JP4438735B2

JP4438735B2 - フッ素樹脂プリント基板

Info

Publication number: JP4438735B2
Application number: JP2005316655A
Authority: JP
Inventors: 正守赤松
Original assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Current assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Priority date: 2005-10-31
Filing date: 2005-10-31
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2025-10-31
Also published as: JP2007123712A

Description

本発明は、電子機器、通信機器等の高周波帯域で使用され、主として小型化が要望されている機器類に用いられるフッ素樹脂プリント基板に関する。

近年、高度情報化社会の到来に伴い、通信手段の革新が著しく、携帯電話やＩＴＳ関連等においては、情報伝達はより高速化、高周波化の傾向にある。携帯電話等の携帯用機器においては、プリント配線板の小型化が不可欠であったため、誘電率の高いプリント配線板が要望されてきた。そこで、本出願人は、高誘電率のプリント基板を提案した（例えば、特許文献１参照）。
特許第３１５３５１１号公報

しかしながら、前記プリント基板により１０以上の高誘電率は達成されたが、基板の厚み精度及びスルーホール信頼性が十分とはいえなかった。さらに、基板成形時に基板に膨れが発生するという問題があった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、１０以上の高誘電率を達成できるとともに、基板の厚み精度及びスルーホール信頼性に優れ、基板成形時に基板に膨れが発生しないフッ素樹脂プリント基板を提供することを目的としている。

本発明のフッ素樹脂プリント基板は、プリプレグ積層体の少なくとも片面側に、所定の導体パターンを形成する金属箔を配してなる誘電率が１０以上のプリント基板において、
前記プリプレグ積層体が、フッ素樹脂、チタン酸ストロンチウム及びポリオキシエチレン多環フェニルエーテルを主成分とする界面活性剤１〜２重量％を含む水性ディスパージョンを、Ｈガラスのガラスクロスに含浸及び乾燥させてなる第１プリプレグを有していることを特徴としている。

このフッ素樹脂プリント基板によれば、第１プリプレグの基材として、誘電率が高い（誘電率１１．６）Ｈガラスのガラスクロス（以下、「Ｈガラスクロス」ということもある）を用い、このＨガラスクロスに、誘電率が１００以上の無機充填剤（以下、「無機充填剤」ということもある）を含浸させているので、より少ない量の無機充填剤で１０以上の誘電率を達成することができる。さらに、ポリオキシエチレン多環フェニルエーテルを主成分とする界面活性剤（以下、「界面活性剤」ということもある）を用いて、フッ素樹脂及び無機充填剤を均一且つ良好に分散させることにより、水性ディスパージョンのＨガラスクロスへのなじみがよくなって含浸性が上がるために、水性ディスパージョンの含浸量を少なくすることができる。これにより、第１プリプレグ１枚１枚の厚みが薄くなるため、プリント基板を形成したときの厚み精度が向上する。また、第１プリプレグの厚みが薄くなることにより、Ｚ方向の熱膨張が抑えられ、これによりスルーホール信頼性が向上する。さらに、水性ディスパージョンに加えられた界面活性剤の熱分解温度が基板成形温度よりも高いので、基板成形時にプリント基板に膨れが発生しない。

前記フッ素樹脂プリント基板において、チタン酸ストロンチウム化チタンは、誘電率が非常に高いので（チタン酸ストロンチウム：３６０）、より少ない含浸量で高誘電率を達成することが可能となる。

また、本発明のフッ素樹脂プリント基板は、前記プリプレグ積層体が、前記第１プリプレグ及びフッ素樹脂をＨガラスのガラスクロスに含浸及び乾燥させてなる第２プリプレグを有し、当該第２プリプレグが前記金属箔に接して配置されていてもよい。
この場合、金属箔に接する第２プリプレグは、Ｈガラスのガラスクロスにフッ素樹脂のみを含浸させたものであって、無機充填剤等が含まれていないため、フッ素樹脂が有するアンカー効果により金属箔とフッ素樹脂との間の密着性が改善されて、密着性のよいプリント基板が得られる。

本発明によれば、１０以上の高誘電率を達成できるとともに、基板の厚み精度及びスルーホール信頼性に優れ、基板成形時に基板に膨れが発生しないフッ素樹脂プリント基板を得ることができる。

図１は、本発明の実施の形態に係るフッ素樹脂プリント基板１を示す断面図である。フッ素樹脂プリント基板１は、第１プリプレグ４及び第２プリプレグ５を有するプリプレグ積層体２の両面側に、所定の導体パターンを形成する金属箔としての銅箔３を配してなり、この銅箔３に接して第２プリプレグ５が配置されている。すなわち、フッ素樹脂プリント基板１は、第１プリプレグ４が２枚積層され、その上下面に第２プリプレグ５が、最外層に銅箔３が配置された構成である。なお、第１プリプレグは２層のものが図示されているが、積層数は何層でもよい。

プリプレグ積層体２は、第１プリプレグ４及び第２プリプレグ５を有しており、第１プリプレグ４は内層を構成し、第２プリプレグ５は銅箔３と接する外層を構成している。
第１プリプレグ４は、フッ素樹脂７、誘電率が１００以上の無機充填剤８及びポリオキシエチレン多環フェニルエーテルを主成分とする界面活性剤を含む水性ディスパージョンを、Ｈガラスのガラスクロス（Ｈガラスクロス）６に含浸及び乾燥させてなる。

Ｈガラスクロス６は、誘電率が１１．６のチタニア・ケイ酸（ＳｉＯ_２−ＢａＯ_２−ＴｉＯ_２）ガラス組成物繊維である。誘電率が高いので、プリント基板の高誘電率化が容易になる。
そして、Ｈガラスクロス６には、フッ素樹脂７、誘電率が１００以上の無機充填剤８及びポリオキシエチレン多環フェニルエーテルを主成分とする界面活性剤を含む水性ディスパージョンが含浸されている。
フッ素樹脂７としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が用いられるが、これ以外にも、例えば、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（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＥ）、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（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）を用いることができる。

誘電率が１００以上の無機充填剤８としては、誘電率が３６０と非常に高いチタン酸ストロンチウムが用いられる。誘電率が非常に高いので、少ない含浸量でプリント基板の高誘電率化を可能にする。
さらに、フッ素樹脂７及び無機充填剤８の分散性、含浸性を向上させるために、水性ディスパージョンにポリオキシエチレン多環フェニルエーテルを主成分とする界面活性剤が添加されている。この界面活性剤として、具体的には、下記式：

で示されるポリオキシエチレン多環フェニルエーテルを９９％以上含有するＮｅｗｃｏｌ７１０（日本乳化剤株式会社製、商品名）が使用される。
第２プリプレグ５は、上述のＨガラスクロス６に上述のフッ素樹脂７を含浸及び乾燥させてなる。フッ素樹脂７としては、ＰＴＦＥ及びＰＦＡが用いられる。フッ素樹脂７のみが含浸されて無機充填剤８等が全く含まれない第２プリプレグ５が銅箔３と第１プリプレグ４の間に配置されることにより、フッ素樹脂７が有するアンカー効果により金属箔３とフッ素樹脂７の密着性が改善される。

上記フッ素樹脂プリント基板１は、誘電率が高いＨガラスクロスに、１００以上の非常に高い誘電率を有する無機充填剤を含浸させた第１プリプレグを使用しているので、より少ない量の無機充填剤で１０以上の誘電率を達成することができる。さらに、ポリオキシエチレン多環フェニルエーテルを主成分とする界面活性剤を用いて、フッ素樹脂及び無機充填剤を均一且つ良好に分散させた水性ディスパージョンを使用することにより、水性ディスパージョンのＨガラスクロスへのなじみがよくなるために含浸性が上がり、このことによっても含浸量を少なくすることができる。これにより、第１プリプレグ１枚１枚の厚みを薄くすることができるので、プリント基板を形成したときの厚み精度が向上する。また、第１プリプレグの厚みが薄くなることにより、Ｚ方向線熱膨張係数が低下してスルーホール信頼性が向上する。さらに、使用する界面活性剤が基板成形温度（約３８０℃）では熱分解しないので、基板成形時にプリント基板に膨れが発生することもない。
そして、フッ素樹脂プリント基板１は、銅箔３と第１プリプレグ４の間に、Ｈガラスクロス６にフッ素樹脂７のみを含浸させた第２プリプレグ５が配置されていることにより、フッ素樹脂７が有するアンカー効果により銅箔３とフッ素樹脂７の密着性が改善され、プリプレグ積層体２と銅箔３との密着性が向上する。

本発明において、前述の実施形態に限らず、本発明の範囲内で適宜変更が可能である。
金属箔としては、銅箔４を用いているが、アルミニウム、鉄、ステンレス、ニッケル等の金属又はこれらの合金の箔を使用してもかまわない。
上記実施形態では、プリプレグ積層体２の内層として第１プリプレグ４のみが積層されているが、本発明のフッ素樹脂プリント基板１は、プリプレグ積層体２の少なくとも片面側に銅箔３が配置され、この銅箔３に接して第２プリプレグ５が配置されていればよく、この第２プリプレグ５の銅箔３と接触しない面の下に、第１プリプレグ４と第２プリプレグ５とを交互に積層させてもかまわないし、第１プリプレグ４のみを数枚積層した後、第２プリプレグ５のみを複数枚積層してもかまわない。

（実施例１）
誘電率３６０のチタン酸ストロンチウム（富士チタン工業（株）製ＳＴ）を１〜２重量％の界面活性剤（日本乳化剤（株）製Ｎｅｗｃｏｌ７１０）の存在下、平均粒径０．２〜０．５μｍ、比重２．１３〜２．２２、比誘電率２．１のＰＴＦＥ中に配合比約６０ｖｏｌ％で均一に混合して水性ディスパージョンを得た。このディスパージョンをガラス坪量１４０ｇ／ｍ^２のＨガラスクロス（（株）有沢製作所製Ｈ１４８５−５４５）にディッピング法により含浸させ、次いで約１００℃で乾燥して脱水し、次いで３０５℃でベーキングして界面活性剤を除去し、Ｈガラスクロス上に未シンター状態の含浸層を形成した。続いて、上記各工程を３回繰り返し、第１プリプレグを得た。この時の樹脂含浸率は、７１％であった。
上述のＨガラスクロスに、上述のＰＴＦＥの水性ディスパージョンをディッピング法により２〜４回含浸させ、最後に比誘電率２．１、比重２．１２〜２．１７のＰＦＡ樹脂（融点３００〜３１０℃）の水性ディスパージョンをディッピング法により含浸させ、約１００℃にて脱水後、３７０℃にてベーキングして界面活性剤を除去して第２プリプレグを得た。
次いで、第１プリプレグを２０枚積層させ、その両外側にこの第２プリプレグを配置し、その両外側に銅箔を配置し、次いで焼成温度３８０℃、成形面圧１０ＭＰａの成形条件で８０分間焼成及び加圧成形し、実施例１のプリント基板（基板厚み３．２ｍｍ）を得た。

（比較例１）
無機充填剤として、チタン酸ストロンチウムの代わりに酸化チタン（誘電率１２０、富士チタン工業（株）製ＴＭ−１）を使用する以外は実施例１と同様にして比較例１のフッ素樹脂基板を作製した。

（比較例２）
無機充填剤として、チタン酸ストロンチウムの代わりに比較例１と同様の酸化チタンを使用し、界面活性剤としてＮｅｗｃｏｌ７１０の代わりにトライトンＸを使用する以外は実施例１と同様にして比較例２のフッ素樹脂基板を作製した。

（比較例３）
平均粒径１．０μｍ、比重４．２の酸化チタン粒子を適量の界面活性剤トライトンＸの存在下、平均粒径０．２〜０．５μｍ、比重２．１３〜２．２２、比誘電率２．１のＰＴＦＥ中に配合比約６０ｖｏｌ％で均一に混合して水性ディスパージョンを得た。このディスパージョンを厚み６０μｍのＥガラスクロス（（株）有沢製作所製♯１０８クロス）にディッピング法により含浸させ、次いで約１００℃で乾燥して脱水し、次いで３０５℃でベーキングして界面活性剤を除去し、Ｅガラスクロス上に未シンター状態の配合含浸層を形成した。続いて、上記各工程を３回繰り返し、約８０μｍの粒子含有ＰＴＦＥ層を有する第１プリプレグを得た。この時の樹脂含浸率は、６５％であった。
この第１プリプレグ上に、比誘電率２．１、比重２．１２〜２．１７のＰＦＡ樹脂（融点３００〜３１０℃）のみの水性ディスパージョンをディッピング法により含浸させ、約１００℃にて脱水後、３７０℃にてベーキングして界面活性剤を除去し、第１プリプレグ上に未シンター状態のＰＦＡ含浸層を形成し、最終的に厚み９５μｍの第２プリプレグを得た。
次いで、第１プリプレグを８枚積層させ、その両外側にこの第２プリプレグを配置し、その両外側に銅箔を配置し、次いで焼成温度３８０℃、成形面圧１０ＭＰａの成形条件で８０分間焼成及び加圧成形し、比較例３のプリント基板を得た。

実施例１及び比較例１〜３のフッ素樹脂基板の３０ＧＨｚ及び１ＧＨｚにおける誘電特性（誘電率及び誘電正接）、吸水率、基板成形時膨れ、基板厚み精度、厚みＺ方向線膨張係数、スルーホール信頼性の評価結果を、使用したガラスクロス、無機充填剤、界面活性剤の種類及び無機充填剤の含浸量とともに表１に示す。

なお、測定方法は、誘電率及び誘電正接については、円板共振器ストリップライン法を用い、吸水率については、ＪＩＳ−Ｃ６４８１−１９９６（プリント配線板用銅張積層板試験方法）を使用した。基板成形時膨れについては、約３８０℃で基板を成形するときに膨れが無いものを○、膨れがあるものをラと評価した。基板厚み精度は、実施例１及び比較例１〜３のフッ素樹脂基板の厚みを３．２ｍｍにして比較した。
スルーホール信頼性は、図２のテストパターン（全穴数：２００穴（２．５４ｍｍ格子）ラ２系列、穴径：０．９ｍｍφ、ランド径：１．３ｍｍφ、線幅：０．２ｍｍ、ドリル加工条件；回転数：６０，０００ｒｐｍ、送り速度：５０μｍ／ｒｅｖ、重ね枚数：２枚）に銅スルーホールめっきをした試験片を作製し、２６０℃のオイルに１０秒間浸漬→２０℃の水に１０秒間浸漬→エアブローを１サイクルとする熱衝撃を与え、断線までのサイクル回数をカウントした。

表１に示すように、比較例１〜３では、無機充填剤を４００〜６００ｇ／ｍ²含浸させなければ１０以上の誘電率が得られないのに対し、実施例１では、２８０ｇ／ｍ²の含浸量で１０以上の誘電率を達成することができる。また、実施例１のプリント基板は、比較例１〜３のプリント基板に比べて、基板厚み精度に優れており、厚みＺ方向線膨張係数が低く、スルーホール信頼性が改善されている。比較例２〜３のプリント基板が基板成形時に膨れが発生するのに対して、実施例１のプリント基板は基板成形時に膨れが発生しない。実施例１の誘電正接及び吸水率は比較例１〜３と同レベルであった。

本発明のフッ素樹脂プリント基板を示す断面図である。実施例においてスルーホール信頼性試験に用いる試験片のテストパターンを示す図である。

符号の説明

１フッ素樹脂プリント基板
２プリプレグ積層体
３金属箔（銅箔）
４第１プリプレグ
５第２プリプレグ
６Ｈガラスクロス
７フッ素樹脂
８誘電率が１００以上の無機充填剤

Claims

プリプレグ積層体の少なくとも片面側に、所定の導体パターンを形成する金属箔を配してなる誘電率が１０以上のフッ素樹脂プリント基板において、
前記プリプレグ積層体が、フッ素樹脂、チタン酸ストロンチウム及びポリオキシエチレン多環フェニルエーテルを主成分とする界面活性剤１〜２重量％を含む水性ディスパージョンを、Ｈガラスのガラスクロスに含浸及び乾燥させてなる第１プリプレグを有していることを特徴とするフッ素樹脂プリント基板。
前記プリプレグ積層体が、前記第１プリプレグ及びフッ素樹脂をＨガラスのガラスクロスに含浸及び乾燥させてなる第２プリプレグを有し、当該第２プリプレグが前記金属箔に接して配置されている請求項１に記載のフッ素樹脂プリント基板。