JP2022136630A - 回路基板用積層体、回路基板および移動体通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高速での移動体通信装置での使用が可能であり、伝送ロスが少ない回路基板用積層体、回路基板および移動体通信装置を提供する。【解決手段】本実施形態の回路基板用積層体は、高分子フィルムと、導体層とを備える。高分子フィルムは、ポリスチレンを主成分とする。導体層は、高分子フィルムの片面または両面に形成されている。高分子フィルムは、引張弾性率が０．５～３．５ＧＰａの範囲であり、厚さが５～５００μｍである。【選択図】なし

Description

本発明は、回路基板用積層体、特に高周波での伝送ロスの少ない高周波用の回路基板の製造に好適に使用される回路基板用積層体、回路基板および移動体通信装置に関する。

近年、需要が急速に拡大している多機能携帯電話やタブレット端末等の移動体通信装置を用いた移動体情報通信分野では、第五世代移動通信システム（５Ｇ）の検討が進められている（特許文献１参照）。それに伴い、大容量のデータの高速での送受信が求められており、それに伴い電気信号の高周波数化が検討されている。この第五世代移動通信システムの通信速度は前世代の数十倍と言われており、これを実現するために電気信号は１０ＧＨｚ以上の高周波数帯域の利用が検討されている。

しかしながら、従来の回路基板では、高周波数帯域の信号の大容量・高速通信を行う前提で使用する材料や回路基板の設計を行っていない。そのため、回路基板に使用される回路基板用積層体の絶縁材料の誘電率や誘電正接が大きく、信号伝達の際の伝送ロスが起こるとともに、電磁波ノイズの影響を受けやすいという問題があり、第五世代移動通信システムで求められる高速通信に対応できないという問題があった。

特表２０１７－５０７６２０号公報

本発明の目的は、高速での移動体通信装置での使用が可能であり、伝送ロスが少ない回路基板用積層体、回路基板および移動体通信装置を提供することにある。

本発明者らは、引張弾性率が０．５～３．５ＧＰａの範囲にあるポリスチレンを主成分とする厚さ５～５００μｍの高分子フィルムの片面または両面に、導体層を形成した回路基板用積層体を用いることで、高周波伝送に有利な低い誘電率と誘電正接を有する絶縁層を有する回路基板の製造が可能となることを見出し、本発明を完成した。

以下、回路基板用積層体の実施形態について、詳細に説明する。

本実施形態の回路基板用積層体は、高分子フィルムおよび導体層を備える。高分子フィルムは、その引張弾性率が０．５～３．５ＧＰａの範囲にあり、ポリスチレンを主成分とする。また、高分子フィルムの厚さは、５～５００μｍである。導体層は、この高分子フィルムの片面または両面に形成されている。

本実施形態の回路基板用積層体に使用するポリスチレンを主成分とする高分子フィルムは、その引張弾性率が０．５～３．５ＧＰａである。特に、この高分子フィルムの引張弾性率は、１．０～３．０ＧＰａであることが好ましい。高分子フィルムの引張弾性率を０．５～３．５ＧＰａとすることにより、形成する導体層との間に強固な接着力を得ることができる。

本実施形態の回路基板用積層体に使用するポリスチレンを主成分とする高分子フィルムは、その厚さが５～５００μｍである。特に、この高分子フィルムの厚さは、１０～３００μｍであることが好ましく、２５～２００μｍであることがより好ましい。高分子フィルムは、その厚さを５μｍ未満とすると、厚さが不足し、取り扱い時にしわや破断などの不具合が起こりやすくなるとともに、高周波伝送の際の伝送ロスが大きくなる傾向にある。また、高分子フィルムは、その厚さを５００μｍ超とすると、剛性が過大となり、いわゆるロールｔｏロールでの連続加工が困難になるとともに、これを用いて製造された回路基板の厚さも増大する。そのため、回路基板を例えば移動体通信装置に実装するとき、例えば折り曲げ加工が難しく、工数の増加を招く。したがって、高分子フィルムの厚さは、上述のように５～５００μｍに設定している。

本実施形態の高分子フィルムは、ポリスチレンを主成分としている。また、本実施形態の高分子フィルムは、１０ＧＨｚの周波数で測定される誘電率が２．０～３．０の範囲にあることが好ましく、２．０～２．６の範囲にあるものがより好ましい。また、高分子フィルムは、その誘電正接の値が、０．００３以下であることが好ましく、０．００２以下であることがより好ましい。

本実施形態の高分子フィルムは、ポリスチレンを主成分としている。ここで、ポリスチレンは、立体規則性の異なるアタックチックポリスチレン、アイソタクチックポリスチレンおよびシンジオタクチックポリスチレンが存在する。本実施形態の高分子フィルムとしては、これらいずれのタイプのポリスチレンも使用可能である。耐熱性、寸法安定性および適度な弾性率を与え導体層との接着性を確保するという観点から、シンジオタクチックポリスチレンを使用することが好ましい。シンジオタクチックポリスチレンを主成分とした高分子フィルムを用いることにより、高周波での良好な伝送特性を示し、耐熱性、寸法安定性や接着性に優れた回路基板を製造することできる。

また、本実施形態の高分子フィルムは、ポリスチレン単体でも良く、例えばゴムなどを添加してもよい。

本実施形態の回路基板用積層体は、ポリスチレンを主成分とする高分子フィルムの片面または両面に導体層が形成される。これにより、本実施形態の回路基板用積層体が得られる。

導体層は、必要な電気を通す、つまり導電性を有していれば任意の金属または合金を使用可能である。本実施形態の場合、導電性や回路加工の行いやすさなどから、本実施形態では銅または銅を主成分として含有する合金を用いることが好ましい。導体層は、例えば高分子フィルムに導体層となる金属層を貼り合わせる方法、または高分子フィルムにスパッタリング法により導体層を形成する方法など任意の方法を採用することができる。本実施形態の場合、導体層は、回路基板として良好な伝送特性を得るために、平滑であることが好ましい。そこで、本実施形態では、平滑な導体層を形成するという観点から、導体層はスパッタリング法により形成している。

本実施形態の導体層の厚さは、回路として機能するために十分な厚さがあればよい。具体的には、導体層の厚さは、０．１～３００μｍでありことが好ましく、１～１００μｍであることがより好ましく、３～５０μｍであることがさらに好ましい。導体層は、その厚さが０．１μｍ未満になると、電気抵抗が増大し、十分な電流を通すことが困難となる。一方、導体層は、その厚さが３００μｍ超になると、剛性が過大となって取り扱いが難しくなるとともに、精度の高い回路を形成が困難になる。したがって、導体層の厚さは、０．１～３００μｍに設定することが好ましい。

導体層は、スパッタリング法で形成する場合、スパッタリングのみを用いてもよい。一方、導体層は、例えばスパッタリングによってニッケル、クロム、銅やそれらの合金を用いてシード層といわれる薄膜層を形成し、その後に電解めっきにより銅などの所定の金属を所定の厚みに形成してもよい。例えば、１μｍ以上の厚さの導体層を形成する場合、生産性の観点から、スパッタリングとこれに続く電解めっきとを併用することが好ましい。

上述の手順で形成された導体層は、必要により防錆処理や黒化処理等の表面処理を施してもよい。

本実施形態の場合、導体層は、高分子フィルムの片面にのみ形成してもよく、両面に形成してもよい。導体層を高分子フィルムの片面または両面のいずれに形成するかは、適用する回路基板の形態に合わせて選択することができる。

回路基板は、上述の回路基板用積層体を用いて製造される。回路基板の回路は、例えばサブトラクティブ法、セミアディティブ法などの任意の方法での回路を形成することができる。例えば、導体層の厚さを３μｍ以上で形成した回路基板用積層体を用いる場合、回路の形成は、導体層の表面へのエッチングレジスト層の形成、露光、現像、導体層のエッチングおよびエッチングレジストの除去というプロセスを経るサブトラクティブ法により行うことができる。また、例えば、導体層の厚さを３μｍ未満で形成した回路基板用積層体を用いる場合、導体層へのめっきレジスト層の形成、露光、現像、めっき、めっきレジストの除去およびソフトエッチングというプロセスを経るセミアディティブ法で行うことができる。これら導体層を用いた回路の形成は、上述のように任意に選択した手順で行なうことができる。

導体層を用いて形成された回路は、例えば防錆などを目的として、ニッケル、金、スズなどのめっきを施してもよい。また、得られた回路基板は、形成された回路の保護などを目的としてカバーレイ層を形成したり、電磁波ノイズを防ぐことを目的としてシールド用の金属層を形成したりしてもよい。また、形成された回路基板を複数重ね合わせて多層の回路基板にすることもできる。

このような方法により得られた本実施形態の回路基板容積相対を用いた回路基板は、高周波での伝送特性に極めて優れている。そのため、この回路基板は、高周波を用いるスマートフォンやタブレット端末などの移動体通信装置用の回路基板として好適に使用することができる。また、回路基板は、自動車分野などにおけるミリ波レーダー用の信号伝送用としても好適に使用することができる。

以下、実施形態の実施例を具体的に説明する。なお、以下の実施例は、理解を容易にするためのものであり、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

＜高分子フィルムの引張弾性率の測定方法＞
高分子フィルムは、１０ｍｍ×１５０ｍｍのサイズに切断して、１０本の試験片を作成した。次いで、得られた試験片は、ＪＩＳＫ７１６１：２０１４に規定される方法に準じて、引張試験機（株式会社島津製作所製 オートグラフＡＧＳ－Ｈ ロードセル５０Ｎ）を用いて、チャック間距離５０ｍｍ、引張速度５０ｍｍ／分の速度で引張試験を行い、ひずみε１＝０．０００５（０．０５％）のときの応力σ１（ＧＰａ）と、ひずみε２＝０．００２５（０．２５％）のときの応力σ２（ＧＰａ）から、以下の式に基づきそれぞれの試験片の引張弾性率を算定し、１０本の試験片での平均値を引張弾性率とした。
引張弾性率Ｅ＝（σ２－σ１）／（ε２－ε１）

＜高分子フィルムの誘電率、誘電正接の測定方法＞
高分子フィルムは、３ｃｍ×５ｃｍのサイズに切断して試験片を作成し、２５℃、５０％ＲＨにコントロールされた室内に２４時間放置した。その後、試験片は、スプリットポスト誘電体共振器を用いて１０ＧＨｚの周波数で比誘電率誘電正接を測定した。

＜回路基板用積層体の導体層の接着力の測定）
回路基板用積層体の導体層は、サブトラクティブ法により、幅１ｍｍ×長さ１５０ｍｍの形状にエッチング加工を施した。その後、両面テープを用いて厚さ１ｍｍのステンレス板にエッチング加工が施された側と反対側の面を固定し、９０°剥離試験で幅１ｍｍの導体層を高分子フィルムから引き剥がして、接着力を求めた。

＜回路基板の高周波伝送特性＞
実施例および比較例で作成した回路基板の導体回路の両端には、ＢｔｏＢコネクタ（ＮＯＶＡＳＴＡＣＫ ３５－ＨＤＮ、１０ＰＩＮ ＰＬＵＧ（２０８６４－０１０Ｅ－０１））を取り付けた。そして、ＰＮＡネットワークアナライザを用いて、周波数１０ＧＨｚにおける回路基板の伝送損失を計測した。

（実施例１）
高分子フィルムとして、引張弾性率が２．１ＧＰａであり、厚さ５０μｍのシンジオタクチックポリスチレンフィルム（出光興産株式会社製「ザレック」、誘電率２．４、誘電正接０．００１）を用いた。高分子フィルムの片面にアルゴンガスを用いて真空プラズマ処理を行った後、ニッケル８０％－クロム２０％の合金層１０ｎｍ、銅２００ｎｍを順次スパッタリングして薄膜の導体層を形成し、電解めっきにより銅を全面に厚付けして導体層の総厚みを１２μｍとし、回路基板用積層体を得た。得られた回路基板用積層体は、概ね平滑であり、導体層が接着力１．０ｋＮ／ｍと高分子フィルムに対し強固に接着していた。

（実施例２）
実施例１で用いた高分子フィルム（シンジオタクチックポリスチレンフィルム）の両面にアルゴンガスを用いて真空プラズマ処理を行い、その後、実施例１と同様のスパッタリングと電解めっきにより高分子フィルムの両面に導体層を形成した。これにより、シンジオタクチックポリスチレンの高分子フィルムの両面に、それぞれ厚さ１２μｍの導体層が形成された回路基板用積層体を得た。得られた回路基板用積層体は、概ね平滑であり、導体層が接着力１．０ｋＮ／ｍと高分子フィルムに対し強固に接着していた。

（実施例３）
実施例１で得られた回路基板用積層体をサブトラクティブ法によりエッチング加工を行い、シンジオタクチックポリスチレンの高分子フィルムに回路を形成した。それとは別に、厚さ１２μｍの電解銅箔（福田金属箔粉工業株式会社製「ＣＦ－Ｔ４９Ａ－ＤＳ－ＨＤ２－１２」）上に、エポキシ系低誘電接着剤（東亞合成株式会社製「アロンマイティ」、誘電率２．４、誘電正接０．００２）を、（Ａ）５０μｍの厚さに塗布したものと（Ｂ）１００μｍ塗布したものをそれぞれ１枚ずつ準備した。次に、回路形成した回路基板積層体の高分子フィルム側に（Ａ）の５０μｍの厚さに低誘電接着剤を塗布した電解銅箔を、回路側に（Ｂ）の１００μｍの厚さに低誘電接着剤を塗布した電解銅箔を、それぞれ低誘電接着剤が回路形成した高分子フィルムと接するように重ね合わせて、３ＭＰａの加圧下で１５０℃の温度で３０分間の熱プレスを行い、回路付きの高分子フィルムの両面に低誘電接着剤を介してシールド用の電解銅箔を接合した。電解銅箔を部分的なエッチング、レーザーによる低誘電接着剤のビアの形成とビア部の銅めっきによる高分子フィルム上の回路とシールド用電解銅箔の電気的な接続、さらに残った電解銅箔のカバーレイの保護を行って、シンジオタクチックポリスチレンをベースとした回路に電解銅箔がシールド層として形成された回路基板を得た。得られた回路基板は、１０ＧＨｚでの伝送損失が－３．５ｄＢと小さく、高周波での伝送特性に優れていることが確認された。

（比較例１）
実施例１におけるシンジオタクチックチックポリスチレンの高分子フィルムに代えて、引張弾性率が３．８ＧＰａであり、厚さが５０μｍのポリスチレン系フィルム（倉敷紡績株式会社製「オイディス」、誘電率２．４、誘電正接０．００１）を用いて、ポリスチレン系の高分子フィルムを用いる回路基板用積層体の比較例１を作成した。この比較例１は、ポリスチレン系の高分子フィルムの引張弾性率が３．８ＧＰａと高く、また導体層とポリスチレン系の高分子フィルムとの間の接着力が０．１ｋＮ／ｍ未満と低かった。そのため、比較例１は、導体層が高分子フィルムから容易に剥離し、回路基板に使用するには不適当な積層体であった。

（比較例２）
実施例１におけるシンジオタクチックポリスチレンの高分子フィルムに代えて、厚さが５０μｍのポリイミドフィルム（東レデュポン株式会社製「カプトン２００ＥＮ」、誘電率３．２、誘電正接０．００７）を用いて、ポリイミドフィルムを高分子フィルムとして用いる回路基板用積層体の比較例２を作成した。
この比較例２を回路基板用積層体として用いて実施例３と同様のシールド層付きの回路基板を製造したところ、外観上は良好な回路基板を得ることができた。しかし、高分子フィルムに相当するポリイミドフィルムは、誘電正接が０．００７と高い。そのため、比較例２は、伝送特性の試験において、１０ＧＨｚでの伝送損失が－５．０ｄＢと大きく、高周波で使用する回路基板としては不適切なものであった。

Claims (7)

1. ポリスチレンを主成分とする高分子フィルムと、
   前記高分子フィルムの片面または両面に形成されている導体層と、を備え、
   前記高分子フィルムは、引張弾性率が０．５～３．５ＧＰａの範囲であり、厚さが５～５００μｍである回路基板用積層体。
2. 前記高分子フィルムは、１０ＧＨｚの周波数で測定される誘電率が２．０～３．０であり、誘電正接が０．００３以下である請求項１記載の回路基板用積層体。
3. 前記高分子フィルムは、シンジオタクチックポリスチレンを主成分とする請求項１または２記載の回路基板用積層体。
4. 前記導体層は、スパッタリングで形成されている請求項１から３のいずれか一項記載の回路基板用積層体。
5. 前記導体層は、銅を含む金属または合金である請求項１から４のいずれか一項記載の回路基板用積層体。
6. 請求項１から５のいずれか一項記載の回路基板用積層体を備える回路基板。
7. 請求項６記載の回路基板を搭載する移動体通信装置。