JP4130883B2 - Circuit board - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば高周波用プリント配線基板などとして用いられる回路基板に係り、さらに詳しくは、低消費電流で、クロストークおよび放射ノイズの抑制機能に優れ、配線を伝搬する信号の品質向上を図ることができる回路基板に関する。
【0002】
【従来の技術】
高周波信号伝送線路として広く用いられているマイクロストリップ線路やストリップ線路などは、プリント配線基板などの回路基板上に作成され、携帯電話等の様々な電子機器に用いられている。
【0003】
上述の信号伝送線路の特性インピーダンスは、通常、50Ωのものを用いることが一般的である。
さらに、LSIなどの能動素子から、この50Ω系の配線に十分な信号を供給するために、例えばLSIの入出力部にはバッファ回路が形成され、このバッファ回路によって大電流を発生させることによって、この50Ω系の配線を駆動している。
【0004】
このようなプリント配線基板などの回路基板上に形成された信号伝送線路は、一般的に特性インピーダンスが50Ωと低いため、該伝送線路上に信号を伝播させるために大電流を流す必要があり、バッファ回路が大型化し、消費電力が増大する問題が生じていた。
【0005】
たとえば、伝送線路に1Vの信号を伝播させる場合、オームの法則にしたがって、I=V/Z=20mA(I:電流、V:電圧、Z:特性インピーダンス)の電流を流す必要がある。特に携帯電話などの携帯機器においては、大電流を流すことが電池寿命の低下を招くなど、深刻な問題となっていた。
【0006】
上述の問題を解決する手法として、伝送線路の特性インピーダンスを高め、該伝送線路に流れる電流を低減する手法があるが、通常の伝送線路の特性インピーダンスは200ないし300Ω程度が上限であり、十分な低消費電力化効果が得られないという課題があった。
【0007】
この様子を図16を用いて説明する。図16は、マイクロストリップ線路における配線幅Wと特性インピーダンスZの関係を表した特性図であり、配線と接地金属層との間に存在する厚みh=100μmの誘電体の比誘電率εrをパラメータとしてプロットしている。なお、配線の厚みtは10μmである。
【0008】
図16に示すように、配線幅Wを小さくすることで特性インピーダンスが上昇するが、200Ωから300Ω程度で飽和し、上昇しなくなることがわかる。均一媒質中を電磁波が進行する際の特性インピーダンス(固有インピーダンス)Zは、Z=√(μ/ε)で表されるが(μ:透磁率、ε:誘電率)、樹脂などの一般的な誘電体の場合、比誘電率εは2〜4程度、比透磁率μは1程度であるので、比誘電率が2の場合、特性インピーダンスは267Ω、比誘電率が4の場合には188Ωが理論限界となる。比誘電率が1の樹脂を実現したとしても、特性インピーダンスの理論限界は377Ωとなる。したがって、単純に従来の延長により特性インピーダンスを大きくし、消費電力を低減するには限界が生じていた。
【0009】
このことを比誘電率εrと比透磁率μrとを用いて説明すれば、従来から用いられている一般的な誘電体においては、μr(約1)<εrであるため、固有インピーダンスは、真空中の固有インピーダンス(377Ω)よりも大きくなることはない。
【0010】
さらに、プリント基板を小型化するために、上述のプリント配線基板上に形成される配線は、隣接配線との距離が小さくなることによってクロストークが増えるといった問題を生じていた。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、これらの問題を解決し、従来200Ω程度が上限であった信号伝送線路の特性インピーダンスを、300Ω以上、好ましくは500Ω以上まで高め、プリント配線基板などの回路基板を含むLSIシステム全体の消費電力を減じることを目的とする。さらに、本発明は、隣接配線とのクロストークや放射ノイズを抑制せしめ、配線を伝播する信号の信号品質を向上させることを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る回路基板は、
絶縁体の内部に導体が埋め込まれている回路基板において、
比誘電率をεrとし、比透磁率をμrとした場合に、μr≧εrを満足する第1絶縁体(すなわち、固有インピーダンスZが377Ω以上)で、前記導体が実質的に囲まれていることを特徴とする。
【0013】
本発明では、前記導体が、μr≧εrを満足しない第2絶縁体で実質的に囲まれており、その第2絶縁体の周囲を、前記第1絶縁体で実質的に囲んでも良い。あるいは、前記導体の少なくとも一部が、μr≧εrを満足しない第2絶縁体で実質的に囲まれており、その第2絶縁体の周囲を、前記導体の周囲と共に、前記第1絶縁体で実質的に囲んでも良い。
【0014】
本発明において、「絶縁体」とは、JISC3005で測定した比抵抗が1kΩcm以上のものを言う。また、本発明において、「導体」とは、JISC3005で測定した比抵抗が1kΩcm未満のものを言い、配線や回路を含む概念で用いる。導体の断面形状は、矩形に限らず、円形、楕円形、その他の形状であっても良い。また、絶縁体の断面形状も特に限定されない。
また、本発明において、「実質的に囲む」とは、その一部において、囲んでない部分があっても実効的な透磁率および誘電率が所望の値を満たせば良いという趣旨である。
【0015】
本発明において、絶縁体の比誘電率εrおよび比透磁率μrは、導体を取り囲む絶縁体の構造に係わらず、導体を伝搬する電磁波に影響する実効誘電率および実効透磁率で評価する。実効誘電率または実効透磁率を測定する方法としては、実際に配線を伝搬する電磁波を計測して、誘電率および透磁率を決定するトリプレートライン共振器法などを用いて計測することができる。
【0016】
本発明の回路基板によれば、導体間の絶縁材料として、μr≧εrを満足する第1絶縁体を用いているため、固有インピーダンスを377Ω程度以上に高めることができる。このため、従来のμr<εrなる絶縁材料を用いている回路基板に比較して、消費電流を各段に低減することができる。これによって、LSIやプリント配線基板を含むLSIシステム全体の消費電力を低減することができる。
【0017】
本発明において、好ましくは、それぞれの前記導体を実質的に囲む前記第1絶縁体が、それぞれの前記導体毎に、μr≧εrを満足しない第2絶縁体で仕切られている。この発明の場合には、配線などの導体の周囲に発生した磁界を、導体を取り囲む第1絶縁体内に閉じ込めることができ、隣接する配線などの導体間のクロストークや放射ノイズを抑制せしめ、配線などの導体を伝播する信号の信号品質を向上させることができる。
【0018】
本発明において、好ましくは、前記第1絶縁体は、無機物に磁性体を混合して形成されたものである。無機物内に磁性体(μr>1)を混合することにより、μr≧εrを満足する第1絶縁体を容易に実現することができる。
【0019】
あるいは、本発明では、第1絶縁体は、合成樹脂と磁性体とを含有してなるものであっても良い。この場合にも、合成樹脂内に磁性体(μr>1)を含有させることにより、μr≧εrを満足する第1絶縁体を容易に実現することができる。
【0020】
なお、第1絶縁体には、磁性体と合成樹脂の他に、硬化剤、硬化促進剤、難燃剤、軟質重合体、耐熱安定剤、耐候安定剤、老化防止剤、レベリング剤、帯電防止剤、スリップ剤、アンチブロッキング剤、防曇剤、滑剤、染料、顔料、天然油、合成油、ワックス、乳剤、充填剤、紫外線吸収剤などを含有させることができる。
【0021】
本発明において、合成樹脂としては、特に限定されないが、たとえば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂、変性ポリフェニルエーテル樹脂、ビスマレイミド・トリアジン樹脂、変性ポリフェニレンオキサイド樹脂、ケイ素樹脂、アクリル樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリシクロオレフィン樹脂、ポリオレフィン樹脂、シアネートエステル樹脂、メラミン樹脂、及びアクリル樹脂などが例示される。
【0022】
これらの樹脂は、代表的な磁性材料であるフェライト系材料に比べ低誘電率であるため、透磁率増加の効果を打ち消すことなくインピーダンス増加の効果を発揮することができる。特に好ましい樹脂としては、誘電損失(tanδ)が小さく、水分や不要有機物の含有が少ない樹脂が好ましく、比誘電率が約2〜3で、tanδ=2×10−4で、ポリシクロオレフィン樹脂やポリオレフィン樹脂が特に好ましい。
なお、本発明では、前記磁性体は、電気絶縁性を有することが好ましい。電気絶縁性の磁性体としては、特に限定されないが、Co、Ni、Mn、Zn等を含む金属酸化物磁性体が例示される。絶縁性の磁性体を含有させることで、回路基板を構成する第1絶縁体における渦電流損失が無視できるほどに小さくなり、回路基板の透磁率を上げることのみに寄与する。なお、回路基板の渦電流損失を低減することができるため、数百MHz〜1GHz程度の高周波でも損失を抑制することができる。
【0023】
本発明では、合成樹脂100重量部に対する磁性体の量は格別制限されないが、通常1/10〜300重量部の割合で、前記第1絶縁体に含有されている。磁性体の含有割合を上記範囲にすることで、本発明の作用効果が増大する。なお、磁性体の含有割合が低すぎると、前記第1絶縁体内の磁性体存在量が減少するため本発明の作用効果が少なくなり、逆に、高すぎると、均一な分散性が得られないなど、製造上の困難が生じる傾向にある。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
第1実施形態
図1に示すように、本発明の一実施形態に係る回路基板としてのプリント配線基板100は、板状または膜状の第1絶縁体101と、その第1絶縁体101の下面に形成された第1導電膜102と、第1絶縁体101の上面に形成された第2導電膜103と、第1絶縁体101に内包されてなる複数の配線(導体)104と、を有する。本実施形態の配線基板100は、たとえばストリップ線路のための基板として用いられる。
【0025】
配線104の厚みT2は、特に限定されないが、配線基板100をストリップ線路として用いる場合には、信号周波数をf、配線104の導電率をσ、配線104の透磁率をμiとしたときに電磁波の浸入の表皮深さ{1/(πfμiσ)}1/2以上であることが好ましい。配線104を囲む第1絶縁体101の厚みT1は特に限定されないが、配線104と第1導電膜102および第2導電膜103との距離a、bのうち小さい方をT’として、T’≧{1/(πfμiσ)}1/2であることが好ましい。このようにすることで、信号のエネルギーを絶縁体中に集中することができ、配線における損失を低減することができる。配線104は、好ましくは、第1絶縁体101の厚み方向の略中央部に配置される。
【0026】
配線104の幅Wは、特に限定されないが、{1/(πfμiσ)}1/2以上であることが好ましい。配線104の相互間の距離Pは、各配線相互間で均一であっても不均一であっても良く、また特に限定されないが、好ましくは前記T’以上の間隔であり、このようにすることで、隣接する配線間のクロストークを低減することができる。なお、第1絶縁体101の内部に埋め込まれる配線104の数は、特に限定されず、しかも、配線104は第1絶縁体101中の厚み方向に複層形成されても良く、また、101、102、103、104で構成される回路基板を複層形成してもよい。
【0027】
第1絶縁体101の両面に形成される導電膜102および103の厚みT3は、特に限定されないが、{1/(πfμiσ)}1/2以上であることが好ましい。
【0028】
第1絶縁体101は、低誘電率の合成樹脂に微小な磁性体粉末を混合することにより得られる。微小な磁性体粉末は、磁区寸法に比べ十分小さく、たとえば数10nm程度、あるいはそれ以下の大きさである。磁性体粉末は、絶縁体であり、たとえばCo、Ni、Mn、Zn等を含む金属酸化物磁性体をガス中蒸発法、アトマイズ法、化学合成法などにより、磁区寸法よりも小さい、数10nm以下程度の大きさの球形状、扁平形状あるいは繊維形状に形成する。あるいは、磁性体粉末は、金属磁性体の微小粉末を形成し、それを酸化処理することによって得ても良い。
【0029】
上記によって得られた微小な磁性体粉末を、合成樹脂中に混合して成型することで、図1に示す第1絶縁体101が得られる。合成樹脂材料としては、特に限定されず、先に例示されたものが挙げられる。
【0030】
一般的に、磁性体はストークの限界により高周波になるほど透磁率が低下する。したがって、本実施形態の回路基板を高周波用途に用いる場合には、第1絶縁体の101の誘電率は低い方が好ましい。合成樹脂は、代表的な磁性材料であるフェライト材料などに比べて低誘電率であるため、高周波領域においても、固有インピーダンス増加の効果を発揮することができる。この観点から、好ましい合成樹脂としては、前述したようなポリシクロオレフィン樹脂やポリオレフィン樹脂が特に好ましい。
【0031】
導電膜102および103および配線104の材質は、導電性材料であれば特に限定されず、通常の配線材料、たとえば銅、金、銀、アルミニウムなどの金属材料を主成分とする材料などが用いられる。
【0032】
配線104を第1絶縁体101の内部に埋め込むためには、たとえば以下のようにして行う。
【0033】
図2(a)に示すように、まず、第1絶縁体101の下部絶縁層101aをシート状に成形する。その下部絶縁層101aの下面に、第1導電膜102を形成すると共に、下部絶縁層101aの上面に配線層104aを形成する。第1導電膜102および配線層104aは、たとえばCu膜をメッキ法、スパッタ法、有機金属CVD法、Cuなどの金属膜の接着法などにより形成することができる。
【0034】
次に、図2(b)に示すように、配線層104aをフォトリソグラフィ法などによりパターンニングして、所望パターンの配線104を形成する。引き続き、図2(c)に示すように、配線104が形成された下部絶縁層101aの上に、上部絶縁層101bを積層する。上部絶縁層101bは、たとえば下部絶縁層101aと同様にしてシート上に成形され、下部絶縁層101aの上に、たとえばプレス法により張り合わされる。その後、図2(d)に示すように、上部絶縁層101bの上に第2導電膜103を、第1導電膜102と同様にして形成する。
【0035】
なお、上部絶縁層101bは、たとえばスピンコート法や塗布法などで形成しても良い。たとえばキシレンなどの溶媒中に樹脂材料を含有させ、それに界面活性剤などによってフェライトなどの微小磁性材料を均一に分散させた溶液をスピンコート法などで下部絶縁層101aの上に塗布して焼成し、溶媒を蒸発させて固化させた上部絶縁層101bを形成しても良い。
このようにして得られた回路基板は、図3に示すように、第1絶縁体101を、下部絶縁層101aと上部絶縁層101bとで構成する。下部絶縁層101aと上部絶縁層101bとは、同一の材料により形成されたものであっても、異なる材料により形成されたものであっても良い。ただし、これらの絶縁層101aおよび101bは、双方ともに、μr≧εrを満足することが好ましい。
【0036】
また、少なくともいずれかの絶縁層は、LSIの製造過程において用いられる無機SOG(Spin On Glass)の水素化シルセスキオサンポリマー(HSQ)などの無機物に微小磁性材料を混合して塗布・焼成することで形成しても良い。
【0037】
本実施形態の配線基板100によれば、導体間の絶縁材料として、μr≧εrを満足する第1絶縁体101を用いているため、固有インピーダンスを377Ω程度以上、好ましくは300Ω以上、さらには500Ω程度もしくはそれ以上に高めることができ、これによって、プリント配線基板などの回路基板を含むLSIシステム全体の消費電力を低減することができる。
【0038】
また、本実施形態では、配線104が第1絶縁体101中に埋め込まれているため、配線104の周囲に発生した磁界を、配線を取り囲む第1絶縁体101内に閉じ込めることができ、隣接する配線104間のクロストークや放射ノイズを抑制せしめ、配線104を伝播する信号の信号品質を向上させることができる。
【0039】
第2実施形態
図4に示すように、本実施形態では、配線104の周囲を、第2絶縁体105で囲み、さらにその周囲を、第1絶縁体101で囲んでいる以外は、前記第1実施形態と同様な構成を有し、同様な作用効果が期待できる。
以下、各実施形態では、前記第1実施形態と共通する部材には、同一符号を付し、その説明を一部省略し、以下、相違点のみについて詳細に説明する。
【0040】
本実施形態では、配線104を囲む第2絶縁体105は、微小磁性材料を含まない通常の合成樹脂で構成してある。この第2絶縁体105は、μr<εrであり、μr≧εrを満足しない。この第2絶縁体105の厚みは、図1に示す配線104の相互間の距離Pの1/2よりも小さければよく、1/3以下であるのが好ましい。
【0041】
また、この第2絶縁体105は、図5に示すように、必ずしも配線104の全周を覆う必要はなく、その一部のみを覆っていても良い。
さらに、図6(a)および図6(b)に示すように、第1絶縁体101は、配線104の全周を覆うことなく、その一部が第2絶縁体105で囲まれていても良い。また、配線104の取り出し口では、スルーホール接続部などで配線104が第1絶縁体101で囲まれていない部分があっても良い。図6(a)および図6(b)に示すように、配線104の周囲で、第1絶縁体101で囲まれていない部分106の幅W2minは、その幅W2minと平行な方向の配線104の最大幅W1maxよりも狭いことが好ましい。
【0042】
第3実施形態
図7に示すように、本実施形態では、配線104の周囲を、球状の第1絶縁体201(第1絶縁体101と形状が異なるのみ)が分散してある第1絶縁体205で囲んでいる以外は、前記第1実施形態と同様な構成を有し、同様な作用効果が期待できる。
【0043】
本実施形態では、球状の第1絶縁体201が分散してある第1絶縁体205で配線104を囲んでおり、このことは、すなわち、配線(導体)104を第1絶縁体201で実質的に囲んでいることになる。
【0044】
また、図8に示す実施形態では、扁平形状の第1絶縁体301が分散してある第1絶縁体305で配線104を囲んでおり、このことは、すなわち、配線(導体)104を第1絶縁体301で実質的に囲んでいることになる。
【0045】
さらに、図9に示す実施形態では、繊維形状の第1絶縁体401が分散してある第1絶縁体405で配線104を囲んでおり、このことは、すなわち、配線(導体)104を第1絶縁体401で実質的に囲んでいることになる。
【0046】
第4実施形態
図10に示すように、本実施形態では、第1導電膜102と第2導電膜103との間に形成された板状または膜状のμr≧εrを満足する第1絶縁体501が、それぞれの配線104毎に、μr≧εrを満足しない第2絶縁体505で仕切られている。
【0047】
第1絶縁体501は、前記第1実施形態の配線基板100における第1絶縁体101と同様な材質であり、同様にして製造される。第2絶縁体505は、通常の合成樹脂であり、磁性体粉末が分散されていない。
【0048】
第1絶縁体501の幅W4は、配線104の幅Wよりも大きいことが必要であり、配線104が第1絶縁体501に実質的に囲まれていればよい。配線104は、第1絶縁体501の幅方向の略中央付近に配置されることが好ましい。第2絶縁体505の幅W3は、幅W4よりも小さくても良く、具体的には、0以上であり、配線104が第1絶縁体501に実質的に囲まれるように決定される。すなわち、図11に示すように、第2絶縁体505の最小幅W3minは、第1絶縁体501で配線104の周囲が囲まれていない部分605の最小幅W2min以上であればよい。
【0049】
第1絶縁体501と第2絶縁体505とを交互に繰り返して形成される配線基板は、たとえば以下のようにして製造することができる。
すなわち、まず、図12(a)に示すように、図3に示す工程と同様にして、配線104が第1絶縁体501の内部に埋め込まれた基板を形成する。その後、図12(b)に示すように、レーザ加工などにより、図10に示す第2絶縁体505が形成されるパターンで溝505aを形成する。その後、図12(c)に示すように、溝505aの上からスピンコート法などで、第2絶縁体505となる樹脂を流し込み、第2絶縁体505を形成し、その後に、余分な絶縁体部分505bを取り除く。
【0050】
本実施形態に係る配線基板によれば、各第1絶縁体501中にそれぞれ配線104が埋め込まれ、しかも、各第1絶縁体501は、第2絶縁体505で仕切られている。このため、本実施形態によれば、前記第1実施形態の作用効果を、さらに増進させることができる。すなわち、本実施形態によれば、配線104の周囲に発生した磁界を、配線104を取り囲む第1絶縁体501内に、さらに有効に閉じ込めることができ、隣接する配線104間のクロストークや放射ノイズを抑制せしめ、配線104を伝播する信号の信号品質を向上させることができる。
【0051】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
たとえば、本発明に係る回路基板は、ストリップ線路以外の回路、たとえばマイクロストリップ線路、あるいはその他の回路のための基板以外にも用いることができる。
【0052】
【実施例】
以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
【0053】
実施例1
【0054】
この微小磁性体粉末を、ポリ疾駆路オレフィン樹脂(ノルボルネン系シクロオレフィンの開環重合体変性体(Tg=170℃)100部、ビスフェノール系硬化剤40部、及びイミダゾール系効果促進剤0.1部を溶剤に溶解させて得たワニスに、絶縁体からなる微小磁性体粉末であるフェライト材(戸田工業社製)を均一に分散させ、キャスト成形後、熱処理して、厚みT1=100μmの図1に示す第1絶縁体101を得た。この第1絶縁体101の比誘電率εは2.9であった。磁性体粉末の分散量は、ワニスの溶剤以外の成分重量100重量部に対して100重量部の割合であった。
【0055】
なお、第1絶縁体101の内部には、断面幅Wが10μmで断面厚みT2が10μmの銅金属で構成された配線104を、配線間隔P=200μmで厚み方向の略中央に配置されるように埋め込んだ。
【0056】
次に、第1絶縁体101の下面および上面に、同めっきを施し、厚み20μmの導電膜102および103を形成し、配線基板100を得た。
【0057】
この配線基板100における第1絶縁体101の透磁率μを測定したところ、25であった。
【0058】
配線104の幅Wを1〜100μmの間で変化させて、特性インピーダンスとの関係を求めた結果を図13の実線で示す。
【0059】
比較例1
第1絶縁体101の代わりに、前記ワニスに微小磁性体粉末を分散させないで、絶縁体を得たこと以外は、前記実施例1と同様にして、配線基板を製造した。絶縁体の比誘電率ε=2であり、配線基板の透磁率μ=1であった。配線104の幅Wを1〜100μmの間で変化させて、特性インピーダンスとの関係を求めた結果を図2の点線で示す。
【0060】
評価1
図13に示すように、実施例の方が、比較例(従来型ストリップライン)に比較して、特性インピーダンスが向上していることが確認できた。すなわち、従来では、100〜200Ωが限界であった特性インピーダンスを、本実施例では、300〜500Ω程度以上にすることができることが確認できた。また、配線インピーダンスを高めるために配線幅を極端に細くする必要がないため、配線抵抗による損失を減少せしめることができる。
【0061】
実施例2
第1絶縁体101における磁性体粉末の分散量を変化させ、100MHzにおける第1絶縁体101の透磁率を1〜100の範囲で変化させた以外は、実施例1と同様にして配線基板を製造した。配線基板100に形成した伝送線路の特性インピーダンスと第1絶縁体101の比透磁率との関係を図14に示す。比透磁率が25程度で特性インピーダンスが500Ω、比透磁率が100程度で特性インピーダンスが1000Ωの伝送線路が得られることが確認できた。
【0062】
実施例3
実施例1における配線基板のうち、特性インピーダンスが500Ωのものを選択し、周波数と消費電力との関係を求めた結果を、図15中の曲線Aに示す。
【0063】
比較例2
比較例1における配線基板のうち、特性インピーダンスが50Ωのものを選択し、周波数と消費電力との関係を求めた結果を、図15中の曲線Bに示す。
【0064】
評価2
図15に示すように、1GHzを超えた付近から回転磁化共鳴周波数に近づくため磁性体の損失が増え始めるが、1GHz程度より小さい周波数では、微小磁性体となっている単磁区構造のため、磁壁運動が停止しており、低い損失が実現できる。比透磁率25に調整した実施例3の第1絶縁体中に伝送線路配線を形成し特性インピーダンスを500Ωとすることで、従来例である比較例2の50Ωの特性インピーダンスに比べ、1/10の低消費電力化が達成できることが確認できた。
【0065】
さらに、従来、一般的に用いられる50Ωの特性インピーダンスの場合と比較して、実施例3では、500Ω程度あるいはそれ以上の特性インピーダンスが容易に形成できるため、配線を流れる電流を1/10程度もしくはそれ以下とでき、プリント配線基板や配線を駆動するバッファ回路における消費電力が1/10以下となることが確認できた。
【0066】
上記実施例はプリント配線基板に本発明を適用した場合を示すが、LSIの内部配線に、本発明を適用してもよく、同様の効果が得られる。
【0067】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、従来200Ω程度が上限であった信号伝送線路の特性インピーダンスを、300Ω以上、好ましくは500Ω以上まで高め、プリント配線基板などの回路基板を含むLSIシステム全体の消費電力を減じることができる。また、本発明によれば、隣接配線とのクロストークや放射ノイズを抑制せしめ、配線を伝播する信号の信号品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は本発明の実施形態におけるプリント配線基板の構造を示す断面図である。
【図2】 図2は本発明の他の実施形態におけるプリント配線基板の構造を示す断面図である。
【図3】 図3(a)〜図3(d)は図2に示すプリント配線基板の作り方を示す断面図である。
【図4】 図4は本発明の他の実施形態に係るプリント配線基板の構造を示す断面図である。
【図5】 図5は本発明の他の実施形態に係るプリント配線基板の構造を示す断面図である。
【図6】 図6(a)および図6(b)は本発明の他の実施形態に係るプリント配線基板の構造を示す断面図である。
【図7】 図7は本発明の他の実施形態に係るプリント配線基板の構造を示す断面図である。
【図8】 図8は本発明の他の実施形態に係るプリント配線基板の構造を示す断面図である。
【図9】 図9は本発明の他の実施形態に係るプリント配線基板の構造を示す断面図である。
【図10】 図10は本発明の他の実施形態に係るプリント配線基板の構造を示す断面図である。
【図11】 図11は本発明の他の実施形態に係るプリント配線基板の構造を示す断面図である。
【図12】 図12(a)〜図12(c)は図10に示す実施形態に係るプリント配線基板の製造過程を示す断面図である。
【図13】 図13は本発明の実施例および比較例におけるプリント配線基板にストリップ線路を構成した場合の、特性インピーダンスと配線幅との関係を示す特性図である。
【図14】 図14は本発明の実施例におけるプリント配線基板にストリップ線路を構成した場合の、特性インピーダンスと比透磁率の関係を示す特性図である。
【図15】 図15は本発明の実施例における第1絶縁体を用いたプリント配線基板に形成した伝送線路の特性インピーダンスと電力消費量と周波数の関係を示す特性図である。
【図16】 図16は従来のマイクロストリップ線路の配線幅と特性インピーダンスの関係を示す特性図である。
【符号の説明】
100… プリント配線基板(回路基板)
101,101a,101b,201,301,401,501… 第1絶縁体
105,205,305,405,505… 第2絶縁体
102,103… 導電膜
104… 配線
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a circuit board used as, for example, a high-frequency printed wiring board, and more particularly, to improve the quality of a signal propagating through a wiring with low current consumption, excellent crosstalk and radiation noise suppression function. It is related with the circuit board which can do.
[0002]
[Prior art]
Microstrip lines, strip lines, and the like that are widely used as high-frequency signal transmission lines are formed on circuit boards such as printed wiring boards, and are used in various electronic devices such as mobile phones.
[0003]
The characteristic impedance of the signal transmission line is generally 50Ω.
Further, in order to supply a sufficient signal from an active element such as LSI to the 50Ω wiring, for example, a buffer circuit is formed in the input / output unit of the LSI, and a large current is generated by the buffer circuit. This 50Ω wiring is driven.
[0004]
Since a signal transmission line formed on a circuit board such as a printed wiring board generally has a low characteristic impedance of 50Ω, it is necessary to flow a large current to propagate a signal on the transmission line. There has been a problem in that the buffer circuit becomes large and power consumption increases.
[0005]
For example, when a 1V signal is propagated through a transmission line, it is necessary to pass a current of I = V / Z = 20 mA (I: current, V: voltage, Z: characteristic impedance) according to Ohm's law. In particular, in portable devices such as mobile phones, flowing a large current has caused serious problems such as a decrease in battery life.
[0006]
As a technique for solving the above-mentioned problem, there is a technique for increasing the characteristic impedance of the transmission line and reducing the current flowing through the transmission line. However, the characteristic impedance of a normal transmission line is about 200 to 300Ω, and is sufficient. There was a problem that the effect of reducing power consumption could not be obtained.
[0007]
This will be described with reference to FIG. FIG. 16 is a characteristic diagram showing the relationship between the wiring width W and the characteristic impedance Z in the microstrip line. The relative dielectric constant εr of a dielectric having a thickness h = 100 μm existing between the wiring and the ground metal layer is a parameter. As a plot. The wiring thickness t is 10 μm.
[0008]
As shown in FIG. 16, the characteristic impedance increases as the wiring width W is reduced, but it is saturated at about 200Ω to 300Ω and does not increase. Characteristic impedance (specific impedance) Z when electromagnetic waves travel in a uniform medium is expressed by Z = √ (μ / ε) (μ: permeability, ε: dielectric constant), but it is common for resins, etc. In the case of a dielectric, the relative dielectric constant ε is about 2 to 4 and the relative magnetic permeability μ is about 1. Therefore, when the relative dielectric constant is 2, the characteristic impedance is 267Ω, and when the relative dielectric constant is 4, the characteristic impedance is 188Ω. It becomes the theoretical limit. Even if a resin having a relative dielectric constant of 1 is realized, the theoretical limit of characteristic impedance is 377Ω. Therefore, there has been a limit to simply increasing the characteristic impedance by conventional extension and reducing power consumption.
[0009]
If this is explained using a relative permittivity εr and a relative permeability μr, in a conventional dielectric that has been conventionally used, μr (about 1) <εr. It cannot be larger than the intrinsic impedance (377Ω).
[0010]
Furthermore, in order to reduce the size of the printed circuit board, the wiring formed on the above-described printed wiring board has a problem that crosstalk increases due to a decrease in the distance from the adjacent wiring.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention solves these problems and raises the characteristic impedance of the signal transmission line, which has conventionally been about 200 Ω, to 300 Ω or more, preferably 500 Ω or more, and improves the overall LSI system including a circuit board such as a printed wiring board. The purpose is to reduce power consumption. Furthermore, an object of the present invention is to suppress the crosstalk and radiation noise between adjacent wirings and improve the signal quality of signals propagating through the wirings.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a circuit board according to the present invention comprises:
In a circuit board in which a conductor is embedded inside an insulator,
When the relative permittivity is εr and the relative permeability is μr, the conductor is substantially surrounded by a first insulator that satisfies μr ≧ εr (that is, the specific impedance Z is 377Ω or more). It is characterized by.
[0013]
In the present invention, the conductor may be substantially surrounded by a second insulator that does not satisfy μr ≧ εr, and the periphery of the second insulator may be substantially surrounded by the first insulator. Alternatively, at least a part of the conductor is substantially surrounded by a second insulator that does not satisfy μr ≧ εr, and the periphery of the second insulator is surrounded by the first insulator together with the periphery of the conductor. It may be substantially enclosed.
[0014]
In the present invention, the “insulator” refers to a material having a specific resistance measured by JISC3005 of 1 kΩcm or more. In the present invention, the term “conductor” refers to one having a specific resistance measured by JISC3005 of less than 1 kΩcm, and is used in a concept including wiring and circuits. The cross-sectional shape of the conductor is not limited to a rectangle, but may be a circle, an ellipse, or other shapes. Further, the cross-sectional shape of the insulator is not particularly limited.
In the present invention, “substantially enclose” means that the effective magnetic permeability and dielectric constant only have to satisfy desired values even if there is an unenclosed part.
[0015]
In the present invention, the relative dielectric constant εr and the relative magnetic permeability μr of the insulator are evaluated by an effective dielectric constant and an effective magnetic permeability that affect electromagnetic waves propagating through the conductor, regardless of the structure of the insulator surrounding the conductor. As a method for measuring the effective permittivity or the effective permeability, it is possible to measure by using a triplate line resonator method or the like that measures an electromagnetic wave actually propagating through the wiring and determines the permittivity and the permeability.
[0016]
According to the circuit board of the present invention, since the first insulator satisfying μr ≧ εr is used as the insulating material between the conductors, the specific impedance can be increased to about 377Ω or more. For this reason, it is possible to reduce the current consumption in each stage as compared with a circuit board using a conventional insulating material satisfying μr <εr. As a result, the power consumption of the entire LSI system including the LSI and the printed wiring board can be reduced.
[0017]
In the present invention, preferably, the first insulator that substantially surrounds each of the conductors is partitioned by a second insulator that does not satisfy μr ≧ εr for each of the conductors. In the case of the present invention, a magnetic field generated around a conductor such as a wiring can be confined in the first insulator surrounding the conductor, and crosstalk and radiation noise between conductors such as adjacent wirings can be suppressed, and the wiring The signal quality of the signal propagating through the conductor can be improved.
[0018]
In the present invention, preferably, the first insulator is formed by mixing a magnetic substance with an inorganic substance. By mixing a magnetic material (μr> 1) in the inorganic material, a first insulator that satisfies μr ≧ εr can be easily realized.
[0019]
Alternatively, in the present invention, the first insulator may include a synthetic resin and a magnetic material. Also in this case, the first insulator satisfying μr ≧ εr can be easily realized by including the magnetic material (μr> 1) in the synthetic resin.
[0020]
In addition to the magnetic material and the synthetic resin, the first insulator includes a curing agent, a curing accelerator, a flame retardant, a soft polymer, a heat stabilizer, a weather stabilizer, an antiaging agent, a leveling agent, and an antistatic agent. , Slip agents, antiblocking agents, antifogging agents, lubricants, dyes, pigments, natural oils, synthetic oils, waxes, emulsions, fillers, ultraviolet absorbers, and the like.
[0021]
In the present invention, the synthetic resin is not particularly limited. For example, epoxy resin, phenol resin, polyimide resin, polyester resin, fluorine resin, modified polyphenyl ether resin, bismaleimide / triazine resin, modified polyphenylene oxide resin, silicon resin And acrylic resin, benzocyclobutene resin, polyethylene naphthalate resin, polycycloolefin resin, polyolefin resin, cyanate ester resin, melamine resin, and acrylic resin.
[0022]
Since these resins have a lower dielectric constant than a ferrite material that is a typical magnetic material, the effect of increasing impedance can be exhibited without canceling the effect of increasing permeability. As a particularly preferable resin, a resin having a small dielectric loss (tan δ) and a small content of moisture and unnecessary organic substances is preferable, a relative dielectric constant is about 2 to 3, and tan δ = 2 × 10.-4Polycycloolefin resin and polyolefin resin are particularly preferable.
In the present invention, the magnetic body preferably has electrical insulation. Although it does not specifically limit as an electrically insulating magnetic body, The metal oxide magnetic body containing Co, Ni, Mn, Zn, etc. is illustrated. By including an insulating magnetic material, the eddy current loss in the first insulator constituting the circuit board becomes negligibly small, which contributes only to increasing the magnetic permeability of the circuit board. In addition, since the eddy current loss of the circuit board can be reduced, the loss can be suppressed even at a high frequency of about several hundred MHz to 1 GHz.
[0023]
In the present invention, the amount of the magnetic material with respect to 100 parts by weight of the synthetic resin is not particularly limited, but is usually 1/10.6It is contained in the first insulator at a ratio of ˜300 parts by weight. The effect of this invention increases by making the content rate of a magnetic body into the said range. If the content of the magnetic material is too low, the amount of the magnetic material present in the first insulator is reduced, so that the effect of the present invention is reduced. Conversely, if the content is too high, uniform dispersibility cannot be obtained. There is a tendency for manufacturing difficulties to occur.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments shown in the drawings.
First embodiment
As shown in FIG. 1, a printed wiring board 100 as a circuit board according to an embodiment of the present invention is formed on a plate-like or film-like first insulator 101 and a lower surface of the first insulator 101. The first conductive film 102, the second conductive film 103 formed on the upper surface of the first insulator 101, and a plurality of wirings (conductors) 104 included in the first insulator 101 are included. The wiring substrate 100 of this embodiment is used as a substrate for a strip line, for example.
[0025]
The thickness T2 of the wiring 104 is not particularly limited. However, when the wiring substrate 100 is used as a strip line, the signal frequency is f, the conductivity of the wiring 104 is σ, and the magnetic permeability of the wiring 104 is μi. Infiltration skin depth {1 / (πfμiσ)}1/2The above is preferable. The thickness T1 of the first insulator 101 surrounding the wiring 104 is not particularly limited, but T ′ ≧, where T ′ is the smaller one of the distances a and b between the wiring 104 and the first conductive film 102 and the second conductive film 103. {1 / (πfμiσ)}1/2It is preferable that By doing in this way, the energy of a signal can be concentrated in an insulator and the loss in wiring can be reduced. The wiring 104 is preferably disposed at a substantially central portion in the thickness direction of the first insulator 101.
[0026]
The width W of the wiring 104 is not particularly limited, but {1 / (πfμiσ)}1/2The above is preferable. The distance P between the wirings 104 may be uniform or non-uniform between the wirings, and is not particularly limited. However, the distance P is preferably equal to or greater than the T ′. Thus, crosstalk between adjacent wirings can be reduced. Note that the number of the wirings 104 embedded in the first insulator 101 is not particularly limited, and the wirings 104 may be formed in multiple layers in the thickness direction in the first insulator 101. A circuit board composed of 102, 103, and 104 may be formed in multiple layers.
[0027]
The thickness T3 of the conductive films 102 and 103 formed on both surfaces of the first insulator 101 is not particularly limited, but {1 / (πfμiσ)}1/2The above is preferable.
[0028]
The first insulator 101 is obtained by mixing a minute magnetic powder with a synthetic resin having a low dielectric constant. The fine magnetic powder is sufficiently smaller than the magnetic domain size, for example, about several tens of nanometers or less. The magnetic powder is an insulator. For example, a metal oxide magnetic material containing Co, Ni, Mn, Zn, or the like is smaller than the magnetic domain size by a gas evaporation method, an atomizing method, a chemical synthesis method, etc. It is formed in a spherical shape, flat shape, or fiber shape of a moderate size. Alternatively, the magnetic powder may be obtained by forming a metal magnetic fine powder and oxidizing it.
[0029]
The first insulator 101 shown in FIG. 1 is obtained by mixing and molding the fine magnetic substance powder obtained as described above in a synthetic resin. The synthetic resin material is not particularly limited and includes those exemplified above.
[0030]
In general, the permeability of magnetic materials decreases as the frequency increases due to the Stoke limit. Therefore, when the circuit board of the present embodiment is used for high frequency applications, it is preferable that the dielectric constant of the first insulator 101 is low. Synthetic resin has a lower dielectric constant than a typical magnetic material, such as a ferrite material, and therefore can exhibit an effect of increasing specific impedance even in a high frequency region. From this viewpoint, as a preferable synthetic resin, the polycycloolefin resin and the polyolefin resin as described above are particularly preferable.
[0031]
The material of the conductive films 102 and 103 and the wiring 104 is not particularly limited as long as it is a conductive material, and a normal wiring material, for example, a material mainly composed of a metal material such as copper, gold, silver, or aluminum is used. .
[0032]
In order to embed the wiring 104 in the first insulator 101, for example, the following is performed.
[0033]
As shown in FIG. 2A, first, the lower insulating layer 101a of the first insulator 101 is formed into a sheet shape. The first conductive film 102 is formed on the lower surface of the lower insulating layer 101a, and the wiring layer 104a is formed on the upper surface of the lower insulating layer 101a. The first conductive film 102 and the wiring layer 104a can be formed, for example, by plating a Cu film, a sputtering method, an organic metal CVD method, a bonding method of a metal film such as Cu, or the like.
[0034]
Next, as shown in FIG. 2B, the wiring layer 104a is patterned by photolithography or the like to form a wiring 104 having a desired pattern. Subsequently, as shown in FIG. 2C, the upper insulating layer 101b is laminated on the lower insulating layer 101a on which the wiring 104 is formed. The upper insulating layer 101b is formed on a sheet in the same manner as the lower insulating layer 101a, for example, and is bonded onto the lower insulating layer 101a by, for example, a press method. Thereafter, as shown in FIG. 2D, a second conductive film 103 is formed on the upper insulating layer 101b in the same manner as the first conductive film 102.
[0035]
The upper insulating layer 101b may be formed by, for example, a spin coating method or a coating method. For example, a solution in which a resin material is contained in a solvent such as xylene and a fine magnetic material such as ferrite is uniformly dispersed by a surfactant or the like is applied onto the lower insulating layer 101a by a spin coating method or the like and baked. Alternatively, the upper insulating layer 101b that is solidified by evaporating the solvent may be formed.
As shown in FIG. 3, the circuit board obtained in this way comprises the first insulator 101 with a lower insulating layer 101a and an upper insulating layer 101b. The lower insulating layer 101a and the upper insulating layer 101b may be formed of the same material or different materials. However, it is preferable that both of these insulating layers 101a and 101b satisfy μr ≧ εr.
[0036]
Further, at least one of the insulating layers is coated and fired by mixing a minute magnetic material with an inorganic material such as inorganic SOG (Spin On Glass) hydrogenated silsesquiosan polymer (HSQ) used in the LSI manufacturing process. May be formed.
[0037]
According to the wiring substrate 100 of the present embodiment, since the first insulator 101 that satisfies μr ≧ εr is used as the insulating material between the conductors, the specific impedance is about 377Ω or more, preferably 300Ω or more, and further 500Ω. The power consumption of the entire LSI system including a circuit board such as a printed wiring board can be reduced.
[0038]
In the present embodiment, since the wiring 104 is embedded in the first insulator 101, the magnetic field generated around the wiring 104 can be confined in the first insulator 101 surrounding the wiring, and adjacent to each other. Crosstalk and radiation noise between the wirings 104 can be suppressed, and the signal quality of the signal propagating through the wirings 104 can be improved.
[0039]
Second embodiment
As shown in FIG. 4, in this embodiment, the periphery of the wiring 104 is surrounded by the second insulator 105, and the periphery thereof is further surrounded by the first insulator 101. The same function and effect can be expected.
Hereinafter, in each embodiment, the same code | symbol is attached | subjected to the member which is common in the said 1st Embodiment, the description is partially abbreviate | omitted, and only a difference is demonstrated in detail hereafter.
[0040]
In the present embodiment, the second insulator 105 surrounding the wiring 104 is made of a normal synthetic resin that does not contain a minute magnetic material. The second insulator 105 satisfies μr <εr and does not satisfy μr ≧ εr. The thickness of the second insulator 105 may be smaller than ½ of the distance P between the wirings 104 shown in FIG. 1, and is preferably 1 / or less.
[0041]
Further, as shown in FIG. 5, the second insulator 105 does not necessarily need to cover the entire circumference of the wiring 104, and may cover only a part thereof.
Further, as shown in FIGS. 6A and 6B, the first insulator 101 does not cover the entire circumference of the wiring 104 and may be partially surrounded by the second insulator 105. good. Further, at the outlet of the wiring 104, there may be a portion where the wiring 104 is not surrounded by the first insulator 101 at a through-hole connection portion or the like. As shown in FIGS. 6A and 6B, the width W2min of the portion 106 that is not surrounded by the first insulator 101 around the wiring 104 is equal to that of the wiring 104 in a direction parallel to the width W2min. It is preferably narrower than the maximum width W1max.
[0042]
Third embodiment
As shown in FIG. 7, in this embodiment, the periphery of the wiring 104 is surrounded by a first insulator 205 in which spherical first insulators 201 (only different in shape from the first insulator 101) are dispersed. Except for this, it has the same configuration as that of the first embodiment, and the same effect can be expected.
[0043]
In this embodiment, the wiring 104 is surrounded by the first insulator 205 in which the spherical first insulators 201 are dispersed. This means that the wiring (conductor) 104 is substantially covered by the first insulator 201. It will be surrounded by.
[0044]
In the embodiment shown in FIG. 8, the wiring 104 is surrounded by the first insulator 305 in which the flat first insulator 301 is dispersed. This means that the wiring (conductor) 104 is the first. It is substantially surrounded by the insulator 301.
[0045]
Further, in the embodiment shown in FIG. 9, the wiring 104 is surrounded by the first insulator 405 in which the fiber-shaped first insulator 401 is dispersed. This means that the wiring (conductor) 104 is the first. It is substantially surrounded by the insulator 401.
[0046]
Fourth embodiment
As shown in FIG. 10, in this embodiment, the first insulators 501 that satisfy the plate-like or film-like μr ≧ εr formed between the first conductive film 102 and the second conductive film 103 are respectively provided. Each wiring 104 is partitioned by a second insulator 505 that does not satisfy μr ≧ εr.
[0047]
The first insulator 501 is made of the same material as the first insulator 101 in the wiring board 100 of the first embodiment, and is manufactured in the same manner. The second insulator 505 is a normal synthetic resin, and the magnetic powder is not dispersed therein.
[0048]
The width W4 of the first insulator 501 needs to be larger than the width W of the wiring 104, and it is sufficient that the wiring 104 is substantially surrounded by the first insulator 501. The wiring 104 is preferably arranged in the vicinity of the approximate center in the width direction of the first insulator 501. The width W <b> 3 of the second insulator 505 may be smaller than the width W <b> 4, specifically, 0 or more, and is determined so that the wiring 104 is substantially surrounded by the first insulator 501. That is, as shown in FIG. 11, the minimum width W3min of the second insulator 505 may be equal to or greater than the minimum width W2min of the portion 605 where the periphery of the wiring 104 is not surrounded by the first insulator 501.
[0049]
A wiring board formed by alternately repeating the first insulator 501 and the second insulator 505 can be manufactured as follows, for example.
That is, first, as shown in FIG. 12A, a substrate in which the wiring 104 is embedded in the first insulator 501 is formed in the same manner as in the step shown in FIG. Thereafter, as shown in FIG. 12B, the groove 505a is formed by a laser processing or the like in a pattern in which the second insulator 505 shown in FIG. 10 is formed. Thereafter, as shown in FIG. 12C, a resin to be the second insulator 505 is poured from above the groove 505a by spin coating or the like to form the second insulator 505, and then an extra insulator Part 505b is removed.
[0050]
According to the wiring board according to the present embodiment, the wiring 104 is embedded in each first insulator 501, and each first insulator 501 is partitioned by the second insulator 505. For this reason, according to this embodiment, the effect of the said 1st Embodiment can be further improved. That is, according to the present embodiment, the magnetic field generated around the wiring 104 can be more effectively confined in the first insulator 501 surrounding the wiring 104, and crosstalk and radiation noise between adjacent wirings 104 can be obtained. And the signal quality of the signal propagating through the wiring 104 can be improved.
[0051]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified within the scope of the present invention.
For example, the circuit board according to the present invention can be used for a circuit other than a strip line, for example, a microstrip line or a substrate for other circuits.
[0052]
【Example】
Hereinafter, although this invention is demonstrated based on a more detailed Example, this invention is not limited to these Examples.
[0053]
Example 1
[0054]
This fine magnetic powder was mixed with 100 parts of a polysilane olefin resin (norbornene cycloolefin ring-opening polymer modified product (Tg = 170 ° C.), 40 parts bisphenol curing agent, and 0.1 part imidazole effect accelerator. 1 is obtained by uniformly dispersing a ferrite material (manufactured by Toda Kogyo Co., Ltd.), which is a fine magnetic powder made of an insulator, in a varnish obtained by dissolving a varnish in a solvent, cast-molding, and heat-treating, and FIG. The relative dielectric constant ε of the first insulator 101 was 2.9, and the amount of magnetic powder dispersed was 100 parts by weight of the component other than the varnish solvent. The ratio was 100 parts by weight.
[0055]
In the first insulator 101, the wiring 104 made of copper metal having a cross-sectional width W of 10 μm and a cross-sectional thickness T2 of 10 μm is arranged at the approximate center in the thickness direction with a wiring interval P = 200 μm. Embedded in.
[0056]
Next, the same plating was performed on the lower surface and the upper surface of the first insulator 101 to form conductive films 102 and 103 having a thickness of 20 μm, whereby the wiring substrate 100 was obtained.
[0057]
The magnetic permeability μ of the first insulator 101 in this wiring board 100 was measured and found to be 25.
[0058]
The result of obtaining the relationship with the characteristic impedance by changing the width W of the wiring 104 between 1 and 100 μm is shown by a solid line in FIG.
[0059]
Comparative Example 1
Instead of the first insulator 101, a wiring board was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the insulator was obtained without dispersing the fine magnetic powder in the varnish. The relative dielectric constant ε = 2 of the insulator and the magnetic permeability μ = 1 of the wiring board. The result of obtaining the relationship with the characteristic impedance by changing the width W of the wiring 104 between 1 and 100 μm is shown by a dotted line in FIG.
[0060]
Evaluation 1
As shown in FIG. 13, it was confirmed that the characteristic impedance was improved in the example compared to the comparative example (conventional stripline). That is, it has been confirmed that the characteristic impedance, which is conventionally limited to 100 to 200Ω, can be about 300 to 500Ω or more in this embodiment. Moreover, since it is not necessary to extremely reduce the wiring width in order to increase the wiring impedance, it is possible to reduce the loss due to the wiring resistance.
[0061]
Example 2
A wiring board is manufactured in the same manner as in Example 1 except that the dispersion amount of the magnetic powder in the first insulator 101 is changed and the permeability of the first insulator 101 at 100 MHz is changed in the range of 1 to 100. did. The relationship between the characteristic impedance of the transmission line formed on the wiring board 100 and the relative permeability of the first insulator 101 is shown in FIG. It was confirmed that a transmission line having a relative permeability of about 25, a characteristic impedance of 500Ω, a relative permeability of about 100, and a characteristic impedance of 1000Ω was obtained.
[0062]
Example 3
The wiring board in Example 1 having a characteristic impedance of 500Ω is selected, and the result of obtaining the relationship between frequency and power consumption is shown by a curve A in FIG.
[0063]
Comparative Example 2
The wiring board in Comparative Example 1 having a characteristic impedance of 50Ω is selected, and the result of obtaining the relationship between the frequency and the power consumption is shown by a curve B in FIG.
[0064]
Evaluation 2
As shown in FIG. 15, the loss of the magnetic material starts to increase near the rotational magnetization resonance frequency from above 1 GHz, but at a frequency smaller than about 1 GHz, the domain wall has a single magnetic domain structure that is a micromagnetic material. The movement is stopped and low loss can be realized. By forming a transmission line wiring in the first insulator of Example 3 adjusted to have a relative permeability of 25 and setting the characteristic impedance to 500Ω, it is 1/10 compared to the 50Ω characteristic impedance of Comparative Example 2 which is a conventional example. It was confirmed that low power consumption can be achieved.
[0065]
Furthermore, compared to the case of a characteristic impedance of 50Ω that is generally used conventionally, in Example 3, a characteristic impedance of about 500Ω or more can be easily formed, so that the current flowing through the wiring is reduced to about 1/10 or It was confirmed that the power consumption of the printed circuit board and the buffer circuit for driving the wiring would be 1/10 or less.
[0066]
Although the above embodiment shows the case where the present invention is applied to a printed wiring board, the present invention may be applied to the internal wiring of an LSI, and the same effect can be obtained.
[0067]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the characteristic impedance of the signal transmission line, which has conventionally been about 200Ω, is increased to 300Ω or more, preferably 500Ω or more, and includes an LSI system including a circuit board such as a printed wiring board. Overall power consumption can be reduced. In addition, according to the present invention, crosstalk and radiation noise with adjacent wirings can be suppressed, and the signal quality of signals propagating through the wirings can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structure of a printed wiring board in an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of a printed wiring board according to another embodiment of the present invention.
3A to FIG. 3D are cross-sectional views showing how to make the printed wiring board shown in FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of a printed wiring board according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of a printed wiring board according to another embodiment of the present invention.
6 (a) and 6 (b) are cross-sectional views showing the structure of a printed wiring board according to another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the structure of a printed wiring board according to another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the structure of a printed wiring board according to another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the structure of a printed wiring board according to another embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the structure of a printed wiring board according to another embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing the structure of a printed wiring board according to another embodiment of the present invention.
12 (a) to 12 (c) are cross-sectional views showing a manufacturing process of the printed wiring board according to the embodiment shown in FIG.
FIG. 13 is a characteristic diagram showing the relationship between the characteristic impedance and the wiring width when a strip line is formed on the printed wiring board in the example of the present invention and the comparative example.
FIG. 14 is a characteristic diagram showing the relationship between characteristic impedance and relative magnetic permeability when a strip line is formed on the printed wiring board in the embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a characteristic diagram showing a relationship between characteristic impedance, power consumption, and frequency of a transmission line formed on a printed wiring board using the first insulator in the embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a characteristic diagram showing the relationship between the wiring width and characteristic impedance of a conventional microstrip line.
[Explanation of symbols]
100 ... Printed wiring board (circuit board)
101, 101a, 101b, 201, 301, 401, 501 ... first insulator
105, 205, 305, 405, 505 ... second insulator
102, 103 ... conductive film
104 ... Wiring

Claims (8)

絶縁体の内部に導体が伝送線路として埋め込まれている回路基板において、比誘電率をεrとし、比透磁率をμrとした場合に、μr≧εrを満足する第1絶縁体で、前記導体が実質的に囲まれ、前記伝送線路としての前記導体の特性インピーダンスが300Ω以上であることを特徴とする回路基板。In a circuit board in which a conductor is embedded as a transmission line inside an insulator, when the relative permittivity is εr and the relative permeability is μr, the first insulator satisfies μr ≧ εr, and the conductor is A circuit board characterized by being substantially surrounded and having a characteristic impedance of 300Ω or more of the conductor as the transmission line . 前記導体が、μr≧εrを満足しない第2絶縁体で実質的に囲まれており、その第2絶縁体の周囲を、前記第1絶縁体で実質的に囲んでいる請求項1に記載の回路基板。2. The conductor according to claim 1, wherein the conductor is substantially surrounded by a second insulator that does not satisfy μr ≧ εr, and the second insulator is substantially surrounded by the first insulator. Circuit board. 前記導体の少なくとも一部が、μr≧εrを満足しない第2絶縁体で実質的に囲まれており、その第2絶縁体の周囲を、前記導体の周囲と共に、前記第1絶縁体で実質的に囲んでいる請求項1または2に記載の回路基板。At least a portion of the conductor is substantially surrounded by a second insulator that does not satisfy μr ≧ εr, and the second insulator is substantially surrounded by the first insulator together with the periphery of the conductor. The circuit board according to claim 1, which is surrounded by 前記回路基板の内部には、複数の前記導体が埋め込まれており、
それぞれの前記導体を実質的ら囲む前記第1絶縁体が、それぞれの前記導体毎に、μr≧εrを満足しない第2絶縁体で仕切られていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の回路基板。
A plurality of the conductors are embedded inside the circuit board,
The first insulator that substantially surrounds each of the conductors is partitioned by a second insulator that does not satisfy μr ≧ εr for each of the conductors. A circuit board according to any one of the above.
前記第1絶縁体が、無機物に磁性体を混合してある請求項1〜4のいずれかに記載の回路基板。The circuit board according to claim 1, wherein the first insulator is a magnetic substance mixed with an inorganic substance. 前記第1絶縁体が、合成樹脂と磁性体とを含有するものである請求項1〜4のいずれかに記載の回路基板。The circuit board according to claim 1, wherein the first insulator contains a synthetic resin and a magnetic substance. 前記合成樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂、変性ポリフェニルエーテル樹脂、ビスマレイミド・トリアジン樹脂、変性ポリフェニレンオキサイド樹脂、ケイ素樹脂、アクリル樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリシクロオレフィン樹脂、ポリフレフィン樹脂、シアネートエステル樹脂、メラミン樹脂、及びアクリル樹脂からなる群より選ばれる少なくとも一つである請求項6に記載の回路基板。The synthetic resins include epoxy resins, phenol resins, polyimide resins, polyester resins, fluororesins, modified polyphenyl ether resins, bismaleimide / triazine resins, modified polyphenylene oxide resins, silicon resins, acrylic resins, benzocyclobutene resins, polyethylene naphthalates. The circuit board according to claim 6, wherein the circuit board is at least one selected from the group consisting of a phthalate resin, a polycycloolefin resin, a polyflephine resin, a cyanate ester resin, a melamine resin, and an acrylic resin. 前記磁性体が、絶縁体である請求項5〜7のいずれかに記載の回路基板。The circuit board according to claim 5, wherein the magnetic body is an insulator.
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