KR20060043326A

KR20060043326A - 배선 기판

Info

Publication number: KR20060043326A
Application number: KR1020050017241A
Authority: KR
Inventors: 미끼히사 미즈노; 유이치 사사끼; 마코토 이노우에; 켄지 야자와; 미가꾸 다까하시; 야스오 타테노; 테이이치 미야우치
Original assignee: 소니 가부시끼 가이샤; 미가꾸 다까하시
Priority date: 2004-03-03
Filing date: 2005-03-02
Publication date: 2006-05-15
Also published as: JP2005286306A; JP4705377B2; KR101165839B1; US20050238858A1; US7297423B2

Abstract

GHz 대의 고주파 신호를 저손실로 전송할 수 있는 배선 기판을 제공한다. 배선 기판 (10)은 절연체 (12), 및 상기 절연체 (12) 중에 분산되어 있는 자성 나노 입자 (11)를 포함한다.

배선 기판, 고주파 신호, 저손실 전송, 자성 나노 입자, 절연체

Description

배선 기판 {Printed Circuit Board}

도 1은 본 발명에 따른 배선 기판의 실시형태에 있어서 구성을 나타내는 단면도이다.

도 2는 Co 나노 입자 (입경 7 nm)의 비투자율 μ_r과 온도 T와의 관계도이다.

도 3은 실시예 1의 배선 기판의 비투자율 μ_r의 온도 의존성을 나타낸 도면이다.

도 4는 전송선로를 형성하는 본 발명의 배선 기판의 단면도이다.

도 5는 실시예 2의 배선 기판의 비투자율 μ_r의 온도 의존성을 나타낸 도면이다.

도 6은 실시예 3의 배선 기판의 비투자율 μ_r의 온도 의존성을 나타낸 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 배선 기판, 11: 자성 나노 입자, 12: 절연체

본 발명은 GHz대의 고주파 회로 소자를 탑재하는 고주파용의 배선 기판에 관한 것이며, 특히 낮은 손실로 신호를 전송할 수 있는 배선 기판에 관한 것이다.

최근, 정보 처리의 고속화, 고속 고밀도인 정보 통신에의 요구에 의해, 고주파용 반도체 소자를 작동시키는 신호의 고주파화가 현저하다. 예를 들면, 현재 컴퓨터의 CPU에 사용되는 LSI칩은 최고수 GHz의 클럭 주파수로 동작하고 있다. 또한, 장래의 발전이 매우 기대되는 위성 방송이나 휴대 전화, 휴대 단말기 등의 이동 통신에는 GHz대의 고주파 신호가 사용되고 있다.

고주파 회로에서는, 도체 배선과 배선 기판에서 손실이 발생되고, 특히 배선 기판에서의 손실이 심각해지고 있다. 이들은, 신호 전송시에 발열이나 노이즈, 고소비전력 등의 문제로 인해 나타난다. 즉, 고주파 영역의 소자에 사용되는 배선 기판의 재료는, GHz대의 고주파 신호를 낮은 손실로 전송할 수 있는 재료인 것이 바람직하다.

특성 임피던스 Z_o(Ω)의 배선을 전압 V(V)에서 구동할 경우, 전송 손실 P(W)는 하기 수학식 1로 표시되고, 큰 특성 임피던스 Z_o를 나타내는 배선은 낮은 손실로 신호를 전송할 수 있다.

P=V²/Z_o

한편, 특성 임피던스 Z_o는 하기 수학식 2와 같이 배선 기판 재료의 비투자율 μ_r과 비유전율 ε_t과의 비의 제곱근에 비례한다.

Z_O=(L/C)^1/2∝(μ_r/ε_r)^1/2

여기서, L은 배선의 단위 길이당 인덕턴스이고, C는 단위 길이당 전기 용량을 나타낸다.

종래, 큰 특성 인피던스 Z_o를 나타내는 저손실 배선 기판으로서, 저유전율 재료를 이용한 배선 기판이 제안되어 왔다(예를 들면, 일본 특허 공개 (평)6-53357호 공보 참조). 여기서는, 배선 기판의 저비유전율 (ε_r)화에 따라 특성 임피던스 Z_o를 증대시켜 저손실화가 달성된다.

저유전율 재료로서는 폴리테트라플루오로에틸렌(ε_r≒2.1) 등의 불소 수지가 있고, 이것을 다공질화하면, 더욱 낮은 유전율을 달성할 수 있다. 예를 들면, 80 ％의 공동을 갖는 다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 수지의 경우 ε_r≒1.1이다.

그러나, 다공질 불소 수지로 형성된 배선 기판은 기계적 강도가 매우 약하고, 열에 대한 치수 안정성이 매우 낮기 때문에, 실용화가 곤란하였다.

또한, 원리적으로 비유전율 ε_r은 1보다 작아질 수 없기 때문에, 종래의 배선 기판의 저손실화 방법에는 한계가 있었다.

본 발명은, 이상의 종래 기술에서의 문제을 감안하여 이루어진 것이며, GHz대의 고주파 신호를 낮은 손실로 전송할 수 있은 배선 기판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

발명자들은 배선 기판의 유전 특성만이 아니고, 자기 특성에 새롭게 착안하였다. 즉, 저유전률(ε_r)화 뿐만 아니라, 고투자율(μ_r)화를 동시에 행함으로써, 저손실화를 도모하기 위해 예의 검토하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 상기 과제를 해결하기 위해서 제공하는 본 발명은, 절연체와 이 절연체 중에 분산된 자성 나노 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 배선 기판이다.

여기서, 상기 자성 나노 입자는 초상자성을 갖는 것이 바람직하다.

또한, 상기 자성 나노 입자는 80 ℃ 이하로 블로킹 온도를 갖는 초상자성 나노 입자인 것이 바람직하다.

또한, 상기 자성 나노 입자의 부피 충전율은 60 ％ 이하인 것이 바람직하다.

상기 자성 나노 입자는, 원소 Fe, Co, Ni, Mn, Sm, Nd, Tb, Al, Pd, Pt, 이들 원소의 금속간 화합물, 상기 원소의 2원 합금, 상기 원소의 3원 합금, 또는 첨가 원소로서 Si, N, Mo, V, W, Ti, B, C, P 중 1종 이상을 포함하는 상기 원소, 상기 금속간 화합물, 상기 2원 합금, 상기 3원 합금, Fe 산화물, Fe 이외의 1개 이상의 상기 원소를 더 포함하는 Fe계 산화물, Mn-Zn계 페라이트, Ni-Zn계 페라이트, Mg-Zn계 페라이트, Mg-Mn계 페라이트, 및 가넷(garnet)으로 구성된 군으로부터 선 택되는 재료를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 자성 나노 입자는 액상 합성된 것이 바람직하다.

상기 절연체는 고분자 재료, 세라믹, 유리 또는 이들의 복합체인 것이 바람직하다.

또한, 상기 절연체는 폴리테트라플루오로에틸렌, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로에틸렌 공중합체, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체, 폴리불화비닐, 폴리불화비닐리덴, 폴리메틸펜텐, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부타디엔, 폴리아미드이미드, 폴리에테르술폰, 폴리에테르에테르케톤, 폴리스티렌, 폴리에스테르, 폴리카르보네이트, 폴리이미드, 폴리페닐렌옥시드, 에폭시 수지 또는 시아네이트 수지일 수 있다.

또한, 상기 절연체는 알루미나계 세라믹, 질화알루미늄계 세라믹, 질화규소계 세라믹, 질화붕소계 세라믹 또는 이들의 복합체일 수 있다.

또한, 상기 절연체는 실리카 유리, 실리콘 운모 유리, 수정 유리, 석영 유리, 붕규산 유리 또는 이들의 복합체일 수 있다.

<본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태>

이하, 본 발명에 따른 배선 기판의 실시형태에 대해 설명한다.

도 1에 본 발명에 대한 배선 기판의 단면도를 나타낸다.

배선 기판 (10)은 절연체 (12)와, 절연체 (12) 중에 분산된 자성 나노 입자 (11)로부터 구성된다.

자성 나노 입자 (11)은 입자 크기가 나노 오더(nano order)의 자성 미립자이고, 블로킹 온도 T_b를 갖고 초상자성을 나타내는 것이 바람직하다. 특히, 80 ℃ 이하로 블로킹 온도 T_b를 갖는 초상자성 나노 입자인 것이 바람직하다. 또한, 블로킹 온도 T_b를 80 ℃ 이하로 갖는 것으로 하는 것은, 배선 기판의 사용 온도로서 -10 내지 80 ℃의 온도 범위에서 높은 비투자율 μ_r을 확보하기 때문이다.

여기서, 블로킹 온도 T_b에 대해 간단히 설명한다.

자성 미립자의 자발자화는, 미립자의 자기 이방성 에너지 E에 의해 그 방향이 유지된다. 여기서, 자기 이방성 에너지 E는 다음 수학식, E=K·V와 같이 자성 미립자의 자기 이방성 상수 K와 부피 V와의 곱으로 나타나지만, 자발자화는 열에너지 k_BT에 의해, 그 방향을 바꿀 가능성이 있다. 여기서, k_B는볼츠만 상수이고, T는 절대 온도이다.

환경 온도가 높아지고, 열에너지 k_BT가 자기 이방성 에너지 E와 같은 정도 또는 그 이상으로 클 경우, 자발자화의 방향은 끊임없이 열적으로 활성화되고, 진동하여 잔류 자화가 소실된다. 한편, 온도 저하에 따라 열에너지 k_BT가 자기 이방성 에너지 E보다도 충분히 작아지면, 자발자화 방향의 진동은 억제되어, 잔류 자화가 나타나기 시작한다. 블로킹 온도 T_b란, 그 잔류 자화가 나타나기 시작하는 온도인 것이다.

또한, 자성 나노 입자 (11)은 원소 Fe, Co, Ni, Mn, Sm, Nd, Tb, Al, Pd, Pt, 이들 원소의 금속간 화합물, 상기 원소의 2원 합금, 상기 원소의 3원 합금, 또는 첨가 원소로서 Si, N, Mo, V, W, Ti, B, C, P 중 1종 이상을 포함하는 상기 원소, 상기 금속간 화합물, 상기 2원 합금, 상기 3원 합금, Fe 산화물, Fe 이외의 1개 이상의 상기 원소를 더 포함하는 Fe계 산화물, Mn-Zn계 페라이트, Ni-Zn계 페라이트, Mg-Zn계 페라이트, Mg-Mn계 페라이트, 및 가넷으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 재료를 포함하는 것이 바람직하다.

자성 나노 입자 (11)은 기상 또는 액상 합성된 것이며, 바람직하게는 액상 합성된 것이다.

액상 합성법이란 금속염, 유기 금속 등을 액 중에 용해시키고, 환원 또는 분해 등에 의해 입자를 석출시키는 방법이며, 공지의 액상 합성법으로서, 공침법, 알코올 환원법, 유기 금속 화합물의 열분해, 역미셀법, 초음파법, 전자화물(electrides) 환원법이 있다. 일반적으로, 액상 합성된 자성 나노 입자 (11)은 그 표면이 유기 안정화제로 피복된 분산 용액으로서 얻어진다.

또한, 액상 합성에 따르면, 합성 조건의 선택에 의해 입경의 조절이 가능하다. 또한, 합성 후의 크기 선택적 석출에 의해, 입경 분포를 제어할 수도 있다. 크기 선택적 석출법이란, 자성 나노 입자 분산 용액에 응집제를 적하함으로써, 직경의 큰 입자를 선택적으로 침전시키는 방법이다. 응집제로서, 자성 나노 입자 분산 용액의 용매와 혼합할 수 있고, 또한 유기 안정화제의 용해도가 다른 용매가 선택된다.

자성 나노 입자 (11)은 자성 재료종에 따라 자기 이방성 상수 K의 값이 다르다. 예를 들면, Co의 경우에는 K=4.5×10⁵J/㎥이고, Fe의 경우에는 K=4.7×10⁴J/㎥이고, FePt의 경우에는 K=6.6×10⁶ J/㎥이고, Fe₃O₄의 경우에는 K=8.7×10³ J/㎥이다.

따라서, 최적 입경은 자성 재료종에 따라 적절하게 결정된다. 예를 들면, Co 나노 입자의 평균 입경은 8 nm 이하, Fe 나노 입자의 평균 입경은 25 nm 이하, FePt 나노 입자의 평균 입경은 4 nm 이하, Fe₃O₄ 나노 입자의 평균 입경은 30 nm 이하가 좋다.

또한, 본 발명에 사용되는 자성 나노 입자 (11)은 입경 분포의 표준 편차가 평균 입경의 30 ％ 이하, 바람직하게는 20 ％ 이하, 더욱 바람직하게는 10 ％ 이하이다. 표준 편차가 작을수록 블로킹 온도 T_b의 분포가 좁아져, 큰 비투자율 μ_r을 나타낸다. 한편, 표준 편차가 평균 입경의 30 ％보다도 큰 경우, 블로킹 온도 T_b의 분포가 지나치게 넓기 때문에, 비투자율 μ_r은 작아진다. 예를 들면, -10 내지 80℃의 온도 범위에서 비투자율 μ_r은 10보다도 작아져 버린다.

절연체 (12)는 고분자 재료, 세라믹, 유리 또는 이들의 복합체로 형성된다.

고분자 재료는, 폴리테트라플루오로에틸렌, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로에틸렌 공중합체, 테트라플루오로에틸렌- 헥사플루오로프로필렌 공중합체, 테 트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체, 폴리불화비닐, 폴리불화비닐리덴, 플로메틸펜텐, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부타디엔, 폴리아미드이미드, 폴리에테르술폰, 폴리에테르에테르케톤, 폴리스티렌, 폴리에스테르, 폴리카르보네이트, 폴리이미드, 폴리페닐렌옥시드, 에폭시 수지 또는 시아네이트 수지이다.

세라믹은 알루미나계 세라믹, 질화알루미늄계 세라믹, 질화규소계 세라믹, 질화붕소계 세라믹이다. 또는, 이들 세라믹의 복합체일 수도 있다.

유리는 실리카 유리, 실리콘 운모 유리, 수정 유리, 석영 유리, 붕규산 유리이다. 또는, 이들 유리의 복합체일 수도 있다.

절연체 (12) 중에 분산된 자성 나노 입자 (11)의 부피 충전율은 60 ％ 이하인 것이 바람직하다. 자성 나노 입자 (11)의 충전율이 60 ％를 초과할 경우, 배선 기판 (10)의 기계적 강도가 저하되어, 변형되기 쉬워진다. 따라서, 배선 기판 (10)의 제조 공정 중에 왜곡이 발생되어 버려, 배선 기판 (10)을 이용하여 반도체 장치를 제조할 때의 위치 정렬이 어려워진다. 이는 배선의 접속 불량 등의 원인이 되기 때문에 문제이다. 또한, 절연체 (12)중에 분산된 자성 나노 입자 (11)의 부피 충전율은 5 ％ 이상인 것이 바람직하다. 자성 나노 입자 (11)의 부피 충전율이 5 ％ 미만일 경우, 배선 기판 (10)은 충분한 비투자율 μ_r을 나타내지 않는다.

이상의 구성에 의해, 배선 기판 (10)은 높은 비투자율 μ_r을 가짐과 동시에, 낮은 비유전율 ε_r을 갖고, GHz대의 고주파 영역에서 낮은 손실로 신호를 전송할 수 있다.

여기서, 본 발명의 배선 기판 (10)이 자기 특성과 유전 특성을 양립시키는 원리에 대해 이하에 설명한다.

(1) 비투자율 μ_r에 대해서

배선 기판 (10)의 비투자율 μ_r은 자성 나노 입자 (11)이 기여한다.

배선 기판의 비투자율 μ_r의 온도 의존성은 하기 수학식 3으로 표시된다.

μ_r(T)=χ_r(T)+1=(M_s ²V_avex)/(3k_BTμ₀)+1

상기 식 중, χ_r은 배선 기판의 비자화율이고, M_s는 자성 나노 입자의 포화 자화이고, V_ave는 입자의 평균 부피이며, x는 배선 기판 중 입자의 부피 충전율이고, k_B는 볼츠만 상수이고, μ₀은 진공의 투자율이다.

도 2에, 수학식 3을 기초로 한 Co 나노 입자(입경 7 nm)의 비투자율 μ_r과 온도 T와의 관계를 나타낸다. -10 내지 80 ℃의 온도 범위에서, 비투자율 μ_r이 10 이상인 것을 이해할 수 있다.

여기서, 블로킹 온도 T_b는 하기 수학식 4와 같이 자성 재료의 자기 이방성 상수 K와 부피 V의 곱에 비례한다. 즉, 블로킹 온도 T_b가 자성 재료종, 입경에 의 존하는 것을 의미한다.

T_b∝ K·V

본 발명의 배선 기판에 사용하는 자성 나노 입자 (11)에 대해, 적절한 자성 재료종, 입경, 입경 분포를 선택함으로써, 블로킹 온도 T_b를 조정할 수 있으며, 이에 의해 비투자율 μ_r을 목적하는 크기로 제어할 수 있다.

예를 들면, 블로킹 온도 T_b를 80 ℃ 이하로 분포하도록 하면, 본 발명의 배선 기판은 -10 내지 80 ℃의 온도 범위에서, 비투자율 μ_r을 10 이상으로 할 수 있다.

GHz대의 고주파역에 있어서, 히스테리시스 손실 또는 와전류 손실 때문에, 비투자율 μ_r이 10보다 작아져 버리는 것이 염려된다. 그러나, 본 발명에서 사용되는 자성 나노 입자군에 있어서는, 블로킹 온도 T_b가 80 ℃ 이하로 분포하고 있어, 히스테리시스 손실을 나타내지 않는다. 또한, 표피 깊이(skin depth) 이하의 미세한 입자군이 절연체 중에 분산된 구조 때문에, 배선 기판의 저항율은 충분히 크고, 와전류 손실을 나타내지 않는다.

주파수를 증가시키면 자성 미립자는 어느 주파수에서 자연 공명을 일으켜, 투자율이 급격히 감소해 버린다. 이 때문에, 본 발명의 배선 기판에 있어서 양호한 저전송 손실을 유지하기 위해서는, 자연 공명 주파수 이외의 주파수대에서 사용 할 필요가 있다.

여기서, 자성 미립자가 자연 공명을 일으키는 주파수 f는, 다음 화학식, f ∝ H_k와같이 자성 미립자의 이방성 자계 H_k에 비례한다.

예를 들면, Co 나노 입자의 경우(H_k=5.1×10⁵ A/m)에는 f≒20 GHz, Fe 나노 입자의 경우(H_k=4.4×10⁴ A/m)에는 f≒2 GHz, FePt 나노 입자의 경우(H_k=9.2×10⁶ A/m)에는 f≒300 GHz, Fe₃O₄ 나노 입자의 경우(H_k=2.7×10⁴ A/m)에는 f≒1 GHz이다.

이상의 점에 유의하면, 자성 나노 입자는 높은 비투자율 μ_r을 갖는다.

(2) 비유전율 ε_r에 대해서

배선 기판 (10)의 비유전율 ε_r은, 절연체 (12) 및 자성 나노 입자 (11) 둘 다가 기여한다.

절연체 (12)는 상기한 바와 같이, 저비유전율 ε_r및 저유전 손실을 나타내는 재료가 사용된다. 예를 들면, 폴리테트라플루오로에틸렌은 비유전율 ε_r= 2.1이며, 유전정접은 1×10^-4(1MHz 측정)이다.

절연체 (12) 중에 자성 나노 입자 (11)을 충전했을 경우의 유전 특성은, 충전하지 않는 경우와는 다르다. 그러나, 자성 나노 입자 (11)의 부피 충전율이 60 ％ 이하인 경우, 배선 기판 (10)으로서 필요한 유전 특성, 예를 들면 비유전율 ε_r 이 5 이하를 유지할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 배선 기판은 높은 비투자율 μ_r을 가짐과 동시에, 낮은 비유전율 ε_r을 가질 수 있어, GHz대에서도 양호한 저전송 손실을 나타낼 수 있게 된다.

이하, 본 발명에 대한 배선 기판의 제조 방법에 대해 설명한다.

본 발명에 대한 배선 기판의 제조는 이하의 순서대로 행하면 좋다.

(s11) 용매 중에 자성 나노 입자를 분산시킨다.

(s12) 상기 분산액에 절연체 재료를 혼입시킨다.

(s13) 상기 용액을 교반하면서 용매를 증발시켜, 흑색의 잔류 고형물을 얻는다.

(s14) 상기 잔류 고형물을 압축 성형함으로써 배선 기판을 얻는다.

액상 합성된 자성 나노 입자는 그 표면을 유기 안정화제로 피복된 분산 용액으로서 얻어지기 때문에, 단계 s11을 생략하고, 그 분산 용액을 그대로 단계 s12의 분산액으로서 사용할 수 있다.

또한, 여기서 사용하는 절연체는 고분자 재료, 세라믹, 유리 또는 이들의 복합체 중 어느 하나일 수도 있고, 단계 s12에서의 절연체 재료의 혼입은 고분자 재료를 용매 중에 용해시키는 방법이면 좋다.

또한, 본 발명에 대한 배선 기판의 제조는 이외에 하기의 순서대로 행하면 좋다.

(s21) 자성 나노 입자 표면에 절연체 재료 성분을 피복시켜, 용매 중에 분산시킨다.

(s22) 상기 용액을 교반하면서 용매를 증발시켜 흑색의 잔류 고형물을 얻는다.

(s23) 상기 잔류 고형물을 압축 성형하여 가열 소성함으로써 배선 기판을 얻는다.

여기서 사용하는 절연체 재료는 세라믹 또는 유리를 포함하는 것이 바람직하고, 단계 s21에서의 절연체 재료 성분의 피복은 졸겔법 등에 의하면 좋다.

상기 어느 쪽의 제조 방법이어도 도 1에 나타내는 구성의 배선 기판을 얻을 수 있다.

본 발명의 배선 기판은 스트립 선로, 마이크로 스트립 선로, 또는 그 밖의 회로를 위한 기판으로서 사용할 수 있다.

<실시예>

이하, 실시예를 들어, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명이 이 실시예로 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

실시예 1에서의 사용 재료, 배선 기판의 형성 방법, 전송 선로의 형성 방법을 이하에 나타낸다.

(1) 사용 재료

(i) 자성 나노 입자: 알코올 환원법에 의해 합성한, 올레산 피복 Fe₃O₄ 나노 입자의 톨루엔 분산 용액을 이용하였다. Fe₃O₄나노 입자의 평균 입경은 16 nm, 입도 분포의 표준 편차는 평균 입경의 19 ％였다.

(ii) 절연체 재료: 분말상의 폴리테트라플루오로에틸렌(평균 입경: 25 ㎛)을 사용하였다.

(2) 배선 기판의 형성 방법

Fe₃0₄ 나노 입자 톨루엔 분산 용액 중에, 분말상의 폴리테트라플루오로에틸렌을 혼입하였다. 여기서, Fe₃O₄ 나노 입자와 폴리테트라플루오로에틸렌의 부피 비율은 30:70으로 하였다.

이어서, 용액을 60 ℃로 유지하고, 균질기를 이용하여 교반하면서 톨루엔을 증발시켜 흑색의 잔류 고형물을 얻었다.

이어서, 흑색의 잔류 고형물을 압축 성형함으로써, 배선 기판을 제조하였다.

제조한 배선 기판에 대해, 비투지율 μ_r을 측정하였다. 그 결과를 도 3에 나타낸다.

블로킹 온도 T_b는 5 ℃ 부근이며, -10 내지 80 ℃의 온도 범위에서는 비투자율 μ_r은 10 이상을 나타내었다. 또한, 비유전율 ε_r은 5 이하의 값을 나타낸다.

한편, 비교예로서 분말상의 폴리테트라플루오로에틸렌만을 사용하여 제조한 배선 기판은 μ_r=1, ε_r=2.1을 나타내었다.

(3) 전송 선로의 형성 방법

이어서, 상기에서 얻어진 Fe₃O₄ 나노 입자를 포함하는 배선 기판에 배선을 매입하고, 상면 하면에 그라운드를 증착함으로써 스트립 선로를 형성하여(도 4(a)), 전송 선로의 특성 인피던스 Z_o를 평가한 결과, -10 내지 80 ℃의 온도 범위에 있어서, 비교예의 배선 기판에서의 특성 인피던스 Z_o의 2배 이상의 값이었다. 따라서, 수학식 1로부터 실시예 1의 배선 기판은 보다 낮은 손실로 신호 전송할 수 있다는 것이 확인되었다.

또한, 실시예 1의 배선 기판의 비투자율 μ_r은 온도 의존성이 있으며, 도 3에 보이는 바와 같이 온도에 따라 다른 값을 나타내었다.

여기서, 비투자율 μ_r의 온도 의존성을 억제하기 위해서는, 다른 입경, 입경분포를 갖는 복수의 Fe₃0₄ 나노 입자를 적절한 비율로 혼합하면 좋다. 이것을 자성 나노 입자로서 사용한 기판은 임의의 온도 범위에 있어서, 온도에 의한 비투자율 μ_r의 변화를 억제할 수 있게 된다.

(실시예 2)

실시예 2에서의 사용 재료, 배선 기판의 형성 방법, 전송 선로의 형성 방법을 이하에 나타낸다.

(1) 사용 재료

(i) 자성 나노 입자: 알코올 환원법에 의해 합성한, 올레산 피복 Mn-Zn계 페 라이트 나노 입자의 톨루엔 용액을 사용하였다. Mn-Zn계 페라이트 나노 입자의 평균 입경은 10 nm, 입도 분포의 표준 편차는 평균 입경의 29 ％였다.

(2) 배선 기판의 형성 방법

Mn-Zn계 페라이트 나노 입자 톨루엔 분산 용액 중에 분말상의 폴리테트라플루오로에틸렌을 혼입하였다. 여기서, Mn-Zn계 페라이트 나노 입자와 폴리테트라플루오로에틸렌의 부피 비율은 40:60으로 하였다.

제조한 배선 기판에 대해 비투자율 μ_r을 측정하였다. 그 결과를 도 5에 나타낸다.

블록킹 온도 T_b는 30 ℃ 부근이며, -10 내지 80 ℃의 온도 범위에서는 비투자율 μ_r은 10 이상을 나타내었다. 또한, 비유전율 ε_r은 5 이하의 값을 나타내었다.

(3) 전송 선로의 형성 방법

이어서, 상기에서 얻어진 Mn-Zn계 페라이트 나노 입자를 포함하는 배선 기판에 증착법에 의해 마이크로 스트립 선로를 형성하고(도 4(b)), 전송 선로의 특성 임피던스 Z_o를 평가한 결과, 전송 선로의 특성 임피던스 Z_o는 -10 내지 80 ℃의 온도 범위에 있어서, 상기 비교예의 배선 기판에서의 특성 인피던스 Z_o의 2배 이상의 값이었다. 따라서, 수학식 1로부터 실시예 2의 배선 기판은 보다 낮은 손실로 신호 전송할 수 있다는 것이 확인되었다.

(실시예 3)

실시예 3에서의 사용 재료, 배선 기판의 형성 방법, 전송 선로의 형성 방법을 이하에 나타낸다.

(1) 사용 재료

(i) 자성 나노 입자: 열분해법에 의해 합성한, 올레산 피복 Fe₅₀Co₅₀나노 입자의 톨루엔 분산 용액을 사용하였다. Fe₅₀Co₅₀ 나노 입자의 평균 입자는 12 nm, 입도 분포의 표준 편차는 평균 입경의 17 ％이었다.

(2) 배선 기판의 형성 방법

Fe₅₀Co₅₀ 나노 입자 톨루엔 분산 용액 중에, 분말상의 폴리테트라플루오로에틸렌을 혼입하였다. 여기서, Fe₅₀Co₅₀나노 입자와 폴리테트라플루오로에틸렌의 부피 비율은 20:80으로 하였다.

이어서, 흑색의 잔류 고형물을 압축 성형함으로써 배선 기판을 제조하였다.

제조한 배선 기판에 이어서, 비투자율 μ_r을 측정하였다. 그 결과를 도 6에 나타낸다.

블로킹 온도 T_b는 20 ℃ 부근이며, -10 내지 80 ℃의 온도 범위에서는 비투자율 μ_r은 40 이상을 나타내었다. 또한, 비유전율 ε_r은 5 이하의 값을 나타내었다.

(3) 전송 선로의 형성 방법

이어서, 상기에서 얻어진 Fe₅₀Co₅₀ 나노 입자를 포함하는 배선 기판에 증착법에 의해 마이크로 스트립 선로를 형성하여(도 4(b)), 전송 선로의 특성 인피던스 Z_o를 평가한 결과, -10 내지 80 ℃의 온도 범위에 있어서, 상기 비교예의 배선 기판에서의 특성 인피던스 Z_o의 4배 이상의 값이었다. 따라서, 수학식 1로부터 실시예 3의 배선 기판은 보다 낮은 손실로 신호 전송할 수 있다는 것이 확인되었다.

(실시예 4)

실시예 4에서의 사용 재료, 배선 기판의 형성 방법, 전송 선로의 형성 방법을 이하에 나타낸다.

(1) 사용 재료

(i) 자성 나노 입자: 알코올 환원법에 의해 합성한, 트리옥틸포스핀 피복 Co 나노 입자의 톨루엔 분산 용액을 사용하였다. Co 나노 입자의 평균 입경은 7.0 nm, 입도 분포의 표준 편차는 평균 입경의 10 ％였다.

(ii) 절연체 재료: 실리카 유리를 사용하였다.

(2) 배선 기판, 전송 선로의 형성 방법

Co 나노 입자 톨루엔 분산 용액에 에탄올을 첨가한 후, 원심 분리에 의해 Co 나노 입자의 흑색 침전을 분리하였다.

이어서, 이 침전을 물과 아미노프로필트리에톡시실란의 혼합 용액 중에 혼입하여 교반하고, 이 용액에 테트라에톡시실란을 첨가함으로써, SiO₂ 피복 Co 나노 입자의 분산 수용액을 얻었다. 여기서 얻어진 SiO₂ 피복 Co 나노 입자의 SiO₂ 피복층은 두께 약 3 nm이었다.

이어서, 분리된 분산 용액을 감압하 100 ℃로 유지하고, 물을 증발시켜 흑색의 잔류 고형물을 얻었다.

이어서, 흑색의 잔류 고형물을 압축 성형하여, 질소 분위기하에 500 ℃에서 소성함으로써, 배선 기판을 제조하였다.

제조된 배선 기판에 증착법에 의해 마이크로 스트립부 선로를 형성하여(도 4(b)), 전송 선로의 특성 인피던스 Z_o를 평가한 결과, 낮은 손실로 신호를 전송할 수 있다는 것이 확인되었다.

(실시예 5)

실시예 5에서의 사용 재료, 배선 기판의 형성 방법, 전송 선로 칼로리의 형 성 방법을 이하에 나타낸다.

(1) 사용 재료

(i) 자성 나노 입자: 알코올 환원법에 의해 합성한, 올레산 피복 Fe₃O₄나노 입자의 톨루엔 분산 용액을 사용하였다. Fe₃O₄나노 입자의 평균 입경은 16 nm, 입도 분포의 표준 편차는 19 ％였다.

(ii) 절연체 재료: 폴리스티렌을 사용하였다.

(2) 배선 기판, 전송 선로의 형성 방법

Fe₃O₄ 나노 입자 톨루엔 분산 용액에, 폴리스티렌을 혼입, 용해시켰다. 여기서, Fe₃O₄ 나노 입자와 폴리스티렌의 부피 비율은 30:70으로 하였다.

이어서, 용액을 교반하면서 감압하에 60 ℃로 유지하여 톨루엔을 증발시켜 흑색의 잔류 고형물을 얻었다.

제조된 배선 기판에 증착법에 의해 마이크로 스트립 선로를 형성하여(도 4(b)), 전송 선로의 특성 인피던스 Z_o를 평가한 결과, 낮은 손실로 신호를 전송할 수 있다는 것이 확인되었다.

(실시예 6)

실시예 6에서의 사용 재료, 배선 기판의 형성 방법, 전송 선로의 형성 방법을 이하에 나타낸다.

(1) 사용 재료

(ii) 절연체 재료: 폴리테트라플루오로에틸렌을 사용하였다.

(2) 배선 기판, 전송 선로의 형성 방법

Co 나노 입자 톨루엔 분산 용액에, 퍼플루오로테트라데칸산(=플루오로카본계 계면 활성제) 및 퍼플루오로-2-부틸테트라히드로푸란(플루오로카본계 용매)를 혼입 후, 용액을 격하게 교반하였다.

이어서, 용액을 분액 로트로 옮겨 톨루엔을 제거함으로써, 퍼플루오로테트라데칸산 피복 Co 나노 입자의 퍼플루오로-2-부틸테트라히드로푸란분산 용액을 얻었다.

이어서, 얻어진 분산 용액 중에 폴리테트라플루오로에틸렌을 혼입, 용해시켰다. 여기서, Co 나노 입자와 폴리테트라플루오로에틸렌의 부피 비율은 30:70으로 하였다.

그 후, 용액을 교반하면서 감압하에 100 ℃로 유지하고, 퍼플루오로-2-부틸테트라히드로푸란을 증발시켜 흑색의 잔류 고형물을 얻었다.

제조된 배선 기판에 증착법에 의해 마이크로 스트립 선로를 형성하여(도 4(b)), 전송 선로의 특성 임피던스 Z_o를 평가한 결과, 낮은 손실로 신호를 전송할 수 있다는 것이 확인되었다.

(실시예 7)

실시예 7에서의 사용 재료, 배선 기판의 형성 방법, 전송 선로의 형성 방법을 이하에 나타낸다.

(1) 사용 재료

(i) 자성 나노 입자: 문헌[선(Sun) 등, Science, 2000, v.287, p.1989]에 기재된 방법에 따라 합성한, 올레산 및 올레일아민 피복 FePt 나노 입자의 헥산 분산 용액을 사용하였다. FePt 나노 입자의 평균 입경은 2.9 nm, 입도 분포의 표준 편차는 평균 입경의 10 ％였다.

(ii) 절연체 재료: 실리카 유리를 사용하였다.

(2) 배선 기판, 전송 선로의 형성 방법

FePt 나노 입자 헥산 분산 용액에 에탄올을 첨가한 후, 원심 분리에 의해 FePt 나노 입자의 흑색 침전을 분리하였다.

이어서, 이 침전을 물과 아미노프로필트리에톡시실란의 혼합 용액 중에 혼입여 교반하고, 이 용액에 테트라에톡시실란을 첨가함으로써, SiO₂피복 FePt 나노 입자의 분산 수용액을 얻었다. 여기서 얻어진 SiO₂피복FePt 나노 입자의 SiO₂ 피복층은 두께 약 1 nm였다.

이어서, 얻어진 분산 용액을 감압하에 100 ℃로 유지시키고, 물을 증발시켜 흑색의 잔류 고형물을 얻었다.

이어서, 흑색의 잔류 고형물을 압축 성형하여 질소 분위기하에 800 ℃에서 소성함으로써 배선 기판을 제조하였다.

(실시예 8)

실시예 8에서의 사용 재료, 배선 기판의 형성 방법, 전송 선로의 형성 방법을 이하에 나타낸다.

(1) 사용 재료

(i) 자성 나노 입자: 알코올 환원법에 의해 합성한, 올레산 피복 Co 나노 입자의 톨루엔 분산 용액을 사용하였다. Co 나노 입자의 평균 입경은 7.0 nm, 입경 분포의 표준 편차는 평균 입경의 10 ％였다.

(ii) 절연체 재료: 알루미나를 사용하였다.

(2) 배선 기판, 전송 선로의 형성 방법

이어서, 이 침전을 물과 아미노프로필트리에톡시실란의 혼합 용액 중에 혼입하여 교반하고, 이 용액에 테트라프로폭시알루미늄을 첨가함으로써, 알루미나 피복 Co 나노 입자의 분산 수용액을 얻었다. 여기서 얻어진 알루미나 피복 Co 나노 입자의 알루미나 피복층은 두께 약 3 nm였다.

이어서, 흑색의 잔류 고형물을 압축 성형하여 질소 분위기하에 500 ℃에서 소성함으로써 배선 기판을 제조하였다.

제조된 배선 기판에 증착법에 의해 마이크로 스트립 선로를 형성하여 (도 4(b)), 전송 선로 특성 인피던스 Z_o를 평가한 결과, 낮은 손실로 신호를 전송할 수 있다는 것이 확인되었다.

본 발명에 따르면, 배선 기판은 높은 비투자율 μ_r을 가짐과 동시에, 낮은 비유전율 ε_r을 가질 수 있고, GHz대에서도 양호한 저전송 손실을 나타내는 것이 가능하다.

Claims

절연체, 및 상기 절연체 중에 분산된 자성 나노 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 배선 기판.
제1항에 있어서, 상기 자성 나노 입자가 초상자성을 갖는 것을 특징으로 하는 배선 기판.
제1항에 있어서, 상기 자성 나노 입자가, 80 ℃ 이하의 블로킹 온도를 갖는 초상자성 나노 입자인 것을 특징으로 하는 배선 기판.
제1항에 있어서, 상기 자성 나노 입자의 부피 충전율이 60 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 배선 기판.
제1항에 있어서, 상기 자성 나노 입자가 원소 Fe, Co, Ni, Mn, Sm, Nd, Tb, Al, Pd, Pt, 상기 원소의 금속간 화합물, 상기 원소의 2원 합금, 상기 원소의 3원 합금, 또는 첨가 원소로서 Si, N, Mo, V, W, Ti, B, C, P 중 1종 이상을 포함하는 상기 원소, 상기 금속간 화합물, 상기 2원 합금, 상기 3원 합금, Fe 산화물, Fe 이외의 1개 이상의 상기 원소를 더 포함하는 Fe계 산화물, Mn-Zn계 페라이트, Ni-Zn계 페라이트, Mg-Zn계 페라이트, Mg-Mn계 페라이트, 및 가넷(garnet)으로 구성된 군으로부터 선택되는 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 배선 기판.
제1항에 있어서, 상기 자성 나노 입자가 액상 합성된 것을 특징으로 하는 배선 기판.
제1항에 있어서, 상기 절연체가 고분자 재료, 세라믹, 유리 또는 이들의 복합체인 것을 특징으로 하는 배선 기판.
제7항에 있어서, 상기 절연체가 폴리테트라플루오로에틸렌, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로에틸렌 공중합체, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체, 폴리불화비닐, 폴리불화비닐리덴, 폴리메틸펜텐, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부타디엔, 폴리아미드이미드, 폴리에테르술폰, 폴리에테르에테르케톤, 폴리스티렌, 폴리에스테르, 폴리카르보네이트, 폴리이미드, 폴리페닐렌옥시드, 에폭시 수지 또는 시아네이트 수지인 것을 특징으로 하는 배선 기판.
제7항에 있어서, 상기 절연체가 알루미나계 세라믹, 질화알루미늄계 세라믹, 질화규소계 세라믹, 질화붕소계 세라믹 또는 이들의 복합체인 것을 특징으로 하는 배선 기판.
제7항에 있어서, 상기 절연체가 실리카 유리, 실리콘 운모 유리, 수정 유리, 석영 유리, 붕규산 유리 또는 이들의 복합체인 것을 특징으로 하는 배선 기판.