JP6795969B2

JP6795969B2 - 印刷配線板

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Publication number: JP6795969B2
Application number: JP2016249888A
Authority: JP
Inventors: 増夫永崎
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2016-12-22
Filing date: 2016-12-22
Publication date: 2020-12-02
Anticipated expiration: 2036-12-22
Also published as: JP2018107212A

Description

本開示は、高周波信号を通しやすい印刷配線板に関する。

ＬＳＩ（大規模集積回路）の高周波電源電流は、基板の電源層に廻り込むと、信号配線間の高周波信号の電磁放射ノイズ（電源ノイズ）の原因となる。この電源ノイズの発生を低減させるために、特許文献１には、電源層内に形成されたインピーダンス付加回路の上下の少なくとも一方に磁性体を設けることで、回路のインピーダンスをコントロールして低減する多層プリント基板が記載されている。

特開平１０−２４２６０２号公報

本開示の印刷配線板は、絶縁基板と、絶縁基板の一方の主面に形成された信号配線と、絶縁基板の他方の主面に形成された第１のグランド層または電源層と、絶縁基板の一方の主面の、信号配線が形成されていない部分に形成された絶縁部と、信号配線の少なくとも主面を被覆している磁性体部と、磁性体部の主面に形成された絶縁層と、絶縁層の主面に形成された第２のグランド層とを含む。

本開示の一実施形態に係る印刷配線板を示す説明図である。本開示の別の実施形態に係る印刷配線板を示す説明図である。本開示のさらに別の実施形態に係る印刷配線板を示す説明図である。（ａ）〜（ｄ）は本開示の一実施形態に係る印刷配線板の製造方法を示す説明図である。

上述のように、特許文献１の多層プリント基板には、電源層内に形成されたインピーダンス付加回路の上下の少なくとも一方に磁性体が設けられている。そのため、電源ノイズの発生を低減することができる。しかし、特許文献１の多層プリント基板では、信号配線に対して特に加工が施されておらず、高周波信号の通しやすさを考慮していない。さらに、近接する信号配線間の信号の混線（クロストーク）を抑制することもできない。

これに対して、本開示の印刷配線板では、磁性体部が、絶縁基板の一方の主面に形成された信号配線の少なくとも主面を被覆しており、この磁性体部の主面に形成された絶縁層を介して第２のグランド層が形成されている。また、絶縁部が、絶縁基板の一方の主面の信号配線が形成されていない部分に形成されている。したがって、信号配線の主面に設けた磁性体部により、信号配線とその上の第２のグランド層との間の磁界結合を強くすることができる。そのため、信号配線のインダクタンスを大きくすることができ、高周波信号を通しやすくなる。さらに、絶縁基板の主面の信号配線が形成されていない部分（信号配線間の間隙）に形成された絶縁層により、近接する信号配線間のクロストークを抑制することができる。

本開示の一実施形態に係る印刷配線板を、図１に基づいて説明する。図１に示すように、印刷配線板１００は、第１の絶縁基板１と信号配線２と絶縁部３と磁性体部４と絶縁層５と第１のグランド層７と、第２のグランド層６と第２の絶縁基板８と信号配線９とを含む。

第１の絶縁基板１としては、絶縁性を有する素材（絶縁板）であれば特に限定されず、複数積層されていてもよい。例えば、エポキシ樹脂、ビスマレイミド−トリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂などの有機樹脂などが挙げられる。これらの有機樹脂は２種以上を混合して用いてもよい。絶縁性を有する素材として有機樹脂を使用する場合、有機樹脂に補強材を配合して使用するのが好ましい。補強材としては、例えば、ガラス繊維、ガラス不織布、アラミド不織布、アラミド繊維、ポリエステル繊維などの絶縁性布材が挙げられる。補強材は２種以上を併用してもよい。さらに、絶縁性を有する素材には、シリカ、硫酸バリウム、タルク、クレー、ガラス、炭酸カルシウム、酸化チタンなどの無機充填材が含まれていてもよい。

第１の絶縁基板１の少なくとも一方の主面（上面）には、導体としての信号配線２が形成されている。図１に示すように、通常、信号配線２は複数形成される（例えば、２本１組の差動配線など）方が高周波信号を通しやすくなる。この信号配線２は、例えばサブトラクティブ法、セミアディティブ法、ＭＳＡＰ(Modified Semi Additive Process)などの公知の工法により形成される。信号配線２の素材としては例えば銅が挙げられる。

第１の絶縁基板１の他方の主面（下面）には、第１のグランド層７が形成されている。第１のグランド層７の代わりに電源層が形成されていてもよい。第１のグランド層７は、例えば銅から形成される。
このような第１の絶縁基板１と信号配線２と第１のグランド層７とは、例えば１つの両面金属張積層板（両面銅張積層板）として予め一体に形成されていてもよい。この場合、第１の絶縁基板１は、両面にそれぞれ形成された信号配線２と第１のグランド層７とで挟まれる形となる。

第１の絶縁基板１の一方の主面の、信号配線２が形成されていない部分（間隙２０）には絶縁部３が形成される。絶縁部３は第１の絶縁基板１、第２の絶縁基板８および絶縁層５よりも低い比誘電率を有していてもよく、例えば低誘電材料で形成される。低誘電材料は、例えば３．８以下の比誘電率を有するのがよい。低誘電材料で形成することによって、信号配線２間の絶縁性を強くしてクロストークを抑制することができる。このような低誘電材料としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、液晶ポリマ、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンオキシド、シアネートエステル、ポリオレフィンなどの樹脂が挙げられる。これらの樹脂は単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。このような材料としては、例えばＲＯ２９２９（Ｒｏｇｅｒｓ社製）、ＧＸ１３（味の素ファインテクノ（株）製）、ＧＸ９２（味の素ファインテクノ（株）製）などが市販されている。この絶縁部３は、間隙２０に絶縁樹脂素材を充填するなどして形成され、その表面（主面）は、信号配線２と面一（平坦）であるのがよい。間隙２０の幅は信号配線２の大きさによって適宜決定するものなので、間隙２０が複数設けられた場合、各間隙２０の幅は同じでも異なっていてもよい。

磁性体部４は、信号配線２の少なくとも主面を被覆するように形成される。この磁性体部４は、図１に示すように、連続的な層状を有している。磁性体部４は、信号配線２と絶縁層５を介して形成された第２のグランド層６との間の磁界結合を強くして、信号配線２自体のインダクタンスを大きくすることができる。また、磁性体部４の厚みを調整することで、信号配線２自体のインダクタンスを調整することができる。この磁性体部４の厚みは５μｍ以上であるのがよい。

磁性体部４の磁性材料としては絶縁性を有するのが良い。これらの中でも加工のしやすさなどから、スピネル形結晶構造のフェライト、六方晶フェライト、ガーネットフェライトなどのフェライトがよい。特に磁性材料としては、透磁率が高く、電気抵抗が高い点から、スピネル形結晶構造のフェライト（スピネルフェライト（組成式ＡＦｅ₂Ｏ₄、ＡはＭｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎなどを示す））を用いてもよい。

絶縁層５は、磁性体部４の主面に形成される。絶縁層５は、絶縁性を有する素材で形成されていれば、特に限定されない。絶縁性を有する素材としては、例えば、エポキシ樹脂、ビスマレイミド−トリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂、フェノール樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂、ケイ素樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）樹脂などが挙げられる。これらの樹脂は２種以上を混合してもよい。これらの樹脂には、絶縁性布材（例えば、ガラス繊維、ガラス不織布など）、シリカ、硫酸バリウム、タルク、クレー、炭酸カルシウム、酸化チタンなどの補強材や無機充填材、フェノール樹脂やメタクリル樹脂からなる有機充填材が含まれていてもよい。この絶縁層５は、上記した第１の絶縁基板１と同じ樹脂および補強材を用いてもよい。

絶縁層５の主面には第２のグランド層６が形成される。この第２のグランド層６は、信号配線２との間に磁性体部４を挟んでいるので、磁界結合が強くなる。第２のグランド層６は、例えば銅から形成される。電流をより精度よく流すために、図１に示すように、信号配線２の上下方向に、２つのグランド層（第２のグランド層６および第１のグランド層７）を形成するのがよい。

第２のグランド層６の主面（上面）には第２の絶縁基板８が形成される。この第２の絶縁基板８は、上述した第１の絶縁基板１と同じ材質や形状であってもよい。また、第２の絶縁基板８の主面（上面）にはさらに信号配線９を配置することができる。この第２の絶縁基板８と第２のグランド層６と信号配線９は、例えば１つの両面銅張積層板として予め一体に形成されていてもよい。その場合、絶縁層５の主面に、上記の両面銅張積層板を第２のグランド層６側から積層するだけで、印刷配線板１００が形成される。

（別の実施形態）
図２に本開示の別の実施形態に係る印刷配線板１０１を示す。なお、上記した印刷配線板１００の部材と同じ作用を有する部材には、同符号を付して説明は省略する。図２に示すように、磁性体部４０は、信号配線２の主面を被覆するように断続的な層状を有していてもよく、特に信号配線２と同じ幅で形成されるのがよい。磁性体部４０は、連続的な層状で形成する磁性体部４（図１参照）よりも、絶縁部３０で隣り合う磁性体部４０同士が区切られるので、さらに信号配線２間の磁界結合（電気的な結合）を強くしつつ、クロストークを抑制することができる。磁性体部４０の厚みは、上述のように５μｍ以上であるのがよい。絶縁部３０は、上述の絶縁部３で説明したとおりであり、詳細な説明は省略する。

（さらに別の実施形態）
図３に示すように、印刷配線板１０２は、印刷配線板１００の信号配線９が形成されていない部分に形成した絶縁部３'と、信号配線９の主面に形成した磁性体部４'と、磁性体部４'の主面（上面）に形成した、第３のグランド層６'と第３の絶縁基板８'と信号配線９'とを含むものである。これらの部材は上述した第１、第２の絶縁基板１，８、第１，２のグランド層６，７、信号配線２，９とそれぞれ同じ部材であってもよく、詳細は省略する。また、絶縁部３'および磁性体部４'の代わりに、図２に示す絶縁部３０で区切られて隣り合う磁性体部４０のような、断続的な層状の磁性体部を組み合わせて用いることもできる。また、信号配線９’の主面に磁性体部、絶縁部、および絶縁層をそれぞれ形成し、さらに別の両面銅張積層板をグランド層側から主面に積層することができる。

（製造方法）
次に、本開示に係る印刷配線板の製造方法の一実施形態を説明する。この製造方法は、下記の工程（ｉ）〜（ｉｖ）を含む。ただし、上記した部材と同じ作用を有する部材には同符号を付して説明は省略する。
（ｉ）絶縁基板の両面に金属箔を貼り付けた両面金属張積層板の一方の主面に回路パターン（信号配線）を形成し、他方の主面にグランド層または電源層を形成する。
（ｉｉ）絶縁基板の一方の主面の、信号配線が形成されていない部分に、信号配線の主面と面一になるように絶縁樹脂素材を充填・硬化させ絶縁部を形成する。
（ｉｉｉ）少なくとも信号配線の主面を被覆するように磁性体部を形成する。
（ｉｖ）磁性体部の主面に、第１のグランド層を形成済みの両面金属張積層板を、プリプレグを介して、熱プレスで熱圧着させる。

まず、図４（ａ）に示すように、第１の絶縁基板１の両面に金属箔（例えば、銅箔）を貼り付けた両面金属張積層板１１を準備し、例えばサブトラクティブ法、ＭＳＡＰなどの公知の工法により、一方の主面に回路パターン（信号配線２）を、他方の主面に第１のグランド層７をそれぞれ形成する。

次に、図４（ｂ）に示すように、第１の絶縁基板１（両面金属張積層板１１）の一方の主面の、信号配線２が形成されていない部分（間隙２０）に、信号配線２の主面と面一になるように、例えば低誘電材料を充填・硬化させ絶縁部３を形成する。より具体的には、信号配線２の主面から突出した絶縁部３を研磨などで切除して信号配線２の主面と面一に形成する。絶縁部３については上述のとおりであり、詳細な説明は省略する。

次に、図４（ｃ）に示すように、連続的な層状を有する磁性体部４を、少なくとも信号配線２の主面を被覆するように形成する。磁性体部４を形成する磁性材料としては上述のとおりであり、詳細な説明は省略する。磁性体部４はペースト状の磁性材料を塗布および乾燥して形成してもよく、シート状に加工された磁性材料（磁性体シート）で形成してもよい。磁性材料としては、例えば、ＲＡＹＢＲＩＤ（東レ（株）製）などが市販されている。

磁性体部４は、必ずしも図４（ｃ）に示すような連続的な層状を有するものではなく、図２に示すような断続的な層状を有していてもよい。断続的な層状に加工する方法は特に限定されない。例えば、連続的な層状を有する磁性体部を形成した後、信号配線を被覆する部分を残して他の部分を除去してもよく、予め信号配線のみを被覆するように磁性体部を形成してもよい。

最後に、図４（ｄ）に示すように、磁性体部４の主面に絶縁層５を形成と同時に第２のグランド層６を構成する。具体的には、磁性体部４の主面にシート状に加工された絶縁性を有する素材（樹脂）を絶縁層５として積層させる。シート状に加工された素材としては、例えば、絶縁性布材に上述の絶縁性を有する樹脂を含浸させたプリプレグを用いるのがよい。すなわち、磁性体部４の主面に、絶縁層５と、信号配線９および第２のグランド層６を形成済みの両面金属張積層板１２とを同時に積層し、熱プレスで熱圧着させることで印刷配線板１００を得ることができる。また、印刷配線板１００の表面にソルダーレジスト層（図示せず）を形成してもよい。

このような印刷配線板は、例えば両面金属張積層板１１の信号配線９の間隙を絶縁部で充填した後、信号配線の主面を被覆するように形成した磁性体部の主面に、絶縁層を介して、別の両面金属張積層板を上記と同様に構成し、図３に示すような印刷配線板１０２を得ることもできる。

本開示の印刷配線板は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の改善または改良が可能である。例えば、印刷配線板にさらに配線パターン（信号配線）やビアなどを含む絶縁基板を複数積層してビルドアップ層を形成したビルドアップ構造や多層構造としてもよい。

１第１の絶縁基板
２信号配線
３、３'、３０絶縁部
４、４'、４０磁性体部
５、５’ 絶縁層
６第２のグランド層
６' 第３のグランド層
７第１のグランド層
８第２の絶縁基板
８' 第３の絶縁基板
９、９' 信号配線
１１，１２両面金属張積層板
２０間隙
１００、１０１、１０２印刷配線板

Claims

絶縁基板と、
絶縁基板の一方の主面に形成された信号配線と、
絶縁基板の他方の主面に形成された第１のグランド層または電源層と、
絶縁基板の一方の主面の、信号配線が形成されていない部分に形成された絶縁部と、
信号配線の少なくとも主面を被覆している磁性体部と、
磁性体部の主面に形成された絶縁層と、
絶縁層の主面に形成された第２のグランド層と、
を含み、
磁性体部が、連続的な層状を有していることを特徴とする印刷配線板。
絶縁基板と、
絶縁基板の一方の主面に形成された信号配線と、
絶縁基板の他方の主面に形成された第１のグランド層または電源層と、
絶縁基板の一方の主面の、信号配線が形成されていない部分に形成された絶縁部と、
信号配線の主面のみを被覆している磁性体部と、
磁性体部の主面に形成された絶縁層と、
絶縁層の主面に形成された第２のグランド層と、
を含み、
磁性体部が、断続的な層状を有している印刷配線板。
前記絶縁部が、絶縁基板ならびに絶縁層よりも低い比誘電率を有している請求項１または２に記載の印刷配線板。
絶縁基板と、
絶縁基板の一方の主面に形成された信号配線と、
絶縁基板の他方の主面に形成された第１のグランド層または電源層と、
絶縁基板の一方の主面の、信号配線が形成されていない部分に形成された絶縁部と、
信号配線の少なくとも主面を被覆している磁性体部と、
磁性体部の主面に形成された絶縁層と、
絶縁層の主面に形成された第２のグランド層と、
を含み、
絶縁部が、絶縁基板ならびに絶縁層よりも低い比誘電率を有している印刷配線板。
前記磁性体部が、スピネルフェライトを含む請求項１〜４のいずれかに記載の印刷配線板。