JP4916803B2 - Multilayer printed circuit board - Google Patents
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Description
本発明は、ノイズ抑制構造体および多層プリント回路基板に関する。 The present invention relates to a noise suppression structure and a multilayer printed circuit board.
近年、インターネット利用の普及に伴い、パソコン、情報家電、無線LAN、ブルートゥース、光モジュール、携帯電話、携帯情報端末、高度道路情報システム等、準マイクロ波帯(0.3〜10GHz)の高いクロック周波数を持つCPU、高周波バスを利用した電子機器、電波を利用した情報通信機器が普及してきており、高速デジタル化および低電圧駆動化によるデバイスの高性能化を必要とするユビキタス社会が訪れてきている。 In recent years, with the widespread use of the Internet, high clock frequencies in the quasi-microwave band (0.3 to 10 GHz) such as personal computers, information appliances, wireless LAN, Bluetooth, optical modules, mobile phones, personal digital assistants, and intelligent road information systems CPUs, electronic devices using high-frequency buses, and information communication devices using radio waves have become widespread, and ubiquitous societies that require high-performance digital devices and high-performance devices through low-voltage driving have come. .
しかし、これら機器の普及に伴って、これら機器から放射される放射ノイズおよび機器内の導体を伝導する伝導ノイズがもたらす、自身または他の電子機器への誤作動が問題とされてきている。例えば、多層プリント回路基板においては、該基板に実装された半導体素子内の多数のトランジスタが同時に駆動すると、不要な高周波電流が電源層やグランド層に流れ込み、電位変動が発生する。該電位変動が原因となって、電源層やグランド層において同時スイッチングノイズが発生する。さらに、電源層およびグランド層が、周端部が開放した平行平板構造をとるため、電位変動が原因となって電源層とグランド層との間に共振が発生し、該周端部から放射ノイズが放射される。 However, with the widespread use of these devices, malfunctions to themselves or other electronic devices caused by radiation noise radiated from these devices and conduction noise conducted through conductors in the devices have become a problem. For example, in a multilayer printed circuit board, when a large number of transistors in a semiconductor element mounted on the board are driven at the same time, unnecessary high-frequency current flows into the power supply layer and the ground layer, causing potential fluctuations. Due to the potential fluctuation, simultaneous switching noise occurs in the power supply layer and the ground layer. Furthermore, since the power supply layer and the ground layer have a parallel plate structure in which the peripheral ends are open, resonance occurs between the power supply layer and the ground layer due to potential fluctuations, and radiation noise is generated from the peripheral ends. Is emitted.
放射ノイズを抑制する方法としては、(i)電磁波を反射する電磁波シールド材を用いる方法、(ii)空間を伝搬する電磁波を吸収する電磁波吸収材を用いる方法がある。また、伝導ノイズおよび放射ノイズを抑制する方法としては、(iii)伝導ノイズおよび放射ノイズとなる前に、導体中を流れる高周波電流を抑制する方法がある。 As a method for suppressing radiation noise, there are (i) a method using an electromagnetic wave shielding material that reflects electromagnetic waves, and (ii) a method using an electromagnetic wave absorbing material that absorbs electromagnetic waves propagating in space. As a method for suppressing conduction noise and radiation noise, there is (iii) a method for suppressing high-frequency current flowing in a conductor before becoming conduction noise and radiation noise.
しかし、(i)の方法の場合、放射ノイズのシールド効果は得られるものの、シールド材による放射ノイズの不要輻射または反射によって放射ノイズが自身に戻ってきてしまう。(ii)の方法の場合、電磁波吸収材(例えば、特許文献1、2参照)が重く、厚く、かつ脆いため、小型化、軽量化が求められる機器には不向きである。また、(i)、(ii)の方法では、伝導ノイズを抑制できない。そのため、最近では(iii)の方法に注目が集まっている。
However, in the case of the method (i), although the shielding effect of the radiation noise can be obtained, the radiation noise returns to itself due to unnecessary radiation or reflection of the radiation noise by the shielding material. In the case of the method (ii), the electromagnetic wave absorbing material (see, for example,
特許文献3には、電源層およびグランド層を構成する銅箔上に、高抵抗金属膜を形成することが開示されている。高抵抗金属膜は、メッキにより形成された、銅よりも抵抗率の高いニッケル、コバルト、錫、タングステン等の単層膜または合金膜であり、半導体素子がスイッチングしたとしても、電源層およびグランド層の電位変動を安定化することができ、また、高周波電流を高抵抗金属膜により除去するため、外部に放射される不要な電磁波(放射ノイズ)を抑制できるとされている。
しかし、例えばニッケル等の加工性のよい金属は抵抗が小さいため、充分な効果が得られない。また、タングステン等の抵抗の高い金属は、加工が非常に難しく、半導体素子周囲のように複雑かつ微細なパターンを形成する必要がある部位に用いることはできず、実用的ではない。また、放射ノイズの抑制も充分とは言えない。 However, for example, a metal with good workability such as nickel has a low resistance, so that a sufficient effect cannot be obtained. In addition, a metal having high resistance such as tungsten is very difficult to process, and cannot be used in a portion where a complicated and fine pattern needs to be formed, such as around a semiconductor element, and is not practical. Moreover, it cannot be said that suppression of radiation noise is sufficient.
特許文献4には、電源層とグランド層との間で、かつ多層プリント回路基板の周端部に、カーボン、グラファイト等の抵抗体を設けた多層プリント回路基板が開示されている。
しかし、周端部に抵抗体を設けただけでは、周端部のインピーダンスが変化して共振周波数が変化するだけであり、多層プリント回路基板の別の箇所の電界強度、磁界強度が高まってしまう。よって、依然として共振に起因する放射ノイズ等を抑制できず、さらなる対策が必要となる。
However, simply providing a resistor at the peripheral end only changes the impedance at the peripheral end and changes the resonance frequency, which increases the electric field strength and magnetic field strength at other locations on the multilayer printed circuit board. . Therefore, radiation noise or the like due to resonance still cannot be suppressed, and further measures are required.
特許文献5には、誘電体シートを2つの導電性フォイルで挟んだコンデンサ積層体を備え、2つの導電性フォイルがそれぞれ異なるデバイスに電気的に接続された構造を有する容量性印刷配線基板が開示されている。
しかし、コンデンサ積層体はある程度の厚みを有するため、容量性印刷配線基板を厚くしなければならず、高密度実装には不向きである。また、容量性印刷配線基板を厚くすると、平行平板構造を有する導体間で共振が生じやすくなるため、放射ノイズを充分に抑制できない。
However, since the capacitor laminate has a certain thickness, the capacitive printed wiring board must be thick, which is not suitable for high-density mounting. In addition, when the capacitive printed wiring board is thickened, resonance easily occurs between conductors having a parallel plate structure, and thus radiation noise cannot be sufficiently suppressed.
よって本発明の目的は、伝導ノイズおよび放射ノイズの発生が抑えられ、かつ薄肉化が可能なノイズ抑制構造体および多層プリント回路基板を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a noise suppressing structure and a multilayer printed circuit board which can suppress the generation of conduction noise and radiation noise and can be thinned.
本発明の多層プリント回路基板は、第1の導体層と、第2の導体層と、第1の導体層と第2の導体層との間に設けられたノイズ抑制層と、第1の導体層とノイズ抑制層との間に設けられた第1の絶縁層と、第2の導体層とノイズ抑制層との間に設けられた第2の絶縁層とを有し、ノイズ抑制層が、第1の導体層と電磁結合する、金属材料または導電性セラミックスを含む厚さ5〜300nmの層であり、ノイズ抑制層と第1の導体層とが対向している領域である領域(I)、およびノイズ抑制層と第1の導体層とが対向していない領域であり、かつノイズ抑制層と第2の導体層とが対向している領域である領域(II)を有し、かつ領域(I)および領域(II)が隣接するノイズ抑制構造体を具備する、多層プリント回路基板であって、
第1の導体および第2の導体のいずれか一方が電源層であり、他方がグランド層であり、さらに信号伝送層を有し、信号伝送層とノイズ抑制層との間には、電源層またはグランド層が存在することを特徴とする。
The multilayer printed circuit board according to the present invention includes a first conductor layer, a second conductor layer, a noise suppression layer provided between the first conductor layer and the second conductor layer, and a first conductor. A first insulating layer provided between the layer and the noise suppression layer, and a second insulating layer provided between the second conductor layer and the noise suppression layer, the noise suppression layer comprising: A region (I) which is a layer having a thickness of 5 to 300 nm containing a metal material or conductive ceramics which is electromagnetically coupled to the first conductor layer and in which the noise suppression layer and the first conductor layer are opposed to each other. And a region (II) in which the noise suppression layer and the first conductor layer are not opposed to each other, and the noise suppression layer and the second conductor layer are opposed to each other. A multilayer printed circuit board comprising (I) and a region (II) adjacent noise suppression structures,
Either one of the first conductor and the second conductor is a power supply layer, the other is a ground layer, and further has a signal transmission layer. Between the signal transmission layer and the noise suppression layer, the power supply layer or A ground layer is present .
ノイズ抑制層の面積は、第2の導体層の面積と実質的に同じであることが好ましい。
本発明におけるノイズ抑制構造体は、第1の導体層の周縁部に領域(I)を有し、第1の導体層が存在する領域であって、かつ第1の導体層とノイズ抑制層とが対向しない領域である領域(III)を有することが好ましい。
第1の導体層は、複数に分割されていてもよい。
第1の絶縁層の厚さは、0.05〜25μmが好ましい。
第1の絶縁層の比誘電率は、2以上が好ましい。
ノイズ抑制層は、金属材料または導電性セラミックスが存在しない欠陥を有することが好ましい。
The area of the noise suppression layer is preferably substantially the same as the area of the second conductor layer.
The noise suppression structure in the present invention has a region (I) in the peripheral portion of the first conductor layer, is a region where the first conductor layer exists, and includes the first conductor layer, the noise suppression layer, It is preferable to have a region (III) that is a region that does not face each other.
The first conductor layer may be divided into a plurality of parts.
The thickness of the first insulating layer is preferably 0.05 to 25 μm.
The relative dielectric constant of the first insulating layer is preferably 2 or more.
The noise suppression layer preferably has a defect in which a metal material or conductive ceramic does not exist.
下記式(1)から求めた領域(I)の平均幅は、0.1mm以上が好ましい。
領域(I)の平均幅〔mm〕=領域(I)の面積〔mm2 〕/領域(I)と領域(II)との境界線の長さ〔mm〕 ・・・(1)。
下記式(2)から求めた領域(II)の平均幅は、1〜50mmが好ましい。
領域(II)の平均幅〔mm〕=領域(II)の面積〔mm2 〕/領域(I)と領域(II)との境界線の長さ〔mm〕 ・・・(2)。
The average width of the region (I) obtained from the following formula (1) is preferably 0.1 mm or more.
Average width [mm] of area (I) = area [mm 2 ] of area (I) / length of boundary line [mm] of area (I) and area (II) (1).
As for the average width | variety of area | region (II) calculated | required from following formula (2), 1-50 mm is preferable.
Average width [mm] of region (II) = area [mm 2 ] of region (II) / length of boundary line [mm] (2) between region (I) and region (II).
本発明の多層プリント回路基板においては、ノイズ抑制構造体が、容量性積層体としても機能することが好ましい。 In the multilayer printed circuit board of the present invention, it is preferable that the noise suppression structure functions also as a capacitive laminate.
本発明のノイズ抑制構造体および多層プリント回路基板は、伝導ノイズおよび放射ノイズの発生が抑えられ、かつ薄肉化が可能なものである。 The noise suppression structure and multilayer printed circuit board of the present invention can suppress the generation of conduction noise and radiation noise and can be thinned.
<ノイズ抑制構造体>
図1は、本発明のノイズ抑制構造体の一例を示す断面図であり、図2は上面図である。ノイズ抑制構造体10は、第1の導体層11と、第2の導体層12と、第1の導体層11と第2の導体層12との間に設けられたノイズ抑制層13と、第1の導体層11とノイズ抑制層13との間に設けられた第1の絶縁層14と、第2の導体層12とノイズ抑制層13との間に設けられた第2の絶縁層15とを有する。
<Noise suppression structure>
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the noise suppression structure of the present invention, and FIG. 2 is a top view. The
ノイズ抑制構造体10においては、ノイズ抑制層13が、第1の導体層11と電磁結合する。電磁結合とは、第1の導体層11に流れる電流によって発生する磁束がノイズ抑制層13に鎖交することによって電圧を誘起する現象である。本発明においては、ノイズ抑制層13が、第1の導体層11と電気的に接続せず、第1の絶縁層14を介して電磁結合することが必要である。また、ノイズ抑制構造体10においては、ノイズ抑制層13が、第2の導体層12と電磁結合することが好ましい。
In the
また、ノイズ抑制構造体10においては、ノイズ抑制層13と第1の導体層11とが対向している領域である領域(I)、およびノイズ抑制層13と第1の導体層11とが対向していない領域であり、かつノイズ抑制層13と第2の導体層12とが対向している領域である領域(II)を有し、かつ領域(I)および領域(II)が隣接している。
In the
ノイズ抑制構造体10は、互いに隣接する領域(I)および領域(II)を有することにより、ノイズ抑制効果を発揮する。この理由は、以下のように考えられる。
ノイズ抑制層13は、後述のマイクロクラスターのような微細な導電パスを有している。該導電パスは、領域(II)においては第2の導体層12上に配置された微細かつ複雑な複数のオープンスタブ構造となる。該オープンスタブ構造が、隣接する領域(I)において第1の導体層11と電磁結合することによって、伝送線路フィルターとして機能しているものと考えられる。
The
The
よって、領域(II)においては、ノイズ抑制層13と第1の導体層11とが対向せず、かつノイズ抑制層13と第2の導体層12とが対向している必要があり、また、領域(I)においては、ノイズ抑制層13と第1の導体層11とが対向し、かつノイズ抑制層13が第1の導体層11と電磁結合する必要がある。
Therefore, in the region (II), it is necessary that the
領域(I)において、ノイズ抑制層13が第1の導体層11と充分に電磁結合するためには、下記式(1)から求めた領域(I)の平均幅は、0.1mm以上が好ましい。
領域(I)の平均幅〔mm〕=領域(I)の面積〔mm2 〕/領域(I)と領域(II)との境界線の長さ〔mm〕 ・・・(1)。
領域(I)の平均幅の上限は、第1の導体層11の大きさに依存し、任意の値となる。
In the region (I), in order for the
Average width [mm] of area (I) = area [mm 2 ] of area (I) / length of boundary line [mm] of area (I) and area (II) (1).
The upper limit of the average width of the region (I) depends on the size of the
領域(I)と領域(II)との境界線の長さは、ノイズ抑制層13および第2の導体層12がノイズ抑制構造体10全面に存在する場合、図3に示すように、第1の導体層11が存在する領域(I)と、第1の導体層11が存在しない、第1の絶縁層14が表面に露出した領域(II)との境界線(図中、太線の符号16)の長さである。
When the
また、下記式(2)から求めた領域(II)の平均幅は、1〜50mmが好ましい。
領域(II)の平均幅〔mm〕=領域(II)の面積〔mm2 〕/領域(I)と領域(II)との境界線の長さ〔mm〕 ・・・(2)。
領域(II)の平均幅が1mm以上であれば、充分なノイズ抑制効果が得られる。また、100MHz以下の低周波におけるノイズ抑制効果が発揮される。なお、領域(II)の平均幅が50mmを超えても、ノイズ抑制効果の割には、領域(II)の面積が増えすぎ、ノイズ抑制構造体10が必要以上に大きくなりすぎて、高密度実装に影響を与える。また、第1の導体層11のインピーダンスが上昇するおそれがある。
Further, the average width of the region (II) obtained from the following formula (2) is preferably 1 to 50 mm.
Average width [mm] of region (II) = area [mm 2 ] of region (II) / length of boundary line [mm] (2) between region (I) and region (II).
If the average width of the region (II) is 1 mm or more, a sufficient noise suppression effect can be obtained. Moreover, the noise suppression effect in the low frequency of 100 MHz or less is exhibited. Even if the average width of the region (II) exceeds 50 mm, the area of the region (II) increases too much for the noise suppression effect, and the
また、ノイズ抑制層13だけ、または第2の導体層12だけが広くても、領域(II)の面積を充分に確保できず、ノイズ抑制効果は小さい。領域(II)の面積を充分に確保するためには、ノイズ抑制構造体10において、ノイズ抑制層13および第2の導体層12の両方が最大限の広さとなることが好ましい。また、領域(II)の面積を充分に確保するためには、ノイズ抑制層13の面積は、第2の導体層12の面積と実質的に同じ(第2の導体層12の面積の80〜100%)であることが好ましい。
Even if only the
図4のノイズ抑制構造体10は、第1の導体層11の周縁部に領域(I)を有し、第1の導体層11が存在する領域であって、かつ第1の導体層11とノイズ抑制層13とが対向しない領域である領域(III)を有する例である。第1の導体層11に流れる高周波電流は、縁端効果により周縁部に集中しているため、ノイズ抑制層13は、第1の導体層11の周縁部において効率よく電磁結合できる。また、領域(III)を有すれば、ノイズ抑制層13と絶縁されたスルーホールまたはビアホールを形成しやすくなる。また、スルーホールまたはビアホールによって領域(I)の面積、すなわちノイズ抑制効果が影響を受けない。
The
図5のノイズ抑制構造体10は、第1の導体層11が2分割されて、第1の導体層11aと第1の導体層11bとなった例である。このように第1の導体層11が分割されていれば、領域(II)が狭い場合であっても、第1の導体層11aにおいては、第1の導体層11bの領域を領域(II)と見なすことができ、領域(II)に制約がある場合でも、充分なノイズ抑制効果を得ることができる。同様に、第1の導体層11bにおいても、第1の導体層11aの領域を領域(II)と見なすことができる。第1の導体層11の分割は、デジタル回路とアナログ回路との違い、周波数の違い、電圧の違い、機能の違い等により実施される。
The
(導体層)
各導体層としては、金属箔;金属粒子を高分子バインダー、ガラス質バインダー等に分散させた導電粒子分散体膜等が挙げられる。金属としては、銅、銀、金、アルミニウム、ニッケル、タングステン等が挙げられる。
各導体層は、多層プリント回路基板においては、信号伝送層、電源層またはグランド層となる層あり、通常、銅箔である。銅箔の厚さは、通常3〜35μmである。銅箔は、絶縁層との接着性を向上させるために、粗面化処理、またはシランカップリング剤等による化成処理が施されていてもよい。
(Conductor layer)
Examples of each conductor layer include a metal foil; a conductive particle dispersion film in which metal particles are dispersed in a polymer binder, a glassy binder, or the like. Examples of the metal include copper, silver, gold, aluminum, nickel, and tungsten.
In the multilayer printed circuit board, each conductor layer is a layer serving as a signal transmission layer, a power supply layer, or a ground layer, and is usually a copper foil. The thickness of the copper foil is usually 3 to 35 μm. The copper foil may be subjected to a surface roughening treatment or a chemical conversion treatment with a silane coupling agent or the like in order to improve the adhesion with the insulating layer.
(ノイズ抑制層)
ノイズ抑制層13は、金属材料または導電性セラミックスを含む厚さ5〜300nmの薄膜である。
ノイズ抑制層13の厚さが5nm以上であれば、充分なノイズ抑制効果が得られる。ノイズ抑制層13の厚さが300nm以下であれば、後述のマイクロクラスターが成長して金属材料等からなる均質な薄膜が形成されることがない。均質な薄膜が形成された場合、表面抵抗が小さくなって、金属反射が強まり、ノイズ抑制効果も小さくなる。
ノイズ抑制層13の厚さは、ノイズ抑制層の膜厚方向断面の高分解能透過型電子顕微鏡像(例えば、図8)をもとにして、5箇所のノイズ抑制層(色の濃い部分)の厚さを電子顕微鏡像上で測定し、平均することにより求める。
(Noise suppression layer)
The
If the thickness of the
The thickness of the
ノイズ抑制層13の表面抵抗は、1×100 〜1×104 Ωが好ましい。ノイズ抑制層13が均質な薄膜の場合、体積抵抗率の高い限られた材料が必要となるが、材料の体積抵抗率がそれほど高くない場合は、ノイズ抑制層13に金属材料または導電性セラミックスが存在しない物理的な欠陥を設け、不均質な薄膜とすること、または後述のマイクロクラスターの連鎖物とすることによって、表面抵抗を上昇させることができる。ノイズ抑制層13の表面抵抗は、以下のように測定する。
石英ガラス上に金等を蒸着して形成した、2本の薄膜金属電極(長さ10mm、幅5mm、電極間距離10mm)を用い、該電極上に被測定物を置き、被測定物上に、大きさ10mm×20mmを50gの荷重で押し付け、1mA以下の測定電流で電極間の抵抗を測定する。この値を持って表面抵抗とする。
The surface resistance of the
Using two thin film metal electrodes (
金属材料としては、強磁性金属、常磁性金属が挙げられる。強磁性金属としては、鉄、カルボニル鉄;Fe−Ni、Fe−Co、Fe−Cr、Fe−Si、Fe−Al、Fe−Cr−Si、Fe−Cr−Al、Fe−Al−Si、Fe−Pt等の鉄合金;コバルト、ニッケル;これらの合金等が挙げられる。常磁性金属としては、金、銀、銅、錫、鉛、タングステン、ケイ素、アルミニウム、チタン、クロム、モリブデン、それらの合金、強磁性金属との合金等が挙げられる。これらのうち、酸化に対して抵抗力のある点で、ニッケル、鉄クロム合金、タングステン、貴金属が好ましい。しかし、貴金属は高価であるため、実用的にはニッケル、鉄クロム合金、タングステンが好ましく、ニッケルまたはニッケル合金が特に好ましい。 Examples of the metal material include ferromagnetic metals and paramagnetic metals. Ferromagnetic metals include iron, carbonyl iron; Fe-Ni, Fe-Co, Fe-Cr, Fe-Si, Fe-Al, Fe-Cr-Si, Fe-Cr-Al, Fe-Al-Si, Fe -Pt and other iron alloys; cobalt and nickel; and alloys thereof. Examples of the paramagnetic metal include gold, silver, copper, tin, lead, tungsten, silicon, aluminum, titanium, chromium, molybdenum, alloys thereof, and alloys with ferromagnetic metals. Of these, nickel, iron-chromium alloy, tungsten, and noble metals are preferable because they are resistant to oxidation. However, since noble metals are expensive, practically nickel, iron-chromium alloy, and tungsten are preferable, and nickel or nickel alloy is particularly preferable.
導電性セラミックスとしては、金属と、ホウ素、炭素、窒素、ケイ素、リンおよび硫黄からなる群から選ばれる1種以上の元素とからなる合金、金属間化合物、固溶体等が挙げられる。具体的には窒化ニッケル、窒化チタン、窒化タンタル、窒化クロム、窒化ジルコニウム、炭化チタン、炭化ケイ素、炭化クロム、炭化バナジウム、炭化ジルコニウム、炭化モリブデン、炭化タングステン、ホウ化クロム、ホウ化モリブデン、ケイ化クロム、ケイ化ジルコニウム等が挙げられる。 Examples of the conductive ceramic include an alloy, an intermetallic compound, a solid solution, and the like including a metal and one or more elements selected from the group consisting of boron, carbon, nitrogen, silicon, phosphorus, and sulfur. Specifically, nickel nitride, titanium nitride, tantalum nitride, chromium nitride, zirconium nitride, titanium carbide, silicon carbide, chromium carbide, vanadium carbide, zirconium carbide, molybdenum carbide, tungsten carbide, chromium boride, molybdenum boride, silicidation Examples thereof include chromium and zirconium silicide.
導電性セラミックスは、金属よりも体積抵抗が高いため、導電性セラミックスを含むノイズ抑制層は、特性インピーダンスを低下させ過ぎない。よって、ノイズ抑制層における金属反射が少なくなる。また、導電性セラミックスは、特定の共鳴周波数を有さないため、ノイズ抑制効果を発揮する周波数が広帯域化する。さらに、化学安定性が高く、保存安定性が高い等の利点を有する。導電性セラミックスとしては、後述の物理的蒸着法において、窒素ガス、メタンガス等の反応性ガスを用いることによって容易に得られる窒化物または炭化物が、特に好ましい。 Since the conductive ceramic has a higher volume resistance than the metal, the noise suppression layer including the conductive ceramic does not excessively reduce the characteristic impedance. Therefore, metal reflection in the noise suppression layer is reduced. In addition, since conductive ceramics do not have a specific resonance frequency, the frequency at which the noise suppression effect is exerted is widened. Furthermore, it has advantages such as high chemical stability and high storage stability. As the conductive ceramic, a nitride or carbide that is easily obtained by using a reactive gas such as nitrogen gas or methane gas in the physical vapor deposition method described later is particularly preferable.
ノイズ抑制層13の形成方法としては、通常の湿式メッキ法、物理的蒸着法、化学的蒸着法等が挙げられる。これらの方法においては、条件や用いる材料によっても異なるが、薄膜の成長を初期の段階で終了することにより、均質な薄膜とならず、微細な物理的な欠陥を有する不均質な薄膜を形成できる。または、均質な薄膜を酸等によりエッチングして欠陥を形成する方法、レーザーアブレーションにより均質な薄膜に欠陥を形成する方法によっても、不均質な薄膜を形成できる。
Examples of a method for forming the
図6は、絶縁層の表面に物理的蒸着法によって形成された金属材料からなるノイズ抑制層の表面を観察したフィールドエミッション走査電子顕微鏡像であり、図7は、その模式図である。ノイズ抑制層13は、複数のマイクロクラスター17の集合体として観察される。マイクロクラスター17は、第1の絶縁層14(または第2の絶縁層15)上に金属材料等が非常に薄く物理的に蒸着されて形成されたものであり、マイクロクラスター17の間には物理的な欠陥があって均質な薄膜になっていない。マイクロクラスター17が互いに接触して集団化して連鎖を形成しているものの、集団化したマイクロクラスター17の間には、金属材料等の存在しない欠陥が多く存在している。
FIG. 6 is a field emission scanning electron microscope image obtained by observing the surface of the noise suppression layer made of a metal material formed on the surface of the insulating layer by physical vapor deposition, and FIG. 7 is a schematic diagram thereof. The
図8は、ノイズ抑制層の膜厚方向断面の高分解能透過型電子顕微鏡像である。図6、図8から、非常に小さな結晶として数Å間隔の金属原子が配列された結晶格子(マイクロクラスター)、および非常に小さい範囲で金属材料等が存在しない欠陥が認められる。すなわち、マイクロクラスター同士の間隔が空いた状態であり、金属材料等からなる均質な薄膜には成長していない。このような物理的な欠陥を有する状態は、ノイズ抑制層13の表面抵抗の実測値から換算した体積抵抗率R1 (Ω・cm)と金属材料(または導電性セラミックス)の体積抵抗率R0 (Ω・cm)(文献値)との関係から確認できる。すなわち、体積抵抗率R1 と体積抵抗率R0 とが、0.5≦logR1 −logR0 ≦3を満足する場合に、優れたノイズ抑制効果が発揮される。
FIG. 8 is a high-resolution transmission electron microscope image of a cross section in the film thickness direction of the noise suppression layer. From FIG. 6 and FIG. 8, a crystal lattice (microcluster) in which metal atoms spaced by several kilometers are arranged as very small crystals and defects in which a metal material or the like does not exist in a very small range are recognized. That is, the microclusters are spaced apart from each other and have not grown into a homogeneous thin film made of a metal material or the like. The state having such a physical defect is that the volume resistivity R 1 (Ω · cm) converted from the measured value of the surface resistance of the
ノイズ抑制層13は、所望の形状にパターン加工されていてもよく、スルーホール等のアンチビアが形成されていてもよい。ノイズ抑制層13は、通常のエッチング法、レーザーアブレーション法等により所望のパターン形状に加工できる。
The
(絶縁層)
絶縁層は、表面抵抗が1×106 Ω以上の誘電体からなる層である。
絶縁層の材料は、誘電体であれば、無機材料であってもよく、有機材料であってもよい。
(Insulating layer)
The insulating layer is a layer made of a dielectric having a surface resistance of 1 × 10 6 Ω or more.
The material of the insulating layer may be an inorganic material or an organic material as long as it is a dielectric.
無機材料としては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ケイ素、窒化ケイ素等のセラミックス、発泡セラミックスが挙げられる。なお、絶縁層が、セラミックス等の硬い材料の場合、マイクロクラスターが凝集し、均質な薄膜を形成しやすい状態にあるが、金属材料等の質量を低く抑えて薄膜を形成することにより、マイクロクラスターが凝集しにくくなり、欠陥を有する不均質な薄膜となる。 Examples of the inorganic material include ceramics such as aluminum oxide, aluminum nitride, silicon oxide, and silicon nitride, and foamed ceramics. When the insulating layer is a hard material such as ceramics, the microclusters are aggregated and it is easy to form a homogeneous thin film. However, by forming a thin film while keeping the mass of the metal material low, the microcluster Becomes difficult to agglomerate, resulting in a heterogeneous thin film having defects.
有機材料としては、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル、ポリエーテル、ポリケトン、ポリイミド、ポリウレタン、ポリシロキサン、ポリシラザン、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアクリレート、塩化ビニル系樹脂、塩素化ポリエチレン等の樹脂;天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム等のジエン系ゴム;ブチル系ゴム、エチレンプロピレンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム等の非ジエン系ゴム等が挙げられる。有機材料は、熱可塑性であっても、熱硬化性であってもよく、その未硬化物であってよい。また、上記の樹脂、ゴム等の変性物、混合物、共重合体であってもよい。 Organic materials include polyolefin, polyamide, polyester, polyether, polyketone, polyimide, polyurethane, polysiloxane, polysilazane, phenolic resin, epoxy resin, acrylic resin, polyacrylate, vinyl chloride resin, chlorinated polyethylene, etc. Resins; diene rubbers such as natural rubber, isoprene rubber, butadiene rubber and styrene butadiene rubber; and non-diene rubbers such as butyl rubber, ethylene propylene rubber, urethane rubber and silicone rubber. The organic material may be thermoplastic, thermosetting, or an uncured product thereof. Further, it may be a modified product such as the above-mentioned resin or rubber, a mixture, or a copolymer.
絶縁層が有機材料からなる場合は、有機高分子のモルフォロジーによりナノレベルで複雑な表面構造を有しているため、マイクロクラスターの凝集が抑えられ、不均一なマイクロクラスターの集合体の構造を維持しやすく、ノイズ抑制効果の大きいノイズ抑制層を得ることができる。
絶縁層としては、クラスターとの密着性の点、およびマイクロクラスターの凝集、成長を阻害し、マイクロクラスターの分散を安定化させる点から、金属との共有結合が可能となる酸素、窒素、硫黄等の元素を含む基を表面に有するもの、表面に紫外線、プラズマ等を照射して表面を活性化したものが好ましい。酸素、窒素、硫黄等の元素を含む基としては、水酸基、カルボキシル基、エステル基、アミノ基、アミド基、チオール基、スルホン基、カルボニル基、エポキシ基、イソシアネート基、アルコキシ基等の親水性基が挙げられる。
When the insulating layer is made of an organic material, it has a complex surface structure at the nano level due to the morphology of the organic polymer, so that the aggregation of the microclusters is suppressed and the structure of the non-uniform microcluster aggregate is maintained. And a noise suppression layer having a large noise suppression effect can be obtained.
As an insulating layer, oxygen, nitrogen, sulfur, etc. that can be covalently bonded to metals from the point of adhesion to the cluster and the ability to stabilize the dispersion of the microcluster by inhibiting the aggregation and growth of the microcluster Those having a group containing the above element on the surface and those having the surface activated by irradiating the surface with ultraviolet rays, plasma or the like are preferable. Examples of groups containing elements such as oxygen, nitrogen and sulfur include hydrophilic groups such as hydroxyl groups, carboxyl groups, ester groups, amino groups, amide groups, thiol groups, sulfone groups, carbonyl groups, epoxy groups, isocyanate groups, and alkoxy groups. Is mentioned.
第1の絶縁層14の厚さは、第1の導体層11をノイズ抑制の対象とするためには、第2の絶縁層15より薄くすることが好ましい。また、第1の絶縁層14の厚さは、0.05〜25μmが好ましい。第1の絶縁層14の厚さが0.05μm以上であれば、ノイズ抑制層13と第1の導体層11との絶縁性が確保され、ノイズ抑制効果が充分に発揮される。また、分割された第1の導体層11(例えば図5の第1の導体層11aおよび11b)が短絡することがない。また、第1の導体層11をエッチングする際、ノイズ抑制層13をエッチング液等から保護できる。第1の絶縁層14の厚さが25μm以下であれば、ノイズ抑制層13が第1の導体層11と充分に電磁結合する。また、ノイズ抑制構造体10を薄肉化できる。
The thickness of the first insulating
第1の絶縁層14の比誘電率は、2以上が好ましく、2.5以上がより好ましい。第1の絶縁層14の比誘電率が2以上であれば、第1の絶縁層14の誘電率が大きくなり、ノイズ抑制層13が第1の導体層11と充分に電磁結合する。現在利用可能な材料において、比誘電率の最大値は100000である。
また、第2の絶縁層15にも、高い誘電率を有する材料を用いた場合、ノイズ抑制構造体10を、第1の導体層11と第2の導体層12とからなる容量性積層体と見なすことができる。容量性積層体としての機能も有すれば、1GHz以下等の低周波側においては、従来から効果があるバイパスコンデンサを併用した場合と同様の効果が得られる、よって、ノイズ抑制構造体10は、低い周波数から十数GHzの高い周波数まで幅広い範囲でノイズ抑制効果を発揮できる。誘電率を大きくする以外の方法で容量性積層体の容量を大きくするためには、第1の導体層11の面積を広くする、または第1の導体層11と第2の導体層12との間隔を狭くすればよい。
The relative dielectric constant of the first insulating
Further, when a material having a high dielectric constant is used for the second insulating
絶縁層の形成方法は、材料にあった通常の方法を用いることができる。セラミックスの場合は、ゾルゲル法、スパッタリング等のPVD法、CVD法等が挙げられる。有機材料の場合は、樹脂溶液を導体層上に直接スピンコート法、スプレーコート法等によりコートする方法、離型性のある基材にグラビアコートした絶縁層を導体層上に転写する方法等が挙げられる。 As a method for forming the insulating layer, a normal method suitable for the material can be used. In the case of ceramics, sol-gel method, PVD method such as sputtering, CVD method and the like can be mentioned. In the case of organic materials, there are a method in which a resin solution is directly coated on a conductor layer by a spin coating method, a spray coating method, a method in which a gravure-coated insulating layer is transferred onto a conductor layer, etc. Can be mentioned.
以上説明したノイズ抑制構造体10にあっては、ノイズ抑制層13が、第1の導体層11と電磁結合する、金属材料または導電性セラミックスを含む厚さ5〜300nmの層であり、ノイズ抑制層13と第1の導体層11とが対向している領域である領域(I)、およびノイズ抑制層13と第1の導体層11とが対向していない領域であり、かつノイズ抑制層13と第2の導体層12とが対向している領域である領域(II)を有し、かつ領域(I)および領域(II)が隣接するため、優れたノイズ抑制効果が発揮される。
また、ノイズ抑制層13は非常に薄いため、ノイズ抑制構造体10が嵩張ることがなく、ノイズ抑制構造体10を薄肉化できる。
In the
Moreover, since the
本発明のノイズ抑制構造体を電子部品中に組み込むことによって、伝導ノイズの原因となる、電子部品の導体層中を流れる高周波電流を抑制でき、その結果、放射ノイズも未然に抑制できる。電子部品とは、信号伝送、電源、グランド等に用いられる導体を具備するものであり、電子部品としては、例えば、半導体素子、該半導体素子等の電子素子が実装されたシステムインパッケージ(SIP)などの半導体パッケージ、およびプリント回路基板等が挙げられる。特に、半導体素子を実装した多層プリント回路基板においては、信号伝送層に流れる波形の品質(SI、Signal Integrity)を維持することが求められている一方、低消費電力化に伴い、電源電圧の低下が求められており、伝送信号のSN比が悪くなってきている。このため電源を安定化すること(PI、Power Integrity)が必要となり、高周波電流の抑制が求められている。本ノイズ抑制構造体を多層プリント回路基板に適用することは有用である。 By incorporating the noise suppression structure of the present invention into an electronic component, high-frequency current flowing through the conductor layer of the electronic component that causes conduction noise can be suppressed, and as a result, radiation noise can also be suppressed. The electronic component includes a conductor used for signal transmission, a power source, a ground, and the like. As the electronic component, for example, a semiconductor element, a system in package (SIP) in which an electronic element such as the semiconductor element is mounted. Semiconductor packages, printed circuit boards, and the like. In particular, multilayer printed circuit boards mounted with semiconductor elements are required to maintain the waveform quality (SI, Signal Integrity) flowing in the signal transmission layer, while the power supply voltage decreases as power consumption decreases. Therefore, the S / N ratio of the transmission signal is getting worse. For this reason, it is necessary to stabilize the power supply (PI, Power Integrity), and suppression of high-frequency current is required. It is useful to apply the present noise suppression structure to a multilayer printed circuit board.
<多層プリント回路基板>
本発明の多層プリント回路基板は、本発明のノイズ抑制構造体を具備するものである。ノイズ抑制構造体における導体は、多層プリント回路基板においては、信号伝送層、電源層またはグランド層である。ノイズ抑制効果を充分に発揮させるためには、第1の導体層および第2の導体層のいずれか一方が電源層であり、他方がグランド層であることが好ましい。また、ノイズ抑制層は、高周波成分を抑制するため、信号伝送層の高速パルス信号を劣化させてしまうおそれがある。よって、信号伝送層とノイズ抑制層との間には、電源層またはグランド層が存在することが好ましい。
<Multilayer printed circuit board>
The multilayer printed circuit board of the present invention comprises the noise suppression structure of the present invention. In the multilayer printed circuit board, the conductor in the noise suppression structure is a signal transmission layer, a power supply layer, or a ground layer. In order to sufficiently exhibit the noise suppressing effect, it is preferable that one of the first conductor layer and the second conductor layer is a power supply layer and the other is a ground layer. Moreover, since the noise suppression layer suppresses high frequency components, there is a risk of degrading the high-speed pulse signal of the signal transmission layer. Therefore, it is preferable that a power supply layer or a ground layer exists between the signal transmission layer and the noise suppression layer.
信号伝送層、電源層、グランド層の厚さは、通常、銅箔の厚さであり、3〜35μmである。第2の絶縁層となるプリプレグまたは接着シートの厚さは、通常、3μm〜1.6mmである。多層プリント回路基板の薄肉化の要求から、いずれの層も薄くなる傾向にある。 The thickness of the signal transmission layer, the power supply layer, and the ground layer is usually the thickness of the copper foil, and is 3 to 35 μm. The thickness of the prepreg or adhesive sheet serving as the second insulating layer is usually 3 μm to 1.6 mm. All the layers tend to be thinner due to the demand for thinner multilayer printed circuit boards.
多層プリント回路基板は、例えば以下のようにして製造される。
銅箔上にエポキシ系ワニス等を塗布し、乾燥、硬化させ、第1の絶縁層が形成された電源層を得る。第1の絶縁層上にノイズ抑制層を形成し、該ノイズ抑制層を、所望のパターン形状となるようエッチングする。
ついで、ノイズ抑制層上に、エポキシ樹脂等をガラス繊維等に含浸させてなるプリプレグおよび銅箔を積層し、プリプレグを硬化させ、電源層とグランド層とを有するコア(ノイズ抑制構造体)を作製する。
ついで、フォトリソグラフィー法等により、コア上の電源層またはグランド層を、所望のパターン形状となるようにエッチングする。その後、電源層およびグランド層の両外面に銅箔をプリプレグで貼り合わせ信号伝送層をそれぞれ形成し、4層のプリント回路基板を完成させる。
A multilayer printed circuit board is manufactured as follows, for example.
An epoxy varnish or the like is applied onto the copper foil, dried and cured to obtain a power supply layer on which the first insulating layer is formed. A noise suppression layer is formed on the first insulating layer, and the noise suppression layer is etched to have a desired pattern shape.
Next, a prepreg made of glass fiber or the like impregnated with glass fiber or the like is laminated on the noise suppression layer, and the prepreg is cured to produce a core (noise suppression structure) having a power supply layer and a ground layer. To do.
Next, the power supply layer or the ground layer on the core is etched so as to have a desired pattern shape by photolithography or the like. Thereafter, copper foils are bonded to the outer surfaces of the power supply layer and the ground layer by prepregs to form signal transmission layers, respectively, thereby completing a four-layer printed circuit board.
図9は、本発明の多層プリント回路基板の一例を示す断面図である。該多層プリント回路基板20は、上から順に、信号伝送層21、絶縁層22、グランド層23(第2の導体層12)、絶縁層24(第2の絶縁層15)、ノイズ抑制層13、絶縁層25(第1の絶縁層14)、電源層26(第1の導体層11)、絶縁層27、信号伝送層28を有して構成される。信号伝送層21と信号伝送層28とは、スルーホール31を介して接続され、電源ライン32と電源層26とは、ビアホール33を介して接続され、グランドライン34とグランド層23とは、ビアホール35を介して接続されている。電源ライン32およびグランドライン34には、半導体素子等の電子部品41およびバイパスコンデンサ42が搭載されている。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing an example of the multilayer printed circuit board of the present invention. The multilayer printed
多層プリント回路基板20にあっては、ノイズ抑制構造体10を具備するため、ノイズ抑制層13と電源層26(第1の導体層11)とが対向している領域が領域(I)となり、ノイズ抑制層13と電源層26(第1の導体層11)とが対向していない領域であり、かつノイズ抑制層13とグランド層23(第2の導体層12)とが対向している領域が領域(II)となる。そして、領域(I)および領域(II)が隣接しているため、高周波電流が抑えられて電源層26の電位が安定化し、結果、同時スイッチングノイズ等の伝導ノイズ、および共振による放射ノイズが抑えられる。
In the multilayer printed
以下、実施例を示す。
(ノイズ抑制層の厚さ)
日立製作所製、透過型電子顕微鏡H9000NARを用いてノイズ抑制層の断面を観察し、5箇所のノイズ抑制層の厚さを測定し、平均した。
Examples are shown below.
(Noise suppression layer thickness)
The cross section of the noise suppression layer was observed using a transmission electron microscope H9000NAR manufactured by Hitachi, Ltd., and the thicknesses of the five noise suppression layers were measured and averaged.
(S21パラメーター測定)
アンリツ社製、ベクトルネットワークアナライザー37247Dを用いて、試験片のSMAコネクタ間のSパラメーターを測定した。
(S21 parameter measurement)
An S parameter between SMA connectors of the test piece was measured using a vector network analyzer 37247D manufactured by Anritsu Corporation.
(電圧測定)
アドバンテスト社製、トラッキングジェネレータ付スペクトラムアナライザーR3132を用い電源層の電圧を測定した。
(Voltage measurement)
The voltage of the power supply layer was measured using a spectrum analyzer R3132 with tracking generator manufactured by Advantest Corporation.
(実施例1)
厚さ18μmの銅箔(第1の導体層)上にエポキシ系ワニスを塗布し、乾燥、硬化させ、厚さ3μmの第1の絶縁層を形成した。第1の絶縁層の表面抵抗は8×1012Ωであった。
ついで、第1の絶縁層の全面に、窒素ガス雰囲気下でニッケル金属を反応性スパッタリング法により物理的に蒸着し、窒化ニッケルを含む厚さ30nmの不均質なノイズ抑制層を形成した。ノイズ抑制層の表面抵抗は97Ωであった。
Example 1
An epoxy varnish was applied onto a copper foil (first conductor layer) having a thickness of 18 μm, dried and cured, and a first insulating layer having a thickness of 3 μm was formed. The surface resistance of the first insulating layer was 8 × 10 12 Ω.
Next, nickel metal was physically vapor-deposited by reactive sputtering in a nitrogen gas atmosphere on the entire surface of the first insulating layer to form a heterogeneous noise suppression layer having a thickness of 30 nm containing nickel nitride. The surface resistance of the noise suppression layer was 97Ω.
ノイズ抑制層上に、厚さ100μmのエポキシ系プリプレグ(第2の絶縁層、表面抵抗6×1014Ω)および厚さ18μmの銅箔(第2の導体層)を積層し、プリプレグを硬化させ、2層基板を作製した。
該2層基板から74mm×160mmの大きさの試験片を切り出し、該試験片の第1の導体層の銅箔の長手方向に沿った両側部をエッチングし、図10に示すような、領域(II)の平均幅(L)が1.5mmのノイズ抑制構造体10を得た。
On the noise suppression layer, an epoxy prepreg having a thickness of 100 μm (second insulating layer,
A test piece having a size of 74 mm × 160 mm is cut out from the two-layer substrate, and both side portions along the longitudinal direction of the copper foil of the first conductor layer of the test piece are etched to obtain a region (as shown in FIG. A
図11に示すように、ノイズ抑制構造体10の長手方向の両末端に、第1の導体層11および第2の導体層12に繋がるSMAコネクタ51を搭載し、SMAコネクタ51にベクトルネットワークアナライザー52を接続して、周波数50MHzから10GHzまでの400点でSパラメーターを測定し、グラフを作成した。グラフを図12に示す。また、擬似積分値として400点の測定値の総和を求めた。
As shown in FIG. 11,
(比較例1)
ノイズ抑制層を形成しなかった以外は、実施例1と同様にして2層基板を作製した。実施例1と同様にして該2層基板から試験片を切り出し、実施例1と同様にして第1の導体層の銅箔をエッチングした。実施例1と同様にして該試験片のSパラメーターを測定し、グラフを作成した。グラフを図12に示す。また、擬似積分値として400点の測定値の総和を求めた。実施例1の擬似積分値と比較例1の疑似積分値の差(絶対値)を表1に示す。該絶対値が大きい程、実施例1のノイズ抑制構造体10のノイズ抑制効果が高い。
(Comparative Example 1)
A two-layer substrate was produced in the same manner as in Example 1 except that the noise suppression layer was not formed. A test piece was cut out from the two-layer substrate in the same manner as in Example 1, and the copper foil of the first conductor layer was etched in the same manner as in Example 1. In the same manner as in Example 1, the S parameter of the test piece was measured to prepare a graph. A graph is shown in FIG. Further, the total of 400 measured values was obtained as a pseudo-integral value. Table 1 shows the difference (absolute value) between the pseudo-integral value of Example 1 and the pseudo-integral value of Comparative Example 1. The larger the absolute value, the higher the noise suppression effect of the
(実施例2)
図10に示す領域(II)の平均幅(L)を9mmとした以外は、実施例1と同様にしてノイズ抑制構造体10を得た。実施例1と同様にして該ノイズ抑制構造体10のSパラメーターを測定し、グラフを作成した。グラフを図13に示す。また、擬似積分値として400点の測定値の総和を求めた。
(Example 2)
A
(比較例2)
ノイズ抑制層を形成しなかった以外は、実施例1と同様にして2層基板を作製した。実施例1と同様にして該2層基板から試験片を切り出し、実施例2と同様にして第1の導体層の銅箔をエッチングした。実施例1と同様にして該試験片のSパラメーターを測定し、グラフを作成した。グラフを図13に示す。また、擬似積分値として400点の測定値の総和を求めた。実施例2の擬似積分値と比較例2の疑似積分値の差(絶対値)を表1に示す。
(Comparative Example 2)
A two-layer substrate was produced in the same manner as in Example 1 except that the noise suppression layer was not formed. A test piece was cut out from the two-layer substrate in the same manner as in Example 1, and the copper foil of the first conductor layer was etched in the same manner as in Example 2. In the same manner as in Example 1, the S parameter of the test piece was measured to prepare a graph. A graph is shown in FIG. Further, the total of 400 measured values was obtained as a pseudo-integral value. Table 1 shows the difference (absolute value) between the pseudo-integral value of Example 2 and the pseudo-integral value of Comparative Example 2.
(実施例3)
図10に示す領域(II)の平均幅(L)を18mmとした以外は、実施例1と同様にしてノイズ抑制構造体10を得た。実施例1と同様にして該ノイズ抑制構造体10のSパラメーターを測定し、グラフを作成した。グラフを図14に示す。また、擬似積分値として400点の測定値の総和を求めた。
(Example 3)
A
(比較例3)
ノイズ抑制層を形成しなかった以外は、実施例1と同様にして2層基板を作製した。実施例1と同様にして該2層基板から試験片を切り出し、実施例3と同様にして第1の導体層の銅箔をエッチングした。実施例1と同様にして該試験片のSパラメーターを測定し、グラフを作成した。グラフを図14に示す。また、擬似積分値として400点の測定値の総和を求めた。実施例3の擬似積分値と比較例3の疑似積分値の差(絶対値)を表1に示す。
(Comparative Example 3)
A two-layer substrate was produced in the same manner as in Example 1 except that the noise suppression layer was not formed. A test piece was cut out from the two-layer substrate in the same manner as in Example 1, and the copper foil of the first conductor layer was etched in the same manner as in Example 3. In the same manner as in Example 1, the S parameter of the test piece was measured to prepare a graph. A graph is shown in FIG. Further, the total of 400 measured values was obtained as a pseudo-integral value. Table 1 shows the difference (absolute value) between the pseudo-integral value of Example 3 and the pseudo-integral value of Comparative Example 3.
(比較例4)
実施例1における試験片の第1の導体層の銅箔をエッチングしなかった。図10に示す領域(II)の平均幅(L)が0mmである試験片について、実施例1と同様にしてSパラメーターを測定し、グラフを作成した。グラフを図15に示す。また、擬似積分値として400点の測定値の総和を求めた。
(Comparative Example 4)
The copper foil of the first conductor layer of the test piece in Example 1 was not etched. About the test piece whose average width (L) of the area | region (II) shown in FIG. 10 is 0 mm, it carried out similarly to Example 1, measured the S parameter, and created the graph. A graph is shown in FIG. Further, the total of 400 measured values was obtained as a pseudo-integral value.
(比較例5)
ノイズ抑制層を形成しなかった以外は、実施例1と同様にして2層基板を作製した。実施例1と同様にして該2層基板から試験片を切り出した。試験片の第1の導体層の銅箔をエッチングしなかった。実施例1と同様にして該試験片のSパラメーターを測定し、グラフを作成した。グラフを図15に示す。また、擬似積分値として400点の測定値の総和を求めた。比較例4の擬似積分値と比較例5の疑似積分値の差(絶対値)を表1に示す。
(Comparative Example 5)
A two-layer substrate was produced in the same manner as in Example 1 except that the noise suppression layer was not formed. A test piece was cut out from the two-layer substrate in the same manner as in Example 1. The copper foil of the first conductor layer of the test piece was not etched. In the same manner as in Example 1, the S parameter of the test piece was measured to prepare a graph. A graph is shown in FIG. Further, the total of 400 measured values was obtained as a pseudo-integral value. Table 1 shows the difference (absolute value) between the pseudo-integral value of Comparative Example 4 and the pseudo-integral value of Comparative Example 5.
表1の結果から、第1の導体層11が小さく、領域(II)の平均幅(L)が大きくなるほど、ノイズ抑制効果が高いことがわかる。領域(II)がない比較例4では、ノイズ抑制効果が全く認められない。
From the results of Table 1, it can be seen that the smaller the
(実施例4)
ノイズ抑制層の厚さを20nmにした以外は、実施例1と同様にして2層基板を作製した。該2層基板から100mm×200mmの大きさの試験片を切り出し、該試験片の第1の導体層の銅箔の長手方向に沿った両側部をエッチングし、図10に示すような、領域(II)の平均幅(L)が30mmのノイズ抑制構造体10を得た。なお、各層を積層する前には、第1の導体層、第2の導体層およびノイズ抑制層に、スルーホールと接触しないためのアンチビアをあらかじめ形成しておいた。
Example 4
A two-layer substrate was produced in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the noise suppression layer was 20 nm. A test piece having a size of 100 mm × 200 mm was cut out from the two-layer substrate, and both side portions along the longitudinal direction of the copper foil of the first conductor layer of the test piece were etched to obtain a region (as shown in FIG. The
ノイズ抑制構造体10の第1の導体層11を電源層とし、第2の導体層12をグランド層とした。電源層およびグランド層の両外面に、厚さ18μmの銅箔を、厚さ50μmのエポキシ系プリプレグで貼り合わせ信号伝送層をそれぞれ形成し、図16および図17に示すように、信号伝送層を所定形状にエッチングした。
図16および図17に示すように、アンチビアにスルーホール31を形成することによって、信号伝送層21からスルーホール31を通って信号伝送層28に渡り、再びスルーホール31を通って信号伝送層21に戻る構造を有するインピーダンス50Ωの信号ライン60を形成し、多層プリント回路基板20を得た。
入力用SMAコネクタを信号ライン60およびグランド層23に接続し、出力用SMAコネクタを電源層26およびグランド層23に接続した。トラッキングジェネレータ付のスペクトラムアナライザーを用いて、信号ライン60に50MHzから3GHzの信号を入力し、そのときの電源層26の電圧変動を測定した。測定結果を図18に示す。
The
As shown in FIGS. 16 and 17, by forming a through
The input SMA connector was connected to the
(比較例6)
領域(II)の平均幅(L)を0mmとした以外は、実施例4と同様にして多層プリント回路基板を得た。実施例4と同様にして電源層の電圧変動を測定した。測定結果を図18に示す。
実施例4と比較例6とを比較すると、電源層(第1の導体層)が小さく、領域(II)の平均幅(L)が大きい場合は、高周波信号による電源層の励振を抑制できた。領域(II)がない比較例6では、ノイズ抑制効果が全く認められなかった。
(Comparative Example 6)
A multilayer printed circuit board was obtained in the same manner as in Example 4 except that the average width (L) of the region (II) was 0 mm. In the same manner as in Example 4, the voltage fluctuation of the power supply layer was measured. The measurement results are shown in FIG.
When Example 4 and Comparative Example 6 were compared, when the power supply layer (first conductor layer) was small and the average width (L) of the region (II) was large, excitation of the power supply layer by the high-frequency signal could be suppressed. . In Comparative Example 6 having no region (II), no noise suppression effect was observed.
(実施例5)
図19の断面図に示すように、幅25mm×長さ60mm×厚さ12μmの第1の導体層11と、幅60mm×長さ60mm×厚さ12μmの第2の導体層12と、幅60mm×長さ60mm×厚さ0.1μmの第1の絶縁層14(表面抵抗2×109 Ω)と、幅60mm×長さ60mm×厚さ50μmの第2の絶縁層15(表面抵抗3×1014Ω)とを有するノイズ抑制構造体10を作製した。
ノイズ抑制層13は、領域(II)の平均幅(L)が3mmとなり、領域(III)の平均幅(M)が0mmとなり、厚さが15nmとなるように、第1の絶縁層14上に銀をエレクトロンビーム(EB)蒸着法により物理的に蒸着させて形成した。ノイズ抑制層13の表面抵抗は55Ωであった。
実施例1と同様にしてノイズ抑制構造体10のSパラメーターを測定し、グラフを作成した。グラフを図20に示す。また、擬似積分値として400点の測定値の総和を求めた。該擬似積分値と、ノイズ抑制層を形成しなかった場合の疑似積分値との差(絶対値)を表2に示す。
(Example 5)
As shown in the cross-sectional view of FIG. 19, a
The
In the same manner as in Example 1, the S parameter of the
(実施例6)
領域(III)の平均幅(M)が15mmとなるようにノイズ抑制層13を形成した以外は、実施例5と同様にしてノイズ抑制構造体10を得て、実施例1と同様にしてノイズ抑制構造体10のSパラメーターを測定し、グラフを作成した。グラフを図20に示す。また、擬似積分値として400点の測定値の総和を求めた。該擬似積分値と、ノイズ抑制層を形成しなかった場合の疑似積分値との差(絶対値)を表2に示す。
(Example 6)
A
(実施例7)
領域(III)の平均幅(M)が23mmとなるようにノイズ抑制層13を形成した以外は、実施例5と同様にしてノイズ抑制構造体10を得て、実施例1と同様にしてノイズ抑制構造体10のSパラメーターを測定し、グラフを作成した。グラフを図20に示す。また、擬似積分値として400点の測定値の総和を求めた。該擬似積分値と、ノイズ抑制層を形成しなかった場合の疑似積分値との差(絶対値)を表2に示す。
(Example 7)
A
表2の結果から、少なくとも第1の導体層11の周縁部に領域(I)を有すれば、領域(I)の平均幅(N)の大きさに影響されることなく、ノイズ抑制効果を発揮することがわかった。
From the results of Table 2, if there is a region (I) at least in the peripheral portion of the
本発明のノイズ抑制構造体および多層プリント回路基板は、IC、LSI等の半導体素子、電子部品内の電源層、これら電子部品に電源供給や信号伝送を行う多層プリント回路基板として有用である。 The noise suppression structure and the multilayer printed circuit board of the present invention are useful as a semiconductor element such as an IC or LSI, a power supply layer in an electronic component, and a multilayer printed circuit board that supplies power or transmits signals to these electronic components.
10 ノイズ抑制構造体
11 第1の導体層
12 第2の導体層
13 ノイズ抑制層
14 第1の絶縁層
15 第2の絶縁層
20 多層プリント回路基板
23 グランド層
24 絶縁層
25 絶縁層
26 電源層
DESCRIPTION OF
Claims (10)
第2の導体層と、
第1の導体層と第2の導体層との間に設けられたノイズ抑制層と、
第1の導体層とノイズ抑制層との間に設けられた第1の絶縁層と、
第2の導体層とノイズ抑制層との間に設けられた第2の絶縁層とを有し、
ノイズ抑制層が、第1の導体層と電磁結合する、金属材料または導電性セラミックスを含む厚さ5〜300nmの層であり、
ノイズ抑制層と第1の導体層とが対向している領域である領域(I)、およびノイズ抑制層と第1の導体層とが対向していない領域であり、かつノイズ抑制層と第2の導体層とが対向している領域である領域(II)を有し、かつ領域(I)および領域(II)が隣接するノイズ抑制構造体を具備する、多層プリント回路基板であって、
第1の導体および第2の導体のいずれか一方が電源層であり、他方がグランド層であり、
さらに信号伝送層を有し、
信号伝送層とノイズ抑制層との間には、電源層またはグランド層が存在する、多層プリント回路基板。 A first conductor layer;
A second conductor layer;
A noise suppression layer provided between the first conductor layer and the second conductor layer;
A first insulating layer provided between the first conductor layer and the noise suppression layer;
A second insulating layer provided between the second conductor layer and the noise suppression layer;
The noise suppression layer is a layer having a thickness of 5 to 300 nm containing a metal material or conductive ceramics that electromagnetically couples with the first conductor layer.
Region (I), which is a region where the noise suppression layer and the first conductor layer face each other, and a region where the noise suppression layer and the first conductor layer do not face each other, and the noise suppression layer and the second conductor layer and a conductive layer having a region (II) is a region facing the, and comprises a noise suppressing structure region (I) and region (II) is you adjacent to a multilayer printed circuit board ,
Either one of the first conductor and the second conductor is a power supply layer, and the other is a ground layer,
Furthermore, it has a signal transmission layer,
A multilayer printed circuit board in which a power supply layer or a ground layer exists between a signal transmission layer and a noise suppression layer .
第1の導体層が存在する領域であって、かつ第1の導体層とノイズ抑制層とが対向しない領域である領域(III)を有する、請求項1または2に記載の多層プリント回路基板。 Having a region (I) at the periphery of the first conductor layer ;
The multilayer printed circuit board according to claim 1, wherein the multilayer printed circuit board has a region (III) in which the first conductor layer is present and the first conductor layer and the noise suppression layer are not opposed to each other.
領域(I)の平均幅〔mm〕=領域(I)の面積〔mm2 〕/領域(I)と領域(II)との境界線の長さ〔mm〕 ・・・(1)。 The multilayer printed circuit board in any one of Claims 1-7 whose average width | variety of area | region (I) calculated | required from following formula (1) is 0.1 mm or more.
Average width [mm] of area (I) = area [mm 2 ] of area (I) / length of boundary line [mm] of area (I) and area (II) (1).
領域(II)の平均幅〔mm〕=領域(II)の面積〔mm2 〕/領域(I)と領域(II)との境界線の長さ〔mm〕 ・・・(2)。 The multilayer printed circuit board in any one of Claims 1-8 whose average width of area | region (II) calculated | required from following formula (2) is 1-50 mm.
Average width [mm] of region (II) = area [mm 2 ] of region (II) / length of boundary line [mm] (2) between region (I) and region (II).
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