JP3896863B2 - プリプレグとその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速高周波信号を必要とするプリント配線板を構成する材料としてのプリプレグとその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の高性能・多機能化により、電子回路は高速・高周波化している。
【０００３】
プリント配線板は、電気的接続を果たすだけでなく、電子回路の使用周波数に適合した信号伝達機能を有する必要がある。
【０００４】
安定した信号伝達を行なうためには、特性インピーダンス（characteristic impedance：電子回路を高周波信号が伝播するときに生じる抵抗（電圧と電流の比）で電子回路に固有のパラメータ。電子機器の出力側と入力側のインピーダンスが合わない場合、回路上に反射による定在波が発生し、エネルギーロスが生じる。）を安定させるということが重要となる。
【０００５】
電子回路の入出力デバイスの特性インピーダンスをマッチングさせることで信号を効率よく伝送し、デバイス性能およびセット性能を向上させることが必要となる。
【０００６】
特性インピーダンスは、プリント配線板を構成している材料にも影響される。特に材料の誘電体と導体の構造に影響され、比誘電率が安定していると特性インピーダンスも安定することとなる。
【０００７】
以下に従来のプリント配線板の構造を説明する。
【０００８】
図９は従来のプリント配線板の構造の概略を示す図であり、絶縁基板２１上に信号層２３が形成されており、図９に示すように絶縁基板２１は誘電体であるガラス繊維の長繊維２４に、樹脂２５を含浸させたものである。なお２２はグランド層である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
構成材料の比誘電率が安定していれば、均一な誘電体が形成されるのであるが、上記従来のプリント配線板の構造では絶縁基板としての誘電体の比誘電率は樹脂と繊維の条件に左右されやすく、前記誘電体であるガラス繊維と樹脂の比誘電率は６．６：３．９と異なっている。
【００１０】
上記の場合、ガラス繊維はＥガラスを用い、樹脂はエポキシ樹脂を用いている。
【００１１】
さらに、図９に示すように、ガラス長繊維の縦糸と横糸がランダムに分布配置しているため、樹脂の充填量のバラツキが発生し、総合的な比誘電率にバラツキを生じさせるものとなっている。
【００１２】
また、ガラス長繊維２４の縦糸と横糸がクロスする部分では厚み寸法が異なるため（図１０）、この誘電体層の上に配置された回路の位置によっては比誘電率が異なり、安定した特性インピーダンスを保つことが困難になる。
【００１３】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、プリント配線板の構成材料である誘電体層の比誘電率を均一にさせるために絶縁基材の樹脂と繊維の分布を均一にし、特性インピーダンスを安定させることで、高速信号および高周波回路に適する伝送線路を形成することのできるプリント配線板を提供することを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明は、以下の構成を有する。
【００１５】
本発明の請求項１に記載の発明は、一定の大きさをもつ容器に短繊維を敷き詰め、前記短繊維の高さ近傍となるように樹脂を前記容器内に均一に分布させ、前記樹脂が半硬化状態となった単位シートを形成し、前記単位シートを複数枚積層または互いに隣接接合して構成されることを特徴とするプリプレグである。
【００１６】
これにより、プリント配線板の絶縁層を構成する基材としての不織布に短繊維を使用し、重なり合わないように配置することによって不織布の地合のムラがなく、また、短繊維総量と略同一の体積の樹脂を含浸させることにより、均一な誘電率を備えたプリプレグを提供することができる。このプリプレグを材料として使用することにより、プリント配線板上のいかなる場所においても特性インピーダンスを安定させ、高速信号および高周波回路に適したプリント配線板を実現できる。
【００１７】
また、前記単位シートは、同一平面上において互いに重なり合わない複数の短繊維で構成された不織布に樹脂が含浸されて前記樹脂が半硬化状態となった単位シートの複数枚で構成され、前記複数枚の単位シートは互いに隣接接合して構成されるものである。
【００１８】
これにより単位面積当たりにおいても均一な誘電率を備えたプリプレグを提供することができ、このプリプレグを材料として使用することにより、プリント配線板上のいかなる場所においても特性インピーダンスを安定させ、高速信号および高周波回路に適したプリント配線板を実現できる。
【００２１】
また、不織布は、複数の短繊維を全て同一方向で配置することにより、基材の短繊維が重なり合わず、不織布の地合のムラがなく、均一な誘電率を備えたプリプレグを提供することができる。
【００２２】
また、不織布は、複数の短繊維を異なる方向で混在配置することにより、基材の短繊維が重なり合わず、不織布の地合のムラがなく、また短繊維総量と略同一の体積の樹脂を含浸させることにより、均一な誘電率を備えたプリプレグを形成することができる。基材の繊維と樹脂の分布を平面上及び積層後の断面構造において均一にすることで、安定した誘電率をもつプリプレグを形成することができ、不織布の強度の向上を図ることができ、さらに不織布を構成することが容易であるという作用を有する。
【００２３】
また、短繊維をアラミド繊維、樹脂をエポキシ樹脂とすることもでき、短繊維にアラミド繊維を使用することによって基材の強靭性や耐熱性を向上させるとともに、含浸するエポキシ樹脂の誘電率と近似させることが容易となり、安定した誘電率をもつプリプレグを形成することができ、絶縁基板または絶縁層の誘電率をさらに安定させることができるという作用を有する。
【００２４】
また、短繊維と樹脂の比誘電率を略同一とすることにより、安定した誘電率をもつプリプレグを提供することができ、絶縁基板または絶縁層の誘電率をさらに安定させることができるという作用を有する。
【００２５】
本発明の請求項２に記載の発明は、短繊維と樹脂の比誘電率は、３．６〜３．９の範囲であることを特徴とする請求項１に記載のプリプレグである。この比誘電率の範囲を採用することにより、エポキシ樹脂を容易に選定することができ、安定した誘電率と物理的特性の優れたプリプレグを提供することができ、絶縁基板または絶縁層の誘電率をさらに安定させることができるという作用を有する。
【００２６】
本発明の請求項３に記載の発明は、積層された複数枚の単位シートの構成は、単位シートの短繊維方向が互いに垂直方向となるように積層されていることを特徴とする請求項１に記載のプリプレグである。これにより、基材の短繊維が重なり合わず、基材の繊維と樹脂の分布を平面上及び積層後の断面構造において均一にすることで、安定した誘電率と物理機械的強度の優れたプリプレグを提供することができ、絶縁基板または絶縁層の誘電率を安定させることができるという作用を有する。
【００２７】
本発明の請求項４に記載の発明は、積層された複数枚の単位シートの構成は、単位シートの短繊維方向が互いに所定の角度を有するように積層されていることを特徴とする請求項１に記載のプリプレグである。これにより、基材の短繊維が重なり合わず、基材の繊維と樹脂の分布を平面上及び積層後の断面構造において均一にすることで、安定した誘電率と物理機械的強度がさらに優れたプリプレグを提供することができ、絶縁基板または絶縁層の誘電率を安定させることができるという作用を有する。
【００２８】
なお、積層された複数枚のシートの構成は、シートを構成する単位シートの隣接接合された部分が積層の上下で同位置とならないようにシートを横方向にずらして積層することもできる。これによりプリプレグの物理的強度を向上させることができ、基材の短繊維が重なり合わず、基材の繊維と樹脂の分布を平面上及び積層後の断面構造において均一にすることで、プリント配線板上のいかなる場所においても安定した誘電率をもつプリプレグを形成することができ、絶縁基板または絶縁層の誘電率を安定させることができるという作用を有する。
【００２９】
本発明の請求項５に記載の発明は、一定の大きさをもつ容器に複数の短繊維を同一平面上において互いに重なり合わないように配置して不織布を形成する工程と、樹脂を前記短繊維の高さ近傍となるように前記容器に均一に分布させて前記不織布に含浸する工程と、前記樹脂を半硬化して単位シートを形成する工程と、前記単位シートを複数枚準備する工程と、前記複数枚の単位シートを積層する工程とを備えることを特徴とするプリプレグの製造方法というもので、これにより、プリント配線板の絶縁層を構成する基材としての不織布に短繊維を使用し、重なり合わないように配置し、短繊維総量と略同一の体積の樹脂を含浸させることにより、不織布の地合のムラがなく、均一な誘電率を備えたプリプレグを製造し提供することができる。このプリプレグを材料として使用することにより、特性インピーダンスを安定させ、高速信号および高周波回路に適したプリント配線板を実現できる。
【００３７】
本発明の請求項６に記載の発明は、複数枚の単位シートを積層する毎に、単位シートの短繊維方向が互いに垂直方向となるように積層することを特徴とする請求項５に記載のプリプレグの製造方法というもので、これにより不織布の強度が増し、安定した誘電率をもつプリプレグを製造し提供することができ、プリント配線板を構成する絶縁基板または絶縁層に使用することによって、誘電率をさらに安定させることができるという作用を有するプリプレグの製造方法を提供できるものである。
【００３８】
本発明の請求項７に記載の発明は、複数枚の単位シートを積層する毎に、単位シートの短繊維方向が互いに所定の角度を有するように積層することを特徴とする請求項５に記載のプリプレグの製造方法というもので、これにより、基材の短繊維が重なり合わず、基材の繊維と樹脂の分布を平面上及び積層後の断面構造において均一にすることで、安定した誘電率と物理機械的強度がさらに優れたプリプレグを製造し提供することができ、プリント配線板を構成する絶縁基板または絶縁層に使用することによって、誘電率を安定させることができるという作用を有する。
【００４０】
【発明の実施の形態】
（実施の形態）
以下に本発明の実施の形態１について図面を用いて説明する。
【００４１】
図１は本発明の実施の形態におけるプリプレグを構成材料として使用したプリント配線板の断面を示す図であり、図２は本発明の実施の形態におけるプリプレグの不織布を構成する短繊維の概略を示す図であり、図３、図４は本発明の実施の形態におけるプリプレグの不織布を構成する短繊維と樹脂のシートの概略を示す図であり、図５、図６、図７は本発明の実施の形態におけるプリプレグの概略を示す図であり、図８は本発明の実施の形態におけるプリプレグの断面を示す図である。
【００４２】
図１〜図８において、１はプリント配線板、２は絶縁基板、３は絶縁層、４は導体回路、５は短繊維、６は樹脂、７はプリプレグ、８は電源層、９はグランド層、１０は信号層、１１は導通孔、１２ａはシート、１２ｂは単位シート、１３は容器である。
【００４３】
まず、本発明の実施の形態１におけるプリント配線板について説明する。
【００４４】
図１は本発明の実施の形態による４層構造の多層のプリント配線板の断面図である。
【００４５】
このプリント配線板１の電源層８とグランド層９と信号層１０は、絶縁基板２あるいは絶縁層３を介して形成された導体回路４である。
【００４６】
前記絶縁基板２は基材に樹脂が含浸されたものであり、前記基材と樹脂は略均一に混在分布されており、また前記基材は不織布に樹脂を含浸したものを複数枚積層し構成されている。
【００４７】
このプリント配線板を構成する絶縁基板２、絶縁層３は、図５、図６、図７に示すように基材に樹脂を含浸させた半硬化状態のプリプレグ７を複数枚積層したのち加熱・加圧し硬化されたものである。
【００４８】
ここでプリプレグ７の構成について図面を用いて説明する。
【００４９】
本発明のプリプレグ７は、基材とそれに含浸された樹脂からなる複合材料であり、基材は短繊維を用いた不織布として構成されている。短繊維を使用することによって、地合にムラのないプリプレグを構成し、誘電率を安定させるのである。
【００５０】
すなわち長繊維で織布として構成されている基材は強度は高いものの、従来の課題において説明したように、布の地合にムラが出やすく、均一な分布になりにくいのでプリプレグシートの上面に形成される導体回路の誘電率が不安定になる要因となる。
【００５１】
また短繊維にアラミド繊維を使用することによって基材の強靱性や耐熱性を向上させるとともに、含浸する樹脂の誘電率と近似させることが可能となる。
【００５２】
ここで、本発明の基材の構成について以下詳細に説明する。
【００５３】
図２に短繊維として切断されたアラミド繊維を簡易的に示す。
【００５４】
アラミドの短繊維５の直径をｒ、長さをｈとすると、その体積はπｒ2ｈとなる。
【００５５】
また、図３に示すような一定の大きさをもつ容器１３に配置、敷き詰められた短繊維５の個数をｋとすると、容器１３内の全ての短繊維５の占める体積は、πｒ2ｈ×ｋとなる。
【００５６】
この短繊維の総体積と略同体積の樹脂を所定の樹脂量として、短繊維の高さｒ近傍となるように同一平面上において均一に分布させ、半硬化状態の単位シート１２ｂを形成する。
【００５７】
容器１３内へｋ個の短繊維５を均一に敷き詰める方法および樹脂を均一に分布させる方法は、拡大鏡で観察しながら人為的に行うこともできるし、容器１３に一定時間超音波により振動を与えることによって均一に分布させる方法もある。また、敷き詰められた短繊維の上方から治具で軽く加圧を加えながら揺動することによって短繊維どうしが重ならないようにすることもできるが、特に限定するものではない。ただ、短繊維５を容器１３内へ敷き詰める前に、容器１３内に不揮発性の溶剤やアルコールによって数μｍ程度の薄い層を形成しておくことによって作業性を向上させることができる。
【００５８】
また上記の事例では、容器１３内の短繊維の方向を一定方向としている。この利点は、短繊維と樹脂との混在を均一にしやすいという点である。
【００５９】
また、図４に示すように異なる方向を混在配置させることも可能である。この場合、短繊維を比較的容易に配置することができ、さらに不織布としての物理的強度を得やすいという利点がある。
【００６０】
いずれの場合においても、特に重要なことは、短繊維どうしが重ならない不織布構成となる基材を製作することである。
【００６１】
この単位シート１２ｂを複数枚準備し、同一平面上で隣接接合して１枚のシート１２ａ、さらにそれを積層することによって、図５に示すような一定の大きさ及び厚みを有するプリプレグ７を形成することができる。
【００６２】
なお、複数枚の単位シート１２ｂを隣接接合して１枚のシート１２ａにする方法は、次の通りである。
（１）ステンレス板上に離型フィルム（下側）を載置し、その上に複数枚の単位シート１２ｂを隙間がないように隣接して配置する。
（２）その上に、さらに離型フィルム（上側）を載置し、その上からプレート状の熱盤で加熱、加圧する。加熱温度は、樹脂の溶融開始温度とし、加熱時間は５〜１０分程度とし、加圧も熱盤の自重程度とする。
（３）プレート状の熱盤を離型フィルム（上側）から離した後、室温まで冷却する。
（４）離型フィルム（上側）をゆっくりと引き剥がす。
（５）複数枚の単位シートが隣接接合された１枚のシートを離型フィルム（下側）からゆっくりと引き剥がして作業を完了する。
【００６３】
プリプレグ７は、短繊維と樹脂が均一に分布している単位シート１２ｂを複数枚用いて構成されたものであるから、全体的に短繊維で構成された基材とそれに含浸された樹脂は均一な分布の構成を有するものであるといえる。
【００６４】
また図６に示すように、シート１２ａ、あるいは単位シート１２ｂ内の短繊維の方向が積層する毎に互いに垂直になるように積層することも可能であるし、互いに所定の角度をもたせて積層することも可能である。
【００６５】
さらに、図７に示すように、シート１２ａ、あるいは単位シート１２ｂの位置を積層する毎に一定量ずつ横方向へずらすことによってプリプレグ７の物理的強度を向上させることができる。
【００６６】
具体的な実施の形態として、現在プリント配線板の材料として電気的、物理的強度が最も安定している場合におけるプリプレグの構成について説明する。
【００６７】
この場合におけるプリプレグ（厚さ約１００μｍ）の単位面積（１ｃｍ×１ｃｍ）当たりのアラミド不織布基材を構成する短繊維の総量は、０．００７２〜０．００７５ｇである。
【００６８】
また、プリプレグを構成するアラミド不織布基材とそれに含浸された樹脂との割合は、５３：４７〜５０：５０で構成されたものが最も適したものである。
【００６９】
この構成を本発明の実施の形態として適用すると以下の通りとなる。
（１）直径１５μｍのアラミド繊維を長さ３ｍｍにカットし、アラミドの短繊維とする。
（２）前記短繊維を容器（縦１ｃｍ×横１ｃｍ×高さ０．５ｍｍ）内に互いに重ならないように配置、敷き詰める。敷き詰める短繊維の総数は、３３３〜３５４本とする。
（３）短繊維の総量と含浸させる樹脂量の割合が４７：５３〜５０：５０となるような所定の樹脂量、すなわち０．００７２〜０．００８５ｇの熱硬化性のエポキシ樹脂を容器に入れ、短繊維と樹脂を略均一に混在分布させる。
【００７０】
なお、本実施の形態において使用したアラミド繊維の比誘電率は３．６〜３．９であるので、エポキシ樹脂の比誘電率を約３．６〜３．９であるものを選定し使用することによって、略同一の比誘電率とすることができる。従来のガラス繊維に含浸させて使用したエポキシ樹脂等多数の種類があり、選定は比較的容易である。物理的機械的強度などの特性を考慮して選定することが望ましい。
（４）容器内の樹脂を指触乾燥し、半硬化状態の単位シートを作成する。
（５）単位シートを複数作成し、平面上で隣接接合して１枚のシートとし、さらにそれを積層することによって、図５〜図７に示すようなプリプレグ（厚さ９０〜１１０μｍ）を形成することができる。
【００７１】
なお、シート１２ａ、あるいは単位シート１２ｂの積層枚数あるいは樹脂の比重及び短繊維の間隔によって、プリプレグ７の厚さを決定することができる。
【００７２】
この不織布基材と樹脂を含浸した単位シートを複数枚用いて形成したプリプレグにおいては、いかなる大きさや厚みであっても単位体積あたりの樹脂の分布は均一であるので短繊維と樹脂の分布は略均一となる。
【００７３】
すなわち基材と樹脂の関係は図８に示すように、前記絶縁層上の平面上および断面上において略均一に混在分布されており、しかも基材の比誘電率と樹脂の比誘電率を略同一とすることができる。
【００７４】
したがって本実施の形態のプリプレグを採用することにより、プリント配線板の絶縁層の誘電率も安定させることができ、板厚のバラツキも低減することができる。
【００７５】
なお本実施の形態においては、単位シート１２ｂの大きさを縦１ｃｍ×横１ｃｍとしたが、これに限定するものではない。上記の容器の整数倍の大きさの容器を用いて単位シートを形成することもできる。
【００７６】
さらに複数の単位シートを隣接接合することなく、直接１枚のシートを形成することも可能である。
【００７７】
上記構成の本発明のプリプレグを絶縁層として用いた場合のプリント配線板における特性インピーダンスについて従来と比較しながら説明する。
【００７８】
通常、特性インピーダンスは絶縁層を構成する材料の比誘電率によって、影響をうける。
【００７９】
従来のプリント配線板においては、ガラス長繊維と樹脂の混合比率が７：３という値のプリプレグを採用しているものが多く、ガラス長繊維と樹脂の比誘電率は６．６：３．９と２倍近く異なるため、特性インピーダンスをコントロールするのは困難であった。
【００８０】
また長繊維を用いているため、繊維と樹脂の配置にバラツキがでやすく、このことも特性インピーダンスをコントロールさせにくい要因の一つとなっていた。
【００８１】
本発明の多層のプリント配線板を用いた場合、誘電体としての絶縁基板、あるいは絶縁層のアラミド短繊維とエポキシ樹脂の混合比率は４７：５３〜５０：５０であり、アラミド短繊維とエポキシ樹脂の比誘電率は略同一にすることが可能となる。
【００８２】
この構成により絶縁基板、あるいは絶縁層の比誘電率が安定した構造となるので、絶縁層と導体の構造が一定及び同一寸法との条件であれば、プリント配線板のどの回路上においても特性インピーダンスは安定する。特に、信号層の導体回路に使用する周波数帯域が８００ＭＨｚ〜５ＧＨｚである場合においてその効果は顕著となる。
【００８３】
本発明の短繊維の体積と樹脂の体積を略一定量にし、短繊維の直径の高さにあわせたシートを作成し、前記シートを積層した不織布をプリプレグとして用いることによって、積層時の板厚のバラツキを軽減させ、比誘電率を安定させることによって、特性インピーダンスを安定させることができる。
【００８４】
【発明の効果】
以上のように本発明は、プリント配線板の構成材料である絶縁基材を短繊維とし、前記短繊維の体積と樹脂の体積を略一定量にして、分布が均一なプリプレグを用いるので、基材と樹脂の比誘電率の分布を一定にすることができ、特性インピーダンスを安定させることができる。
【００８５】
また、基材と樹脂の比誘電率を同一、あるいは近似値のものを選ぶことによって、特性インピーダンスを安定させ、高速信号および、高周波回路に適する伝送線路が形成できるプリント配線板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるプリント配線板の断面図
【図２】本発明の実施の形態における短繊維の斜視図
【図３】本発明の実施の形態における短繊維と樹脂のシートの斜視図
【図４】本発明の実施の形態における短繊維と樹脂のシートの斜視図
【図５】本発明の実施の形態におけるプリプレグの斜視図
【図６】本発明の実施の形態におけるプリプレグの斜視図
【図７】本発明の実施の形態におけるプリプレグの斜視図
【図８】本発明の実施の形態におけるプリプレグの断面図
【図９】従来のプリント配線板の断面図
【図１０】従来のプリント配線板の絶縁基板の拡大断面図
【符号の説明】
１ プリント配線板
２ 絶縁基板
３ 絶縁層
４ 導体回路
５ 短繊維
６ 樹脂
７ プリプレグ
８ 電源層
９ グランド層
１０ 信号層
１１ 導通孔
１２ａ シート
１２ｂ 単位シート
１３ 容器
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速高周波信号を必要とするプリント配線板を構成する材料としてのプリプレグとその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の高性能・多機能化により、電子回路は高速・高周波化している。
【０００３】
プリント配線板は、電気的接続を果たすだけでなく、電子回路の使用周波数に適合した信号伝達機能を有する必要がある。
【０００４】
安定した信号伝達を行なうためには、特性インピーダンス（characteristic impedance：電子回路を高周波信号が伝播するときに生じる抵抗（電圧と電流の比）で電子回路に固有のパラメータ。電子機器の出力側と入力側のインピーダンスが合わない場合、回路上に反射による定在波が発生し、エネルギーロスが生じる。）を安定させるということが重要となる。
【０００５】
電子回路の入出力デバイスの特性インピーダンスをマッチングさせることで信号を効率よく伝送し、デバイス性能およびセット性能を向上させることが必要となる。
【０００６】
特性インピーダンスは、プリント配線板を構成している材料にも影響される。特に材料の誘電体と導体の構造に影響され、比誘電率が安定していると特性インピーダンスも安定することとなる。
【０００７】
以下に従来のプリント配線板の構造を説明する。
【０００８】
図９は従来のプリント配線板の構造の概略を示す図であり、絶縁基板２１上に信号層２３が形成されており、図９に示すように絶縁基板２１は誘電体であるガラス繊維の長繊維２４に、樹脂２５を含浸させたものである。なお２２はグランド層である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
構成材料の比誘電率が安定していれば、均一な誘電体が形成されるのであるが、上記従来のプリント配線板の構造では絶縁基板としての誘電体の比誘電率は樹脂と繊維の条件に左右されやすく、前記誘電体であるガラス繊維と樹脂の比誘電率は６．６：３．９と異なっている。
【００１０】
上記の場合、ガラス繊維はＥガラスを用い、樹脂はエポキシ樹脂を用いている。
【００１１】
さらに、図９に示すように、ガラス長繊維の縦糸と横糸がランダムに分布配置しているため、樹脂の充填量のバラツキが発生し、総合的な比誘電率にバラツキを生じさせるものとなっている。
【００１２】
また、ガラス長繊維２４の縦糸と横糸がクロスする部分では厚み寸法が異なるため（図１０）、この誘電体層の上に配置された回路の位置によっては比誘電率が異なり、安定した特性インピーダンスを保つことが困難になる。
【００１３】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、プリント配線板の構成材料である誘電体層の比誘電率を均一にさせるために絶縁基材の樹脂と繊維の分布を均一にし、特性インピーダンスを安定させることで、高速信号および高周波回路に適する伝送線路を形成することのできるプリント配線板を提供することを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明は、以下の構成を有する。
【００１５】
本発明の請求項１に記載の発明は、一定の大きさをもつ容器に短繊維を敷き詰め、前記短繊維の高さ近傍となるように樹脂を前記容器内に均一に分布させ、前記樹脂が半硬化状態となった単位シートを形成し、前記単位シートを複数枚積層または互いに隣接接合して構成されることを特徴とするプリプレグである。
【００１６】
これにより、プリント配線板の絶縁層を構成する基材としての不織布に短繊維を使用し、重なり合わないように配置することによって不織布の地合のムラがなく、また、短繊維総量と略同一の体積の樹脂を含浸させることにより、均一な誘電率を備えたプリプレグを提供することができる。このプリプレグを材料として使用することにより、プリント配線板上のいかなる場所においても特性インピーダンスを安定させ、高速信号および高周波回路に適したプリント配線板を実現できる。
【００１７】
また、前記単位シートは、同一平面上において互いに重なり合わない複数の短繊維で構成された不織布に樹脂が含浸されて前記樹脂が半硬化状態となった単位シートの複数枚で構成され、前記複数枚の単位シートは互いに隣接接合して構成されるものである。
【００１８】
これにより単位面積当たりにおいても均一な誘電率を備えたプリプレグを提供することができ、このプリプレグを材料として使用することにより、プリント配線板上のいかなる場所においても特性インピーダンスを安定させ、高速信号および高周波回路に適したプリント配線板を実現できる。
【００２１】
また、不織布は、複数の短繊維を全て同一方向で配置することにより、基材の短繊維が重なり合わず、不織布の地合のムラがなく、均一な誘電率を備えたプリプレグを提供することができる。
【００２２】
また、不織布は、複数の短繊維を異なる方向で混在配置することにより、基材の短繊維が重なり合わず、不織布の地合のムラがなく、また短繊維総量と略同一の体積の樹脂を含浸させることにより、均一な誘電率を備えたプリプレグを形成することができる。基材の繊維と樹脂の分布を平面上及び積層後の断面構造において均一にすることで、安定した誘電率をもつプリプレグを形成することができ、不織布の強度の向上を図ることができ、さらに不織布を構成することが容易であるという作用を有する。
【００２３】
また、短繊維をアラミド繊維、樹脂をエポキシ樹脂とすることもでき、短繊維にアラミド繊維を使用することによって基材の強靭性や耐熱性を向上させるとともに、含浸するエポキシ樹脂の誘電率と近似させることが容易となり、安定した誘電率をもつプリプレグを形成することができ、絶縁基板または絶縁層の誘電率をさらに安定させることができるという作用を有する。
【００２４】
また、短繊維と樹脂の比誘電率を略同一とすることにより、安定した誘電率をもつプリプレグを提供することができ、絶縁基板または絶縁層の誘電率をさらに安定させることができるという作用を有する。
【００２５】
本発明の請求項２に記載の発明は、短繊維と樹脂の比誘電率は、３．６〜３．９の範囲であることを特徴とする請求項１に記載のプリプレグである。この比誘電率の範囲を採用することにより、エポキシ樹脂を容易に選定することができ、安定した誘電率と物理的特性の優れたプリプレグを提供することができ、絶縁基板または絶縁層の誘電率をさらに安定させることができるという作用を有する。
【００２６】
本発明の請求項３に記載の発明は、積層された複数枚の単位シートの構成は、単位シートの短繊維方向が互いに垂直方向となるように積層されていることを特徴とする請求項１に記載のプリプレグである。これにより、基材の短繊維が重なり合わず、基材の繊維と樹脂の分布を平面上及び積層後の断面構造において均一にすることで、安定した誘電率と物理機械的強度の優れたプリプレグを提供することができ、絶縁基板または絶縁層の誘電率を安定させることができるという作用を有する。
【００２７】
本発明の請求項４に記載の発明は、積層された複数枚の単位シートの構成は、単位シートの短繊維方向が互いに所定の角度を有するように積層されていることを特徴とする請求項１に記載のプリプレグである。これにより、基材の短繊維が重なり合わず、基材の繊維と樹脂の分布を平面上及び積層後の断面構造において均一にすることで、安定した誘電率と物理機械的強度がさらに優れたプリプレグを提供することができ、絶縁基板または絶縁層の誘電率を安定させることができるという作用を有する。
【００２８】
なお、積層された複数枚のシートの構成は、シートを構成する単位シートの隣接接合された部分が積層の上下で同位置とならないようにシートを横方向にずらして積層することもできる。これによりプリプレグの物理的強度を向上させることができ、基材の短繊維が重なり合わず、基材の繊維と樹脂の分布を平面上及び積層後の断面構造において均一にすることで、プリント配線板上のいかなる場所においても安定した誘電率をもつプリプレグを形成することができ、絶縁基板または絶縁層の誘電率を安定させることができるという作用を有する。
【００２９】
本発明の請求項５に記載の発明は、一定の大きさをもつ容器に複数の短繊維を同一平面上において互いに重なり合わないように配置して不織布を形成する工程と、樹脂を前記短繊維の高さ近傍となるように前記容器に均一に分布させて前記不織布に含浸する工程と、前記樹脂を半硬化して単位シートを形成する工程と、前記単位シートを複数枚準備する工程と、前記複数枚の単位シートを積層する工程とを備えることを特徴とするプリプレグの製造方法というもので、これにより、プリント配線板の絶縁層を構成する基材としての不織布に短繊維を使用し、重なり合わないように配置し、短繊維総量と略同一の体積の樹脂を含浸させることにより、不織布の地合のムラがなく、均一な誘電率を備えたプリプレグを製造し提供することができる。このプリプレグを材料として使用することにより、特性インピーダンスを安定させ、高速信号および高周波回路に適したプリント配線板を実現できる。
【００３７】
本発明の請求項６に記載の発明は、複数枚の単位シートを積層する毎に、単位シートの短繊維方向が互いに垂直方向となるように積層することを特徴とする請求項５に記載のプリプレグの製造方法というもので、これにより不織布の強度が増し、安定した誘電率をもつプリプレグを製造し提供することができ、プリント配線板を構成する絶縁基板または絶縁層に使用することによって、誘電率をさらに安定させることができるという作用を有するプリプレグの製造方法を提供できるものである。
【００３８】
本発明の請求項７に記載の発明は、複数枚の単位シートを積層する毎に、単位シートの短繊維方向が互いに所定の角度を有するように積層することを特徴とする請求項５に記載のプリプレグの製造方法というもので、これにより、基材の短繊維が重なり合わず、基材の繊維と樹脂の分布を平面上及び積層後の断面構造において均一にすることで、安定した誘電率と物理機械的強度がさらに優れたプリプレグを製造し提供することができ、プリント配線板を構成する絶縁基板または絶縁層に使用することによって、誘電率を安定させることができるという作用を有する。
【００４０】
【発明の実施の形態】
（実施の形態）
以下に本発明の実施の形態１について図面を用いて説明する。
【００４１】
図１は本発明の実施の形態におけるプリプレグを構成材料として使用したプリント配線板の断面を示す図であり、図２は本発明の実施の形態におけるプリプレグの不織布を構成する短繊維の概略を示す図であり、図３、図４は本発明の実施の形態におけるプリプレグの不織布を構成する短繊維と樹脂のシートの概略を示す図であり、図５、図６、図７は本発明の実施の形態におけるプリプレグの概略を示す図であり、図８は本発明の実施の形態におけるプリプレグの断面を示す図である。
【００４２】
図１〜図８において、１はプリント配線板、２は絶縁基板、３は絶縁層、４は導体回路、５は短繊維、６は樹脂、７はプリプレグ、８は電源層、９はグランド層、１０は信号層、１１は導通孔、１２ａはシート、１２ｂは単位シート、１３は容器である。
【００４３】
まず、本発明の実施の形態１におけるプリント配線板について説明する。
【００４４】
図１は本発明の実施の形態による４層構造の多層のプリント配線板の断面図である。
【００４５】
このプリント配線板１の電源層８とグランド層９と信号層１０は、絶縁基板２あるいは絶縁層３を介して形成された導体回路４である。
【００４６】
前記絶縁基板２は基材に樹脂が含浸されたものであり、前記基材と樹脂は略均一に混在分布されており、また前記基材は不織布に樹脂を含浸したものを複数枚積層し構成されている。
【００４７】
このプリント配線板を構成する絶縁基板２、絶縁層３は、図５、図６、図７に示すように基材に樹脂を含浸させた半硬化状態のプリプレグ７を複数枚積層したのち加熱・加圧し硬化されたものである。
【００４８】
ここでプリプレグ７の構成について図面を用いて説明する。
【００４９】
本発明のプリプレグ７は、基材とそれに含浸された樹脂からなる複合材料であり、基材は短繊維を用いた不織布として構成されている。短繊維を使用することによって、地合にムラのないプリプレグを構成し、誘電率を安定させるのである。
【００５０】
すなわち長繊維で織布として構成されている基材は強度は高いものの、従来の課題において説明したように、布の地合にムラが出やすく、均一な分布になりにくいのでプリプレグシートの上面に形成される導体回路の誘電率が不安定になる要因となる。
【００５１】
また短繊維にアラミド繊維を使用することによって基材の強靱性や耐熱性を向上させるとともに、含浸する樹脂の誘電率と近似させることが可能となる。
【００５２】
ここで、本発明の基材の構成について以下詳細に説明する。
【００５３】
図２に短繊維として切断されたアラミド繊維を簡易的に示す。
【００５４】
アラミドの短繊維５の直径をｒ、長さをｈとすると、その体積はπｒ2ｈとなる。
【００５５】
また、図３に示すような一定の大きさをもつ容器１３に配置、敷き詰められた短繊維５の個数をｋとすると、容器１３内の全ての短繊維５の占める体積は、πｒ2ｈ×ｋとなる。
【００５６】
この短繊維の総体積と略同体積の樹脂を所定の樹脂量として、短繊維の高さｒ近傍となるように同一平面上において均一に分布させ、半硬化状態の単位シート１２ｂを形成する。
【００５７】
容器１３内へｋ個の短繊維５を均一に敷き詰める方法および樹脂を均一に分布させる方法は、拡大鏡で観察しながら人為的に行うこともできるし、容器１３に一定時間超音波により振動を与えることによって均一に分布させる方法もある。また、敷き詰められた短繊維の上方から治具で軽く加圧を加えながら揺動することによって短繊維どうしが重ならないようにすることもできるが、特に限定するものではない。ただ、短繊維５を容器１３内へ敷き詰める前に、容器１３内に不揮発性の溶剤やアルコールによって数μｍ程度の薄い層を形成しておくことによって作業性を向上させることができる。
【００５８】
また上記の事例では、容器１３内の短繊維の方向を一定方向としている。この利点は、短繊維と樹脂との混在を均一にしやすいという点である。
【００５９】
また、図４に示すように異なる方向を混在配置させることも可能である。この場合、短繊維を比較的容易に配置することができ、さらに不織布としての物理的強度を得やすいという利点がある。
【００６０】
いずれの場合においても、特に重要なことは、短繊維どうしが重ならない不織布構成となる基材を製作することである。
【００６１】
この単位シート１２ｂを複数枚準備し、同一平面上で隣接接合して１枚のシート１２ａ、さらにそれを積層することによって、図５に示すような一定の大きさ及び厚みを有するプリプレグ７を形成することができる。
【００６２】
なお、複数枚の単位シート１２ｂを隣接接合して１枚のシート１２ａにする方法は、次の通りである。
（１）ステンレス板上に離型フィルム（下側）を載置し、その上に複数枚の単位シート１２ｂを隙間がないように隣接して配置する。
（２）その上に、さらに離型フィルム（上側）を載置し、その上からプレート状の熱盤で加熱、加圧する。加熱温度は、樹脂の溶融開始温度とし、加熱時間は５〜１０分程度とし、加圧も熱盤の自重程度とする。
（３）プレート状の熱盤を離型フィルム（上側）から離した後、室温まで冷却する。
（４）離型フィルム（上側）をゆっくりと引き剥がす。
（５）複数枚の単位シートが隣接接合された１枚のシートを離型フィルム（下側）からゆっくりと引き剥がして作業を完了する。
【００６３】
プリプレグ７は、短繊維と樹脂が均一に分布している単位シート１２ｂを複数枚用いて構成されたものであるから、全体的に短繊維で構成された基材とそれに含浸された樹脂は均一な分布の構成を有するものであるといえる。
【００６４】
また図６に示すように、シート１２ａ、あるいは単位シート１２ｂ内の短繊維の方向が積層する毎に互いに垂直になるように積層することも可能であるし、互いに所定の角度をもたせて積層することも可能である。
【００６５】
さらに、図７に示すように、シート１２ａ、あるいは単位シート１２ｂの位置を積層する毎に一定量ずつ横方向へずらすことによってプリプレグ７の物理的強度を向上させることができる。
【００６６】
具体的な実施の形態として、現在プリント配線板の材料として電気的、物理的強度が最も安定している場合におけるプリプレグの構成について説明する。
【００６７】
この場合におけるプリプレグ（厚さ約１００μｍ）の単位面積（１ｃｍ×１ｃｍ）当たりのアラミド不織布基材を構成する短繊維の総量は、０．００７２〜０．００７５ｇである。
【００６８】
また、プリプレグを構成するアラミド不織布基材とそれに含浸された樹脂との割合は、５３：４７〜５０：５０で構成されたものが最も適したものである。
【００６９】
この構成を本発明の実施の形態として適用すると以下の通りとなる。
（１）直径１５μｍのアラミド繊維を長さ３ｍｍにカットし、アラミドの短繊維とする。
（２）前記短繊維を容器（縦１ｃｍ×横１ｃｍ×高さ０．５ｍｍ）内に互いに重ならないように配置、敷き詰める。敷き詰める短繊維の総数は、３３３〜３５４本とする。
（３）短繊維の総量と含浸させる樹脂量の割合が４７：５３〜５０：５０となるような所定の樹脂量、すなわち０．００７２〜０．００８５ｇの熱硬化性のエポキシ樹脂を容器に入れ、短繊維と樹脂を略均一に混在分布させる。
【００７０】
なお、本実施の形態において使用したアラミド繊維の比誘電率は３．６〜３．９であるので、エポキシ樹脂の比誘電率を約３．６〜３．９であるものを選定し使用することによって、略同一の比誘電率とすることができる。従来のガラス繊維に含浸させて使用したエポキシ樹脂等多数の種類があり、選定は比較的容易である。物理的機械的強度などの特性を考慮して選定することが望ましい。
（４）容器内の樹脂を指触乾燥し、半硬化状態の単位シートを作成する。
（５）単位シートを複数作成し、平面上で隣接接合して１枚のシートとし、さらにそれを積層することによって、図５〜図７に示すようなプリプレグ（厚さ９０〜１１０μｍ）を形成することができる。
【００７１】
なお、シート１２ａ、あるいは単位シート１２ｂの積層枚数あるいは樹脂の比重及び短繊維の間隔によって、プリプレグ７の厚さを決定することができる。
【００７２】
この不織布基材と樹脂を含浸した単位シートを複数枚用いて形成したプリプレグにおいては、いかなる大きさや厚みであっても単位体積あたりの樹脂の分布は均一であるので短繊維と樹脂の分布は略均一となる。
【００７３】
すなわち基材と樹脂の関係は図８に示すように、前記絶縁層上の平面上および断面上において略均一に混在分布されており、しかも基材の比誘電率と樹脂の比誘電率を略同一とすることができる。
【００７４】
したがって本実施の形態のプリプレグを採用することにより、プリント配線板の絶縁層の誘電率も安定させることができ、板厚のバラツキも低減することができる。
【００７５】
なお本実施の形態においては、単位シート１２ｂの大きさを縦１ｃｍ×横１ｃｍとしたが、これに限定するものではない。上記の容器の整数倍の大きさの容器を用いて単位シートを形成することもできる。
【００７６】
さらに複数の単位シートを隣接接合することなく、直接１枚のシートを形成することも可能である。
【００７７】
上記構成の本発明のプリプレグを絶縁層として用いた場合のプリント配線板における特性インピーダンスについて従来と比較しながら説明する。
【００７８】
通常、特性インピーダンスは絶縁層を構成する材料の比誘電率によって、影響をうける。
【００７９】
従来のプリント配線板においては、ガラス長繊維と樹脂の混合比率が７：３という値のプリプレグを採用しているものが多く、ガラス長繊維と樹脂の比誘電率は６．６：３．９と２倍近く異なるため、特性インピーダンスをコントロールするのは困難であった。
【００８０】
また長繊維を用いているため、繊維と樹脂の配置にバラツキがでやすく、このことも特性インピーダンスをコントロールさせにくい要因の一つとなっていた。
【００８１】
本発明の多層のプリント配線板を用いた場合、誘電体としての絶縁基板、あるいは絶縁層のアラミド短繊維とエポキシ樹脂の混合比率は４７：５３〜５０：５０であり、アラミド短繊維とエポキシ樹脂の比誘電率は略同一にすることが可能となる。
【００８２】
この構成により絶縁基板、あるいは絶縁層の比誘電率が安定した構造となるので、絶縁層と導体の構造が一定及び同一寸法との条件であれば、プリント配線板のどの回路上においても特性インピーダンスは安定する。特に、信号層の導体回路に使用する周波数帯域が８００ＭＨｚ〜５ＧＨｚである場合においてその効果は顕著となる。
【００８３】
本発明の短繊維の体積と樹脂の体積を略一定量にし、短繊維の直径の高さにあわせたシートを作成し、前記シートを積層した不織布をプリプレグとして用いることによって、積層時の板厚のバラツキを軽減させ、比誘電率を安定させることによって、特性インピーダンスを安定させることができる。
【００８４】
【発明の効果】
以上のように本発明は、プリント配線板の構成材料である絶縁基材を短繊維とし、前記短繊維の体積と樹脂の体積を略一定量にして、分布が均一なプリプレグを用いるので、基材と樹脂の比誘電率の分布を一定にすることができ、特性インピーダンスを安定させることができる。
【００８５】
また、基材と樹脂の比誘電率を同一、あるいは近似値のものを選ぶことによって、特性インピーダンスを安定させ、高速信号および、高周波回路に適する伝送線路が形成できるプリント配線板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるプリント配線板の断面図
【図２】本発明の実施の形態における短繊維の斜視図
【図３】本発明の実施の形態における短繊維と樹脂のシートの斜視図
【図４】本発明の実施の形態における短繊維と樹脂のシートの斜視図
【図５】本発明の実施の形態におけるプリプレグの斜視図
【図６】本発明の実施の形態におけるプリプレグの斜視図
【図７】本発明の実施の形態におけるプリプレグの斜視図
【図８】本発明の実施の形態におけるプリプレグの断面図
【図９】従来のプリント配線板の断面図
【図１０】従来のプリント配線板の絶縁基板の拡大断面図
【符号の説明】
１ プリント配線板
２ 絶縁基板
３ 絶縁層
４ 導体回路
５ 短繊維
６ 樹脂
７ プリプレグ
８ 電源層
９ グランド層
１０ 信号層
１１ 導通孔
１２ａ シート
１２ｂ 単位シート
１３ 容器
Claims (7)
- 一定の大きさをもつ容器に短繊維を敷き詰め、前記短繊維の高さ近傍となるように樹脂を前記容器内に均一に分布させ、前記樹脂が半硬化状態となった単位シートを形成し、前記単位シートを複数枚積層または互いに隣接接合して構成されることを特徴とするプリプレグ。
- 短繊維と樹脂の比誘電率は、３．６〜３．９の範囲であることを特徴とする請求項１に記載のプリプレグ。
- 積層された複数枚の単位シートの構成は、単位シートの短繊維方向が互いに垂直方向となるように積層されていることを特徴とする請求項１に記載のプリプレグ。
- 積層された複数枚の単位シートの構成は、単位シートの短繊維方向が互いに所定の角度を有するように積層されていることを特徴とする請求項１に記載のプリプレグ。
- 一定の大きさをもつ容器に複数の短繊維を同一平面上において互いに重なり合わないように配置して不織布を形成する工程と、樹脂を前記短繊維の高さ近傍となるように前記容器に均一に分布させて前記不織布に含浸する工程と、前記樹脂を半硬化して単位シートを形成する工程と、前記単位シートを複数枚準備する工程と、前記複数枚の単位シートを積層する工程とを備えることを特徴とするプリプレグの製造方法。
- 複数枚の単位シートを積層する毎に、単位シートの短繊維方向が互いに垂直方向となるように積層することを特徴とする請求項５に記載のプリプレグの製造方法。
- 複数枚の単位シートを積層する毎に、単位シートの短繊維方向が互いに所定の角度を有するように積層することを特徴とする請求項５に記載のプリプレグの製造方法。
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