JP2009190212A

JP2009190212A - 高周波帯域用絶縁基板材料

Info

Publication number: JP2009190212A
Application number: JP2008031327A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Tanaka; 義信田中; Takeshi Higuchi; 猛樋口; Katsutoshi Yamamoto; 勝年山本
Original assignee: Toho Kasei Co Ltd
Current assignee: Toho Kasei Co Ltd
Priority date: 2008-02-13
Filing date: 2008-02-13
Publication date: 2009-08-27

Abstract

【課題】本発明は、誘電特性に悪影響を及ぼすことなく基板の強度を高めることにより、誘電特性に優れた絶縁基板及び該基板を使用してなるアンテナ基板を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る高周波帯域用絶縁基板材料１１は、ＰＴＦＥ粒子により作成した多孔質ＰＴＦＥシートａ１，ａ２，ａ３と熱溶融性のフッ素樹脂フィルムｂ１，ｂ２との積層体をフッ素樹脂フィルムの融点以上で加熱加圧することにより接着一体化した複合多孔性フッ素樹脂シートの下面に金属板ｄを貼着したものである。
【選択図】図４

Description

本発明は、集積回路やアンテナなどの絶縁基板材料に関し、特に高周波帯域において誘電率や誘電正接の誘電特性に優れた高周波帯域用絶縁基板材料（以下、単に「絶縁基板材料」という。）に関する。なお、本発明においてはポリテトラフルオロエチレンをＰＴＦＥ、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体をＦＥＰ、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体をＰＦＡ、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体をＥＴＦＥ、ポリクロロトリフルオロエチレンをＰＣＴＦＥ、ポリビニリデンフルオライドをＰＶＤＦとそれぞれ略記する。

ＰＴＦＥ多孔質体の製法には、従来より、Ａ．延伸法、Ｂ．造孔剤を使用した製法、Ｃ．造粒粒子又はゲル化粒子を圧縮成形する方法、Ｄ．抄紙する方法などがある。
特開２００５−２００５４２号公報特開２００４−３６４１９２号公報特開２００７−１１８５２８号公報特開平３−２１８６９０号公報

しかしながら、Ａの方法では厚みが１００μｍ程度のものしか作成できず、目的の厚みが２ｍｍとすると２００枚以上重ねなければならず、皺が入るなどのハンドリング性が悪い。Ｂの方法では造孔剤として機能する物質を含有させることは、その結果として得られた絶縁層の誘電特性に悪影響を及ぼす要因となり、誘電特性を向上させるためにＰＴＦＥを使用することと相反する結果となり、高価なＰＴＦＥの良さが発揮できないという欠点がある。そのため誘電特性を低下させる造孔剤の抽出に大変な手間が掛かる。Ｃの方法では目的の厚み１枚のものを製法することが難しく、ブロックを成形し、これを桂剥きしてシート状にすることが必要であるため精度の高いものを得ることは困難であった。Ｄの方法では基板としての強度が劣るという欠点があった。

本発明は、上記Ｄの方法において、誘電特性に悪影響を及ぼすことなく基板の強度を高めることにより、誘電特性に優れた絶縁基板材料を提供することを目的とする。

本発明に係る絶縁基板材料は、１又は複数枚の多孔質ＰＴＦＥシートと１又は複数枚の熱溶融性のフッ素樹脂フィルムとの積層体をフッ素樹脂フィルムの融点以上で加熱加圧することにより接着一体化した複合多孔性フッ素樹脂シートを用いてなることを特徴とする。すなわち前記複合多孔性フッ素樹脂シートは、複数枚の多孔質ＰＴＦＥシートの各層間にフッ素樹脂フィルムが積層されてなる構成も含まれる。なお、前記多孔質ＰＴＦＥシートはフィルム状、ペーパー状、シート状のものを含むものとする。

上記多孔質ＰＴＦＥシートは、乳化重合によって得られるＰＴＦＥ粒子を粉砕した後に界面活性剤を介して水中に分散させ、これをスクリーンでシート状に漉いて乾燥加熱して作成したものを使用してもよい。前記界面活性剤としては、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコールなどの低級アルコールが使用される。これらの低級アルコールは通常の乾燥方法で完全に揮発気化する。

上記複合多孔性フッ素樹脂シートの上下面又は片面にフッ素樹脂フィルムが積層されてなるように構成してもよい。

上記複合多孔性フッ素樹脂シートの空孔率が３５％〜７０％であることが望ましい。

上記複合多孔性フッ素樹脂シートの上下面又は片面に銅板などの金属板を接合してなるようにしてもよい。

上記フッ素樹脂フィルムとしてＦＥＰ、ＰＦＡ、ＥＴＦＥ、ＰＣＴＦＥ、ＰＶＤＦのいずれかにより形成されたフィルムを使用してもよい。なお、末端フッ素化されたＦＥＰ、ＰＦＡ、ＥＴＦＥ、ＰＣＴＦＥ、ＰＶＤＦのいずれかよりなるフィルムを用いることも好ましい。

上記ふっ素樹脂フィルムの厚みとしては１０μｍ〜１００μｍの範囲が好ましい。さらに好ましい範囲は１２．５〜２５μｍ、表層に使用するフィルムは２５μｍ〜１００μｍが好ましい。

本発明により、誘電特性が優れると共に基板としての十分な強度を獲得でき、かつ、安価で安定した高周波絶縁特性を有する絶縁基板材料を得ることができた。

以下、本発明の好適な実施例を添付の図面に基づいて詳述する。

図１〜図４は本実施例に係る複合多孔性フッ素樹脂シートよりなる絶縁基板材料を製造する手順を示す概略図であって、図１は多孔質ＰＴＦＥシートとフッ素樹脂フィルムとを積層体の加圧前の状態を示す概略断面図であり、図２は多孔質ＰＴＦＥシートとフッ素樹脂フィルムとを積層体の加圧及び加熱中にある状態を示す概略断面図であり、図３は複合多孔性フッ素樹脂シートに銅板を貼着する状態を示す概略断面図であり、図４は絶縁基板材料の完成状態を示す概略断面図である。

本実施例においては３枚の多孔質ＰＴＦＥシートのそれぞれの間にＦＥＰフィルムを１枚ずつ挟み込んで積層したものであり、図１において、Ａ１は上部金型、Ａ２は下部金型、Ｂ１，Ｂ２はスペーサーである。この金型間Ａ１，Ａ２の間に多孔質ＰＴＦＥシートａ１，ａ２，ａ３とその間に挟んだＦＥＰフィルムｂ１，ｂ２が配置される。該多孔質ＰＴＦＥシートａ１，ａ２，ａ３は、乳化重合によって得られるＰＴＦＥ粒子を粉砕した後に界面活性剤を介して水中に分散させ、これをスクリーンでシート状に漉いて乾燥加熱して作成したものであり、ポリフロンペーパー１０Ｌ（ダイキン工業株式会社製）を用いた。図１に示す状態から上部金型Ａ１からスペーサーＢ１，Ｂ２を貫通して下部金型Ａ２に突き出るボルトＣ１，Ｃ２を差し込み、図２に示すようにナットＤ１，Ｄ２により強力に締め込んで加圧する。この状態において、電気炉にてＦＥＰフィルムの融点２６０〜２７５℃以上であって、多孔質ＰＴＦＥシートの融点以下３２７℃の温度で加熱し、ＦＥＰフィルムを溶融して、多孔質ＰＴＦＥシートを接着することにより、複合多孔性フッ素樹脂シート１０が完成する。なお、多孔質ＰＴＦＥシートの融点に近い３２０℃位で加熱するのが接着性が良好である。本実施例において、３２０℃で１２０分加熱し、十分に溶着させた。なお、３２０℃で３０分加熱した場合には溶着しなかった。また、本実施例においては多孔質ＰＴＦＥシートを３枚使用したが、これに限られるものではないけれども、多孔質ＰＴＦＥシートを３枚使用した方が再現性があり、生産に好適である利点がある。さらに、本実施例においてはＦＥＰフィルムを多孔質ＰＴＦＥシートの間に挟み込んでいるが、最上部の多孔質ＰＴＦＥシートの表層にＦＥＰフィルムを貼着すると油や塵芥による汚れを防止でき、かつノイズの防止対策となる。

ＰＦＡフィルムを使用する場合には、その融点は３０２〜３１０℃であるから、３０２〜３１０℃以上であって、多孔質ＰＴＦＥシートの融点以下３２７℃の温度で加熱し、ＰＦＡフィルムを溶融して、多孔質ＰＴＦＥシートを接着することにより、複合多孔性フッ素樹脂シートが完成する。なお、多孔質ＰＴＦＥシートの融点に近い３２０℃位で加熱するのが接着性が良好である。

ＥＴＦＥフィルムを使用する場合には、その融点は２６０〜２７０℃であるから、２６０〜２７０℃以上であって、多孔質ＰＴＦＥシートの融点以下３２７℃の温度で加熱し、ＥＴＦＥフィルムを溶融して、多孔質ＰＴＦＥシートを接着することにより、複合多孔性フッ素樹脂シートが完成する。なお、多孔質ＰＴＦＥシートの融点に近い３２０℃位で加熱するのが接着性が良好である。

ＰＣＴＦＥフィルムを使用する場合には、その融点は２１０〜２１２℃であるから、２１０〜２１２℃以上であって、多孔質ＰＴＦＥシートの融点以下３２７℃の温度で加熱し、ＰＣＴＦＥフィルムを溶融して、多孔質ＰＴＦＥシートを接着することにより、複合多孔性フッ素樹脂シートが完成する。

ＰＶＤＦフィルムを使用する場合には、その融点は１６０〜１８０℃であるから、１６０〜１８０℃以上であって、多孔質ＰＴＦＥシートの融点以下３２７℃の温度で加熱し、ＰＶＤＦフィルムを溶融して、多孔質ＰＴＦＥシートを接着することにより、複合多孔性フッ素樹脂シートが完成する。

このようにして得られた複合多孔性フッ素樹脂シート１０について、誘電特性を測定し、比較したところを下記の表１及び表２に示す。測定器は、Ｅ８３６１ＡＰＮＡシリーズ・ネットワーク・アナライザ、１０ＭＨｚ−６７ＧＨｚ（ＡｇｉｌｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．社製）である。表中の他社製品とは、ビスコース、カルボキシメチルセルロース及びポリビニルアルコールから選ばれる結着剤をマトリックスとして構成された未延伸のＰＴＦＥ繊維が水分散液をともなって湿式抄造されたＰＴＦＥシートである。

上記の測定結果により、誘電率は樹脂の多孔度によるところが大きいため大差はないが、高周波（ＧＨｚ帯）での使用時に重要な要素となる誘電正接ｔａｎδは多孔質ＰＴＦＥシートを使用した方がよい結果が得られた。これは多孔質ＰＴＦＥシートはフッ素のみを使用しているが、他社製品は結着剤を使用しているため減衰が大きくなっていると考えられる。これによりＦＥＰフィルムを積層したシートについても同様の結果となり、多孔質ＰＴＦＥシートを使用した複合多孔性フッ素樹脂シート１０の方が電気特性に優れていると考えられる。

また、複合多孔性フッ素樹脂シート１０について、強度測定試験を行った。試験サンプルはＪＩＳＫ−６８９７によりダンベル片を作成し、試験機オートグラフＡＧＳ−１００Ｎ（島津製作所製）を使用して、引っ張り速度５０ｍｍ／ｍｉｎで強度を測定した。その結果を下表に示す。

これにより、積層することで、強度と伸びが向上したことが確認できた。

上記のようにして作成した複合多孔性フッ素樹脂シート１０の下面に、図３に示すように、接着剤として絶縁特性が落ちないエポキシ樹脂ｃを塗布し、銅板ｄを貼着して、図４に示すように、絶縁基板材料１１を作成する。なお、本実施例においては、銅板ｄを貼着したものを絶縁基板材料としているが、金属板を貼着しない複合多孔性フッ素樹脂シート１０を絶縁基板材料としてもよい。

以下、前記絶縁基板材料１１を使用した例としてアンテナ基板について詳述する。図５〜図７は前記絶縁基板材料を使用したアンテナ基板の製造方法を示す概略図であって、図５はアンテナの設置状態を示す概略断面図であり、図６はアンテナの設置状態の変更例を示す概略断面図であり、図７はアンテナ基板の変更例を示す概略断面図である。

上記のようにして得られた絶縁基板材料１１に、図５に示すように、棒状アンテナ素子Ｅを立設し、下面に誘電体ｆを貼着して、棒状アンテナ素子Ｅと誘電体ｆとを配線Ｆにより電気接続するとアンテナ基板１２が完成する。また、図６に示すように、棒状アンテナ素子Ｅ’を絶縁基板材料１１に埋設したアンテナ基板１２’を作成してもよい。なお、アンテナ素子の形状はこれに限られるものではなく、鉤型やＴ字型などの種々の形状のものを使用してもよい。アンテナ基板の形状はこれに限られるものではなく、ハニカム複合アンテナなどの種々の形態のものに応用することができる。さらに、図７に示すものは、アンテナ基板の変更例であって、表層部にＦＥＰフィルムｂ３を積層した複合多孔性フッ素樹脂シート１０’の下面に銅板ｄを貼着して絶縁基板材料１１’を作成し、この絶縁基板材料１１’に棒状アンテナＥ’を埋設したアンテナ基板１２’’である。このように構成するとアンテナ基板１２’’の表面が油や塵芥により汚れるのを防止でき、かつノイズの防止対策となる。

本発明に係る絶縁基板材料は、上気した実用例であるアンテナ基板のみならず、自動車、携帯電話、医療設備や機器、パーソナルコンピューター、航空機、ロボットなどの電装品における絶縁基板及びその他の高周波帯域に使用される電気製品における絶縁基板について幅広く使用することができる。

本実施例に係る複合多孔性フッ素樹脂シートよりなる絶縁基板材料を製造する手順を示す概略図であって、多孔質ＰＴＦＥシートとフッ素樹脂フィルムとを積層体の加圧前の状態を示す概略断面図である。本実施例に係る複合多孔性フッ素樹脂シートよりなる絶縁基板材料を製造する手順を示す概略図であって、多孔質ＰＴＦＥシートとフッ素樹脂フィルムとを積層体の加圧及び加熱中にある状態を示す概略断面図である。本実施例に係る複合多孔性フッ素樹脂シートよりなる絶縁基板材料を製造する手順を示す概略図であって、複合多孔性フッ素樹脂シートに銅板を貼着する状態を示す概略断面図である。本実施例に係る複合多孔性フッ素樹脂シートよりなる絶縁基板材料を製造する手順を示す概略図であって、絶縁基板材料の完成状態を示す概略断面図である。前記絶縁基板材料を使用したアンテナ基板の製造方法を示す概略図であって、アンテナの設置状態を示す概略断面図である。前記絶縁基板材料を使用したアンテナ基板の製造方法を示す概略図であって、アンテナの設置状態の変更例を示す概略断面図である。アンテナ基板の変更例を示す概略断面図である。

符号の説明

ａ１・・・多孔質ＰＴＦＥシート
ａ２・・・多孔質ＰＴＦＥシート
ａ３・・・多孔質ＰＴＦＥシート
ｂ１・・・ＦＥＰフィルム
ｂ２・・・ＦＥＰフィルム
ｂ３・・・ＦＥＰフィルム
ｃ・・・・エポキシ樹脂
ｄ・・・・銅板
ｆ・・・・配線
１０・・・複合多孔性フッ素樹脂シート
１１・・・絶縁基板材料
１２・・・アンテナ基板
１２’・・アンテナ基板
１２’’・アンテナ基板
Ａ１・・・上部金型
Ａ２・・・下部金型
Ｂ１・・・スペーサー
Ｂ２・・・スペーサー
Ｃ１・・・ボルト
Ｃ２・・・ボルト
Ｄ１・・・ナット
Ｄ２・・・ナット
Ｅ・・・・棒状アンテナ
Ｅ’・・・棒状アンテナ

Claims

１又は複数枚の多孔質ポリテトラフルオロエチレンシートと１又は複数枚の熱溶融性のフッ素樹脂フィルムとの積層体をフッ素樹脂フィルムの融点以上で加熱加圧することにより接着一体化した複合多孔性フッ素樹脂シートを用いてなることを特徴とする高周波帯域用絶縁基板材料。
多孔質ポリテトラフルオロエチレンシートが、乳化重合によって得られるポリテトラフルオロエチレン粒子を粉砕した後に界面活性剤を介して水中に分散させ、これをスクリーンでシート状に漉いて乾燥加熱して作成したことを特徴とする請求項１に記載の高周波帯域用絶縁基板材料。
複合多孔性フッ素樹脂シートの上下面又は片面にフッ素樹脂フィルムが積層されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の高周波帯域用絶縁基板材料。
複合多孔性フッ素樹脂シートの空孔率が３５％〜７０％であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の高周波帯域用絶縁基板材料。
複合多孔性フッ素樹脂シートの上下面又は片面に金属板を接合してなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の高周波帯域用絶縁基板材料。
フッ素樹脂フィルムが、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン又はポリビニリデンフルオライドのいずれかよりなるフィルムであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の高周波帯域用絶縁基板材料。