フェライト微粒子/有機材料複合膜を用いた分布定数コモンモードフィルタに関する研究

2004 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14550322
• Research Institution: Shinshu University
• Principal Investigator: 山沢 清人 信州大学, 工学部, 教授 (50005477)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐藤 敏郎 信州大学, 工学部, 教授 (50283239)
• Keywords: USB / IEEE1394 / HDMI / コモンモードフィルタ / フェライト粒子 / ポリイミド / スクリーン印刷

Research Abstract

平成16年度は、Gbps高速差動信号インターフェース用のコモンモードフィルタの設計を行うとともに、スクリーン印刷法を用いてフェライト微粒子/ポリイミド複合材料厚膜とAgペースト導体を用いたデバイスの作製を行った。
(1)デバイスの再設計
15年度の検討結果から、縦方向に配置された2本のAg導体ライン間に複合材料を形成した場合、バランスモード動作時の磁束のキャンセルが不十分であり、このために導体ライン間の磁気結合が大きく低下し、コモンモードとバランスモードの減衰量に差が現れないことが明らかになっている。これらの結果を踏まえて、三次元有限要素法による特性解析に基づき、デバイスの再設計を行った。2本のAg導体ライン間に厚膜非磁性層を挿入することで、上下ラインの間を貫通する磁束成分を抑制でき、GHz帯においてバランスモードとコモンモード信号に対して10dB以上の減衰量差を実現できる見通しを得た。
(2)デバイスの試作
上記知見に基づき、上下Ag導体の非磁性絶縁層としてポリイミドを用いてデバイスの作製を試みた。しかしながら,作製されたほとんどのデバイスにおいて、複合材料厚膜にクラックが多発した。これは,複合材料とポリイミド樹脂の熱収縮率の違いによるものであり、300℃の低温焼成をもってしても、数十μm厚ポリイミドの熱収縮によって複合材料に過大な応力が加わり、クラックに至ったものと推定している。
複合材料は約1:1の体積比を有するフェライト粒子とポリイミドから成っているが、フェライトの充填によってポリイミドの熱収縮が緩和された結果、ポリイミドの熱収縮率との間に大幅な差が発生するものと考えられる。この問題を解決するために、上下Ag導体の非磁性絶縁層として、粒径5μm程度のSiO_2フィラーをポリイミド中に分散させた非磁性複合材料厚膜を作製し、フィラーとポリイミドの体積比率をフェライト複合材料と同じ1:1に設定することで、非磁性複合材料とフェライト磁性複合材料の熱収縮を同程度にできることを見出した。両複合材料ともに、同一のポリイミドバインダを用いているために、お互いの界面における密着度が高く、厚膜剥離を抑制できるメリットがある。
以上の成果のもと、現在、デバイスの最終試作が進行中であり、試作フィルタを実動作に近い状態で評価するフィールド試験を実施の予定である。