚さを持つ積層板を使用する形で多層構造の導体の厚さを二倍にする方法が示されている。特に図の右側のセグメントの最も上の側面では、導体が取り除かれている。図の左側では、処理のために絶縁体に近づけるようにするだけのために、導体が取り除かれている。図３の積層板と比較すると、この場合には導体１７が左側のセグメントの下に配置されていることに注目されたい。
【００２９】
折り重ねた後に、この導体は、次のセグメントの導体と接触し、この場合には、これらの導体は、互いに上下に重なって、その結果銅の厚さが二倍となる。言い換えれば、互いに連なるセグメントの同じ側面の導体パターンは、互いに接続することができる。互いに接続された層を、さらに例えば半田付接続を用いて、恒久的に互いに接触させた場合には、この折り重ねた構造の機械的な安定性が改善される。
【００３０】
上述のリベットによる接触以外に、折り重ねを進めて行くにつれて、すでに折り重ねた後の屈曲した層を互いに接触させるための、より柔軟で効率的な方法がある。この方法により、屈曲した層の中の幾つかだけを各接続個所で互いに接触させたい場合に、所謂「埋込型バイア（buried vias ）」を作ることができる。図１１ａでは、導体パターン１８の接触個所１９が、半田２０で覆われている。図１１ｂでは、工具２１を用いて、これらの導体層を押圧し、接触点２２として接合している。この工具は、例えば半田ごて、または超音波工具である。図１１ｃによる完成した接続は、多層構造の柔軟性が、例えば熱膨張により起こる応力を低減するので、信頼性がある。また、この方法は、スルーホールを設ける必要がない。層間の低い接触抵抗を得ることができる。別の利点として、層間の接続が構造を安定化させることである。構造の外の折り重なった端部、またはそれらの幾つかは、折り重ねた後に切り取ることができる。導体層を、例えば拡張部または窪みを持つように機械的に形成し、次に互いに接続して、接続点を形成することができる。空孔６は、半田ペーストまたは半田で充填し、折り重ねた構造を単純に加熱することによって相互接続点を形成することができる。
【００３１】
完成した多層構造２４を、表面実装部品として回路基板に接続するために、図１２ａ，１２ｂおよび１２ｃにもとづき、半田拡張部２３を設けて、次にこれを部品の下の個所２５に折り曲げることができる。また、この構造の幾つかの層に、機械的な窪み２８または接続端子２６または相互接続ボール２９を配備して、基板との電気的および機械的な接触を実現することもできる。一番外側の表面の導体パターンは、十分な相互接続面として使用することもできる。多層構造における内部と外部の両方の接続を実現するために、接続拡張部２３を使用することができる。
【００３２】
図１７ａと１７ｂは、この発明の二つの別の実施形態を示しており、そこには、折り重ね操作前における、折り重ねられていない状態の柔軟なエッチングされた積層板が示されている。
【００３３】
図１７ａは、回路７，８，９の各セグメントが、それぞれ一つの巻線を構成し、すべての巻線が直列に接続されると、高インダクタンスコイルを構成する回路を示している。この構造を折り重ねる一方、例えば前記の実施形態で説明した方法により、「埋込型バイア」を作ることによって、エッチングされた空孔６のところで回路セグメント間の電気接続を実現している。中央の穴は、折り重ねが完了すると、位置が揃って、例えば磁気コアを挿入することができる。
【００３４】
図１７ｂは、回路７，８，９の各セグメントが、それぞれ一つの巻線を構成し、すべての巻線が並列に接続されると、高電流容量のコイルを構成する別の回路を示している。この場合、コイルの一つの極に対応するエッチングされた空孔６のすべては、位置が揃っており、図９に示した方法のような、リベットを挿入することで、接続することができるものである。
【００３５】
この多層構造にフェライトのような磁気部品を追加することによって、誘導部品が得られる。フェライト部品は、折り重ねの前または後に、この構造に取り付けることができる。
【００３６】
この方法により、コンデンサや抵抗のような、その他の部品、集積型ＬＣ部品のような、これらの部品を組み合わせたものを製造すること、ならびに例えば小型のフィルターを作ることも可能となる。言い換えれば、多層構造の導体は、誘導部品の巻線としても、コンデンサのコンデンサ極板としても、両方で使用することができる。この同じ積層板を使用して、複数の別々の部品を同時に製造するのが効率的である。
【００３７】
この発明の別の実施形態においては、この多層構造は、導体および絶縁体層以外に、それらと一緒に組み立てる、その他の電気部品を有する。図１４は、互いに分離された様々な層を持つ処理された積層板を示している。最上部の導体層３０は、その上に部品３３を搭載しており、同様に最下部の導体層３２は、その下に部品３４を有する。これらの導体層３０と３２および絶縁体層は、それらの中に材料を取り除いた大きな空孔を有する。Ａ−Ｂ断面線に沿った側面図を図１５に示している。図１６は、この構造の外部に第一の部品３３があり、導体および絶縁体層内の空孔によって形成される空洞内に第二の部品３４がある多層構造を表している。多層構造の内部に部品を埋め込むことは、この集合体の大きさを低減するものである。電磁妨害を低減するために、この構造の内部に雑音を出す部品を入れて遮蔽することも可能である。
【００３８】
これらの部品は、従来のスルーホールまたは表面実装部品、またはより高度なフリップチップ部品や、薄膜／厚膜の受動部品である。特に、スイッチング電源の部品を誘導部品として含めることは、有利である。絶縁体は、光を案内するために、例えばこの構造の異なる部分間で通信するために利用することもできる。この構造内に形成することができる空洞は、冷却用に利用することができる。特に、空洞または空孔によって、この構造の表面積を増加することは、冷却を促進するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】想定するセグメントの端５にも印を付けた、導線・絶縁体・導線の積層板１の立体図
【図２】想定するセグメントの端５に印を付けた、導線・絶縁体・導線の積層板１の側面図
【図３】積層板の上側と下側から銅を除去した後の、想定するセグメントの端５に印を付けた、導線・絶縁体・導線の積層板１の側面図
【図４】積層板の上側と下側から銅を除去するとともに、当該の個所６から幾らかの絶縁体も除去した後の、導線・絶縁体・導線の積層板１の側面図
【図５】セグメント７と８を、相互に折り重ねる方法
【図６】セグメント９と１０を、相互に折り重ねる方法
【図７】セグメント１１と１２を、相互に折り重ねる方法
【図８】導体層１３、絶縁体層１４および相互接続孔１５を有する、折り重ねられた状態の多層構造
【図９】別の実装目的用の拡張部も有するリベット１６で、導体層１３を接続した多層構造
【図１０】導体１７を積層板の両側に使用して、銅の厚さを二倍にできる方法
【図１１】導体を半田２０で被覆し、これらの導体を熱した工具２１で押圧して一体化することによって、絶縁体を除去した個所１９に、導体層１８間の半田接続２２を実現する方法
【図１２】接続を目的として、多層構造２４の下に導体拡張部２３を折り返す方法
【図１３】機械的に形成された窪み２８または相互接続ボール２９を使用して、導体層２６と回路基板２７間を接触させる方法
【図１４】幾つかの部品３３，３４も積層板に接続した、上側の導体層３０、絶縁体層３１および下側の導体層３２を有する、処理された積層板を層毎に上から見た図
【図１５】図１４の断面線Ａ−Ｂにおける積層板の横断面図
【図１６】電気部品３３，３４を中に有する、折り重ねれらた多層構造
【図１７】折り重ねられていない状態での、この発明にもとづく二つの多層構造
【符号の説明】
【００４０】
１    積層板
２，４    銅（導体、導体層）
３    カプトン（登録商標）（絶縁体、絶縁層）
５    折り目（セグメントの端）
６    空孔
７，８，９，１０    電気回路
１１，１２    セグメント
１３    導体層
１４    絶縁体層
１５    空孔
１６    電気接続手段（リベット）
１７    導体
１８    導体パターン
１９    接触個所
２０    半田
２１    工具
２２    接触点
２３    半田拡張部（接続拡張部）
２４    多層構造
２５    個所
２６    接続端子
２７    回路基板
２８    窪み
２９    相互接続ボール
３０，３２    導体層
３１    絶縁体層
３３，３４    部品
Ａ−Ｂ    断面線
【国際公開パンフレット】
2005506713.tif 000003
2005506713.tif 000004
2005506713.tif 000005
2005506713.tif 000006
2005506713.tif 000007
2005506713.tif 000008
2005506713.tif 000009
2005506713.tif 000010
2005506713.tif 000011
2005506713.tif 000012
2005506713.tif 000013
2005506713.tif 000014
2005506713.tif 000015
2005506713.tif 000016
2005506713.tif 000017
2005506713.tif 000018
2005506713.tif 000019
2005506713.tif 000020
2005506713.tif 000021
2005506713.tif 000022
2005506713.tif 000023
【国際調査報告】
2005506713.tif 000024
2005506713.tif 000025