CN105848406A - 印刷布线板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种印刷布线板及其制造方法。印刷布线板，在数字电路与模拟电路之间的绝缘层上配置有电源供给路径，在数字电路与模拟电路的边界处，一维或二维地周期性地配置EBG单位单元，形成交叉指状电极，在印刷布线板的整个面、或者在EBG单位单元上局部地、或者避开EBG单位单元上而形成有磁性体膜。

Description

印刷布线板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种具有电磁带隙(EBG)结构的印刷布线板及其制造方法。

背景技术

近年来，提出了通过周期性地排列导体贴片等从而人工地控制材料的频率分布的结构。其中，电磁带隙(Electromagnetic Band Gap，以下称为“EBG”)结构具有在印刷布线板、器件封装基板的特定频带中抑制电磁波的传播的特性。使用该特性应用于噪声的抑制、干扰对策等。

作为所述EBG结构，例如提出了具有蘑菇(Mushroom)状导体的蘑菇EBG结构、不使用过孔(via)的无过孔EBG结构等。

在现有的多层印刷布线板中，设计为在电源层和GND(ground)层使用整体模(solid pattern)以低阻抗供给稳定的电压、电流。

但是，在将数字电路和模拟电路与相同的电源连接的情况下，在现有的整体模中，不仅直流(DC)的连接，对于高频成分也容易传送。因此，在数字电路中产生的高频噪声传递至模拟电路，从而出现问题。具体而言，在与电源层和GND层的形状相应的共振频率处产生驻波，在特定频率处看起来传送特性变好。因此，存在下述问题，即，如果与在IC等中产生的高频噪声的频率一致，则对模拟电路的动作产生大的影响。

为了抑制这样的高频噪声，提出了下述的提案。

在日本特开2008-131509号公报提出的EBG结构体中，设为在上述印刷布线板的电源层加入缝隙的结构，不需要过孔等复杂结构，仅在电源层形成了EBG结构。

在日本特开2010-199881号公报提出的波导结构中，提出了一种EGB结构，其连接通过过孔与GND层连接的开放式短截线(open stub)结构的旋涡状布线。在该结构的情况下，成为在电源层与GND层之间经由过孔连接有开放式短截线的输入阻抗的结构。噪声阻止的频率在电源层与GND层之间的阻抗为0的开放式短截线的共振频率附近。因此，通过决定共振频率的短截线的长度，能够控制阻带的频率。通过设为旋涡状布线，从而能够减小短截线的占有面积，因此适合进行小型化。

在日本特开2013-183082号公报提出的多层印刷布线板中，设为将电源分割为贴片状并与其一部分连接有开放式短截线的结构，设为仅在电源层构成EBG并实现小型化的结构。

在2014年3月5日第28次电子封装学会春季演讲大会上冈山大学的丰田启孝等人的演讲论文集“带铁氧体膜平面EBG结构的实用化的研究(フエライト膜付プレ一ナE B G構造の実用化のための検討)”中，提出了利用带曲折布线的EBG图案的噪声对策。如果设为用曲折布线对相邻EBG单位单元内的贴片间进行连接的结构，则能够增加电感，能够实现小型化。

但是，在日本特开2008-131509号公报提出的EBG结构体中，虽然通过在整体模中加入缝隙，从而能够期待通过缝隙使高频成分难以传递的效果，但是如果完全用缝隙进行分离，则变得无法进行直流供电。如果设为连接有电源层的一部分的结构，则在无线通信等中使用的2.5GHz频带的噪声阻止中，需要16.5mm×16.5mm左右大小的EBG单位单元，难以应用于笔记本PC等可携带大小的产品。

在日本特开2010-199881号公报提出的波导结构中，需要追加用于形成开放式短截线的层。在开放式短截线部分的布线与GND层的连接中需要过孔。因此，存在下述问题，即，在印刷布线板制造工序中，用于准备专用的过孔的工时增加，成为成本上升的原因。

在日本特开2013-183082号公报提出的多层印刷布线板中，提出了下述电磁带隙结构，即，通过在周期性地配置的贴片部形成开放式短截线，从而具有在特定的频带中抑制电磁波传播的阻止频带。在该方法中，依赖于短截线的电气长度而得到阻带，因此存在为了将阻带设定为低频必须使短截线长度变长的问题。存在下述问题，即，虽然通过将短截线设为旋涡状布线等，从而减小占有面积、谋求小型化，但是由于残留有贴片部，所以小型化不充分，或者，如果使在贴片间进行连接的分支变细而谋求小型化，则直流供电变得困难。

在2014年3月5日第28次电子封装学会春季演讲大会上冈山大学的丰田启孝等人的演讲论文集“带铁氧体膜平面EBG结构的实用化的研究”中，通过将EBG单位单元间的连接设为曲折布线，从而增大电感成分而实现了EBG单位单元的小型化。但是，在2.5GHz带的噪声对策中，根据实施例，需要7mm×7mm左右大小的EBG单位单元。由于允许电流值由曲折布线部分的粗细决定，所以在供给大的电流的情况下，需要使曲折布线变粗，妨碍了EBG单位单元的小型化。

发明内容

本发明的实施方式所涉及的课题在于提供一种能够在数字电路和模拟电路的混载基板中防止在数字电路中产生的高频噪声混入至模拟电路的EBG结构，并实现其小型化，并且提供一种具备了具有EBG结构的电源层的印刷布线板及其制造方法。

本发明的实施方式所涉及的印刷布线板，在数字电路与模拟电路之间的绝缘层上配置电源供给路径，在数字电路与模拟电路的边界处，一维或二维地周期性地配置EBG单位单元，形成交叉指状电极。

本发明的实施方式所涉及的布线基板的制造方法，在数字电路与模拟电路之间的绝缘层上配置电源供给路径，在数字电路与模拟电路的边界处，一维或二维地周期性地配置EBG单位单元，形成交叉指状电极，在EBG单位单元上形成磁性体膜。

附图说明

图1A表示本发明的一个实施方式所涉及的印刷布线板，是在数字电路与模拟电路之间二维配置有二维IDE-EBG单位单元的说明图。图1B是图1A的局部放大图。

图2A是将图1B的二维IDE-EBG单位单元在横向配置有4个，在纵向配置有3个的说明图。图2B是图2A的局部放大图(相邻EBG单位单元未表示)。

图3A是用于本发明的IDE-EBG单位单元的原理说明的等效电路图。图3B是现有的相邻EBG单位单元间的电容的说明图。图3C是在相邻EBG单位单元间形成有交叉指状电极的情况下的电容的说明图。

图4是设想无限地配置了在相邻EBG单位单元间形成有交叉指状电极的二维IDE-EBG单位单元的情况，通过电磁场仿真而得到的分布关系的图形。

图5A表示本发明所涉及的印刷布线板的其他实施方式，是在数字电路与模拟电路之间二维配置有一维IDE-EBG单位单元的说明图。图5B是图5A的局部放大图。

图6是设想无限地配置了在相邻EBG单位单元间形成有交叉指状电极的一维IDE-EBG单位单元的情况，通过电磁场仿真而得到的分布关系的图形。

图7A～F是表示本发明所涉及的印刷布线板的制造方法的剖视图。

具体实施方式

在本发明的一个实施方式所涉及的印刷布线板中，如图1A所示，在数字电路2与模拟电路3的边界的电源层1上，配置IDE-EBG4。

在印刷布线板上形成的IDE-EBG4设为周期性地二维配置了图1B所示的二维IDE-EBG单位单元41的结构。

二维IDE-EBG单位单元41由桥接部42和细线电极43构成，在与四周的相邻EGB单位单元的细线电极44之间构成交叉指状电极。

在图1A中，在开关噪声(高频噪声)的传播路径由图中的箭头A表示的情况下，数字电路2的开关噪声(高频噪声)由IDE-EBG4阻止，防止向模拟电路3的混入。

桥接部42是直流供电用的布线，通过改变布线宽度，能够调整供电电流。

图2A表示二维IDE-EBG单位单元41在横向配置有4个，在纵向配置有3个的结构。更详细而言，如图2B所示，二维IDE-EBG单位单元是不包含有形成交叉指状电极的相邻EBG单位单元的细线电极44的二维IDE-EBG单位单元41。二维IDE-EBG单位单元41在印刷布线板上二维配置，在相邻的其他二维IDE-EBG单位单元41的边界处构成交叉指状电极。因此，二维IDE-EBG单位单元41能够增加在相邻的EBG单位单元间形成的交叉指状电极的电容(图3A的C₂)，与现有型的平面EBG结构的印刷布线板相比能够实现小型化。

数式1

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{L\left(C_1+C_2\right)}}$

上述数式1是表示阻带的低域侧频率f的式子。

如图3A所示，现有型的平面EBG结构的EBG单位单元将EBG单位单元内的分支设为旋涡形状、曲折形状等而使其变得细长，增加图3A的电感L，补偿由于小型化而减少了的电容C₁，从而将上述数式1的阻带的低域侧频率f维持为期望的频率。本发明的一个实施方式所涉及的印刷布线板在相邻EBG单位单元间形成交叉指状电极，与EBG单位单元的电源层与GND层间的电容C₁相比，使图3A的电容C₂足够大，由此能够与EBG单位单元大小无关地将所述阻带的低域侧频率f设定为期望的频率，实现小型化。

图3B表示EBG单位单元不包含交叉指状电极的、旋涡布线或曲折布线的情况下的相邻EBG单位单元间的电容C₂。与该图3B所示的电容C₂相比，图3C所示的交叉指状电极的相邻EBG单位单元间的电容C₂是追加了多个EBG单位单元的细线电极与相邻EBG单位单元的细线电极间的电容C的交叉指状结构，因而能够使图3C的电容C₂的值与图3A的电容C₁相比极大。因此，能够与电容C₁无关地设定阻带的低域侧频率f。

将形成有交叉指状电极的IDE-EBG单位单元41进行二维配置得到的IDE-EBG4的形状不特别限定，可以不必是正方形、长方形。

阻带的频率由IDE-EBG单位单元41决定，但不依赖于形状。因此，IDE-EBG单位单元41的形状也可以不是正方形、长方形，例如，三角形、正六边形也能够得到同样的抑制效果。

作为二维IDE-EBG单位单元41在印刷布线板中的配置方法，例如可举出下述等结构，即，配置在模拟块(模拟电路3)的周围而使妨碍模拟块的动作的开关噪声(高频噪声)不会从外部进入的结构、配置在数字块(数字电路2)的周围而使成为引起电磁干扰的原因的高频数字噪声不会流出的结构。

图4中示出IDE-EBG单位单元41的分布关系的仿真结果。在仿真中使用的IDE-EBG单位单元大小是由下述尺寸构成的，即，图1B所示的二维IDE-EBG单位单元41的一边分别为5.0mm，桥接部42的宽度为0.25mm，细线电极43的宽度为0.1mm，细线电极43与相邻二维IDE-EBG单位单元的细线电极43的宽度为0.1mm。

根据图4所示的分布关系的曲线可知，2.5GHz至3.8GHz的范围成为阻带。如图1A所示，在将IDE-EBG4配置于数字电路2与模拟电路3的边界的电源层1上的印刷布线板中，在2.5GHz至3.8GHz的频带中，能够阻止从数字电路2向模拟电路3的开关噪声(高频噪声)。

<其他实施方式>

基于图5以及图6说明本发明的其他实施方式所涉及的印刷布线板。

图5A所示的是包含其他的IDE-EBG12的印刷布线板，该IDE-EBG12将一维IDE-EBG单位单元121在数字电路10与模拟电路11之间进行二维配置而得到，该一维IDE-EBG单位单元121包含在与相邻EBG单位单元的细线电极之间构成的交叉指状电极。

图5B所示的是在相邻EBG单位单元间形成有交叉指状电极的一维IDE-EBG单位单元。桥接部122以将相邻EBG单位单元相连接的方式进行布线。细线电极123是与桥接部122平行地布线的一维IDE-EBG单位单元121。

图5B所示的桥接部122是直流供电用的布线，通过改变布线宽度，能够调整供电电流量。细线电极123通过相邻一维IDE-EBG单位单元的细线电极124形成交叉指状电极，能够增加在相邻的EBG单位单元间形成的交叉指状电极的电容(图3A的静电容量C₂)。

图6所示的是图5A的IDE-EBG12的分布关系的仿真结果。在仿真中使用的IDE-EBG单位单元大小是由下述尺寸构成的，即，图5B所示的一维IDE-EBG单位单元121的一边分别为5.0mm，桥接部122的宽度为0.25mm，细线电极123的宽度为0.1mm。

在图5A所示的数字电路10与模拟电路11的边界的电源层13上配置有IDE-EBG12的情况下的阻带，根据图6所示的分布关系的曲线可读取为1.4GHz至2.2GHz的范围。在该频带中，通过由IDE-EBG12产生的噪声阻止效果，能够抑制从数字电路10向模拟电路11的开关噪声(高频噪声)的传播。

<与磁性体的组合结构>

在本发明所涉及的印刷布线板中，通过利用涂布、成膜等装置配置磁性体，从而具有利用了磁性体的介电常数、导磁率的效果。有助于由波长缩短效果带来的小型化、阻带中的噪声阻止量的提高、以及阻带的宽频带化。

作为磁性体的配置方法，只要在印刷布线板的至少一部分配置磁性体即可。例如，有以下所示的(a)～(c)的配置方法等。

(a)以与交叉指状电极相同的形状，局部地配置磁性体。

(b)避开交叉指状电极而配置磁性体。

(c)在印刷布线板整个面配置磁性体。

磁性体的组成为1种、膜厚为1种较好。

作为在本实施方式中使用的磁性体，优选具有高的复导磁率成分。磁性体具有越高的复导磁率成分，则为了使阻带宽频带化而需要的磁性体的体积越少。

作为磁性体，优选具有高的表面电阻率(优选10²Ω/sq以上)。具有越高的表面电阻率的磁性体，则越能够减少使磁性体周边的电气电路常数变化等故障。

在本实施方式中使用的磁性体例如既可以通过涂布、成膜等方法配置为与交叉指状电极接触，也可以经由粘接层等配置在交叉指状电极的附近。作为磁性体，例如可举出铁氧体薄膜等具有软磁性的薄膜、将金属、铁氧体等具有软磁性的粉末分散至树脂等媒体中而得到的磁性浆料、铁氧体烧结体等，但最优选镀铁氧体薄膜。

镀铁氧体薄膜是将由组成MFe₂O₄构成的尖晶石铁氧体材料在基体上成膜的方法。M为金属元素，例如使用Ni、Zn、Co、Mn、Fe等。在镀铁氧体法中，通过使包含Ni²⁺、Zn²⁺、Co²⁺、Mn²⁺、Fe²⁺离子等的水溶液与基体表面接触而吸附金属离子后，利用氧化剂等使Fe²⁺离子氧化(Fe^{2 +}→Fe³⁺)，与水溶液中的氢氧化金属离子进行铁氧体结晶化反应，从而在基体表面上形成铁氧体膜。镀铁氧体是使用水溶液工艺的无电解电镀，具有的优点是，能够在树脂膜、印刷布线板等直接成膜，即使不进行热处理，也得到同时具有比较高的表面电阻率和优异的磁气特性的膜。镀铁氧体薄膜与成块的铁氧体、磁性粉末与树脂的复合体相比，即使在高频频带中也保持高的导磁率。镀铁氧体薄膜通过改变组成，能够容易地改变导磁率的频率特性。作为镀铁氧体薄膜的组成，与产生驻波的频率相应地进行选择，例如，使用Ni_0.0～0.4Zn_0.0～0.5Co_0.0～0.4Mn_0.0～0.4Fe_2.0～2.8O₄的组成(其中，金属元素Ni、Zn、Co、Mn中的至少1个不为0)可得到优异的高频导磁率特性和高的表面电阻率。镀铁氧体薄膜的膜厚的值越大，则对阻带进行宽频带化的效果越高，但为了发挥对阻带进行宽频带化的效果，并且将铁氧体膜与本体部的密接性保持得较强，镀铁氧体薄膜的厚度优选0.2～20μm的范围。

下面，对涂布有磁性体的印刷布线板的制造方法进行说明。该制造方法包括下述的工序(1)～(6)。

(1)在绝缘板的一个面形成电源层，在另一个面形成导体层，得到芯基板的工序。

(2)在构成在芯基板的表面的电源层中的、EBG结构的区域整体涂布磁性体的工序。

(3)在贯穿电源层的通孔形成部分的磁性体中形成间隙(clearance)的工序。

(4)在芯基板的表面层叠绝缘树脂层，进一步在绝缘树脂层层叠芯基板的工序。

(5)对芯基板部分和绝缘树脂层部分进行激光加工或钻孔加工，形成贯穿的通孔下孔的工序。

(6)用电镀层包覆通孔下孔内壁面的表面的工序。

基于图7A～F说明本发明所涉及的印刷布线板的制造方法。

图7A所示的芯基板18是在绝缘板14的一个面形成电源层15，在另一个面形成布线图案16而得到的基板。

绝缘板14只要由具有绝缘性的素材形成，没有特别限定。作为这样的具有绝缘性的素材，例如可举出环氧树脂、双马来酰亚胺-三嗪树脂、聚酰亚胺树脂、聚苯醚(PPE)树脂等有机树脂。这些有机树脂也可以混合2种以上使用。在作为绝缘板14使用有机树脂的情况下，优选将增强材料与有机树脂配合使用。作为增强材料，例如可举出玻璃纤维、玻璃无纺布、芳纶无纺布、芳纶纤维、聚酯纤维等。这些增强材料也可以同时使用2种以上。绝缘板14优选由玻璃纤维等加入玻璃材料的有机树脂形成。绝缘板14中也可以包含二氧化硅、硫酸钡、滑石粉、粘土、玻璃、碳酸钙、氧化钛等无机填充材料。绝缘板14的厚度并不特别限定，优选具有0.02～10mm的厚度。

在电源层15构成EBG结构，通过在电源层与GND层之间加入磁性体，从而增加磁损。在需要具有贯穿通孔的情况下，去掉或不形成通孔形成部分的磁性体。

关于布线图案16，使用辊压叠层粘贴感光性抗蚀层(例如，干膜的抗蚀涂层)，进行曝光以及显影而露出电路图案以外的部分。通过蚀刻，除去露出部分的铜。作为蚀刻液，例如可举出氯化铁水溶液等。将干膜的抗蚀涂层剥离，形成布线图案16。通过这样做，得到在绝缘板14的表面形成有布线图案16的芯基板18。

下面，如图7B所示，为了后述的通孔，除去电源层15的EBG结构(IDE-EBG单位单元)的区域的一部分，将磁性体17以成为膜状的方式进行涂布。磁性体17优选为前述的镀铁氧体薄膜，其膜厚优选为0.2～20μm。

下面，如图7C所示，为了使磁性体17不会洗脱至镀铜液、去污处理液，在贯穿电源层的通孔形成部分的磁性体17中形成间隙19。

下面，如图7D所示，在磁性体17上层叠绝缘树脂层20，并且，将具有与芯基板18相同的结构的芯基板18’以布线图案16’成为外部的方式进行层叠。

所述绝缘树脂层20的形成方法是，在芯基板18与18’之间夹入预浸料(prepreg)，用层叠加压进行热压接，使其熔融·固化而形成。

下面，如图7E所示，通过钻孔或激光等，形成从上部的布线图案16’经由绝缘树脂层20贯穿至下部的布线图案16的通孔下孔21。通孔下孔21用于形成通孔23，该通孔23从上部的布线图案16’经由芯基板18将下部的布线图案16电气连接，与芯基板18、18’的电源层15、15’也电气连接。

有时在形成通孔下孔21后，在其壁面等处残留有薄的树脂膜。在此情况下，进行去污处理。去污处理通过强碱使树脂膨胀，然后使用氧化剂(例如铬酸、高锰酸盐水溶液等)将树脂分解除去。或者，也可以通过利用研磨材料的湿式喷砂处理、等离子处理，除去树脂膜。

下面，如图7F所示，在通孔下孔21的壁面施以镀层22而形成通孔23。镀层22优选无电解镀铜或者电解镀铜中的任一者。特别地，为了进行镀层22的加厚，优选电解镀铜，例如形成具有1～30μm左右的厚度的镀铜。

最后，也可以在芯基板18、18’的表面的规定位置处形成阻焊剂(未图示)。阻焊剂的形成方法是，首先，使用喷涂、辊涂、幕涂、丝网法等，以10～80μm左右的厚度涂布感光性液状阻焊剂并使其干燥，或者使用辊压叠层粘贴感光性干膜·阻焊剂。然后，进行曝光以及显影而使贴片部分等开口，使其加热固化。施以外形加工，得到本发明的印刷布线板。

以通常的多层印刷布线板的例子进行了说明，但并不限定于多层印刷布线板，也可以是积层(buildup)多层印刷布线板等。

如上所述，通过在电源层的一部分加入IDE-EBG结构，能够将现有的电源层起作用的直流电流向IC供给，并且，如果高频成分的电流流至IDE-EBG部分，则利用在由IDE-EBG的形状决定的频率处的共振，反射高频噪声，能够抑制噪声传播。

特别地，在数字电路和模拟电路的混载基板中共用电源层的情况下，如果经由配置有IDE-EBG的桥接部向模拟电路进行电源供给，则能够不传播在数字电路中产生的高频噪声，仅供给所需的直流电流。

即使数字电路块有多个，通过以包围不希望使高频噪声进入的模拟电路的方式配置IDE-EBG结构，也能够实现噪声对策。

根据与相邻的EBG单位单元之间形成的交叉指状电极的形状，决定阻带的低域侧频率。

通过与希望抑制噪声的频率相应地排列多个IDE-EBG单位单元，从而能够增大阻止量。

由于能够利用交叉指状电极的形状单独地设定阻带，所以通过同时使用多个阻带不同的IDE-EBG单位单元，从而能够配置具有多个阻带的IDE-EBG。例如，在无线通信设备等中，在利用了多个通信频率的印刷布线板中，能够实现针对多个频率的综合噪声对策。

如上述所示，根据本发明的实施方式所涉及的印刷布线板，通过在相邻EBG单位单元间形成交叉指状电极，从而能够将EBG单位单元小型化。通过一维或二维地周期性地配置该EBG单位单元，能够反射或吸收在数字电路中产生的高频噪声，防止该高频噪声向模拟电路的混入。

并且，通过在印刷布线板上的整个面、或者在EBG单位单元上局部地、或者避开EBG单位单元上而形成磁性体膜，从而能够更可靠地阻止高频噪声的混入。

本发明当然不限定于上述实施方式，能够在权利要求书记载的范围内进行各种变更、改良。

Claims (10)

1.一种印刷布线板，其在数字电路与模拟电路之间的绝缘层上配置有电源供给路径，所述印刷布线板的特征在于，

在数字电路与模拟电路的边界处，一维或二维地周期性地配置EBG单位单元，形成交叉指状电极。

2.根据权利要求1所述的印刷布线板，其特征在于，

所述EBG单位单元不具有过孔。

3.根据权利要求1所述的印刷布线板，其特征在于，

所述EBG单位单元保持有直流电流供给用的桥接部。

4.根据权利要求1所述的印刷布线板，其特征在于，

所述EBG单位单元在数字电路的周围周期性地配置EBG单位单元。

5.根据权利要求1所述的印刷布线板，其特征在于，

所述EBG单位单元在模拟电路的周围周期性地配置EBG单位单元。

6.根据权利要求1所述的印刷布线板，其特征在于，

所述EBG单位单元的形状是正方形、长方形、三角形以及正六边形中的任一者。

7.根据权利要求1所述的印刷布线板，其特征在于，

在印刷布线板的整个面、或者在EBG单位单元上局部地、或者避开EBG单位单元上而形成有磁性体膜。

8.根据权利要求7所述的印刷布线板，其特征在于，

所述磁性体膜是镀铁氧体薄膜。

9.根据权利要求7所述的印刷布线板，其特征在于，

所述磁性体膜的厚度是0.2～20μm。

10.一种印刷布线板的制造方法，其特征在于，

在数字电路与模拟电路之间的绝缘层上配置电源供给路径，

在数字电路与模拟电路的边界处，一维或二维地周期性地配置EBG单位单元，形成交叉指状电极，

在EBG单位单元上形成磁性体膜。