(57)【要約】【課題】プリント配線板やコンデンサ材料等として用いられる高誘電率の基板材料を、比較的少量の高誘電率粉末の添加によって得られるようにすること、併せて機械的特性、電気的特性にも優れた高誘電率基板材料を、比較的簡単な製造方法によって得られるようにすること。【解決手段】高誘電率粉体が添加された融体状態のポリマー組成物を、電界配向処理した後、固体化させた高誘電率基板材料とすることによって、解決される。【選択図】　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
高誘電率粉体が添加された融体状態のポリマー組成物を、電界配向処理した後、固体化させることを特徴とする高誘電率基板材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント配線板やコンデンサ材料（等）として用いられる高誘電率の基板材料に関し、高誘電率粉末が添加された融体状態のポリマー組成物を、この状態で電界配向処理させることによって、高誘電率の基板材料が得られるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
このような技術の一つとして例えばプリント配線板において、基板自身にもコンデンサー効果を持たせた複合回路化等の要求から、高誘電率の基板が必要とされている。しかしながらプリント配線板に用いる材料であるポリイミド、エポキシ樹脂等は、誘電率εが高々３〜４程度であるので、これを数十以上の誘電率εのものにしようとすると、前記樹脂材料に高誘電率のセラミック粉末等を多量に添加する必要がある。具体的な基板としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂やポリフェニレンエーテル樹脂等に高誘電率のセラミックス粉末を添加し、ガラス布やガラス不織布に含浸・乾燥して得たプリプレグを積層成形して、高誘電率の基板とすることが知られている。しかしながら、このような方法によって高誘電率の基板を得るためには、前記樹脂中に例えば、前記樹脂の体積分率で５０％のように多量に添加したものとする必要がある。これは、前記樹脂１００重量部換算では、５００〜１０００重量部にもなる。このような大量の前記高誘電率粉末を添加すると、得られた基板の機械的特性や電気的特性に問題が生じる。すなわち、引張り強度、伸び特性、曲げ特性や脆化特性等の問題やさらには前記基板のドリル加工性、切削加工性の低下や寸法変化が大きい等の機械的特性の問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
よって本発明が解決しようとする課題は、プリント配線板やコンデンサ材料等として用いられる高誘電率の基板材料であって、前記高誘電率粉末を多量に添加しなくても例えば数十以上の高誘電率εの基板材料を得ることができ、また誘電正接等の電気的特性や前記の機械的特性にも優れた高誘電率基板材料を、比較的簡単な製造方法によって得られるようにすることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記解決しようとする課題は、請求項１に記載されるように高誘電率粉体が添加された融体状態のポリマー組成物を、電界配向処理した後、固体化させる高誘電率基板材料とすることによって、解決される。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。請求項１に記載される発明は、高誘電率粉体が添加された融体状態のポリマー組成物を、電界配向処理した後、固体化させる高誘電率基板材料に関するもので、数十以上の高誘電率εのものであって誘電正接ｔａｎδや機械的特性に優れた基板材料を、従来のように前記高誘電率粉末を大量に添加せずに、しかも比較的簡単な方法によって実現できるものである。
【０００６】
まずここで使用される前記ポリマーについて述べると、熱可塑性ポリマー、熱硬化性ポリマーのいずれも使用することができる。具体的には、ポリイミド（ＰＩ）、エポキシ樹脂、ポリフェニレンオキサイド（ＰＰＯ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリスルフォン（ＰＳ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フェノール樹脂、フッ素樹脂等が使用される。（そして）これらのポリマーは、通常加熱・加温によって融体化させるが、溶剤等によってポリマー溶液として融体化されたものでも良い。その場合の溶剤としては、用いるポリマーによって好ましいものを選択すれば良い。いずれにしてもこのポリマーは、融体状態例えば、熱硬化性樹脂においては未硬化状態、熱可塑性樹脂では溶融ポリマーやポリマー溶液等の状態において、高誘電率粉末が添加される必要がある。
【０００７】
そして前記高誘電率粉末としては、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、カーボンブラック、チタン−バリウム−ネオジウム系複合酸化物、鉛−カルシウム系複合酸化物、二酸化チタン系セラミックス、チタン酸鉛系セラミックス、チタン酸マグネシウム系セラミックス、チタン酸ストロンチウム系セラミックス、チタン酸ビスマス系セラミックス、ジルコン酸鉛系セラミックス等が使用可能であるが、チタン酸バリウムが好ましい。そしてこの高誘電率粉末はどのような形状のものでもかまわないが、繊維状、扁平状、ウイスカー状等のように長短の径差を有するものが好ましい。これは、前記高誘電率粉末の長径方向が基板材料の厚さ方向に配向できれば、前記高誘電率粉末の並列成分が多くなり、誘電率εを顕著に増大させることができるためである。
【０００８】
つぎに、前記高誘電率粉末の充填率（体積分率ｖ）と合成誘電率εの関係を、図１によって説明すると、前記ポリマーに添加する高誘電率粉末が例えば完全な球形であるとすると、そのポリマー組成物の合成誘電率εは、経験的に式１で表わすことができ、図１の直線Ａで示されることになる。しかし現実には、前記高誘電率粉末は多少の長短の径差があるので、これを充填したポリマー組成物をシート状（基板状）に成形すると、長径方向が前記シートの面内に配向した状態になり、この場合の合成誘電率εは、前記高誘電率粉末の直列成分が多くなり図１のＢで示される下側に凸状の曲線となって、高誘電率化には不利となる。これに対して、高誘電率粉末の長径方向を前記シート（基板）の厚さ方向に配向できれば、前記高誘電率粉末の並列成分が多くなることにより、図１のＣで示す上側に凸状の曲線となり、合成誘電率εを増大させることができることになる。よって、このような上側に凸状の曲線（図１のＣ）に乗るように高誘電率粉末を配向させることができれば、同じ添加量であっても、より高誘電率εの基板材料を得ることができるようになる。このためにも前記高誘電率粉末を、適度なアスペクト比を有するものとすることは好ましいことである。なお、図１のε軸は、対数目盛りである。
【０００９】
〔式１〕　ｌｏｇε＝ｖ１ｌｏｇε１＋ｖ２ｌｏｇε２
εは比誘電率
添字１はポリマー、添字２は充填剤を意味する。
【００１０】
前述のように高誘電率粉末を添加した融体状態のポリマー組成物は、混合、攪拌等により均一なポリマー組成物とした後、金属容器等に流し込み必要な厚さ等を調整して成形する。当然にこの間前記融体状態を維持するように、加熱・加温等の手段が講じられる。ついで、前記融体状態のポリマー組成物の液面に上部電極が、前記容器低部には下部電極が配置され、この間で電界配向処理が施される。このような電界配向処理を行うことによって、前記高誘電率粉末は、前記ポリマー組成物からなる基板材料の厚さ方向にその長軸方向が配向されることになる。このように基板の厚さ方向にその長軸方向が電界配向された、高誘電率粉末が充填された高誘電率基板は、同量の高誘電率粉末を単に分散させたものと比較して、誘電率（ε）を数倍以上向上させることができる。なお前記の容器は、前記金属製の容器の他にプラスチック製やセラミックス製等の耐熱性、耐溶剤性を有するものを用いることができる。また前記電界配向の条件は、前記ポリマー組成物の粘度も大きく影響するので、好ましい粘度に調整するのが良い。さらにはポリマーの種類、添加される高誘電率粉末の種類や添加量等も適宜選択される。そしてまた印加電圧は、通常１〜１０ｋＶ／ｍｍで行われる。
【００１１】
このような電界配向処理が終了した前記ポリマー組成物からなる基板材料は、ついで熱硬化性樹脂は加熱硬化され、熱可塑性樹脂は冷却・固化等の手段によって硬化（固化）処理され、目的とする形状の高誘電率基板材料に成形される。なお、溶液状態のポリマー組成物を使用する場合には、電界配向処理を行った後に溶剤を除去してから固化させれば良い。このようにして得られた高誘電率の基板材料は、プリント配線板やコンデンサ材料として使用できる。
【００１２】
以下に本発明におけるより好ましい形態について、簡単に説明する。前述した融体状態のポリマーに高誘電率粉末を添加したポリマー組成物を、電界配向処理を行うに当り、前記融体状態のポリマー組成物の粘度を、用いるポリマー組成物等によって最適な粘度に調整することは好ましいことである。また前記高誘電率粉末の大きさを、例えばアスペクト比で１．１〜３．０程度となるような粒径の高誘電率粉末とすることによって、前述の電界配向処理によって好ましい配向状態とすることができる。このようにアスペクト比が１．１のように小さなものであっても、図１のεの変化は対数的なので、誘電率εを大きくできることになる。さらに前記高誘電率粉末の添加量についても、例えばチタン酸バリウムでは前記ポリマー１００重量部に対して、５０〜５００重量部添加されたものは、この種の高誘電率基板材料とした時に最も有用な基板材料として利用できる。すなわち、前記高誘電率粉末が５０〜５００重量部とすることによって、１０〜１００の高誘電率基板材料とすることができる。このような基板材料は、誘電正接等の電気的特性のみならず引張り強度や伸び、曲げ、脆化特性のような機械的特性にも優れるので、プリント配線板やコンデンサ等として用いる場合に特に好ましいものとなる。
【００１３】
さらに前記電界配向処理の印加電圧も重要なファクターであるが、これは前記ポリマーの種類並びに前記ポリマー組成物の粘度等に影響されるが、通常１〜１０ｋＶ／ｍｍであり、印加時間は数分以上行われる。またこの電流の種類は、交流でも直流でも使用可能である。さらに電界配向処理の方法については、通常前記融体状態のポリマー組成物上に金属や半導電性プラスチックからなる上部電極を配置し、同様の下部電極との間で電界配向処理が行われる。
【００１４】
以上のように本発明は、融体状態のポリマーに高誘電率粉末を添加し、このポリマー組成物に電界配向処理を行い、前記高誘電率粉末の長経方向を基板材料の厚さ方向に配向させた後、固体化処理を行うことにより高誘電率基板材料とするので、前記ポリマー組成物中に添加する高誘電率粉末の添加量を、従来方法と同程度としても高誘電率εの基板材料を得ることが可能となり、また前記高誘電率粉末を大量に添加する必要がないので、誘電正接等の電気的特性が良好であり、また機械的特性も引張り強度、伸びや曲げ特性等の優れた高誘電率の基板材料を提供できることになる。しかもこの製法は比較的簡単なものであるので、製造によるコスト増の問題も余りない。
【００１５】
【実施例】
以下に実験例を示して、本発明の効果を述べる。表１に記載される各種試料実験例１〜１０について、１ＭＨｚ、室温にて誘電率（ε）並びに誘電正接（ｔａｎδ）を測定した。また機械的特性の目安として引張り強度（ＭＰａ）についても測定した。また前記試料は、高温硬化型エポキシ樹脂の主剤（ビスフェノールＡ型エピコート８２３）１００部と酸無水物系の硬化剤（ヘキサヒドロ無水フタル酸）を８０部の割合で室温混合した、融体状態の樹脂混合物１００重量部に、チタン酸バリウム粉末（εが約１６５００、平均粒径が１〜２μｍ）を、それぞれ２００重量部（実験例１、２）、３００重量部（実験例３、４）、４００重量部（実験例５、６）、６００重量部（実験例７、８）、８００重量部（実験例９、１０）添加して混合し、融体状態の樹脂組成物とした。これを金属容器に１ｍｍ厚さになるように流し込み、この樹脂組成物の表面に上部電極を取り付け、金属容器の下部電極との間で５０Ｈｚ、１０ｋＶの電圧を１０分間印加して、配向処理をおこなった。その後１２０℃で加熱硬化させて、１ｍｍ厚の高誘電率シート材料を得た。また比較のために、前記電界配向処理を行わずに同様の温度で加熱硬化のみ行って１ｍｍ厚さのシートを作製した。結果を表１に記載した。
【００１６】
【表１】
2004002497.tif 000002
【００１７】
結果は表１から明らかなとおり、実験例２、４、６、８および１０で示される本発明の高誘電率基板材料は、目的とする高誘電率のものであった。すなわち、本発明のような電界配向処理を行うことによって、高誘電率粉末が同じ添加量であっても、その誘電率（ε）は数倍以上の差があることがわかる。しかも誘電正接（ｔａｎδ）については、殆ど差がなく電気的特性上の問題もないものである。本発明で目標とするεが数十以上の値のものは、高誘電率粉末が２００重量部程度の配合量で得ることができることがわかる。またその配合量は、従来の混合するだけの方法と比較すると、５００〜６００重量部添加するものに匹敵する。また８００重量部を配合した本発明の実験例１０は、εが３５０と極めて大きな誘電率にもかかわらず、機械的特性の目安とした引張り強度が、２５０ＭＰａ程度を維持しており、十分に実用的なものである。
【００１８】
【発明の効果】
以上述べたように本発明は、高誘電率粉体が添加された融体状態のポリマー組成物を、電界配向処理した後、固体化させた高誘電率基板材料に関するものであるから、少ない高誘電率粉末の添加で高い誘電率（ε）の基板材料を得ることができる。またこの基板材料は前記のように、高誘電率粉末の添加量が比較的少なくてすむので、特に基板材料の機械的特性である引張り強度、伸びや曲げ特性、脆化特性を低下させることがない。また、誘電率εが大きな割には誘電正接ｔａｎδを小さく抑えることができ、電気的特性も良好なものである。このような基板材料は、プリント配線板やコンデンサー材料等として、十分有用なものである。またその製造方法は、大掛かりな装置等を必要とせず、比較的簡単に製造できるのでコスト増に繋がることもない。
【００１９】
さらに前記融体状態のポリマー組成物の粘度を好ましい範囲とし、さらに前記高誘電率粉末の大きさを、アスペクト比で１．１〜３．０程度になるように調整し、その添加量を前記ポリマー１００重量部に対して、５０〜５００重量部とし、また前記電界配向処理を、電圧１〜１０ｋＶ／ｍｍで、数分以上行うことによって、より少ない高誘電率粉末の添加で高い誘電率（ε）と電気的特性並びに機械的特性に優れた高誘電率の基板材料を得ることができる。またこのように品質の良い高誘電率基板材料を、大掛かりな装置等を必要とせず比較的簡単に製造できるようにもなる。そしてこのような高誘電率基板材料は、プリント配線板やコンデンサー材料等として十分有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、高誘電率粉末の充填率（体積分率）と合成誘電率（ε）の関係を示すグラフである。
Ａ　　高誘電率粉末が、完全な球形の場合を示す直線。
Ｂ　　高誘電率粉末の長経方向が、基板材料の面内方向に配向している場合を示す曲線。
Ｃ　　高誘電率粉末の長経方向が、基板材料の厚さ方向に配向している場合を示す曲線。
【図１】
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