JPH0313317A - プラスチック粉末焼結誘電体シートの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、高周波数領域で使われる金属張り積層板等に
用いて好適な誘電体シートの製造方法に関するものであ
る。

（従来の技術） 最近の電子工業、通信工業の各分野において使用される
周波数は、次第に高周波の領域に移行し、従来多用され
ていたキロヘルツの領域からメガヘルツやギガヘルツの
領域の方に重要性が移行している。

これらの高周波領域では、伝送のエネルギー損失が大き
くなりやすく、比誘電率（以下εｒと記す）や誘電正接
（以下ｔａｎδと記す）のより小さな誘電体を用いた基
板が望まれるようになってきた。

これらの要求を満足する基板として、本出願人は特願昭
６１−２０４０６２号においてポリオレフィン等の粉末
を焼結させ、粉末と空気の分散状焼結誘電体（プラスチ
ック粉末焼結多孔質体）を基板の誘電へに使用する方法
を提案した。この方法で製造された誘電体は、ポリエチ
レンやポリプロピレンおよびテトラフルオロエチレンな
どの樹脂を誘電体とした場合よりも、εｒやｔａｎδが
小さく高周波特性は良好である。

したがって、上記方法による誘電体はこれらの特性を生
かして、衛星放送受信用マイクロストリップ方式平面ア
ンテナやラジアルラインスロットアンテナ方式の遅波用
誘電体として用いられたり、あるいは衛星通信、移動体
無線などの高周波用基板として用いられている。

（発頭が解決しようとする課題） しかしながら、高周波用基板の誘電体の厚みは、およそ
使用する周波数により決まり、周波数が高くなるほど薄
く、反対に周波数が低くなるほど厚くなる。例えば、自
動車電話等に使用される８００ＭＨｚでは、特性インピ
ーダンスを５０Ωとした場合、εｒ１．５〜２．０で、
誘電体の厚みは５〜６ｍｍとなる。そして、周波数２Ｇ
Ｈｚでは厚み２ｍｍとなる。

一方、ラジアルラインスロットアンテナの遅波用誘電体
にプラスチック粉末焼結誘電体シートを用いる場合は、
厚みは３〜１０ｍｍとなる。このような厚み３〜１０ｍ
ｍの誘電体として用いるため、プラスチック粉末焼結誘
電体シートをプラスチック粉末より成形しようとする場
合、厚みに応じて長時間の加熱を要するので、量産性に
劣る欠点があった。

このとき加熱温度に温度差がある場合、長時間加熱して
焼結させるので、プラスチック粉末の焼結の度合が異な
る。その結果、ε「を変化させ、共振周波数や基板の特
性インピーダンスを変化させるという不具合な問題を生
ずる。

さらに、このプラスチック粉末焼結誘電体シートの両側
に金属板や金属箔を積層し、金属張り積層板とした場合
、反りが発生する問題があった。

衛星放送受信用平面アンテナの場合、このような反りは
受信電波の位相をずらすので、特に大きな問題となる。

本発明は上記の問題点に鑑み、加熱時間を短くし、反り
発生を防止できるプラスチック粉末焼結誘電体シートの
製造方法を提供しようとするものである。

すなわち、本発明はプラスチック粉末焼結誘電体シート
を高周波回路用の金属張り積層板の誘電体やラジアルラ
インスロットアンテナの遅波用誘電体に使用する場合、
プラスチック粉末焼結誘電体シートを効率よく製造し、
さらに誘電体のεｒの変化が少なく、誘電体の両側に金
属板や金属箔を積層し基板とした場合の反りを大幅に改
善する目的でなされたものである。

（Ｒ題を解決するための手段） この目的を達成するため本発明は、プラスチック粉末を
所望の密度よりも低く焼結する第１の工程（予備成形工
程）と、この予備成形された粉末焼結体をさらに自由収
縮可能なことを条件として、所望の密度に焼結する第２
の工程からプラスチック粉末焼結誘電体シートを製造す
る方法である。

プラスチック粉末焼結誘電体シートの製造方法には、大
別して２つの成形方法がある。１つは金型成形法であっ
て、計回したプラスチック粉末を型に入れ、振動等を加
えて型内に均一に分散させ、これを所定の条件下で加熱
して焼結を行う方法である。もう１つはシート連続成形
法であって、基材上にプラスチック粉末を投入し、これ
を基材と一定間隔を保つ間隙に通し、一定厚みにプラス
チック粉末を賦形し、次いで、これを加熱焼結すること
により、シートを連続して成形する方法である。

プラスチック粉末焼結誘電体シートのεｒは、焼結誘電
体シートの密度と良い相関関係があり、予めεｒと密度
の関係を把握しておくと、プラスチック粉末焼結誘電体
シートの密度をｉ’ｌｌＪ定することにより、εｒを容
易に推定することができる。

高周波用基板の共振周波数や特性インピーダンスは、誘
電体のεｒや厚みにより決定されるため、それらを使用
目的に合わせて決めることができる。

したがって、目標とする値εｒを何するプラスチック粉
末焼結誘電体シートを得るには、εｒと密度の関係から
定まる所要密度の値を目的として、プラスチック粉末焼
結誘電体シートを製造すればよい。

そこで、まず第１の予備成形工程では、この目的とする
プラスチック粉末焼結誘電体シートの密度よりも低い密
度でプラスチック粉末を焼結する。

次に、本成形工程、つまり第２の工程では、新たな加熱
雰囲気中において、自由収縮可能な条件で加熱すること
により、目的とする所要の密度になるまで焼結をさらに
進行させるものである。

第１の予備成形工程におけるプラスチック粉末焼結誘電
体シートの密度は、該シートをくずすことなく第２の工
程における新たな加熱雰囲気中に移動設置できる程度ま
で焼結する必要がある。その目安は、プラスチック粉末
の嵩密度が０．０３〜０．２ｇ／ｃｍ３はど高くなる程
度であればよい。

第２の工程の加熱雰囲気温度は、第１の予備成形工程の
ときの温度よりも高くした方が好ましく、加熱雰囲気乾
燥器、乾燥炉等で設定することができる。

第２の工程における自由収縮可能な条件とは、プラスチ
ック粉末の焼結による体積収縮を妨げないことである。

換言すれば、プラスチック粉末焼結誘電体シートがそれ
を保持しているものに固定されずに、焼結による収縮が
可能となり、その結果内部応力が少なくなることをいう
。

使用するプラスチック粉末としては、熱可塑性プラスチ
ック粉末、熱硬化性プラスチック粉末が用いられる。例
えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−１−ブテ
ン、ポリ−４−メチル−ペンテン−１等の単独重合体、
エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−１−ブテン
共重合体、プロピレン−１−ブテン共重合体のようなポ
リオレフィン共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、
四フッ化エチレン六フッ化プロピレン共重合体２フッ化
エチレンプロピレンエーテル樹脂、フッ化アルコキシエ
チレン樹脂、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレ
ン共重合体、アクリロニトリル−ブタジェン−スチレン
共重合体、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアミド
、ポリアミドイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポ
リエーテルサルホン、ポリサルホン、ボリアリレート、
ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンオキサイ
ド、ポリエーテルイミド、ポリブタジェン、エポキシ樹
脂などがあり、これらを適宜変性してもよい。

また、これらの複合体としての混合物あるいは共重合物
などを用いてもよく、これらを成分とし、必要に応じて
架橋剤、硬化剤および添加剤を用いてもよい。

プラスチック粉末の粒径は、一般に平均粒子径で０．０
０１〜１ｍｍのものを使用する。また、プラスチック粉
末焼結誘電体シートの両側に金属箔や金属板を積層し金
属張り積層板とする場合、金属の祠質は例えば銅や銅合
金、アルミニウムが好ましい。反りを防止する観点から
、同じ祠質、厚さのもので構成するのがよい。

（作用） 本発明によれば、低倍率でしかも厚みの厚い内部に多く
の空隙を有するプラスチック粉末焼結誘電体シートを製
造する場合、プラスチック粉末を一旦シートに予備成形
した後（第１の予備成形工程）、次により高い温度の加
熱雰囲気中でさらに焼結させることができるので（第２
の工程）、従来の方法に比べ金型成形法では成形時間が
短縮され、金型占有時間を短縮して製造できるようにな
る。

また、予備成形工程では焼結を十分に進行させていない
ので、金型面へのプラスチック粒子の接触面積が少なく
、焼結誘電体シートの脱型は容易となる。さらに、金型
面の温度分布の不均一により局所的に加熱される時間が
短く、シートの高周波特性を左右するεｒのばらつきが
減る。

また、シート連続成形法では、従来の方法に比ベライン
速度を速くすることが可能となり、効率よく製造するこ
とができる。

第１の予備成形工程で得られたプラスチック粉末焼結誘
電体シートは、別に設けた第２の工程の加熱雰囲気中で
さらに目的とする密度に焼結される。この際、シートは
焼結による収縮を抑制されない状態で焼結されるので、
シート中の内部応力は極端に少なくなる。したがって、
これを金属箔や金属板と積層し金属張り積層板としたと
き、反りが大幅に改良されるものとなる。

（実施例） 以下、本発明方法を実施例および比較例によって説明す
る。

実施例１ 第１図に示す装置を用い、厚さ５０μｍのポリエステル
フィルム（ＳＬタイプ、帝人株式会社）基材１を、ステ
ンレススチールベルト２に沿うように倣わせ、中興型コ
ーター３でプラスチック粉末ミベロンＸＭ−２２０（超
高分子量ポリエチレンパウダー、平均粒子径０．０３ｍ
ｍ、融点１３６℃、嵩密度０．４ｇ／ｃｍ３．三井石油
化学工業株式会社商品名）４を、基材１の上に幅６０ｃ
ｍ１厚み７．５ｍｍに賦形し、１６０℃の加熱炉５で３
３分間加熱焼結を行い、密度０．４８ｇ／Ｃｍ３のシー
トに予備成形した（第１のＴ−備成形工程）。

この予備成形シートを長手方向に６０ｃｍ幅で基材ごと
切断し、厚さ１ｍｍのＡｌ板」二に基月がＡｌ板と反対
側になるよう予備成形シートを載せ、基材を剥がした。

そして、第２の工程として、内寸法が１ｍ角で約１０ｃ
ｒｎ間隔をあけて水平に棚を設けた熱風循環式乾燥型中
に、上記予備成形シートを載せたＡｌ板を入れ、これを
１８０℃の加熱雰囲気中で１分間さらに焼結させ、密度
０．６ｇ／ｃｍ’のプラスチック粉末焼結誘電体シート
を得た。

得られたプラスチック粉末焼結誘電体シートを５００Ｘ
５００ｍｍにカットし、厚さ１０５μｍの電解銅箔を接
着フィルムにュークレル０９０８Ｃ，三井デュポンポリ
ケミカル株式会社商品名）を介して、上記シートの両側
に加熱加圧して積層し銅張り積層板を得た。

実施例２ 平板の空間を有する」二型と下型からなる８０℃に保っ
た金型に、プラスチック粉末ミベロンＸＭ−２２０を所
定量投入し、振動を加えて均一に保ち、金型を１６０℃
まで昇温しく所要時間１２分）、そのまま１５分間保持
し、さらに冷却水を通し８０℃まで冷却しく所要時間１
３０分）、密度０゜５ｇ／ｃｒｎ３．厚さ７．５ｍｍの
シートに予備成形した。これを実施例１と同様に、厚さ
１ｍｍのＡｌ板に載せ、熱風循環式乾燥型中に入れ、１
８０℃の加熱雰囲気で１０分間さらに焼結させ、密度０
．６ｇ／ｃｍ３のプラスチック粉末焼結誘電体シートを
得た。そして、実施例１と同様に処理して銅張り積層板
を得た。

比較例１ 実施例１と同様に、第１図に示す装置を用い、基材１上
にプラスチック粉末ミベロンＸＭ−２２０（前記超高分
子量ポリエチレンパウダー）３を厚さ７．５ｍｍに賦形
し、１６０℃の加熱炉５で６３分間加熱焼結し、密度０
．６ｇ／ｃｍ３のプラスチック粉末焼結誘電体シートを
得た。

これを実施例１と同様に処理して、銅張り積層板を得た
。

比較例２ 実施例２と同様にして、６０℃に保った金型にプラスチ
ック粉末ミペロンＸＭ−２２０を所定量投入し、金型を
１６０℃まで昇温しく所要時間１４分）、そのまま３０
分間保持した後、冷却水を通し６０℃まで冷却しく所要
時間１６分）、密度０．６ｇ／ｃｒｎ”のプラスチック
粉末焼結誘電体シートを得た。

これを実施例１と同様に処理して、銅張り積層板を得た
。

実施例１，２および比較例１．２で要した成形時間をま
とめて表に示した。また、表にはプラスチック粉末焼結
誘電体シートのεｒを２０箇所測定したときのεｒのば
らつき（最大値−最小］直）と、プラスチック粉末焼結
誘電体シートの両側に金属箔や金属板を積層したときの
反りを示した。

反りは実施例１．２および比較例１．２で得たプラスチ
ック粉末焼結誘電体シートの両面に厚さ１０５μｍの電
解銅箔を積層した場合と、片面に厚さ３５μｍの圧延銅
箔、別の片面に厚さ１ｍｍのＡｌ板を積層した場合につ
いてそれぞれ示した。

なお、この反りの測定は、５００ｍｍ角の金属張り積層
板を水平な台に載せたときの台からの最大変位で示した
。

＊１　プラスチック粉末焼結誘電体シートの両面に厚さ
１０５μｍの銅箔を積層したもの。

＊２　プラスチック粉末焼結誘電体シートの片面に厚さ
３５μｍの銅箔、別の片面に厚さ１ｍｍのＡＪ２．板を
積層したもの。

表からも明らかなように、実施例１．２では一旦シート
に予備成形した後（第１の予備成形工程）、これをさら
に自由収縮可能な新たな加熱雰囲気中で加熱することに
より（第２の工程）、成形時間が大幅に短縮し、εｒの
ばらつきが少なくなっている。また、金属箔や金属板と
積層したときの反りが大幅に改善されている。

εｒのばらつきは、εｒと関連するプラスチック粉末焼
結誘電体シートの密度が場所により異なるためであり、
これは主に焼結温度のばらつきに起因する。

したがって、比較例２に示した金型を用いたプラスチッ
ク粉末焼結誘電体シートの成形では、金型の加熱、冷却
の際、プラスチック粉末が接する金型面に温度分布があ
り、それに対応してプラスチック粉末焼結誘電体シート
の密度が変化し、εｒのばらつきが大きくなったものと
思われる。

さらに、比較例２では、冷却の際金型温度を実施例２の
８０℃に対し６０℃まで冷却しているが、これはプラス
チック粉末焼結誘電体シートを金型より脱型する際に、
８０°Ｃでは金型面との離型性が悪く、脱型時プラスチ
ック粉末焼結誘電体シートが変形してしまうためである
。

これに対し、実施例２ではプラスチック粉末焼結誘電体
シートの密度が低く、プラスチック粉末粒子の金型面で
の接触面積が少なく、８０℃でも変形なしに容易に脱型
できた。

プラスチック粉末焼結誘電体シートの両面に金属箔や金
属板を接着フィルムを介して積層した後の反りは、実施
例１，２で示したように、シートに予備成形後、これを
さらに新たな加熱雰囲気中で加熱することにより、反り
が大幅に減少する。

これはプラスチック粉末焼結誘電体シートの新たな加熱
雰囲気温度が比較例１．２の場合の成形温度より高いこ
とや、基材や金型面にシートが固定されずに焼結される
ため、内部応力がより少なくなっていることによる。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、プラスチック粉末を焼結
させ、−旦シートに予備成形した後、さらにこのシート
を自由収縮可能な条件で焼結させ、プラスチック粉末焼
結誘電体シートを製造するので、成形時間が大幅に短縮
され、εｒのばらつきが少なく、金属箔や金属板を積層
したときの反りが著しく改善されるという特有の効果を
有する。

【図面の簡単な説明】

図は本発明に係るプラスチック粉末焼結誘電体シート連
続成形装置を模式的に示す側面図である。 １・・・基材 ２・・・ステンレススチールベルト ３・・・中興型コーター ４・・・プラスチック粉末 ５・・・加熱炉

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．　プラスチック粉末を目的とする密度よりも低く焼
   結する予備成形工程と、この予備成形された粉末焼結体
   を自由収縮可能なことを条件として目的とする密度に焼
   結する本成形工程からなることを特徴とするプラスチッ
   ク粉末焼結誘電体シートの製造方法。