(57)【要約】【課題】天然石英ガラス繊維の電気特性を更に改善すると同時にこれらの特性にばらつきの少ないより安定なものとすることで、より付加価値を高めることを課題としてなされたもので、特に１ＧＨｚを超える高周波回路、更には１０ＧＨｚを超える超高周波回路に用いられる多層プリント基板用の合成石英ガラス繊維、糸及び布を提供する。【解決手段】１ＧＨｚ以上の高周波用多層プリント基板に用いられ、繊維径がφ３μ以上、φ９μ以下の合成石英ガラス繊維であって、含有されるＯＨ基濃度（ｐｐｍ）ＣＯＨと塩素濃度（ｐｐｍ）に２／３を乗じた量２／３ＣＣｌとの総和Ｓ＝ＣＯＨ＋２／３ＣＣｌが２００以上１０００以下、Ｎａ、Ｋ、Ｌｉの３種類のアルカリ金属元素が各０．５ｐｐｍ以下、Ｃａ、Ｍｇの２種類のアルカリ土類金属元素含有量の総和が０．５ｐｐｍ以下、Ｃｕ及びＡｇの含有量の総和が０．２ｐｐｍ以下、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒの含有量の総和が１ｐｐｍ以下及びＡｌの含有量が１ｐｐｍ以下であるようにした。【選択図】　図１
2004099376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１ＧＨｚ以上の高周波用多層プリント基板に用いられ、繊維径がφ３μ以上、φ９μ以下の合成石英ガラス繊維であって、含有されるＯＨ基濃度（ｐｐｍ）ＣＯＨと塩素濃度（ｐｐｍ）に２／３を乗じた量２／３ＣＣｌとの総和Ｓ＝ＣＯＨ＋２／３ＣＣｌが２００以上１０００以下、Ｎａ、Ｋ、Ｌｉの３種類のアルカリ金属元素が各０．５ｐｐｍ以下、Ｃａ、Ｍｇの２種類のアルカリ土類金属元素含有量の総和が０．５ｐｐｍ以下、Ｃｕ及びＡｇの含有量の総和が０．２ｐｐｍ以下、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒの含有量の総和が１ｐｐｍ以下及びＡｌの含有量が１ｐｐｍ以下である事を特徴とする合成石英ガラス繊維。
【請求項２】
１ＭＨｚ〜１０ＧＨｚの高周波信号に対する誘電率が３．７０以下、１０ＧＨｚの高周波信号に対する誘電正接が２×１０−４以下、体積抵抗率が１０１５Ωｃｍ以上、表面抵抗率が１０１５Ωｃｍ以上である事を特徴とする請求項１記載の合成石英ガラス繊維。
【請求項３】
請求項１又は２記載の合成石英ガラス繊維を５０本以上５００本以下束ねたことを特徴とする合成石英ガラスストランド。
【請求項４】
請求項１又は２記載の合成石英ガラス繊維を５０本以上５００本以下束ねたことを特徴とする合成石英ガラスヤーン。
【請求項５】
請求項３記載のストランド又は請求項４記載のヤーンを用いて作製された合成石英ガラスクロス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多層プリント基板に用いられる合成石英ガラス繊維、糸（ストランド又はヤーン）、布（クロス）に関する。特に１ＧＨｚ以上の高周波回路に必要な低誘電率、低損失なプリント基板を形成するための合成石英ガラス繊維、糸、布に関する。
【０００２】
【関連技術】
従来、多層プリント基板に用いられるガラス布として、Ｅガラス繊維、Ｄガラス繊維から織布された布が用いられてきた（例えば、特許文献１〜３参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−７４２５５号公報
【特許文献２】
特開平２−６１１３１号公報
【特許文献３】
特開昭６２−１６９４９５号公報
【０００４】
しかしながら、近年、半導体素子の高速化に伴うコンピュータや周辺機器に用いられるプリント配線基板の高速化が進み、更にインターネットや携帯電話の急激な普及に伴い、通信機器、放送用機器の高速大容量伝送の要求が高まっているために、これら多層プリント基板においても、高周波特性の改良が必要となっており、特に１ＧＨｚを超える高周波域における損失や遅延の問題が注目されてきている。
【０００５】
このため、ガラス繊維の中でも特に誘電率が小さく、誘電損失も小さな石英ガラス繊維が注目されたが、これらの石英ガラス繊維は天然石英ガラス繊維であるために、電気特性に不純物によるむらが生じる事がある場合があることが判っている。
【０００６】
また、より高周波な電気信号を処理するために、より小さな誘電損失、誘電率も求められている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、天然石英ガラス繊維の電気特性を更に改善すると同時にこれらの特性にばらつきの少ないより安定なものとすることで、より付加価値を高めることを課題としてなされたもので、特に１ＧＨｚを超える高周波回路、更には１０ＧＨｚを超える超高周波回路に用いられる多層プリント基板用の合成石英ガラス繊維、糸及び布を提供する事を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、石英ガラス繊維の誘電率及び誘電正接に影響を及ぼす因子を検討するために鋭意検討を加えた結果、石英ガラス中に含まれる金属不純物量及びアニオン系不純物であるＯＨ基濃度、塩素濃度が重要である事を見出した。
【０００９】
即ち、石英ガラス中でカチオン化していると考えられる金属不純物、特に拡散係数の大きいＮａ、Ｌｉ、Ｋの３種類のアルカリ金属濃度についてはそれぞれ単独で０．５ｐｐｍ以下、Ｃｕ、Ａｇなどの１価のイオンを形成する金属元素の内、特に石英ガラス中に存在頻度の高いＣｕ及びＡｇの濃度を総計で０．２ｐｐｍ以下とすること、Ｃａ、Ｍｇの２種類のアルカリ土類金属濃度を総計で０．５ｐｐｍ以下、Ｆｅ、Ｃｒ等の多価イオンを形成する金属元素の内、存在頻度の高いＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒの濃度の総和を１ｐｐｍ以下、骨格形成元素であるＡｌの濃度を１ｐｐｍ以下とすること、更に、アニオン系不純物であるＯＨ基濃度と塩素濃度をある規定値範囲内に抑制する事により、通常の天然石英ガラス繊維に比べて更なる低誘電率、低誘電正接を達成出来る事を見出した。
【００１０】
この場合、電気特性に対するＯＨ基と塩素の寄与率を考慮した場合、塩素の寄与はＯＨ基の寄与の２／３程度と見積もられる事から、重量百万分率（ｐｐｍ）で表わしたＯＨ基濃度：ＣＯＨと、同じく重量百万分率（ｐｐｍ）で表わした塩素濃度に２／３を乗じた数：２／３ＣＣｌの総和、即ち式Ｓ＝ＣＯＨ＋２／３ＣＣｌで定義される値（Ｓ値）が２００以上、１０００以下であれば良好な電気特性を得られる事を見出した。
【００１１】
尚、Ｆは合成石英ガラスの粘度を低下させるため、紡糸を容易にする添加物であるが、仕上がった合成石英ガラス繊維の電気特性を著しく劣化するため、含まれない事（濃度として１０ｐｐｍ以下）が好ましい。
【００１２】
このような高純度は天然石英ガラスでは達成が困難なので合成石英ガラス繊維であることが必要になる。
【００１３】
また、合成石英ガラス繊維に特定をしたことで、これら不純物の総量自体の抑制に加えて不純物濃度、特に総量の大きなアニオン系不純物濃度のばらつきを抑制する事が可能となった結果、電気特性のむらが大幅に改善された安定な合成石英ガラス繊維が得られる事を見出した。
【００１４】
本発明の合成石英ガラス繊維は、１ＧＨｚ以上の高周波用多層プリント基板に用いられ、繊維径がφ３μ以上、φ９μ以下の合成石英ガラス繊維であって、含有されるＯＨ基濃度（ｐｐｍ）ＣＯＨと塩素濃度（ｐｐｍ）に２／３を乗じた量２／３ＣＣｌとの総和Ｓ＝ＣＯＨ＋２／３ＣＣｌが２００以上１０００以下、Ｎａ、Ｋ、Ｌｉの３種類のアルカリ金属元素が各０．５ｐｐｍ以下、Ｃａ、Ｍｇの２種類のアルカリ土類金属元素含有量の総和が０．５ｐｐｍ以下、Ｃｕ及びＡｇの含有量の総和が０．２ｐｐｍ以下、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒの含有量の総和が１ｐｐｍ以下及びＡｌの含有量が１ｐｐｍ以下である事を特徴とする。
【００１５】
上記合成石英ガラス繊維は、１ＭＨｚ〜１０ＧＨｚの高周波信号に対する誘電率が３．７０以下、１０ＧＨｚの高周波信号に対する誘電正接が２×１０−４以下、体積抵抗率が１０１５Ωｃｍ以上、表面抵抗率が１０１５Ωｃｍ以上である。
【００１６】
本発明の合成石英ガラスストランドは、上記合成石英ガラス繊維を５０本以上５００本以下束ねたものである。なお、本発明においては、繊維を撚らずに束ねたものをストランドと称す。
【００１７】
本発明の合成石英ガラスヤーンは、上記合成石英ガラス繊維を５０本以上５００本以下束ねたものである。なお、本発明においては、繊維に撚りをかけて束ねたものをヤーンと称す。
【００１８】
本発明の合成石英ガラスクロスは、上記合成石英ガラスストランド又はヤーンを用いて作製されたものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の合成石英ガラスストランドを製造する装置を添付図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１は、合成石英ガラスストランド製造装置の一例を示す模式的説明図である。図１において、１０は合成石英ガラスストランド製造装置で、多数本の合成石英ガラスロッドＡ１を溶融するヒーター手段、例えば縦型管状電気炉１２を有している。該ヒーター手段１２内を降下することによって溶融した合成石英ガラスロッドＡ１の端部は該ヒーター手段１２の下部から高速で連続的に引き出され、合成石英ガラス長繊維Ａ２となる。
【００２１】
１４はサイジング手段で、引き出された多数本の合成石英ガラス長繊維Ａ２の表面にサイジング剤を塗付する。１６は収束手段で、サイジング剤を塗付された多数本の長繊維Ａ２を１本のストランドＡ３に束ねるものである。１本に束ねられたストランドＡ３は巻取手段１８に巻き取られる。なお、引き出される合成石英ガラス長繊維の繊維径の制御は合成石英ガラスロッドＡ１の送り手段と引き出し速度の比により制御可能である。なお、上記工程に加え、撚り機を用いて撚りかけするヤーン工程をさらに行うことにより、ヤーンを製造することができるが、図示による説明は省略する。
【実施例】
以下に本発明方法の実施例をあげてさらに具体的に説明するが、これらの実施例は例示的に示されるもので限定的に解釈されるべきでないことはいうまでもない。
【００２２】
（実施例１）
図１と同様の装置を用いて下記のように１本の合成石英ガラスストランドを製造した。直径２０ｍｍの合成石英ガラスロッドを５０本同時に治具にセットして最高温度２０００℃の縦型管状電気炉１２内をゆっくり下降させ、溶融した端部を電気炉１２下部から高速で連続的に引き出し、繊維径９μの合成石英ガラス長繊維を経た後、１本の合成石英ガラスストランドを作製した。
【００２３】
ここに合成石英ガラス長繊維の繊維径の制御は合成石英ガラスロッドの送り速度と引き出し速度の比により制御するが、ちなみに繊維径９μの長繊維を得るためには送り速度０．４７ｍｍ／分、引き速度２３００ｍ／分である。
【００２４】
また、得られた合成石英ガラスストランドのＯＨ基濃度、塩素濃度及びＳ値を表１に、金属不純物濃度を表２に示す。更に当該ストランドの電気特性（１ＭＨｚ及び１０ＧＨｚの高周波に対する誘電率及び誘電正接）を表３に、体積抵抗率及び表面抵抗率を表４にそれぞれＥガラス、Ｄガラスとの比較において示す。
【００２５】
表１において、塩素濃度は蛍光Ｘ線法、ＯＨ基濃度は赤外分光光度法によった。表２において、金属不純物濃度はサイジング剤を除去した後、原子吸光法により測定した。
【００２６】
【表１】
2004099376.tif 000003
【００２７】
【表２】
2004099376.tif 000004
【００２８】
【表３】
2004099376.tif 000005
【００２９】
【表４】
2004099376.tif 000006
【００３０】
（実施例２及び３）
実施例１と塩素含有量、ＯＨ基含有量の異なる合成石英ガラス、２種類（実施例２、３）をそれぞれ実施例１と同様の方法で線引きし、繊維径９μの合成石英ガラス長繊維を経て、１本の合成石英ガラスストランドを作製した。
【００３１】
得られた２種類の合成石英ガラスストランドの塩素濃度、ＯＨ基濃度及びＳ値を表１に、金属不純物濃度を表２に示す。更にこれらのストランドの１ＭＨｚ及び１０ＧＨｚの高周波に対する誘電率、誘電正接を表３に、体積抵抗率、表面抵抗率を表４にそれぞれ示す。
【００３２】
（比較例１〜３）
塩素含有量、ＯＨ基含有量、金属不純物量について、Ｓ値が２００以上１０００以下、Ｎａ、Ｋ、Ｌｉが各０．５ｐｐｍ以下、Ｃａ及びＭｇの含有量の総和が０．５ｐｐｍ以下、Ｃｕ及びＡｇの含有量の総和が０．２ｐｐｍ以下、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒの含有量の総和が１ｐｐｍ以下、及びＡｌの含有量が１ｐｐｍ以下という条件のうち、少なくとも１つを満たさない合成石英ガラス、３種類（比較例１〜３）をそれぞれ実施例１と同様の方法で線引きし、繊維径９μの合成石英ガラス長繊維を経た後、１本の合成石英ガラスストランドを作製した。
【００３３】
得られた３種類の合成石英ガラスストランドの塩素濃度、ＯＨ基濃度及びＳ値を表１に、金属不純物濃度を表２にそれぞれ示す。更にこれらのストランドの１ＭＨｚ及び１０ＧＨｚの高周波に対する誘電率、誘電正接を表３に、体積抵抗率、表面抵抗率を表４にそれぞれ示す。
【００３４】
表１〜３に示した如く、Ｓ値が２００以上１０００以下、Ｎａ、Ｋ、Ｌｉが各０．５ｐｐｍ以下、Ｃａ及びＭｇの含有量の総和が０．５ｐｐｍ以下、Ｃｕ及びＡｇの含有量の総和が０．２ｐｐｍ以下、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒの含有量の総和が１ｐｐｍ以下、及びＡｌの含有量が１ｐｐｍ以下という条件を満たす実施例１〜３では、１ＭＨｚ及び１０ＧＨｚでの誘電率が共に３．７０以下、１ＭＨｚでの誘電正接が１×１０−４以下、１０ＧＨｚでの誘電正接が２×１０−４以下であったのに対し、Ｓ値が１２００以上である比較例１及び２では、１ＭＨｚ及び１０ＧＨｚでの誘電率が３．７５以上、１０ＧＨｚでの誘電正接が３×１０−４であった。また、金属不純物含有量が多い比較例３では、１０ＧＨｚでの誘電正接は２×１０−４であったが、１ＭＨｚ及び１０ＧＨｚでの誘電率が３．９３以上であった。なお、Ｅガラス及びＤガラスは、表３に示したように、高い誘電率及び誘電正接を示した。表４に示したように、実施例１〜３、比較例１〜３、Ｅガラス及びＤガラスにおいて、体積抵抗率及び表面抵抗率は、共に１０１５Ω以上であった。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明によれば、石英ガラス繊維の電気特性を更に改善すると同時にこれらの特性にばらつきの少ないより安定なものとすることで、より付加価値を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の合成石英ガラスストランドを製造する装置を示す模式的説明図である。
【符号の説明】
１０：合成石英ガラスストランド製造装置、１２：ヒーター手段、１４：サイジング手段、１６：収束手段、１８：巻取手段、Ａ１：石英ガラスロッド、Ａ２：合成石英ガラス長繊維、Ａ３：ストランド。
【図１】
2004099376.tif 000007