由顆粒結構磁性薄膜構成的線路板的製作方法
2023-10-22 18:32:27 1
專利名稱：由顆粒結構磁性薄膜構成的線路板的製作方法
技術領域：
本發明涉及由在高頻時表現出優良磁性損耗特徵的磁性體構成的線路板，尤其涉及由多層或單層線路板或者高頻電流抑制體構成的諸如柔性線路板和柔性帶狀電纜的線路板，其中，使用的磁性損耗材料表現出優良的複數導磁率特徵和在抑制電磁幹擾和寄生輻射中是有效的，電磁幹擾和寄生輻射在工作於高速的有源器件、高頻電子元件和以此安裝的電子設備中是一個問題。
近年來，工作在高速的高集成半導電體器件的增多是顯著的。例子包括隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、微處理器(MPU)、中央處理單元(CPU)、圖象處理算術邏輯單元(IPALU)和其它邏輯電路器件。在這些有源器件中，較高的速度正在根據計算速度和信號處理速度以巨大的速率獲得實現，並且通過高速電子電路傳輸的電信號已經變成感應和高頻噪聲的主要原因，這是由於與此相關的快速電壓和電流的變化引起的。同時，電子元件和電子設備向較輕重量、較薄剖面和較小尺寸發展的趨勢在快速地和強勁如前地繼續著。結合這種趨勢，在半導電體器件中正在取得的集成水平和在印刷線路或電路板中正在實現的較高電子元件安裝密度也是顯著的。因此，過度密集集成或安裝的電子器件和信號線變得極其相互靠近，現在這種形勢使得結合正在實現的較高信號處理速度，正如前述，很容易感生出高頻寄生輻射噪聲。
由在這種現代電子集成器件和線路板中從加在有源器件上的電源產生的寄生輻射已經產生問題，解決這些問題所採取的諸如將去耦電容器或其它集總恆參元件插入電源線中的措施已經實現了。
但是，由於在電子集成器件和線路板的較高速裝置中產生的噪聲包含諧波分量，信號通路表現出分布恆定行為，並且在消除假定為傳統集總恆參電路之噪聲的措施是無效的地方已經產生了這種局勢。
在電子設備中，涉及板之間的連接和安裝了電子元件的軟性線路或印刷電路板(FPC)或者軟性帶狀電纜(FFC)(以後兩者以通用術語稱為軟性線路或印刷電路板(FPC))，也已經產生了類似的問題。
本發明的一個目的是提供由磁性材料構成的柔性線路板，該磁性材料在抵消從工作於高速的半導電體器件和電子電路產生的寄生輻射是有效的，正如上述。
本發明的另一個目的是提供由磁性損耗材料構成的柔性線路板，該磁性損耗材料表現出大的磁性損耗係數μ」，以此，抵消寄生輻射的有效措施能夠用較小體積的磁性體來實現。
根據本發明的一個方案，提供了一種由絕緣基體材料構成的線路板，其上形成了導電體圖案，並且在導電體圖案上形成了磁性薄膜。
在本發明的該方案中，優選是磁性薄膜由具有用M-X-Y表示之成分的磁性損耗材料構成，這裡M是Fe,Co和Ni至少一個，X是除了M或Y之外的至少一個元素，以及Y是F,N和O至少一個，優選是該磁性損耗材料是窄帶的磁性損耗材料，其中，為該磁性損耗材料複數導磁率特徵之虛部分量的損耗係數μ」的最大值μ」max存在於100MHz到10GHz的頻率範圍內，相對帶寬bwr不大於200％，其中相對帶寬bwr是通過提取在μ」為最大μ」max的50％處的兩個頻率間的一個頻率帶寬並標準化在其中心頻率的頻率帶寬而獲得的。
在本發明的該方案中，仍然優選是磁性薄膜由具有用M-X-Y表示之成分的磁性損耗材料構成，這裡M是至少一個的Fe,Co和Ni,X是除了M或Y之外的至少一個元素，以及Y是至少一個的F,N和O，仍然優選是該磁性損耗材料是寬帶的磁性損耗材料，其中，為該磁性損耗材料複數導磁率特徵之虛部分量的損耗係數μ」的最大值μ」max存在於100MHz到10GHz的頻率範圍內，相對帶寬bwr不小於150％，其中相對帶寬bwr是通過提取在μ」為最大μ」max的50％處的兩個頻率間的一個頻率帶寬並標準化在其中心頻率的頻率帶寬而獲得的。
根據本發明的另一個方案，提供了一種由至少一層的包括導電體部件的板構成的線路板，以及至少在一部分板或者在該導電體部件採用了磁性薄膜。
在本發明的該方案中，仍然優選是磁性薄膜由具有用M-X-Y表示之成分的磁性損耗材料構成，這裡M是至少一個的Fe,Co和Ni,X是除了M或Y之外的至少一個元素，以及Y是至少一個的F,N和O，該磁性損耗材料是窄帶的磁性損耗材料，其中，為該磁性損耗材料複數導磁率之虛部分量的損耗係數μ」的最大值μ」max存在於100MHz到10GHz的頻率範圍內，相對帶寬bwr不大於200％，其中相對帶寬bwr是通過提取在μ」為最大μ」max的50％處的兩個頻率間的一個頻率帶寬並標準化在其中心頻率的頻率帶寬而獲得的。
圖1是根據本發明第一實施例的柔性線路板的剖面；圖2A到2E是按照順序表示用於加工圖1所示柔性線路板之工序的剖面圖；圖3是根據本發明第二實施例的多層印刷線路板的剖面；圖4是用於形成顆粒結構磁性薄膜之簡化裝置結構的示意圖；圖5是表示根據本發明實施例的樣品1中μ」與頻率關係的例子的曲線；圖6是根據本發明第三實施例的多層印刷線路板的剖面；圖7是根據本發明第四實施例的多層印刷線路板的剖面；圖8是表示用於形成顆粒結構磁性薄膜之簡化裝置結構的示意圖；圖9是表示根據本發明實施例的樣品2中μ」與頻率關係的例子的曲線；圖10是表示比較樣品2中μ」與頻率關係的例子的曲線；圖11是測量系統的對頂視圖，其用於觀察由根據本發明磁性損耗材料構成的高頻電流抑制體的抑制效應；圖12A是根據本發明實施例的樣品1的傳輸特性(S21)的曲線；圖12B是作為比較樣品1的複合磁性片的傳輸特性(S21)的曲線；圖13是根據本發明實施例的磁性體之等效電路的示意圖；圖14A是根據本發明實施例，從樣品1的傳輸特性中計算得到的R值的曲線；和圖14B是從作為比較樣品的複合磁性片傳輸特性中計算得到的R值的曲線。
在說明本發明實施例之前，先具體說明本發明的歷史。
先前已經發明了在高頻下表現出大的磁性損耗的複合磁性體的本發明人公開了用於此的方法，通過採用在寄生輻射源附近的那個複合磁性體，有效地抑制了來自前述半導電體器件和電子電路的寄生輻射的產生。從近來對寄生輻射衰減的有源機理的研究知道，使用這種磁性損耗是以將等效阻抗元件賦予構成寄生輻射之源的電子電路為基礎的。這裡，等效阻抗元件的大小是依賴於磁性體的磁性損耗係數μ」的大小。具體地說，等效地插入電子電路中的阻抗元件的大小是粗略地正比於μ」和當磁性體的面積是常數時的磁性體的厚度。因此，為了用較小或較薄的磁性體獲得希望的寄生輻射衰減，較大的μ」變成是必須的。
例如，為了在諸如半導電體器件模的內部的微小區域(minisculeregion)通過使用磁性損耗體使消除寄生輻射的措施有效，磁性損耗係數μ」的一個非常大的值變成是必須的，因此具有比傳統磁性損耗大很多的磁性體一直在探索研究中。
本發明人在研究使用濺射或蒸發沉積方法的軟磁性材料的過程中注意到顆粒結構磁性體的優良導磁率，該顆粒結構磁性體中，非常微細的磁性金屬顆粒均勻地分布在諸如陶瓷的非磁性體中，並且進行了磁性金屬顆粒和在它們周圍的非磁性體的微觀結構。結果，本發明人發現，當顆粒結構磁性體中磁性金屬顆粒的濃度在某一個範圍內時，在高頻區域中獲得優良的磁性損耗特性。
現在，關於具有M-X-Y成分的顆粒結構磁性體的許多研究已經完成(這裡M是磁性金屬元素，Y是O,N或者F，以及X是除了M或Y之外的元素)，並且知道，這些都是低損耗的且表現出大的飽和磁化強度。在這些M-X-Y顆粒結構磁性體中，飽和磁化強度的大小是依賴於由M分量所佔有的體積比。因此，M分量的比率一定要做得較高以獲得大的飽和磁化強度。由於這個原因，對於諸如用作為高頻電感器器件或者變壓器等磁芯的一般應用，M-X-Y顆粒結構磁性體中M分量的比率已經被限制在這個範圍，在此，對於僅僅由M分量構成的塊狀金屬磁性體的飽和磁化強度，是能夠實現粗略等於或大於80％之飽和磁化強度的。
本發明人在寬的範圍內研究了具有M-X-Y成分的顆粒結構磁性體中的M分量的比率(這裡M是磁性金屬元素，Y是O,N或者F，以及X是除了M或Y之外的元素)，並且結果發現對於每一個成分系列，當磁性金屬M是出現在特定濃度範圍內時，在高頻區域中顯現出大的磁性損耗。
而且，相對於僅僅由M分量構成的塊狀金屬磁性體的飽和磁化強度，M分量表現出等於或大於80％之飽和磁化強度處的最高區域是已經在一些時間內被廣泛研究的高飽和磁化強度的低損耗M-X-Y顆粒結構磁性體區域。在這個區域中的材料被用於諸如上述高頻電感器的高頻微磁性器件中，因為實數部分導磁率(μ』)和飽和磁化強度的值兩者都是大的，但是由X-Y分量佔有的影響電阻的比率是小的，由此電阻率也是小的。由於這個原因，當膜的厚度變薄時，在高頻的導磁率與高頻區域中渦電流損耗的產生一起變壞了，所以這些材料不適合於用在諸如用來抑制噪聲的比較厚的磁性薄膜中。對於僅僅由M分量構成的塊狀金屬磁性體的飽和磁化強度，在M分量比率表現出80％或者不小於60％或者更大些之飽和磁化強度的區域中，電阻率是比較大的，粗略為100μΩ.cm或者更大些。因此，即使材料的厚度是在幾個μm量級上，由於渦電流引起的損耗仍是小的，並且幾乎所有的磁性損耗將是因自然諧振引起的。由於這個原因，對磁性損耗係數μ」的頻率分散寬度將變窄，所以這種材料適用於窄帶頻率範圍中抗噪聲的措施。這裡，對於僅僅由M分量構成的塊狀金屬磁性體的飽和磁化強度，M分量比率表現出60％或者不小於35％或者更大些之飽和磁化強度的區域中，電阻率將是比較大的，粗略為500μΩ.cm或者更大些，因此因渦電流引起的損耗將是極其小的，而且，由於在M分量之間磁相互作用變小，旋熱擾動(spin thermal disturbance)變大，顫動在自然諧振發生的頻率上產生。結果，磁性損耗係數μ」將顯示出在廣泛範圍內的大的值。因此，這個成分區域是適用於寬帶高頻電流抑制的。
另一方面，在M分量比率甚至比本發明區域中的小的區域中，由於M分量之間的磁相互作用難以出現，因此將發生異常磁化。
當在緊靠電子電路採用磁性損耗材料和高頻電流將被抑制時，通過磁性損耗係數μ」和磁性損耗材料厚度δ之積即μ」·δ來給出材料設計標準，目的是有效地抑制在幾百MHz時的高頻電流，粗略的要求將是μ」·δ≥1000(μm)。
因此，使用μ」=1000的磁性損耗材料時，大於或等於1μm的厚度變成必須，所以對渦電流損耗敏感的低電阻材料是不合適的，但是合適的材料是這種構成成分，由此電阻率變成100μΩ.cm或者更大，即在本發明的成分系列中，其中M分量比率是在這種區域中，在該區域飽和磁化強度表現出等於或小於僅僅由M分量構成的塊狀金屬磁性體之飽和磁化強度的80％，並且異常磁化是不明顯的，也就是說，該區域表現出飽和磁化強度相對於僅僅由M分量構成的塊狀金屬磁性體之飽和磁化強度為等於或大於35％。
通過將這種磁性材料應用於軟性線路或印刷電路板，本發明人實現了本發明。
現在參考
本發明的實施例。
參考圖1，今後將稱為軟性線路板的軟性線路或印刷電路板15具有由聚醯亞胺等構成的軟性基體材料17，以及形成在基體材料17一個表面上的導電體圖案19a,19b,19c,19d,19e和19f。顆粒結構磁性薄膜21a,21b,21c,21d,21e和21f形成在導電體圖案19a,19b,19c,19d,19e和19f的上表面上，以使其與這些導電體圖案19a,19b,19c,19d,19e和19f的每一個一致。
參考圖2A，銅箔19通過輾壓形成並被應用在軟性基體材料17的一個整個表面上。替換該銅箔19，可以使用另一個導電的金屬箔，或者其可以是由在其頂部的非電解電鍍和電鍍製成的箔。
參考圖2B，顆粒結構磁性薄膜21是通過蒸發沉積形成的，以便覆蓋銅箔19的整個表面。
接著，如圖2C所示，包括UV硬化樹脂的抗蝕材料塗在該顆粒結構磁性薄膜21上，並且將其曝光到希望的圖案。那些沒有曝光的部分用溶劑去掉。若需要，還可以進行熱處理，和將光致抗蝕圖案23a,23b,23c,23d,23e和23f硬化。
如圖2D所示，通過將其上已經配置了光致抗蝕劑的板浸入用在普通銅刻蝕中的氯化鐵(Ⅲ)或者三氯化鐵溶液中，或者類似地通過將用在普通銅刻蝕中的氯化鐵(Ⅲ)溶液噴射到形成有光致抗蝕圖案23a,23b,23c,23d,23e和23f的側面，同時去掉對應於光致抗蝕圖案23a,23b,23c,23d,23e和23f沒有被形成在上表面之部分的顆粒結構磁性薄膜21和銅箔19。
形成導電體圖案19a,19b,19c,19d,19e和19f，其每一個都被顆粒結構磁性薄膜21a,21b,21c,21d,21e和21f覆蓋，如圖2E所示。而且，在這種條件下，當去掉光致抗蝕劑23a,23b,23c,23d,23e和23f時，就完成了如圖1所示的軟性線路板1 5。
參考圖3，根據本發明第二實施例的軟性線路板25是類似於傳統的軟性線路板，其在於銅或其它導電金屬的導電體圖案27a,27b,27c,27d,27e和27f被採用在聚醯亞胺等軟性基體材料17上。
但是，在根據本發明第二實施例的軟性線路板25中，採用了由合成樹脂等構成的絕緣層25，用以覆蓋配置了導電體圖案27a,27b,27c,27d和27e之側面的整個表面(包括導電體圖案27a,27b,27c,27d和27e)，並且通過蒸發沉積，在絕緣層25的表面上跨過其全部表面形成了顆粒結構磁性薄膜31。而且，如果需要，這能夠以僅僅一個部分形成。
在根據本發明第一和第二實施例的具有這種結構的軟性線路板15和25中，顆粒結構磁性薄膜1吸收從導電體圖案中寄生發射的電磁波並且把它們轉換成熱，結果能夠抑制從這些柔性線路板15和25中向外部發射的高頻噪聲。
對於線路板的基體材料，除了聚醯亞胺之外，還能使用樹脂等，只要其是表現出絕緣特性和柔軟性的合成樹脂即可。
下面，參考圖4，說明用於根據本發明實施例的顆粒結構磁性薄膜(磁性體M-X-Y)之製造方法的特定例子。
參考圖4，顆粒結構磁性薄膜製造設備33包括真空室35。真空室35包括用於抽出空氣的真空泵37，以及氣體供應單元39。在真空室35的內部包括有坩堝41，並且在坩堝41之上有板43。在板43和坩堝41之間設置有檔板45。
下面說明使用圖4示出的顆粒結構磁性薄膜蒸發沉積設備製造顆粒結構磁性薄膜的例子。
(樣品1)通過蒸發沉積，在下面表1所示的條件下，使用圖4示出的顆粒結構磁性薄膜蒸發沉積設備，顆粒結構磁性薄膜被加工在由玻璃板43構成的基體材料上，並且在真空磁場中進行300℃2小時的熱處理以生產出樣品1。
當如此獲得的樣品1經過X線透視分析時，發現薄膜的成分是Fe72Al11O17。
樣品1的薄膜厚度是2.0μm，直流電阻率是530μΩ.cm，各向異性磁場是Hk為180e(1422A/m),Ms是16800高斯(1.68T)，相對帶寬bwr為148％。相對帶寬bwr是通過提取在μ」為最大μ」max的50％處的兩個頻率間的一個頻率帶寬並標準化在其中心頻率的頻率帶寬而獲得的。在樣品1的飽和磁化強度和僅僅包括M分量的金屬磁性體的飽和磁化強度之間的比率值是72.2％。
表1
為了驗證所得樣品1的磁性損耗特性，研究了μ-f特性。μ-f特性的測量是通過將樣品插入被製成矩形形狀的檢測線圈並且在施加偏置磁場的同時測量阻抗而完成的。因此，獲得了磁性損耗係數μ」的頻率特性。
(比較樣品1)除了Al2O3晶片的數目做成90之外，比較樣品1是通過與樣品1相同的方法和相同的條件下獲得的。
當如此獲得的比較樣品1經過X線透視分析時，發現薄膜的成分是Fe86Al6O8。比較樣品1的薄膜厚度是1.2μm，直流電阻率是74μΩ.cm,各向異性磁場是200e(1738A/m),Ms是18800高斯(1.88T)。在比較樣品1的飽和磁化強度和僅僅包括M分量的金屬磁性體的飽和磁化強度之間的比率，即{Ms(M-X-Y)/Ms(M)}×100的值是85.7％。
本發明樣品1的μ-f特性示於圖5。參考圖5，我們發現峰是很大的，並且分散是尖銳的，在700MHz附近具有高的諧振頻率。
為了比較，當研究比較樣品1的μ-f特性時，發現表現出大的μ」，其反映出飽和磁化強度Ms是大的這個事實，但是還發現渦電流損耗是與因樣品的低阻抗值引起的頻率之升高一起產生的，因此由於這個原因，導磁率或者磁性損耗特性的破壞是從低頻區域發生的，並且在高頻時導磁率特性變差了。
從這些結果可以看出，本發明樣品1的磁性體在高頻區域表現出非常大的磁性損耗特性。
而且，在前面所述的本發明的第一和第二實施例中，使用了FPC板，但是除此而外，本發明還能夠應用具有類似結構的軟性帶狀電纜(FFC)。
參考圖6，根據本發明第三實施例，以後稱為多層印刷線路板的多層印刷線路或互連板具有層狀結構，其中第一到第五印刷線路板53,55,57,59，和61是堆積形成的。跨過接地圖案63的整個表面形成顆粒結構磁性薄膜65，該接地圖案63配置在由玻璃環氧樹脂材料構成的第一印刷線路板55的一個表面上。另一方面，導電體圖案67形成在印刷線路板上與接地圖案63相反側的表面上。在該導電體圖案67上還形成了顆粒結構磁性薄膜65。以及在那些表面上形成了由玻璃環氧樹脂材料製成的第二印刷線路板53。該第二印刷線路板53本質上是沒有導電體圖案的絕緣板。第二印刷線路板53沒有導電體圖案67，但是具有跨過其整個外表面形成的顆粒結構磁性薄膜65。
同時，在第一印刷線路板55的一個表面側上，堆積了第三印刷線路板57的另一個表面，該第三印刷線路板57包括有在其一個表面上的導電體圖案67。然後，在第三印刷線路板57的導電體圖案67上形成了顆粒結構磁性薄膜65。在該第三印刷線路板57上形成有由玻璃環氧樹脂材料構成的第四印刷線路板59。在第三印刷線路板57相反側的第四印刷線路板59的表面上形成了導電體圖案67，並且在其頂部形成了顆粒結構磁性薄膜65。
在第四印刷線路板59上形成了由玻璃環氧樹脂材料構成的第五印刷線路板61。在第四印刷線路板57相反側的第五印刷線路板61的表面上形成了導電體圖案67，並且在其頂部形成了顆粒結構磁性薄膜65。而且，仍然在沒有導電體圖案67形成的表面上，用導電體圖案67來間隔地形成顆粒結構磁性薄膜65。在導電體圖案之間配置的顆粒結構磁性薄膜65能夠直接地布置在絕緣板上並且即使在沒有配置之下仍然用作為導電體以便與導電體圖案67相接觸。
在根據本發明第三個實施例具有這種結構的多層線路板中，顆粒結構磁性薄膜65吸收從導電體圖案67中發射的高頻波並將它們轉換成熱。因此，能夠抑制從多層線路板向外部發射的高頻噪聲。
根據本發明第三個實施例的多層線路板是這樣構成的，在應用第一和第三印刷線路板55和57之後，依此形成第二、第四和第五印刷線路板或絕緣層。但是，不用說，具有玻璃環氧數脂材料作為板的多層印刷線路板可以從開始製備，並且使用諸如環氧樹脂等的粘合劑塗覆它們。
例如聚醯亞胺等也能夠用於該板，只要它們是表現出絕緣特性的合成樹脂即可。
而且，顆粒結構磁性薄膜1能夠直接地配置在絕緣板上並且用作為導電體，即使在導電體圖案2上沒有配置。
參考圖7，根據本發明第四實施例的多層線路板69具有以層狀形式形成的第一到第五印刷線路板55,53,57,59和61，其具有聚醯亞胺作為基體材料。在第一印刷線路板55下面採用的第二印刷線路板53包括在其一個表面上的接地圖案63和在其另一個表面上的導電體圖案67。在第二印刷線路板53的接地圖案上形成了跨過其整個表面的顆粒結構磁性薄膜65。同時，在第二印刷線路板53另一個表面的導電體圖案上形成了顆粒結構磁性薄膜65，並且隨後被堆積了第一印刷線路板55的一個表面側。在第一印刷線路板55的另一個表面側被形成了第三和第四印刷線路板57和59，每一個在其一個側面上都具有導電體圖案67。在這些導電體圖案67上形成了顆粒結構磁性薄膜65。
在其上形成了導電體圖案67的第四印刷線路板59的表面上形成了第五印刷線路板61。形成絕緣膜71使其覆蓋在第五印刷線路板61外表面上形成有導電體圖案67之表面的整個表面上，並且形成顆粒結構磁性薄膜65以使其覆蓋其整個表面。
在根據本發明第二實施例的具有這種結構的多層線路板69中，從導電體圖案67發射的高頻波被顆粒結構磁性薄膜65吸收，並且被轉換成熱，因此能夠抑制從多層線路板向外部發射的高頻噪聲。
該顆粒結構磁性薄膜65表現出導電性並且包括金屬磁性體，所以其能夠被直接用作為導電體。
而且，根據本發明第二實施例的多層線路板是由在第二印刷線路板55上連續形成的第一、第三、第四、和第五印刷線路板構成的。但是，不用說，具有導電體圖案和使用聚醯亞胺作為板的多層印刷線路板可以從開始製備，並且類似地使用諸如環氧樹脂等的粘合劑塗覆它們。
下面，參考圖8，說明基於用在本發明實施例和其製造方法的特定例子中的顆粒結構磁性體M-X-Y結構。
參考圖8，濺射設備73包括靶樣品工作檯75和板77，其在能夠通過真空泵37抽出其中空氣的真空室內。靶樣品工作檯75連接到外部的RF電源79。在靶樣品工作檯75上是放置其上的靶81和尖端83。在靶樣品工作檯75和板77之間被設置了擋板45，用以覆蓋板77。符號39指定為用於將氣體提供給室內部的氣體供應單元，同時，符號85指定為用於支撐板77的支撐臺。
下面說明製造例子。
(樣品2)使用圖8所示設備，顆粒結構磁性薄膜通過濺射，在下面的表2所示條件下，被加工在玻璃基板77上。由此獲得的濺射膜在真空磁場中經過2小時300℃的熱處理以生產出樣品2。當該樣品2經過X線透視分析時，發現薄膜的成分是Fe72Al11O17。樣品2的薄膜厚度是2.0μm,直流電阻率是530μΩ.cm,Hk為1800e(1422A/m),Ms是16800高斯(1.68T)，相對帶寬bwr為148％。在樣品2的飽和磁化強度和僅僅包括M分量的金屬磁性體的飽和磁化強度之間的比率值是72.2％。
表2
為了驗證樣品的磁性損耗特性，研究了μ-f特性。μ-f特性的測量是通過將樣品插入被製成矩形形狀的檢測線圈並且在施加偏置磁場的同時測量阻抗而完成的。因此，獲得了磁性損耗係數μ」的頻率特性。
(比較樣品2)除了Al2O3晶片的數目做成90之外，比較樣品2是通過與樣品2相同的方法和相同的條件下獲得的。
當如此獲得的比較樣品2經過X線透視分析時，發現薄膜的成分是Fe86Al6O8。薄膜厚度是1.2μm，比較樣品2的直流電阻率是74μΩ.cm,各向異性磁場是220e(1738A/m),Ms是18800高斯(1.88T)。在比較樣品2的飽和磁化強度和僅僅包括M分量的金屬磁性體的飽和磁化強度之間的比率，即{Ms(M-X-Y)/Ms(M)}×100的值是85.7％。
參考圖9，在樣品2的μ」-f特性中，峰是很高的，並且分散是尖銳的，在700MHz附近具有高的諧振頻率。
參考圖10，在μ」-f特性中，比較樣品2表現出大的μ」，其反映出飽和磁化強度Ms是大的這個事實。但是，由於比較樣品2的阻抗值是低的，渦電流損耗是隨著頻率的升高產生的。因此，可以證明導磁率(磁性損耗特性)的破壞是從低頻區域發展起來的，並且在高頻時導磁率特性變差了。
從這些結果可以看出，本發明樣品2的磁性體在高頻區域表現出非常大的磁性損耗特性。
下面說明使用藉助本發明實施例獲得的樣品1和2來進行驗證噪聲抑制效果的測試。這些測試對於樣品1和2都是等同的，因此僅僅說明用於樣品1的測試。
使用驗證噪聲抑制效果的圖11所示的測量系統91，以及使用由具有圖5所示導磁率特徵的顆粒結構磁性薄膜構成樣品1的電磁幹擾抑制體，其在一側面上形成為20mm正方形，具有2.0μm的膜厚，其被直接放置在具有75mm線長和50Ω特徵阻抗的微帶線上，並且在2埠(Port)之間的傳輸特徵是使用網絡分析器(HP 8753D)確定的。符號93指定連接微帶線和網絡分析器的軸線。結果在下面的表3中給出。
表3導磁率特性
與用作為比較樣品的由平面鋁矽鐵粉粉末和聚合物構成的相同面積的複合磁性片一起，在上面的表3中，給出了顆粒結構磁性薄膜樣品1的電磁幹擾抑制片的導磁率特性。顆粒結構磁性薄膜樣品1的μ」在次微波波段表現了發散，在700MHz附近μ」max的大小近似等於1800。其比比較樣品在相同波段表現μ」發散的μ」大近似為600倍。相對帶寬bwr比對比實例的帶寬要小。當高頻電流是通過在緊靠噪聲傳輸通路配置磁性損耗材料和將等效電阻分量賦予該傳輸通路來抑制時，可以相信，其抑制結果的水平將粗略地正比於μ」的大小和磁性體厚度的積(μ」·δ)，所以，當比較抑制結果時，複合磁性片被用作為比較例子。該複合磁性片的8=1.0mm,μ」≈3，使得μ」·δ值將處在相同的量級。
具體地說，如圖11所示，電磁幹擾抑制體片89被直接地配置在微帶線87上，如虛線89』所示，並且確定了傳輸特性S21的變化。在圖12A和12B中，繪出了當分別採用顆粒結構磁性薄膜樣品1的電磁幹擾抑制片和複合磁性片時的S21特性。藉助顆粒結構磁性薄膜樣品1的採用，在和在100MHz之上時S21特性下降，然後在表現出接近2GHz時極小值-10dB之後上升。另一方面，在複合磁性片的情況下，S21特性簡單地從幾百MHz開始下降，在3GHz時表現出近似為-10dB。這些結果表明S21傳輸特性是依賴於磁性體的μ」發散以及抑制結果的水平依賴於μ」·δ的乘積。所以，假設磁性體是諸如圖13所示的尺寸λ分布不變線，並且，在從傳輸特性S11和S21發現每單位長度(Δλ)的等效電路常數之後，計算被變換成樣品尺寸(λ)的等效電路常數。當磁性體被放置在微帶線之上時，正如在本研究中，由於傳輸特性的變化主要是由於被串聯加入的等效電阻分量引起的，找到了等效電阻R並且研究了其頻率關係。在圖14A和14B中，繪出了本發明中和是比較樣品的複合磁性片中等效電阻R的頻率變化。在這兩種情況下，等效電阻R簡單地在次微波帶增加，在3GHz變成幾十Ω。等效電阻R的頻率關係明顯具有與從在1GHz附近變成極大的μ」頻率分散之趨勢的不同趨勢，在這兩種情況下，但是，除了上面提到的μ」·δ乘積之外，這被認為是反映樣品尺寸對波長之比率簡單增加的事實。
在本發明實施例中，製造例子是基於濺射或真空蒸發沉積工藝來說明的，但是諸如離子束蒸發沉積或氣體沉積的製造方法也可以使用，這裡並不局限於某種方法，只要其是本發明磁性損耗材料能夠均勻發生作用的方法即可。
而且，在本發明的實施例中，其是沉積薄膜，但是在通過在真空磁場中進行熱處理的薄膜加工之後，其性能和特性能夠增強。
基於前述，可證明在次微波帶表現μ」發散的本發明樣品表現出高頻電流抑制效果，其等同於具有近似大於500倍之厚度的複合磁性片的效果，並且這預示著，所使用的材料使得在用接近1GHz高速時鐘工作的半導電體集成器件等構成的電子元件和易於相互幹擾的電子元件之間的以及在使用高頻的電子元件和電路器件等中的EMI最小化。
前述的顆粒結構磁性薄膜僅僅涉及Fe86Al6O8，但是可證明，即使替代它，用具有通式M-X-Y之磁性體，其成分為M是Ni,Fe，或者Co,X分量是C,B,Si,Al,Mg,Ti,Zn,Hf,Sr,Nb,Ta，或者稀土元素，或者替換地是它們的混合，以及Y分量是F,N，或者O，或者替代地是它們的混合，本發明的顆粒結構磁性薄膜也能夠得出相同的效果。
用在前述實施例中的膜形成方法是濺射法，但是，還能夠採用諸如蒸發沉積等的其它方法。另外，諸如離子束沉積或氣體沉積的製造方法也可以使用。這裡並不局限於某種方法，只要其是能夠均勻地實現本發明的顆粒結構磁性薄膜方法即可。
基於本發明，正如前述，線路板能夠提供有磁性薄膜，其表現出優良的高頻磁性損耗特性，該特性在消除在使用高頻的軟性線路板中由寄生電磁發射或者電磁噪聲引起的幹擾是極其有用的。
而且，基於本發明，單層或多層線路板能夠提供有磁性薄膜，其表現出優良的高頻磁性損耗特性，該特性在消除在使用高頻的單層或多層線路板中由寄生電磁發射或者電磁噪聲引起的幹擾是極其有用的。
權利要求
1．一種線路板，包括絕緣基體材料；其上形成的導電體圖案；和在所述導電體圖案上形成的磁性薄膜。
2．權利要求1的線路板，其中所述磁性薄膜沿著所述導電體圖案的外部表面被形成在所述導電體圖案上。
3．權利要求1的線路板，其中所述磁性薄膜被形成有夾在其中間的絕緣層，其覆蓋了其上被形成了所述導電體圖案的所述線路板的整個表面。
4．權利要求2的線路板，其中所述基體材料是軟性材料構成的。
5．權利要求4的線路板，其中所述軟性材料是聚醯亞胺。
6．權利要求1的線路板，其中所述磁性薄膜是通過濺射和蒸發沉積的至少一個生成的。
7．權利要求1的線路板，其中所述磁性薄膜的厚度是在0.3μm到20μm的範圍內。
8．權利要求1的線路板，其中所述磁性薄膜由具有用M-X-Y表示之成分的磁性損耗材料構成，這裡M是至少一個的Fe,Co和Ni,X是除了M或Y之外的至少一個元素，以及Y是至少一個的F,N和O，所述磁性損耗材料是窄帶的磁性損耗材料，其中，為所述磁性損耗材料複數導磁率特徵之虛部分量的損耗係數μ」的最大值μ」max存在於100MHz到10GHz的頻率範圍內，和通過標準化在其中心頻率上的頻帶獲得的半值寬度μ」50是在200％之內，在該中心頻率上的頻帶中，所述μ」是等於或大於50％所述μ」max。
9．權利要求8的線路板，其中所述磁性損耗材料的X分量是C,B,Si,Al,Mg,Ti,Zn,Hf,Sr,Nb,Ta，和稀土元素的至少一種。
10．權利要求8的線路板，其中，在所述磁性損耗材料中，所述M以顆粒結構形式存在，分散在所述X-Y化合物基質中。
11．權利要求8的線路板，其中具有所述顆粒結構形式的顆粒M的平均顆粒直徑是在1nm到40nm的範圍內。
12．權利要求8的線路板，其中所述磁性損耗材料表現出600Oe(4.74×104A/m)或更小的各向異性磁場Hk。
13．權利要求8的線路板，其中所述磁性損耗材料是選自Feα-Alβ-Oγ和Feα-Siβ-Oγ。
14．權利要求8的線路板，其中所述磁性損耗材料中飽和磁化強度的大小是在僅僅由M分量構成的金屬磁性體之飽和磁化強度的80％到60％的範圍內。
15．權利要求8的線路板，其中所述磁性損耗材料表現出在100μΩ.cm到700μΩ.cm範圍內的直流電阻率。
16．權利要求1的線路板，其中所述磁性薄膜由具有用M-X-Y表示之成分的磁性損耗材料構成，這裡M是Fe,Co和Ni至少一個，X是除了M或Y之外的至少一個元素，以及Y是至少一個的F,N和O，所述磁性損耗材料是寬帶的磁性損耗材料，其中，為所述磁性損耗材料複數導磁率特徵之虛部分量的損耗係數μ」的最大值μ」max存在於100MHz到10GHz的頻率範圍內，和相對帶寬bwr不小於150％，其中相對帶寬bwr是通過提取在μ」為最大μ」maX的50％處的兩個頻率間的一個頻率帶寬並標準化在其中心頻率的頻率帶寬而獲得的。
17．權利要求16的線路板，其中所述磁性損耗材料中飽和磁化強度的大小是在僅僅由M分量構成的金屬磁性體之飽和磁化強度的60％到35％的範圍內。
18．權利要求16的線路板，其中所述磁性損耗材料表現出具有大於500μΩ.cm值的直流電阻率。
19．一種線路板，包括包括導電體部件的至少一層的板；和至少在所述板或者所述導電體部件的一部分上配置的磁性薄膜。
20．權利要求19的線路板，其中所述導電體部件具有接地部件，其是接地表面或者是包括在所述板一個表面上配置的接地圖案，並且所述接地部件的整個表面被磁性薄膜覆蓋。
21．權利要求19的線路板，其中所述導電體部件包括在所述板一個表面上配置的至少一個接地圖案或者導電體圖案，或者包括在所述板一個表面的整個表面上配置的接地圖案，並且所述導電體部件的至少一部分是通過導電磁性薄膜形成的。
22．權利要求19的線路板，其中所述導電體部件包括信號線導電體圖案。
23．權利要求22的線路板，其中所述磁性薄膜被形成在所述信號線導電體圖案上。
24．權利要求22的線路板，其中所述磁性薄膜的形成使得以沒有形成所述信號線導電體圖案的部分來與信號線導電體圖案分開。
25．權利要求22的線路板，其中所述磁性薄膜採用有夾在其中間的絕緣層，以便覆蓋所述導電體圖案。
26．權利要求22的線路板，其中所述磁性薄膜是通過濺射和蒸發沉積的至少一個方法加工的。
27．權利要求22的線路板，其中所述磁性薄膜的厚度是在0.3μm到20μm的範圍內。
28．權利要求22的線路板，其中所述線路板是包括至少3層結構的多層印刷線路板。
29．權利要求22的線路板，其中所述磁性薄膜由用M-X-Y表示的磁性損耗材料構成，這裡M是Fe,Co和Ni至少一個，Y是F,N和O至少一個，以及X是除了M或Y之外的至少一個元素，所述磁性損耗材料是寬帶的磁性損耗材料，其中，為所述磁性損耗材料複數導磁率之虛部分量的損耗係數μ」的最大值μ」max存在於100MHz到10GHz的頻率範圍內，和相對帶寬bwr不小於150％，其中相對帶寬bwr是通過提取在μ」為最大μ」max的50％處的兩個頻率間的一個頻率帶寬並標準化在其中心頻率的頻率帶寬而獲得的。
30．權利要求29的線路板，其中所述磁性損耗材料中飽和磁化強度的大小是在僅僅由M分量構成的金屬磁性體之飽和磁化強度的60％到35％的範圍內。
31．權利要求19的線路板，其中所述磁性損耗材料表現出具有大於500μΩ.cm值的DC電阻率。
32．權利要求22的線路板，其中所述磁性薄膜由具有用M-X-Y表示成分的磁性損耗材料構成，這裡M是Fe,Co和Ni至少一個，Y是至少一個的F,N和O，以及X是除了M或Y之外的至少一個元素，所述磁性損耗材料是窄帶的磁性損耗材料，其中，為所述磁性損耗材料複數導磁率之虛部分量的損耗係數μ」的最大值μ」max存在於100MHz到10GHz的頻率範圍內，和相對帶寬bwr不大於200％，其中相對帶寬bwr是通過提取在μ」為最大μ」max的50％處的兩個頻率間的一個頻率帶寬並標準化在其中心頻率的頻率帶寬而獲得的。
33．權利要求32的線路板，其中所述磁性損耗材料中飽和磁化強度的大小是在僅僅由M分量構成的金屬磁性體之飽和磁化強度的80％到60％的範圍內。
34．權利要求32的線路板，其中所述磁性損耗材料表現出在100μΩ.cm到700μΩ.cm範圍內的DC電阻率。
35．權利要求32的線路板，其中所述磁性薄膜的X分量是C,B,Si,Al,Mg,Ti,Zn,Hf,Sr,Nb,Ta，和稀土元素的至少一種。
36．權利要求32的線路板，其中，在所述磁性損耗材料中，所述M以顆粒結構形式存在，分散在所述X-Y化合物基質中。
37．權利要求32的線路板，其中具有所述顆粒結構形式的顆粒M的平均顆粒直徑是在1nm到40nm的範圍內。
38．權利要求32的線路板，其中所述磁性損耗材料表現出600 Oe(5.34×104A/m)或更小的各向異性磁場Hk。
39．權利要求32的線路板，其中所述磁性損耗材料是選自Feα-Alβ-Oγ和Feα-Siβ-Oγ。
全文摘要
一種由磁性材料構成的線路板,包括絕緣基材、其上的導電體圖案和具上的磁性薄膜。該磁性薄膜由用M－X－Y表示的磁性損耗材料構成,M是Fe,Co和Ni至少一個,X是除了M或Y外的至少一個元素,Y是F,N和0至少一個,為磁性損耗材料複數導磁率特徵之虛部分量的損耗係數μ」的最大值μ」max存在於100MHz到10GHz的頻率範圍內,相對帶寬bwr不大於200%或不小於150%,其中相對帶寬bwr是通過提取在μ」為最大μ」max的50%處的兩個頻率間的一個頻率帶寬並標準化在其中心頻率的頻率帶寬而獲得的。
文檔編號H05K3/24GK1321059SQ0111247
公開日2001年11月7日 申請日期2001年4月4日 優先權日2000年4月4日
發明者粟倉由夫, 渡邊真也, 白鳥聰, 小野裕司 申請人:株式會社東金