JP6226169B2 - 絶縁被覆ワイヤ及びマルチワイヤ配線板 - Google Patents

Description

本発明は、絶縁被覆ワイヤ及びマルチワイヤ配線板に関するものであり、限定するものではないが、特には、約１０ＧＨｚ以上の高周波信号にも対応可能な絶縁被覆ワイヤ及びマルチワイヤ配線板に関する。

近年、電子機器の高機能化に伴い、配線密度も非常に高いものが要求されている。このような配線密度の高い配線板として、必要な配線にワイヤを使用した配線板がある。以下、配線となる電線をワイヤといい、この電線を配線として使用した配線板をマルチワイヤ配線板という。

マルチワイヤ配線板は、電源層、グランド層などの回路を形成した内層基板上に接着性を有する接着シート（接着性絶縁層）を形成した後、数値制御布線機によりポリイミド樹脂などで被覆されたワイヤを布線（ワイヤを接着層上にはわせていくと同時に超音波接着）し、積層等によりワイヤを固定し、上記ワイヤを横切るスルーホールを明け、その内部に無電解金属めっきを施して製造される。このマルチワイヤ配線板に使用する絶縁被覆ワイヤは、ワイヤと、このワイヤの周囲に配置したワイヤ被覆層と、このワイヤ被覆層の周囲に配置したワイヤ接着剤層とを有するものが使用されている（特許文献１〜４等）。

特公昭４５−２１４３４号公報 特開平６−３０９９３６号公報 特開平１１−２６０１５２号公報 特開２００２−５０８５０号公報

最近電子機器の高速化が進み、配線板内を流れる電気信号は、短時間により多くの情報を伝達するため、周波数が益々高くなっている。このような高周波対応の基板設計では、（イ）導体損失と（ロ）誘電損失を考慮する必要がある。（イ）導体損失については、信号線となる配線を太くすることが有効であるが、高密度化した配線板においては、信号線の配線幅に制限がある。このため、（ロ）誘電損失の改善が重要となっている。（ロ）誘電損失については、コア基材やプリプレグ等の信号線となる配線の周囲に配置される絶縁材料の比誘電率や誘電正接を下げることが有効であるが、高周波対応のコア基材やプリプレグ等の材料は、一般の材料に比べて、コストアップになる。ここで、高周波とは、限定はしないが、特に約１０ＧＨｚ以上の高周波信号をいい、高周波対応材とは、一般のＦＲ−４材（１０ＧＨｚでの比誘電率が約３．９）に比べて、比誘電率が小さく、高周波信号に対する伝送損失を抑制するコア基材やプリプレグ等の材料をいう。

マルチワイヤ配線板についてみると、まず、（イ）導体損失については、従来のポリイミド（１０ＧＨｚでの比誘電率が３．６）のワイヤ被覆層を用いた絶縁被覆ワイヤを使用したマルチワイヤ配線板においては、ワイヤ径が０．１０ｍｍの場合、１０ＧＨｚでの伝送損失が−４０〜４５ｄＢ／ｍであり、１０ＧＨｚ以上の高周波対応には、ワイヤ径が０．１６ｍｍ以上にワイヤ径を太くすることが考えられる。ここで、ワイヤ径とは、ワイヤ被覆層を含まない電線の直径をいう。しかし、ワイヤ径を太くすると、配線密度が低下して１層当りの配線収容量が減少するため、層構成の増加や板厚の増加となり、基板設計が困難であった。

次に、マルチワイヤ配線板の（ロ）誘電損失については、高周波対応の場合、マルチワイヤ配線板に使用する絶縁層（コア基材及びプリプレグ）や布線用接着シートの接着剤層の材料として、高周波材を用いることが考えられるが、マルチワイヤ配線板の大部分を占める材料に、高周波材を用いるので、コストアップの問題がある。

本発明は、上記を鑑みてなされたものであり、コストアップを抑制しつつ、高周波対応が可能な絶縁被覆ワイヤ及びマルチワイヤ配線板を提供することを目的とする。

本発明は、以下に関する。
１．ワイヤと、このワイヤの周囲に配置したワイヤ被覆層と、このワイヤ被覆層の周囲に配置したワイヤ接着剤層と、を備え、前記ワイヤ被覆層が、フッ素系樹脂又はポリアミドイミド系樹脂又は１０ＧＨｚでの比誘電率が３．６未満の低誘電ポリイミド樹脂の何れか１種類又はこれら２種類以上の組み合わせであり、前記ワイヤ接着剤層が、フッ素系樹脂又は１０ＧＨｚでの比誘電率が３．６未満の低誘電ポリイミド樹脂の何れか１種類又はこれらの２種以上の組合せであり、前記ワイヤ被覆層の１０ＧＨｚでの比誘電率が２．１〜３．２又はワイヤ接着層の１０ＧＨｚでの比誘電率が２．６〜３．２である絶縁被覆ワイヤ。
２．項１の絶縁被覆ワイヤと、この絶縁被覆ワイヤの周囲に配置した絶縁層と、この絶縁層を介して配置した導体パターンと、を備えるマイクロストリップ構造又はストリップ構造を有するマルチワイヤ配線板。
３．項１の絶縁被覆ワイヤと、この絶縁被覆ワイヤの周囲に配置した絶縁層と、この絶縁層を介し前記絶縁被覆ワイヤを挟んで対向配置した導体パターンと、を備えるストリップ構造を有するマルチワイヤ配線板。

本発明によれば、コストアップを抑制しつつ、高周波対応が可能な絶縁被覆ワイヤ及びマルチワイヤ配線板を提供することができる。

本発明の一実施形態の絶縁被覆ワイヤの概略断面図を表す。 本発明の一実施形態のマルチワイヤ配線板の概略断面図を表す。 本発明の実施例及び比較例のマルチワイヤ配線板の製造工程のフロー図である。 本発明の実施例及び比較例のマルチワイヤ配線板に関する伝送特性の実測データである。

図１は、本発明の一実施形態の絶縁被覆ワイヤを表し、図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の一実施形態のマルチワイヤ配線板の概略断面図を表す。

（絶縁被覆ワイヤ）
図１に示すように、本実施の形態の絶縁被覆ワイヤ９は、信号線となるワイヤ１と、このワイヤ１の周囲に配置したワイヤ被覆層２と、このワイヤ被覆層２の周囲に配置したワイヤ接着剤層３と、を備え、前記ワイヤ被覆層２が、フッ素系樹脂又はポリアミドイミド系樹脂又は低誘電ポリイミド樹脂の何れか１種類又はこれら２種類以上の組み合わせである絶縁被覆ワイヤ９である。

このように、本実施の形態の絶縁被覆ワイヤでは、ワイヤ被覆層の材料として、フッ素系樹脂又はポリアミドイミド系樹脂又は低誘電ポリイミド樹脂のような、従来用いていたポリイミド（１０ＧＨｚでの比誘電率が３．６）よりも比誘電率の小さい絶縁材料を用いるため、ワイヤの周囲に配置されたワイヤ被覆層の比誘電率が低下するので、高周波信号の誘電損失が少なく、伝送特性を改善することができる。また、ワイヤ被覆層として用いる、これらの比誘電率の小さい材料は、一般にコスト高であるが、ワイヤの周囲に用いるだけでよいので、使用量が少なくて済み、マルチワイヤ配線板全体としてのコストアップを抑制することができる。

絶縁被覆ワイヤとは、信号線となるワイヤを、絶縁樹脂で被覆したワイヤをいう。図１に示すように、本実施の形態の絶縁被覆ワイヤ９は、信号線となるワイヤ１と、このワイヤ１の周囲に配置した絶縁樹脂のワイヤ被覆層２と、このワイヤ被覆層２の周囲に配置した絶縁樹脂のワイヤ接着剤層３とを備えている。

ワイヤとは、信号線となる電線をいう。ワイヤとしては、銅が一般的に用いられる。また、ワイヤ径とは、ワイヤを被覆する絶縁樹脂を除く、電線のみの直径をいう。

ワイヤ被覆層とは、信号線となるワイヤを被覆するものであり、絶縁樹脂を用いて形成される。このような絶縁樹脂としては、フッ素系樹脂又はポリアミドイミド系樹脂又は低誘電ポリイミド樹脂の何れか１種類又はこれら２種類以上の組み合わせが用いられる。

ワイヤ被覆層に用いるフッ素系樹脂としては、例えば、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）、ＥＴＦＥ（エチレン−テトラフルオロエチレンコポリマー）が挙げられる。ポリアミドイミド系樹脂としては、例えば、シロキサン変性ポリアミドイミド樹脂が挙げられる。低誘電ポリイミド樹脂とは、１０ＧＨｚでの比誘電率が３．６未満のポリイミド樹脂のことをいい、このような低誘電ポリイミド樹脂としては、例えば、含フッ素ポリイミド樹脂が挙げられる。

比誘電率の値は、トリプレートストリップライン共振器法（ＩＰＣ−ＴＭ−６５０ ２．５．５．５）により測定した１０ＧＨｚでの値であり、以下、同様である。

ワイヤ被覆層の形成方法としては、フッ素系樹脂（ＰＦＡ、ＥＴＦＥ等）であれば、ペレット状にしたフッ素系樹脂（ＰＦＡ、ＥＴＦＥ等）を、約３００℃程度の炉内で溶融させ、溶融したこれらの樹脂中にワイヤを通して引き出すことで、ワイヤに融着させる、いわゆる引き出し法を用いることができる。また、ポリアミドイミド系樹脂又は低誘電ポリイミド樹脂であれば、上記の引き出し法に加え、他の方法として、ポリアミドイミド系樹脂又は低誘電ポリイミド樹脂を有機溶媒と混ぜてワニスとし、これをワイヤの周囲にコーティングする方法を用いることができる。

ワイヤ被覆層の厚みとしては、特に限定はないが、１０〜２０μｍ程度である。この程度の厚みであれば、ワイヤ被覆層の比誘電率が高周波信号の伝送損失を改善するのに有効であり、かつ、周囲にワイヤ接着層を配置しても、絶縁被覆ワイヤとしての布線性を確保でき、取り扱いにも適している。

ワイヤ接着剤層とは、ワイヤ被覆層の周囲に配置され、絶縁被覆ワイヤと、その下に配置される布線用接着シート（接着性絶縁層）とを、布線によって接着するものである。

ワイヤ接着層が、フッ素系樹脂又はポリアミドイミド系樹脂又は低誘電ポリイミド樹脂の何れか１種類又はこれらの２種以上の組合せである絶縁被覆ワイヤであるのが好ましい。

このように、本実施の形態の絶縁被覆ワイヤでは、ワイヤ接着層の材料として、フッ素系樹脂又はポリアミドイミド系樹脂又は低誘電ポリイミド樹脂のような比誘電率の小さい絶縁材料を用いるため、ワイヤ被覆層だけでなく、ワイヤ被覆層の周囲に配置されたワイヤ接着層の比誘電率も低下するので、高周波信号の誘電損失が少なく、伝送特性を改善することができる。また、ワイヤ接着層として用いる、これらの比誘電率の小さい材料は、一般にコスト高であるが、ワイヤ被覆層の周囲に用いるだけでよいので、使用量が少なくて済み、配線板全体としてのコストアップを抑制することができる。

ワイヤ接着層に用いるフッ素系樹脂としては、ワイヤ被覆層の場合と同様に、例えば、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）、ＥＴＦＥ（エチレン−テトラフルオロエチレンコポリマー）が挙げられる。ポリアミドイミド系樹脂としては、例えば、シロキサン変性ポリアミドイミド樹脂が挙げられる。低誘電ポリイミド樹脂とは、１０ＧＨｚでの比誘電率が３．６未満のポリイミド樹脂のことをいい、このような低誘電ポリイミド樹脂としては、例えば、含フッ素ポリイミド樹脂が挙げられる。

ワイヤ被覆層の１０ＧＨｚでの比誘電率が２．１〜３．２又はワイヤ接着層の１０ＧＨｚでの比誘電率が２．６〜３．２である絶縁被覆ワイヤであるのが好ましい。このようなワイヤ被覆層又はワイヤ接着剤層に用いる樹脂としては、例えば、フッ素系樹脂として、ＰＦＡ、ＥＴＦＥが挙げられる。

このように、本実施の形態の絶縁被覆ワイヤでは、ワイヤ被覆層の比誘電率及びワイヤ接着層の比誘電率が、一般のＦＲ−４材（１０ＧＨｚでの比誘電率が約３．９）に比べて小さいため、高周波信号の誘電損失が少なく、伝送特性を改善することができる。また、ワイヤ被覆層又はワイヤ接着層として用いる、これらの比誘電率の小さい材料は、一般にコスト高であるが、ワイヤ又はワイヤ被覆層の周囲に用いるだけでよいので、使用量が少なくて済み、配線板全体としてのコストアップを抑制することができる。

（マルチワイヤ配線板）
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施の形態のマルチワイヤ配線板は、上記実施形態の絶縁被覆ワイヤ９と、この絶縁被覆ワイヤ９の周囲に配置した絶縁層（プリプレグ６と布線用接着シート７又はプリプレグ８）と、この絶縁層（プリプレグ６と布線用接着シート７又はプリプレグ８）を介して配置した導体パターン５と、を備えるマイクロストリップ構造又はストリップ構造を有するマルチワイヤ配線板である。

このように、本実施の形態のマルチワイヤ配線板では、ワイヤ被覆層の材料として、フッ素系樹脂又はポリアミドイミド系樹脂又は低誘電ポリイミド樹脂のような比誘電率の小さい絶縁材料を用いるため、ワイヤの周囲に配置されたワイヤ被覆層の比誘電率が低下するので、高周波信号の誘電損失が少なく、伝送特性を改善することができる。また、ワイヤ被覆層として用いる、これらの比誘電率の小さい材料は、一般にコスト高であるが、ワイヤの周囲に用いるだけでよいので、使用量が少なくて済み、配線板全体としてのコストアップを抑制することができる。さらに、絶縁被覆ワイヤの周囲に、絶縁層を介して導体パターンを備えることで、マイクロストリップ構造又はストリップ構造を形成するため、ワイヤ被覆層に比誘電率の小さい材料を用いるだけで、高周波信号の誘電損失が少なく、伝送特性を改善することができる。

図２（ａ）、（ｂ）に示すように、絶縁被覆ワイヤ９の周囲に配置した絶縁層は、コア基材４との接着に用いるアンダーレイ層としてのプリプレグ６と絶縁被覆ワイヤ９を布線する際に用いた布線用接着シート７又はコア基材１０との接着に用いる絶縁材としてのプリプレグ８等の多層化接着用の絶縁材料で形成される。

図２（ａ）、（ｂ）に示すように、絶縁層（プリプレグ６と布線用接着シート７又はプリプレグ８）を介して配置した導体パターン５は、銅張り積層板の銅箔を回路加工して形成した導体パターン５を、布線用接着シート７又はプリプレグ６、８等の多層化接着用の絶縁材料を介して、積層することにより、絶縁被覆ワイヤ９を挟んだ一方側又は両側に配置される。

図２（ａ）に示すように、上記実施形態の絶縁被覆ワイヤ９と、この絶縁被覆ワイヤ９の周囲に配置した絶縁層（プリプレグ６と布線用接着シート７又はプリプレグ８）と、この絶縁層（プリプレグ６と布線用接着シート７又はプリプレグ８）を介し前記絶縁被覆ワイヤ９を挟んで対向配置した導体パターン５と、を備えるストリップ構造を有するマルチワイヤ配線板であるのが好ましい。

このように、絶縁層を介し絶縁被覆ワイヤを挟んで対向配置した導体パターンにより、ストリップ構造を構成できるので、ワイヤ被覆層に比誘電率の小さい材料を用いるだけで、高周波信号の誘電損失が少なく、伝送特性を改善することができる。

（実施例１）
図３（ａ）、（ｂ）は、本実施例の絶縁被覆ワイヤ９及びそれを用いたマルチワイヤ配線板の製造工程の概略を示す。

図３（ａ）に示すように、本実施例の絶縁被覆ワイヤ９は、信号線となるワイヤ１と、このワイヤ１の周囲に配置したワイヤ被覆層２と、このワイヤ被覆層２の周囲に配置したワイヤ接着剤層３と、を備えている。ワイヤ被覆層２は、フッ素系樹脂であるテフロンＰＦＡ（三井・デュポンフロロケミカル株式会社製、商品名、「テフロン」は登録商標。）を用いており、引き出し法により、ワイヤ１の周囲に融着している。ワイヤ接着剤層３は、フッ素系樹脂であるテフロンＥＴＦＥ（三井・デュポンフロロケミカル株式会社製、商品名、「テフロン」は登録商標。）を用いており、引き出し法により、ワイヤ被覆層２の周囲に融着している。このようにして、絶縁被覆ワイヤ９を準備した。

図３（ａ）に示すように、銅張積層板（日立化成株式会社製、商品名：ＭＣＬ−Ｉ−６７１）のコア基材４に回路形成して導体パターン５を形成し、プリプレグ６（日立化成株式会社製、ＭＣＬ−Ｉ−６７１）でアンダーレイ層６を積層形成し、布線用接着シート７（日立化成株式会社製、商品名：ＨＰＡＩ）をラミネートして、上記で準備した絶縁被覆ワイヤ９を布線して固定する。布線用接着シート７は熱硬化型を用い、絶縁被覆ワイヤ９を数値制御装置により超音波出力２５ｋＨｚ、布線速度２５ｍｍ／ｓｅｃで布線をした後、２００℃、９０分の熱処理で、絶縁被覆ワイヤ９のワイヤ接着剤層３と布線用接着シート７を硬化し固定させ、布線基板１７を作製した。

図３（ｂ）に示すように、上記で準備した布線基板１７の両面に、絶縁材としてプリプレグ８（日立化成株式会社製、商品名：ＧＦＡ―２）を介して、銅箔１１（日本電解株式会社製、商品名：ＮＤＧＲ）を、熱プレスにより多層化積層し一体化した。その後、絶縁被覆ワイヤ９のワイヤ１と表層の導体パターン１５とを接続させるべき位置、及び、内層の導体パターン５（グランド層）と表層の導体パターン１５とを接続させるべき位置に、ドリルで貫通穴明して、過マンガン酸処理でホールクリーニングした後、無電解銅めっき（日立化成株式会社製、商品名：Ｌ−６０）を用いてスルーホールめっきした後に、エッチングにより導体パターン１５を形成し、マルチワイヤ配線板を作製した。

（実施例２）
図３（ａ）に示すように、本実施例の絶縁被覆ワイヤ９は、ワイヤ被覆層２とワイヤ接着剤層３の両方に、フッ素系樹脂であるテフロンＥＴＦＥ（三井・デュポンフロロケミカル株式会社製、商品名、「テフロン」は登録商標。）を用いており、引き出し法により、ワイヤ１の周囲に融着している。これ以外の点は、実施例１と同様にして、絶縁被覆ワイヤ９を準備した。

図３（ａ）、（ｂ）に示すように、実施例１と同様にして、布線基板１７及びマルチワイヤ配線板を作製した。

（参考例）
図３（ａ）に示すように、本参考例の絶縁被覆ワイヤ９は、ワイヤ被覆層２として、１０ＧＨｚでの比誘電率が３．６の低誘電ポリイミド（デュポン社製、含フッ素ポリイミド）を用いており、引き出し法により、ワイヤ１の周囲に融着している。ワイヤ接着剤層３は、シロキサン変性ポリイミドアミド樹脂（日立化成株式会社製、商品名：ＫＳ−６６００）を用いており、引き出し法により、ワイヤ被覆層２の周囲に融着している。これ以外の点は、実施例１と同様にして、絶縁被覆ワイヤ９を準備した。

図３（ａ）、（ｂ）に示すように、実施例１と同様にして、布線基板１７及びマルチワイヤ配線板を作製した。

（比較例）
図３（ａ）に示すように、本実施例の絶縁被覆ワイヤ９は、ワイヤ被覆層２として、従来のポリイミド（Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｓｕｍｍｉｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製、商品名：Ｐｙｒｅ−ＭＬ）を用いており、引き出し法により、ワイヤ１の周囲に融着している。ワイヤ接着剤層３は、シロキサン変性ポリイミドアミド樹脂（日立化成株式会社製、商品名：ＫＳ−６６００）を用いており、引き出し法により、ワイヤ被覆層２の周囲に融着している。これ以外の点は、実施例１と同様にして、絶縁被覆ワイヤ９を準備した。

図３（ａ）、（ｂ）に示すように、実施例１と同様にして、布線基板１７及びマルチワイヤ配線板を作製した。

実施例１〜３及び比較例のマルチワイヤ配線板について、比誘電率及び誘電正接の値を測定した結果を、表１及び図４に示す。表１に示した比誘電率及び誘電正接の値は、何れも図４のトリプレートストリップライン共振器法（ＩＰＣ−ＴＭ−６５０ ２．５．５．５）により測定した信号減衰測定結果における周波数１０ＧＨｚでの値である。マルチワイヤ配線板の伝送特性は、表１及び図４に示すように、ワイヤ被覆層、ワイヤ接着層の比誘電率、誘電正接が小さいほど、マルチワイヤ配線板の信号伝送特性が優れているといえる。以上のようにして、信号伝送特性に優れたワイヤ多層配線板が得られる。

１…ワイヤ又は信号線
２…ワイヤ被覆層
３…ワイヤ接着剤層
４…（布線基板に用いる銅張積層板の）コア基材
５…（内層の）導体パターン又はグランド
６…アンダーレイ層又はプリプレグ
７…布線用接着シート
８…絶縁材又はプリプレグ
９…絶縁被覆ワイヤ
１０…（多層化に用いる銅張積層板の）コア基材
１１…（多層化に用いる）銅箔
１２…（ワイヤと表層の導体パターンを接続する）スルーホール
１３…（グランド層と表層の導体パターンを接続する）スルーホール
１４…金属めっき
１５…（表層の）導体パターン又は信号線
１７…布線基板

Claims (3)

1. ワイヤと、このワイヤの周囲に配置したワイヤ被覆層と、このワイヤ被覆層の周囲に配置したワイヤ接着剤層と、を備え、前記ワイヤ被覆層が、フッ素系樹脂又はポリアミドイミド系樹脂又は１０ＧＨｚでの比誘電率が３．６未満の低誘電ポリイミド樹脂の何れか１種類又はこれら２種類以上の組み合わせであり、前記ワイヤ接着剤層が、フッ素系樹脂又は比誘電率が１０ＧＨｚで３．６未満の低誘電ポリイミド樹脂の何れか１種類又はこれらの２種以上の組合せであり、前記ワイヤ被覆層の１０ＧＨｚでの比誘電率が２．１〜３．２又はワイヤ接着層の１０ＧＨｚでの比誘電率が２．６〜３．２である絶縁被覆ワイヤ。
2. 請求項１の絶縁被覆ワイヤと、この絶縁被覆ワイヤの周囲に配置した絶縁層と、この絶縁層を介して配置した導体パターンと、を備えるマイクロストリップ構造又はストリップ構造を有するマルチワイヤ配線板。
3. 請求項１の絶縁被覆ワイヤと、この絶縁被覆ワイヤの周囲に配置した絶縁層と、この絶縁層を介し前記絶縁被覆ワイヤを挟んで対向配置した導体パターンと、を備えるストリップ構造を有するマルチワイヤ配線板。

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