JPH08501185A - プリント回路用基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 低い誘電率及び低い散逸ファクタを有する発泡基板を具備するプリント回路板、並びに、そのような基板を用いてプリント回路板及びプリント回路を形成する技術が提供される。基板は、１．５よりも低い誘電率、並びに、１０^-2よりも低い散逸ファクタを有している。化学蒸着により、あるいは、適宜な接着剤を用いることにより、導電層が、基板表面に設けられる。プリント回路は、適宜なエッチング材料を使用するエッチングの如き従来の技術によって印刷することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 プリント回路用基板発明の分野及び背景 本発明は、プリント回路板用の基板に関し、より詳細には、プリント回路板用 の基板として使用される材料、並びに、プリント回路を製造する際にそのような 基板を用いる方法に関する。 プリント回路は、随分昔に、殆どの用途において電線回路に取って代わった。 プリント回路は、比較的に僅かなスペースしか占めない極めて複雑な回路の多く のコピーを経済的に且つ信頼性をもって製造することを可能とする。 プリント回路を製造するためには、代表的には銅又はアルミニウムである導電 性金属の薄いシートを基板の１又はそれ以上の面に接合する。そのような基板は 一般に、導電層の形状を維持すると共に構造的な強度を与えるために使用される 適宜な厚み及び機械的な性質を有するシートの形態をしている。その後、導電層 は、印刷プロセスに付され、その印刷プロセスは、回路設計の正確な像を導電体 の表面に印刷する。次に、エッチング技術を用いて導電層のある部分を除去し、 必要とされる正確な回路を残す。 基板の選定は、その電気的な性質が、特に高い周波数において、回路の性能及 び効率に大きな影響を与えるので、非常に重要である。そのような選定は、より 高速のスイッチング周波数及びより高密度の導電パターンの如きより速いロジッ クが、低い誘電率及び低い散逸損失を有する基板を益々必要とするので、将来に おいて特に重要になるであろう。 種々の基板が現在使用されており、中でも、ガラスエポキシ、テトラフルオロ エチレン、あるいは、テフロン（登録商標）及びデュロイド（登録商標）が使用 されている。 そのような基板は、妥当な機械的な性質を示すが、そのような基板の電気的な 性質は、幾分かの問題を有している。すなわち、そのような基板は、ある種の用 途においては、プリント回路の性能及び効率に悪影響を与えるに十分に高い誘電 率及び散逸係数或いは散逸ファクタを有する。また、上述の基板は、比較的高価 であると共に比較的密度が高く、従って、最終的なプリント回路のコスト及び重 量を増大させる。 従って、一般に使用されている基板に比較して十分に小さな誘電率及び散逸フ ァクタを有すると共に、廉価で、密度の小さなプリント回路板に対する需要が広 く認識されており、そのようなプリント回路板を得ることが極めて望ましい。発明の摘要 本発明によれば、１．５よりも小さな誘電率を有する発泡基板すなわちフォー ムドサブストレート （ｆｏａｍｅｄ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）を備えたプリント 回路板が提供される。 本発明によれば、プリント回路板を形成する方法が更に提供され、この方法は 、導電材料の層を１．５よりも小さな誘電率を有する発泡基板の上に置く工程を 備えている。 本発明によれば更に、１．５よりも小さな誘電率を有する発泡基板を具備する プリント回路板を備えたプリント回路が提供される。 本発明によれば、更にプリント回路を形成する方法が提供され、この方法は、 （ａ）１．５よりも小さな誘電率を有する発泡基板の上に導電材料の層を置く工 程と、（ｂ）回路設計図を導電層に印刷する工程と、（ｃ）回路を構成しない層 の部分を除去するために前記導電層を処理する工程とを備える。 好ましい実施例における更なる特徴によれば、基板は、スチロフォーム（Ｓｔ ｙｒｏｆｏａｍ） （登録商標）の如きポリスチレン、好ましくは、ポリアクリ ルイミド、更に好ましくは、ポリメチルアクリルイミドから形成される。 後に説明する本発明の好ましい実施例の更に別の特徴によれば、プリント回路 板は更に、一般には銅又はアルミニウムである導電層を備え、この導電層は、例 えば接着剤によって、基板の少なくとも一方の表面に取り付けられる。 本発明は、低い誘電率及び低い散逸ファクタを有するプリント回路に使用され る、好ましくはポリメチルアクリルイミドの剛性発泡体すなわち剛性フォームで ある基板を提供することにより、現在知られている構造の欠点を成功裏に解消す る。そのような基板を使用することにより、回路の作用に悪影響を及ぼす基板の 干渉を極力少なくし、これにより、回路の性能を向上させると共に回路の効率を 高める。 導電材料の層は、化学蒸着を含む種々の技術によって、あるいは、適宜な電気 的な性質を有する適正な接着剤を使用することにより、基板の一方又は両方表面 、及び／又は、基板の１又はそれ以上の縁部に取り付けることができる。 プリント回路は、フォトリトグラフィー並びにその後のエッチングを含む通常 の手段によって、導電層に付与することができる。エッチングは、基板に適合す るエッチング剤を用いて行われる。好ましい実施例の説明 本発明は、適宜な機械的な性質を有する材料から形成され、１．５よりも低い のが好ましい低い誘電率、並びに、１０^-2よりも小さいのが好ましい低い散逸フ ァクタを有する発泡基板を用いる、プリント回路板、プリント回路アセンブリ、 及び、それらの製造方法を提供する。 本発明によれば、プリント回路板の発泡基板は、１．５よりも低い誘電率並び に１０^-2よりも小さな散逸ファクタを有する材料から形成される。 そのような材料の例としては、スチロフォーム（登録商標）の如きポリスチレ ンが挙げられる。３ＧＨｚにおいて測定されたスチロフォーム（登録商標）の代 表的な電気的な性質においては、誘電率が１．０３であり、散逸ファクタが１０^-4 である。１０ＧＨｚにおいては、誘電率及び散逸ファクタはそれぞれ、１．０ ３及び１．５×１０^-4である。 基板は、ポリアクリルイミドから形成されるのが好ましく、また、任意の形態 のポリメチルアクリルイミド（ＰＭＩ）から形成されるのがより好ましく、更に 、特にこれに限定するものではないが、ローハセル（Ｒｏｈａｃｅｌｌ）の商品 名で販売されているＰＭＩ製品の如きポリメチルアクリルイミドの剛性発泡体す な わち剛性フォームから形成されるのが好ましい。以下の説明においては、本発明 の基板を形成することのできる例示的な材料としてのＰＭＩに議論の焦点を当て る。ＰＭＩを詳細に説明することは、本発明の範囲をどのような意味でも限定す るものではない。 ＰＭＩは、熱の下での高い寸法安定性、耐溶剤性、並びに、低い熱伝導率を含 む優れた機械的な性質を有している。また、ＰＭＩは、非常に高い強度、並びに 、非常に高い弾性係数及びせん断係数を有している。このような望ましい機械的 な性質が、例えば、航空機の用途において、そして又、アンテナプロテクタやレ ーダーカバー（レードーム）等の用途において、軽量且つ高強度の構造を構成す る際にＰＭＩを有益なものとする。 ＰＭＩフォームは、例えば、メタクリル酸及びメタクリロニトリルから形成さ れる共重合体シートを加熱成形する等、任意な適宜手段で製造することができる 。上記成形の間に、共重合体は、ポリメチルアクリルイミドに変換される。成形 温度は一般に、１７０゜Ｃよりも高いが、正確な温度は、必要とされる密度及び グレードに依存する。成形の後に、ブロックを室温まで冷却する。 その優れた機械的な性質とは別に、ＰＭＩは、特に軽量フォームの形態におい ては、下の表から分かるように、傑出した電気的な性質も有しており、下の表は 、種々の総密度（ｇｒｏｓｓ ｄｅｓｉｔｙ）を有するＰＭＩに関して２４ＧＨ ｚ及び２３゜Ｃで測定した誘電率及び散逸ファクタを示している。 上の表が示すように、ＰＭＩ剛性フォームは、テフロンの如き従来のプリント 回路基板に比較して軽量である。より重要なことは、ＰＭＩフォームの誘電率及 び散逸ファクタは、従来の基板の対応する値よりもかなり小さいことである。こ れは、マイクロ波範囲（０．５ＧＨｚ及びそれ以上）で作動するプリント回路の 用途に本発明の基板をより適したものとする。また、上記フォームの電気的な性 質は、密度が減少するに連れて改善されることに注意する必要がある。最適なフ ォームを選択するために、一般には、密度が減少することに伴い、物理的な性質 が低下することに対して電気的な性質が改善されることを評価する。 低い誘電率は、従来の基板で可能な帯域幅よりも広い帯域幅を確実にする。低 い誘電率はまた、アンテナ列の用途における隣接する要素間に、低い相互接続レ ベルをもたらす。低い散逸ファクタは、ロスを減少させると共に、回路をより効 率的にする役割を果たす。低い密度は、基板の重量を減少させ、従って、より取 り扱い易くする。 ＰＭＩ及びその関連する材料をプリント回路板用の極めて望ましい基板とする ものは、優れた機械的な性質及び電気的な性質の組み合わせである。 そのような材料をプリント回路板用の基板の如き用途において有用とするため には、基板の１又はそれ以上の表面に銅又はアルミニウムの如き導電体をコーテ ィングする方法を提供する必要がある。また、回路を導電体に印刷する方法、及 び、そのような導電体をエッチングして所望のプリント回路を製造する方法も必 要である。そのような方法は総て、ＰＭＩフォームの機械的な性質及び電気的な 性質に悪影響を与えることなく行う必要がある。 ＰＭＩ剛性フォームは一般に、種々の特定の厚みを有するシートとして供給さ れ、幾つかの総密度のいずれも入手可能である。そのようなシートは、材料の大 きなブロックを切断あるいは鋸切りすることにより得られ、ＰＭＩの表面を比較 的粗い状態にする。そのような基板はまた、例えば、熱処理及び加圧成形し、そ れが取り付けられるべき構造体の寸法及び形状に合致させることによっても形成 することができる。 導電層は、比較的滑らかな表面に取り付けるのが好ましい。この目的のために 、 問題となる表面を研磨するのが好ましい。もしくは、適正な範囲まで加熱しなが ら適宜な時間にわたって適宜な圧力を用いることにより、ＰＭＩフォームのシー トを加圧するのが望ましい。この加圧は、交互に冷却及び加熱することのできる プレス機の中で行うのが好ましい。熱がＰＭＩシートの中に浸透するに連れ、外 側のセルがくずれて絞られて平坦になり、これにより、外側の層の総密度が増大 する。これは、押し込み抵抗を増大させ、シートの表面を滑らかにする役割を果 たす。 銅又はアルミニウムの如き導電層は、ＰＭＩ剛性フォームのシートの表面に適 宜な方法で取り付けることができる。２つのそのような方法は、化学的なコーテ ィング、並びに、接着剤を用いる取り付けを含む。 化学的なコーティングにおいては、最初に、一般には銀であり一般に１ミクロ ンよりも小さな厚みを有する薄い層を基板の表面にコーティングする。その後、 適宜な厚みを有する銅又はアルミニウムの層が、電気分解のプロセスによって薄 い銀の層の上に堆積される。通常、銀は都合良くエッチングすることができない ので、そのような技術を使用するには、マスクを介して回路を直接印刷すること を必要とする。上記方法を用いるためには更に、表面を比較的滑らかにする必要 があり、これは、例えば、上述のように熱を用いた加圧成形によって行うことが できる。 接着剤を用いる取り付けは、少なくとも２つの基本的な方法で行うことができ る。そのような方法は、通常、基板表面を滑らかにすることを必要としない。１ つの方法は、最初に、例えば、接着剤フィルムを噴霧又は定置することにより、 ０．１ｍｍよりも小さな厚みを有するのが好ましい適宜な接着剤の層を基板表面 にコーティングすることである。次に、接着剤コーティングされた基板の上に導 電層を置き、一般には加熱しながら、上記基板及び導電層を一緒に加圧し、緊密 な接合を行わせる。 接着剤は、銅又はアルミニウムの如き金属を接合することのできる適宜な接着 剤とすることができる。そのような接着剤の１つの例は、３Ｍ社（３Ｍ Ｃｏｍ ｐａｎｙ）によって製造されるスコッチ・ウエルド４０６０ （Ｓｃｏｔｃｈ− Ｗ ｅｌｄ ４０６０：登録商標）である。スコッチ・ウエルド４０６０は、金属、 木材、繊維、及び、幾つかのプラスチックに対して良好な接着性を有し、強度が 高く、熱作用性があり、且つ、非支持型の接着剤フィルムである。そのような接 着剤を用いるために、適正な寸法及び形状を有する接着剤フィルムの一部を切断 する。次に、基板及び導電層をこれらの間の接着剤フィルムによって接続し、１ ５０°Ｃの最小温度まで加熱処理することにより、互いに接合する。その温度は 、上記接着剤が接合面を濡らすに十分な時間だけ維持される。上記加熱サイクル の間、接合される表面の間に良好な接触を維持するために十分な圧力を加える。 熱を使用する加圧は、上述の如き基板表面の円滑化の必要性を排除するか、ある いは、その重要性を減少させることができる。 接着剤を用いて導電層を基板に取り付けるための第２の方法は、接着剤が予め コーティングされている導電層を用いる。そのような材料の代表例は、アイソー ラ （Ｉｓｏｌａ）によって製造される、デュレーバ（Ｄｕｒａｖｅｒ：登録商 標） ＣＥ（シアン酸エステルマトリックス）、デュレーバ（Ｄｕｒａｖｅｒ： 登録商標） ＢＴ（ビスマレインイミド・トリアジンマトリックス：ｂｉｓｍａ ｌｅｉｎｉｍｉｄｅ ｔｒｉａｚｉｎｅ ｍａｔｒｉｘ）、デュレーバ（Ｄｕｒ ａｖｅｒ：登録商標） ＰＤ（ポリイミドマトリックス）等である。 導電層を基板に取り付ける際に使用される接着剤は重要であり、その理由は、 不適当な電気的な性質を有する接着剤は、得られる回路板の性質に悪影響を与え るからである。作動周波数範囲において低い誘電率及び低い散逸ファクタを有す る接着剤を用いることが重要である。 何等かの適宜な方法によって導電層を基板に取り付けた後に、従来の技術並び に適宜な材料を用いて、所望の回路の像を導体の表面に印刷することができる。 次に、印刷された導電層をエッチングして必要のない導体を除去し、所望の回路 を残す。 使用するエッチングプロセスは、適宜な従来の技術とすることができるが、使 用するエッチング材料が基板に確実に適合するように、幾分異なる薬品を使用す ることがある。大部分の従来のエッチング技術は、アルカリ溶液を使用している 。 そのようなアルカリ溶液は、ＰＭＩの如き基板に用いることが容易ではなく、そ の理由は、アルカリ溶液はその基板を腐食させるからである。しかしながら、使 用する接着剤が十分に厚い場合、及び／又は、アルカリ溶液に対して十分な耐性 を有する場合であって、アルカリ溶液と基板との間の接触が防止される場合には 、アルカリ溶液を用いることができることに注意する必要がある。表面とアルカ リ溶液との間の接触を全く行わせないようにするために、耐アルカリ材料で縁部 を含む基板の表面を被覆する必要がある。 基板がアルカリ溶液に接触しないようにするのが重要である場合には、アルカ リ溶液を用いるのではなく、例えば、リーローナル（ＬｅａＲｏｎａｌ）によっ て製造されるロネッチＰＳ （Ｒｏｎｅｔｃｈ ＰＳ：登録商標）を硫酸中に溶 かした溶液の如きエッチング材料を用いるのが好ましい。そのような適宜なエッ チング剤を用いると、従来のエッチング剤を用いて得られるプリント回路に比肩 し得るプリント回路を得ることができる。しかしながら、従来のプリント回路と は対照的に、本発明の基板を用いるプリント回路は、軽量であり、また、より重 要なことは、より良好な性能特性及び効率を有し、更に低コストであることであ る。 本発明の基板は、単一の層を有するプリント回路として使用することができる 。あるいは、そのような基板の複数の層を用いて、多くの層を有するプリント回 路を形成することができる。他の実施例においては、本発明の１又はそれ以上の 基板が、テフロンの如き１又はそれ以上の従来の基板の１又はそれ以上の層と混 在された特徴を有する構造を形成することができる。 １つの好ましい実施例に関して本発明を説明したが、本発明の多くの変形例、 変更例、並びに、他の用途が可能であることは理解されよう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＴ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＣＡ， ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＨＵ，ＪＰ，Ｋ Ｐ，ＫＲ，ＬＫ，ＬＵ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 請求項１．１．５よりも低い誘電率を有する発泡基板を備えるプリント回路板。 請求項２．請求項１のプリント回路板において、前記基板が、ポリスチレンから 形成されることを特徴とするプリント回路板。 請求項３．請求項１のプリント回路板において、前記基板が、ポリアクリルイミ ドから形成されることを特徴とするプリント回路板。 請求項４．請求項３のプリント回路板において、前記基板が、ポリメチルアクリ ルイミドから形成されることを特徴とするプリント回路板。 請求項５．請求項１のプリント回路板において、前記基板の少なくとも１つの表 面に取り付けられた導電層を更に備えることを特徴とするプリント回路板。 請求項６．請求項５のプリント回路板において、前記導電層が、銅から形成され ることを特徴とするプリント回路板。 請求項７．請求項５のプリント回路板において、前記導電層が、アルミニウムか ら形成されることを特徴とするプリント回路板。 請求項８．請求項５のプリント回路板において、前記導電層が、接着剤によって 前記基板に取り付けられていることを特徴とするプリント回路板。 請求項９．１．５よりも低い誘電率を有する発泡基板を具備するプリント回路板 を備えることを特徴とするプリント回路。 請求項１０．請求項９のプリント回路において、前記基板が、ポリスチレンから 形成されることを特徴とするプリント回路。 請求項１１．請求項１０のプリント回路において、前記基板が、ポリメチルアク リルイミドから形成されることを特徴とするプリント回路。 請求項１２．請求項９のプリント回路において、前記プリント回路板が更に、前 記基板の１つの表面に取り付けられた導電層を備えることを特徴とするプリント 回路板。 請求項１３．１．５よりも低い誘電率及び１０^-2よりも低い散逸ファクタを有す る発泡基板の上に導電材料の層を配置する工程を備えるプリント回路板の製造方 法。 請求項１４．請求項１３の方法において、前記基板が、ポリスチレンから形成さ れることを特徴とする方法。 請求項１５．請求項１３の方法において、前記基板が、ポリメチルアクリルイミ ドから形成されることを特徴とする方法。 請求項１６．プリント回路を製造する方法において、 （ａ）１．５よりも低い誘電率及び１０^-2よりも低い散逸ファクタを有する発 泡基板の上に導電材料の層を配置する工程と、 （ｂ）回路設計図を前記導電層の上に印刷する工程と、 （ｃ）前記導電層を処理し、前記層のうち、回路を構成しない部分を除去する 工程とを備える方法。 請求項１７．請求項１６の方法において、前記基板が、ポリスチレンから形成さ れることを特徴とする方法。 請求項１８．請求項１６の方法において、前記基板が、ポリメチルアクリルイミ ドから形成されることを特徴とする方法。 請求項１９．請求項１６の方法において、前記導電材料の層が、接着剤によって 前記発泡基板に取り付けられることを特徴とする方法。 請求項２０．請求項１６の方法において、前記導電層の処理が、エッチングによ って実行されることを特徴とする方法。