JP5140317B2 - Composite dielectrics and their use - Google Patents

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JP5140317B2 JP2007134704A JP2007134704A JP5140317B2 JP 5140317 B2 JP5140317 B2 JP 5140317B2 JP 2007134704 A JP2007134704 A JP 2007134704A JP 2007134704 A JP2007134704 A JP 2007134704A JP 5140317 B2 JP5140317 B2 JP 5140317B2
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Description

本発明は、高い誘電率と低い誘電正接を有する複合誘電体とその利用に関する。   The present invention relates to a composite dielectric having a high dielectric constant and a low dielectric loss tangent and use thereof.

近年、電子機器の小型化と高周波への対応やノイズの低減のために、プリント配線板内に電子部品、特にコンデンサ(キャパシタ)をシート状にして内部に組み込んで多層基板化する技術が提案されており、この技術は、今後、益々進展するとみられている。このように、基板内に組み込まれたコンデンサは、内蔵キャパシタ(Embedded Capacitor)と呼ばれており、近年、種々の提案や改良がなされてきている。   In recent years, in order to reduce the size of electronic equipment, to cope with high frequencies, and to reduce noise, a technology has been proposed in which electronic components, particularly capacitors (capacitors) are incorporated into a printed wiring board in the form of a sheet to form a multilayer board. This technology is expected to progress further in the future. Thus, the capacitor incorporated in the board is called an embedded capacitor, and various proposals and improvements have been made in recent years.

このようにコンデンサが内蔵された配線板への搭載可能部品点数は飛躍的に増大し、更に、コンデンサがリード線なしに直接基板に接続されるため、従来の電子部品としてのコンデンサを半田で接続した配線板に比べて、ノイズが大幅に低減される特徴を有している。また、リード線なしに基板に電子部品が搭載される表面実装型の配線板についても、内蔵キャパシタ方式を用いることによって、部品間を接続する配線長さが著しく短縮される。かくして、電子機器の小型化、高周波対応、ノイズ低減のために、この内蔵キャパシタ方式は、革新的な技術として非常に注目されている。   In this way, the number of components that can be mounted on a wiring board with a built-in capacitor has increased dramatically, and since the capacitor is directly connected to the board without a lead wire, the capacitor as a conventional electronic component is connected with solder. Compared to the printed wiring board, the noise is greatly reduced. In addition, for a surface mount type wiring board in which electronic components are mounted on a substrate without lead wires, the wiring length for connecting the components is remarkably shortened by using the built-in capacitor method. Thus, in order to reduce the size of electronic devices, to cope with high frequencies, and to reduce noise, this built-in capacitor method has received much attention as an innovative technology.

これまでの内蔵キャパシタ技術の進展は、多数の特許文献によって知ることができる(例えば、特許文献1〜9参照)。 それらには、コンデンサ素子自体を基板内に埋め込む初期の形態から、チタン酸バリウムのような誘電体セラミック粉末を含むグリーンシートを基板上に形成した後、これを1000℃程度の高温で焼成して、高誘電性素子を形成するものまで、種々の形態が記載されている。しかしながら、それらの方法によれば、誘電体粉末を焼結するために1000℃もの高温を基板に加える必要があるので、実用的な観点からは製造コストが高い難点がある。   The progress of the built-in capacitor technology so far can be known from many patent documents (for example, see Patent Documents 1 to 9). For example, a green sheet containing dielectric ceramic powder such as barium titanate is formed on the substrate from the initial form in which the capacitor element is embedded in the substrate, and then fired at a high temperature of about 1000 ° C. Various forms are described, including those for forming a high dielectric element. However, according to these methods, in order to sinter the dielectric powder, it is necessary to apply a high temperature as high as 1000 ° C. to the substrate.

これに対して、チタン酸バリウムや酸化チタン等の誘電体セラミック粉末の粉末をエポキシ樹脂やフェノール樹脂等のようなバインダーポリマーに分散させた誘電体複合シートを銅箔の間に挟み、その両面にリソグラフィー処理を施して、所要の箇所に電極を形成し、これを配線板に接続して、内蔵キャパシタとする方法が提案されている。但し、この場合には、チタン酸バリウムの数千という高い誘電率は、複合誘電体シート化することにより数十程度に激減する。このことは、強誘電体のチタン酸バリウム粉体間にバインダーポリマーが介在し、樹脂の成形温度程度では連続した焼結誘電体膜が形成されないためであるといわれている。   On the other hand, a dielectric composite sheet in which a dielectric ceramic powder such as barium titanate or titanium oxide is dispersed in a binder polymer such as an epoxy resin or a phenol resin is sandwiched between copper foils on both sides. A method has been proposed in which an electrode is formed at a required location by performing a lithography process, and this is connected to a wiring board to form a built-in capacitor. However, in this case, the high dielectric constant of thousands of barium titanate is drastically reduced to several tens by forming a composite dielectric sheet. This is said to be because a binder polymer is interposed between the ferroelectric barium titanate powders, and a continuous sintered dielectric film is not formed at about the molding temperature of the resin.

このように、複合誘電体化した場合には、高誘電性セラミックスに比べて、誘電率は低いが、それでも、多層配線板において、IC素子の下に設置した複合誘電体によるノイズ低減効果は明らかに認められている。かくして、量産プロセス的に容易な複合誘電体シート型のコンデンサは、誘電率が低いという問題を有するにしても、ノイズ低減効果を図るためには、有用な手段であり、かくして、複合誘電体の誘電率を少しでも高めるための種々の提案と改良がなされてきている。   As described above, when the composite dielectric is used, the dielectric constant is lower than that of the high dielectric ceramics. However, in the multilayer wiring board, the noise reduction effect by the composite dielectric placed under the IC element is still clear. Is recognized. Thus, a composite dielectric sheet type capacitor that is easy in mass production process is a useful means for achieving a noise reduction effect even if it has a problem that the dielectric constant is low. Various proposals and improvements have been made to increase the dielectric constant as much as possible.

複合誘電体の誘電率は、既に知られているように(非特許文献1参照)、複合誘電体の誘電率をε、バインダーポリマーの誘電率をε1、フィラー(誘電体セラミック粉末)の誘電率をε2、フィラーの充填率をfとすれば、
log ε = (1-f)log ε1+ f log ε2 … (1)
で表される。
As already known (see Non-Patent Document 1), the dielectric constant of the composite dielectric is ε, the dielectric constant of the binder polymer is ε 1 , and the dielectric of the filler (dielectric ceramic powder) If the rate is ε 2 and the filling factor of the filler is f,
log ε = (1-f) log ε 1 + f log ε 2 … (1)
It is represented by

従って、バインダーポリマーの誘電率が高いほど、また、フィラーの誘電率が高いほど、更に、フィラーの充填率が高いほど、得られる複合誘電体の誘電率が高くなる。即ち、用いるフィラーの誘電率と充填率が同じであれば、用いるバインダポリマーの誘電率が高いほど、得られる複合誘電体の誘電率は高くなる。そして、複合誘電体の誘電率を高くすることができれば、コンデンサの静電容量を大きくすることができるので、結果として、電極面積を小さくすることができ、かくして、機器の小型化、高密度化、ノイズ低減に寄与できる。   Therefore, the higher the dielectric constant of the binder polymer, the higher the dielectric constant of the filler, and the higher the filling rate of the filler, the higher the dielectric constant of the resulting composite dielectric. That is, if the filler used has the same dielectric constant as the filling factor, the higher the dielectric constant of the binder polymer used, the higher the dielectric constant of the resulting composite dielectric. If the dielectric constant of the composite dielectric can be increased, the capacitance of the capacitor can be increased. As a result, the electrode area can be reduced, and thus the device can be reduced in size and density. Can contribute to noise reduction.

また、配線板を伝送する信号の伝送損失を小さくするためには、内蔵キャパシタの誘電正接(以下、tanδという。)が低いことが実用上非常に重要であり、例えば、液晶芳香族ポリエステルをバインダーポリマーとして用いることによって解決しようとする試みも提案されている(特許文献9参照)。   In addition, in order to reduce the transmission loss of a signal transmitted through the wiring board, it is very practically important that the built-in capacitor has a low dielectric loss tangent (hereinafter referred to as tan δ). There has also been proposed an attempt to solve the problem by using it as a polymer (see Patent Document 9).

このように、tanδの小さい高誘電性ポリマーをバインダーとして用いることが高誘電性の複合体を得るうえで重要であるが、高誘電性のポリマーは、往々にして、tanδが高く、従来、誘電率とtanδのバランスのよいバインダーポリマーは知られていない。例えば、高誘電性ポリマーとして有名であり、有機ELにおいて検討されているシアノエチルプルランは、誘電率は非常に高いが、tanδも大きいので、実際問題としては、複合誘電体の製造に用いることができない。
特開平5−218615号公報 特開平8−181453号公報 特許第3062413号公報 特許第3323083号公報 特許第3199664号公報 特許第3489728号公報 特許第3398351号公報 特許第3510227号公報 特開2005−29700号公報 ‘96 Conf. of the IEEE Int. Symp. on Elect. Insul.,“Effect of Fillers on the Dielectric Properties of Polymers”
As described above, it is important to use a high dielectric polymer having a small tan δ as a binder in order to obtain a high dielectric composite. However, a high dielectric polymer often has a high tan δ and has conventionally been a dielectric. No binder polymer with a good balance between rate and tanδ is known. For example, cyanoethyl pullulan, which is well-known as a high dielectric polymer and has been studied in organic EL, has a very high dielectric constant but also a large tan δ. Therefore, in practice, it cannot be used for the production of composite dielectrics. .
JP-A-5-218615 JP-A-8-181453 Japanese Patent No. 3062413 Japanese Patent No. 3323083 Japanese Patent No. 3199664 Japanese Patent No. 3487728 Japanese Patent No. 3398351 Japanese Patent No. 3510227 JP 2005-29700 A '96 Conf. Of the IEEE Int. Symp. On Elect. Insul., “Effect of Fillers on the Dielectric Properties of Polymers”

そこで、本発明は、誘電率を高くしながら、tanδを低く抑えた、誘電体セラミック粉末を充填した複合誘電体とその利用を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a composite dielectric filled with a dielectric ceramic powder, in which tan δ is kept low while increasing the dielectric constant, and use thereof.

本発明によれば、一般式(I)   According to the invention, the general formula (I)

Figure 0005140317
Figure 0005140317

(式中、m及びnはそれぞれ繰り返し単位中のキノンジイミン構造単位及びフェニレンジアミン構造単位のモル分率を示し、0≦m≦1、0≦n≦1、m+n=1である。)
を繰り返し単位として有するポリアニリンに誘電体セラミック粉末を分散させてなる複合誘電体が提供される。特に、本発明によれば、上記複合誘電体からなる複合誘電体シートが提供される。
(In the formula, m and n respectively represent the molar fractions of the quinonediimine structural unit and the phenylenediamine structural unit in the repeating unit, and 0 ≦ m ≦ 1, 0 ≦ n ≦ 1, and m + n = 1.)
There is provided a composite dielectric obtained by dispersing a dielectric ceramic powder in polyaniline having a repeating unit. In particular, according to the present invention, a composite dielectric sheet comprising the above composite dielectric is provided.

更に、本発明によれば、上記複合誘電体シートを挟んで、その両側に導電性基材を配置してなるコンデンサと上記コンデンサを基板内に有する配線板が提供される。
また、本発明によれば、上記一般式を繰り返し単位として有するポリアニリンの溶液に誘電体セラミック粉末を分散させてなる複合誘電体スラリーが提供される。
Further, according to the present invention, there is provided a capacitor having a conductive base material disposed on both sides of the composite dielectric sheet and a wiring board having the capacitor in the substrate.
The present invention also provides a composite dielectric slurry obtained by dispersing a dielectric ceramic powder in a polyaniline solution having the above general formula as a repeating unit.

本発明によれば、上記一般式で表されるポリアニリンをバインダーポリマーとして、これに誘電体セラミック粉末を分散させることによって、誘電率を高くしながら、tanδを低く抑えた複合誘電体を得ることができる。   According to the present invention, a polydiline represented by the above general formula is used as a binder polymer, and a dielectric ceramic powder is dispersed therein, thereby obtaining a composite dielectric having a low dielectric constant and a low tan δ. it can.

本発明においてバインダーポリマーとして用いるポリアニリンは、一般式   The polyaniline used as the binder polymer in the present invention has a general formula

Figure 0005140317
Figure 0005140317

(式中、m及びnはそれぞれ繰り返し単位中のキノンジイミン構造単位及びフェニレンジアミン構造単位のモル分率を示し、0≦m≦1、0≦n≦1、m+n=1である。)
を繰り返し単位として有する。
(In the formula, m and n respectively represent the molar fractions of the quinonediimine structural unit and the phenylenediamine structural unit in the repeating unit, and 0 ≦ m ≦ 1, 0 ≦ n ≦ 1, and m + n = 1.)
As a repeating unit.

このようなポリアニリンは、特開平03−28229号公報に記載されている方法によって、先ず、プロトン酸にてドープされたポリマーを得、これを塩基性物質にて中和、即ち、脱ドープすることによって、有機溶剤に可溶性のポリマーとして得ることができる。このようにして得られる有機溶剤に可溶性のポリアニリンは、N−メチル−2−ピロリドン中、30℃で測定して、通常、0.40dl/g以上の極限粘度[η]を有する。   For such a polyaniline, a polymer doped with a protonic acid is first obtained by the method described in JP-A-03-28229, and this is neutralized with a basic substance, that is, dedoped. Can be obtained as a polymer soluble in an organic solvent. The polyaniline soluble in the organic solvent thus obtained usually has an intrinsic viscosity [η] of 0.40 dl / g or more as measured in N-methyl-2-pyrrolidone at 30 ° C.

従来、知られている多くのポリマーと比較して、上記ポリアニリンは、誘電率が高いにもかかわらず、tanδが低い。即ち、本発明者らの1MHzでの測定によれば、上記ポリアニリンは4.9の誘電率と0.030のtanδを有する。これに対して、ポリイミド(新日本理化(株)製リカコートSN−20)は3.9の誘電率と0.024のtanδを有し、ポリアミドイミド(東洋紡績(株)製バイロマックスHR11NN)は4.3の誘電率と0.058のtanδを有し、ポリアミド(帝人テクノプロダクツ(株)製コーネックス)は5.2の誘電率と0.072のtanδを有する。前述したシアノエチルプルランは15.4もの誘電率を有するが、tanδも0.182という高い値を有する。   Compared with many hitherto known polymers, the polyaniline has a low tan δ despite its high dielectric constant. That is, according to the measurement by the present inventors at 1 MHz, the polyaniline has a dielectric constant of 4.9 and tan δ of 0.030. On the other hand, polyimide (Rika Coat SN-20 manufactured by Shin Nippon Rika Co., Ltd.) has a dielectric constant of 3.9 and tan δ of 0.024, and polyamideimide (Bilomax HR11NN manufactured by Toyobo Co., Ltd.) is It has a dielectric constant of 4.3 and tan δ of 0.058. Polyamide (Conex, manufactured by Teijin Techno Products Co., Ltd.) has a dielectric constant of 5.2 and tan δ of 0.072. The aforementioned cyanoethyl pullulan has a dielectric constant of 15.4, but tan δ also has a high value of 0.182.

本発明において用いる誘電体セラミック粉末は、好ましくは、バリウム、鉛、リチウム、カリウム、ナトリウム、チタン、ニオブ、タンタル、ジルコニウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、アルミニウム、ケイ素、亜鉛、ビスマス、スズ、ネオジウム、サマリウム、ランタン及びマンガンから選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物の粉末である。具体例としては、例えば、BaTiO3 (チタン酸バリウム)、PbTiO3、LiNbO3、KNbO3、LiTaO3、Ba2NaNb515、NaNO2、PbZrO3−PbTiO3系固溶体、SiO2、Al23、TiO2、3Al23・2SiO2 (ムライト)、CaTiO3、SrTiO3 (チタン酸ストロンチウム)、PbZrO3、NaNbO3、LaAlO3、LaMnO3 等を挙げることができる。 The dielectric ceramic powder used in the present invention is preferably barium, lead, lithium, potassium, sodium, titanium, niobium, tantalum, zirconium, magnesium, calcium, strontium, aluminum, silicon, zinc, bismuth, tin, neodymium, samarium. An oxide powder of at least one element selected from lanthanum and manganese. Specific examples include, for example, BaTiO 3 (barium titanate), PbTiO 3 , LiNbO 3 , KNbO 3 , LiTaO 3 , Ba 2 NaNb 5 O 15 , NaNO 2 , PbZrO 3 —PbTiO 3 -based solid solution, SiO 2 , Al 2. Examples thereof include O 3 , TiO 2 , 3Al 2 O 3 .2SiO 2 (mullite), CaTiO 3 , SrTiO 3 (strontium titanate), PbZrO 3 , NaNbO 3 , LaAlO 3 , and LaMnO 3 .

なかでも、チタン酸バリウムやチタン酸ストロンチウムは、その高い誘電率から、本発明において好ましく用いることができる。また、特開2004−339040号公報に記載されているチタン酸バリウムナノ粒子も、好適に用いることができる。   Of these, barium titanate and strontium titanate can be preferably used in the present invention because of their high dielectric constant. Further, barium titanate nanoparticles described in JP-A-2004-339040 can also be suitably used.

前述したように、複合誘電体は、誘電体セラミック粉末の充填率を高くすれば、誘電率は高くなり、充填率を低くすれば、誘電率も低くなる。従って、誘電体セラミック粉末の充填率は、得られる複合シートの目的とする誘電率の値に応じて、適宜に選択されるが、本発明においては、誘電体セラミック粉末の充填率は、通常、1〜90容量%の範囲であり、好ましくは、20〜80容量%、最も好ましくは、30〜70容量%の範囲である。   As described above, the composite dielectric has a higher dielectric constant when the filling factor of the dielectric ceramic powder is increased, and a lower dielectric constant when the filling factor is lowered. Therefore, the filling rate of the dielectric ceramic powder is appropriately selected according to the target dielectric constant value of the obtained composite sheet. In the present invention, the filling rate of the dielectric ceramic powder is usually The range is 1 to 90% by volume, preferably 20 to 80% by volume, and most preferably 30 to 70% by volume.

本発明による複合誘電体は、例えば、前記一般式で表されるポリアニリンをバインダーポリマーとして適宜の有機溶媒に溶解させて溶液とし、この溶液に上述したような誘電体セラミック粉末を分散させて均一な複合誘電体スラリーを調製し、この複合誘電体スラリーを適宜の基材上に塗布した後、乾燥機中で上記溶剤を蒸発させ、除去することによって、シート、即ち、複合誘電体シートとして得ることができる。   In the composite dielectric according to the present invention, for example, the polyaniline represented by the above general formula is dissolved in an appropriate organic solvent as a binder polymer to form a solution, and the dielectric ceramic powder as described above is dispersed in the solution to obtain a uniform dielectric. A composite dielectric slurry is prepared, and the composite dielectric slurry is applied onto an appropriate substrate, and then the solvent is evaporated and removed in a dryer to obtain a sheet, that is, a composite dielectric sheet. Can do.

複合誘電体スラリーの調製に用いる有機溶媒は、前記ポリアニリンが溶解すれば、特に限定されるものではないが、例えば、N−メチル−2−ピロリドンが好ましく用いられる。   The organic solvent used for the preparation of the composite dielectric slurry is not particularly limited as long as the polyaniline is dissolved. For example, N-methyl-2-pyrrolidone is preferably used.

誘電体セラミック粉末を上記バインダーポリマーの溶液に分散させるには、例えば、デイスパー型攪拌装置、ボールミル、遊星回転ポットミル、ビーズミル、湿式ジェットミル等適宜の分散手段を用いることができるが、勿論、これらに限定されるものではない。   In order to disperse the dielectric ceramic powder in the binder polymer solution, for example, a suitable dispersing means such as a disperser type stirring device, a ball mill, a planetary rotary pot mill, a bead mill, a wet jet mill can be used. It is not limited.

本発明による複合誘電体シートはコンデンサや、また、コンデンサを基板内に有する配線板に有利に用いることができる。コンデンサは、例えば、適宜の導電性基材上に上記スラリーを塗布した後、乾燥機内でスラリーの溶剤を蒸発させて、導電性基材上にシートを作製すればよい。この後、必要に応じて、熱プレスを行ってもよい。スラリーを導電性基材に塗布するには、例えば、基材上にスラリーを流延した後、アプリケータ、ワイヤーバー、ドクターブレード等を用いて、所定の厚みにシート化するのが一般的である。   The composite dielectric sheet according to the present invention can be advantageously used for a capacitor or a wiring board having a capacitor in a substrate. The capacitor may be prepared, for example, by applying the slurry on an appropriate conductive substrate and then evaporating the solvent of the slurry in a dryer to produce a sheet on the conductive substrate. Thereafter, hot pressing may be performed as necessary. In order to apply the slurry to the conductive substrate, for example, the slurry is usually cast on the substrate, and then formed into a sheet with a predetermined thickness using an applicator, a wire bar, a doctor blade, or the like. is there.

コンデンサを作製する別の方法として、例えば、ガラス板上に上記スラリーを塗布し、乾燥させて、複合誘電体シートを作製した後、これをガラス板から剥がし、その両面に蒸着によって電極を作製してもよい。しかし、コンデンサを作製する方法は、上記例示に限定されるものではない。   As another method for producing a capacitor, for example, the slurry is applied on a glass plate and dried to produce a composite dielectric sheet, which is then peeled off from the glass plate, and electrodes are produced on both sides by vapor deposition. May be. However, the method for manufacturing the capacitor is not limited to the above example.

上述したように、適宜の導電性基材上に上記スラリーを塗布した後、乾燥機にて乾燥させる際、その温度は、用いた溶剤やバインダーポリマーの種類にもよるが、通常、溶剤の沸点以下で、且つ、バインダーポリマーの融点以下の温度とするのが好ましい。最初、比較的低い温度で加熱、乾燥して、段階的に温度を高めて乾燥することによって、表面の均一な複合シートを得ることができる。例えば、バインダーポリマーとして、前述したポリアニリンのN−メチル−2−ピロリドン溶液を用いたときは、乾燥条件は、例えば、80〜140℃の範囲の温度で1時間程度とすることができる。   As described above, when the slurry is applied on an appropriate conductive substrate and then dried in a dryer, the temperature depends on the type of solvent and binder polymer used, but usually the boiling point of the solvent. Below, it is preferable to set it as the temperature below the melting point of a binder polymer. First, a composite sheet having a uniform surface can be obtained by heating and drying at a relatively low temperature, and then drying by increasing the temperature stepwise. For example, when the above-mentioned N-methyl-2-pyrrolidone solution of polyaniline is used as the binder polymer, the drying conditions can be, for example, about 1 hour at a temperature in the range of 80 to 140 ° C.

以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれら実施例によって何ら限定されるものではない。   EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

実施例1
(アニリンの酸化重合によるドープされているポリアニリンの製造)
特開平03−28229号公報に記載の方法に従って、先ず、プロトン酸にてドープされているポリアニリンを調製した。攪拌装置、温度計及び直管アダプターを備えた10L容量セパラブルフラスコに蒸留水6000g、36%塩酸360mL及びアニリン400g(4.295モル)をこの順序にて仕込み、アニリンを溶解させた。別に、氷水にて冷却しながら、ビーカー中の蒸留水1493gに97%濃硫酸434g(4.295モル)を加え、混合して、硫酸水溶液を調製した。この硫酸水溶液を上記セパラブルフラスコ内に加え、フラスコ全体を低温恒温槽にて−4℃まで冷却した。
Example 1
(Production of doped polyaniline by oxidative polymerization of aniline)
First, polyaniline doped with protonic acid was prepared according to the method described in JP-A-03-28229. In a 10 L separable flask equipped with a stirrer, a thermometer, and a straight tube adapter, 6000 g of distilled water, 360 mL of 36% hydrochloric acid and 400 g (4.295 mol) of aniline were charged in this order to dissolve aniline. Separately, while cooling with ice water, 434 g (4.295 mol) of 97% concentrated sulfuric acid was added to 1493 g of distilled water in a beaker and mixed to prepare an aqueous sulfuric acid solution. This sulfuric acid aqueous solution was added into the separable flask, and the whole flask was cooled to −4 ° C. in a low-temperature thermostat.

次に、ビーカー中にて蒸留水2293gにペルオキソ二硫酸アンモニウム980g(4.295モル)を加え、溶解させて、酸化剤水溶液を調製した。   Next, 980 g (4.295 mol) of ammonium peroxodisulfate was added to 2293 g of distilled water in a beaker and dissolved to prepare an aqueous oxidizing agent solution.

フラスコ全体を低温恒温槽で冷却して、反応混合物の温度を−3℃以下に保持しつつ、撹拌下にアニリン塩の酸性水溶液にチュービングポンプを用いて直管アダプターから上記ペルオキソ二硫酸アンモニウム水溶液を1mL/分以下の割合にて徐々に滴下した。 最初、無色透明の溶液は、アニリンの重合の進行に伴って緑青色から黒緑色となり、次いで、黒緑色の粉末が析出した。7時間を要して、ペルオキソ二硫酸アンモニウム水溶液の滴下を終了した後、更に1時間、−3℃以下の温度にて撹拌を続けた。   While cooling the whole flask in a low-temperature thermostatic bath, while maintaining the temperature of the reaction mixture at −3 ° C. or lower, 1 mL of the above ammonium peroxodisulfate aqueous solution from a straight tube adapter using a tubing pump to an acidic aqueous solution of aniline salt with stirring The solution was gradually added dropwise at a rate of not more than / min. Initially, the colorless and transparent solution changed from greenish blue to blackish green as the polymerization of aniline progressed, and then a blackish green powder precipitated. After 7 hours were required and the dropping of the aqueous ammonium peroxodisulfate solution was completed, the stirring was continued at a temperature of −3 ° C. or lower for an additional hour.

このようにして得られたポリアニリン粉末を濾別し、水洗、アセトン洗浄し、室温で真空乾燥して、硫酸にてドープされている導電性ポリアニリン430gを黒緑色粉末として得た。この導電性ポリアニリン粉末を直径13mm、厚さ700μmのディスクに加圧成形し、フアン・デル・ポー法によって、その電導度を測定したところ、14S/cmであつた。   The polyaniline powder thus obtained was filtered, washed with water, washed with acetone, and vacuum dried at room temperature to obtain 430 g of conductive polyaniline doped with sulfuric acid as a black-green powder. This conductive polyaniline powder was press-molded into a disk having a diameter of 13 mm and a thickness of 700 μm, and its conductivity was measured by the Juan del Po method. As a result, it was 14 S / cm.

(導電性ポリアニリンのアンモニアによる脱ドープ)
上記ドープされている導電性ポリアニリン粉末350gを2Nアンモニア水4L中に加え、5時間撹拌した。混合物は、黒緑色から青紫色に変化した。ブラナーろうとにて粉末を濾別し、ビーカー中にて撹拌しながら、蒸留水にて濾液が中性になるまで繰り返して洗浄し、続いて、濾液が無色になるまでアセトンにて洗浄した。この後、粉末を室温にて10時間真空乾燥して、黒褐色の脱ドープしたポリアニリン粉末280gを得た。
(De-doping of conductive polyaniline with ammonia)
350 g of the doped conductive polyaniline powder was added to 4 L of 2N aqueous ammonia and stirred for 5 hours. The mixture changed from black-green to blue-violet. The powder was separated by filtration using a bruna funnel, washed repeatedly in distilled water until the filtrate became neutral while stirring in a beaker, and then washed with acetone until the filtrate became colorless. Thereafter, the powder was vacuum-dried at room temperature for 10 hours to obtain 280 g of black-brown dedope polyaniline powder.

このポリアニリンはN−メチル−2−ピロリドンに可溶性であって、溶解度は同溶剤100gに対して8g(7.4%)であった。また、N−メチル−2−ピロリドン溶剤として30℃で測定した極限粘度〔η〕は1.23dL/gであった。   This polyaniline was soluble in N-methyl-2-pyrrolidone, and the solubility was 8 g (7.4%) with respect to 100 g of the same solvent. The intrinsic viscosity [η] measured at 30 ° C. as an N-methyl-2-pyrrolidone solvent was 1.23 dL / g.

次に、上記脱ドープしたN−メチル−2−ピロリドンに可溶性のポリアニリンについて、GPC測定を行った結果、数平均分子量2300、重量平均分子量160000(いずれも、ポリスチレン換算)であった。   Next, as a result of GPC measurement of the polyaniline soluble in the dedoped N-methyl-2-pyrrolidone, the number average molecular weight was 2300 and the weight average molecular weight was 160000 (both in terms of polystyrene).

このようにして得られたポリアニリン粉末について、アセトンを浸液として用いて、容量50mLの温度計付きピクノメーターを用いて測定した真密度は1.24であった。誘電体セラミック粉末として、チタン酸バリウム(堺化学工業(株)製BT−03)を用意し、上記ポリアニリンと同様にして、水を浸液として用いて、ピクノメーターにて測定したその真密度は5.95であった。   The polyaniline powder thus obtained had a true density of 1.24, measured using acetone as an immersion liquid and a pycnometer with a thermometer of 50 mL. As the dielectric ceramic powder, barium titanate (BT-03 manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd.) was prepared, and the true density measured with a pycnometer using water as an immersion liquid was the same as the above polyaniline. It was 5.95.

上記チタン酸バリウムの充填率を40容量%として、下記のようにして、複合誘電体シートを作製した。即ち、100mL容量のポリプロピレン製ビーカーにN−メチル−2−ピロリドン26.55gを仕込み、ディスパー羽根の付いた高速攪拌機を用いて、最初は約700rpmの攪拌下、上記ポリアニリンを少量ずつ加えて溶解させながら、攪拌機の回転数を少しずつ早くし、最終的に約2000rpmとして、15分間攪拌を続けて、3.45gのポリアニリンを完全に溶液させて、黒青色のポリアニリンのN−メチル−2−ピロリドン溶液を得た。   A composite dielectric sheet was produced as follows by setting the barium titanate filling rate to 40% by volume. That is, 26.55 g of N-methyl-2-pyrrolidone was charged in a polypropylene beaker having a capacity of 100 mL, and the polyaniline was first added and dissolved little by little while stirring at about 700 rpm using a high-speed stirrer with a disper blade. However, the rotation speed of the stirrer was increased little by little, and finally the stirring was continued at about 2000 rpm for 15 minutes to completely dissolve 3.45 g of polyaniline, and N-methyl-2-pyrrolidone of black-blue polyaniline A solution was obtained.

上記ビーカーの内壁面に粒状物が付着していないことを確認した後、上記ポリアニリン溶液にチタン酸バリウムを少しずつ加えたところ、スラリーは黒青色から青色に変化した。チタン酸バリウムの全量11.03gを加え終わったとき、得られたスラリーは、青色の粘性のあるスラリーであった。   After confirming that no particulate matter adhered to the inner wall surface of the beaker, when the barium titanate was added little by little to the polyaniline solution, the slurry changed from black blue to blue. When the total amount of 11.03 g of barium titanate had been added, the resulting slurry was a blue viscous slurry.

得られたスラリーを真空ベルジャーに移し、真空ポンプで脱気しながら、ゆっくりと脱泡した。ガラス板の両側に厚み60μmのポリイミド粘着テープを6枚重ね貼りしてガイドとし、このガイドの間のガラス板上に上記脱泡したスラリーを流延し、直径8mmのガラス管にてスラリーをしごいた。このようにしてスラリーを塗布したガラス板を乾燥機中、80℃で1時間、140℃で1時間加熱乾燥し、この後、ガラス板をイオン交換水中に浸漬して、得られたシートをガラス板から剥がした。このようにして得られた複合誘電体シートは茶色を呈していた。   The resulting slurry was transferred to a vacuum bell jar and slowly degassed while degassing with a vacuum pump. Six sheets of polyimide adhesive tape with a thickness of 60 μm are laminated on both sides of the glass plate to make a guide, and the defoamed slurry is cast on the glass plate between the guides, and the slurry is put in a glass tube having a diameter of 8 mm. Got it. Thus, the glass plate which apply | coated the slurry is heat-dried at 80 degreeC for 1 hour and 140 degreeC for 1 hour in a dryer, and after that, a glass plate is immersed in ion-exchange water, and the obtained sheet | seat is glass I peeled it off the board. The composite dielectric sheet thus obtained had a brown color.

この複合誘電体シートの両面に真空蒸着装置を用いて金を蒸着して、試料を作製した。この試料の誘電率とtanδをインピーダンス・アナライザ(アジレント社製4194A)を用いて周波数を変えて測定した。結果を図1に示す。1MHzにおける誘電率は53であり、tanδは0.03であった。   Gold was vapor-deposited on both surfaces of this composite dielectric sheet using a vacuum vapor deposition apparatus to prepare a sample. The dielectric constant and tan δ of this sample were measured by changing the frequency using an impedance analyzer (Agilent 4194A). The results are shown in Figure 1. The dielectric constant at 1 MHz was 53 and tan δ was 0.03.

比較例1
ポリアニリンのN−メチル−2−ピロリドン溶液に代えて、濃度15重量%の前記ポリアミドイミド(東洋紡績(株)製バイロマックスR11NN)のN−メチル−2−ピロリドン溶液25.2gを用いた以外は、実施例1と同様にして、複合シートを作製し、同様にして、誘電率とtanδを測定した。1MHzにおける誘電率は30であり、tanδは0.06であった。
Comparative Example 1
Instead of the polyaniline solution in N-methyl-2-pyrrolidone, 25.2 g of the N-methyl-2-pyrrolidone solution of the polyamideimide (Vilomax R11NN manufactured by Toyobo Co., Ltd.) having a concentration of 15% by weight was used. A composite sheet was prepared in the same manner as in Example 1, and the dielectric constant and tan δ were measured in the same manner. The dielectric constant at 1 MHz was 30, and tan δ was 0.06.

実施例1及び比較例1において得られたチタン酸バリウム充填率40容量%の複合シートの誘電率の周波数特性を示すグラフである。4 is a graph showing frequency characteristics of dielectric constant of composite sheets having a barium titanate filling rate of 40% by volume obtained in Example 1 and Comparative Example 1. 実施例1及び比較例1において得られたチタン酸バリウム充填率40容量%の複合シートのtanδの周波数特性を示すグラフである。4 is a graph showing frequency characteristics of tan δ of composite sheets having a barium titanate filling rate of 40% by volume obtained in Example 1 and Comparative Example 1.

Claims (10)

一般式(I)
Figure 0005140317
(式中、m及びnはそれぞれ繰り返し単位中のキノンジイミン構造単位及びフェニレンジアミン構造単位のモル分率を示し、0≦m≦1、0≦n≦1、m+n=1である。)
を繰り返し単位として有するポリアニリンに誘電体セラミック粉末を分散させてなる複合誘電体。
Formula (I)
Figure 0005140317
(In the formula, m and n respectively represent the molar fractions of the quinonediimine structural unit and the phenylenediamine structural unit in the repeating unit, and 0 ≦ m ≦ 1, 0 ≦ n ≦ 1, and m + n = 1.)
A composite dielectric obtained by dispersing a dielectric ceramic powder in polyaniline having a repeating unit.
誘電体セラミック粉末がバリウム、鉛、リチウム、カリウム、ナトリウム、チタン、ニオブ、タンタル、ジルコニウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、アルミニウム、ケイ素、亜鉛、ビスマス、スズ、ネオジム、サマリウム、ランタン及びマンガンから選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物の粉末である請求項1に記載の複合誘電体。   At least the dielectric ceramic powder is selected from barium, lead, lithium, potassium, sodium, titanium, niobium, tantalum, zirconium, magnesium, calcium, strontium, aluminum, silicon, zinc, bismuth, tin, neodymium, samarium, lanthanum and manganese The composite dielectric according to claim 1, which is a powder of an oxide of one kind of element. 誘電体セラミック粉末の充填率が1〜90容量%の範囲である請求項1又は2に記載の複合誘電体。   The composite dielectric according to claim 1 or 2, wherein a filling rate of the dielectric ceramic powder is in a range of 1 to 90% by volume. 誘電体セラミック粉末がチタン酸バリウム又はチタン酸ストロンチウムである請求項1〜3のいずれかに記載の複合誘電体。The composite dielectric according to claim 1, wherein the dielectric ceramic powder is barium titanate or strontium titanate. 請求項1からのいずれかに記載の複合誘電体からなる複合誘電体シート。 Composite dielectric sheet comprising the composite dielectric according to any one of claims 1 to 4. 請求項に記載の複合誘電体シートを挟んで、その両側に導電性基材を配置してなるコンデンサ。 A capacitor comprising a conductive base material disposed on both sides of the composite dielectric sheet according to claim 5 . 請求項に記載のコンデンサを基板内に有する配線板。 A wiring board having the capacitor according to claim 6 in a substrate. 一般式(I)
Figure 0005140317
(式中、m及びnはそれぞれ繰り返し単位中のキノンジイミン構造単位及びフェニレンジアミン構造単位のモル分率を示し、0≦m≦1、0≦n≦1、m+n=1である。)
を繰り返し単位として有するポリアニリンの溶液に誘電体セラミック粉末を分散させてなる複合誘電体スラリー。
Formula (I)
Figure 0005140317
(In the formula, m and n respectively represent the molar fractions of the quinonediimine structural unit and the phenylenediamine structural unit in the repeating unit, and 0 ≦ m ≦ 1, 0 ≦ n ≦ 1, and m + n = 1.)
A composite dielectric slurry in which a dielectric ceramic powder is dispersed in a polyaniline solution containing as a repeating unit.
請求項に記載の複合誘電体スラリーを基材上に流延した後、スラリー中の溶媒を除去することを特徴とする複合誘電体の製造方法。 A method for producing a composite dielectric, comprising: casting the composite dielectric slurry according to claim 8 on a substrate, and then removing the solvent in the slurry. 一般式(I)Formula (I)
Figure 0005140317
Figure 0005140317
(式中、m及びnはそれぞれ繰り返し単位中のキノンジイミン構造単位及びフェニレンジアミン構造単位のモル分率を示し、0≦m≦1、0≦n≦1、m+n=1である。)(In the formula, m and n respectively represent the molar fractions of the quinonediimine structural unit and the phenylenediamine structural unit in the repeating unit, and 0 ≦ m ≦ 1, 0 ≦ n ≦ 1, and m + n = 1.)
を繰り返し単位として有するポリアニリンの溶液に誘電体セラミック粉末を分散させることを特徴とする複合誘電体スラリーの製造方法。A method for producing a composite dielectric slurry, comprising dispersing a dielectric ceramic powder in a polyaniline solution having a repeating unit as a repeating unit.
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