JP2810869B2 - 高容量ラミネートの製法 - Google Patents
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Description
ラーが充填されたポリテトラフルオロエチレン薄膜と、
該薄膜にメッキするか被覆した銅又は他の導電箔及び導
電シートから構成されている高容量ラミネートに関す
る。
板、特にマイクロ波用途に使用されるものとして知られ
ている。フィラーを充填したポリテトラフルオロエチレ
ンからなりそして銅を被覆したラミネートは、一定の周
波数で、ラミネート上の導電路に沿って移動している波
長を減少させるので、上記の用途において有用である。
フィラーを充填したポリテトラフルオロエチレンは、
(電気的特性に影響する)湿気をほとんど吸収せず、損
失が低く、そして化学的に不活性で高温耐性のある材料
を提供するので、これの使用には利点がある。
テトラフルオロエチレン(PTFE)ラミネートが、米
国特許第4,518,737号、とりわけ第1欄、第6
3行〜第2欄、第11行に開示されている。しかしなが
ら、このようなラミネートは、基板容量を増加するのに
使用される薄い高誘電ラミネートが重要である多くのデ
ジタル印刷回路板用途に使用するに十分な程度には薄く
製造できない。
されている。高速計算を達成するために、硬度に集積さ
れた極めて高速な同時スイッチング集積回路(IC)が
開発された。これらのICを適切に動作させるために必
要とされる公知の基準は、接地及び電源電圧を一定範囲
内に維持することである。これらのICをスイッチング
するときには、極めて短時間の間、電流が必要である。
これにより、パワープレーン(power plan
e)で電圧が局部的に降下する。歴史的に、この電圧降
下は、サーフェスコンデンサーを用いて緩和されてき
た。これらのディスクリートコンデンサーにより、もし
電圧が降下しはじめたならばパワープレーンに供給でき
る電荷の蓄積器が提供される。IC速度の増加ととも
に、この方法は上記問題を解決するためには効果のない
方法となってしまう。今日の高性能ICの場合、電流を
必要とする時間は極めて短い。ディスクリートコンデン
サーはICに十分近接して配置することができず、そし
て経路をインダクタンスの面でICの必要性を満足させ
るに十分低くすることができないので、電圧が降下す
る。もし電圧降下、即ち、電圧スパイクが大きいと、I
Cがこの減少した電圧を基準とするエラーが発生するこ
とがある。パワー/接地層(順次、層として位置してい
るとき)に使用される極めて薄い高誘電ラミネートによ
り、プリント配線板の容量が増加する。これにより、一
定電圧差のために貯えられた電荷の密度が増加して、高
速スイッチングICにより生じるディスクリートコンデ
ンサーを備えたより低い容量ラミネートに対する電圧の
揺れが減少し、信号の忠実性が向上する。
ポリテトラフルオロエチレンは、通常得られない。フィ
ラーを充填したポリテトラフルオロエチレンフィルム
は、一般的に、カレンダリングにより製造される。カレ
ンダリングにおいて、フィルムが薄くなればなるほど、
レオロジーの問題により、充填フィルムにピンホールや
裂けが生じる。ピンホールや裂けが電気的な問題を生じ
ることは言うまでもない。
らなる極めて薄い高度にフィラーを充填したフィラーと
銅等の導電金属のラミネートを提供することは望まし
い。また、このようなラミネートを利用する印刷回路板
を提供することも好ましい。さらに、高引張強度材料を
使用することが望ましい。
ば、 (a)(1)高誘電率を有する粒状フィラーを25〜8
5体積%含有し、(2)膜厚が0.0001〜0.00
5インチ(2.54〜127μm)であり、(3)視覚
的に認識できるピンホールが実質的になく、そして
(4)マトリックス引張強度が少なくとも2600psi
(18.3kg/cm2 )であるフィラー充填ポリテトラフ
ルオロエチレンの薄膜と、 (b)前記薄膜の少なくとも片面に結合させた導電金属
膜とを含んでなるラミネートが提供される。
計容量基準に25〜85容量%の平均粒径40ミクロン
以下の粒状充填剤をポリテトラフルオロエチレンと水性
分散液中で混合し、 b)粒状充填剤およびポリテトラフルオロエチレンを共
凝固させ、 c)粒状充填剤添加したポリテトラフルオロエチレンを
滑剤で滑性を付与し、 d)(i)カレンダー加工するかまたは(ii)ペースト
押出しかつ必要に応じてカレンダー加工して、フィルム
を形成し、 e)前記フィルムを延伸させて、前記粒状充填剤をその
中に分布して有する多孔質ポリテトラフルオロエチレン
を形成し、 f)所望の厚さが得られるまで、延伸した材料を圧縮す
ることによって、高密化することにより充填ポリテトラ
フルオロエチレンフィルムを調製する工程と、 II)前記工程で得られた充填ポリテトラフルオロエチレ
ンフィルムの少なくとも片面に導電性金属膜を形成する
工程を含むことを特徴とするラミネートの製造方法が提
供される。
層が前記したラミネートを含んでなる印刷回路板の製法
も提供される。
は、高誘電率を有する通常の公知のフィラー粒状物が挙
げられる。「粒状物(particulate)」と
は、アスペクト比がいずれでもよい個々の粒子を意味
し、したがって、繊維及び粉末が含まれる。フィラー
は、平均サイズが40ミクロン未満が好ましく、そして
20ミクロン未満が最も好ましく、そして二酸化チタ
ン、チタン酸バリウム又は強誘電性錯体が好ましい。フ
ィルム中のフィラー濃度は、約25〜85体積%であ
り、そして誘電率は少なくとも7である。
0.005インチ(2.54〜127μm)とするに
は、フィラー充填フィルムを、 a)平均サイズが40ミクロン以下の粒状フィラー25
〜85体積%とポリテトラフルオロエチレンとを水性分
散系で混合し、 b)フィラーとポリテトラフルオロエチレンを共凝固
し、 c)フィラー充填ポリテトラフルオロエチレンを滑剤で
潤滑し、そして潤滑材料をペースト押出してフィルムを
形成し、 d)潤滑フィルムをカレンダリングし、 e)前記フィルムを伸長することにより延伸して、前記
フィラーが中に分布した多孔性ポリテトラフルオロエチ
レンを形成し、 f)導電金属を積層し(前記工程eの前にこの操作を行
ってもよい)、そして所望の厚さとなるまでラミネート
を圧縮することにより伸長材料を強化することにより製
造することが好ましい。
節およびフィブリルにより形成された、連続のボイドを
もつ多孔質材料を形成するために、ポリテトラフルオロ
エチレンの異常な特徴を使用することにある。ポリテト
ラフルオロエチレンを延伸して多孔質材料を形成するこ
とは、よく知られており、米国特許第3,543,56
6号に記載されている。延伸したPTFE中のボイドの
空間は、体積の少なくとも50%を構成し、しばしば7
0%より多い。延伸のために、充填剤粒子はポリテトラ
フルオロエチレンが延伸されるとき互いから引き離され
る。これは、ポリテトラフルオロエチレンが圧縮される
とき、引き裂きまたはピンホールの形成の機会を減少
し、そして薄い、高度に充填剤添加されたフィルムを生
ずる。
第2図を参照することによって説明することができる。
第1図において、フィルム10は部Aにおいて粒状充填
剤11およびPTFE12を含有する。カレンダー加工
を実施してフィルム10の厚さを減少するとき、部Bに
示すように、充填剤粒子11は矢印13により示すよう
に動きそして再配置され、そして互いを過ぎて流れる。
この流れおよび動きは、先行技術のフィルムにおいて引
き裂きおよびピンホールを引き起こす。第2図は、フィ
ブリル22(線により示す)と相互に接続した節21
(不規則の円により示す)を含有する、延伸したPTF
Eフィルム20を示す。粒子23(充実の黒い円により
示す)は節21の周りに集まる。図面は、また、圧縮を
示す。
めに、充填剤の粒子サイズは平均40ミクロン以下であ
るべきである。「粒子」とは、任意のアスペクト比の個
々の粒子を意味し、従って繊維および粉末を包含する。
本発明の充填剤添加したフィルムを製造するために、粒
状充填剤を分散製造したPTFEの水性分散液の中に混
合する。小さい粒子の形態の充填剤は大きさが通常40
ミクロンより小さく、好ましくは1〜15ミクロンの平
均粒子サイズを有する。充填剤は、ポリテトラフルオロ
エチレンを凝固し、延伸し、そして高密化した後、互い
に関してPTFE中に25〜85、好ましくは40〜8
5容量%の充填剤を提供する量で、共凝固の前に導入す
る。次いで、充填剤添加したPTFE分散液を、通常急
速に撹拌することによって、共凝固する。凝固は、ま
た、剪断によるか、あるいは塩、酸、ポリエチレンイミ
ンなどにより開始することができる。次いで、充填剤添
加し凝固したPTFEを乾燥する。第3図は、28容量
%のカーボンブラックの充填剤で充填剤添加し、凝固し
たPTFEの1500×の倍率の顕微鏡写真である。次
いで、充填剤添加した材料を普通のペースト押出用滑
剤、例えば、鉱物スピリットまたはグリコールで滑性付
与し、次いでペースト押出する。押出物は通常カレンダ
ー加工し、次いで急速に1.20×〜5000×、好ま
しくは2×〜100×に、35℃〜327℃の温度にお
いて10%/秒を越える延伸速度で延伸する。第4図
は、第3図と同一の充填剤添加したPTFEを延伸した
後の、同一倍率の顕微鏡写真である。充填剤は「引き離
されており」そして延伸PTFEの節の回りに集まって
いることが見られる。節を連結している細いフィブリル
が、また、見られる。滑剤は、必要に応じて、延伸前に
押出物から除去することができる。
を、圧力に暴露することによって、例えば、それを2本
の隣接するニップロールの間を通過させるか、あるいは
真空圧縮するか、あるいは2枚の平らなプレートの間で
圧縮することによって高密化し、次いで延伸したフィル
ムは、通常50容量%より多い延伸された非充填の形態
のボイド体積を有し、これを圧縮してボイド体積を約2
5%より小さく減少する。フィルムの厚さは0.1〜5
ミル、好ましくは0.1〜2ミル、最も好ましくは0.
2〜1.5ミルである。第5図は、第3図および第4図
におけるのと同一の充填剤添加したPTFEの同一の倍
率の顕微鏡写真であるが、ただし充填剤添加したPTF
Eは高密化されている。圧縮は明らかであり、そして高
密化された材料の表面は破壊されていないことが見られ
る。
ィルムは、視的検査で見られるように、ピンホールを実
質的に持たない。さらに、多孔質の延伸PTFEフィル
ムにおける固有の高い強さの結果として、本発明の高密
化圧縮フィルムは、少なくとも3500psi 、好ましく
は4000psi 、そして最も好ましくは5000psiを
越える非焼結マトリックス引張り強さにより明らかなよ
うに、高い強さを有する。
ができる。例えば、高いボイド体積のために、延伸多孔
質PTFEの誘電率は非常に低く、1.25程度であ
る。しかしながら、高い誘電率を有する充填剤材料を添
加することによって、高い誘電性を本発明の充填剤添加
した延伸PTFEおよび高密化フィルムに付与すること
ができる。代表的な高い誘電性の充填剤は、二酸化チタ
ンおよびチタン酸バリウムを包含する。少なくとも7ま
たはそれ以上の誘電率を得ることができる。フィルム中
に存在するこれらの高い誘電性充填剤の量は、好ましく
は40〜85容量%であろう。良好な容量特性が、フィ
ルムの薄さのために、達成される。
ば、酸化アルミニウムの充填剤は、一般に40〜85容
量%の量で存在し、熱伝導性の適用、例えば、電気絶縁
性ヒートシンクのガスケットにおいて、充填剤添加し延
伸および高密化したPTFEを有用とする。ガラス繊維
またはガラス粒子を使用して、延伸および高密化したP
TFEをより寸法安定性とすることができる。繊維につ
いて50容量%まで(好ましくは10〜40%)および
粒子のために50〜85%の配合量を使用し、そしてな
お細い繊維の形態ですぐれた強さを有することができ
る。繊維を使用するとき、50:1までのアスペクト比
は好ましい。
て、フィルム、ワイヤおよびケーブルの適用、例えば、
電極、薄い層のシールドおよびEMIガスケットを半導
電性とすることができる。25〜85容量%の量は好ま
しい。他の有用な無機充填剤は、金属、準金属、セラミ
ック、ガスケットのシールドのための炭素/金属粒子の
ブレンド、活性炭、セラミックなどを包含する。すべて
は40〜85容量%の好ましい量で使用する。なお他の
充填剤は、熱可塑性樹脂を包含する。最終用途に依存し
て、薄いフィルムを焼結することができる。他の充填剤
を使用することができ、そして充填剤は前述のものに限
定される。
緻密化の前に、通常の積層法を用いて片面か両面に銅等
の導電金属を積層する。この方法は、真空下で2時間3
50℃の温度で1000psi (70.3kg/cm2 )で加
圧する等のバッチ法でも、米国特許第3,082,29
2号に記載されているような連続法でもよい。銅は所望
の回路形状に成形でき、したがって、ラミネートをパワ
ー/接地層として使用できる。
ンデンサーとして使用でき、したがって、ICにより電
流が要求され電荷が減少した回路部分に電荷を供給する
蓄積電荷の溜が供給される。本発明のラミネートを使用
することにより回路板全体を通じて電荷密度を維持する
ことにより、電流パルスとして通常生じる電圧スパイク
が減少され、したがって、高速信号の忠実性が向上す
る。
ネートを使用することにより、回路板における個々のコ
ンデンサーの必要性が減少するか無くなり、したがっ
て、回路板の表面の空間を節約できる。必要に応じて、
熱硬化性樹脂等の有機ポリマーを薄膜に存在させること
ができる。このようなポリマーが存在すると、積層温度
を低下し、そして薄膜への導電金属の密着性を向上でき
る。
存在させることもできる。このようなフィラーは、二酸
化珪素等の低誘電セラミックフィラーでよい。図面にお
いて、第1図及び第2図は、本発明のラミネートを示
し、1はフィラー充填ポリテトラフルオロエチレンであ
り、そして2はPTFEフィラーの片面に設けた銅層で
ある。
発明のラミネートは、参照番号10により示されてお
り、そして異なる電圧を有する銅箔12及び13に積層
した高誘電フィラー充填PTFE11を含んでなる。1
4及び15は銅接地層であり、16,17,18及び1
9は銅信号層であり、そして20,21,22及び23
は低誘電絶縁材料である。24及び25は低誘電材料を
表し、層20,21,22及び23の材料と同じでも異
なっていてもよい。
試験機で行った。サンプルは幅1インチ(2.54cm)
であった。ゲージ長さ(クランプ間距離)は、2インチ
(5.08cm)であった。サンプルを500%/分で引
っ張った。マトリックス引張強度を、以下の式により求
める。
TS(バルク)は破断バルク張力であり、VI %(PT
FE)はPTFEの固有体積%である。
mical)から入手したケトジェンブラック(Ket
jenblack)300−Jカーボンブラックおよび
52.35リットルの脱イオンH2 Oのスラリーを、1
15リットルの容器中で調製した。スラリーを120rp
m で撹拌しながら、4626gの10.2%のポリテト
ラフルオロエチレン(PTFE)分散液の形態のPTF
Eを混合容器の中に急速に注入した。PTFE分散液は
ICIアメリカ・カンパニーから入手した水性分散液で
あった。この混合物は自己凝固性である、そして1.5
分以内に共凝固は完結した。10分後、凝固物は混合容
器の底に沈降しており、そして水は透明であった。
材料はほぼ2cmの小さい、割れたケークに乾燥し、そし
て0℃以下に冷却した。冷却したケークを、均一な円形
の運動および最小の下方向の力を使用して0.635cm
のメッシュのステンレス鋼のスクリーンを通して、手で
粉砕し、次いで1.08ccの鉱物スピリッツ/(g粉
末)を添加した。この混合物を冷却し、再び0.635
cmのメッシュのスクリーンに通過させ、10分間タンブ
ルし、次いで18℃において48時間放置し、そして1
0分間再びタンブルした。
とによって、ペレットをシリンダー内で形成した。次い
で、ペレットを密閉管中で加熱した。次いで、ペレット
をテープの形態に押出した。次いで、テープを加熱した
ロールを通して0.028cmのカレンダー加工した。次
いで、加熱したロールを横切って走行させることによっ
て滑剤を蒸発させた。テープを機械方向に2回延伸した
(第1に2対1の比で240℃において32m/分の出
力速度で、そして第2に3対1の比で240℃において
29m/分の出力速度で)。
を通して走行させることによって、延伸したテープを
0.003cmに圧縮した。この方法を、また、使用し
て、この実施例のカーボンブラックの代わりに炭素/ニ
ッケル粒子または炭素/ニッケル繊維を含有する圧縮し
たテープを調製した。
使用したスラリーは、15リットルの脱イオンH2 O中
の6,177gのツランセルコ(Transelco)
電子等級のTiO2 であり、0.0025cmの設定にお
いてコロイドミルに通過させた。次いで、40.0リッ
トルのH2 Oをこのスラリーに撹拌しながら添加した。
9.8%の固体に希釈し、そして攪拌したスラリーに添
加した。0.265ccのポリプロピレングリコールを凝
固物の1g当たりに添加した。ペレットを49℃に加熱
し、そしてテープディック(tapedic)を通して
ラム押出した。
5%の減少/通過で一緒にカレンダー加工して0.06
4cmにした。次いで、滑剤をなお存在させて材料を横方
向に3.5対1に延伸した。テープを加熱したロールを
横切って走行させることによって、滑剤を蒸発させた。
%/秒において横方向に5対1で延伸した。次いで延伸
した充填添加フィルムを銅はくの間に4プライで層状に
し、そしてオートクレーブ中で255psi で390℃の
温度において3時間プレスし、次いで圧力下に冷却し
た。
厚さにおいて10の誘電率を有する銅ラミネートが得ら
れた。実施例3 1,680gのAl2 O3 粉末および9,520ccの脱
イオンH2 Oのスラリーを19リットルの容器中で調製
した。スラリーを225rpm で撹拌しながら、720g
の15.0%の固体のPTFE分散液の形態のPTFE
固体をその中に急速に注入した。1分後、21.6gの
5.0%の溶液の形態のAl(NO3 ) 3 を添加して共
凝固を開始した。30秒以内に、共凝固は完結した。1
0分以内に、凝固物は底に沈降してしまい、そして流出
液は透明であった。次いで、0.276ccの鉱物スピリ
ッツ/(gの凝固物)を添加した。次いで、実施例1の
手順に従ったが、次の点で異なる。
ダー加工は0.28cmであった。テープを3:1の比で
225℃および105フィート/分において延伸した。
高密化は0.0064cmの厚さに実施した。実施例4 実施例1の手順に従ったが、次の点で異なる。
よび10,100ccの脱イオンH2Oであった。使用し
たPTFE分散液は30.0%の固体であった。凝固は
14.1gの5.0%の溶液の形態のAl(NO3 )3
の添加により開始した。
レングリコール/gの凝固物であった。ペレットの温度
は49℃であった。押出圧力は1450psi であった。
カレンダー加工は0.026cmまでであった。テープを
2:1の比で275℃および120フィート/分で延伸
した。
のPEEK、熱可塑性樹脂(ポリエーテルケトン)、の
粉末を実施例1におけるカーボンブラックについてのよ
うに調製した。凝固は48gの5.0%の溶液の形態の
Al(NO3 ) 3 の添加により開始した。
固物)を添加した。ペレット化は温度は49℃において
続けた。押出圧力は1,450psi であった。滑剤を使
用して0.033cmに湿式カレンダー加工した。延伸は
3対1および2対1で、100フィート/分および27
0℃において実施した。高密化は0.0076cmまでで
あった。
ライトボックスに通過させ、そしてそれがライトボック
スを通過するとき生成物を視的に検査することによっ
て、傷を観測することができる。実施例の生成物におい
て、傷は観測されなかった。 表 I 実施例1 実施例2 実施例4 実施例5 充填剤容量% 28 56 50 41.5 厚さ(cm) .003 .007* .009 .008 重量/表面積(g/m2 ) 36.9 230 659 134 MTS−機械方向(psi) 16,245 7,862 4,300 6,825 MTS−非機械方向(psi) 554 8,106 530 902 *測定した試料は製造した充填剤添加したフィルムの4プライであった。
イオン水30リットルからなるスラリーを、設定0.0
025cmでコロイドミルにかけた。次に、脱イオン水1
3.85リットルを攪拌下でスラリーに添加した。スラ
リーを120rpm で攪拌しながら、ポリテトラフルオロ
エチレンの固形分16.0%PTFE分散液7,273
gを、上記スラリーに迅速に注いだ。PTFE分散液
は、ICIアメリカズ社(ICI Americas, Co. )から入
手したものを用いた。35秒以内に共凝固が完了した。
10分後に、凝塊が混合容器の底に沈降し、そして水は
透明であった。
た。この物質を、厚さ約2cmの小さな割れ目の入ったケ
ーキの形態で乾燥し、そして10℃で冷却した。冷却ケ
ーキを、0.635cmメッシュのステンレス製スクリー
ンによりしっかりと円運動し下向きの力を最小にして手
動粉砕した後、粉末1グラム当りプロピレングリコール
0.46ccを添加した。混合物をふたたび冷却し、0.
635cmメッシュのスクリーンを通過させ、10分間混
転後、18℃で48時間静置し、そして10分間再び混
転した。これには、フィラーが42体積%含まれてい
た。
した。押出物を、1パス当たり25%の圧下で加熱ロー
ルにより0.057cmにカレンダリングした。次に、こ
の材料を、滑剤がまだ存在している状態で横方向に3.
5:1に延伸した。加熱ロールを介してテープを走行さ
せることにより滑剤を蒸発させた。次に、フィルムを、
295℃及び133%/秒の条件で横方向に5:1で延
伸した。
間に4層積み重ね、350℃の温度で2時間真空補助プ
ラテムプレス(vacuum assisted pl
atem press)において1000psi (70.
3kg/cm2 )でプレスした。これにより、誘電率が10
であり、誘電フィルム厚さが10〜0.0025インチ
(25.4〜0.00635cm)であり、そしてマトリ
ックス引張強度が3500psi (246kg/cm2 )であ
る銅ラミネートが得られた。このラミネートの容量は、
1平方インチ(6.45cm2 )当たり900ピコファラ
ドである。
1平方インチ(6.45cm2 )当たり650ピコファラ
ドより大きい。
である。
である。
減少するカレンダー加工による圧縮に対して反応する方
法の描写である。
料を形成し、次いで圧縮するための、延伸したポリテト
ラフルオロエチレン中の充填剤粒子の分布の描写であ
る。
である。
の充填剤添加したフィルムの顕微鏡写真である。
である。
Claims (1)
- 【請求項1】 I)a)粒状充填剤とポリテトラフルオ
ロエチレンの合計容量基準に25〜85容量%の平均粒
径40ミクロン以下の粒状充填剤をポリテトラフルオロ
エチレンと水性分散液中で混合し、 b)粒状充填剤およびポリテトラフルオロエチレンを共
凝固させ、 c)粒状充填剤添加したポリテトラフルオロエチレンを
滑剤で滑性を付与し、 d)(i)カレンダー加工するかまたは(ii)ペースト
押出しかつ必要に応じてカレンダー加工して、フィルム
を形成し、 e)前記フィルムを延伸させて、前記粒状充填剤をその
中に分布して有する多孔質ポリテトラフルオロエチレン
を形成し、 f)所望の厚さが得られるまで、延伸した材料を圧縮す
ることによって、高密化することにより充填ポリテトラ
フルオロエチレンフィルムを調製する工程と、 II)前記工程で得られた充填ポリテトラフルオロエチレ
ンフィルムの少なくとも片面に導電性金属膜を形成する
工程を含むことを特徴とするラミネートの製造方法。
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