(57)【要約】【課題】多層配線基板上に形成するインダクタにおいて、コイル配線のライン・スペース等の要因を適正に規制することにより、パターン作成面積を極力小さくし、且つ所望のインダクタンスの値を得、共振周波数の高周波数化に対応可能なインダクタ内蔵型の多層配線基板を提供する。【解決手段】多層基板の各層について複数回巻きの渦巻き状導体パターン（１１〜１４）を形成し、渦巻き状導体パターンの一端を上層の渦巻き状導体パターンの他端に層間接続し、渦巻き状導体パターンの他端を下層の導体パターンの一端に層間接続し、全体として螺旋状のコイル（１０）を形成するインダクタ内蔵型多層配線基板において、各層における導体パターンのライン間スペース（距離Ａ）と、導体パターン間の層間スペース（距離Ｂ）との比率をＡ＞Ｂとしたことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層基板の複数層に複数回巻きの渦巻き状導体パターンを形成し、当該層における渦巻き状導体パターンの一端を上層の渦巻き状導体パターンの他端に層間接続し、当該層における渦巻き状導体パターンの他端を下層の導体パターンの一端に層間接続し、全体として螺旋状のコイルを形成した、インダクタ内蔵型多層配線基板において、
各層における前記導体パターンの隣接するもの同士のライン間スペース（距離Ａ）と、上下に隣接する導体パターン間の層間スペース（距離Ｂ）との比率をＡ＞Ｂとしたことを特徴とするインダクタ内蔵型多層配線基板。
【請求項２】
当該層における渦巻き状導体パターンの外周端を上層の渦巻き状導体パターンの内周端に層間接続し、当該層における渦巻き状導体パターンの内周端を下層の導体パターンの外周端に層間接続し、全体として螺旋状のコイルを形成することを特徴とする請求項１に記載のインダクタ内蔵型多層配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多層配線基板、特にインダクタを内蔵した多層配線基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、携帯電話、パーソナルコンピュータ、携帯端末、ＰＤＡ、自動車の制御装置、小型通信機器、小型ゲーム機等に使用される電源回路においては、インダクタ（スイッチング電源など）が必要不可欠な部品となっているが、これらのインダクタはプリント回路基板上に個別に実装されていた。即ち、プリント回路基板上に、電子部品や電子回路素子等を複数個実装し、インダクタのような所望の回路機能を有する部品が必要である場合は、一般によく用いられる方法として、別途構成したコイルをプリント回路基板上にはんだ等により接続する方法がある。
【０００３】
このような従来技術によるインダクタを図１に示す。図１において、磁心１のまわりをコイル巻き線２で巻回し、シールド３で被覆されたインダクタを実装端子４にて、プリント回路基板（図示せず）上に実装する。コイル巻き線２に電流５が流されることにより磁束６が生ずる。
【０００４】
このように回路基板上に部品を取付ける従来の方法では、別途構成されたコイルを予め用意しておかなければならず、部品管理が煩雑になる。また、部品の取付けのための信頼性に問題を生ずる場合がある。さらに、コイルのような部品を取付けるためのかなりのスペースが必要であり、機器の小型化が困難であった。
【０００５】
しかし近年、プリント回路基板上に導体パターンを形成する、即ち回路基板の内部にインダクタを作り込む技術が進歩した関係で、導体パターンによりコイルをプリント回路基板に直接形成する技術が注目されるようになった。しかし、プリント回路基板上に回路パターンによりコイルを形成する方法では、所望のインダクタンス値を得るためには、該パターンのサイズが大きくなってしまい、結果としてやはりプリント回路基板のサイズが大きくなり、その結果、機器の小型化が図れないという問題が生じていた。
【０００６】
特許文献１（特開平５−１８３２７４号公報）では、このような問題を解決するため、コイル取付けのための特別のスペースが不要で、しかもプリント回路基板上の限られた面積で、所望のインダクタンス値が得られるプリント回路基板が提案されている。具体的には、多層に形成されるプリント回路基板において、所定の線幅、線間隔、巻き数を有するコイルを備え、該コイルは、隣合う渦巻きパターンの巻き方向を逆方向になるように形成し、前記渦巻きパターンの接続は、ブラインドバイヤホール、インナーバイヤホールもしくはスルーホールによって行っている。一例として、第１層には端部から右回りに巻かれた渦巻きパターンが形成され、第１層パターンの他端はブラインドバイヤホールを介して第２層の左回りのパターンに接続している。この第２層パターンの他端はスルーホールを介して第３層の右回りのパターンに接続している。この第３層のパターンの他端はブラインドバイヤホールを介して第４層の左回りのパターンに接続している。このような第１層から第４層までなるパターンに電流を流したとき、各層のパターンには全て同一方向の電流が流れることとなり、各層のパターンにより成るコイルを加算したインダクタンス値が得られることになる。
【０００７】
これにより、プリント回路基板上に所望のインダクタンス値のコイルを形成することが可能となり、回路上コイルが必要な場合でも、コイル部品を取り付ける必要がなくなり、しかもプリント回路基板の多層にわたってコイルを形成しているので、基板の面積が極端に大きくなることはない。
【０００８】
特許文献２（特開２００１−７７５３８号公報）においても、特許文献１の場合と同様に、ディスクリートなコイル部品やコンデンサ部品や抵抗部品を基板に搭載することなく、基板パターン上において必要なリアクタンス値や、キャパシタンス値やレジスタンス値を得ることができるプリント基板のパターンコイルを提供することを目的としている。このため、ビルドアップ多層基板の各層の表面にＣの字形状のパターンを形成し、ビルドアップバイアによりコイル用パターンを接続して、全体として螺旋状のコイルを形成し、基板パターン内にてリアクタンス値を得るようにしている。
【０００９】
これにより、ディスクリートなコイル部品等を搭載することなく、基板内にコイルを形成しているので、部品点数を削減でき、コイル特性（リアンクタンス値）を自由に設定できる。
【００１０】
【特許文献１】特開平５−１８３２７４号公報
【特許文献２】特開２００１−７７５３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１及び２に開示されている従来のインダクタ内蔵型回路基板では、上述のように、プリント回路基板上に所望のインダクタンス値のコイルを形成することが可能となる。しかしながら、プリント回路基板上でコイルを形成する場合のパターン作成面積、インダクタンス値、共振周波数等の主たる要因により十分合理的に満足できるインダクタを得ることは困難であった。
【００１２】
即ち、特許文献１及び２に開示されているインダクタ内蔵型回路基板においては、配線基板に占めるインダクタの占有面積が大きくなり、その結果、配線基板の配線密度が低下したり、他の部品等も含めた配線基板の実装密度が低下する原因となっていた。
【００１３】
そこで、本発明では、多層配線基板上に形成する内蔵型のインダクタにおいて、コイル配線のライン・スペース等の要因を適正に規制することにより、多層配線基板上にコイルを形成してインダクタを得る場合のパターン作成面積を極力小さくし、且つ所望のインダクタンスの値を得、且つ共振周波数の高周波数化に対応可能なインダクタ内蔵型の多層配線基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】
【００１４】
上記の課題を達成するために、本発明によれば、多層基板の複数層に複数回巻きの渦巻き状導体パターンを形成し、当該層における渦巻き状導体パターンの一端を上層の渦巻き状導体パターンの他端に層間接続し、当該層における渦巻き状導体パターンの他端を下層の導体パターンの一端に層間接続し、全体として螺旋状のコイルを形成した、インダクタ内蔵型多層配線基板において、各層における前記導体パターンの隣接するもの同士のライン間スペース（距離Ａ）と、上下に隣接する導体パターン間の層間スペース（距離Ｂ）との比率をＡ＞Ｂとしたことを特徴とするインダクタ内蔵型多層配線基板が提供される。
【００１５】
当該層における渦巻き状導体パターンの外周端を上層の渦巻き状導体パターンの内周端に層間接続し、当該層における渦巻き状導体パターンの内周端を下層の導体パターンの外周端に層間接続し、全体として螺旋状のコイルを形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、各層における導体パターンの隣接するもの同士のライン間スペース（距離Ａ）と、隣接する層における導体パターン間の層間スペース（距離Ｂ）との比率をＡ＞Ｂとして、コイル配線のライン・スペース等の要因を規制したので、１層あたりのパターン作成面積と、インダクタンスの値、共振周波数の高周波化を加味した総合的なインダクタンス特性を備え、且つ高密度実装を可能とするインダクタ内蔵型の多層配線基板を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１８】
図２は本発明のインダクタ内蔵型の多層配線基板の渦巻き状導体パターンを斜視図で示したものである。本発明では、多層基板の各層について複数回巻きの渦巻き状導体パターンを形成している。即ち、図の実施形態では、４層の多層基板の各層において、３周巻いた渦巻き状導体パターンを形成している。
【００１９】
第１層の渦巻き状導体パターン１１は、その外側端部１１ａから内側端部１１ｂに向けて矢印方向で示すように左まわりに略正方形の渦巻き状に３周巻かれており、外側端部１１ａはスルーホール１６を経て最下層の配線１７に接続され、内側端部１１ｂは層間接続用バイヤ２１を介して第２層の渦巻き状導体パターン１２の内側端部１２ｂに接続されている。
【００２０】
第２層の渦巻き状導体パターン１２は、その内側端部１２ｂから外側端部１２ａに向けて同じ矢印方向で示すように左まわりに略正方形の渦巻き状に３周巻かれており、外側端部１２ａは層間接続用バイヤ２２を介して第３層の渦巻き状導体パターン１３の外側端部１３ａに接続されている。同様に、第３層の渦巻き状導体パターン１３は、その外側端部１３ａから内側端部１３ｂに向けて同じ矢印方向で示すように左まわりに略正方形の渦巻き状に３周巻かれており、内側端部１３ｂは層間接続用バイヤ２３を介して第４層の渦巻き状導体パターン１４の内側端部１４ｂに接続されている。
【００２１】
同様に、第４層の渦巻き状導体パターン１４は、その内側端部１４ｂから外側端部１４ａに向けて同じ矢印方向で示すように左まわりに略正方形の渦巻き状に３周巻かれており、外側端部１４ａは同じ第４層の配線１８に接続されている。このようにして全体として螺旋状のコイル１０が多層配線基板内に形成される。
【００２２】
図３はこのようにして形成された螺旋状のコイルの平面図である。各導体パターンのライン幅は、例えば１００μｍであり、ライン幅を含まない隣接するライン間スペースも１００μｍである。また、略正方形状に形成された螺旋状のコイルの、最も外側の導体パターンにおける、１辺の長さは約４ｍｍである。
【００２３】
図４はこのようにして螺旋状のコイルを形成した場合の導体パターンの長さ方向に切断した多層配線基板の縦断面図である。図４において、１０は導体パターン層、３０は層間の絶縁樹脂である。各導体パターン１０のライン厚さは、例えば３５μｍであり、隣接する層の導体パターン１０同士のパターン層を含まない層間スペースをＨμｍとする。
【００２４】
このようして形成された全体として螺旋形状のコイルは、例えば図２において、電流が配線１７から流されると、第１層導体パターン１１の外側端部１１ａより第４層導体パターン１４の外側端部１４ａを経て、配線１８へと螺施状のコイルを矢印方向に左巻きに流れ、磁界を発生してインダクタとしての機能を果たす。
【００２５】
図５は図２〜図４に示した条件下で導体パターンにより螺旋状のコイルを形成し、層間スペースＨを変化させた場合におけるインダクタンス値をシミュレーションテストにより求めた結果を示すもので、横軸が層間スペースＨ（μｍ）、縦軸がインダクタンス値（ｎＨ）である。これによると、図示のように、層間スペースＨが１００μｍ以上の領域では、層間スペースＨが小さくなるに従ってインダクタンス値は増加するが、１００μｍ乃至５０μｍ或いはそれ以下になると、インダクタンス値は８００ｎＨを超えた程度でほぼ飽和状態となり、それ以上には上昇しないことが判明した。
【００２６】
図６は同条件下において、層間スペースＨを変化させた場合における自己共振周波数をシミュレーションテストによって求めた結果を示すもので、横軸が層間スペースＨ（μｍ）、縦軸が自己共振周波数（ＭＨｚ）である。これによると、図示のように、層間スペースＨが減少するに従って、自己共振周波数は低下し、図５においてインダクタンス値が飽和状態に達する層間スペースＨが１００μｍ乃至５０μｍ或いはそれ以下の領域でも、自己共振周波数はさらに低下し続けることが判明した。
【００２７】
図７は上記の類似の条件下において、層間スペースＨを変化させた場合における、層数とインダクタンス値との関係をシミュレーションテストによって求めた結果を示すもので、横軸が層数、縦軸がインダクタンス値（ｎＨ）である。層間スペースＨは、Ｈ＝１０μｍ、Ｈ＝５０μｍ、Ｈ＝１００μｍ、Ｈ＝２００μｍ、Ｈ＝４００μｍ、Ｈ＝８００μｍと６段階に変化させた。層数とインダクタンス値との関係では、層数が増加するにしたがって、インダクタンス値は増加する。また、層間スペースＨは小さくなる程、インダクタンス値（ｎＨ）は増加するが、層間スペースＨは一定以下、即ち１００μｍ以下、或いは５０μｍ以下では、インダクタンス値が飽和状態に達し、それ以上増加しないことが判明した。
【００２８】
図８は、図７と同様の条件下において、層間スペースＨを変化させた場合における、自己共振周波数とインダクタンス値との関係をシミュレーションテストによって求めた結果を示すもので、横軸が自己共振周波数（ＧＨｚ）、縦軸がインダクタンス値（ｎＨ）である。層間スペースＨは、同様に、Ｈ＝１０μｍ、Ｈ＝５０μｍ、Ｈ＝１００μｍ、Ｈ＝２００μｍ、Ｈ＝４００μｍ、Ｈ＝８００μｍと６段階に変化させた。自己共振周波数とインダクタンス値との関係では、層間スペースＨが小さくなる程、より低い自己共振周波数の値で、インダクタンス値（ｎＨ）が限界に達してしまうことが判明した。
【００２９】
図９は本発明による導体パターンにより螺旋状のインダクタ１０（コイル）を形成した場合のインダクタ内蔵型の多層配線基板における典型的な配線の設計ルールを、導体パターンの長手方向に直角な方向の断面図で示したものである。図９において、１１〜１４は各層における導体パターン（ニッケル・金めっきされたＣｕパターン）、３０は層間の絶縁樹脂である。各層における各導体パターン１１〜１４のライン幅は、例えば１００μｍであり、ライン間スペースも１００μｍである。第１層の導体パターン１１と第２層の導体パターン１２間は、第２層の導体パターン１２の厚みを含む厚さ０．０６ｍｍの絶縁樹脂３０で、第２層の導体パターン１２と第３層の導体パターン１３間は、厚さ０．１ｍｍのプリプレグ（例えば、日立化成株式会社製、ＭＣＬ−Ｅ−６７）からなる絶縁樹脂３０で、第３層の導体パターン１３と第４層の導体パターン１４間は、第３層の導体パターン１３の厚みを含む厚さ０．０６ｍｍの絶縁樹脂３０で絶縁されている。
【００３０】
図１０は本発明の実施形態により、各層における前記導体パターン１１〜１３の隣接するもの同士のライン間スペース（距離Ａ）と、隣接する層における導体パターン間の層間スペース（距離Ｂ）との比率をＡ＞Ｂとした例であり、図１１は比較のために、導体パターン１１、１２の配置についてＡ＞Ｂの条件を満たさない例を示した。前述のシミュレーションテストによる結果から、Ａ＞Ｂの条件のもとで、配線を設計した場合に、インダクタンス値のバラツキが少なく、周波数特性の悪化を伴わないインダクタとして良好な結果が得られることから、図１０に示した実施形態の構造とすべきである。これに対し、図１１に示した比較例の構造では、上述したシミュレーションテストの結果からインダクタとして良好な結果が得られない。
【００３１】
以上添付図面を参照して本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の精神ないし範囲内において種々の形態、変形、修正等が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
以上説明したように、本発明によれば、各層における導体パターンの隣接するもの同士のライン間スペース（距離Ａ）と、隣接する層における導体パターン間の層間スペース（距離Ｂ）との比率をＡ＞Ｂとして、コイル配線のライン・スペース等の要因を規制したので、１層あたりのパターン作成面積と、インダクタンスの値、共振周波数の高周波化を加味した総合的なインダクタンス特性を備え、且つ高密度実装を可能とするインダクタ内蔵型の多層配線基板を得ることができる。このようなインダクタ内蔵型の多層配線基板は、携帯電話、パーソナルコンピュータ、携帯端末、ＰＤＡ、自動車の制御装置、小型通信機器、小型ゲーム機等にインダクタ内蔵型多層回路基板として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】プリント回路基板にインダクタを搭載した従来例を示す図である。
【図２】本発明のインダクタ内蔵型回路基板の導体パターンを示す図である。
【図３】導体パターンによる螺旋状コイルの平面図である。
【図４】導体パターンの螺旋状コイルを持った基板の断面図である。
【図５】層間スペース（Ｈμｍ）とインダクタンス値（ｎＨ）との関係を示す図である。
【図６】層間スペース（Ｈμｍ）と自己共振周波数（ＭＨｚ）との関係を示す図である。
【図７】層間スペース（Ｈμｍ）を変化させた場合における層数とインダクタンス値（ｎＨ）との関係を示す図である。
【図８】層間スペース（Ｈμｍ）を変化させた場合における自己共振周波数（ＭＨｚ）とインダクタンス値（ｎＨ）との関係を示す図である。
【図９】本発明によるインダクタ内蔵型回路基板の導体パターンの設計仕様を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施形態による導体パターンの配置例を示す。
【図１１】比較例による導体パターンの配置例を示す。
【符号の説明】
【００３４】
１０    インダクタ
１１〜１４    渦巻き状導体パターン
１１ａ〜１４ａ    各層の渦巻き状導体パターンの外周端部
１１ｂ〜１４ｂ    各層の渦巻き状導体パターンの内周端部
１６    スルーホール
１７、１８    配線
２１、２２    層間接続バイア
３０    絶縁樹脂（プリプレグ）
【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】
2009016504.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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