JP5139750B2 - Multilayer printed circuit board - Google Patents
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Description
本発明は、主に半導体素子などの電子部品が実装されるプリント基板であって、グランド層として機能する導電体層及び電源層として機能する導電体層の少なくとも一方を内部導電体層として備える多層プリント配線基板に関する。 The present invention is a printed circuit board on which electronic components such as semiconductor elements are mainly mounted, and includes a multilayer including at least one of a conductor layer functioning as a ground layer and a conductor layer functioning as a power supply layer as an internal conductor layer. The present invention relates to a printed wiring board.
高周波電流が流れないとされていた電源層やグランド層において、近年、これらの層にも高周波電流が流れ、それにより新たな問題が起きている。詳しくは、電源層と信号層の電磁結合や、グランド層の脆弱化やリターン電流経路の長さによって、電源層やグランド層にも高周波電流が流れてしまい、これらが比較的大きな電流ループをもってしまうために、ノイズ放射の問題が生じている。 In the power supply layer and the ground layer, which are supposed not to flow a high-frequency current, a high-frequency current flows in these layers in recent years, which causes a new problem. Specifically, high-frequency current also flows through the power supply layer and the ground layer due to electromagnetic coupling between the power supply layer and the signal layer, weakening of the ground layer, and the length of the return current path, resulting in a relatively large current loop. Therefore, the problem of noise emission has arisen.
これらのノイズ放射は多層プリント配線基板の内層で発生するので、例えばノイズ抑制シートを基板の外表面に貼り付けても効果は期待できない。これに対して、従来、多層基板のプリプレグ自体、又はプリプレグの一部を磁性体で構成し、ノイズを抑制させる方法が提案されている(例えば、特許文献1又は特許文献2参照)。
Since these noise emissions are generated in the inner layer of the multilayer printed wiring board, for example, an effect cannot be expected even if a noise suppression sheet is attached to the outer surface of the board. On the other hand, conventionally, a method has been proposed in which a prepreg of a multilayer substrate itself or a part of the prepreg is made of a magnetic material to suppress noise (for example, see
しかしながら、特許文献1又は特許文献2に提案されているように基板の一部を複合磁性体で構成してなるものでは、複合磁性体の透磁率がさほど大きくない上に、プリプレグとしての熱機械的な性能を保持する必要があるため複合磁性材料中の結合剤成分であるポリマー比率をあまり小さく出来ないことから、実用上差し支えない厚さで十分なノイズ抑制効果を期待できるような磁性を有するプリプレグを実現するのが極めて困難であった。
However, as proposed in
また、多層プリント配線基板には、通常、導電体層間を電気的に接続するために多数のヴィアホールが設けられるが、このヴィアホールと導電体層との間で生じる配線の90度曲がりやインピーダンスの不整合は、特に周波数の高い領域においてノイズ放射を誘起する恐れがある。しかしながら、特許文献1又は特許文献2記載の技術では、この種のノイズ放射を抑制することは困難であった。
A multilayer printed wiring board is usually provided with a large number of via holes for electrically connecting the conductor layers. The wiring formed between the via holes and the conductor layers is bent by 90 degrees or impedance. This misalignment can induce noise radiation, particularly in the high frequency region. However, with the technique described in
このような状況下、実装空間をほとんど必要とせずに高いノイズ抑制効果を発揮する新しい高周波ノイズ対策手段と、それに用いる二次元的な構造と実装性を有する新しいノイズ抑制材料が望まれている。 Under such circumstances, a new high-frequency noise countermeasure means that exhibits a high noise suppression effect while requiring almost no mounting space, and a new noise suppression material having a two-dimensional structure and mountability used therefor are desired.
そこで、本発明は、回路が動作することにより発生する放射ノイズを低減するために最も有効な磁性材料と実装形態を有する多層プリント配線基板を実現・提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to realize and provide a multilayer printed wiring board having a magnetic material and a mounting form that are most effective for reducing radiation noise generated by the operation of a circuit.
発明者らは磁性体の磁気損失を用いるノイズ抑制手段について、その効果の大きさと因子を詳細に分析、検討し、本発明の材料と材料実装手段を用いることで、多層基板の厚さや体積をほとんど増やすことなく、ノイズ放射を効果的に抑制できる本発明に至った。従って、本発明の内容の詳細は説明に先立ち、磁性体の磁気損失を用いるノイズ抑制手段について説明する。 The inventors have analyzed and studied in detail the effects and factors of noise suppression means using magnetic loss of magnetic materials, and by using the material and material mounting means of the present invention, the thickness and volume of the multilayer substrate can be reduced. The inventors have reached the present invention that can effectively suppress noise emission with little increase. Therefore, before explaining the details of the contents of the present invention, the noise suppression means using the magnetic loss of the magnetic material will be explained.
プリント配線基板の信号パターンのような伝送線路の直上に配置されたノイズ抑制材料(一般的にはシート状の磁性体)によってもたらされるノイズ抑制効果は、単位線路長あたりの効果の大きさPloss/Pinとして下記(1)式で表される。 The noise suppression effect brought about by the noise suppression material (generally a sheet-like magnetic body) arranged directly above the transmission line, such as a signal pattern on a printed wiring board, is the magnitude of the effect per unit line length P loss / P in is represented by the following formula (1).
ここで、Mは伝送線路に流れる電流により生じる高周波磁束とノイズ抑制材料との結合係数、δはノイズ抑制材料の厚さである。(1)式の結合係数Mには伝送線路とノイズ抑制材料間に入る粘着テープの厚さや僅かな隙間の影響が含まれ、僅かな隙間が結合係数Mを大幅に劣化させる要因となる。従って、大きなノイズ抑制効果を得るためには、ノイズ抑制材料と線路間に生じる隙間の排除が極めて重要である。ところが、一般的に用いられている複合構造のノイズ抑制材料では、自己粘着性を持つものも開発されてはいるものの、接着強度を確保するためにはどうしても粘着テープを用いることになる。また、例えば特許文献1又は特許文献2に開示されたような磁性粉末とポリマーからなる複合構造の磁性体をプリプレグに適用する場合、磁性粉末の周りに存在するポリマーが磁性粉末と配線導体との間に実質的な隙間をつくってしまうので、この隙間、即ちポリマーによる皮膜も結合係数Mを低下させる大きな要因となっている。高いノイズ抑制効果を得るためには、(1)式で示されるPloss/Pinを大きくすることが必要であるので、複合構造の磁性体を用いる場合には、隙間の存在による小さな結合係数Mを、磁性体の虚部透磁率μ″の大きさや厚さδでカバーする必要がある。
Here, M is a coupling coefficient between the high-frequency magnetic flux generated by the current flowing through the transmission line and the noise suppression material, and δ is the thickness of the noise suppression material. The coupling coefficient M in the formula (1) includes the influence of the thickness of the adhesive tape entering between the transmission line and the noise suppression material and the slight gap, and the slight gap causes the coupling coefficient M to be greatly deteriorated. Therefore, in order to obtain a large noise suppression effect, it is extremely important to eliminate a gap generated between the noise suppression material and the line. However, in general, a composite structure noise suppression material having self-adhesiveness has been developed, but an adhesive tape is inevitably used in order to ensure adhesive strength. Further, for example, when a magnetic body having a composite structure composed of magnetic powder and polymer as disclosed in
また、(1)式から、虚部透磁率μ″の大きさと、その周波数依存性、即ちμ″の分散プロファイルの設計も、ノイズ抑制性能を大きく左右する重要な要素であることが理解できる。ノイズ抑制材料の透磁率分散プロファイルで特に大切な要素は次の3つである:1)初透磁率μiと共鳴周波数frの積μi・frが大きいこと;2)共鳴周波数frが広い周波数範囲で制御可能なこと;及び3)共鳴が鋭く立ち上がること。1)の初透磁率μiと共鳴周波数frの積μi・frの大きさは、材料固有の異方性磁界Haと飽和磁化Msの他に、材料形状にも依存する。初透磁率μiと共鳴周波数frはそれぞれ下記(2)式及び(3)式で表され、両者の間には下記(4)式の関係が成り立つ。 Further, from the equation (1), it can be understood that the size of the imaginary part permeability μ ″ and the frequency dependence thereof, that is, the design of the dispersion profile of μ ″ are also important factors that greatly influence the noise suppression performance. Particularly important elements in permeability dispersion profile of the noise suppressing material is the following three: 1) the product mu i · f r of initial permeability mu i and the resonant frequency f r is large; 2) the resonant frequency f r Can be controlled over a wide frequency range; and 3) the resonance rises sharply. The size of the product mu i · f r of initial permeability mu i and the resonant frequency f r 1), in addition to the intrinsic material anisotropy field H a saturation magnetization M s, depending on the material shape. The initial permeability μ i and the resonance frequency fr are expressed by the following equations (2) and (3), respectively, and the relationship of the following equation (4) is established between the two.
ここで、μ0は真空の透磁率である。 Here, μ 0 is the permeability of vacuum.
(4)式から理解されるように、μi・fr積は材料の飽和磁化Msに比例するので、Msが同じ材料系ではその値は一定となり(Snoekの法則)、それ以上に大きなμi・fr積は実現不可能である。ところが、ここにもう一つのファクタとして材料形状が加わると、厚さ方向の反磁界Nd(z)・Msがスピンの歳差運動エネルギーを高める働きをするために(3)式が下記(5)式の関係に変化する。 As can be understood from the equation (4), since the μ i · f r product is proportional to the saturation magnetization M s of the material, the value is constant in a material system having the same M s (Snoek's law), and more Large μ i · fr products are not feasible. However, when the material shape is added as another factor, the demagnetizing field N d (z) · M s in the thickness direction works to increase the precession kinetic energy of the spin. 5) Changes to the relationship of the formula.
ここでHa・Ms/μ0≫1であるから、厚さ方向の反磁界が大きくなる形状、つまり薄膜では同じ組成のバルク材料に比べて共鳴周波数frが格段に高まることになる。以上の理由により、フェライトめっき膜ではバルク焼結フェライトや厚膜磁性材料などに比べて一桁近く大きなμi・fr積が得られる。 Because here is a H a · M s / μ 0 »1, shape demagnetizing field in the thickness direction is increased, the resonance frequency f r as compared with the bulk material of the same composition will be increased remarkably in other words a thin film. For the reasons described above, the ferrite plated film can provide a μ i · fr product that is nearly an order of magnitude larger than that of bulk sintered ferrite or thick film magnetic material.
また、ポリマーのような結合剤を含む複合磁性材料からなるノイズ抑制体やそれを一部に利用したプリプレグでは、多くの場合、磁束が通る方向、即ちシート状又は板状の複合磁性体の面内方向に対し磁性粉末の形状に依存する磁路方向の反磁界Nd(x)・Mという磁界が働く。ここで、開磁路での磁性体の実効透磁率μeは下記(6)式で示されるように、材料固有の初透磁率μiとは無関係に磁路方向の反磁界係数Nd(x)によって決まる。従って、ポリマーのような結合剤を含む複合磁性材料からなるノイズ抑制体やそれを一部に利用したプリプレグでは、磁路方向の実効的な透磁率(μe)が極端に小さくなってしまう。 In addition, in many cases, a noise suppressor made of a composite magnetic material containing a binder such as a polymer or a prepreg using part of the noise suppressor is in the direction in which the magnetic flux passes, that is, the surface of the sheet or plate-like composite magnetic material. A magnetic field of demagnetizing field N d (x) · M in the magnetic path direction depending on the shape of the magnetic powder acts inward. Here, the effective magnetic permeability μ e of the magnetic material in the open magnetic path is expressed by the following equation (6), and the demagnetizing coefficient N d (in the magnetic path direction is independent of the initial magnetic permeability μ i inherent to the material. x). Therefore, in a noise suppressor made of a composite magnetic material containing a binder such as a polymer and a prepreg using a part thereof, the effective magnetic permeability (μ e ) in the magnetic path direction becomes extremely small.
これはポリマーのような非磁性の介在物によって磁性粒子が隔離されるため磁性粒子間に交換相互作用のような強い相互作用が働かないことによる。そのため、十分なノイズ抑制効果を発揮させるには磁性体の厚さδを大きくするしかない。しかしながら、多層プリント配線基板においては、導電体層間の距離、即ちプリプレグ層を厚くするとノイズ放射が増加してしまうことが知られており、磁性体層を厚くすると磁性体層によるノイズ抑制効果と導電体層間距離の増加に伴うノイズ放射の増加とが相殺されることになる。以上述べたように、特許文献1又は特許文献2記載のような技術では、実質的に多層プリント配線基板の厚みを大きく変化させずに磁性体層を内蔵させることが出来ない。
This is because magnetic particles are sequestered by non-magnetic inclusions such as polymers, so that strong interaction such as exchange interaction does not work between the magnetic particles. For this reason, the thickness δ of the magnetic material can only be increased to exhibit a sufficient noise suppression effect. However, in multilayer printed wiring boards, it is known that noise radiation increases when the distance between conductor layers, that is, the prepreg layer is thickened. When the magnetic layer is thickened, the noise suppression effect and conductivity of the magnetic layer are increased. The increase in noise emission accompanying the increase in the body-to-body distance is offset. As described above, the technique as described in
従って、本発明の目的である多層プリント配線基板の内部導電体層に磁性体層を付加してノイズ放射の少ない電子回路を供するためには、ポリマーのような非磁性介在物を含まずに2次元的な構造、即ち面の大きさと厚さの比(アスペクト比)が充分に大きな構造を有し且つμ″の大きい磁性体層を導電体層上に隙間なく形成する必要がある。本発明の構造を実現できる一手段としては、例えば、電源層やグランド層のプリント配線パターン上に厚さが数μm程度のフェライト薄膜を直接めっきする方法がある。磁性体層の厚さが数μm程度であれば、その厚さは一般的な多層配線基板の厚さの百分の一程度となり、配線基板の厚さ公差よりも充分に小さいので、本発明の磁性体層を配線基板の複数の内層表面に配設しても実質的な基板厚さに影響を与えない。本発明は、以上述べたような観点に基づくものであり、具体的には、下記構成を有する。 Therefore, in order to provide an electronic circuit with less noise emission by adding a magnetic layer to the internal conductor layer of the multilayer printed wiring board, which is the object of the present invention, it is necessary to include 2 non-magnetic inclusions such as polymers. It is necessary to form a dimensional structure, that is, a magnetic layer having a sufficiently large ratio of surface size and thickness (aspect ratio) and a large μ ″ on the conductor layer without any gap. One means for realizing the structure is, for example, a method in which a ferrite thin film having a thickness of about several μm is directly plated on a printed wiring pattern of a power supply layer or a ground layer, and the thickness of the magnetic layer is about several μm. If so, the thickness is about one-hundred of the thickness of a general multilayer wiring board, and is sufficiently smaller than the thickness tolerance of the wiring board. Even if it is arranged on the inner layer surface, the substrate thickness will be substantially Not give Hibiki. The present invention is based on the viewpoint as described above, specifically, it has the following configuration.
即ち、本発明によれば、第1の多層プリント配線基板として、グランド層として機能する導電体層及び電源層として機能する導電体層の少なくとも一方を内部導電体層として備えると共に、該内部導電体層上に形成された誘電体層と該誘電体層上に形成された信号層として機能する導電体層とを備えた多層プリント配線基板において、内層として磁性構成要素からなる磁性体層を更に設けた、多層プリント配線基板が得られる。 That is, according to the present invention, as the first multilayer printed wiring board, at least one of a conductor layer functioning as a ground layer and a conductor layer functioning as a power supply layer is provided as an internal conductor layer, and the internal conductor In a multilayer printed wiring board comprising a dielectric layer formed on the layer and a conductor layer functioning as a signal layer formed on the dielectric layer, a magnetic layer made of magnetic components is further provided as an inner layer In addition, a multilayer printed wiring board can be obtained.
更に、本発明によれば、第2の多層プリント配線基板として、第1の多層プリント配線において、前記磁性体層は、前記内部導電体層に密着して設けられている、多層プリント配線基板が得られる。 Furthermore, according to the present invention, as the second multilayer printed wiring board, in the first multilayer printed wiring, the magnetic layer is provided in close contact with the internal conductor layer. can get.
更に、本発明によれば、第3の多層プリント配線基板として、第2の多層プリント配線において、前記磁性体層は、前記内部導電体層の前記信号層と対向する面上に形成されている、多層プリント配線基板が得られる。 Furthermore, according to the present invention, as the third multilayer printed wiring board, in the second multilayer printed wiring, the magnetic layer is formed on a surface of the internal conductor layer facing the signal layer. A multilayer printed wiring board is obtained.
更に、本発明によれば、第4の多層プリント配線基板として、第2の多層プリント配線において、前記磁性体層は、前記内部導電体層の前記信号層と対向しない面上に形成されている、多層プリント配線基板が得られる。 Furthermore, according to the present invention, as the fourth multilayer printed wiring board, in the second multilayer printed wiring, the magnetic layer is formed on a surface of the internal conductor layer that does not face the signal layer. A multilayer printed wiring board is obtained.
更に、本発明によれば、第5の多層プリント配線基板として、第1乃至第4いずれかの多層プリント配線において、少なくとも2つの前記導電体層の間を電気的に接続するヴィアホールが更に設けられており、前記ヴィアホールは、ヴィアホール導体と、該ヴィアホール導体の内面上及び外面上の少なくとも一方に形成された前記磁性体層からなる、多層プリント配線基板が得られる。 Further, according to the present invention, as the fifth multilayer printed wiring board, in any one of the first to fourth multilayer printed wirings, a via hole for electrically connecting at least two of the conductor layers is further provided. Thus, a multilayer printed wiring board is obtained in which the via hole includes a via hole conductor and the magnetic layer formed on at least one of the inner surface and the outer surface of the via hole conductor.
更に、本発明によれば、第6の多層プリント配線基板として、第1乃至第4いずれかの多層プリント配線において、前記磁性体層は、その厚さをtとし且つ当該磁性体層の面内における最短長をLとしたときに、t≦50μm、且つ、L/t≧1000を満たす程、薄く、前記磁性体層の面内所定方向における虚部透磁率μ″と前記磁性体層の厚さtの積μ″・tは10μm以上である、多層プリント配線基板が得られる。 Furthermore, according to the present invention, as the sixth multilayer printed wiring board, in any one of the first to fourth multilayer printed wirings, the magnetic layer has a thickness t and an in-plane of the magnetic layer. When the minimum length in L is L, the thickness is so thin that t ≦ 50 μm and L / t ≧ 1000, and the imaginary part permeability μ ″ in the in-plane predetermined direction of the magnetic layer and the thickness of the magnetic layer A multilayer printed wiring board having a product μ ″ · t of 10 μm or more can be obtained.
更に、本発明によれば、第7の多層プリント配線基板として、第1乃至第6いずれかの多層プリント配線において、前記磁性体層は、化学結合又はファン・デル・ワールス力の作用により形成され得る膜である、多層プリント配線基板が得られる。 Furthermore, according to the present invention, as the seventh multilayer printed wiring board, in any one of the first to sixth multilayer printed wirings, the magnetic layer is formed by a chemical bond or van der Waals force. A multilayer printed wiring board which is a film to be obtained is obtained.
更に、本発明によれば、第8の多層プリント配線基板として、第1乃至第7いずれかの多層プリント配線において、前記磁性体層の面内における第1方向の透磁率である第1透磁率と同面内において前記第1方向と直交する第2方向の透磁率である第2透磁率との比をxとしたときに、0.5≦x≦2を満たす、多層プリント配線基板が得られる。 Furthermore, according to the present invention, as the eighth multilayer printed wiring board, in any one of the first to seventh multilayer printed wirings, the first magnetic permeability that is the magnetic permeability in the first direction in the plane of the magnetic layer. A multilayer printed wiring board satisfying 0.5 ≦ x ≦ 2 is obtained, where x is the ratio of the second magnetic permeability which is the magnetic permeability in the second direction orthogonal to the first direction in the same plane. It is done.
更に、本発明によれば、第9の多層プリント配線基板として、第1乃至第8いずれかの多層プリント配線において、前記磁性体層は、磁性を発現する単位構成要素同士が当該磁性体層の面内において強い相互作用により互いに磁気的に結合することにより、形成されている、多層プリント配線基板が得られる。 Furthermore, according to the present invention, as the ninth multilayer printed wiring board, in any one of the first to eighth multilayer printed wirings, the magnetic layer is composed of unit components that exhibit magnetism of the magnetic layer. A multilayer printed wiring board formed can be obtained by magnetically coupling each other by strong interaction in the plane.
更に、本発明によれば、第10の多層プリント配線基板として、第1乃至第9いずれかの多層プリント配線において、前記磁性体層の直流比抵抗は0.1Ω・cm以上である、多層プリント配線基板が得られる。 Furthermore, according to the present invention, as the tenth multilayer printed wiring board, in any one of the first to ninth multilayer printed wirings, the DC specific resistance of the magnetic layer is 0.1 Ω · cm or more. A wiring board is obtained.
更に、本発明によれば、第11の多層プリント配線基板として、第1乃至第10いずれかの多層プリント配線において、前記磁性体層は強磁性共鳴に由来する透磁率分散特性を有する、多層プリント配線基板が得られる。 Furthermore, according to the present invention, as the eleventh multilayer printed wiring board, in any one of the first to tenth multilayer printed wirings, the magnetic layer has a magnetic permeability dispersion characteristic derived from ferromagnetic resonance. A wiring board is obtained.
更に、本発明によれば、第12の多層プリント配線基板として、第1乃至第11いずれかの多層プリント配線において、前記磁性体層は、フェライト膜である、多層プリント配線基板が得られる。 Furthermore, according to the present invention, as the twelfth multilayer printed wiring board, in any one of the first to eleventh multilayer printed wirings, a multilayer printed wiring board in which the magnetic layer is a ferrite film can be obtained.
更に、本発明によれば、第13の多層プリント配線基板として、第12の多層プリント配線において、前記フェライト膜は、前記内部導電体層上に無電解めっき法で直接成膜されたフェライトめっき膜である、前記磁性体層は、フェライト膜である、多層プリント配線基板が得られる。 Furthermore, according to the present invention, as a thirteenth multilayer printed wiring board, in the twelfth multilayer printed wiring, the ferrite film is directly formed on the internal conductor layer by an electroless plating method. A multilayer printed wiring board is obtained in which the magnetic layer is a ferrite film.
更に、本発明によれば、第14の多層プリント配線基板として、第12又は第13の多層プリント配線において、前記フェライト膜中の金属イオンの組成比FeaNibZncCodが2.1≦a≦2.7、0.1≦b≦0.3、0.1≦c≦0.7、0≦d≦0.15(ただし、a+b+c=3.0)を満たす、多層プリント配線基板が得られる。 Further, according to the present invention, as the fourteenth multilayer printed wiring board, in the twelfth or thirteenth multilayer printed wiring, the composition ratio Fe a Ni b Zn c Co d of the metal ions in the ferrite film is 2.1. ≦ a ≦ 2.7, 0.1 ≦ b ≦ 0.3, 0.1 ≦ c ≦ 0.7, 0 ≦ d ≦ 0.15 (provided that a + b + c = 3.0) Is obtained.
本発明によれば、フェライト薄膜のように磁性を発現する単位構成要素が隙間なく配置されてなる磁性体層を多層プリント配線基板に含まれるグランド層や電源層又は中空ビア配線の内面に密着形成することで、基板全体に周波数選択性を有する損失性能を付与することができる。従って、本発明によれば、数百MHz以上、あるいは数GHz以上の高周波領域に発生するノイズと低周波の信号成分や駆動電流成分を周波数選択的に分離し、ノイズのみを抑制することができるので、ノイズ放射の抑制された多層プリント配線基板を得ることができる。 According to the present invention, a magnetic body layer in which unit components that express magnetism are arranged without gaps like a ferrite thin film is formed in close contact with the inner surface of a ground layer, a power supply layer, or a hollow via wiring included in a multilayer printed wiring board. By doing so, the loss performance which has frequency selectivity can be provided to the whole board | substrate. Therefore, according to the present invention, noise generated in a high frequency region of several hundred MHz or more or several GHz or more and a low frequency signal component or a drive current component can be selectively separated to suppress only noise. Therefore, a multilayer printed wiring board in which noise emission is suppressed can be obtained.
以下に本発明の実施の形態について添付の図面を参照しながら詳しく説明する。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
以下においては、多層プリント配線基板に内装する磁性体層としてフェライトめっき法により作製されるフェライト薄膜を用いる。フェライトめっき法とは、例えば特許第1475891号に示されているように、被めっき物の表面に、磁性を有する金属のイオンとして少なくとも第1鉄イオンを含む水溶液を接触させ、被めっき物表面にFe2+またはこれと他の水酸化金属イオンを吸着させ、続いて吸着したFe2+を酸化させることによりFe3+を得、これが水溶液中の水酸化金属イオンとの間でフェライト結晶化反応を起こすことを利用して、被めっき物表面にフェライト薄膜を形成する手段である。 In the following, a ferrite thin film produced by a ferrite plating method is used as a magnetic layer built in a multilayer printed wiring board. With the ferrite plating method, for example, as shown in Japanese Patent No. 1475891, an aqueous solution containing at least ferrous ions as magnetic metal ions is brought into contact with the surface of the object to be plated, and the surface of the object to be plated is contacted. Fe 2+ or this and other metal hydroxide ions are adsorbed, followed by oxidation of the adsorbed Fe 2+ to obtain Fe 3+ , which causes a ferrite crystallization reaction with the metal hydroxide ions in the aqueous solution. Is a means for forming a ferrite thin film on the surface of an object to be plated.
フェライトめっき膜は、膜を形成しようとする被めっき物の表面が前述した水溶液に対し耐性があれば容易に成膜でき、水溶液反応であるため、温度が比較的低温(常温〜水溶液の沸点以下)でスピネル型フェライト膜を形成できるという特徴をもつ。そのため、他のフェライト膜作成技術に比べて被成膜物に対する制約が小さく、本発明の多層プリント配線基板は無論のこと、半導体封止剤の表面や各種導体表面、及びシリコンウェハなどにも損傷を与えることなく直接成膜できる。 The ferrite plating film can be easily formed if the surface of the object to be formed is resistant to the above-mentioned aqueous solution, and since it is an aqueous solution reaction, the temperature is relatively low (room temperature to below the boiling point of the aqueous solution). ) Can form a spinel ferrite film. Therefore, there are fewer restrictions on the film formation compared to other ferrite film creation techniques, and the multilayer printed wiring board of the present invention naturally has damage to the surface of the semiconductor encapsulant, various conductor surfaces, and silicon wafers. It is possible to form a film directly without imparting.
本発明のように伝送線路の近傍に磁性体層を配設して高周波ノイズを抑制する手段は、特定の周波数領域で発現する磁気共鳴を利用してノイズ成分のみを減衰させる周波数領域分離によってなされるので、信号あるいは駆動電流の周波数領域には磁気共鳴による損失があってはならず、逆にノイズ領域では大きな共鳴損失が必要になる。磁気共鳴の立ち上がりの鋭さは、磁性体中の結晶粒のような磁性を担う構成要素個々の異方性磁界のばらつき(分散)の少なさを意味するが、本発明で用いるフェライトめっき膜では構成要素である柱状結晶の均質性が高く(図1参照)、隣接する結晶同士が交換相互作用によって強く結合しているために異方性磁界のばらつきが小さく、交換相互作用をもたない既存の複合型のノイズ抑制シートに比べて格段に鋭い共鳴の立ち上がりを示す。しかも交換相互作用により膜面内方向の反磁界は無視できるほど小さいので、実効的な透磁率は材料固有の透磁率に限りなく近い。即ち、複合型の磁性シートにおいては、シートの形状に依存して現れる面内方向の反磁界によって実効透磁率の大幅な劣化が生じるが、本発明に用いるフェライト膜では面内方向の反磁界が無視できる程小さいので透磁率の劣化が生じず、実効透磁率が材料の透磁率と同じ程度の値となるので、薄い磁性体でも有効性を発揮できる。図2にフェライトめっき膜と複合型のノイズ抑制シートの代表的な透磁率(μ″)プロファイルを示す。両者の比較からフェライトめっき膜の透磁率(μ″)分散の立ち上がりの鋭さと大きな透磁率(μ″)が見て取れ、高周波ノイズの抑制に適していることが分かる。また、(1)式に示すように、ノイズ抑制効果は信号配線や電源配線、及びグランドなどの線路に流れる電流により生じる高周波磁束とノイズ抑制体との結合係数に比例するが、既存のノイズ抑制シートのような複合型の磁性体ではバインダや非磁性添加物等の非磁性介在物が実質的な隙間を作ってしまい、結合係数Mが大きくならない。その結果、複合型の磁性体では、実効的なノイズ抑制を得るために基板の厚さに対して無視できない程度以上の厚さが必要になるので、多層基板の内層として実装するのは現実的に不可能と言える。本発明に用いるフェライト膜は、めっき法のような成膜方法を用いることで、配線基板上に隙間なく実装できるので、結合係数が最大値(Mmax=1)に近い値となり、前述の透磁率(μ″)分散の立ち上がりの鋭さと大きな透磁率(μ″)の寄与と相乗的に作用するので、極めて薄い磁性体で有効性を発揮する。 As in the present invention, means for suppressing high frequency noise by arranging a magnetic layer in the vicinity of the transmission line is achieved by frequency domain separation that attenuates only noise components using magnetic resonance that occurs in a specific frequency domain. Therefore, there should be no loss due to magnetic resonance in the frequency region of the signal or drive current, and conversely, a large resonance loss is required in the noise region. The sharpness of the rise of magnetic resonance means that there is little variation (dispersion) in the anisotropic magnetic field of each component that bears magnetism, such as crystal grains in the magnetic material. The elemental columnar crystal has high homogeneity (see Fig. 1), and adjacent crystals are strongly coupled by exchange interaction, so the variation in anisotropic magnetic field is small and there is no exchange interaction. Compared to a composite noise suppression sheet, the resonance rises sharply. Moreover, since the demagnetizing field in the in-plane direction is negligibly small due to the exchange interaction, the effective magnetic permeability is as close as possible to the magnetic permeability inherent to the material. That is, in the composite type magnetic sheet, the effective magnetic permeability significantly deteriorates due to the demagnetizing field in the in-plane direction that appears depending on the shape of the sheet. However, in the ferrite film used in the present invention, the demagnetizing field in the in-plane direction Since it is negligibly small, the magnetic permeability does not deteriorate, and the effective magnetic permeability has the same value as the magnetic permeability of the material. Therefore, even a thin magnetic material can be effective. Fig. 2 shows a typical magnetic permeability (μ ") profile of a ferrite plated film and a composite type noise suppression sheet. From the comparison between the two, the sharpness of the rise of the magnetic permeability (μ") dispersion of the ferrite plated film and a large magnetic permeability are shown. It can be seen that (μ ″) is suitable for suppressing high-frequency noise. Further, as shown in the equation (1), the noise suppressing effect is caused by the current flowing through the signal wiring, the power supply wiring, and the line such as the ground. Although it is proportional to the coupling coefficient between the high-frequency magnetic flux and the noise suppressor, non-magnetic inclusions such as binders and non-magnetic additives create substantial gaps in complex magnetic materials such as existing noise suppression sheets. , The coupling coefficient M does not increase, and as a result, the composite magnetic material requires a thickness that is not negligible relative to the thickness of the substrate in order to obtain effective noise suppression. It can be said that it is practically impossible to mount it as an inner layer of a layer substrate.The ferrite film used in the present invention can be mounted on a wiring substrate without a gap by using a film forming method such as a plating method. Becomes a value close to the maximum value (M max = 1), and acts synergistically with the contribution of the above-described sharpness of the permeability (μ ″) dispersion and the large permeability (μ ″), so that an extremely thin magnetic material is used. Demonstrate effectiveness.
フェライト膜をめっき法によって多層プリント配線基板に隙間なく実装したときの伝導ノイズ抑制効果を評価するため、IECで制定されているノイズ抑制シートの性能評価基準であるIEC62333−2を参照し、両面プリント配線基板を加工してなるマイクロストリップ線路(以下、MSLと略記する)を用いて評価した。 In order to evaluate the effect of suppressing conduction noise when a ferrite film is mounted on a multilayer printed wiring board by a plating method without any gaps, refer to IEC 62333-2, which is a performance evaluation standard for noise suppression sheets established by the IEC. Evaluation was performed using a microstrip line (hereinafter abbreviated as MSL) formed by processing a wiring board.
図3(a)にフェライトめっき膜の成膜装置の概略図を示す。図3(b)は被めっき物であるプリント配線基板などの基体をその面に垂直な方向から見たときの配置図である。図3(a)において、フェライト膜を形成する基体104は、回転台107の上に設置される。メッキに必要な液を貯蔵するためのタンク105、106に貯蔵された溶液は、ノズル101、102を介して基体104に供給される。その際、例えば、ノズル101を介して基体104に溶液が供給された後、余剰の溶液が回転による遠心力で除去されるステップと、ノズル102を介して基体104に供給された溶液が供給された後、回転による遠心力で除去されるステップとが繰り返し行われる。ここで、図示された永久磁石103はフェライト膜の膜面内に磁気異方性を誘導・制御するためのものであり、永久磁石103により発生する磁界の強度を変えることにより、基体104表面には膜面に略平行に0〜50Oeの磁界を印加でき、その強度により磁気異方性の大きさを制御することができる。図3に示す構成のフェライトめっき装置の回転板107の上に、基体104としてMSLまたは厚さ25μmで8cm角のポリイミドシートを設置し、150rpmで回転させつつ脱酸素イオン交換水を供給しながら90℃まで加熱した。なお、ここでMSLは厚さ1.6mm、80mm角のガラスエポキシ基板のおもて面中央部に幅約3mmの中心導体を全幅80mmに亘って形成し、裏面はベタパターン(一様パターン)のグランド導体をなし、その特性インピーダンスは50Ωであり、グランド導体側の面が回転板に接するように設置した。次いで、めっき装置内にN2ガスを導入し脱酸素雰囲気をつくり出した。反応液として脱酸素イオン交換水中にFeCl2・4H2O、NiCl2・6H2O、ZnCl2、CoCl2・6H2Oをそれぞれ所望の量溶かし、脱酸素イオン交換水中にNaNO2とCH3COONH4をそれぞれ所望の量溶かした酸化液と前述の反応液をノズルによりそれぞれ約40ml/minの流量で供給した。以上の作業の後に取り出した基体には黒色のフェライト膜が形成されていた。得られたフェライト膜の透磁率の周波数特性をシールディドループコイル法を用いた透磁率計により測定した。
FIG. 3A shows a schematic diagram of a ferrite plating film forming apparatus. FIG. 3B is a layout view when a base body such as a printed wiring board, which is an object to be plated, is viewed from a direction perpendicular to the surface. In FIG. 3A, the
フェライト薄膜のノイズ抑制効果を図4に示す評価系を用いて伝送損失ΔPloss/Pinとして測定した。図4において202はフェライト薄膜204形成時の基体及び伝送線路として用いたMSLである。図4において203はネットワークアナライザである。測定はMSL202の両端を、同軸ケーブル201を介してネットワークアナライザ203に接続し、MSL202単体での伝送特性を基準にMSL202上にフェライト薄膜204を配置したときの伝送特性を求めたものである。なお、フェライト薄膜204をポリイミドシート上に成膜した場合は、そのシートをフェライト薄膜204面がMSL202に接するように設置し、重さ500gのおもりによってシート全体に均一な加重がかかる状態で測定した。諸特性の測定結果を下記表1に示す。なお、表1における「膜組成(mol比)」欄の「Fe」、「Ni」、「Zn」、「Co」は、夫々、フェライト薄膜に含まれる「Feイオン」、「Niイオン」、「Znイオン」、「Coイオン」の組成(mol比)である。
The noise suppression effect of the ferrite thin film was measured as transmission loss ΔP loss / P in using the evaluation system shown in FIG. In FIG. 4, 202 is an MSL used as a base and a transmission line when forming the ferrite
なお、表中でμa´及びμb´はフェライト薄膜の任意の面内方向aの実部透磁率及び、a方向に面内で直交する方向bの透磁率をそれぞれ示す。フェライト膜による伝送損失ΔPloss/Pinは以下の下記(7)式及び(8)式により算出した。 In the table, μa ′ and μb ′ respectively indicate the real part permeability in an arbitrary in-plane direction a of the ferrite thin film and the permeability in a direction b orthogonal to the a direction in the plane. The transmission loss ΔP loss / P in due to the ferrite film was calculated by the following formulas (7) and (8).
ここで、ΓとTは反射係数及び透過係数であり、それぞれ式下記(9)式及び(10)式で定義される。 Here, Γ and T are a reflection coefficient and a transmission coefficient, which are defined by the following equations (9) and (10), respectively.
フェライト薄膜#1、#3、#4、#5、#7、#8及び#14の反射特性(S11)は、フェライト薄膜を大面積に形成したにもかかわらず高い比抵抗ρDCを反映して十分に低い値であり、実際の多層プリント配線基板に用いても伝送信号に悪影響を及ぼすことは無いレベルと判断できる。しかも薄膜#1、#3、#4、#5、#7、#8及び#14のΔPloss/Pinは50MHz程度の比較的低い周波数では低く、つまり信号を減衰させず、GHz帯の伝導ノイズの周波数帯域では大きな損失を有する理想的な特性を示している。これは次の4点の事項による総合的な効果であると思われる:a)フェライト膜が結合材等の非磁性要素を含まないために図2に示すような理想的なμ″特性を示し、(1)式におけるμ″が大きいこと;b)μ″が大きい結果として、膜厚が薄いにもかかわらず虚部透磁率μ″と磁性体層の厚さtの積μ″・tが10μm以上あること;c)結合剤等の非磁性構成要素を含まない磁性体層が、配線導体に化学結合で密着しているために隙間が存在せず、その結果(1)式の結合係数Mが十分に大きいこと;及びd)磁性体層の厚さtと、磁性体層面内の任意の方向で最も長さの短い方向の長さLの比L/tが1000以上で十分に大きく、膜面内方向の反磁界が無視できるほど小さく、二次元的な形状をとっていることに由来してfr・μ″積が高められたこと。更に、薄膜#1、#3、#4、#5、#7、#8及び#14は膜面内の磁気的な異方性が小さいあるいは全く無いので、磁性体層の任意の面内方向aの透磁率μaと、a方向に面内で直交する方向bの透磁率μbの比xが0.5≦x≦2となり、それに起因してGHz帯にμ″の分散が発現すると共に、伝送特性に対する効果もほぼ等方的となるので、回路基板内でノイズ抑制効果の大きさの方向性が少ない優れた特性を示す。また、薄膜#1、#3、#4、#5、#7、#8及び#14が上記のような優れた透磁率特性とノイズ抑制効果を示すのは、膜中の金属イオンの組成比FeaNibZncCodが2.1≦a≦2.7、0.1≦b≦0.3、0.1≦c≦0.7、0≦d≦0.15(ただし、a+b+c=3.0)の条件を満たしていることによって、μ″の大きさとその分散特性が高周波ノイズ抑制に適したものとなっているためである。
それに対してポリイミドシート上に成膜した薄膜#2を用いた実験では、透磁率と膜厚の積(μ″×t)が膜#1よりもやや高いにも拘らず、GHz帯のΔPloss/Pinの値が著しく低い。これは、MSLに直接成膜したフェライト膜がプリント配線基板表面のOH基やCO基などの官能基と化学的に結合し、プリント配線基板の表面に隙間無く密着し、高周波電流と膜の磁気的な結合係数Mが十分に大きくなっていると推定されるのに対し、ポリイミドシート上に成膜した膜を導体上に置いた場合にはフェライト膜と導体との間に僅かに存在する隙間によりMが大幅に低下してしまっていることによると考えられる。
薄膜#6もGHz帯のΔPloss/Pinが著しく低い。これは膜厚が極端に薄く(1)式におけるμ″×δが小さすぎるためと考えられる。
On the other hand, in the experiment using
Thin film # 6 also has a very low ΔP loss / P in in the GHz band. This is presumably because the film thickness is extremely thin and μ ″ × δ in equation (1) is too small.
薄膜#11及び#12はa方向、b方向いずれかのGHz帯のΔPloss/Pinが著しく低い。これは磁性体層の任意の面内方向aの透磁率μaと、a方向に面内で直交する方向bの透磁率μbの比xが0.5≦x≦2の範囲を超えているために伝導ノイズの抑制効果の方向依存性が大きすぎるためと考えられる。 The thin films # 11 and # 12 have extremely low ΔP loss / P in in the GHz band in either the a direction or the b direction. This is because the ratio x of the magnetic permeability μa in an arbitrary in-plane direction a of the magnetic layer and the permeability μb in the direction b orthogonal to the a-direction in the plane exceeds the range of 0.5 ≦ x ≦ 2. This is probably because the direction dependency of the conduction noise suppression effect is too large.
薄膜#13はμ″が低いことによりμ″×tが10μm以下であり、その結果としてΔPloss/Pinが著しく低くなっている。これは結晶磁気異方性を強める効果を有するCo2+量が多すぎることにより、透磁率が低下したためと推定される。
In the thin film # 13, μ ″ × t is 10 μm or less because μ ″ is low, and as a result, ΔP loss / P in is remarkably low. This by
薄膜#15のΔPloss/Pinは50MHz程度の比較的低い周波数においても比較的高い値であるために、信号品質の劣化をもたらす危険性が極めて高いと考えられる。これは薄膜#15の比抵抗が0.1Ωcmより低いことにより、磁気共鳴に由来する損失に加えて膜内の渦電流に起因する損失が低周波領域から上乗せされるためと考えられる。つまり本発明においては、磁性体層の比抵抗を0.1Ωcm以上とすることにより、強磁性共鳴に由来する損失を効果的に利用することができるので、信号品質を劣化させることなく高周波ノイズのみを効果的に抑制でき、更には、万が一、膜がヴィアホールに接触しても他の配線層に対する漏洩電流を抑制できる。 Since ΔP loss / P in of the thin film # 15 is a relatively high value even at a relatively low frequency of about 50 MHz, it is considered that there is an extremely high risk of deteriorating the signal quality. This is presumably because the loss due to the eddy current in the film is added from the low frequency region in addition to the loss due to the magnetic resonance because the specific resistance of the thin film # 15 is lower than 0.1 Ωcm. In other words, in the present invention, by setting the specific resistance of the magnetic layer to 0.1 Ωcm or more, loss resulting from ferromagnetic resonance can be used effectively, so only high-frequency noise can be obtained without degrading signal quality. In addition, even if the film contacts the via hole, leakage current to other wiring layers can be suppressed.
フェライト薄膜のノイズ抑制効果を担う透磁率特性に及ぼす膜厚tと、磁性体層面内の任意の方向で最も長さの短い方向の長さLの比L/tの影響を調べるため、実施例1と同じ方法によりマイクロストリップライン上にフェライト膜を成膜し、これを4mm角に切断し、シールディドループコイル法を用いて透磁率を測定した。測定結果を下記表2に示す。 In order to investigate the influence of the ratio L / t of the film thickness t on the magnetic permeability characteristic responsible for the noise suppression effect of the ferrite thin film and the length L in the shortest direction in any direction within the surface of the magnetic layer, Example A ferrite film was formed on the microstrip line by the same method as in Example 1, and this was cut into 4 mm square, and the magnetic permeability was measured using a shielded loop coil method. The measurement results are shown in Table 2 below.
表2から理解されるように、膜のアスペクト比L/tが1000以上である膜#16及び#17では比較的大きな透磁率を示すのに対して、膜#18は膜#16及び#17と組成が等しいにも関わらず、透磁率が著しく小さい。これは、膜#16及び#17のL/tが1000以上と十分に大きく、膜面内方向の反磁界が無視できるほど小さく実効的な透磁率が材料固有の透磁率に限りなく近いと判断できるのに対して、膜#18は膜面内方向の反磁界の影響により透磁率が低下しているためと考えられる。 As understood from Table 2, films # 16 and # 17 having a film aspect ratio L / t of 1000 or more show relatively large magnetic permeability, whereas film # 18 has films # 16 and # 17. Despite the equal composition, the permeability is remarkably small. This is because the L / t of the films # 16 and # 17 is sufficiently large as 1000 or more, and the demagnetizing field in the in-plane direction of the film is so small that the effective magnetic permeability is almost as close as possible to the magnetic permeability inherent to the material. On the other hand, it is considered that the permeability of the film # 18 is lowered due to the influence of the demagnetizing field in the in-plane direction.
なお、本発明において磁性体層の厚さをt≦50μmと規定したのは、L/tの値を1000以上とし、かつ多層基板の内層として実装した場合にも実質的に多層基板の全厚が誤差範囲に収まるためである。 In the present invention, the thickness of the magnetic layer is defined as t ≦ 50 μm because the L / t value is 1000 or more and the thickness of the multilayer substrate is substantially the same even when mounted as the inner layer of the multilayer substrate. Is within the error range.
本発明の実施例2の膜#16と同じ組成と厚さをもつフェライト膜を内層として設けた4層プリント配線基板(a)、(b)及び(c)の断面模式図をそれぞれ図5、図6及び図7に示す。 FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a four-layer printed wiring board (a), (b) and (c) provided with an inner layer of a ferrite film having the same composition and thickness as the film # 16 of Example 2 of the present invention. It shows in FIG.6 and FIG.7.
図5に示されるように、配線基板(a)は、信号層351及び信号層352が各々第1層及び第4層に配置され、フェライト膜331の形成されたグランド層(導電体層)321が第2層に配置され、同様に、フェライト膜332が形成された電源層(導電体層)322が第3層に配置された4層構造のプリント配線基板である。なお、参照符号310はコア材用の誘電体層を示し、参照符号341、342はプリプレグ用の誘電体層を示す。本実施例における誘電体層310、341、342はいずれもガラスエポキシからなる。
As shown in FIG. 5, the wiring board (a) has a
図6に示されるように、配線基板(b)は、電源配線を含む信号層451及び信号層452が各々第1層及び第4層に配置され、フェライト膜431、432の形成されたグランド層(導電体層)421、422がそれぞれ第2層と3層に配置された4層構造のプリント配線基板である。なお、参照符号410はコア材用の誘電体層を示し、参照符号441、442はプリプレグ用の誘電体層を示す。本実施例における誘電体層410、441、442はいずれもガラスエポキシからなる。ここで、配線基板(b)においては、コア材を貫通するヴィアホール470が形成されている。本実施の形態によるヴィアホール470は、主部たる筒状のヴィアホール導体472と、その外面上及び内面上にそれぞれ形成されたフェライトめっき膜474,476とからなる。このうち、ヴィアホール導体472の内面上に形成されたフェライトめっき膜476は、ヴィアホール導体472よりも配線基板(b)の厚み方向において、フェライト膜431及び432まで延びている。なお、図6に示された配線基板(b)では、ヴィアホール導体472の外面上及び内面上の両方にフェライトめっき膜474,476が形成されていたが、いずれか一方のみを形成することとしてもよい。
As shown in FIG. 6, the wiring board (b) includes a ground layer in which a
図7に示されるように、配線基板(c)は、信号層551及び信号層552が夫々第一層及び第4層に配置され、フェライト膜521の形成されたグランド層(導電体層)531が第2層に配置され、同様に、フェライト膜521が形成された電源層(導電体層)532が第3層に配置された4層構造のプリント配線基板である。なお、参照符号510は、コア材用の誘電体層を示し、参照符号541、542はプリプレグ用の誘電体層を示す。本実施例における誘電体層510、541、542はいずれもガラスエポキシからなる。
As shown in FIG. 7, in the wiring board (c), the
(配線基板(a)及び(b)の作製手順)
まず、配線基板(a)のコア材(内層基板)として、グランド層321及び電源層322の導体パターンが形成された両面ガラスエポキシプリント配線基板a1(厚さ0.96mmのガラスエポキシ材の両面に厚さ0.035mmの銅箔を設けたもの)を用意する。同様に、配線基板(b)のコア材(内層基板)として、グランド層421及び422並びにフェライトめっき膜474及びヴィアホール導体472が形成された両面ガラスエポキシプリント配線基板b1(厚さ0.96mmのガラスエポキシ材の両面に厚さ0.035mmの銅箔を設けたもの)を用意する。
(Procedure for producing wiring boards (a) and (b))
First, as a core material (inner layer substrate) of the wiring board (a), a double-sided glass epoxy printed wiring board a1 (0.96 mm thick glass epoxy material) on which conductor patterns of the
ついで、実施例1で用いたフェライト膜成膜装置から磁石を取り除き、被成膜物に磁界が印加されない状態で、用意した両面ガラスエポキシプリント配線基板a1、b1を回転板上に設置し、回転板を150rpmで回転させながら脱酸素イオン交換水を供給しつつ、90℃まで加熱した。ついで、装置内にN2ガスを導入し脱酸素雰囲気を形成した。反応液として脱酸素イオン交換水中にFeCl2・4H2O、NiCl2・6H2O、ZnCl2をそれぞれ所望の量溶かし、脱酸素イオン交換水中にNaNO2とCH3COONH4をそれぞれ所望の量溶かした酸化液と前述の反応液をノズルによりそれぞれ約40ml/minの流量で供給した。その後、取り出した基体には黒色のフェライト薄膜が形成されていた。この操作を2種類の両面ガラスエポキシプリント配線基板a1及びb1の両面に行い、厚さ約3μmのフェライト膜331,332,431,432を両面ガラスエポキシプリント配線基板a1及びbの両面に隙間なく密着成膜した。なお、配線基板(b)の場合、このフェライト膜成膜プロセスにおいて、ヴィアホール導体472の内面上にフェライトめっき膜476が形成される。
Next, the magnet is removed from the ferrite film forming apparatus used in Example 1, and the prepared double-sided glass epoxy printed wiring boards a1 and b1 are placed on a rotating plate in a state in which a magnetic field is not applied to the film formation object. The plate was heated to 90 ° C. while supplying deoxygenated ion exchange water while rotating the plate at 150 rpm. Next, N 2 gas was introduced into the apparatus to form a deoxygenated atmosphere. Desired amounts of FeCl 2 · 4H 2 O, NiCl 2 · 6H 2 O and ZnCl 2 are dissolved in deoxygenated ion-exchanged water as reaction solutions, and desired amounts of NaNO 2 and CH 3 COONH 4 are each dissolved in deoxygenated ion-exchanged water. The dissolved oxidizing solution and the above-mentioned reaction solution were each supplied at a flow rate of about 40 ml / min through a nozzle. Thereafter, a black ferrite thin film was formed on the substrate taken out. This operation is performed on both sides of the two types of double-sided glass epoxy printed wiring boards a1 and b1, and the
このようにして作製したフェライト膜付コア材a1及びb1の両面に対して、エポキシプリプレグ(厚さ:0.2mm)341、342、441、442と銅箔351、352、451、452(厚さ:0.012mm)を熱圧着し、ヴィアホール用の穴を形成した後、厚さ0.01mmの銅めっきを施してヴィアホール導体363,364,461,462を設け、配線パターンを形成して評価用の4層プリント配線基板(a)及び(b)を得た。
Epoxy prepregs (thickness: 0.2 mm) 341, 342, 441, 442 and copper foils 351, 352, 451, 452 (thickness) are formed on both surfaces of the core material a1 and b1 with ferrite film thus produced. : 0.012 mm) is thermocompression-bonded to form a hole for via hole, and then copper plating with a thickness of 0.01 mm is applied to provide via
(配線基板(c)の作製手順)
一方、配線基板(c)の場合、配線基板(a)及び(b)の場合と異なり、概略、コア材以外の部分の主部である上下2つの基板を用意し、その表面にフェライトめっき膜の形成を行った後に、それらをコア材となる誘電体510に張り合わせた。
(Procedure for production of wiring board (c))
On the other hand, in the case of the wiring board (c), unlike the case of the wiring boards (a) and (b), the upper and lower two substrates which are the main parts other than the core material are prepared roughly, and the ferrite plating film is formed on the surface thereof. After the formation of these, they were bonded to a dielectric 510 serving as a core material.
具体的には、まず、一方の面に信号層551の導体パターン(厚さ0.012mmの銅箔を設けたもの)が形成され、他方の面にグランド層531の導体パターン(厚さ0.035mmの銅箔を設けたもの)が形成された両面ガラスエポキシプリント配線基板c1(厚さ0.2mmのガラスエポキシ材の両面に銅箔を設けたもの)と、一方の面に信号層522の導体パターン(厚さ0.012mmの銅箔を設けたもの)が形成された、他方の面に電源層532の導体パターン(厚さ0.035mmの銅箔を設けたもの)が形成された両面ガラスエポキシプリント配線基板c2(厚さ0.2mmのガラスエポキシ材の両面に銅箔を設けたもの)の2つのガラスエポキシプリント配線基板を用意した。
Specifically, first, the conductor pattern of the signal layer 551 (with a copper foil having a thickness of 0.012 mm) is formed on one surface, and the conductor pattern (
ついで、実施例1で用いたフェライト膜成膜装置から磁石を取り除き、被成膜物に磁界が印加されない状態で、用意した2つの両面ガラスエポキシプリント配線基板を回転板上に設置し、回転板を150rpで回転させながら脱酸素イオン交換水を供給しつつ、90度まで加熱した。ここで、両面ガラスエポキシプリント配線基板c1及び両面ガラスエポキシプリント配線基板c2は、いずれも信号層が回転板に対向するように設置した。ついで、装置内にN2ガスを導入し、脱酸素雰囲気を形成した。反応液として、脱酸素イオン交換水中にFeCl2・4H2O、NiCl2・6H2O、ZnCl2をそれぞれ所望の量溶かした。更に、酸化液として、脱酸素イオン交換水中にNaNO2とCH3COONH4をそれぞれ所望の量溶かした酸化液と前述の反応液をノズルによりそれぞれ約40ml/minの流量で供給した。その後、取り出した基体には黒色のフェライト薄膜が形成されていた。 Next, the magnet is removed from the ferrite film forming apparatus used in Example 1, and the prepared two double-sided glass epoxy printed wiring boards are placed on the rotating plate in a state where no magnetic field is applied to the film formation target. Was heated to 90 degrees while supplying deoxygenated ion exchange water while rotating at 150 rp. Here, both the double-sided glass epoxy printed wiring board c1 and the double-sided glass epoxy printed wiring board c2 were installed so that the signal layer faced the rotating plate. Next, N 2 gas was introduced into the apparatus to form a deoxygenated atmosphere. As reaction solutions, desired amounts of FeCl 2 .4H 2 O, NiCl 2 .6H 2 O, and ZnCl 2 were dissolved in deoxygenated ion-exchanged water. Further, an oxidizing solution in which a desired amount of NaNO 2 and CH 3 COONH 4 were dissolved in deoxygenated ion-exchanged water and the above-described reaction solution were supplied as nozzles at a flow rate of about 40 ml / min. Thereafter, a black ferrite thin film was formed on the substrate taken out.
このようにして得られた両面ガラスエポキシプリント配線基板c1を及びc2の間にエポキシプリプレグ510を(厚さ:0.96mm)を挿入した後、それらを熱圧着した。次に、ヴィアホール用の穴を形成した後、厚さ0.01mmの銅めっきを施してヴィアホール導体563、564を設け、配線パターンを形成して評価用の4層プリント配線基板(c)を得た。
After inserting the epoxy prepreg 510 (thickness: 0.96 mm) between the double-sided glass epoxy printed wiring board c1 and c2 thus obtained, they were thermocompression bonded. Next, after forming a hole for a via hole, copper plating with a thickness of 0.01 mm is performed to provide via
(放射ノイズの計測、評価)
内層としてフェライト膜が設けられたプリント配線基板(a)、(b)及び(c)と、比較用の配線基板(a´)(b´)及び(c´)の6種類のプリント配線基板に、クロック75MHzのPLD(Programmable logic Device)と4個のドライバIC、及びこれらの動作に必要な抵抗素子、キャパシタ等を実装し、評価回路を構成した。ここで、比較用の配線基板(a´)(b´)及び(c´)の夫々は、配線基板(a)、(b)及び(c)からフェライト膜を除いた以外は配線基板(a)、(b)及び(c)と同じ構成からなる基板である。
(Measurement and evaluation of radiation noise)
Printed wiring boards (a), (b) and (c) provided with a ferrite film as an inner layer, and six types of printed wiring boards (a ′), (b ′) and (c ′) for comparison The evaluation circuit was configured by mounting a PLD (Programmable Logic Device) with a clock of 75 MHz, four driver ICs, and resistance elements, capacitors, and the like necessary for these operations. Here, each of the comparative wiring boards (a ′), (b ′) and (c ′) is the wiring board (a) except that the ferrite film is removed from the wiring boards (a), (b) and (c). ), (B) and (c).
プリント配線基板(a)、(b)及び(c)と(a´)、(b´)及び(c´)の6種類のプリント配線基板を電波暗室に設置し、各々を同じ条件で動作させたときの放射ノイズの強さを計測した。 6 types of printed wiring boards (a), (b) and (c) and (a '), (b') and (c ') are installed in an anechoic chamber, and each is operated under the same conditions. The intensity of radiated noise was measured.
電子部品を実装した4層プリント配線基板(a´)及び(a)の周波数1〜8GHzでの放射スペクトルを図8及び図9に示す。図8及び図9を比較すれば理解されるように、フェライト膜が内装されたプリント配線基板(a)では、フェライト膜のない配線基板(a´)に比べて、放射スペクトルが大幅に抑制されていることが明白であり、本発明のフェライト膜を電源層やグランド層に設けた構成によって放射ノイズを効果的に抑制できることがわかる。 FIGS. 8 and 9 show radiation spectra at frequencies of 1 to 8 GHz of the four-layer printed wiring board (a ′) and (a) on which electronic components are mounted. As can be understood by comparing FIG. 8 and FIG. 9, the printed wiring board (a) in which the ferrite film is embedded has a significantly suppressed emission spectrum compared to the wiring board (a ′) without the ferrite film. It is apparent that the radiation noise can be effectively suppressed by the configuration in which the ferrite film of the present invention is provided in the power supply layer and the ground layer.
電子部品を実装した4層プリント配線基板(b´)及び(b)の周波数1〜8GHzでの放射スペクトルを図10及び図11に示す。図10及び図11を比較すれば理解されるように、フェライト膜が内装されたプリント配線基板(b)でも、フェライト膜のない配線基板(b´)に比べて、放射スペクトルが大幅に抑制されていることが明白であり、内層がグランド層だけである場合にも本発明のフェライト膜を設けた構成によって放射ノイズを大幅に減少させることが出来るのが明らかである。 FIGS. 10 and 11 show the emission spectra at frequencies of 1 to 8 GHz of the four-layer printed wiring board (b ′) and (b) on which electronic components are mounted. As can be understood by comparing FIG. 10 and FIG. 11, the emission spectrum is greatly suppressed even in the printed wiring board (b) in which the ferrite film is embedded, compared to the wiring board (b ′) without the ferrite film. Clearly, even when the inner layer is only the ground layer, it is clear that the radiation noise can be greatly reduced by the configuration provided with the ferrite film of the present invention.
電子部品を実装した4層プリント配線基板(c´)及び(c)の周波数1〜8GHzでの放射スペクトルを図12及び図13に示す。図12及び図13を比較すれば理解されるように、フェライト膜が内装されたプリント配線基板(c)でも、フェライト膜のない配線基板(c´)に比べて、放射スペクトルが大幅に抑制されていることが明白であり、本発明におけるフェライト膜を電源層やグランド層の信号層に対向しない側の面に設けることとした構成によっても放射ノイズを効果的に抑制できる。 FIGS. 12 and 13 show the emission spectra of the 4-layer printed wiring board (c ′) and (c) on which electronic components are mounted at a frequency of 1 to 8 GHz. As can be understood by comparing FIG. 12 and FIG. 13, even in the printed wiring board (c) in which the ferrite film is embedded, the emission spectrum is greatly suppressed as compared with the wiring board (c ′) without the ferrite film. Radiation noise can be effectively suppressed even by the configuration in which the ferrite film according to the present invention is provided on the surface of the power supply layer or the ground layer not facing the signal layer.
なお、ここで、フェライト膜のない4層プリント配線基板(a´)、(b´)及び(c´)の放射ノイズが互いに異なるのは、部品の配置や配線パターンが異なるためである。 Here, the reason why the four-layer printed wiring boards (a ′), (b ′), and (c ′) having no ferrite film are different from each other is because the arrangement of components and the wiring pattern are different.
本発明においては、グランド層若しくは電源層を構成する配線導体の信号層に対向する表面、あるいはグランド層若しくは電源層を構成する配線導体の信号層に対向しない側の表面に設けられた磁性体層は無電解めっき法で直接成膜されたフェライト膜であることが望ましい。本実施例においては、フェライトめっき膜の成膜に図3に示すような所謂バッチ式の装置を用いた場合を例に挙げて説明したが、特にこれに限定されるものではなく、たとえば搬送装置をもつような連続式の成膜装置を用いても良い。 In the present invention, the magnetic layer provided on the surface facing the signal layer of the wiring conductor constituting the ground layer or power supply layer, or on the surface not facing the signal layer of the wiring conductor constituting the ground layer or power supply layer Is preferably a ferrite film directly formed by electroless plating. In this embodiment, the case where a so-called batch type apparatus as shown in FIG. 3 is used for forming the ferrite plating film has been described as an example. However, the present invention is not particularly limited to this. A continuous film forming apparatus having the above may be used.
本発明によれば、内層として電源層若しくはグランド層又はその両方の配線層を有する多層プリント配線基板において、例えば高速化や高密度実装に伴う機器内部及び外部における高周波での電磁干渉の抑制や放射ノイズの抑圧を、プリント配線基板の厚さを実質的に増加させずに実現できるので、ノイズ問題のない電子回路を簡単に製造でき産業上極めて有効な手段である。 According to the present invention, in a multilayer printed wiring board having a power source layer and / or a ground layer as an inner layer, for example, suppression and radiation of high-frequency electromagnetic interference inside and outside the device accompanying high-speed and high-density mounting. Since noise suppression can be realized without substantially increasing the thickness of the printed wiring board, an electronic circuit free from noise problems can be easily manufactured, which is an industrially extremely effective means.
101,102 ノズル
103 永久磁石
104 基体
105,106 タンク
107 回転台
201 同軸ケーブル
202 マイクロストリップ線路(MSL)
203 ネットワークアナライザ
204 フェライト薄膜
101, 102
203
Claims (16)
内層として磁性構成要素からなる磁性体層を更に設けた、多層プリント配線基板であって、
前記磁性体層は、フェライト膜であり、
前記フェライト膜中に含まれる金属イオンの組成は、FeaNibZncCod からなり、
前記金属イオンの組成比は、2.1≦a≦2.7、0.1≦b≦0.3、0.1≦c≦0.7、0≦d≦0.15(ただし、a+b+c=3.0)を満たす、
多層プリント配線基板。 At least one of a conductor layer functioning as a ground layer and a conductor layer functioning as a power supply layer is provided as an internal conductor layer, and a dielectric layer formed on the internal conductor layer and formed on the dielectric layer In a multilayer printed wiring board provided with a conductor layer functioning as a signal layer,
A multilayer printed wiring board further provided with a magnetic layer made of magnetic components as an inner layer,
The magnetic layer is a ferrite film,
The composition of the metal ions contained in the ferrite film is made of Fe a Ni b Zn c Co d ,
The composition ratio of the metal ions is 2.1 ≦ a ≦ 2.7, 0.1 ≦ b ≦ 0.3, 0.1 ≦ c ≦ 0.7, 0 ≦ d ≦ 0.15 (where a + b + c = 3.0),
Multilayer printed wiring board.
前記ヴィアホールは、ヴィアホール導体と、少なくとも該ヴィアホール導体の内面上に形成された前記磁性体層からなる、
請求項1に記載の多層プリント配線基板。 A via hole electrically connecting at least two of the conductor layers is further provided;
The via hole includes a via hole conductor and at least the magnetic layer formed on the inner surface of the via hole conductor.
The multilayer printed wiring board according to claim 1.
前記磁性体層の面内所定方向における虚部透磁率μ″と前記磁性体層の厚さtの積μ″・tは10μm以上である、
請求項1に記載の多層プリント配線基板。 The magnetic layer is thin enough to satisfy t ≦ 50 μm and L / t ≧ 1000, where t is the thickness and L is the shortest length in the plane of the magnetic layer.
The product μ ″ · t of the imaginary part permeability μ ″ in the predetermined direction in the plane of the magnetic layer and the thickness t of the magnetic layer is 10 μm or more.
The multilayer printed wiring board according to claim 1.
請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の多層プリント配線基板。 The ferrite film is a ferrite plating film formed directly on the internal conductor layer by an electroless plating method.
The multilayer printed wiring board according to any one of claims 1 to 3.
内層として磁性構成要素からなる磁性体層を更に設けた、多層プリント配線基板であって、
少なくとも2つの前記導電体層の間を電気的に接続するヴィアホールが更に設けられており、
前記ヴィアホールは、ヴィアホール導体と、少なくとも該ヴィアホール導体の内面上に形成された前記磁性体層からなる、
多層プリント配線基板。 At least one of a conductor layer functioning as a ground layer and a conductor layer functioning as a power supply layer is provided as an internal conductor layer, and a dielectric layer formed on the internal conductor layer and formed on the dielectric layer In a multilayer printed wiring board provided with a conductor layer functioning as a signal layer,
A multilayer printed wiring board further provided with a magnetic layer made of magnetic components as an inner layer,
A via hole electrically connecting at least two of the conductor layers is further provided;
The via hole includes a via hole conductor and at least the magnetic layer formed on the inner surface of the via hole conductor.
Multilayer printed wiring board.
請求項5に記載の多層プリント配線基板。 The magnetic layer is a ferrite film,
The multilayer printed wiring board according to claim 5.
請求項6に記載の多層プリント配線基板。 The ferrite film is a ferrite plating film formed directly on the internal conductor layer by an electroless plating method.
The multilayer printed wiring board according to claim 6.
前記金属イオンの組成比は、2.1≦a≦2.7、0.1≦b≦0.3、0.1≦c≦0.7、0≦d≦0.15(ただし、a+b+c=3.0)を満たす、
請求項6又は請求項7に記載の多層プリント配線基板。 The composition of the metal ions contained in the ferrite film is, Fe a Ni b Zn c Co consist d the composition ratio of the metal ions, 2.1 ≦ a ≦ 2.7,0.1 ≦ b ≦ 0.3 0.1 ≦ c ≦ 0.7, 0 ≦ d ≦ 0.15 (provided that a + b + c = 3.0)
The multilayer printed wiring board according to claim 6 or 7.
請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の多層プリント配線基板。 The magnetic layer is provided in close contact with the internal conductor layer.
The multilayer printed wiring board according to any one of claims 1 to 8.
請求項9に記載の多層プリント配線基板。 The magnetic layer is formed on a surface of the internal conductor layer facing the signal layer;
The multilayer printed wiring board according to claim 9.
請求項9に記載の多層プリント配線基板。 The magnetic layer is formed on a surface of the internal conductor layer that does not face the signal layer.
The multilayer printed wiring board according to claim 9.
請求項1乃至請求項11のいずれかに記載の多層プリント配線基板。 The magnetic layer is a film that can be formed by the action of chemical bonds or van der Waals forces.
The multilayer printed wiring board according to any one of claims 1 to 11.
請求項1乃至請求項12のいずれかに記載の多層プリント配線基板。 The ratio between the first magnetic permeability that is the magnetic permeability in the first direction in the plane of the magnetic layer and the second magnetic permeability that is the magnetic permeability in the second direction orthogonal to the first direction in the same plane is x. When satisfying 0.5 ≦ x ≦ 2,
The multilayer printed wiring board according to any one of claims 1 to 12.
請求項1乃至請求項13のいずれかに記載の多層プリント配線基板。 The magnetic layer is formed by magnetically coupling unit constituent elements expressing magnetism with each other by a strong interaction in the plane of the magnetic layer.
The multilayer printed wiring board according to any one of claims 1 to 13.
請求項1乃至請求項14のいずれかに記載の多層プリント配線基板。 The DC specific resistance of the magnetic layer is 0.1 Ω · cm or more,
The multilayer printed wiring board according to any one of claims 1 to 14.
請求項1乃至請求項15のいずれかに記載の多層プリント配線基板。 The magnetic layer has a magnetic permeability dispersion characteristic derived from ferromagnetic resonance,
The multilayer printed wiring board according to any one of claims 1 to 15.
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