WO2016121397A1

WO2016121397A1 - アンテナ、およびアンテナを有する電子装置

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Publication number: WO2016121397A1
Application number: PCT/JP2016/000431
Authority: WO
Inventors: 橋本　修; 良介須賀; 鈴木　達也; 赤塚　泰昌; 茂木　繁; 洋和小森; 剛志稲葉
Original assignee: 日本化薬株式会社; ダイキン工業株式会社
Priority date: 2015-01-28
Filing date: 2016-01-28
Publication date: 2016-08-04
Also published as: JP2018041998A; TW201632035A

Abstract

　回路用基板を用いて、比較的高い周波数でも高いアンテナ利得得るため、フッ素樹脂とガラスクロスとを含む複合材料である誘電体基板１０１と、フッ素樹脂に接する面の二次元粗度Ｒａが０．２μｍ未満である銅箔１０２・１０３との積層体である回路用基板を有し、前記銅箔１０３によってアンテナパターンである放射素子部１０３ａが形成されている。

Description

アンテナ、およびアンテナを有する電子装置

　本発明は、平面アンテナ、マイクロストリップアンテナ、パッチアンテナ等と称される、電波の送受信に用いられるアンテナ、およびそのようなアンテナを有する電子装置に関するものである。

　電波を送受信するアンテナは、例えば電波の周波数が高くなるのに伴って、電子回路が形成されるプリント配線基板等と称される回路用基板上に、電子回路の配線パターンを利用して形成されることが多くなっている。

　上記プリント配線基板等には、一般的に、エポキシ樹脂やポリイミドが広く用いられているが、周波数が数十ギガヘルツの高周波領域においては、誘電特性や吸湿性の観点から銅箔上にフッ素樹脂の絶縁層を形成した積層体が主に用いられている。

　フッ素樹脂は、一般的に金属との接着力が高くないため、接着性を向上させるために金属の表面を粗化させる必要がある。しかしながら、１ギガヘルツ以上の高周波になると、信号は金属の表面を伝わりやすくなることが知られており（表皮効果）、伝送線路となる金属箔表面の凹凸が大きい場合、電気信号は導体の内部ではなく凹凸部の表面を迂回して伝わり、結果として伝送損失が大きくなるという問題が生じる。特許文献１の実施例においては表面粗度（Ｒｚ）が０．６～０．７μｍのものが例示されている。しかしながら高周波回路においては、例えば１５ギガヘルツの場合、電気信号は金属表面から０．５μｍの深さを伝わると言われており、更に周波数が高くなるにつれて、その深度は浅くなるため、このレベルの表面粗度では大きすぎる。

　また、フッ素樹脂は線膨張率が一般的に１００ｐｐｍ／℃以上と高く、寸法安定性に問題がある。特許文献２から４には、フッ素樹脂フィルムとガラスクロスを組み合わせた回路用基板が記載されている。特許文献２では接着性を高めるために、接着剤付き銅箔が使用されているが、接着剤は通常エポキシ樹脂のため誘電特性が悪いと考えられ、高周波用途には適していない。また特許文献３では実施例において、銅箔として、三井金属株式会社製の３ＥＣ（厚さ１８μｍ）が使用されているが、この銅箔の表面粗度Ｒｚは同社の技術資料によれば５μｍ以上であり、前記のように高周波領域での使用には全く適さない。特許文献４には、表面粗度（Ｒａ）が０．２μｍの両面が粗化処理されていない銅箔が使用されているが、フッ素樹脂製の絶縁基板との接着のために、テトラフルオロエチレン－パーフルオロアルキルビニルエーテルと液晶ポリマー樹脂とのブレンド体の複合フィルムである接着用樹脂フィルムを使用している。

特開２００９－２４６２０１号公報特開平１－３１７７２７号公報特開平５－２６９９１８号公報特開２００７－９８６９２号公報

　本発明は、回路用基板を用いて、マイクロ波、ミリ波帯などの比較的高い周波数でも高い利得を容易に得ることができるアンテナ、およびそのようなアンテナを有する電子装置を提供することを目的としている。

　本願発明者らは、本願発明に先立って、まず、表面粗度の低い銅箔と、フッ素樹脂フィルムと、ガラスクロスとを、接着用フィルムを用いることなく圧着して、高い周波数の信号に対して伝送損失が低い伝送路を形成でき、かつ、銅箔の接着性が高い回路用基板を得ることに成功した。そして、さらに、そのような回路用基板を用いると、伝送路の伝送損失を低減できるだけでなく、アンテナを形成することによって、比較的高い周波数でも高いアンテナ利得を容易に得られることを見出して、本願発明を完成した。

　すなわち、第１の発明は、
　アンテナであって、
　フッ素樹脂とガラスクロスとを含む複合材料と、
　前記フッ素樹脂に接する面の二次元粗度Ｒａが０．２μｍ未満である銅箔との積層体である回路用基板を有し、
　前記銅箔によってアンテナパターンが形成されていることを特徴とする。

　第２の発明は、
　アンテナであって、
　２枚の銅箔の間にｎ枚のフッ素樹脂フィルムとｎ－１枚のガラスクロスが交互に積層されている回路用基板（ｎは２以上１０以下の整数）を有し、
　前記銅箔の樹脂に接する面の二次元粗度Ｒａが０．２μｍ未満であり、
　前記銅箔によってアンテナパターンが形成されていることを特徴とする。

　第３の発明は、
　第１の発明または第２の発明のアンテナであって、
　前記フッ素樹脂、またはフッ素樹脂フィルムの表面における、ＥＳＣＡを用いて観察した際のＯの存在割合が１．０％以上であることを特徴とする。

　第４の発明は、
　第１の発明から第３の発明のうち何れか１つのアンテナであって、
　前記銅箔は、少なくとも回路用基板の両面側に設けられ、一方面側の銅箔によってアンテナパターンが形成される一方、他方面側の銅箔によって地導体が形成されることにより、マイクロストリップアンテナが構成されていることを特徴とする。

　第５の発明は、
　第１の発明から第４の発明のうち何れか１つのアンテナであって、
　前記フッ素樹脂とガラスクロスとを含む複合材料、またはフッ素樹脂フィルムとガラスクロスとが積層されているものの厚さが２５μｍ以上、２ｍｍ以下であることを特徴とする。

　第６の発明は、
　第５の発明のアンテナであって、
　前記フッ素樹脂とガラスクロスとを含む複合材料、またはフッ素樹脂フィルムとガラスクロスとが積層されているものの厚さが５０μｍ以上、１ｍｍ以下であることを特徴とする。

　第７の発明は、
　第１の発明から第６の発明のうち何れか１つのアンテナであって、
　前記銅箔によって、さらに、前記アンテナパターンに接続される給電線が形成されていることを特徴とする。

　第８の発明は、
　第１の発明から第７の発明のうち何れか１つのアンテナであって、
　前記回路用基板が、３層以上の前記銅箔を有する多層基板であることを特徴とする。

　第９の発明は、
　第１の発明から第８の発明のうち何れか１つのアンテナであって、
　前記フッ素樹脂、またはフッ素樹脂フィルムが表面改質されていることを特徴とする。

　第１０の発明は、
　第１の発明から第９の発明のうち何れか１つのアンテナであって、
　前記銅箔と、前記フッ素樹脂、またはフッ素樹脂フィルムとの間の、前記回路用基板に対して９０度方向への銅箔引きはがし強さが０．８Ｎ／ｍｍ以上であることを特徴とする。

　第１１の発明は、
　第１の発明から第１０の発明のうち何れか１つのアンテナであって、
　前記フッ素樹脂、またはフッ素樹脂フィルムは、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）を含むことを特徴とする。

　第１２の発明は、
　第１の発明から第１１の発明のうち何れか１つのアンテナであって、
　前記回路用基板における誘電率が２以上、３．５以下、誘電正接が０．０００３以上、０．００５以下であることを特徴とする。

　第１３の発明は、
　第１２のアンテナであって、
　前記回路用基板における誘電率が２．２以上、３．３以下、誘電正接が０．０００５以上、０．００４以下であることを特徴とする。

　第１４の発明は、
　電子装置であって、
　第１の発明から第１３の発明のうち何れか１つのアンテナと、
　前記回路用基板に設けられた電子回路とを有し、
　前記銅箔によって、さらに、前記電子回路の配線パターンが形成されていることを特徴とする。

　本発明によれば、回路用基板を用いたアンテナにおいて、比較的高い周波数でも高い利得を容易に得ることができる。

発明の実施形態と比較例の伝送損失の例を示すグラフである。発明の実施形態における減衰定数のシミュレート値と実測値の例を示すグラフである。比較例における減衰定数のシミュレート値と実測値の例を示すグラフである。発明の実施形態のアンテナを有する電子装置の構成を模式的に示す平面図である。発明の実施形態のアンテナを有する電子装置の構成を模式的に示す正面図である。発明の実施形態と比較例のアンテナ利得の例を示すグラフである。発明の実施形態の変形例の電子装置の構成を模式的に示す正面図である。

　（アンテナを形成するための回路用基板）
　まず、本発明の実施形態のアンテナを形成するための回路用基板について説明する。

　本発明の回路用基板に用いられる銅箔としては、少なくとも一方の面の二次元表面粗度（Ｒａ）が０．２μｍ未満の範囲内にあることが好ましく、０．１５μｍ以下の範囲内にあることがより好ましい。表面粗度が０．２μｍ以上あると伝送損失が大きくなり、実用性能を満足しないことがある。銅箔の種類には電解箔と圧延箔があるが、どちらでも使用することができる。銅箔の厚さとしては通常５～５０μｍであり、好ましくは８～４０μｍである。

　銅箔表面は、無処理の銅箔表面でもよく、また、該表面が金属メッキ処理、例えばニッケル、鉄、亜鉛、金、銀、アルミニウム、クロム、チタン、パラジウムまたは錫より選ばれる１種以上の金属でメッキ処理されていてもよく、また、無処理の銅箔表面もしくは前記金属メッキ処理された銅箔表面がシランカップリング剤などの薬剤で処理されていてもよい。好ましい金属メッキ処理としてはニッケル、鉄、亜鉛、金またはアルミニウムより選ばれる１種以上の金属メッキ処理であり、より好ましくはニッケル又はアルミニウムでの金属メッキ処理である。

　フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン〔ＰＴＦＥ〕、ポリクロロトリフルオロエチレン〔ＰＣＴＦＥ〕、エチレン〔Ｅｔ〕－ＴＦＥ共重合体〔ＥＴＦＥ〕、Ｅｔ－クロロトリフルオロエチレン〔ＣＴＦＥ〕共重合体、ＣＴＦＥ－ＴＦＥ共重合体、ＴＦＥ－ＨＦＰ共重合体（テトラフルオロエチレン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体）〔ＦＥＰ〕、ＴＦＥ－ＰＡＶＥ共重合体（テトラフルオロエチレン－パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）〔ＰＦＡ〕、及び、ポリビニリデンフルオライド〔ＰＶｄＦ〕からなる群より選択される少なくとも１種であることが好ましい。

　電気特性（誘電率・誘電正接）や耐熱性などの観点から、フッ素樹脂は、ＰＦＡ及びＦＥＰからなる群より選択される少なくとも１種の含フッ素共重合体であることがより好ましい。

　ＰＦＡは、ＴＦＥに基づく重合単位（ＴＦＥ単位）、及び、ＰＡＶＥに基づく重合単位（ＰＡＶＥ単位）を含む共重合体である。上記ＰＦＡにおいて、使用するＰＡＶＥは特に限定されず、例えば、下記一般式（１）：
ＣＦ_２＝ＣＦ－ＯＲｆ^１　　（１）
（式中、Ｒｆ^１は、パーフルオロ有機基を表す。）
で表されるパーフルオロ不飽和化合物が挙げられる。本明細書において、上記「パーフルオロ有機基」とは、炭素原子に結合する水素原子が全てフッ素原子に置換されてなる有機基を意味する。上記パーフルオロ有機基は、エーテル結合性の酸素原子を有していてもよい。

　上記ＰＡＶＥとしては、例えば、上記一般式（１）において、Ｒｆ^１が炭素数１～１０のパーフルオロアルキル基であるものが好ましい。上記パーフルオロアルキル基の炭素数として、より好ましくは１～５である。具体的には、パーフルオロ（メチルビニルエーテル）〔ＰＭＶＥ〕、パーフルオロ（エチルビニルエーテル）〔ＰＥＶＥ〕、パーフルオロ（プロピルビニルエーテル）〔ＰＰＶＥ〕、及び、パーフルオロ（ブチルビニルエーテル）〔ＰＢＶＥ〕からなる群より選択される少なくとも１種であることがより好ましく、ＰＭＶＥ、ＰＥＶＥ及びＰＰＶＥからなる群より選択される少なくとも１種であることが更に好ましく、耐熱性に優れる点でＰＰＶＥであることが特に好ましい。

　　上記ＰＦＡは、ＰＡＶＥ単位が通常１～１０モル％のものであり、１～６モル％であるものが好ましく、３～６モル％であるものがより好ましい。また、上記ＰＦＡは、全重合単位に対して、ＴＦＥ単位及びＰＡＶＥ単位の合計が９０～１００モル％であることが好ましい。

　上記ＰＦＡは、さらに、ＴＦＥ及びＰＡＶＥと共重合可能な単量体に基づく重合単位を含むことができる。上記ＴＦＥ及びＰＡＶＥと共重合可能な単量体としては、ヘキサフルオロプロピレン、ＣＸ^１Ｘ^２＝ＣＸ^３（ＣＦ_２）_ｍＸ^４（式中、Ｘ^１、Ｘ^２及びＸ^３は、同一又は異なっており、独立して水素原子又はフッ素原子を表し、Ｘ^４は、水素原子、フッ素原子又は塩素原子を表し、ｍは１～１０の整数を表す。）で表されるビニル単量体、ＣＦ_２＝ＣＦ－ＯＣＨ_２－Ｒｆ^２（式中、Ｒｆ^２は炭素数１～５のパーフルオロアルキル基を表す。）で表されるアルキルパーフルオロビニルエーテル誘導体等が挙げられる。ＴＦＥ及びＰＡＶＥと共重合可能な単量体としては、ヘキサフルオロプロピレン及びＣＦ_２＝ＣＦ－ＯＣＨ_２－Ｒｆ^２（式中、Ｒｆ^２は炭素数１～５のパーフルオロアルキル基を表す。）で表されるアルキルパーフルオロビニルエーテル誘導体からなる群より選択される少なくとも１種が好ましい。

　上記アルキルパーフルオロビニルエーテル誘導体としては、Ｒｆ２が炭素数１～３のパーフルオロアルキル基であるものが好ましく、ＣＦ_２＝ＣＦ－ＯＣＨ_２－ＣＦ_２ＣＦ_３がより好ましい。

　ＰＦＡが、ＴＦＥ及びＰＡＶＥと共重合可能な単量体に基づく重合単位を有するものである場合、ＰＦＡは、ＴＦＥ及びＰＡＶＥと共重合可能な単量体に由来する単量体単位が０～１０モル％であり、ＴＦＥ単位及びＰＡＶＥ単位が合計で９０～１００モル％であることが好ましい。より好ましくは、ＴＦＥ及びＰＡＶＥと共重合可能な単量体に由来する単量体単位が０．１～１０モル％であり、ＴＦＥ単位及びＰＡＶＥ単位が合計で９０～９９．９モル％である。

　ＦＥＰは、テトラフルオロエチレンに基づく重合単位（ＴＦＥ単位）、及び、ヘキサフルオロプロピレンに基づく重合単位（ＨＦＰ単位）を含む共重合体である。

　ＦＥＰとしては、特に限定されないが、ＴＦＥ単位とＨＦＰ単位とのモル比（ＴＦＥ単位／ＨＦＰ単位）が７０～９９／３０～１である共重合体が好ましい。より好ましいモル比は、８０～９７／２０～３である。ＴＦＥ単位が少なすぎると機械物性が低下する傾向があり、多すぎると融点が高くなりすぎ成形性が低下する傾向がある。

　ＦＥＰは、ＴＦＥ及びＨＦＰと共重合可能な単量体に由来する単量体単位が０．１～１０モル％であり、ＴＦＥ単位及びＨＦＰ単位が合計で９０～９９．９モル％である共重合体であることも好ましい。ＴＦＥ及びＨＦＰと共重合可能な単量体としては、ＰＡＶＥ、アルキルパーフルオロビニルエーテル誘導体等が挙げられる。

　上述した共重合体の各単量体の含有量は、ＮＭＲ、ＦＴ－ＩＲ、元素分析、蛍光Ｘ線分析を単量体の種類によって適宜組み合わせることで算出できる。上記フッ素樹脂は、メルトフローレート（ＭＦＲ）が１．０ｇ／１０分以上であることが好ましく、２．５ｇ／１０分以上であることがより好ましく、１０ｇ／１０分以上であることが更に好ましい。ＭＦＲの上限は、例えば、１００ｇ／１０分である。

　上記ＭＦＲは、ＡＳＴＭ　Ｄ３３０７に準拠して、温度３７２℃、荷重５．０ｋｇの条件下で測定し得られる値である。

　フッ素樹脂の融点は、３２０℃以下であることが好ましく、３１０℃以下であることがより好ましい。融点は、耐熱性および両面基板を作製する上での加工性も鑑みると２９０℃以上が好ましく、２９５℃以上がより好ましい。

　上記融点は、ＤＳＣ（示差走査熱量測定）装置を用い、１０℃／分の速度で昇温したときの融解ピークに対応する温度である。

　フッ素樹脂は充填剤を含んでいてもよい。添加し得る充填剤は特に限定されないが、例えばシリカ、アルミナ、低損ガラス、ステアタイト、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、酸化ベリリウム、窒化アルミニウム及び窒化ホウ素等が挙げられる。

　フッ素樹脂フィルムを得る方法としては、上記溶融加工可能なフッ素樹脂又は該フッ素樹脂を含む組成物を成形することが挙げられる。成形方法としては、溶融押出し成形法、溶媒キャスト法、スプレー法等の方法が挙げられる。フッ素樹脂フィルムは充填剤を含んでいてもよく、該含んでいてもよい充填剤は前記したフッ素樹脂に添加し得る充填剤と同様である。

　本発明において用いられるフッ素樹脂フィルムの表面は、接着性を高めるために表面改質を行うことが好ましい。フッ素樹脂フィルムの表面改質は、従来より行なわれているコロナ放電処理やグロー放電処理、プラズマ放電処理、スパッタリング処理などによる放電処理が採用できる。例えば、放電雰囲気中に酸素ガス、窒素ガス、水素ガスなどを導入することで表面自由エネルギーをコントロールできる他、有機化合物を含む不活性ガスである有機化合物含有不活性ガスの雰囲気に改質すべき表面を曝し、電極間に高周波電圧をかけることにより放電を起こさせ、これにより表面に活性種を生成し、ついで有機化合物の官能基を導入もしくは重合性有機化合物をグラフト重合することによって表面改質を行うことができる。上記不活性ガスとしては、たとえば窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガスなどが挙げられる。

　前記有機化合物含有不活性ガス中の有機化合物としては酸素原子を含有する重合性又は非重合性有機化合物が挙げられ、例えば、酢酸ビニル、ギ酸ビニルなどのビニルエステル類；グリシジルメタクリレートなどのアクリル酸エステル類；ビニルエチルエーテル、ビニルメチルエーテル、グリシジルメチルエーテルなどのエーテル類；酢酸、ギ酸などのカルボン酸類；メチルアルコール、エチルアルコール、フェノール、エチレングリコールなどのアルコール類；アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類；酢酸エチル、ギ酸エチルなどのカルボン酸エステル類；アクリル酸、メタクリル酸などのアクリル酸類などである。これらのうち改質された表面が失活しにくい、すなわち、寿命が長い点、安全性の面で取扱いが容易な点から、ビニルエステル類、アクリル酸エステル類、ケトン類が好ましく、特に酢酸ビニル、グリシジルメタクリレートが好ましい。

　前記有機化合物含有不活性ガス中の有機化合物の濃度は、その種類、表面改質されるフッ素樹脂の種類などによって異なるが、通常０．１～３．０容量％、好ましくは０．１～１．０容量％である。放電条件は目的とする表面改質の度合い、フッ素樹脂の種類、有機化合物の種類や濃度などによって適宜選定すればよい。通常、荷電密度が０．３～９．０Ｗ・ｓｅｃ／ｃｍ^２、好ましくは０．３Ｗ・ｓｅｃ／ｃｍ^２以上３．０Ｗ・ｓｅｃ／ｃｍ^２未満の範囲で放電処理する。処理温度は０℃以上１００℃以下の範囲の任意の温度で行なうことができる。フィルムの伸びや皺などの懸念から８０℃以下であることが好ましい。表面改質の度合いはＥＳＣＡによって観察した際にＯ（酸素原子）の存在割合が１．０％以上のものであり、１．２％以上が好ましく、１．８％以上がより好ましく、２．５％以上が更に好ましい。上限に関しては特に規定はしないが、生産性やその他の物性への影響を鑑みると、１５％以下であることが好ましい。Ｎ（窒素原子）の存在割合は特に規定されないが、０．１％以上あることが好ましい。またフッ素樹脂フィルム１枚の厚さは通常１０～１００μｍであり、より好ましくは２０～８０μｍである。

　ガラスクロスとしては市販のものが使用でき、フッ素樹脂との親和性を高めるためにシランカップリング剤処理を施されたものが好ましい。ガラスクロスの材質としてはＥガラス、Ｃガラス、Ａガラス、Ｓガラス、Ｄガラス、ＮＥガラス、低誘電率ガラスなどが挙げられるが、入手が容易である点からＥガラス、Ｓガラス、ＮＥガラスが好ましい。繊維の織り方としては平織でも綾織でも構わない。ガラスクロスの厚さは通常５～９０μｍであり、好ましくは１０～７５μｍであるが、使用するフッ素樹脂フィルムよりは薄いものを用いる。

　銅箔とフッ素樹脂とガラスクロスを複合化する方法としては、以下の二つの方法が挙げられるが、生産性を考慮すると（ｉ）の方法が好ましい：（ｉ）あらかじめ成形され表面処理がなされたフッ素樹脂のフィルムとガラスクロス及び銅箔を加熱下で圧着する方法、（ｉｉ）ダイスなどから押し出されたフッ素樹脂の溶融物とガラスクロスを加熱下で複合化した後、表面処理を行い銅箔と加熱下で圧着する方法。

　前記加熱下での圧着、すなわち、熱圧着は通常２５０～４００℃の範囲内で、１～２０分間、０．１～１０メガパスカルの圧力で行うことが出来る。熱圧着温度に関しては、高温になると樹脂のしみ出しや、厚みの不均一化が起こる懸念があり、３４０℃未満であることが好ましく、３３０℃以下であることがより好ましい。熱圧着はプレス機を用いてバッチ式に行うこともでき、また高温ラミネーターを用いて連続的に行うこともできる。プレス機を用いる場合は空気の挟み込みを防ぎ、フッ素樹脂がガラスクロス内へ入り込みやすくするために、真空プレス機を用いることが好ましい。フッ素樹脂がガラスクロス内へ入り込みにくい場合は、スルーホールを形成する際、メッキ液がガラスクロス内に浸透してしまい、スルーホール間にショートを生ぜしめるといった問題が発生し易い。

　表面処理を行ったフッ素樹脂フィルムは、単体では表面粗度の低い銅箔に対して十分に接着することができず、熱圧着時に銅箔から染み出し、厚みの均一化も図れないが、上述の通り、ガラスクロスと複合化することにより、線膨張率が十分下がり、さらに樹脂の染み出しも低減し、表面粗度Ｒａが０．２μｍ未満である銅箔に対しても高い接着性を発現する。

　請求項２のアンテナが有する回路用基板は、２枚の銅箔の間に、ｎ枚のフッ素樹脂フィルムとｎ－１枚のガラスクロスが交互に積層した構成を有する（ｎは２～１０の整数）。ｎの値は８以下が好ましく、６以下が更に好ましい。フッ素樹脂フィルムの厚さやガラスクロスの種類、及びｎの値を変えることによって本発明の誘電体層のＸＹ方向の線膨張率を変えることが出来るが、線膨張率の値は５～５０ｐｐｍ／℃の範囲内が好ましく、１０～４０ｐｐｍ／℃の範囲内が更に好ましい。誘電体層の線膨張率が５０ｐｐｍ／℃を超えると銅箔と誘電体層との密着性が低くなり、また銅箔エッチング後に基板の反りや波打ちなどの不具合を生じやすくなる。なお、ガラスクロスの上下に配置されたフッ素樹脂フィルムは、熱プレス時にガラスクロス中に浸透し、空隙を充填して、互いに浸透し合う構造になっている。

　フッ素樹脂（フィルム）とガラスクロスからなる誘電体層においては、フッ素樹脂からなる表面から１～５０μｍの深さに、ガラス繊維の一部または全部が存在することが好ましい。前記の深さの範囲にガラス繊維の一部または全部が存在することにより、銅箔のピール強度が良好となり、更に溶融はんだ等の熱による変形等を抑えることができる。

　本発明において高周波回路とは、単に高周波信号のみを伝送する回路からなるものだけでなく、高周波信号を低周波信号に変換して、生成された低周波信号を外部へ出力する伝送路や、高周波対応部品の駆動のために供給される電源を供給するための伝送路等、高周波信号ではない信号を伝送する伝送路も同一平面上に併設された回路も含まれる。

　（回路用基板の実験例）
　以下、回路用基板の実験例及び比較例に基づいてより具体的に説明するが、本発明の回路用基板は以下の実験例に限定されるものではない。

　＜銅箔表面の測定方法＞
　株式会社小坂研究所製のＳＥ－５００を用い、触針法にて銅箔の二次元表面粗度Ｒａを測定した。

　＜フッ素樹脂表面のＥＳＣＡ分析＞
　Ｘ線光電子分光装置（株式会社島津製作所製のＥＳＣＡ－７５０）により測定した。

　＜銅箔・ＰＦＡフィルム層間の接着強度（引きはがし強さ、ピール強度）の測定方法＞
　ＪＩＳ　Ｃ５０１６－１９９４に準拠して、毎分５０ｍｍの速度で銅箔（厚さ１８μｍ）を銅箔除去面に対して９０°の方向に引きはがしながら、引っ張り試験機により、銅箔の引きはがし強さを測定し、得られた値を接着強度とした。

　＜誘電体層の線膨張率の測定方法＞
　ＪＩＳ　６９１１に準拠して、ＴＭＡ（熱機械測定装置）により測定した。

　＜誘電率、誘電正接の測定方法＞
　作成した両面基板の銅箔をエッチングした後、空洞共振器（関東電子応用開発株式会社製）により１ＧＨｚにて測定し、ネットワークアナライザー（アジレントテクノロジー株式会社製、型式８７１９ＥＴ）にて解析した。

　＜伝送損失の測定方法＞
　エッチングにより、長さ１０ｃｍのマイクロストリップラインを作成し、ネットワークアナライザーを用いて２０ＧＨｚにおける伝送損失を測定した。

　（実験例１）
　表面粗度Ｒａが０．０８μｍである厚さ１８μｍの無粗処理電解銅箔（福田金属箔粉工業株式会社製　製品名ＣＦ－Ｔ９ＤＡ－ＳＶ－１８）２枚、厚さ５０μｍの両面に表面処理（フィルムを６０～６５℃で予熱し、コロナ放電装置の放電電極とロール状接地電極（６０℃）の近傍に、酢酸ビニルが０．１３容量％含まれる窒素ガスを流しながら、フィルムをロール状接地電極に添わせて連続的に通過させ、荷電密度１．７ｗ・ｓ/ｃｍ^２でフィルムの両面をコロナ放電処理した）がなされ、ＥＳＣＡ表面分析による表面のＯ（酸素原子）の存在割合が２．６２％であるテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）フィルム（ＴＦＥ／ＰＰＶＥ＝９８．５／１．５（モル％）、ＭＦＲ：１４．８ｇ／１０分、融点：３０５℃）を２枚、厚さ１６μｍのガラスクロス（株式会社有沢製作所製ＩＰＣスタイル名１０２７）１枚を用意し、銅箔のマット面を内側にして、銅箔／ＰＦＡフィルム／ガラスクロス／ＰＦＡフィルム／銅箔の順に積層し、真空プレス機を用いて３２５℃で３０分間熱プレスすることにより、厚さが１３４μｍである本発明のアンテナに用いられる両面基板１を作成した。

　（実験例２）
　実験例１において両面処理がなされたＰＦＡフィルムの代わりに、片面にのみ実験例１と同じ条件で表面処理がなされ、処理面のＥＳＣＡ表面分析によるＯ（酸素原子）の存在割合が２．６２％であり、非処理面のＥＳＣＡ表面分析によるＯの存在割合が０．６１％であるテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）フィルム（ＴＦＥ／ＰＰＶＥ＝９８．５／１．５（モル％）、ＭＦＲ：１４．８ｇ／１０分、融点：３０５℃）２枚を用い、銅箔のマット面とＰＦＡフィルムの処理面が向かい合うように、銅箔／ＰＦＡフィルム／ガラスクロス／ＰＦＡフィルム／銅箔の順に積層した以外は同様にして、厚さが１３２μｍである本発明のアンテナに用いられる両面基板２を作成した。

　（比較例１）
　実験例１において銅箔を粗度Ｒａが０．３９μｍである有粗化処理電解銅箔（福田金属箔粉工業株式会社製　製品名ＣＦ－Ｖ９Ｗ－ＳＶ－１８）に代えた以外は同様にして、厚さが１３５μｍである比較両面基板１を作成した。

　（比較例２）
　実験例１において、ガラスクロスを除き、銅箔／ＰＦＡフィルム／ＰＦＡフィルム／銅箔の順に積層した以外は同様にして、比較両面基板２を作成した。

　上記実験例１、２、比較例１、２の両面基板における銅箔とフッ素樹脂層の引きはがし強さを測定した。また銅箔をエッチングし、絶縁体層の誘電率、誘電正接及び線膨張率を測定した。更にマイクロストリップラインを作成し２０ＧＨｚでの伝送損失を測定した。結果を下記（表１）に示す。

　上記表より、次のことがわかる。

　１．実験例と比較例１の対比から、表面粗度の小さい銅箔を使用した本発明回路のほうが伝送損失が７割程度に少なくなっている。

　２．実験例と比較例２の対比から、ガラスクロスを使用した本発明回路のほうが線膨張率が小さく、銅箔引きはがし強さも強い。ガラスクロスを使用しない比較例２では、フッ素樹脂フィルムの、ＥＳＣＡを用いて表面観察した際、Ｏ（酸素原子）の存在割合が１．０％以上である面が銅箔に接着しているにもかかわらず、そのピール強度が１．４と低く、またプレス時に樹脂が銅箔から流れ出し、厚さは平均６６μｍまで低下し、更に厚さが不均一であったため、伝送損失は測定できなかった。

　また、実験例１、２（本実施形態）の基板を用いたマイクロストリップラインについて、伝送信号の周波数に応じた伝送損失を測定した結果を図１に示す。また、同図には、参考例として、ＲＯＧＥＲＳ社製のＲＯ３００３について測定した結果も併せて示す。実験例１、２、および参考例の何れの基板でも、周波数が高いほど伝送損失は大きくなるが、その増加程度は、実験例１、２の方が小さくなっている。

　さらに、実験例１、２、比較例１の基板を用いたマイクロストリップラインについて、伝送信号の周波数に応じた減衰定数を実測するとともにシミュレーションによって求めた。実験例１、２、比較例１についての実測値とシミュレート値との比較を図２、図３に示す。

　実験例１、２の場合の実測値は、図２に示すように、少なくとも５０ＧＨｚ以下の周波数全域に亘って、導体層の純銅に対する比導電率σｒ＝１としたときのシミュレート値と比較的よく一致した。一方、比較例１の場合の実測値は、図３に示すように、周波数によって、比導電率σｒ＝０．２～０．６としたときのシミュレート値の範囲に変動した。

　すなわち、比較例１のような基板を用いる場合の減衰定数をシミュレーションによって求めようとすると、例えば比導電率σｒを実測して求めたりする必要がある。これに対して、実験例１、２のような基板を用いる場合には、シミュレーションによって減衰定数を求めることが容易にでき、回路設計をする際などの手間や時間を大幅に削減することができる。

　なお、上記のような回路基板における誘電体層の誘電率は、２以上であることが好ましく、２．２以上であることが、より好ましい。また、３．５以下であることが好ましく、３．３以下であることが、より好ましい。また、誘電正接は、０．０００３以上であることが好ましく、０．０００５以上であることが、より好ましい。また、０．００５以下であることが好ましく、０．００４以下であることが、より好ましい。

　（回路用基板用いたアンテナ、および送受信装置）
　以下、上記実験例１、２で説明したような回路用基板を用いて構成されたアンテナ、およびそのようなアンテナを有する送受信装置の例について説明する。

　上記送受信装置は、図４、図５に示すように、誘電体基板１０１の両面に銅箔１０２・１０３が設けられて成る回路用基板に、電子部品が実装された送受信回路部１０４が設けられて構成されている。

　誘電体基板１０１の一方の面に設けられた銅箔１０２は、誘電体基板１０１の略全面に亘って配置され、地導体として作用するようになっている。一方、１０１の他方の面に設けられた銅箔１０３の一部は、矩形にパターニングされ、アンテナとして作用する放射素子部１０３ａを構成している。また、銅箔１０３の他の一部は、細い帯状にパターニングされ、マイクロストリップラインとして作用する給電線部１０３ｂを構成している。

　送受信回路部１０４は、例えばトランジスタなどの能動素子や抵抗、キャパシタなどの受動素子が、銅箔１０３の図示しない一部や他の多層に形成された銅箔による配線パターンなどにより接続されて、発振回路や変調回路、復調回路などを構成している。

　上記のように構成されたアンテナについて所定の周波数での利得を測定した結果を図６に示す。ここで、図６における横軸は、図４に矢印Ａで示す方向の線分を含み銅箔１０３に垂直な平面内で、銅箔１０３に垂直な方向の線分となす角度を示す。比較例１の回路用基板を用いた場合に比べて、実験例１、２の回路用基板を用いた場合には、より高い利得が得られた。すなわち表面粗度Ｒａを小さく設定することによって、伝送損失が低減されるだけでなく、マイクロストリップアンテナを形成したときに高い利得を得ることができた。

　（その他の事項）
　上記の例では、放射素子部１０３ａが矩形に形成されている例を示したが、これに限らず、例えば円形マイクロストリップアンテナが構成されるようにしたり、アレー化したりしてもよい。

　また、回路用基板としては、誘電体層の両面側に銅箔が設けられた両面回路用基板が形成されて用いられる例について説明したが、これに限らず、片面回路用基板が用いられるようにしてもよいし、複数の誘電体層の間にも銅箔が設けられた多層基板が用いられるようにしてもよい。上記のような多層基板が、放射素子部の設けられている部分に適用される場合には、下記種々の給電方式を用いることやインピーダンス整合を取ることなどが容易になる。一方、多層基板が送受信回路部などの回路部に適用される場合には、回路素子や配線パターンの配置の自由度を高めることが容易にできる。

　また、放射素子部１０３ａへの給電は、放射素子部１０３ａと同様にして形成された給電線部１０３ｂを介して行われる例を示したが、これに限らず、背面同軸給電方式や、共平面給電方式、スロット結合給電方式、近接結合給電方式、電磁結合方式などが用いられるようにアンテナパターンが形成されるようにしてもよい。

　また、回路用基板上に、アンテナと共に送受信回路部が設けられている例を示したが、これに限らず、放射素子部１０３ａと給電線部１０３ｂとが誘電体基板１０１に設けられて、別途設けられた送受信回路が給電線部１０３ｂに接続されるようにしてもよい。また、送受信装置に限らず、送信装置や、受信装置、その他のアンテナを用いる種々の電子装置を構成するようにしてもよい。

　また、回路用基板は平面状に保たれたままで用いられるのに限らず、例えば図７に示すように放射素子部１０３ａが形成された部分と、送受信回路部１０４が設けられた部分とが折り返されて用いられるようにしてもよい。これにより、装置の小型化を図ったり、アンテナと電子回路部との干渉を防止したりすることが容易にできる。

　また、基板の厚さは、特に限定されないが、製造の容易さの点では、２５μｍ以上が好ましく、５０μｍ以上が、より好ましい。また、表面粗度が小さいことによる効果をより大きく得やすい点では、２ｍｍ以下が好ましく、１ｍｍ以下が、より好ましい。

　上記のように、本発明によれば、表面粗度の低い銅箔とフッ素樹脂フィルムとの密着性、及び、寸法安定が高く、よって、線膨張率が小さく、また銅箔引きはがし強さが強く、かつ、高周波回路における電気信号の伝送損失を低減することができる回路用基板が得られることに加えて、さらに、比較的高い周波数でも高い利得を容易に得ることができるアンテナを得ることができる。

　　　　１０１　　　誘電体基板
　　　　１０２　　　銅箔
　　　　１０３　　　銅箔
　　　　１０３ａ　　放射素子部
　　　　１０３ｂ　　給電線部
　　　　１０４　　　送受信回路部

Claims

　フッ素樹脂とガラスクロスとを含む複合材料と、
　前記フッ素樹脂に接する面の二次元粗度Ｒａが０．２μｍ未満である銅箔との積層体である回路用基板を有し、
　前記銅箔によってアンテナパターンが形成されていることを特徴とするアンテナ。
　２枚の銅箔の間にｎ枚のフッ素樹脂フィルムとｎ－１枚のガラスクロスが交互に積層されている回路用基板（ｎは２以上１０以下の整数）を有し、
　前記銅箔の樹脂に接する面の二次元粗度Ｒａが０．２μｍ未満であり、
　前記銅箔によってアンテナパターンが形成されていることを特徴とするアンテナ。
　請求項１または請求項２のアンテナであって、
　前記フッ素樹脂、またはフッ素樹脂フィルムの表面における、ＥＳＣＡを用いて観察した際のＯの存在割合が１．０％以上であることを特徴とするアンテナ。
　請求項１から請求項３のうち何れか１項のアンテナであって、
　前記銅箔は、少なくとも回路用基板の両面側に設けられ、一方面側の銅箔によってアンテナパターンが形成される一方、他方面側の銅箔によって地導体が形成されることにより、マイクロストリップアンテナが構成されていることを特徴とするアンテナ。
　請求項１から請求項４のうち何れか１項のアンテナであって、
　前記フッ素樹脂とガラスクロスとを含む複合材料、またはフッ素樹脂フィルムとガラスクロスとが積層されているものの厚さが２５μｍ以上、２ｍｍ以下であることを特徴とするアンテナ。
　請求項５のアンテナであって、
　前記フッ素樹脂とガラスクロスとを含む複合材料、またはフッ素樹脂フィルムとガラスクロスとが積層されているものの厚さが５０μｍ以上、１ｍｍ以下であることを特徴とするアンテナ。
　請求項１から請求項６のうち何れか１項のアンテナであって、
　前記銅箔によって、さらに、前記アンテナパターンに接続される給電線が形成されていることを特徴とするアンテナ。
　請求項１から請求項７のうち何れか１項のアンテナであって、
　前記回路用基板が、３層以上の前記銅箔を有する多層基板であることを特徴とするアンテナ。
　請求項１から請求項８のうち何れか１項のアンテナであって、
　前記フッ素樹脂、またはフッ素樹脂フィルムが表面改質されていることを特徴とするアンテナ。
　請求項１から請求項９のうち何れか１項のアンテナであって、
　前記銅箔と、前記フッ素樹脂、またはフッ素樹脂フィルムとの間の、前記回路用基板に対して９０度方向への銅箔引きはがし強さが０．８Ｎ／ｍｍ以上であることを特徴とするアンテナ。
　請求項１から請求項１０のうち何れか１項のアンテナであって、
　前記フッ素樹脂、またはフッ素樹脂フィルムは、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）を含むことを特徴とするアンテナ。
　請求項１から請求項１１のうち何れか１項のアンテナであって、
　前記回路用基板における誘電率が２以上、３．５以下、誘電正接が０．０００３以上、０．００５以下であることを特徴とするアンテナ。
　請求項１２のアンテナであって、
　前記回路用基板における誘電率が２．２以上、３．３以下、誘電正接が０．０００５以上、０．００４以下であることを特徴とするアンテナ。
　請求項１から請求項１３のうち何れか１項のアンテナと、
　前記回路用基板に設けられた電子回路とを有し、
　前記銅箔によって、さらに、前記電子回路の配線パターンが形成されていることを特徴とする電子装置。