JP3985633B2 - 低誘電正接絶縁材料を用いた高周波用電子部品 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波信号に対応するための低誘電正接樹脂組成物を絶縁層とする高周波用電子部品に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、PHS,携帯電話等の情報通信機器の信号帯域,コンピューターのCPUクロックタイムはGHz帯に達し、高周波数化が進行している。電機信号の誘電損失は、回路を形成する絶縁層の比誘電率の平方根、誘電正接および電気信号の周波数の積に比例する。そのため使用される信号の周波数が高いほど誘電損失が大きくなる。誘電損失の増大は電気信号を減衰させて信号の信頼性を損なうので、これを抑制するために絶縁層には誘電率,誘電正接の小さな材料を選定する必要がある。材料の低誘電率,低誘電正接化には分子構造中の極性基の除去が有効であり、フッ素樹脂,硬化性ポリオレフィン,シアネートエステル系樹脂,硬化性ポリフェニレンオキサイド,アリル変性ポリフェニレンエーテル,ポリビニルベンジルエーテル樹脂,ジビニルベンゼンまたはジビニルナフタレンで変性したポリエーテルイミド等が提案されている。
【0003】
ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)に代表されるフッ素樹脂は、誘電率及び誘電正接が共に低く、高周波信号を扱う各種電気部品の絶縁層として使用されている。これに対して、有機溶媒に可溶で加工性が良い非フッ素系の低誘電率,低誘電正接樹脂も種々検討されてきた。例えば特開平8−208856号記載のポリブタジエン等のジエン系ポリマーをガラスクロスに含浸して過酸化物で硬化した例;特開平10−158337号記載のノルボルネン系付加型重合体にエポキシ基を導入した環状ポリオレフィンの例;特開平11−124491号記載のシアネートエステル,ジエン系ポリマー及びエポキシ樹脂を加熱してBステージ化した例;特開平9−118759号記載のポリフェニレンオキサイド,ジエン系ポリマー及びトリアリルイソシアネートからなる変性樹脂の例;特開平9−246429号記載のアリル化ポリフェニレンエーテル及びトリアリルイソシアネート等からなる樹脂組成物の例;特開平5−156159号記載のポリエーテルイミドとスチレン,ジビニルベンゼン又はジビニルナフタレンとをアロイ化した例;特開平5−78552号,特開2001−247733号記載のビニルベンジルエーテル基を有する熱硬化性樹脂と各種添加剤からなる樹脂組成物の例など多数挙げられる。これらの低誘電率,低誘電正接樹脂組成物は、はんだリフロー,金ワイヤボンディング等の電気部品製造工程に耐える必要があることから、いずれも熱硬化性樹脂として設計されている。
【0004】
低誘電率,低誘電正接樹脂組成物を用いた絶縁層には高周波信号の誘電損失を低減するほか、高速伝送,高特性インピーダンスが得られるといった特徴がある。
【0005】
一方、高周波回路の絶縁層には、遅延回路の形成,低インピーダンス回路における配線基板のインピーダンス整合,配線パターンの細密化,基板自身にコンデンサを内蔵した複合回路化等の要求があり、絶縁層の高誘電率化が要求される場合がある。そのため、例えば特開2000−91717号記載のような高誘電率で低誘電正接な絶縁層を用いた電子部品の例;特開2001−247733号,特開2001−345212号記載の高誘電率層と低誘電率層を複合化した電子部品の例が提案されている。高誘電率かつ低誘電正接な絶縁層は、前述の低誘電率,低誘電正接絶縁層にセラミック粉,絶縁処理を施した金属粉等の高誘電体絶縁材料を分散させることによって形成されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように高周波用電子部品では、その絶縁層の誘電率は形成する回路の性質によってコントロールする必要がある。しかし、誘電損失の低減を図るために絶縁層の低誘電正接化はいずれの場合も必須の事項である。
【0007】
本発明の目的は、従来の絶縁材料に比べて優れた誘電特性を有する多官能スチレン化合物を含有する低誘電正接樹脂組成物の架橋構造体を絶縁層に用いた誘電損失の小さな高周波用電子部品を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、下記の本発明によって達成される。
【0009】
本発明の高周波用電子部品は、0.3 〜100GHzの電気信号を伝送する導体配線と熱硬化性樹脂組成物の硬化物である絶縁層とを有し、絶縁層が下記一般式(I)で表される架橋成分を含有する樹脂組成物を用いて絶縁層を形成したことを特徴とする。これにより、従来の熱硬化性樹脂から形成された絶縁層よりも低誘電正接な絶縁層が得られ、従来の高周波用電子部品よりも誘電損失が小さな高効率の高周波用電子部品が得られる。
【0010】
【化1】
【0011】
(式中、Rは炭化水素骨格を表し、R1 は、同一又は異なって、水素又は炭素数1〜20の炭化水素基を表し、R2,R3及びR4 は、同一又は異なって、水素原子又は炭素数1〜6の炭化水素基を表し、mは1〜4の整数、nは2以上の整数を表す。)
本発明は基本的には上記一般式(I)で表される低誘電率,低誘電正接な多官能スチレン化合物の架橋構造体を高周波用電気部品の絶縁層に適用することによって達成される。その硬化物は1GHzにおける誘電率が約2.6 未満、誘電正接が0.0025 未満であり、従来材に比べて極めて低い誘電正接を有する。これは本発明の多官能スチレン化合物がエーテル基,カルボニル基,アミノ基といった極性基を構造中に含んでいないことに起因する。従来材の一例では同様の効果を得るためにジビニルベンゼンを架橋成分として使用することが検討されているが、ジビニルベンゼンは揮発性を有するため、樹脂組成物の乾燥,硬化工程で揮発してしまい硬化物の特性コントロールが難しいという問題を有していた。
【0012】
更に本発明では多官能スチレン化合物に誘電率の異なる有機,無機の絶縁体をブレンドすることによって、誘電正接の著しい増大を抑制しつつ、絶縁層の誘電率をコントロールできる。これにより高速伝送,小型化等の特性を付与した高周波用電気部品の製造が可能となる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。本発明の電子部品は0.3 〜100
GHzの電気信号を伝送する導体配線と一般式(I)で表される架橋成分の架橋構造体を含有する絶縁層とから形成される高周波用電気部品である。架橋成分として極性基を含ない多官能スチレン化合物を用いることによって極めて低い誘電率と誘電正接を有する絶縁層が形成できる。本架橋成分は揮発性を有していないため、ジビニルベンゼンのように揮発による絶縁層の特性のばらつきが生じず、これによって高周波用電子部品の低誘電損失性が安定して得られる。架橋成分の重量平均分子量(GPC,スチレン換算値)は1000以下であることが好ましい。これにより架橋成分の溶融温度の低温化,成型時の流動性の向上,硬化温度の低温化,種々のポリマー,モノマー,充填材との相溶性の向上等の特性が改善され、加工性に富んだ低誘電正接樹脂組成物となる。これにより種々の形態の高周波用電気部品の製造が容易となる。架橋成分の好ましい例としては、1,2−ビス(p−ビニルフェニル)エタン、1,2−ビス(m−ビニルフェニル)エタン、1−(p−ビニルフェニル)−2−(m−ビニルフェニル)エタン、1,4−ビス(p−ビニルフェニルエチル)ベンゼン、1,4−ビス(m−ビニルフェニルエチル)ベンゼン、1,3−ビス(p−ビニルフェニルエチル)ベンゼン、1,3−ビス(m−ビニルフェニルエチル)ベンゼン、1−(p−ビニルフェニルエチル)−3−(m−ビニルフェニルエチル)ベンゼン、ビスビニルフェニルメタン、1,6−(ビスビニルフェニル)ヘキサン及び側鎖にビニル基を有するジニルベンゼン重合体(オリゴマー)等が挙げられる。
【0014】
前述の多官能スチレン化合物の架橋体は極めて低い誘電正接を有しており、不純物の含有量にもよるが、1GHzにおける誘電正接の値は0.0005 〜
0.0025 である。これにより、本発明の高周波用電子部品の絶縁層は添加する他の成分の影響を受けて誘電正接の値は変動するものの、1GHzにおける誘電正接の値を0.0005〜0.0025と極めて低い値に調整できる。
【0015】
本発明では絶縁層に高分子量体を分散させることによって、絶縁層に強度,伸び,導体配線への接着力,フィルム形成能を付与することができる。これによって多層配線板の作成に必要なプリプレグ,導体箔とプリプレグを積層して硬化した導体箔付き積層板(以下、積層板と略す)の作製が可能となるほか、薄膜形成プロセスによる高密度多層配線基板の作成も可能となる。前記高分子量体は分子量が5000以上であることが好ましく、より好ましくは10000〜100000、更に好ましくは15000〜60000であることが好ましい。分子量が小さい場合は、機械強度の改善が不十分になる場合があり、分子量が大きすぎる場合は樹脂組成物をワニス化した際に粘度が高くなり、混合攪拌,成膜が困難になる。高分子量体の例としては、ブタジエン,イソプレン,スチレン,エチルスチレン,ジビニルベンゼン,N−ビニルフェニルマレイミド,アクリル酸エステル,アクリロニトリルから選ばれるモノマーの単独或いは共重合体,置換基を有していてもよいポリフェニレンオキサイド,環状ポリオレフィン,ポリシロキサン,ポリエーテルイミド等が挙げられる。中でもポリフェニレンオキサイド,環状ポリオレフィンは高強度で誘電正接性が低いので好ましい。
【0016】
本発明は前記架橋成分に誘電率が異なる種々の絶縁材料を分散した絶縁層を有する高周波用電気部品を包含する。このような構成にすることによって、絶縁層の誘電正接の増加を抑制しつつ、誘電率を容易に調整することができる。本発明の樹脂組成物ではブレンドする高分子量体の種類,添加量にて1GHzにおける誘電率を2.3〜3.0程度の範囲で調整することができる。更に絶縁層に1GHzにおける誘電率が1.0〜2.2の低誘電率絶縁体を分散した高周波用電気部品では、絶縁層の誘電率を1.5〜2.2程度に調整することが可能である。絶縁層の誘電率を低減することにより、電気信号の一層の高速伝送が可能となる。これは電気信号の伝送速度が誘電率の平方根の逆数と比例関係にあるためであり、絶縁層の誘電率が低いほど伝送速度は高くなる。前記、低誘電率絶縁体としては低誘電率樹脂粒子,中空樹脂粒子,中空ガラスバルーン,空隙(空気)が好ましく、その粒子サイズは絶縁層の強度,絶縁信頼性の観点から、平均粒径0.2 〜100μm、より好ましくは0.2 〜60μmであることが好ましい。低誘電率樹脂粒子の例としてはポリテトラフルオロエチレン粒子,ポリスチレン−ジビニルベンゼン架橋粒子等が挙げられ、中空粒子としては中空スチレン−ジビニルベンゼン架橋粒子,シリカバルーン,ガラスバルーン,シラスバルーン等が挙げられる。低誘電率絶縁層は高速伝送性が要求される半導体装置の封止樹脂及びチップ間を電気的に接続するMCM基板等の配線,高周波用チップインダクタ等の回路の形成に適している。
【0017】
一方、本発明では絶縁層中に1GHzにおける誘電率が3.0 〜10000の高誘電率絶縁体を分散することによって誘電正接の増大を抑制しつつ、誘電率が3.1 〜20の高誘電率絶縁層を有する高周波用電気部品を作成することができる。絶縁層の誘電率を高くすることによって回路の小型化,コンデンサの高容量化が可能となり高周波用電気部品の小型化等に寄与できる。高誘電率,低誘電正接絶縁層はキャパシタ,共振回路用インダクタ,フィルター,アンテナ等の形成に適している。本発明に用いる高誘電率絶縁体としては、セラミック粒子または絶縁処理施した金属粒子が挙げられる。具体的には、シリカ,アルミナ,ジルコニア,セラミックス粒子;例えばMgSiO4,Al2O3,MgTiO3,ZnTiO3,ZnTiO4,TiO2,CaTiO3,SrTiO3,SrZrO3,BaTi2O5,BaTi4O9,Ba2Ti9O20,Ba(Ti,Sn)9O20,ZrTiO4,(Zr,Sn)TiO4,BaNd2Ti5O14,BaSmTiO14,Bi2O3−BaO−Nd2O3−TiO2系,La2Ti2O7,BaTiO3,Ba(Ti,Zr)O3系,(Ba,Sr)TiO3 系等の高誘電率絶縁体を挙げることができ、同様に絶縁処理を施した金属微粒子;例えば金,銀,パラジウム,銅,ニッケル,鉄,コバルト,亜鉛,Mn−Mg−Zn系,Ni−Zn系,Mn−Zn系,カーボニル鉄,Fe−Si系,Fe−Al−Si系,Fe−Ni系等を挙げることができる。高誘電率絶縁体の粒子は破砕,造粒法または熱分解性金属化合物を噴霧,熱処理して金属微粒子を製造する噴霧熱分解法(特公昭63−31522号,特開平6−172802号,特開平6−279816号)等で作製される。噴霧熱分解法では出発材料である金属化合物、例えばカルボン酸塩,リン酸塩,硫酸塩等と、形成された金属と反応してセラッミク化するホウ酸,珪酸,リン酸あるいは、酸化後にセラミック化する各種金属塩を混合して噴霧熱分解処理することによって表面に絶縁層を有する金属粒子を形成することができる。高誘電率絶縁体の平均粒径は0.2 〜100μm程度が好ましく、絶縁層の強度,絶縁信頼性の観点から、平均粒径0.2 〜60μmが一層好ましい。粒径が小さくなると樹脂組成物の混練が困難となり、大きすぎると分散が不均一となり、絶縁破壊の起点となり、絶縁信頼性の低下を招く場合がある。高誘電率粒子の形状は、球形,破砕,ウイスカ状のいずれでもよい。
【0018】
前記、低誘電率絶縁体または高誘電率絶縁体の含有量は架橋成分と高分子量成分と低誘電率絶縁体または高誘電率絶縁体の総量に対して10〜80容量%であることが好ましく、より好ましくは10〜65容量%である。これ以下では誘電率の調整が困難となり、これ以上では絶縁層の絶縁信頼性の低下,加工性の低下を生じる場合がある。前述の範囲内で所望の誘電率に調整することができる。
【0019】
更に本発明ではHガラス,Eガラス,NEガラス,Dガラス等の各種ガラス繊維を編んだガラスクロスやアラミド不織布,LPC不織布等の各種不織布に前記低誘電正接樹脂組成物を含浸して、それを硬化して絶縁層を形成しても良い。ガラスクロス,不織布は絶縁層の誘電率の調整に寄与するほか、絶縁層の硬化前後において、該絶縁層の強度を増す働きをする。
【0020】
本発明では、高周波用電子部品の安全性の観点から、前記絶縁層に難燃剤を分散させても良い。難燃剤の種類には特に制限はないが、低誘電正接性を重視する場合には赤燐粒子、一般式(II)〜(VI)に記載の有機難燃剤を用いることが好ましい。これにより、低誘電正接性と絶縁層の難燃性が効果的に両立でき、高周波用電子部品の火災に対する安全性が確保される。
【0021】
【化2】
【0022】
本発明における難燃剤の好ましい配合量は、絶縁層を形成する架橋成分と高分子量体とその他の有機成分の総量を100重量部として、1〜100重量部の範囲であり、更に好ましい範囲としては1〜50重量部である。難燃剤の難燃効果によってその配合量を前記の範囲内で調整することが好ましい。難燃剤の量が多すぎると誘電正接の低下を招く場合があり、難燃剤の量が少ないと十分な難燃性が得られない場合がある。更に難燃性を向上させるために難燃助剤として三酸化アンチモン,四酸化アンチモン,五酸化アンチモン,アンチモン酸ソーダ等のアンチモン系化合物またはメラミン、トリアリル−1,3,5−トリアジン−2,3,4−(1H,3H,5H)−トリオン、2,4,6−トリアリロキシ1,3,5−トリアジン等の含窒素化合物を添加しても良い。
【0023】
本発明では、誘電特性の許す範囲で第二の架橋成分として汎用硬化性樹脂を添加してもよい。汎用硬化性樹脂の例としてはフェノール樹脂,エポキシ樹脂,シアネート樹脂,ビニルベンジルエーテル樹脂,熱硬化性ポリフェニレンエーテル樹脂等を上げることができる。汎用熱硬化性樹脂は分子内に極性基を有していることから導体配線と絶縁層との密着性向上,絶縁層の機械強度等を向上できる。
【0024】
本発明では前述の低誘電率絶縁層と高誘電率絶縁層を回路の要求特性に合わせて組み合わせ、低誘電率絶縁層と高誘電率絶縁層を共に有する配線基板を作製することができる。誘電率の異なる複数の絶縁層は同一面内に存在してもよく、多層化して各層毎に存在しても良い。これによって電気部品の小型化と一層の高速伝送化が両立できる。
【0025】
以下、各電子部品に要求される要求特性に基づいて本発明の電子部品について説明する。
(1)半導体装置
従来、高周波用半導体素子は、高周波動作の障害となる配線間静電容量を低減するために、図1に記載のように空気層を絶縁層とするハーメチックシール型の気密パッケージにて製造されてきた。本発明では所定の配合比とした一般式(I)で表される架橋成分,低誘電率絶縁体粒子,必要により高分子量体,難燃剤及び第二の架橋成分,離型剤,着色剤等を含有する低誘電率かつ低誘電正接な樹脂組成物を有機溶媒中あるいは無溶剤状態で混合分散し、該低誘電率,低誘電正接樹脂組成物で半導体チップを被覆し、必要により乾燥し、硬化することによって、低誘電率,低誘電正接樹脂層で絶縁,保護された半導体装置を作製する。該低誘電率,低誘電正接樹脂組成物の硬化は120℃〜240℃の加熱で行うことができる。図2に本発明の高周波用半導体装置の一例を示すがその形状は特に限定されるものではない。本発明によれば安価なモールド成型法より、伝送速度が高く、誘電損失が小さい高効率な高周波用半導体装置を作製することができる。本発明の低誘電率,低誘電正接な絶縁層の形成方法としては、トランスファープレス,ポッティング等があり、半導体装置の形状に応じて適宜選択される。半導体装置の形態は特に限定されないが例えば、テープキャリア型パッケージ,半導体チップが配線基板上にベアチップ実装された半導体装置などを例として挙げることができる。
(2)多層基板
従来の熱硬化性樹脂組成物に比べて一般式(I)で表される架橋成分は誘電正接が低い。従って本架橋成分を絶縁層に使用した配線基板は誘電損失が少ない高周波特性の優れた配線基板となる。以下、多層配線基板の作成方法について説明する。本発明において、多層配線基板の出発材となるプリプレグ或いは絶縁層付導体箔は、所定の配合比とした一般式(I)で表される架橋成分,高分子量体,必要により低誘電率絶縁体粒子又は高誘電率絶縁体粒子,難燃剤及び第二の架橋成分,着色剤等を配合した低誘電正接樹脂組成物を溶剤中で混練してスラリー化した後にガラスクロス,不織布,導体箔等の基材に塗布,乾燥して作成する。プリプレグは積層板のコア材,積層板と積層板或いは導体箔との接着層兼絶縁層として使用できる。一方、絶縁層付導体箔はラミネート,プレスによってコア材表面に導体層を形成する際に使用される。本発明のコア材とは、絶縁層付導体箔を担持し、補強する基材であり、ガラスクロス,不織布,フィルム材,セラミック基板,ガラス基板,エポキシ等の汎用樹脂板,汎用積層板等を例としてあげることができる。スラリー化に使用する溶剤は、配合する架橋成分,高分子量体,難燃剤等の溶媒であることが好ましく、その例としてはジメチルホルムアミド,メチルエチルケトン,メチルイソブチルケトン,ジオキサン,テトラヒドロフラン,トルエン,クロロホルム等を上げることができる。プリプレグ,絶縁層付導体箔の乾燥条件(Bステージ化)は用いた溶媒,塗布した樹脂層の厚さによって調整する。例えばトルエンを用いて、乾燥膜厚約50μmの絶縁層を形成する場合には80〜130℃で30〜90分乾燥するとよい。必要に応じて好ましい絶縁層の厚さは50〜300μmであり、その用途や要求特性(配線パターンサイズ,直流抵抗)によって調整する。
【0026】
以下、多層配線基板の作成例を示す。図3に第一の例を示す。図3(A);所定の厚さのプリプレグ10と導体箔11を重ねる。使用する導体箔は金,銀,銅,アルミニウム等導電率の良好な物の中から任意に選択する。その表面形状はプリプレグとの接着力を高くする必要がある場合には凹凸の大きな箔を用い、高周波特性を一層向上する必要がある場合には比較的平滑は表面を有する箔を用いる。導体箔の厚さは9〜35μm程度のものがエッチング加工性の観点から好ましい。図3(B);プリプレグと導体箔を圧着しながら加熱するプレス加工によって接着,硬化し、表面に導体層を有する積層板13が得られる。加熱条件は120〜240℃,1.0 〜5MPa,1〜3時間とすることが好ましい。また、プレス加工の温度,圧力は上記範囲内で多段階としてもよい。本発明で得られる積層板は絶縁層の誘電正接が非常に低いことに起因して優れた高周波伝送特性を示す。
【0027】
次いで両面配線基板の作成例を説明する。図3(C);先に作成した積層板の所定の位置にドリル加工によってスルーホール14を形成する。図3(D);めっきによってスルーホール内にめっき膜15を形成して、表裏の導体箔を電気的に接続する。図3(E);両面の導体箔をパターンニングして導体配線16を形成する。
【0028】
次いで多層配線基板の作成例を説明する。図4(A);所定の厚さのプリプレグと導体箔を用いて積層板13を作成する。図4(B);積層板の両面に導体配線16を形成する。図4(C);パターン形成後の積層板に所定の厚さのプリプレグ10と導体箔11を重ね合わせる。図4(D);加熱加圧して外層に導体箔を形成する。図4(E);所定の位置にドリル加工によってスルーホール14を形成する。図4(F);スルーホール内にめっき膜15を形成し、層間を電気的に接続する。図4(G);外層の導体箔にパターンニングを施し、導体配線16を形成する。
【0029】
次いで絶縁層付銅箔を用いた多層配線基板の作成例を示す。図5(A);導体箔11に本発明の樹脂組成物のワニスを塗布,乾燥して未硬化の絶縁層17を有する絶縁層付導体箔18を作成する。図5(B);リード端子19と絶縁層付導体箔18を重ねる。図5(C);プレス加工によってリード端子19と絶縁層付導体箔18を接着し、積層板13を形成する。予めコア材の表面をカップリング処理或いは粗化処理することによってコア材と絶縁層の接着性を向上させることができる。図5(D);積層板13の導体箔18をパターンニングして導体配線16を形成する。図5(E);配線形成された積層板13に絶縁層付導体箔を重ねる。図5(F);プレス加工によって積層板13と絶縁層付導体箔を接着する。図5(G);所定の位置にスルーホール14を形成する。図5(H);スルーホール14にめっき膜15を形成する。図5(I);外層の導体箔11をパターンニングして導体配線16を形成する。
【0030】
次いでスクリーン印刷による多層基板の作成例を示す。図6(A);積層板13の導体箔をパターンニングし、導体配線16する。図6(B);本発明の樹脂組成物のワニスをスクリーン印刷によって塗布,乾燥して絶縁層17を形成する。このとき、スクリーン印刷によって部分的に誘電率の異なる樹脂組成物を塗布し、異なる誘電率を有する絶縁層を絶縁層17と同一面内に形成することができる。図6(C);絶縁層17に導体箔11を重ね合わせ、プレス加工によって接着する。図6(D);所定の位置にスルーホール14を形成する。図6(E);スルーホール内にめっき膜15を形成する。図6(F);外層の導体箔11をパターンニングして導体配線16を形成する。
【0031】
本発明では、前述の例に限らず、種々の配線基板を形成することができる。例えば、配線形成を施した複数の積層板をプリプレグを介して一括積層し、高多層化することや、レーザー加工またはドライエッチング加工によって形成されるブラインドビアホールによって層間を電気的に接続するビルドアップ多層配線基板も作成できる。多層配線基板の作製にあたっては、各絶縁層の誘電率,誘電正接は任意に選択でき、異なる特性の絶縁層を混載して、低誘電損失,高速伝送,小型化,低価格化等の目的に応じて組み合わせることができる。
【0032】
本発明の低誘電正接樹脂組成物を絶縁層として用いることによって誘電損失が小さく高周波特性に優れた高周波用電子部品を得ることができる。更に前述のような多層配線基板の作成方法により導体配線内に素子パターンを組み込むことによって種々の機能を有する高性能な高周波用電気部品が得られる。一例としては、キャパシタ,インダクタ,アンテナの少なくとも一つの機能を有する多層配線基板が作製できる。また、例えば、必要によって各種実装部品と組み合わせることによって、バルトランス回路,フィルター回路,カプラ,電圧制御発信器,パワーアンプ,RFモジュール等を作製することができる。
【0033】
(実施例)
以下、各電子部品に要求される要求特性に基づいて本発明の電子部品について説明する。
【0034】
表1,表2に本発明に用いた樹脂組成物の組成及びその特性を示す。表中の組成比は重量比を表す。以下に実施例で使用した試薬の名称,合成方法,ワニスの調製方法及び硬化物の評価方法を説明する。
【0035】
(1)1,2−ビス(ビニルフェニル)エタン(BVPE)の合成
1,2−ビス(ビニルフェニル)エタン(BVPE)は、以下に示すような公知の方法で合成した。500mlの三つ口フラスコにグリニャール反応用粒状マグネシウム(関東化学製)5.36g(220mmol)をとり、滴下ロート,窒素導入管及びセプタムキャップを取り付けた。窒素気流下,スターラーによってマグネシウム粒を攪拌しながら、系全体をドライヤーで加熱脱水した。乾燥テトラヒドロフラン300mlをシリンジにとり、セプタムキャップを通じて注入した。溶液を−5℃に冷却した後、滴下ロートを用いてビニルベンジルクロライド(VBC,東京化成製)30.5g(200mmol)を約4時間かけて滴下した。滴下終了後、0℃/20時間、攪拌を続けた。反応終了後、反応溶液をろ過して残存マグネシウムを除き、エバポレーターで濃縮した。濃縮溶液をヘキサンで希釈し、3.6% 塩酸水溶液で1回、純水で3回洗浄し、次いで硫酸マグネシウムで脱水した。脱水溶液をシリカゲル(和光純薬製ワコーゲルC300)/ヘキサンのショートカラムに通して精製し、真空乾燥してBVPEを得た。得られたBVPEはm−m体(液状),m−p体(液状),p−p体(結晶)の混合物であり、収率は90%であった。1H−NMR によって構造を調べたところその値は文献値と一致した(6H−ビニル:α−2H,6.7,β−4H,5.7,5.2;8H−アロマティック:7.1〜7.35;4H−メチレン:2.9)。
【0036】
このBVPEを架橋成分として用いた。
【0037】
(2)その他の試薬
その他の高分子量体,架橋成分として、以下に示すものを使用した。
高分子量体;
PPE:アルドリッチ製,ポリ−2,6−ジメチル−1,4−フェニレンオキシド
PBD:アルドリッチ製,ポリ−1,4−ブタジエン;液状高分子量体
StBu:アルドリッチ製,スチレン−ブタジエン共重合体
硬化触媒;
25B:日本油脂製2,5−ジメチル−2,5−ビス(t−ブチルパーオキシ)ヘキシン−3(パーヘキシン25B)
難燃剤;
ヒシガード:日本化学工業製,赤燐粒子(ヒシガードTP−A10),平均粒径20μm
有機不織布;
クラレ製ベクトランMBBK(約50μ厚)
低誘電率絶縁体;
Z−36:東海工業製,硼珪酸ガラスバルーン(平均粒径56μm)
高誘電率絶縁体;
Ba−Ti系:1GHzにおける誘電率が70、密度=5.5g/cm3,平均粒子1.5μm のチタン酸バリウム系の無機フィラー
(3)ワニスの調製方法
所定量の組成とした樹脂組成物をクロロホルム又は無溶剤状態で混合,分散することによって樹脂組成物のワニスを作製した。
【0038】
(4)樹脂板の作製
前記、溶剤を含有するワニスはPETフィルムに塗布して乾燥した後に、これを剥離してポリテトラフルオロエチレン(以下、PTFEと略す)製のスペーサー内に所定量入れ、ポリイミドフィルム及び鏡板を介し、真空下で、加熱及び加圧して硬化物としての樹脂板を得た。加熱条件は、120℃/30分,150℃/30分,180℃/100分で、プレス圧力1.5MPa の多段階加熱とした。樹脂板の大きさは70×70×1.5mmとした。
【0039】
前記、無溶剤系のワニスはPTFE製スペーサー内に流し込み、窒素気流下、120℃/30分,150℃/30分,180℃/100分の加熱条件で硬化して樹脂板を得た。樹脂板の大きさは70×70×1.5mm とした。
【0040】
(5)プリプレグの作製
実施例において作製したプリプレグはすべて、樹脂組成物のワニスを所定の有機不織布に含浸して、室温にて約1時間,90℃で60分間乾燥することにより作製した。
【0041】
(6)プリプレグ硬化物の作製
積層板とした際のプリプレグの特性を知るため、前記の方法で作製したプリプレグを真空下、加熱及び加圧して模擬基板を作製した。加熱条件は120℃/30分,150℃/30分,180℃/100分,プレス圧力1.5MPa の多段階加熱とした。模擬基板は70×70×1.5mmとした。
【0042】
(7)誘電率及び誘電正接の測定
誘電率,誘電正接は空洞共振法(アジレントテクノロジー製8722ES型ネットワークアナライザー,関東電子応用開発製空洞共振器)によって、1GHzでの値を観測した。
【0043】
(8)難燃性
難燃性はサンプルサイズ70×3×1.5mm3の試料を用いてUL−94規格に従って評価した。
【0044】
【表1】
【0045】
【表2】
【0046】
(実施例1)
実施例1は本発明の高周波用電気部品の絶縁層の一例である。架橋成分として多官能スチレン化合物であるBVPEを用いているため、極めて低い誘電率と誘電正接を有する。本発明の樹脂組成物を用いて絶縁層を形成することによって誘電損失の小さな高周波用電気部品を作成することができる。
【0047】
(実施例2)
実施例2は実施例1に難燃剤として赤燐粒子を添加した樹脂組成物である。難燃剤を添加することによって樹脂組成物が難燃化でき、高周波用電気部品の安全性が向上する。
【0048】
(実施例3,4)
実施例3,4は実施例2の樹脂組成物に低誘電率絶縁体としてガラスバルーン(Z36)を添加した例である。Z36の添加量の増加に伴い誘電率は2.6 から1.8 に低下した。本樹脂組成物を絶縁層に用いた高周波用電気部品は誘電損失が小さく、高速伝送性が高くなる。
【0049】
(実施例5〜7)
実施例5〜7は実施例2の樹脂組成物に高誘電率絶縁体としてセラミック粒子(Ba−Ti系)を添加した。Ba−Ti系の含有率が増すにつれて誘電率は2.6 〜16に増加した。本樹脂組成物を絶縁層に用いた高周波用電気部品は誘電損失が小さく、小型の高周波用電気部品となる。
【0050】
(実施例8)
実施例8は有機不織布を基材とし、樹脂含有量50wt%となるように作成したプリプレグである。本プリプレグは、銅箔と積層接着して積層板とすることができる。また、積層板と積層板との間の接着層として用いることができる。本実施例のプリプレグを用いて作成した絶縁層は誘電率,誘電正接が低いので高速伝送,低誘電損失な高周波用電気部品の作成が可能となる。
【0051】
(実施例9)
実施例9は有機不織布を基材とし、樹脂含有量15wt%となるように作成したプリプレグである。本プリプレグは、銅箔と積層接着して積層板とすることができる。また、積層板と積層板の接着層として用いることができる。本実施例のプリプレグを用いて作成した絶縁層は高誘電率であるため回路の小型化が可能であり、誘電正接が低いので低誘電損失な高周波用電気部品の作成が可能となる。
【0052】
(実施例10)
実施例10は熱硬化性の成型用樹脂組成物の例である。本実施例の組成物を用いて種々の成型品の加工が可能である。本樹脂組成物の硬化物は誘電率,誘電正接が共に低いので該組成物から形成された絶縁層を有する電気部品は高速伝送性,低誘電損失性を有する高周波用電気部品となる。
【0053】
(実施例11)
実施例11は低誘電率,低誘電正接な硬化物を形成する液状樹脂組成物である。液状の樹脂組成物は、常温且つ低圧での注型が可能である。また、本発明の樹脂組成物から作成した絶縁層を有する高周波用電子部品は低誘電率,低誘電正接であることから高速伝送,低誘電損失な高周波用電子部品となる。
【0054】
本発明では、前述のような各種低誘電正接樹脂組成物を用いて、伝送特性の優れた高周波用電気部品を作成できる。該樹脂組成物から形成される絶縁層は誘電正接が低いので低誘電損失性を有する高効率な高周波用電気部品となる。
【0055】
(実施例12)
樹脂封止タイプの半導体装置を以下のように作製した。図7(A);周辺にリード端子19を有する絶縁基材20上に半導体チップ3を接着剤を介して搭載する。図7(B);リード端子19と半導体チップ内の電極をワイヤー配線7で接続する。図7(C);リード端子の一部を残して実施例10の樹脂組成物を用いてモールド成型した。硬化条件は圧力1.5MPa ,120℃/30分,150℃/30分,180℃/100分の多段階加熱とした。本半導体装置は配線を被覆している絶縁層が低誘電率,低誘電正接樹脂であるため、信号の伝送速度が高く、誘電損失に起因する信号の減衰も少ない。
【0056】
(実施例13)
樹脂封止タイプの半導体装置を以下のように作製した。図8(A);実施例8の低誘電率プリプレグ22と銅箔21を積層してプレス加工によって積層板を作成する。図8(B);積層板の表裏に配線23を形成する。図8(C);所定の位置にスルーホール14を形成し、スルーホール14内にめっき膜15を形成して積層板の表裏を電気的に接続する。図8(D);半導体チップ3の電極と積層板上の配線を金スタッドバンプ24で接合する。図8(E);所定の形状の低誘電率プリプレグ22と銅箔21の積層体をプレス加工によって積層接着する。図8(F);実施例11の樹脂組成物によって半導体チップ3を被覆し、加熱して低誘電率絶縁層8を形成する。図8(G);外層の銅箔21をパターンニングして外層配線を形成する。このように多層配線基板内に半導体チップを埋め込むとボンディングワイヤーを用いる必要がないので、伝送距離が短くなり、一層の低損失化がなされる。更に多層配線基板内及び表面には後述の各種素子を形成することができる。これにより高周波用電気部品の一層の小型化が可能となる。
【0057】
(実施例14)
樹脂封止タイプの半導体装置を以下のように作製した。テープオートメイテッドボンディング(TAB)法により生産される例を図9に示す。図9(A);不織布と実施例1の樹脂組成物からなるキャリアテープ25(樹脂含有率30〜50wt%)と銅箔21を重ねてプレス加工することによって、タブテープを作成する。プレス条件は180℃/100分,1.5MPa である。キャリアテープの膜厚はタブテープにフレキシビリティーを付与するために30〜100μmとする。図9(B);タブテープ上の銅箔21をパターンニングしてリード端子26を形成する。図9(C);半導体チップ3上の電極とタブテープ上のリード端子26を金スタッドバンプ24で接続する。図9(D);半導体チップ3を実施例11の低誘電率樹脂組成物で被覆して硬化する。硬化条件は120℃/30分,150℃/30分,180℃/100分の多段階加熱とする。本半導体装置は、キャリアテープ及び封止樹脂が共に誘電率,誘電正接が低いため低損失なテープキャリア型パッケージとなる。
【0058】
以上、半導体パッケージの作成例を示したが、その封止方法,封止形状,配線形成方法,接続方法は任意に選定できる。本発明の骨子は低誘電正接な樹脂組成物を用いて半導体チップ及び周辺の配線を保護,絶縁することであり、これによって低誘電損失かつ高速伝送を可能にするものである。
【0059】
(実施例15)
以下にインダクタ(コイル)の作成方法を示す。図10(A);実施例8の低誘電率プリプレグ22と銅箔21からなる積層板の所定の位置にスルーホール14を形成し、スルーホール14内にめっき膜15を形成する。次いで銅箔21をパターンニングして、両面にコイル回路28とパッド27を作成する。図10(B);低誘電率プリプレグ22と銅箔21を重ねてプレス加工によって積層接着する。図10(C);所定の位置にスルーホール14を形成し、スルーホール14内にめっき膜15を形成する。図10(D);外層の銅箔21をパターンニングして配線23を形成する。コイルパターンはスルーホールを介して更に積層することも可能であり、同一面内に複数のコイルパターンを形成し、配線で結合することも可能である。本インダクタは低誘電率,低誘電正接絶縁層で被覆されているため、誘電損失が非常に小さく高効率な回路となる。
【0060】
(実施例16)
以下にキャパシタ(コンデンサ)の作成方法を示す。図11(A);実施例9の高誘電率プリプレグ29と銅箔21を重ね合わせ、プレス加工によって積層板を作成した。図11(B);積層板の両面をパターンニングしてコンデンサパターン44,パッド27を形成する。図11(C);コンデンサパターンを有する積層板と高誘電率プリプレグ29と実施例8の低誘電率プリプレグ22,銅箔21を重ね合わせてプレス加工することによって積層接着する。硬化条件は180℃/100分,1.5MPa である。図11(D);所定の位置にスルーホール14を形成して、スルーホール14内にめっき膜15を形成する。図11(E);外層の銅箔をパターンニングして配線23を形成する。コンデンサ回路は更に多層化することができ、外層の配線を通じて並列に接続することもできる。これにより容量を調整できる。本コンデンサは誘電正接が低いことに起因して誘電損失を低減することができる。また、高誘電率化したことによってパターン面積を縮小でき、ひいては電気部品の小型化に寄与できる。
【0061】
(実施例17)
以下にバルトランスの作成例を示す。実施例9の高誘電率プリプレグと銅箔を用いて図12〜図18に示す配線基板a〜gを作成する。図12〜図14に示した配線基板a,cはグランド30と内層配線との接続を図るパッド27を有しており、配線基板bは両面にグランド層を有している。図15〜図18に示した配線基板d,e,f,gは、信号波長のλの四分の一の長さのスパイラル状の配線23と外部端子への接続を目的としたパッド27及び配線23を有する。a〜gの配線基板を高誘電率プリプレグを介して積層接着するとともに、スパイラル状の配線を、図19の等価回路を構成するようにスルーホール等で接続し、図20のバルトランスを形成する。図19の31〜34はλ/4の長さを有するスパイラル状の回路に対応する。本発明のバルトランスは、高誘電率な絶縁層を用いていることから波長短縮効果が高く、高周波用電気部品の小型化に寄与できる。また、本高誘電率絶縁層は誘電正接が非常に小さいので誘電損失が小さく、優れた高周波特性を示す。
【0062】
(実施例18)
以下に積層フィルターの作成例を示す。図21に等価回路,構成部材を図22に示す。実施例9の高誘電率プリプレグ29と銅箔21を用いて図21の等価回路の部品に対応する積層板を作成する。本積層板はストリップ回路36,コンデンサ回路37を有する配線基板(図22(a),(b))である。次いで高誘電率プリプレグ29を介して積層板a,bを積層接着し、図22(c)に示す積層フィルターを作製する。該積層フィルターの各回路は、端面を通じて外部電極38及びグランド30に接続する。なお、図22ではグランド30とストリップ回路36との接続回路を省略している。本積層フィルターによって所望の伝達特性が得られる。本発明の積層フィルターはその絶縁層の誘電正接が非常に小さく、高周波特性に優れており、ストリップライン共振器における誘電損失を低く抑えることができる。
【0063】
(実施例19)
以下にカプラの作成例を示す。図23は構成部材、図24はカプラの断面図、図25は内層回路の配線図、図26は等価回路を示す。図23(a),(d)はグランド30と外部端子や内層配線と接続するパッド27を有する配線基板である。図23(b),(c)はめっき膜15を有するスルーホール14で接続されたスパイラル状の配線23と配線23の末端に形成されたパッド27を有する配線基板である。各部材を図24に示すように本発明のプリプレグ22又は29を介して積層し、プレス加工によって接着する。次いで、内層と外層を電気的に接続するスルーホール14及びめっき膜15を形成する。図25の配線図に示すように配線23およびグランド30はスルーホール14に施しためっき膜15を介して積層基板表面のパッド27に接続されている。二つのスパイラル状の配線23はコイルであって、これによりトランスが形成される。このような構成とすることによって、図26の等価回路に対応したカプラが作成される。本カプラに広帯域化を求める場合には、実施例8の低誘電率プリプレグを用い、カプラの小型化を図る場合には実施例9の高誘電率プリプレグを用いる。本発明のカプラに用いる絶縁層は極めて低い誘電正接を有する。従って、本発明のカプラは誘電損失の小さな高効率なカプラとなる。
【0064】
(実施例20)
以下にアンテナ回路の作成例を示す。図27にアンテナの作製工程を示す。図27(A);本発明のプリプレグ22または29と銅箔21をプレス加工によって積層接着する。図27(B);両端にパッド27を有するアンテナ用となる配線23とを形成する。本実施例ではアンテナ長を使用周波数の約λ/4長となるようなリアクタンス素子として構成され、ミアンダ状に形成している。図27(C);アンテナを形成する配線23上にプリプレグ22または29及び銅箔21を積層し、プレス加工によって積層接着する。図27(D);外層の所定の位置にスルーホール14を形成し、スルーホール内にめっき膜15を形成する。図27(E);外層の銅箔をエッチングし、外部端子との接続を図るパッド27を形成する。アンテナ回路の絶縁層に実施例8の低誘電率プリプレグ22を用いた場合、広帯域の信号に対応できる。一方、絶縁層として実施例9の高誘電率プリプレグを使用した場合、波長の短縮硬化によって回路の小型化が可能となる。本発明のアンテナ回路は、非常に誘電正接が低いので誘電損失が少ない高効率のアンテナとなる。
【0065】
(実施例21)
電圧制御発振器(VOC)の作成例を示す。図28に断面図、図29に等価回路を示す。多層配線板は電源又は信号の配線23,インダクタ回路39,コンデンサ回路37,ストリップ回路36,グランド30,外部電極38,層間の接続を図るスルーホール配線(図中省略)等から形成される。更に半導体装置,レジスタ等の電子部品40をマウントし、図29に示す回路を形成する。各配線の絶縁層は回路の性質に応じて選択する。インダクタ回路39,配線23の絶縁層には誘電率,誘電正接が低い絶縁層が好ましく本例では実施例8の低誘電率プリプレグ22を用い、コンデンサ回路37,共振器を形成するストリップライン36の絶縁層には実施例10の高誘電率プリプレグ29を用いている。このような構成とすることで誘電損失が極めて小さく、小型で高性能な電圧制御発振器が作成できる。
【0066】
(実施例22)
パワーアンプの作成例を示す。図30に等価回路、図31に断面図を示す。パワーアンプはコンデンサ,インダクタ,半導体,レジスタ等の電子部品40を外層に搭載又は形成し、ストリップ回路36,グランド30,電源回路(図中省略)、それぞれの電子部品を結合するスルーホール(図中省略),配線23を多層基板内及び表面に形成することによって作成される。本装置の絶縁層に低誘電率プリプレグ22を用いた場合、高速伝送,低誘電損失化がなされ、高誘電率プリプレグ29を用いた場合、回路の小型化,低誘電損失化がなされる。
【0067】
(実施例23)
RFモジュールの作成例を示す。図32に断面図を示す。RFモジュールはコンデンサ回路37,インダクタ回路39,アンテナ回路41,ストリップ回路36,半導体42,レジスタ43を多層基板の内層または外層に設置して各部品を配線23,スルーホール(図中省略)で接続することによって形成される。本装置の絶縁層に低誘電率プリプレグ22を用いることによって高速伝送,低誘電損失化がなされ、一方、高誘電率プリプレグ29を用いることによって回路の小型化,低誘電損失化がなされる。
【0068】
以上の実施例によれば、高周波特性に優れた低誘電正接樹脂組成物を絶縁層とする各種高周波用電子部品が製造される。本電子部品はその絶縁層が低誘電正接であることから誘電損失が小さく効率の良い高周波用電子部品となる。また、低誘電正接樹脂組成物を高誘電率化することによって高周波用電気部品の小型化がなされる。
【0069】
【発明の効果】
本発明によれば、高周波特性に優れた低誘電正接樹脂組成物を絶縁層とする各種高周波用電子部品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の高周波用半導体装置の構造例である。
【図2】本発明の高周波用半導体装置の構造例である。
【図3】本発明の多層配線基板の作成例を示す図である。
【図4】本発明の多層配線基板の作成例を示す図である。
【図5】本発明の多層配線基板の作成例を示す図である。
【図6】本発明の多層配線基板の作成例を示す図である。
【図7】本発明の樹脂封止タイプの高周波用半導体装置の作成例を示す図である。
【図8】本発明の樹脂封止タイプの高周波用半導体装置の作成例を示す図である。
【図9】本発明の樹脂封止タイプの高周波用半導体装置の作成例を示す図である。
【図10】本発明のインダクタの作成例を示す図である。
【図11】本発明のキャパシタの作成例を示す図である。
【図12】本発明のバルトランスを形成する積層板を表す図である。
【図13】本発明のバルトランスを形成する積層板を表す図である。
【図14】本発明のバルトランスを形成する積層板を表す図である。
【図15】本発明のバルトランスを形成する積層板を表す図である。
【図16】本発明のバルトランスを形成する積層板を表す図である。
【図17】本発明のバルトランスを形成する積層板を表す図である。
【図18】本発明のバルトランスを形成する積層板を表す図である。
【図19】本発明のバルトランスの等価回路を表す図である。
【図20】本発明のバルトランスを表す図である。
【図21】本発明の積層フィルターの等価回路を表す図である。
【図22】本発明の積層フィルターの構成部材を表す図である。
【図23】本発明のカプラの構成部材を表す図である。
【図24】本発明のカプラを表す図である。
【図25】本発明のカプラの内装配線図である。
【図26】本発明のカプラの等価回路を表す図である。
【図27】本発明のアンテナの作成例を示す図である。
【図28】本発明の電圧制御発信器を表す図である。
【図29】本発明の電圧制御発信器の等価回路を表す図である。
【図30】本発明のパワーアンプの等価回路を表す図である。
【図31】本発明のパワーアンプを表す図である。
【図32】本発明のRFモジュールを表す図である。
【符号の説明】
1…基材、2…凹部、3…半導体チップ、4…カバー、5…シール材、6…端子、7…ワイヤー配線、8…低誘電率絶縁層、9…リードフレーム、10…プリプレグ、11…導体箔、13…積層板、14…スルーホール、15…めっき膜、16…導体配線、17…絶縁層、18…絶縁層付導体箔、19…リード端子、20…絶縁基材、21…銅箔、22…低誘電率プリプレグ、23…配線、24…金スタッドバンプ、25…キャリアテープ、26…リード端子、27…パッド、28…コイル回路、29…高誘電率プリプレグ、30…グランド、31〜34,36…ストリップ回路、35…グランド端子、37…コンデンサ回路、38…外部電極、39…インダクタ回路、40…電子部品、41…アンテナ回路、42…半導体、43…レジスタ、44…コンデンサパターン。
Claims (10)
- 0 . 3〜100GHz の電気信号を伝送する導体配線と熱硬化性樹脂組成物の硬化物である絶縁層とを有する高周波用電子部品であって、前記絶縁層が下記一般式(I)で表される架橋成分の架橋構造体を含有し、1GHzにおける誘電率が1 . 5〜3 . 0である絶縁層を有し、該絶縁層が平均粒径0 . 2 〜100μmの低誘電率樹脂粒子,中空樹脂粒子,中空ガラスバルーン,空隙から選ばれる少なくとも一種類の低誘電率相を含有していることを特徴とする高周波用電子部品。
- 請求項3に記載の高周波用電子部品において、前記絶縁層が平均粒径0.2 〜100
μmのセラミック粒子または絶縁処理を施した金属粒子を含有していることを特徴とする高周波用電子部品。 - 0 . 3〜100GHz の電気信号を伝送する導体配線と熱硬化性樹脂組成物の硬化物である絶縁層とを有する高周波用電子部品であって、前記絶縁層が下記一般式(I)で表される架橋成分の架橋構造体を含有し、前記絶縁層が第二の架橋成分としてフェノール樹脂,エポキシ樹脂,シアネート樹脂,ビニルベンジルエーテル樹脂または熱硬化性ポリフェニレンエーテル樹脂のいずれかを含有していることを特徴とする高周波用電子部品。
- 請求項6に記載の高周波電子部品がテープキャリア型パッケージであることを特徴とする高周波用電子部品。
- 請求項6に記載の高周波電子部品において、前記半導体チップは配線基板上にベアチップ実装されていることを特徴とする高周波用電子部品。
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