(57)【要約】従来の高周波回路基板に比べて、さらに伝送遅延および伝送損失が充分に小さい高周波回路基板を提供する。表面が粗面化処理およびプライマー処理されていない配線用の金属導体と、フッ素樹脂製の誘電体層が直接密着されており、周波数１ＧＨｚにおいて伝送損失が−３ｄＢ／ｍ以下である高周波回路基板である。また、合成比誘電率が２．６以下、合成誘電正接が０．０００７以下である高周波回路基板である。
2012161162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面が粗面化処理およびプライマー処理されていない配線用の金属導体と、フッ素樹脂製の誘電体層が直接密着されており、
周波数１ＧＨｚにおいて伝送損失が−３ｄＢ／ｍ以下
であることを特徴とする高周波回路基板。
【請求項２】
周波数１ＧＨｚにおいて合成比誘電率が２．６以下、合成誘電正接が０．０００７以下であることを特徴とする請求項１に記載の高周波回路基板。
【請求項３】
前記金属導体が、銅箔またはアルミニウム箔であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高周波回路基板。
【請求項４】
前記金属導体の表面粗さＲｚ（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１−１９９４）が、２．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の高周波回路基板。
【請求項５】
前記フッ素樹脂が、電離性放射線の照射により架橋されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の高周波回路基板。
【請求項６】
前記金属導体と前記フッ素樹脂とが、ＪＩＳ  Ｋ  ５４００（１９９８年度版）に準拠した碁盤目試験において、１００回繰り返し引き剥がしを行った後も剥離しないことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の高周波回路基板。
【請求項７】
前記誘電体層が、前記フッ素樹脂にフィラーまたはクロスの１種または２種が添加された誘電体層であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の高周波回路基板。
【請求項８】
前記誘電体層の厚さが、０．５〜３００μｍであることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の高周波回路基板。
【請求項９】
前記金属導体の厚さが、１〜２０００μｍであることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の高周波回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波通信装置に使用される高周波回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報通信量は増大する一方であり、これに応えるため、例えばＩＣカード、携帯電話等の機器においてはマイクロ波、ミリ波といった、より周波数が高い領域での通信が盛んになってきている。このため、高周波領域での使用が可能で、伝送遅延および伝送損失がより小さい高周波回路基板が求められている。【０００３】
伝送遅延に関係する伝送速度Ｖと、伝送損失αｄは、基板材料の比誘電率εｒおよび誘電正接ｔａｎδを用いて、下記（式１）、（式２）のように示すことができる。
Ｖ∝１／√εｒ・・・・・・・・・・（式１）
αｄ∝ｆ×√εｒ×ｔａｎδ・・・・（式２）
ただし、ｆ：周波数【０００４】
（式１）より、伝送遅延を小さく、即ち、伝送速度Ｖを大きくするためには、比誘電率εｒが小さい（低比誘電率）材料が用いられることが好ましいことが分かる。また、（式２）より、伝送損失αｄを小さくするためには、比誘電率εｒおよび誘電正接ｔａｎδが小さいことが好ましいことが分かる。【０００５】
このような低比誘電率、低誘電正接の材料として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、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）、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）、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）等のフッ素樹脂があり、金属基材（導体）上にフッ素樹脂からなる誘電体層が形成されている高周波回路基板が開発されている（例えば、特許文献１、２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−７４６６号公報
【特許文献２】特許第４２９６２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のフッ素樹脂を用いた高周波回路基板は、周波数１ＧＨｚにおいて、合成比誘電率が２．６、合成誘電正接が０．０００７、伝送損失が−４ｄＢ／ｍ程度（ただし、図４記載のストリップライン構成で、長さ１ｍ、インピーダンス５０Ω、銅箔厚さ３５ミクロン、グランド間距離０．２８ｍｍで測定した際の伝送特性に換算した伝送損失とする；以下同様）の高周波回路基板が提供されるに留まっており、前記した近年の要請に対して、伝送遅延および伝送損失が充分に低減されているとは言えなかった。【０００８】
そこで、本発明は、従来の高周波回路基板に比べて、さらに伝送遅延および伝送損失が充分に小さい高周波回路基板を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上記課題を解決するに当って、まず、従来のフッ素樹脂を用いた高周波回路基板における問題点につき検討を行った。【００１０】
前記したように、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂は、低比誘電率、低誘電正接の材料であり、高周波回路基板の誘電体層として好ましい。【００１１】
しかし、このフッ素樹脂は、表面エネルギーが著しく低く、非粘着性であるため、金属導体（金属基材）との密着を充分に確保することができず、充分な剥離強度（ピール強度）を得ることができない。剥離強度が不足していると、金属基材をエッチングして回路を形成する際に、金属基材と誘電体層とが剥離して、その隙間にエッチング液が入る恐れがある。また、特に、ＦＰＣ（フレキシブル回路基板）の場合には、使用中に剥がれてしまうことがある。この結果、伝送遅延および伝送損失が充分に小さい高周波回路基板を提供することができなかったと考えられる。【００１２】
そこで、剥離強度を高める手段として、プライマーや接着剤を介して、金属導体（金属基材）と誘電体層とを接着する方法が考えられる。フッ素樹脂を金属基材に接着させるためのプライマーとしては、ＰＥＳ、ＰＥＥＫ、ＰＡＩおよびこれらの樹脂にフッ素樹脂を混合したものが使用される。しかし、プライマーや接着剤は、一般に、誘電体層に比べて比誘電率が高いため、伝送速度が小さくなり、伝送遅延および伝送損失を充分に低減することができない恐れがある。【００１３】
また、別の手段として、金属基材の表面を、エッチング等により予め粗面化しておき、この粗面におけるアンカー効果を利用して剥離強度を高めることが考えられる。【００１４】
しかしながら、金属基材は、高い高周波では、表皮効果により電流が導体の表面部分を流れるため、粗面化した場合、伝播距離が長くなり、伝送遅延が生じる。また、抵抗減衰や漏洩減衰も大きく、伝送損失が大きくなる恐れがある。【００１５】
そこで、本発明者は、金属導体（金属基材）を粗面化することなく表面が平滑なままで、フッ素樹脂を直接強固に密着させた。その結果、伝送遅延および伝送損失が充分に低減された高周波回路基板を得ることができた。【００１６】
具体的には、フッ素樹脂に電子線などの電離性放射線を照射して金属基材に強固に密着させた。その結果、合成比誘電率が２．６以下、合成誘電正接が０．０００７以下の高周波回路基板を作製することができ、周波数１ＧＨｚにおいて、伝送損失が−３ｄＢ／ｍ以下、さらには−２．５ｄＢ／ｍ以下という従来の高周波回路基板に比べて、伝送遅延および伝送損失が充分に小さい高周波回路基板を得ることができた。請求項１および請求項２に記載の発明は、上記の知見に基づく発明である。【００１７】
請求項１に記載の発明は、
表面が粗面化処理およびプライマー処理されていない配線用の金属導体と、フッ素樹脂製の誘電体層が直接密着されており、
周波数１ＧＨｚにおいて伝送損失が−３ｄＢ／ｍ以下
であることを特徴とする高周波回路基板である。ここで、伝送損失は、図４記載のストリップライン構成で、長さ１ｍ、インピーダンス５０Ω、銅箔厚さ３５ミクロン、グランド間距離０．２８ｍｍで測定した際の伝送特性に換算した伝送損失とする。【００１８】
請求項２に記載の発明は、
周波数１ＧＨｚにおいて合成比誘電率が２．６以下、合成誘電正接が０．０００７以下であることを特徴とする請求項１に記載の高周波回路基板である。【００１９】
上記の発明においては、プライマーや接着剤を用いることなく、粗面化処理されていない平滑な表面を有する金属導体（金属基材）に誘電体層が直接密着されているため、伝送遅延および伝送損失を充分に低減することができる。また、抵抗減衰や漏洩減衰が小さいため、伝送損失が大きくなる恐れがない。なおプライマー処理が施されていない、とは、金属導体の表面に厚み１μｍを超える樹脂層が形成されていないことをいう。例えば金属導体の表面に、金属酸化物などからなる厚み１μｍ以下の防錆処理剤の層が形成されたものは、本発明の金属導体として使用可能である。【００２０】
これらの効果と、低比誘電率、低誘電正接の材料であるフッ素樹脂を用いた効果とが相俟って、周波数１ＧＨｚにおいて伝送損失が−３ｄＢ／ｍ以下という従来の高周波回路基板に比べて、伝送遅延および伝送損失が充分に小さい高周波回路基板を実現した。【００２１】
また、周波数１ＧＨｚにおいて、伝送損失が−３ｄＢ／ｍ以下、合成比誘電率が２．６以下、合成誘電正接が０．０００７以下の高周波回路基板を提供することができる。【００２２】
フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、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）、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）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）の１種または２種以上等を挙げることができるが、これらの内でも、ＰＴＦＥは比誘電率、誘電正接の双方が最も低いため最も好ましく、ＰＦＡ、ＦＥＰの順に好ましい。【００２３】
そして、これらのフッ素樹脂は、耐熱性が優れている点においても好ましく、さらに、透湿度が小さいため、回路基板のインピーダンスが湿度の影響を受けにくく安定する点においても好ましい。【００２４】
請求項３に記載の発明は、
前記金属導体が、銅箔またはアルミニウム箔であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高周波回路基板である。【００２５】
金属導体（金属基材）としては、銅、アルミニウム、鉄、ニッケルや、ＳＵＳ鋼、アルミニウム合金等の合金やこれらの複合体を用いることができるが、これらの内でも、銅やアルミニウムは導電率が特に高いため、これらの箔を金属導体（金属基材）として用いることにより、伝送損失がより小さい高周波回路基板を提供することができる。これらの内でも、導電性、化学的安定性、コストの観点より、銅箔が好ましい。【００２６】
請求項４に記載の発明は、
前記金属導体の表面粗さＲｚ（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１−１９９４）が、２．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の高周波回路基板である。【００２７】
表皮の深さは、周波数が高くなるに従い浅くなる。例えば、銅の場合の表皮の深さｄは、ｄ＝６．６０×１０−２／√ｆとなり、周波数の平方根に反比例する。ＧＨｚ帯以上の周波数に対しては、表面粗さＲｚ（十点平均粗さ：ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１−１９９４）を２．０μｍ以下に制御することにより、伝送遅延や伝送損失を充分に小さくすることができる。【００２８】
請求項５に記載の発明は、
前記フッ素樹脂が、電離性放射線の照射により架橋されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の高周波回路基板である。【００２９】
前記したように、フッ素樹脂は、表面エネルギーが著しく低く、非粘着性であるため、金属基材との密着を充分に確保することができず、高い剥離強度を得ることができない。また、耐摩耗性も充分とは言えない。本請求項の発明においては、このようなフッ素樹脂に電離性放射線を照射して、架橋することにより、フッ素樹脂の炭素原子と金属基材の金属原子との間にも化学的な結合を形成させているため、金属基材を粗面化することなく、フッ素樹脂と金属基材とを充分に密着させることができ、高い剥離強度を得ることができる。また、架橋することによって、充分な耐摩耗性を得ることができる。【００３０】
このように、フッ素樹脂を金属基材と強固に密着させる方法としては、電子線などの電離性放射線を照射する方法が好ましい。電離性放射線の照射線量としては、電離性放射線が金属基材に到達することができる照射線量、具体的には、０．０１ｋＧｙ〜５００ｋＧｙが好ましい。なお、電離性放射線照射は必須ではなく、フッ素樹脂と金属基材とを積層して適当な温度、圧力でプレスすることで密着させることもできる。【００３１】
請求項６に記載の発明は、
前記金属導体と前記フッ素樹脂とが、ＪＩＳ  Ｋ  ５４００（１９９８年度版）に準拠した碁盤目試験において、１００回繰り返し引き剥がしを行った後も剥離しないことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の高周波回路基板である。【００３２】
剥離強度としては、碁盤目試験において１００回繰り返し引き剥がしを行った後も剥離しない強度が好ましく、例えば、フッ素樹脂に電子線を照射する場合の照射条件を制御することにより、剥離強度を調整することができる。【００３３】
なお、ここでいう「剥離しない」とは、上記碁盤目試験における評点が９８点（１００個の碁盤目数に対して剥離しなかった数が９８個）以上であることを指す。【００３４】
請求項７に記載の発明は、
前記誘電体層が、前記フッ素樹脂にフィラーまたはクロスの１種または２種が添加された誘電体層であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の高周波回路基板である。【００３５】
フィラーやクロスを添加することにより、線膨張率の低下や強度の向上などの特性の向上やコストの低減を図ることができる。【００３６】
具体的なフィラーとしては、セラミックス、アラミド、ガラス、無機フィラー等が好ましく、また、クロスとしては、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、アラミド、ガラスクロス等が好ましい。【００３７】
請求項８に記載の発明は、
前記誘電体層の厚さが、０．５〜３００μｍであることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の高周波回路基板である。【００３８】
誘電体層の厚さが薄すぎる場合、誘電体としての機能が充分に発揮できない。一方、厚すぎる場合には、特性インピーダンスが大きくなる。０．５〜３００μｍであるとこれらの問題が発生せず好ましい。【００３９】
請求項９に記載の発明は、
前記金属導体の厚さが、１〜２０００μｍであることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の高周波回路基板である。【００４０】
金属導体（金属基材）の厚さが薄すぎる場合、基材としての強度が確保できない。一方、表皮効果を利用できればよいため、必要以上に厚くする必要はない。より好ましい厚さは、１０〜３００μｍである。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、従来の高周波回路基板に比べて、伝送遅延および伝送損失が充分に小さい高周波回路基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る３層タイプの高周波回路基板の断面構造を模式的に示す図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る多層タイプの高周波回路基板の断面構造を模式的に示す図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る高周波回路基板の製造における誘電体層の形成方法を説明する図である。
【図４】電気的特性の評価を行うための試験体の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、本発明を実施の形態に基づき、図面を参照しつつ説明する。
【００４４】
１．高周波回路基板の構成
始めに、本発明の高周波回路基板の構成について説明する。
【００４５】
（１）３層タイプ
図１は、本発明の一実施の形態に係る３層タイプの高周波回路基板の断面構造を模式的に示す図である。図１において、１１は高周波回路基板であり、１２は誘電体層であり、１３は金属基材を例えばエッチングすることによって形成された導体であり、１４はベース板である。ベース板１４には一般的にはＣｕが好ましく用いられ、フレキシブル回路基板の場合はポリイミド（ＰＩ）、ＬＣＰ、好ましくは透湿度が小さいＰＴＦＥが用いられる。ベース板１４に金属（導体）を使用しない場合（セラミックス、プラスチック）には、グランド層（導体）を設ける。線路幅Ｗやピッチ等は高周波回路基板の仕様に応じて適宜設定される。
【００４６】
（２）多層タイプ
図２は、本発明の他の実施の形態に係る多層タイプの高周波回路基板の断面構造を模式的に示す図である。図２において、２１は高周波回路基板、２２は誘電体層であり、２３は金属基材のエッチングや切削あるいは印刷等の手法により形成された導体である。また、３３はグランド（導体）（Ｃｕ）である。このような多層構造の高周波回路基板２１は、例えば、表面に配線２３が形成された誘電体層２２を所定数積層し、全体を電子線照射することにより、効率良く製造することができる。
【００４７】
導体１３および２３の厚さｔ１は、好ましくは１〜２０００μｍに設定され、より好ましくは１０〜３００μｍに設定される。これにより、前記したように、基材としての強度が確保できると共に、適切な厚さで表皮効果を利用することができる。
【００４８】
また、誘電体層１２および２２の厚さｔ２は、好ましくは０．５〜３００μｍに設定され、より好ましくは０．５〜５０μｍ、さらに好ましくは５〜３０μｍに設定される。これにより、前記したように、誘電体としての機能が充分に発揮できると共に、適切な特性インピーダンスに抑えることができる。
【００４９】
２．誘電体層の形成方法
次に、誘電体層の形成方法について説明する。図３は本発明の一実施の形態に係る高周波回路基板の製造における誘電体層の形成方法を説明する図である。図３において、１は金属基材（金属導体）、２はフッ素樹脂である。
【００５０】
フッ素樹脂２はディスパージョンとして供給され、先ず、金属基材１上にフッ素樹脂２を滴下する（図３（ａ））。その後、スピンコート法やキャスティング法などを用いて金属基材１上に均一に塗布し、乾燥させて、フッ素樹脂２の塗膜を形成させる（図３（ｂ））。その後、金属基材１上に形成されたフッ素樹脂２の塗膜に対して、窒素雰囲気など所定の低酸素雰囲気下で、電子線を照射することにより、フッ素樹脂２を架橋させる（図３（ｃ））。別の態様としては、熱可塑性フッ素樹脂フィルム等の誘電体層と金属基材とを積層し、誘電体層を構成する熱可塑性フッ素樹脂の融点よりも０〜１００℃高い温度で加熱、加圧して誘電体層と金属基材とを密着させる。
【００５１】
（実施例１）
以下の実施例は、接着力の評価を行った実施例である。
【００５２】
１．試験体の作製
福田金属箔粉工業社製電解銅箔ＣＦ−ＬＢ９（厚み：２０μｍ、表面粗さ：Ｒｚ＝１．０μｍ）を希硫酸に浸漬して、酸化防止のためのコーティングが除去された銅箔を得た。
【００５３】
次に、銅箔上に、ダイキン工業社製ＰＴＦＥディスパージョン（ＥＫ−３７００）をキャスティングにより塗布、乾燥した。その後、窒素雰囲気（酸化防止のため）下、３６０℃で焼成し、１５μｍのＰＴＦＥ膜を銅箔上に作製した。
【００５４】
次に、ＰＴＦＥ膜が作製された銅箔を、日新電機社製電子線照射装置（加速電圧：１．１３ＭｅＶ）を用いて、照射時温度３４０℃、酸素濃度５ＰＰＭの雰囲気下で、３００ｋＧｙの電子線照射を行い、ＰＴＦＥを架橋させると同時に、銅箔とＰＴＦＥを接着させて、実施例１の試験体を得た。
【００５５】
また、比較例１として、電子線照射を行わない他は、実施例１と同様にして、比較例１の試験体を得た。
【００５６】
なお、本実施例においては、表面粗さＲｚ＝１．０μｍの銅箔を使用したが、電子線照射でＰＴＦＥと銅箔を接着させる技術を用いることにより、任意の表面粗さの銅箔をＰＴＦＥと接着させることができる。
【００５７】
２．接着力の評価
実施例１および比較例１の各試験体を用いて、ＪＩＳ  Ｋ  ５４００（１９９８年版）に準拠する碁盤目試験を実施した（テープ剥離回数１００回）。結果を表１に示す。
【００５８】
【表１】
2012161162.tif 000003
【００５９】
表１に示すように、電子線照射を施さない比較例１の試験体では１回目のテープ剥離で全て簡単に剥離したが、電子線照射を施した実施例１の試験体では１００回の碁盤目試験でも全く剥離することがなく、電子線照射により充分な剥離強度が得られることが分かる。
【００６０】
以下の実施例は、ＩＰＣ  ＴＭ６５０  ２．５．５．５．に準ずる方法で電気的特性の評価を行った実施例である。
（実施例２）
【００６１】
試験体として、図４に示すストリップライン構成（長さ：１ｍ、インピーダンス：５０Ω）の３層プリント配線板を作製した。図中、３１および３２はそれぞれ、表２に示す表面粗さＲｚの銅箔（厚さ３５μｍ）および誘電体層である。なお、比較例２は一般に用いられる誘電体であるエポキシを用いた例であり、比較例３はＰＴＦＥ層との接着性維持のために従来一般的に用いられていた粗い表面粗さＲｚの銅箔にＰＴＦＥ層の誘電体層を形成した例である。
【００６２】
（実施例３）
実施例１で用いたものと同じ銅箔２枚にＦＥＰフィルム（厚さ３５μｍ、融点２７０℃、ネオフロンＦＥＰ  ＮＥ-２：ダイキン社製）を挟持して重ねたものを３２０℃に加熱させたロール間に０．５ｍ／分の速度で通して銅箔とＦＥＰフィルムを密着させた後、実施例１と同様に０．１ｋＧｙの電子線照射を行なった。この試験体を実施例２と同様に図４に示すストリップライン構成の３層プリント配線板として評価した。
【００６３】
各試験体における周波数１ＧＨｚでの合成比誘電率εｒおよび合成誘電正接ｔａｎδを求め、さらに周波数１ＧＨｚおよび１０ＧＨｚにおける伝送損失（減衰定数）を評価した。結果を表２に示す。
【００６４】
【表２】
2012161162.tif 000004
【００６５】
表２に示すように、ＰＴＦＥ、ＦＥＰを用いて誘電体層を形成することにより、伝送損失を低減できることが分かる。また、同じＰＴＦＥを用いた場合、表面粗さＲｚが小さい、平滑な基材の方が伝送損失を低減できることが分かる。
【００６６】
そして、実施例２において表皮深さは、周波数１ＧＨｚにおいて４μｍ、１０ＧＨｚにおいて０．７μｍであり、充分浅いことが計算された。
【００６７】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記実施の形態に対して種々の変更を加えることができる。
【符号の説明】
【００６８】
１                金属基材（金属導体）
２                フッ素樹脂
１１              ３層タイプの高周波回路基板
１２、２２、３２  誘電体層
１３、２３        導体
１４              ベース板
２１              多層タイプの高周波回路基板
３１              銅箔
３２              誘電体層
３３              グランド（導体）
ｔ１              導体の厚さ
ｔ２              誘電体層の厚さ
Ｗ                線路幅
【図１】
2012161162.tif 000005
【図２】
2012161162.tif 000006
【図３】
2012161162.tif 000007
【図４】
2012161162.tif 000008
【国際調査報告】
2012161162.tif 000009
2012161162.tif 000010
2012161162.tif 000011
2012161162.tif 000012