(57)【要約】【課題】  耐衝撃性があり、フィルタ等小型の電子素子を構成できる小型の電子回路基板を提供する。【解決手段】  電子回路基板として機能する誘電体基板１２を構成する合成樹脂には、軟磁性粉末に加えて炭素粉末が含まれていることから、誘電体基板１２の誘電率ε（＝ε’−ｊε”）の虚部ε”はそれほど高くならないが実部ε’は好適に高くされるので、耐衝撃性があり、チップ型フィルター１０のような小型の電子素子を構成できる小型の誘電体基板１２が得られる。特に、１ＧＨｚ〜３０ＧＨｚの周波数帯に対して小型の誘電体基板１２が得られる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟磁性粉末および炭素粉末を含有する合成樹脂から成ることを特徴とする電子回路基板。
【請求項２】
前記合成樹脂は、容積％で、重量平均粒径が３μｍ以下の軟磁性粉末を１〜１５％、炭素粉末を１０〜２５％含むことを特徴とする請求項１の電子回路基板。
【請求項３】
前記炭素粉末は、１００ｎｍ以下の形状平均粒径を有するものである請求項１または２の電子回路基板。
【請求項４】
前記炭素粉末はカーボンブラックである請求項１乃至３のいずれかの電子回路基板。
【請求項５】
前記軟磁性粉末は、３μｍ以下の重量平均粒径を有する偏平粒子である請求項１乃至４のいずれかの電子回路基板。
【請求項６】
前記軟磁性粉末は、フェライト、センダスト、Ｆｅ、Ｆｅ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｃｏ合金、およびＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金から選択された１または２種以上の材料から成るものである請求項１乃至５のいずれかの電子回路基板。
【請求項７】
前記合成樹脂は、ポリフェニレンサルファイド、エポキシ樹脂、および液晶ポリマー（ＬＣＰ）から選択された材料である請求項１乃至６のいずれかの電子回路基板。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかの電子回路基板と、
該電気回路基板の表面に若しくは表面および裏面に固着された少なくとも一対の信号ライン導体および接地ライン導体と
を、含むことを特徴とするフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高誘電率を有する電子回路基板、および、それを備えたフィルターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特に高周波帯域或いはマイクロ波帯域に用いられるフィルター等の電子素子を小型化するために、そのフィルター等を構成する基板として、高誘電率を有する電子回路基板が求められている。電子回路中を伝播する電磁波の波長λは電子回路基板の誘電率εや透磁率μに反比例する特性があるので、高誘電率の電子回路基板ほど小型化が可能となるからである。
【０００３】
特許文献１は、上記電子回路の一例であり、所定の周波数において透過係数Ｓ２１（ｄＢ）が急激に低下する所定帯域のノッチ特性が形成される濾波特性を有し、その所定帯域内の周波数を有する信号の通過を阻止するフィルターであり、たとえば、バンドエリミネーションフィルターと称されて、無線通信機器の利用周波数帯域が相互に接近している波長帯において、既存の利用周波数帯と同じ帯域の信号を出力しないようにするために利用される。このフィルターは、電子回路基板（誘電体）上のライン導体と、軟磁性金属粉末をエポキシ樹脂等のプラスチック内に分散させた電磁シールド材とを利用し、その電子回路基板の表面に密着した状態で少なくとも一対の接地（ＧＮＤ）ライン導体と信号ライン導体とを備え、その誘電体として、軟磁性物質の粉末を合成樹脂のマトリックス中に分散させてなる電磁波吸収材料から成るシートを用いたことを特徴とする。上記電子回路基板は、ガラス繊維強化されたエポキシ樹脂から成るガラエポ基板が多用されているが、その従来のガラエポ基板の誘電率εは４．７程度の値であり、電子素子の小型化に限界があった。
【０００４】
これに対し、特許文献２では、電子回路基板をチタン酸バリウムなどの高誘電率を有するセラミックスで構成したフィルタが提案されている。これによれば、誘電率が８〜１２であって厚みが１．５〜３．０ｍｍのセラミックス基板の一面に所定パターンの銅製の導電体が設けられることにより、１．５〜２．０ＧＨｚに適用するマイクロ波フィルターが構成され、小型化が図られている（段落００１０〜００１１）。
【特許文献１】特開２００２−１７１１０４号公報
【特許文献２】特開２００２−１１１３０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２に提案されている電子回路基板はセラミックス製であることから、衝撃に弱く、割れが発生しやすいという不都合があった。このような不都合は、電子回路基板の用途が、携帯用機器に用いられる電子素子である場合などでは致命的なものとなる可能性がある。
【０００６】
本発明は以上の事情を背景として為されたものであって、その目的とするところは、耐衝撃性があり、フィルター等小型の電子素子を構成できる小型の電子回路基板を提供することにある。
【０００７】
本発明者等は、以上の事情を背景として種々検討を重ねた結果、電子素子を構成するための電子回路基板を構成する樹脂にカーボンブラックを混入させると、電子回路基板の誘電率の実部は意外に高くなるが、虚部はそれほど高くならないという誘電率特性が得られることを見出した。本発明はかかる知見に基づいて為されたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、前記目的を達成するための本発明の電子回路基板の要旨とするところは、軟磁性粉末および炭素粉末を含有する合成樹脂から成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
上記のように構成された本発明によれば、電子回路基板を構成する合成樹脂には、軟磁性粉末に加えて炭素粉末が含まれていることから、電子回路基板の誘電率の虚部はそれほど高くならないが実部は好適に高くされるので、耐衝撃性があり、フィルタ等小型の電子素子を構成できる小型の電子回路基板が得られる。
【００１０】
ここで、好適には、前記電子回路基板の合成樹脂は、重量平均粒径が３μｍ以下の軟磁性粉末を１〜１５容積％、炭素粉末を１０〜２５容積％含むことを特徴とする。このようにすれば、高い誘電率および透磁率が得られるとともに、損失の関連する誘電正接および磁気正接が小さな電子回路基板が得られる。軟磁性粉末が１容積％を下回ると、透磁率が有効に増加されなくなり、１５容積％を上回ると、磁気正接が高くなって損失が増大する。また、炭素粉末が１０容積％を下回ると、誘電率が有効に増加されなくなり、２５容積％を上回ると、誘電正接が高くなって損失が増大する。
【００１１】
また、好適には、前記電子回路基板は、必ずしもチップ型でなくてもよく、その用途或いは機能などに関連して、必要に応じて種々の形状に成形され得るものである。
【００１２】
また、好適には、前記炭素粉末は、１００ｎｍ以下の形状平均粒径を備えたものである。このようにすれば、高い誘電率および低い誘電正接を備えた電子回路基板が得られる。炭素粉末の形状平均粒径が１００ｎｍを上回ると、充分な誘電率および誘電正接が得られ難くなる。
【００１３】
また、好適には、前記炭素粉末はカーボンブラックである。このようにすれば、１００ｎｍ以下の形状平均粒径を備えた均質な粒子が容易に得られる。このカーボンブラックは、その製造方法によって、チャンネルブラック、ファーネスブラック、サーマルブラック、ランプブラックなどがあるが、それらのうちのいずれでも用いられ得る。カーボンブラックに替えて黒鉛粉末が用いられてもよい。
【００１４】
また、好適には、前記軟磁性粉末は、３μｍ以下の重量平均粒径Ｄ５０を有する偏平形状の粒子である。このようにすれば、電子回路基板の電気磁気特性が好適に得られる。この重量平均粒径Ｄ５０値は、粉末の重量を小粒径のものから積算し、その積算値が粉末全体重量の５０％となったときにおける粒径で定義されるものである。
【００１５】
また、好適には、前記軟磁性粉末は、フェライト、センダスト、Ｆｅ、Ｆｅ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｃｏ合金、およびＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金から選択された１または２種以上の材料から成るものである。このようにすれば、高い透磁率および低い磁気正接を備えた電子回路基板が得られる。しかし、必ずしもそれらの材料に限定される訳ではなく、それら以外の材質から成る軟磁性粉末でも差し支えない。通常、軟磁性粉末は水またはガスを用いたアトマイズ法により好適に得られる。軟磁性粉末は、偏平であることが望ましく、上記アトマイズ処理に続いてアトライター処理が行われる。それにより、高いアクペクト比を有する軟磁性粉末が得られる。
【００１６】
また、好適には、前記合成樹脂は、ポリフェニレンサルファイド、エポキシ樹脂、および液晶ポリマー（ＬＣＰ）から選択された材料である。このようにすれば、安定性および成形性が高く量産性に優れた電子回路基板が得られる。しかし、必ずしもそれらの材料に限定される訳ではなく、それら以外に、ナイロン、オリエチレン、ポリプロピレン、フェノール樹脂なども用いられ得る。上記合成樹脂は、必要に応じて、ガラス繊維、セラミックス繊維などの繊維により繊維強化され、機械的強度が高められる。また、上記合成樹脂は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂などの高耐熱性樹脂であってもよい。
【００１７】
また、好適には、上記のいずれかの電子回路基板と、(b) その電気回路基板の表面に若しくは表面および裏面に固着された少なくとも一対の信号ライン導体および接地ライン導体とを、含むことにより、高周波帯域或いはマイクロ波帯域において好適な濾波特性を有する小型のフィルターが構成される。上記一対の信号ライン導体および接地ライン導体は、所定距離を隔てて互いに平行に設けられる。さらに好適には、このフィルターは、上記電子回路基板を収容するために接地された導体から成るハウジングと、そのハウジングと電子回路基板との間の空間に充填された電磁波吸収材料とを有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において、図は簡略化されており、それら各部の寸法等は必ずしも正確に描かれていない。
【００１９】
図１および図２は、チップ型フィルター１０の平面図および断面図を示している。チップ型フィルター１０は、電子回路基板として機能する矩形の誘電体基板１２と、その誘電体基板１２の一面においてその誘電体基板１２の幅寸法よりも小さな幅寸法を備えたテープ状の信号ライン導体１４と、誘電体基板１２の他面において全体に固着された接地ライン導体１６とを備えている。このチップ型フィルター１０は、同軸ケーブルが接続される図示しないハウジング内に収容された状態で配置される。
【００２０】
図３は上記チップ型フィルター１０の等価回路１８に示している。図３の等価回路１８はよく知られているＴ型のＬＣフィルタ回路を構成している。この等価回路１８の特性インピーダンスＺは、よく知られている式から明らかなように、コンダクタンスＣおよびリアクタンスＬ１およびＬ２によって決定される。コンダクタンスＣは、信号ライン導体１４と接地ライン導体１６との間の誘電体基板１２の誘電率、信号ライン導体１４と接地ライン導体１６との間距離および面積により決定され、リアクタンスＬ１およびＬ２は、信号ライン導体１４と接地ライン導体１６との間の誘電体基板１２の電磁波吸収能力すなわちその誘電体基板１２に混入した軟磁性粉末の種類、充填（容積）率に対応する磁気的性質により決定される。
【００２１】
上記誘電体基板１２は、重量平均粒径Ｄ５０が３μｍ以下の軟磁性粉末を１〜１５容積％、炭素粉末を１０〜２５容積％含む合成樹脂から構成されている。この炭素粉末は、１００ｎｍ以下の形状平均粒径を備えたカーボンブラックである。また、この軟磁性粉末は、３μｍ以下の重量平均粒径と高いアクペクト比とを有する偏平形状の粒子であり、フェライト、センダスト、Ｆｅ、Ｆｅ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｃｏ合金、およびＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金から選択された１または２種以上の材料から成るものである。この軟磁性偏平粒子は、水またはガスを用いたアトマイズ処理と、それに続くアトライター処理が行われることにより得られる。また、上記合成樹脂は、ポリフェニレンサルファイド、エポキシ樹脂、および液晶ポリマー（ＬＣＰ）から選択された材料であり、必要に応じて、ガラス繊維、セラミックス繊維などの繊維により繊維強化される。
【００２２】
以下、本発明者等が行った実験例を説明する。先ず、液晶ポリマーを誘電体基板１２のマトリックス樹脂として用い、このマトリックス樹脂にＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金粉末（粒径２０μｍ以下のほぼ球状粉末）を１０容積％と、１００μｍ以下の形状平均粒径を有するカーボンブラック粉末を１５％とを混合し、この混合物をダイスを通して押出してシートを押出成形する。このシートの一面に、信号ライン導体１４および接地ライン導体１６に対応する貫通パターンを有するマスクをし、他面には前面マスクをし、Ｎｉイオンを含む還元性の液に浸漬し、厚さ２μｍの無電界メッキを形成し、その上にＡｕイオンを含む電解液に浸漬しつつ電解メッキを行ってＮｉ層の上に厚さ２μｍのＡｕメッキ層を形成した。この中間製品を所定の大きさに切断して図１および図２に示す、誘電体基板１２を有するチップ型フィルター１０を得た。
【００２３】
図４は、上記チップ型フィルター１０の周波数特性を示している。図４に示すように、通過信号が所定のカットアウト周波数以上の周波数成分が急激に減衰させられる特性を備えている。
【００２４】
本実施例によれば、電子回路基板として機能する誘電体基板１２を構成する合成樹脂には、軟磁性粉末に加えて炭素粉末が含まれていることから、誘電体基板１２の誘電率ε（＝ε’−ｊε”）の虚部ε”はそれほど高くならないが実部ε’は好適に高くされるので、耐衝撃性があり、チップ型フィルター１０のような小型の電子素子を構成できる小型の誘電体基板１２が得られる。特に、１ＧＨｚ〜３０ＧＨｚの周波数帯に対して小型の誘電体基板１２が得られる。
【００２５】
また、本実施例によれば、誘電体基板１２を構成する合成樹脂は、重量平均粒径Ｄ５０が３μｍ以下の軟磁性粉末を１〜１５容積％、炭素粉末を１０〜２５容積％含むことことから、高い誘電率および透磁率が得られるとともに、損失の関連する誘電正接および磁気正接が小さな誘電体基板１２が得られる。
【００２６】
また、本実施例によれば、誘電体基板１２を構成する合成樹脂に含まれる炭素粉末は、１００ｎｍ以下の形状平均粒径を備えたものであるので、高い誘電率および低い誘電正接を備えた誘電体基板１２が得られる。
【００２７】
また、本実施例によれば、誘電体基板１２を構成する合成樹脂に含まれる炭素粉末は、カーボンブラックであることから、１００ｎｍ以下の形状平均粒径を備えた均質な粒子が容易に得られる。
【００２８】
また、本実施例によれば、誘電体基板１２を構成する合成樹脂に含まれる軟磁性粉末は、３μｍ以下の重量平均粒径（Ｄ５０）を有する偏平形状の粒子であるので、誘電体基板１２の電気磁気特性が好適に得られる。
【００２９】
また、本実施例によれば、誘電体基板１２を構成する合成樹脂に含まれる軟磁性粉末は、フェライト、センダスト、Ｆｅ、Ｆｅ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｃｏ合金、およびＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金から選択された１または２種以上の材料から成るものであるので、高い透磁率および低い磁気正接を備えた誘電体基板１２が得られる。
【００３０】
また、本実施例によれば、誘電体基板１２を構成する合成樹脂は、ポリフェニレンサルファイド、エポキシ樹脂、および液晶ポリマー（ＬＣＰ）から選択された材料であるので、安定性および成形性が高く量産性の高い誘電体基板１２が得られる。
【００３１】
［実験例１］
図５は、誘電体基板１２を構成する合成樹脂に対してカーボンブラックを混入した高周波領域の効果を明らかとするために本発明者等が行った試験結果であり、誘電体基板１２に含有される軟磁性粉末および炭素粉末と誘電率εおよび透磁率μとの関係を示している。この実験例１では、軟磁性粉末および炭素粉末の含有量が相違する合成樹脂から成る所定寸法の試験片が用意され、７ＧＨｚの測定周波数を用いて誘電率εおよび透磁率μが測定された。第１系列の試験片(1) は、測定値が◇印にて示されており、１５容積％の重量平均粒径Ｄ５０が８．５μｍであるＦｅ−１３Ｃｒ粉と３０容積％のカーボンブラックとを含み、軟磁性粉量が１〜２０容積％の範囲で変化させられている。第２系列の試験片(2) は、△印にて示されており、１５容積％の平均粒径Ｄ５０が１．６μｍであるカルボニルＦｅ粉と３０容積％のカーボンブラックとを含み、軟磁性粉量が１〜２０容積％の範囲で変化させられている。第３系列の試験片(3) は、□印にて示されており、１５容積％の重量平均粒径Ｄ５０が１．６μｍであるカルボニルＦｅ粉と２０容積％のカーボンブラックとを含み、軟磁性粉量が１〜２５容積％の範囲で変化させられている。第４系列の試験片(4) は○印にて示されており、１５容積％の重量平均粒径Ｄ５０が１．６μｍであるカルボニルＦｅ粉を含み、カーボンブラックを始めとする炭素粒子は何ら混入されていない。カーボンブラックが含まれない点で、この第４系列の試験片(4) は従来のガラエポ基板に対応している。
【００３２】
図５では、誘電率εと透磁率μとの積で示される電磁気特性値ε×μと、合成樹脂に含まれる軟磁性粉末および炭素粒子の含有量との関係が示されている。図５において、軟磁性粉末に関しては、各系列の試験片共に軟磁性粉末の含有量が増加するほど右肩上がりとなり、電磁気特性値ε×μが増加している。カーボンブラックに関しては、カーボンブラックが多く含まれる試験片ほど、電磁気特性値ε×μが増加している。上記電磁気特性値ε×μで言えば、１０を下回ると小型化に関して充分な電磁気特性が得られないと考えられるため、誘電体基板１２を構成する合成樹脂に含まれるカーボンブラックは、図５の１点鎖線に示すように１容積％以上が必要であると思われる。
【００３３】
［実験例２］
図６は、誘電体基板１２を構成する合成樹脂に対してカーボンブラックを混入したことによる高周波領域の誘電損失増加効果を明らかとするために本発明者等が行った試験結果であり、誘電体基板１２に含有される軟磁性粉末と誘電正接（損失係数）tan δ（＝ε"/ε’）との関係を示している。この実験例２では、実験例１と同様の試験片および測定周波数（７ＧＨｚ）が用いられた。図６において、軟磁性粉末に関しては、各系列の試験片共に軟磁性粉末の含有量が増加しても、誘電正接tan δは変化しないか僅かに上昇する程度である。しかし、カーボンブラックに関しては、カーボンブラックが多く含まれる試験片ほど、誘電正接tan δが増加している。この誘電正接tan δで言えば、従来のガラエポ基板と同等の誘電損失を保証するために０．１以下であるとよいと考えられるため、誘電体基板１２を構成する合成樹脂に含まれるカーボンブラックは、図６の１点鎖線に示すように２５容積％以下、好適には２０容積％以下が必要であると思われる。
【００３４】
［実験例３］
図７は、誘電体基板１２を構成する合成樹脂に対してカーボンブラックを混入したことによる高周波領域の磁気損失増加効果を明らかとするために本発明者等が行った試験結果であり、誘電体基板１２に含有される軟磁性粉末と磁気正接（損失係数）tan δ（＝μ"/μ’但し、μ＝μ’＋ｊμ" ）との関係を示している。この実験例３においても、実験例１と同様の試験片および測定周波数（７ＧＨｚ）が用いられた。図７において、軟磁性粉末に関しては、各系列の試験片共に軟磁性粉末の含有量が増加するに伴って、磁気正接tan δが比例的に増加する。カーボンブラックの混入比率よりも軟磁性粉耐の混入比率および粒径による影響が大きく、軟磁性粉末が多く含まれるほど、また軟磁性粉末の粒径が大きいほど、磁気正接tan δが増加している。この磁気正接tan δで言えば、従来のガラエポ基板と同等の誘電損失を保証するために０．１以下であるとよいと考えられるため、誘電体基板１２を構成する合成樹脂に含まれる軟磁性粉体の混入比率および重量平均粒径Ｄ５０は、１５容積％以下且つ３μｍ以下が必要であると思われる。
【００３５】
以下、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の説明において実施例相互に共通する部分は同一の符号を付して説明を省略する。
【００３６】
図８および図９は、本発明の他の実施例のチップ型フィルター２８を示す平面図および断面図である。このチップ型フィルター２８は、誘電体基板１２の一面（表面）の幅方向の中央部に固着された信号ライン導体１４と、その誘電体基板１２の一面においてその信号ライン導体１４の両側に平衡に配置された一対の接地ライン導体１６とを備えている。本実施例のチップ型フィルター２８は、前述の実施例のチップ型フィルター１０と同様の誘電体基板１２を備えているので、そのチップ型フィルター１０と同様の効果が得られる。
【００３７】
図１０および図１１は、本発明の他の実施例のチップ型フィルター３０を示す平面図および断面図である。このチップ型フィルター３０は、誘電体基板１２の一面（表面）の幅方向の中央部に固着された信号ライン導体１４と、その誘電体基板１２の他面（裏面）における前面に固着された接地ライン導体１６とを備えている。本実施例のチップ型フィルター３０も、前述の実施例のチップ型フィルター１０と同様の誘電体基板１２を備えているので、そのチップ型フィルター１０と同様の効果が得られる。
【００３８】
その他、一々例示はしないが、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施例のチップ型フィルターを説明するための平面図である。
【図２】図１の実施例のチップ型フィルターを説明する断面図である。
【図３】図１のチップ型フィルターの等価回路を示す回路図である。
【図４】図１のチップ型フィルターの周波数特性を示す図である。
【図５】図１の誘電体基板を構成する合成樹脂に対してカーボンブラックを混入した高周波領域の効果を明らかとするために本発明者等が行った試験結果を示す図であり、誘電体基板に含有される軟磁性粉末および炭素粉末と誘電率εおよび透磁率μとの関係を示している。
【図６】図１の誘電体基板を構成する合成樹脂に対してカーボンブラックを混入したことによる高周波領域の誘電損失増加効果を明らかとするために本発明者等が行った試験結果を示す図であり、誘電体基板に含有される軟磁性粉末と誘電正接（損失係数）tan δ（＝ε"/ε’）との関係を示している。
【図７】図１の誘電体基板を構成する合成樹脂に対してカーボンブラックを混入したことによる高周波領域の磁気損失増加効果を明らかとするために本発明者等が行った試験結果を示す図であり、誘電体基板に含有される軟磁性粉末と磁気正接（損失係数）tan δ（＝μ"/μ’）との関係を示している。
【図８】本発明の他の実施例のチップ型フィルターを説明するための平面図である。
【図９】図８の実施例のチップ型フィルターを説明する断面図である。
【図１０】本発明の他の実施例のチップ型フィルターを説明するための平面図である。
【図１１】図１０の実施例のチップ型フィルターを説明する断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０：チップ型フィルター
１２：誘電体基板（電子回路基板）
１４：信号ライン導体
１６：接地ライン導体
１８：等価回路
２８：チップ型フィルター
３０：チップ型フィルター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2007012655.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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