(57)【要約】【課題】印刷配線板上に形成したコイル配線の配線長の長さを変えてもインダクタンス値が下がらず、しかも配線抵抗を下げることができる印刷配線板を提供する。【解決手段】同一層で渦巻状に形成したコイル配線を、多層構造の上位の層から下位の層にわたって螺旋状になるように形成した少なくとも２層以上の印刷配線板において、上位の層または下位の層から総層数の二分の一の層数に当たる一方のコイル配線をそれぞれ相似に形成し、総層数の残り二分の一の層数に当たる他方のコイル配線をそれぞれ前記コイル配線と線対称の形状に形成し、隣接する層の相似のコイル配線同士を組とした。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一層で渦巻状に形成したコイル配線を、多層構造の上位の層から下位の層にわたって螺旋状になるように形成した少なくとも２層以上の印刷配線板において、上位の層または下位の層から総層数の二分の一の層数に当たる一方のコイル配線をそれぞれ相似に形成し、総層数の残り二分の一の層数に当たる他方のコイル配線をそれぞれ前記コイル配線と線対称の形状に形成し、隣接する層の相似のコイル配線同士を組としたことを特徴とする印刷配線板。
【請求項２】
前記一方のコイル配線は始点で組同士がビアで接続され、他方のコイル配線は終点で組同士がビアで接続され、一方のコイル配線の組の終点と他方のコイル配線の組の始点をさらにビアで接続する請求項１に記載の印刷配線板。
【請求項３】
前記一方のコイル配線は始点で組同士が接続ビアで接続され、他方のコイル配線は終点で組同士が接続ビアで接続され、一方のコイル配線の組の終点と他方のコイル配線の組の始点をさらに貫通ビアで接続する請求項１に記載の印刷配線板。
【請求項４】
前記コイル配線の組は、総層数に対して２を超える偶数で分割した偶数組である請求項２乃至３に記載の印刷配線板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線抵抗を低減させる印刷配線板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化や高機能化に伴って、電子回路基板（印刷配線板）に搭載される外付け電子部品の部品点数の削減が求められている。このため、印刷配線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直接形成する（内蔵させる）技術の開発が進められており、渦巻状の配線パターンのみで形成されるインダクタンス素子（コイル構造体）についてもさらなる小型化が求められている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、コア層の少なくとも片側に形成されたビルドアップ層に形成された導体パターンに沿って金属めっきされた長穴パターンを形成し、また隣接する導体間の誘電体を除去して溝状部を設けた多層基板インダクタ１５が記載されている。このコア層に向かって凹んだ溝状部に、立体的に導体パターンが形成されるので、導体損失および浮遊容量を極力低減することができるとしている。
また、特許文献２には、電子回路基板（多層配線基板）の複数の配線層を所定の形状にパターニングするとともにビア（垂直配線）で接続して、螺旋状のコイル（配線）を形成したコイル内蔵多層基板が記載されている。
また、特許文献３には、基板と、各々が複数の個別のコイル・セグメントを含む複数の導体層と、複数の個別のフィラメントを規定するために、異なる層のコイル・セグメントを電気的に相互連結する複数の中間層コネクターであり、前記フィラメントの各々は、実質的に同一のうねりを前記複数の導体層を介して追従する、複数の中間層コネクターと、を有する、ペア・コイルとして使用する印刷回路基板コイルが記載されている。
【０００４】
従来、インダクタンス素子は、図１２に示すように、印刷配線板９０の同じ層で渦巻状にコイル配線９を施して、インダクタンス値を得るものである。インダクタンス値を満たすために、コイル配線９の巻き数を増やし、配線抵抗が大きくなった場合は、導体を厚くするか、または配線幅を太くして、抵抗値を低減させている。コイル配線９は、上位の層から下位の層へ向かって順番に接続ビアにて接続して、コイル配線層を増やしていくことで螺旋状に形成される。このようにコイル配線の螺旋状の巻き数を増やしていくことで、高いインダクタンス値を得ることができ、コイル配線としての特性を得ることができる（このようなコイル配線を以下、コイルシングル配線と言う）。
しかしながら、この方法で所望のインダクタンス値を得た場合、巻数の増加による抵抗増加分を、銅箔厚や線幅を太くする方法では吸収できずに、効率の低下を招いてしまう。
【０００５】
一般的にコイル配線でインダクタンス値を大きくしたい場合は、配線長を長くすれば良いが、配線長を長くすると配線抵抗も大きくなる。すなわち、インダクタンス値が増えると、配線抵抗も増える。
しかしながら、導体を厚くする方法は、基材が規格品のため、選択肢が限られるという問題がある。さらに、多層板の内層の導体を厚くしても、層間絶縁材料であるプリプレグが積層時に溶融する樹脂であるため、層間の導体厚を埋めきれない場合があり、積層不良を誘発するという問題がある。
また、配線幅を太らせる方法は、基板上にコイル配線を作成できる領域の制約がある。また、配線幅を太らせると、コイル配線領域が大きくなり過ぎ、通常の信号配線の引き回しを阻害することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１８３６４６号公報
【特許文献２】特開２００５−３４７２８６号公報
【特許文献３】特表２０１１−５０４２８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、印刷配線板上に形成したコイル配線の配線長の長さを変えてもインダクタンス値が下がらず、しかも配線抵抗を下げることができる印刷配線板を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するべく完成されたものであって、以下の構成からなる。
（１）同一層で渦巻状に形成したコイル配線を、多層構造の上位の層から下位の層にわたって螺旋状になるように形成した少なくとも２層以上の印刷配線板において、上位の層または下位の層から総層数の二分の一の層数に当たる一方のコイル配線をそれぞれ相似に形成し、総層数の残り二分の一の層数に当たる他方のコイル配線をそれぞれ前記コイル配線と線対称の形状に形成し、隣接する層の相似のコイル配線同士を組としたことを特徴とする印刷配線板。
（２）前記一方のコイル配線は始点で組同士がビアで接続され、他方のコイル配線は終点で組同士がビアで接続され、一方のコイル配線の組の終点と他方のコイル配線の組の始点をさらにビアで接続する（１）に記載の印刷配線板。
（３）前記一方のコイル配線は始点で組同士が接続ビアで接続され、他方のコイル配線は終点で組同士が接続ビアで接続され、一方のコイル配線の組の終点と他方のコイル配線の組の始点をさらに貫通ビアで接続する（１）に記載の印刷配線板。
（４）前記コイル配線の組は、総層数に対して２を超える偶数で分割した偶数組である（２）乃至（３）に記載の印刷配線板。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、コイル配線を各層に並列配線することで、コイル配線作成領域（平面方向）を拡大することなく、インダクタンス値を下げず、且つ配線抵抗を分散（並列接続）させて下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る印刷配線板の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示すコイル配線の説明図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ本発明に係る印刷配線板の別の実施形態のコイルパラレル配線を示す説明図である。
【図４】本発明に係る印刷配線板のさらに別の実施形態のコイルパラレル配線を示す説明図である。
【図５】図４に示すコイルパラレル配線の配線構造を示す説明図である。
【図６】コイルパラレル配線の各層構造において、送信側基板から対向した受信側基板に伝わった電力比率（効率）のシミュレーションを示すグラフである。
【図７】２層構造の配線において、送信側基板と受信側基板を示す説明図である。
【図８】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ４層、６層の一般的なコイルシングル配線を示す説明図である。
【図９】８層構造のコイルパラレル配線と、４，６，８層のコイルシングル配線とにおいて、送信側基板から対向した受信側基板に伝わった電力比率のシミュレーションを示すグラフである。
【図１０】８層構造のコイルパラレル配線と、４，６，８層のコイルシングル配線とを用いて、Ｑｉ規格で用いられる周波数帯における送信側基板から対向した受信側基板に伝わった電力比率（効率）のシミュレーションを示すグラフである。
【図１１】８層構造のコイルパラレル配線と、４，６，８層のコイルシングル配線とを用いて、ＲＦ−ＩＤで用いられる周波数帯における送信側基板から対向した受信側基板に伝わった電力比率（効率）のシミュレーションを示すグラフである。
【図１２】従来のコイル配線を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（コイルパラレル配線）
本発明の一実施形態である印刷配線板の１０２は、図１に示すように、上位の層１０と、これに層間絶縁樹脂を介して対向する下位の層２０とにより構成される２層構造からなる。上位の層１０と下位の層２０にはそれぞれコイル配線１とコイル配線２が平行配線され印刷配線板１０２を構成している。
【００１２】
図２に示すように、第１層のコイル配線１と第２層のコイル配線２の形状は対称軸Ｘ−Ｘ線で線対称であり、上位の層であるコイル配線１から下位の層のコイル配線２にかけて螺旋状になるよう形成され、上下の層を接続する接続ビア１２にて接続される。
また、コイル配線１，２はそれぞれ隣り合う端子１１，２２から他の部品などに接続される。なお、コイル配線１，２（配線パターン）の導体厚は、１８〜３５μｍであるのがよい。
【００１３】
本発明に係る印刷配線板は、相似の形状のコイル配線を有し、隣接する層同士を組としている。すなわち、上位の層または下位の層から総層数の二分の一の層数に当たり、隣接する層の相似した一方のコイル配線同士を一方の組とし、この一方の組の配線コイルと線対称の形状に形成され、総層数の残り二分の一の層数に当たる他方のコイル配線同士を他方の組とする。一方の組と他方の組を構成する層数は同じであり、一方の組と他方の組は一対の組である。なお、相似の形状のコイル配線とは、渦巻状のコイル配線は同じで、ビアへの引出し配線が異なる形状であることを指す。
このように、配線が線対称となった組で、総層数を分割する配線方法をコイルパラレル配線と呼び、例えば、図３（ａ）および（ｂ）に示す４，６層構造の印刷配線板が挙げられる。なお、２層構造の場合は一般的なコイル配線（コイルシングル配線）と同じ形状である。
【００１４】
図３（ａ）は、４層構造の印刷配線板１０４を構成する第１層から第４層のそれぞれに設けたコイル配線４１〜４４を示すものである。
印刷配線板１０４は、まず、第１層から第２層のコイル配線４１、４２の配線が終了した後、第３層に第１層および第２層とは対称軸Ｘ−Ｘ線で線対称となる形状でコイル配線４３を形成する。次いで、第３層と同じ形状のコイル配線４４を第４層に形成すれば、端子１１と端子２２が隣り合いコイル配線が完成する。
隣接する第１層と第２層のコイル配線４１，４２の形状は互いに相似しており、コイル配線４１，４２の始点が接続ビア４５で接続される（一方の組）。同様に、第３層と第４層のコイル配線４３，４４は互いに相似しており、コイル配線４３，４４の終点が接続ビア３４で接続される（他方の組）。さらに、第１層および第２層のコイル配線４１，４２の一方の組の終点と、第３層および第４層のコイル配線４３，４４の他方の組の始点とは、貫通ビア４０で接続されている。
【００１５】
図３（ｂ）は、６層構造の印刷配線板１０６を構成する第１層から第６層のそれぞれに設けたコイル配線６１〜６６を示すものである。
隣接する第１層から第３層のコイル配線６１〜６３の形状は互いに相似しており、コイル配線６１〜６３のそれぞれの始点が接続ビア１３で接続される（一方の組）。同様に、第４層〜第６層のコイル配線６４〜６６はそれぞれ相似しており、コイル配線６４〜６６の終点が接続ビア４６で接続される（他方の組）。さらに、第１層〜第３層のコイル配線６１〜６３の終点と、第４層〜第６層のコイル配線６４〜６６の始点とは、貫通ビア６０で接続される。
【００１６】
また、このコイルパラレル配線の組は、上記してきたような一方の組と他方の組のような２組だけに限定されず、総層数に対して、２を超える偶数で分割する偶数組であってもよい。
例えば、図４は、８層構造の印刷配線板１０８を構成する第１層から第８層のそれぞれに設けたコイル配線８１〜８８を示している。また、図５は、各層のコイル配線８１〜８８間の接続ビアおよび貫通ビアの接続を示している。
隣接する第１層から第４層のコイル配線８１〜８４のうち、コイル配線８１、８２の形状は相似しており、図５に示すように、接続ビア１４で接続される。また、コイル配線８３，８４の形状はコイル配線８１，８２と対称軸Ｘ−Ｘ線で線対称である。このコイル配線８３，８４は、接続ビア１６で接続され、且つコイル配線８１，８２と接続される接続ビア１５を備える。尚、接続ビア１６は、図５に示すように、コイル配線８５，８６にも接続される。
第５層から第８層のコイル配線８５〜８８は、コイル配線８５、８６の形状が相似しており、図５に示すように、接続ビア１６で接続される。また、コイル配線８７，８８の形状はコイル配線８５，８６と対称軸Ｘ−Ｘ線で線対称である。このコイル配線８７，８８は、接続ビア７８で接続され、且つコイル配線８５，８６と接続される接続ビア５８を備える。
さらに、第１層から第８層のコイル配線８１〜８８は、図５に示すように、貫通ビア８０で接続される。
この８層構造の印刷配線板１０８は、図３（ａ）に示す４層構造の印刷配線板１０４をもう一組追加し、コイル配線８５〜８８としたものである。
なお、多層構造の印刷配線板では、各層のコイル配線が適正に接続されていれば、接続ビアと貫通ビアのどちらで接続してもよい。
【００１７】
以下に示す表１は、図１に示した２層のコイル配線と、図３（ａ）および（ｂ）に示した４，６層のコイルパラレル配線の配線抵抗とインダクタンス値のシミュレーション結果である。このシミュレーション結果は、印刷配線板の層が２，４，６層とも直流時の値としてシミュレーターQ3D（ANSYS社製）を用いて計算した結果である。なお、このときの配線幅、配線の間隙、銅厚、層間厚は２，４，６層とも表１に示すよう共通である。
【表１】
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【００１８】
表１から、層数が増えるに従い配線抵抗の低下が大きく改善しているにも関わらず、インダクタンス値の変化が少ないことがわかる。
【００１９】
（コイルパラレル配線の効率）
次に、印刷配線板の層数を２層、４層、６層と増やしていく中で、送信側基板と受信側基板を対向させた状態にてコイルパラレル配線のシミュレーションを実施し、印刷配線板の層が２層、４層、６層のそれぞれの送受信間電力を測定して、送信側から受信側に伝わった電力比率（効率）を求める。そのシミュレーション結果をグラフにしたものを図６に示す。なお、この送信側基板と受信側基板は、２，４，６層のそれぞれ同じ形状のコイル配線を持つ基板（印刷配線板）を対向させたものである。例えば、２層構造の印刷配線板１０２、１０２´では、図７に示すように、第１層から第２層のコイル配線１、２を送信側基板３とし、受信側基板４も送信側基板３と同様に第１層から第２層のコイル配線１´、２´を用いたものである。なお、このとき、送信側基板３と受信側基板４の距離は２．０ｍｍとする。
【００２０】
図６から、コイルパラレル配線を有する印刷配線板の層数を２，４，６層と増やしていくと、効率が改善していくのがわかる。
【００２１】
（コイルシングル配線との比較）
図８（ａ）は、一般的に行われているコイル配線（コイルシングル配線）の４層構造の印刷配線板１０４・を構成する第１層から第４層のそれぞれに設けたコイル配線４１´から４４´を示している。
印刷配線板１０４´は、第１層から第４層までのコイル配線４１´から４４´の配線において、それぞれ上位の層の終点と下位の層の始点とが接続ビア５１〜５３の順で渦巻き状に連続して接続されている。また貫通ビア５０が第１層から第４層までを接続する。
また、図８（ｂ）に示す６層構造の印刷配線板１０６・も同様に、第１層から第６層までのコイル配線６１´から６６´の配線において、それぞれ上位の層の終点と下位の層の始点とが接続ビア７１〜７５の順で渦巻き状に連続して接続している。また貫通ビア７０が第１層から第６層までを接続する。
また、コイルシングル配線の場合、８層構造の印刷配線板１０８・（図示せず）になっても同様に、第１層から第８層までのコイル配線のそれぞれ上位の層の終点と下位の層の始点とが渦巻き状に連続して接続している。
【００２２】
図９は、４層、６層、８層のそれぞれのコイルシングル配線と、８層のパラレルコイル配線（図４参照）において、送信側基板と受信側基板を対向させた状態にて、それぞれの送受信間電力を測定して、送信側から受信側に伝わった電力比率（効率）を求めた。そのシミュレーション結果をグラフにしたものである。
なお、このとき、送信側基板と受信側基板の距離は２．０ｍｍとし、測定方法は図６のときと同じである。
【００２３】
図９により、インダクタンス値を増加させるため、コイルシングル配線にて層数を増やし、配線長を長くした場合、４層よりも配線長が長く、効率の改善が期待できる６層との差異は軽微であることがわかる。さらに、コイルシングル配線にて層数を８層とした場合、４層および６層よりも効率が大きく低下している。
これは、配線長を長くするとインダクタンス値は増加するが、それとともに配線抵抗も増加し、配線抵抗による損失が、インダクタンス値増加による効率改善効果を上回ってしまい効率を低下させてしまうためである。このことから、本結果においては、巻数増加による効果は６層が限界に近い配線長と考える。
このとき、シミュレーションに用いたコイルシングル配線のおおよその配線長を、表２に表記する。
【表２】
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【００２４】
図６と図９において、周波数２４０ｋＨｚにおける効率まとめたものを表３に示す。
【表３】
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【００２５】
表３からコイルシングル配線は、４層が５４．８５％、６層が５２．６１％、８層が２８．０９％となっているのに対して、コイルパラレル配線は、４層が３３．１９％、６層が４２．７５％、８層が７０．１９％となっており、コイルパラレル配線の８層が最も良い結果となっていることがわかる。
また、コイルパラレル配線を有する印刷配線板の層数を２，４，６層と増やしていくと、効率が改善していくが、コイルシングル配線を有する印刷配線板の層数を２，４，６層と増やしていくと効率が悪くなっていく。
【００２６】
また、コイルシングル配線４層板とコイルパラレル配線８層板の配線抵抗とインダクタンス値をシミュレーションにて比較し、その結果を表４に示す。なお、このシミュレーションは、先述した表１と同じ測定方法や測定装置により行われる。
【表４】
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【００２７】
表４からコイルパラレル配線８層の方が、コイルシングル配線４層よりも配線抵抗が低下しており、且つインダクタンス値の差異は少ない結果となっている。これにより、コイルシングル配線４層よりもコイルパラレル配線８層の方が、印刷配線板の層数を利用した並列配線を行うことで、配線抵抗を低下させることができるため、効率改善への寄与が期待できる。
このように、コイルパラレル配線の組は、上記してきたような一方の組と他方の組のような２組だけに限定されず、総層数に対して、２を超える偶数で分割された偶数組であってもよく、この偶数組が増えることによって、印刷配線板の層数を利用した並列配線を行うことで、配線抵抗を低下させることができる。これにより、狭い配線領域で効率改善することが可能となる。
【００２８】
（Ｑｉ規格およびＲＦ−ＩＤへの応用）
コイルパラレル配線を印刷配線板上で作成する優位性は、製品の小型化やコイル配置領域の制限などにより、領域の拡大が望めない場合に、コイルシングル配線で限界となった効率を、コイルパラレル配線を行うことで、コイル配線領域を拡大することなく、コイルシングル配線よりも効率を向上させることができる点である。
この優位性は、例えば、ワイヤレス給電（無線給電）のＱｉ規格や、ＩＣタグなどに利用されるＲＦ−ＩＤで用いられる周波数帯においても応用することができる。
【００２９】
図１０は、Ｑｉ規格に用いられる周波数帯（１２５ｋＨｚ）付近において、コイルシングル配線の４層、６層、８層と、コイルパラレル配線８層との効率を比較したグラフである。図１０から、１２５ｋＨｚにおいて、コイルパラレル配線８層がコイルシングル配線４層よりも効率が良いことがわかる。
【００３０】
図１１は、ＲＦ−ＩＤに用いられる周波数帯（１３．５６ＭＨｚ）付近において、コイルシングル配線の４層、６層、８層と、コイルパラレル配線８層との効率を比較するグラフである。図１１から、１３．５６ＭＨｚにおいて、コイルパラレル配線８層がコイルシングル配線４層よりも効率が良いことがわかる。
【００３１】
図１０，１１の結果から、本発明コイルパラレル配線構造は、例えば、印刷配線板上に作成した無線給電用のコイル配線として、製品の小型化への貢献が期待できる。
【符号の説明】
【００３２】
１      コイル配線
１´      コイル配線
２      コイル配線
２´      コイル配線
３      送信側基板
４      受信側基板
９      コイル配線
１０      上位の層
２０      下位の層
１１，２２    端子
１１´，２２´    端子
１２，１３，１４，１５，１６  接続ビア
１２´  接続ビア
３４，４５，４６，５８  接続ビア
５１〜５３    接続ビア
７１〜７５、７８    接続ビア
４１〜４４  コイル配線
４１´〜４４´  コイル配線
６１〜６６  コイル配線
６１´〜６６´  コイル配線
８１〜８８  コイル配線
４０，５０，６０，７０、８０  貫通ビア
９０      印刷配線板
１０２，１０４，１０６，１０８  印刷配線板
１０２´、１０４´，１０６´、１０８´    印刷配線板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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