JPH07123177B2

JPH07123177B2 - 高周波回路用基板の製造法

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Publication number: JPH07123177B2
Application number: JP61204062A
Authority: JP
Inventors: 雅己神谷; 隆男菅原; 豊山口; 正雄朝岡; 光雄横田; 憲次塚西
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 1986-08-29
Filing date: 1986-08-29
Publication date: 1995-12-25
Anticipated expiration: 2010-12-25
Also published as: JPS6358988A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、特に高周波領域での使用に好適な回路用基板
の製造法に関する。

（従来の技術）日経エレクトロニクスNO.347号P145〜160（1984年、日
経マグロウヒル社発行）に記載されているように衛星放
送等のマイクロ波受信用平面アンテナには誘電体の片面
の銅箔等に共振器を多数個配置し電波電力を受信しこれ
らをマイクロストリップラインで整合させ１〜数ケ所に
集め同軸ケーブル等でコンバーター、チューナー等へ導
く方式がある。しかしながら高周波の電力が誘電体を含
めた導体中を流れると表皮抵抗等のため減衰が大きく共
振器の電波電力がストリップラインを伝搬する際の損失
が大きくなってしまう（伝送損失）。そのため平面アン
テナの開口部を数区画に分けストリップラインの長さを
短くして共振器からの電波電力をこれら区画の中心の集
め、伝送損失の少ない同軸ケーブルによりこれらの区画
を結ぶ方法が考えられるが、この方法ではストリップラ
インと同軸ケーブルの接続は複雑になりしかも工程数が
多くなる欠点がある。そのため基板上に多数個の共振器
を配し、これらをマイクロストリップラインで結合して
１ケ所に集中させ同軸ケーブルと結合することが望まし
く、これにはマイクロストリップラインの伝送損失の小
さな基板としなければならない。伝送損失は伝送線路長
1mあたりの供給電力に対する透過電力の比をdB（デシベ
ル）表示したものであり次式で表わされる。

（X:供給電力100に対する透過電力）例えば伝送損失がそれぞれ2,3,4dB/mであれば、１端か
ら電力を供給し伝送線路を1m透過した他端でそれぞれ6
3,50,40％の電力が透過し37,50,60％の電力がそれぞれ
損失として失なわれることを意味する。

衛星放送の電波はVHF,UHF帯の地上放送の電波のように
大電力化できず微弱であるためアンテナの利得を上げる
うえでも伝送損失の少ない基板が要求される。伝送損失
を少なくするためには比誘電率、誘電正接の低い基板を
使用することが必要である。

そのため基板の絶縁層にはポリテトラフルオロエチレ
ン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポ
リイソブチレン、ポリメチルペンテン−１等のような比
誘電率、誘電正接の低い材料を用い、ガラス繊維や紙な
どの補強材は比誘電率や誘電正接が高いため出来るだけ
少なくするかあるいは使用しないで対処されている。

また微小中空球を絶縁層に混入する方法（特開昭60-167
394号公報）、基材に合成樹脂を含浸し加熱加圧して製
造する積層板の基材であるガラス繊維に石英ガラス繊維
を混合させる方法（特開昭59-109347号公報）が提案さ
れている。

（発明が解決しようとする問題点）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へ移行し、従来多用された
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いので比誘電率や
誘電正接のより小さな材料が望まれてきた。

しかしながら誘電率、誘電正接の小さいポリテトラフル
オロエチレン、ポリエチレ等の基板を用いたものは製造
工程が複雑となるばかりでなく、用いても伝送損失を低
下させることに限界があり満足できる基板は得られてい
ない。

また微小中空球を絶縁層に混入する方法は工程が多く、
絶縁層中で微小中空球が均一に分散しないと、その回路
用基板上で誘電特性の偏りを生じる。また微小中空球と
絶縁層との接着が悪いと水が浸入し比誘電率や誘電正接
が高くなる。さらに微小中空球にはその材質に比誘電率
や誘電正接の比較的高いものを用いている場合が多いの
で混入量を多くしてもそれほど比誘電率や誘電正接が低
下しない。

更に、基材であるガラス繊維に石英ガラスを使用した積
層板は高価である上に、比誘電率や誘電正接の低下に限
界がある。

本発明は、比誘電率、誘電正接が低く、基板表面から内
部への水分の浸入がなく、基板の全体にわたって均一な
誘電特性を有する回路用基板を簡単に製造する方法を提
供するものである。

（問題点を解決するための手段）第１図は本発明の方法により製造された回路用基板の一
実施例を示す断面図であり、１は金属箔、２は水分不透
過性膜、３は絶縁体層、４は水分不透過性膜、５は金属
板である。

３の絶縁体層は、超高分子量ポリエチレン粉末の粒子の
一部または全部が隣接した粉末粒子と融着あるいは接着
した状態を保ち、かつ、そのすきまに空気の層を有する
ものである。

絶縁体層を形成する超高分子量ポリエチレンは、高分子
データ・ハンドブック応用編（高分子学会編、P1〜P2、
（株）培風館、昭和61年１月30日発行）やプラスチック
スエージエンサイコロペディア進歩編1983（PLATICS AG
E ENCYCLOPEDIA進歩編編集委員会編、P182、（株）プラ
スチックス・エージ、昭和57年10月12日発行）等にある
ように、ポリエチレンの中低圧法において連鎖移動剤で
ある水素をほとんど用いずに作られた平均分子量が約10
0万以上の直鎖状のポリエチレンで、成形加工法に制約
があるものの機械的性質に極めて優れた特性を持ってい
るものである。これらは、三井石油化学工業（株）のハ
イゼックスミリオン、ミペロン、ヘキストジャパンのホ
スタレンGURを好適に使用することができる。これらを
主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。

超高分子量ポリエチレン粉末の粒径は平均粒子径で0.00
1〜1mmのものを使用する。1mmを超えると高周波帯で使
用する場合、その波長と粒子間のすきまの空気層の平均
直径が近くなり、それによる影響が出る可能性がある。
空気層の平均直径が用いる波長の1/100以下であれば問
題ない。

例えば12（GHz）で使用するならば空気層の平均直径を
0.25（mm）以下にする。平均粒子径が0.001mm未満であ
れば粉末粒子のあいだに必要な空気層が形成しにくくな
る。

絶縁体層は次のようにして形成する。

金属箔１の上に水分不透過性膜２を載せ、水分不透過性
膜２の上に一定厚みに超高分子量ポリエチレン粉末を散
布し、その上に水分不透過性膜４、金属板５を載せ、全
体を加熱加圧して接着するのと同時に超高分子量ポリエ
チレン粉末を隣接した粉末の粒子と粒子間の空気の層が
形成されるように融着あるいは接着させることにより絶
縁体層を形成する。

あるいは、超高分子量ポリエチレン粉末を予じめ、超高
分子量ポリエチレン粉末の粒子の一部または全部が隣接
した粉末の粒子と融着あるいは接着した状態を保ち、そ
のすきまに空気の層を有するようシート状に形成してお
くことも出来る。

例えば、無圧あるいは接触圧で焼結するという方法があ
る。超高分子量ポリエチレン粉末の層あるいはそのシー
ト状成形物の厚みは回路用基板として使うのだから0.2
〜10mmにする。

第１図に於て２は水分不透過性膜である。

金属箔１を絶縁体層３に水分不透過性膜２を介して加熱
加圧して接着するのは、絶縁体層３は多孔質であるか
ら、このままで金属箔と接着したのでは基板を回路加工
する時に、エッチング液が表面の孔から空気の層へ浸入
し、金属箔の回路のサイドエッチなどが起きたり、回路
加工後に浸入した液体の溶媒分が蒸発し、内容物が基板
の内部に残留し特性の劣化をひきおこすのを防ぐためで
ある。また回路加工後、表面からの吸水を防ぐためでも
ある。他の理由はこの層を介することにより金属箔との
接着をよくするためである。水分不透過性膜としては、
熱可塑性樹脂のフィルムや、樹脂を揮発性溶媒に溶かし
たものが好ましい。樹脂を揮発性溶媒に溶かしたものは
前もって金属箔あるいは絶縁体層に塗布し溶媒分を揮発
させる等の方法で水分不透過性膜とする。

超高分子量ポリエチレン粉末の場合には、その超高分子
量ポリエチレン粉末の樹脂の融点よりも低い融点をもつ
ポリオレフィン樹脂のフィルムやそのポリオレフィン樹
脂を揮発性溶媒に溶かしたものやそのポリオレフィン樹
脂をガラス布や紙などに含浸させたシート状のものがよ
い。

その理由はこの後金属箔と加熱加圧して接着する時、加
熱温度を水分不透過性膜の融点よりも高く、超高分子量
ポリエチレン粉末の融点よりも低くすると、超高分子量
ポリエチレン粉末は内部の空気の層を有したままの形を
保ち、水分不透過性膜の樹脂のみが溶融して接着力を出
すことができるからである。水分不透過性膜の厚みはそ
の求める回路用基板の特性に応じて自由に変える。ただ
し用いる金属箔の接着面の凹凸よりも厚くなければなら
ない。

第１図の例では、絶縁体層３と金属板５との間にも水分
不透過性膜４を介在させているが、この場合は主には絶
縁体層３と金属板５との接着性向上のためである。

第１図に於て、１は金属箔、５は金属板である。金属箔
はエッチング等により所定の導体回路が形成され、金属
板は、絶縁体層の機械強度の補強のために使用されてい
る。

金属箔または金属板は銅、白銅、青銅、黄銅、アルミニ
ウム、ニッケル、鉄、ステンレス、金、銀、白金等の箔
または板である。金属箔として一般には印刷回路用の銅
箔が好ましく、銅箔の中でもきわめて高純度の無酸素銅
箔は高周波の伝送損失が少ないので特に好ましい。金属
板は接地導体としての役割や基板のそり防止に役立つ。
またこの金属板の取付け用治具を設置して基板を枠組に
容易に取付けることができる。金属板としてアルミニウ
ム、鉄、ステンレスが好適であり、高周波電力の伝送損
失を少なくするためこれらの表面に銅めっき、銀めっ
き、金めっきなどを施してもよい。

金属板は不用な場合は使用しないでも良い。絶縁体層の
両面に水分不透過性膜を介して銅箔を接着させても良
い。

３層の回路用基板としてその内層に金属板を配置し、そ
の外層に絶縁体層、水分不透過性膜を介して金属箔を配
置してもよい。さらに多数層の回路用基板として金属板
をそれぞれ複数層配置した構成でもかまわない。いずれ
の場合でも少なくとも絶縁体層と導体回路が形成される
金属箔との間には水分不透過性膜を介在させる。

金属箔あるいは金属板は接着力を上げるために通常はそ
の表面を粗化する。しかし高周波帯域では電気信号は導
体の表層に集中する傾向があり、導体表層部の電流密度
が増大する。

導体の表面粗さが大きいと表層の長さが長くなることに
なり、その分抵抗が増え損失が増大する。金属箔に銅箔
を使う場合にはその表面粗さは２〜10μｍ程度であるが
好ましくは２〜３μｍのものがよい。

以上に述べた材料を用いて、絶縁体層を水分不透過性膜
を介して、金属箔あるいは金属板と加熱加圧して接着す
る。ここで注意すべき点は回路用基板に製造後も超高分
子量ポリエチレン粉末の一部または全部が、隣接した粉
末の粒子と融着あるいは接着した状態を保ち、そのすき
間に空気の層を有していなければならない。

加熱加圧は、導体回路が形成される金属箔に水分不透過
性膜を介して超高分子量ポリエチレン粉末を一定の厚み
に散布し加熱加圧する。又は導体回路が形成される金属
箔の水分不透過性膜を介して超高分子量ポリエチレン粉
末を予じめ隣接した粒子同志が融着あるいは接着した状
態を保ちそのすきまに空気の層を有するようにシート状
に形成したものを置き加熱加圧することにより行う。

このとき比誘電率や誘電正接は回路用基板の絶縁層の密
度に、回路用基板上の線路の損失は密度と厚みに大きく
影響されるが、密度や厚みは絶縁体層の厚みや水分不透
過性膜の厚みまたは金属箔あるいは金属板と接着する際
の温度や圧力を変えることにより、所望の値とすること
ができる。

たとえば低比誘電率や低誘電正接であることよりも機械
的強度を優先させたい場合には水分不透過性膜の厚みを
厚くし、絶縁体層の厚みを薄くすればよい。逆に低比誘
電率、低誘電正接であることを優先させたい場合には、
水分不透過性膜の厚みはできるだけ薄くし絶縁体層の厚
みを厚くすればよい。絶縁体層の密度を調節するのは絶
縁体層の厚みを得ようとする密度に応じて厚くしてお
き、金属箔あるいは金属板と接着させる際に圧力を高く
して一定の厚みに押し縮めるなどの方法がある。このよ
うに本発明の製造法では密度や厚みを自由に調節でき、
所望の比誘電率、誘電正接、絶縁層厚みにすることがで
きる。高周波回路用基板として用いる場合にはできるだ
け低比誘電率、低誘電正接であることが要求されるた
め、絶縁体層の密度が0.9（g/cm³）以下であることが望
ましい。またSHF帯のマイクロストリップアンテナなど
に用いられる場合には回路用基板をそのままアンテナと
して使用するためアンテナ利得を上げるためにその回路
用基板上の線路の損失ができるだけ小さいことが要求さ
れている。現在市販されている回路用基板では、損失が
４（dB/m、12GHz）未満のものはない。しかし本発明の
製造法に従って超高分子量ポリエチレン粉末に比誘電率
2.3、誘電正接１×10^-3のポリエチレンを使い、水分不
透過性膜に同じポリエチレンのフィルム（厚み60μｍ）
を使い、絶縁層の密度を0.7（g/cm³）以下にすることに
よって線路の損失を２（dB/m、12GHz）以下にすること
ができる。

実施例１〜４超高分子量ポリエチレン粉末としてミペロンXM−220
（超高分子量ポリエチレンパウダー、三井石油化学工業
株式会社商品名、平均粒径0.03mm、融点136℃）を使用
しこれに振動を加えて均一にした後、230℃のオーブン
中でシート状に焼結した。

水分不透過性膜にはポリエチレンフィルム（厚み0.06mm
融点98℃）を用いた。銅箔はNDGAC-35（シラン処理済、
電解銅箔、日本電解株式会社商品名、厚み0.035mm）、
アルミニウム板はJIS-5052に適合する厚さ1.0mmを用い
た。

以上のものを銅箔、ポリエチレンフィルム、超高分子量
ポリエチレン粉末のシート、ポリエチレンフィルム、ア
ルミニウム板の順に重ね合せ、125℃45kg/cm²で約10分
間加熱加圧することにより接着し、回路用基板を得た。
密度は超高分子量ポリエチレン粉末のシートの厚みを変
え、スペーサーを使って一定の厚みに押し縮めることに
より変化させた。表１に実施例１〜４の各特性値を示
す。

比較例１実施例１〜４と同様にして回路用基板を得た。但し温度
は125℃でなく160℃にして超高分子量ポリエチレン粉末
を十分に溶融させ、粉末粒子間の空気を押し出した。表
１に比較例１の特性値を示す。

比較例２実施例１〜４と同じにして回路用基板を得た。但し接着
層であるポリエチレンフィルムを使わない構成とした。
表１に比較例２の特性値を示す。

比誘電率、誘電正接について実施例１〜４と比較例１を
比べると、絶縁体層中に空気の層を有している実施例１
〜４のほうが空気の層を有していない比較例１にくらべ
て低い値を示した。また実施例１〜４では空気の体積分
率が増え、密度が下がるにつれて比誘電率、誘電正接が
低下している。基板表面からの吸水の有無について、実
施例１〜４と比較例２を比べると水分不透過性膜である
ポリエチレンフィルムを使っている実施例１〜４は吸水
は無しであったのに対し、ポリエチレンフィルムのない
比較例２は回路加工時に、銅のエッチング液として用い
た塩化第二銅水溶液のしみこみが見られ、水洗乾燥後も
緑色の残留物が見られた。銅箔引きはがし強さについて
実施例１〜４と比較例２を比べると水分不透過性膜であ
るポリエチレンフィムを使っている実施例１〜４は約1.
0kg/cm程度の接着力があるのに対してポリエチレンフィ
ルムのない比較例２は0.05kg/cmと非常に低い値となっ
た。

（発明の効果）本発明の方法により低比誘電率、低誘電正接という特性
をもつ回路用基板を容易に得ることができる。また空気
と樹脂の体積分率を変えることにより比誘電率、誘電正
接は自由に調節できる。また絶縁体層を水分不透過性膜
を介して金属箔と接着することにより、絶縁体層表面か
ら空気の層へのエッチング液や水の侵入を防ぎ、金属箔
との良好な接着性が得られる。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の方法により製造された回路用基板の断
面図である。符号の説明１……金属箔２……水分不透過性膜３……絶縁体層４……水分不透過性膜５……金属板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者朝岡正雄東京都新宿区西新宿２丁目１番１号日立化成工業株式会社内 (72)発明者横田光雄茨城県下館市大字小川1500番地日立化成工業株式会社下館工場内 (72)発明者塚西憲次茨城県下館市大字小川1500番地日立化成工業株式会社下館工場内 (56)参考文献実開昭60−90908（ＪＰ，Ｕ) 実開昭61−83913（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属板上に水分不透過性膜を載せ、平均粒
子径が0.001〜1mmの超高分子量ポリエチレン粉末を一定
厚みに散布し、その上に水分不透過性膜、金属箔を載せ
加熱加圧し超高分子量ポリエチレン粉末を隣接した粉末
の粒子と融着あるいは接着した状態を保ちかつそのすき
まに空気の層を有している絶縁体層とすると共に少なく
とも絶縁体層に空気が残るように全体を接着一体化する
ことを特徴とする高周波回路用基板の製造法。
【請求項２】金属箔上に水分不透過性膜を介し、平均粒
子径が0.001〜1mmの超高分子量ポリエチレン粉末を予じ
め隣接した超高分子量ポリエチレン粉末の粒子が融着あ
るいは接着した状態を保ちかつそのすきまに空気の層を
有しているシート状に成形した絶縁体層を置きさらに水
分不透過性膜を介し金属箔又は金属板を載せ少なくとも
絶縁体層に空気が残るように加熱加圧して全体を接着一
体化することを特徴とする高周波回路用基板の製造法。