(57)【要約】【課題】リフロー時の反りの発生が充分に抑制されると共に、充分に優れた高周波特性を発揮させることができるフッ素樹脂基板を提供する。【解決手段】金属導体上に、フッ素樹脂を主成分とする誘電体層が形成されているフッ素樹脂基板であって、誘電体層に中空のガラスビーズが含有されているフッ素樹脂基板。金属導体の表面粗さＲｚ（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１−１９９４）が、２．０μｍ以下であるフッ素樹脂基板。フッ素樹脂が、照射線量０．０１〜５００ｋＧｙの電離性放射線を照射されているフッ素樹脂基板。フッ素樹脂が、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種以上であるフッ素樹脂基板。【選択図】図１
2013201344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属導体上に、フッ素樹脂を主成分とする誘電体層が形成されているフッ素樹脂基板であって、
前記誘電体層に中空のガラスビーズが含有されている
ことを特徴とするフッ素樹脂基板。
【請求項２】
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に記載のフッ素樹脂基板。
【請求項３】
前記フッ素樹脂が、照射線量０．０１〜５００ｋＧｙの電離性放射線を照射されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフッ素樹脂基板。
【請求項４】
前記フッ素樹脂が、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項に記載のフッ素樹脂基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波通信装置などに用いられる高周波回路基板に好適な回路形成用のフッ素樹脂基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の情報通信量の増大に応えるため、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】
このような高周波回路基板においては、比誘電率εおよび誘電正接ｔａｎδが小さい基板材料を用いることが好ましく、そのような低比誘電率および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）などのフッ素樹脂があり、銅（Ｃｕ）箔などの金属基材（金属導体）上にフッ素樹脂からなる誘電体層を形成させて高周波回路基板（フッ素樹脂基板）を製造する技術が開発されている（例えば特許文献１、２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
しかしながら、誘電体層であるフッ素樹脂の熱膨張係数（１０−５／Ｋオーダー）が、金属導体であるＣｕの熱膨張係数（１０−６／Ｋオーダー）より大きいため、単に、フッ素樹脂と金属導体とを積層してフッ素樹脂基板を作製しようとすると、２６０℃程度の温度で行われるリフロー処理において、反りが発生する。そして、このような反りが発生したフッ素樹脂基板は、高周波回路基板として用いることができない。
【０００６】
そこで、図２に示すように、フッ素樹脂１１ａを含浸させたガラスクロス１１ｃを用いて、金属導体（Ｃｕ）１２上に誘電体層１１を形成させて、高周波回路用のフッ素樹脂基板１とすることが行われている。
【０００７】
即ち、ガラスの構成材料であるシリカは、２６０℃以上のリフロー温度でもフッ素耐食性に優れており、またフッ素樹脂に比べて熱膨張係数が小さい。このため、このようなガラスをクロス状に形成したガラスクロス１１ｃにフッ素樹脂１１ａを含浸させて、誘電体層１１を形成することにより、誘電体層１１の熱膨張係数と金属導体１２の熱膨張係数との差が小さくなり、リフロー時の反りの発生が抑制される。
【０００８】
しかしながら、上記においては、ガラスクロスの比誘電率εが大きいため、誘電体層１１の比誘電率εが増大し、高周波特性を低下させるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、リフロー時の反りの発生が充分に抑制されると共に、誘電体層の比誘電率が抑制され、充分に優れた高周波特性を発揮させることができるフッ素樹脂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】
【００１０】
本発明者は、鋭意検討の結果、以下に記載する発明により、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。以下、各請求項毎に説明する。
【００１１】
請求項１に記載の発明は、
金属導体上に、フッ素樹脂を主成分とする誘電体層が形成されているフッ素樹脂基板であって、
前記誘電体層に中空のガラスビーズが含有されている
ことを特徴とするフッ素樹脂基板である。
【００１２】
本発明者は、鋭意検討の結果、ガラスクロスと同様のフッ素耐食性や熱膨張係数を有しながら、中空にすることにより比誘電率εをガラスクロスより低下させることができる中空のガラスビーズをフッ素樹脂に含有させて誘電体層を形成することにより、リフロー時の反りの発生が充分に抑制されると共に、誘電体層の比誘電率が抑制され、充分に優れた高周波特性を発揮させることができるフッ素樹脂基板を提供することができることを見出した。
【００１３】
即ち、ガラスを構成するシリカの比誘電率εは約３．０であり、中空部の空気の比誘電率が１．０であるため、中空部の体積比率を調整することにより、適切な比誘電率の中空ビーズを得ることができる。なお、好ましいガラスビーズの比誘電率は１．４〜２．８である。
【００１４】
中空ビーズの材質としては、ガラス以外にアルミナ、酸化チタン等種々の材質が考えられるが、リフロー時におけるフッ素耐食性、フッ素樹脂との混合時や金属導体へのプレス時における耐圧性、電離放射線照射に対する安定性、そして絶縁性を考慮すると、ガラスが最も好ましい。
【００１５】
中空のガラスビーズの粒径や中空部の大きさ、およびフッ素樹脂に対する添加量は、要求される誘電体層の特性、厚さや金属導体の材質、厚さ等に応じて適宜決定される。
【００１６】
フッ素樹脂は、特に限定されず、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素樹脂、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）など２種以上のフッ素化合物の共重合体および２種以上のフッ素樹脂の混合物（アロイ）が挙げられる。
【００１７】
なお、「フッ素樹脂を主成分とする」とは、誘電体層の特性が主にフッ素樹脂により支配されていることを指し、一般的には誘電体層におけるフッ素樹脂が占める体積の比率が概ね５０％以上の場合を指す。
【００１８】
金属導体としては、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、銅や銅合金は導電率が特に高いため、伝送損失がより小さいフッ素樹脂基板の金属導体として好ましい。厚みとしては、１μｍ〜２ｍｍ程度が好ましく、５〜５００μｍであるとより好ましい。
【００１９】
以上のように、本請求項の発明によれば、リフロー時の反りの発生が充分に抑制されると共に、充分に優れた高周波特性を発揮させることができるフッ素樹脂基板を提供することができる。
【００２０】
請求項２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に記載のフッ素樹脂基板である。
【００２１】
高周波領域では、金属導体の表面粗さが大きい場合、表皮効果により伝送遅延および伝送損失が大きくなるが、金属導体の表面粗さＲｚを２．０μｍ以下と小さくすることにより、これらを充分に小さくすることができ、より優れた高周波特性を発揮させることができる。
【００２２】
即ち、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以下に調節することにより、伝送遅延や伝送損失を充分に小さくすることができる。
【００２３】
請求項３に記載の発明は、
前記フッ素樹脂が、照射線量０．０１〜５００ｋＧｙの電離性放射線を照射されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフッ素樹脂基板である。
【００２４】
Ｘ線、γ線、電子線などの電離性放射線をフッ素樹脂に照射すると、フッ素ラジカルが発生し、金属導体との界面に金属フッ化物が生成する。これにより、フッ素樹脂と金属導体との親和力が上がり、密着性が向上する。
【００２５】
なお、電離性放射線の照射線量としては、０．０１〜５００ｋＧｙが好ましい。
【００２６】
請求項４に記載の発明は、
前記フッ素樹脂が、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項に記載のフッ素樹脂基板である。
【００２７】
これらのフッ素樹脂は、比誘電率ε、誘電正接ｔａｎδが充分に低い材料であると共に、耐熱性が優れている。また、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している。
【００２８】
本請求項の発明においては、このようなフッ素樹脂を誘電体層の主成分に用いているため、低比誘電率、低誘電正接のフッ素樹脂基板を提供することができる。
【００２９】
これらのフッ素樹脂のなかでも、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。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、リフロー時の反りの発生が充分に抑制されると共に、誘電体層の比誘電率が抑制され、充分に優れた高周波特性を発揮させることができるフッ素樹脂基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施の形態のフッ素樹脂基板の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】従来のフッ素樹脂基板の構成の一例を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。
【００３３】
１．フッ素樹脂基板の構成
図１は本実施の形態のフッ素樹脂基板の構成を模式的に示す断面図であり、フッ素樹脂基板１は、金属導体１２と、金属導体１２に密着された誘電体層１１を備えている。また、誘電体層１１は、フッ素樹脂１１ａとガラス製の中空ビーズ１１ｂとからなる。
【００３４】
２．誘電体層の形成
以下に、誘電体層１１の形成について説明する。
【００３５】
最初に、ＰＴＦＥなどのフッ素樹脂１１ａのディスパージョンに、所定量の中空ビーズ１１ｂを添加、混合する。
【００３６】
誘電体層１１の比誘電率を小さくするためには、比誘電率が小さい中空ビーズを用いることが好ましいが、比誘電率が小さい、即ち、ガラス量（体積比）が小さいものは耐圧性が劣る。このため、中空ビーズ１１ｂには、比誘電率がフッ素樹脂と同レベル、具体的には１．４〜２．８程度で空孔率が１０〜９０％程度のものを用いることが好ましい。このような中空ビーズとして、例えば、住友スリーエム社製のガラス微小中空球（商品名：グラスバブルズ）を挙げることができる。
【００３７】
中空ビーズ１１ｂは、誘電体層の厚み、強度などを考慮して適宜適切なサイズのものが用いられる。具体的には直径が０．１〜１０００μｍのものが好ましい。また、比重は０．６程度のものが好ましい。
【００３８】
また、中空ビーズ１１ｂのフッ素樹脂１１ａへの添加量が少な過ぎる場合には誘電体層１１の反りの発生を防止することができず、一方、多過ぎる場合には、金属導体１２に密着しない。中空ビーズの添加量は、求められる誘電体層の特性、中空ビーズの比誘電率と共に、上記のことを考慮して適宜適切な値に設定される。具体的には、フッ素樹脂１００質量部に対して、１〜５０質量部程度が好ましい。
【００３９】
次に、上記の混合物を金属導体１２上に滴下し、スピンコート法やキャスティング法などを用いて金属導体１２上に均一に塗布後、乾燥させて、塗膜を形成させる。
【００４０】
次いで、塗膜を、３５０℃の温度下、１００ＭＰａ程度の圧力で加圧した後、窒素雰囲気など所定の低酸素雰囲気下、電子線などの電離性放射線を０．０１〜５００ｋＧｙ照射する。これにより、誘電体層１１と金属導体１２とが強固に密着される。
【００４１】
なお、誘電体層１１の厚みが薄過ぎる場合、誘電体としての機能が充分に発揮できない。一方、厚過ぎる場合には、特性インピーダンスが大きくなる。好ましい厚みは、０．５〜２００μｍ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。
【００４２】
３．金属導体
次に、金属導体１２について説明する。金属導体１２には粗面化処理されていないＣｕ箔、具体的には、表面粗さＲｚ（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１−１９９４）が２．０μｍ以下の表面が平滑なＣｕ箔が好ましく用いられる。これにより、前記のように表皮効果による伝送遅延、伝送損失が低減される。また、金属導体１２にプライマー処理を施さないことがさらに好ましい。なお、厚みは１〜２０００μｍに設定され、好ましくは１０〜３００μｍに設定される。これにより、十分な強度が確保されるとともに、適切な厚みで表皮効果を利用することができる。
【実施例】
【００４３】
１．フッ素樹脂基板の作製
（実施例１）
下記の条件の下でフッ素樹脂基板を作製した。
誘電体層
フッ素樹脂      ：ダイキン工業社製、ネオフロンＦＥＰ（品番：ＮＥ−２１）
中空ビーズ      ：住友スリーエム社製、グラスバブルズ  Ｓ６０ＨＳ
真密度                ：０．６０ｇ／ｃｍ３
かさ密度              ：０．３８ｇ／ｃｍ３
耐圧強度（９０％残存）：１２４．０ＭＰａ
５０％粒子径          ：３０μｍ
ガラス厚              ：１．３１μｍ
ガラス量（体積比）    ：２４％
比誘電率              ：２．０
混合比（質量比）：フッ素樹脂：中空ビーズ＝１００：３０
厚さ            ：５０μｍ
金属導体          ：銅箔（プライマー処理なし）
厚さ            ：３５μｍ
表面粗さ（Ｒｚ）：１μｍ
誘電体層と金属導体の積層
プレス圧力      ：１００ＭＰａ
電子線照射      ：照射量  ：    １０ｋＧｙ
加速電圧：１０００ｋｅＶ
【００４４】
（実施例２）
下記の中空ビーズを用いたこと以外は実施例１と同じ方法で作製した。
中空ビーズ      ：住友スリーエム社製、グラスバブルズ  ｉＭ３０Ｋ
真密度                ：０．６０ｇ／ｃｍ３
かさ密度              ：０．３３ｇ／ｃｍ３
耐圧強度（９０％残存）：１９３．０ＭＰａ
５０％粒子径          ：１６μｍ
ガラス厚              ：０．７０μｍ
ガラス量（体積比）    ：２４％
比誘電率              ：２．０
【００４５】
（比較例１）
誘電体層の形成に中空ビーズを用いず、フッ素樹脂のみで形成したこと以外は実施例１と同じ方法で作製した。
【００４６】
（比較例２）
誘電体層の形成に中空ビーズを用いず、下記のフッ素樹脂含浸ガラスクロスを用いて誘電体層を形成したこと以外は実施例１と同じ方法で作製した。
ガラスクロス    ：中興化成社製（商品名：ＣＧＮ−５００ＮＦ）
厚さ          ：１．０ｍｍ
【００４７】
２．フッ素樹脂基板の評価
作製したフッ素樹脂基板の比誘電率（ε）、高周波領域（１ＧＨｚ、１０ＧＨｚ）における伝送損失およびリフローと同じ条件（２６０℃）で加熱したときの反りの発生状況を調べた。なお、反りの発生状況は○×で評価した。
【００４８】
実施例１、２および比較例１、２の評価結果をまとめて表１に示す。
【００４９】
【表１】
2013201344.tif 000003
【００５０】
表１より、実施例１および実施例２の場合は、ガラスクロスを用いた比較例２の場合に比べて伝送損失が小さく、充分に優れた高周波特性を有していることが確認できる。これは、ガラスクロスに替えて中空ビーズを用いることにより比誘電率εが低減できたためである。また、フッ素樹脂のみで誘電体層を形成した比較例１ではリフロー時に反りが発生したのに対して、実施例１、実施例２ではともに反りの発生を防止できることが確認できた。
【００５１】
以上のように、本発明によれば、リフロー時の反りの発生がなく、また、比誘電率εが低く、充分に優れた高周波特性を有するフッ素樹脂基板を提供することができることが分かる。
【００５２】
以上、本発明を実施の形態に基づき説明したが、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、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１          フッ素樹脂基板
１１        誘電体層
１１ａ      フッ素樹脂
１１ｂ      中空ビーズ
１１ｃ      ガラスクロス
１２        金属導体
【図１】
2013201344.tif 000004
【図２】
2013201344.tif 000005