(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化材に含浸させた熱硬化性樹脂の非発泡硬化物からなり厚みが０．０５〜１．０ｍｍ、２５〜３０℃における貯蔵弾性率が１〜３０ＧＰａである非発泡体絶縁樹脂層と、該非発泡体絶縁樹脂層の片面に予め形成された信号線導体層と、樹脂発泡体からなる発泡体絶縁樹脂層と、接地導体層とを有し、該信号線導体層が形成された該非発泡体絶縁樹脂層と、該発泡体絶縁樹脂層と、該接地導体層とが、非発泡体絶縁樹脂層／信号線導体層／発泡体絶縁樹脂層／接地導体層の順に積層されてなる高周波回路基板。
【請求項２】
該信号線導体層が形成された該非発泡体絶縁樹脂層と、該発泡体絶縁樹脂層と、該接地導体層とが、締結手段によって積層、固定されてなる請求項１に記載の高周波回路基板。
【請求項３】
前記発泡体絶縁樹脂層が、発泡ポリスチレン、発泡ポリエチレン、発泡ポリプロピレン及び発泡ポリウレタンからなる群から選ばれる発泡体からなり、１０ＧＨｚにおける比誘電率が１．０〜２．０、誘電正接が０．０００１〜０．００１である請求項１又は２に記載の高周波回路基板。
【請求項４】
前記発泡体絶縁樹脂層の厚みが０．０５〜１．０ｍｍである請求項１〜３いずれかに記載の高周波回路基板。
【請求項５】
前記非発泡体絶縁樹脂層の１０ＧＨｚにおける比誘電率が２．０〜４．０、誘電正接が０．００１〜０．０１である請求項１〜４いずれか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、高周波領域における信号伝送において、低損失で信号伝送が可能な高周波回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
家庭用の高速無線通信や車載用衝突防止レーダーなど、近年高周波を活用したアプリケーションの開発が盛んである。高周波信号処理を目的とした回路基板においては、数ＧＨｚまでの高周波領域ではストリップ線路、マイクロストリップ線路といった伝送線が多く用いられるが、さらに高いマイクロ波領域やミリ波領域にいたっては信号の減衰が著しいため、これらの線路を用いることが難しくなる。そこで、替わりの信号伝搬路として導波管が広く用いられている。導波管は優れた伝送特性を示す一方、線路のサイズが大きいこと、微細な引き回しができないこと、製造コストが大きいことなどのデメリットを有する。したがって、導波管に劣らない伝送特性を有し、かつ、安価で微細配線にも対応可能な回路基板が望まれている。
【０００３】
ストリップ線路（図２参照）やマイクロストリップ線路を用いる場合、基板の材料には樹脂やセラミックを用いるのが一般的であるが、基板材料の誘電特性が伝送損失、特に誘電損と呼ばれる材料起因の損失に大きく影響を及ぼすことが知られている。誘電損を低減するためには、比誘電率，誘電正接の小さな材料を用いることが好ましく、低誘電率，低誘電正接な材料の開発が現在も進められている。
【０００４】
誘電特性に優れる樹脂材料としてはＰＴＦＥ（テフロン（登録商標））が広く知られているが、より低誘電率，低誘電正接の材料を必要とする用途に向けて、これまでにも様々な基板材料が提案されてきた。例えば、特許文献１〜３では、発泡材を用いた基板材料の提案がなされている。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−６９５８０号公報
【特許文献２】特開平７−２０２４３９号公報
【特許文献３】特開平６−１２５１５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では発泡材の片面、もしくは両面に銅箔を配置した基板材料を提案している。発泡材を用いることにより比誘電率の低い基板材料が得られ、低損失な回路基板を形成することが可能である。しかしながら、コア部分が熱可塑性樹脂のみからなるため、機械的な強度が十分でない。特許文献２についても発泡材としてＰＥＴなどの熱可塑性フィルムを用いているため、特許文献１と同様に十分な機械強度は得られない。また、特許文献３では熱硬化性樹脂の発泡硬化物を用いることにより機械強度を向上させているが、ウェットプロセスによる配線形成では薬液が発泡部に入り込んで残存し、信頼性を低下させる可能性がある。そこで、本発明は、熱硬化性の絶縁樹脂層と、信号線導体層と、発泡体からなる絶縁樹脂層と、接地導体層とを、熱硬化性絶縁樹脂層／信号線導体層／発泡体絶縁樹脂層／接地導体層の順に積層することにより、優れた伝送特性と十分な機械強度を有する高周波回路基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、熱硬化性樹脂の非発泡硬化物からなる非発泡体絶縁樹脂層と、信号線導体層と、樹脂発泡体からなる発泡体絶縁樹脂層と、接地導体層とを有し、非発泡体絶縁樹脂層／信号線導体層／発泡体絶縁樹脂層／接地導体層の順に積層されてなる高周波回路基板に関する。
【０００８】
また、本発明は、前記樹脂発泡体の１０ＧＨｚにおける比誘電率が１．０〜２．０、誘電正接が０．０００１〜０．００１である前記の高周波回路基板に関する。
【０００９】
また、本発明は、前記発泡体絶縁樹脂層の厚みが０．０５〜１．０ｍｍである前記の高周波回路基板に関する。
【００１０】
また、本発明は、前記熱硬化性樹脂の非発泡硬化物の１０ＧＨｚにおける比誘電率が２．０〜４．０、誘電正接が０．００１〜０．０１である前記の高周波回路基板に関する。
【００１１】
また、本発明は、前記非発泡体絶縁樹脂層の厚みが０．０５〜１．０ｍｍである前記の高周波回路基板に関する。
【００１２】
また、本発明は、前記熱硬化性樹脂の非発泡硬化物の２５〜３０℃における貯蔵弾性率が１〜３０ＧＰａである前記の高周波回路基板に関する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、十分な機械強度を有し、かつ、低損失で信号伝送が可能な高周波回路基板を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の高周波回路基板の一態様の断面図を、図１に示す。本発明の高周波回路基板は、熱硬化性樹脂の非発泡硬化物からなる非発泡体絶縁樹脂層１と、信号線導体層２と、樹脂発泡体からなる発泡体絶縁樹脂層３と、接地導体層４とを有し、非発泡体絶縁樹脂層１／信号線導体層２／発泡体絶縁樹脂層３／接地導体層４の順に積層されてなる高周波回路基板である。樹脂発泡体からなる絶縁樹脂は低誘電率、かつ、低誘電正接な材料であり、前記構造を形成することにより伝送損失の小さいマイクロストリップ線路を形成することができる。
【００１５】
なお、本明細書中、比誘電率、及び、誘電正接は、空洞共振器摂動法誘電率測定装置（関東電子応用開発社製）を用いて測定した値である。また、貯蔵弾性率は、動的粘弾性測定装置Rheogel-E4000（ユービーエム社製）を用いて測定した値である。
【００１６】
樹脂発泡体の材料は特に限定されるものではなく、熱可塑性樹脂の発泡体、熱硬化性樹脂の発泡硬化物のいずれであってもよく、例えば、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタンなどの発泡体を好適に用いることができる。発泡体絶縁樹脂層の比誘電率としては、１０ＧＨｚにおいて１．０〜２．０であることが好ましい。比誘電率が２．０を超えると伝送損失が増加して所望の効果が得られないことがある。できるだけ伝送損失を低減するため、発泡体絶縁樹脂層の比誘電率は１．０〜１．３であることがより好ましい。また、発泡体絶縁樹脂層の誘電正接は、１０ＧＨｚにおいて０．０００１〜０．００１であることが好ましい。誘電正接が０．００１を超えると伝送損失が増加して所望の効果が得られないことがある。同様に、できるだけ伝送損失を低減するため、発泡体絶縁樹脂層の誘電正接は０．０００１〜０．０００３であることがより好ましい。
【００１７】
樹脂発泡体は、気泡率が７０〜９９％であることが好ましく、９０〜９８％であることがより好ましい。気泡率が７０％未満であると、所望の誘電特性が得られず、伝送損失が増加することがある。また、９９％を超えると、機械的強度が著しく低下し、厚みの制御や回路基板の形成が困難になることがある。
【００１８】
樹脂発泡体からなる発泡体絶縁樹脂層の厚みとしては、０．０５〜１．０ｍｍであることが好ましい。１．０ｍｍを超えると回路基板全体が厚くなり、また、コストの増加も招くため好ましくない。一方、０．０５ｍｍより薄くなると伝送損失が増加する傾向がある。厚みと伝送損失を両立する観点から、０．０５〜０．３ｍｍとするのがより好ましい。
【００１９】
発泡体絶縁樹脂層上には、信号線導体層を介して、熱硬化性樹脂の非発泡硬化物からなる非発泡体絶縁樹脂層を配置することにより、回路基板の機械強度を補強することが可能である。なお、本発明において、熱硬化性樹脂の非発泡硬化物とは、熱硬化性樹脂を製泡剤の添加など、発泡処理を行わずに熱硬化させて得られる硬化物を意味する。熱硬化性樹脂は特に限定されるものではなく、エポキシ樹脂系、フェノール樹脂系、不飽和ポリエステル樹脂などが好適に用いられる。エポキシ樹脂系熱硬化性樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂等の、ポリフェノールのグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂等が挙げられる。エポキシ樹脂の硬化剤としても特に制限はなく、例えば、ジシアンジアミド、イミダゾール類、芳香族アミン類、フェノール樹脂、酸無水物等を用いることができる。フェノール樹脂系熱硬化性樹脂の硬化に用いられる硬化剤も、ヘキサメチレンテトラミン等、特に制限はない。また、非発泡体絶縁樹脂層は、この熱硬化性絶縁樹脂は、基板の熱膨張率低減や機械強度の向上を目的として、樹脂とガラスクロスを一体化させた形態や各種フィラー類が添加された形態をとっても構わない。フィラーとしては、例えば、溶融シリカ、ガラス、アルミナ、チタニア、ジルコン、炭酸カルシウム、珪酸カルシウム、珪酸マグネシウム、珪酸アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素、ベリリア、ジルコニア、チタン酸バリウム、チタン酸カリウム、チタン酸カルシウムなどが挙げられる。
【００２０】
非発泡体絶縁樹脂層の比誘電率としては、１０ＧＨｚにおいて２．０〜４．０であることが好ましい。非発泡体絶縁樹脂層の比誘電率が４．０を超えると、伝送損失が増加するため好ましくない。伝送損失の低減には比誘電率がなるべく小さいことが望ましいが、２．０未満にするには発泡体などを用いた構造にしなければならないため、機械強度の低下を招くことがある。伝送損失と機械強度を両立する観点から、２．０〜３．７とするのがより好ましい。また、非発泡体絶縁樹脂層の誘電正接は１０ＧＨｚにおいて０．００１〜０．０１であることが好ましい。誘電正接が０．０１を超えると伝送損失が増加する。０．００１未満にするには、比誘電率と同様に発泡体などを用いる必要があり、機械強度を低下させるため好ましくない。伝送損失と機械強度を両立する観点から、０．００１〜０．００６とするのがより好ましい。
【００２１】
非発泡体絶縁樹脂層の厚みとしては、０．０５〜１．０ｍｍであることが好ましい。熱硬化性樹脂は、信号線導体層に面して接地導体層の無い側に配置されるため、薄い方が伝送損失低減に有効である。しかし、過度に薄くすると回路基板の機械強度が不十分になり、取り扱い性も低下するため０．０５ｍｍを下限とするのが好ましい。また、上限は伝送損失の増加を抑制するため、１．０ｍｍとするのが好ましい。伝送損失と機械強度・取り扱い性を両立する観点から、０．０５〜０．３ｍｍとするのがより好ましい。
【００２２】
さらに、非発泡体絶縁樹脂層の貯蔵弾性率は２５〜３０℃において１〜３０ＧＰａであることが好ましい。十分な機械強度を得る上では１ＧＰａ以上であることが望ましい。また、３０ＧＰａを超えると加工性が低下する傾向がある。機械強度と加工性を両立する観点から、５〜２０ＧＰａとするのがより好ましい。
【００２３】
信号線導体層の材料については特に限定されるものではないが、銅、ニッケル、金、銀、アルミニウムなどの金属を好適に用いることができる。一般的な配線板用途から言えば、銅が特性やコスト面で優れる。なお、めっきなどにより複数の金属から信号線導体層が形成されても差し支えない。
【００２４】
接地導体層の材料についても信号線導体層同様、特に限定されるものではなく、例えば、銅、ニッケル、金、銀、アルミニウムなどの金属が挙げられ、特性やコストの観点から自由に選択することができる。接地導体層の厚みは任意に選択することができるが、０．０１〜１．０ｍｍが好ましく、０．５〜１．０ｍｍがより好ましい。接地導体層にはコストの優位性から銅箔などの金属箔を用いることができ、この場合、汎用性から０．０１ｍｍが下限となる。一方、基板を組み立てる際の作業性、及び、信頼性を向上させるためには、０．５ｍｍ以上とすることが好ましく、金属板なども用いることができる。また、基板厚みやコストの増加を抑制するため、１．０ｍｍを上限とすることが好ましい。
【００２５】
本発明の高周波回路基板には、上記の非発泡体絶縁樹脂層の接地導体層を有する面とは反対側の面に、導体層が形成されていないが、これは、導体層の存在によって、伝送損失が増加することを抑制するためである。導体層を形成した場合には、信号線がストリップライン構造となり、導体層のない構造に比べて一般的に伝送損失が増加する。
【００２６】
本発明の高周波回路基板は、例えば、非発泡体絶縁樹脂層の片面上に、金属箔等の導体層の接着、又はスパッタリング等によって導体層を形成し、次いで導体層にフォトリソグラフィとエッチング等の処理を行って信号線を形成して信号線導体層とし、その信号線導体層上に発泡体絶縁樹脂層及び接地導体層をその順で積層して製造することができる。また、熱硬化性樹脂と必要に応じて用いられる硬化剤等とをガラスクロス等の繊維強化材に含浸させてなるプリプレグに金属箔等の金属層を積層し、加熱加圧して得られる非発泡体絶縁樹脂層の片面又は両面に金属層を有する金属張積層板を用い、その片面の金属箔層にフォトリソグラフィとエッチング等の処理を行って信号線を形成して信号線導体層を形成することもできる。金属張積層板が両面に金属層を有する場合には、片面の金属層は、エッチング等によって除去する。接地導体層上への発泡体絶縁樹脂層及び接地導体層の積層、固定は、積層後の基板端部のビス止め等、締結手段によって行うことができる。また、非発泡体絶縁樹脂層と発泡体絶縁樹脂層の積層には、接着剤を用いてもよい。ただし、接着剤層が厚くなると伝送損失が増加するため、厚みをできるだけ薄くすることが重要である。数μｍ以下であれば、伝送損失への影響は小さい。接着剤としてはエポキシ系などが使用できるが、非発泡体絶縁樹脂層が熱可塑性樹脂の場合は、溶剤に対する耐性を考慮する必要がある。
【実施例】
【００２７】
次に実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２８】
［実施例１］
１０ＧＨｚにおける比誘電率３．４２、誘電正接０．００５７、２５〜３０℃における貯蔵弾性率１４ＧＰａの非発泡体絶縁樹脂層の両面に銅層を有する、厚さ０．１ｍｍの両面銅張積層板 ＭＣＬ−ＦＸ−２（日立化成工業株式会社製、商品名）（厚さ６４μｍの非発泡体絶縁樹脂層の両面に、各々厚さ１８μｍの銅層を有する積層板）の片面に、特性インピーダンスが５０Ωとなるようにフォトリソグラフィとエッチングにより長さ２０ｍｍの信号線を形成し、信号線導体層とした。また、同時に反対面側の銅をエッチングにより全面除去した。非発泡体絶縁樹脂層上の信号線導体層上に、厚さ０．５ｍｍの発泡ポリプロピレン（１０ＧＨｚにおける比誘電率１．１、誘電正接０．０００２、気泡率：９７％）と厚さ０．５ｍｍのアルミ板を順に重ね、端部をビス止めして基板を一体化させ、高周波回路基板１を得た。
【００２９】
［実施例２］
１０ＧＨｚにおける比誘電率３．４２、誘電正接０．００５７、２５〜３０℃における貯蔵弾性率１４ＧＰａの非発泡体絶縁樹脂層の両面に銅層を有する、厚さ０．１ｍｍの両面銅張積層板 ＭＣＬ−ＦＸ−２（日立化成工業株式会社製、商品名）（厚さ６４μｍの非発泡体絶縁樹脂層の両面に、各々厚さ１８μｍの銅層を有する積層板）の片面に、特性インピーダンスが５０Ωとなるようにフォトリソグラフィとエッチングにより長さ２０ｍｍの信号線を形成し、信号線導体層とした。また、同時に反対面側の銅をエッチングにより全面除去した。非発泡体絶縁樹脂層上の信号線導体層上に、厚さ０．３ｍｍの発泡ポリプロピレン（１０ＧＨｚにおける比誘電率１．１、誘電正接０．０００２、気泡率：９７％）と厚さ０．５ｍｍのアルミ板を順に重ね、端部をビス止めして基板を一体化させ、高周波回路基板２を得た。
【００３０】
［実施例３］
発泡ポリプロピレンの厚みを０．１ｍｍとした以外は、実施例１と同様な手順により高周波回路基板３を得た。
【００３１】
［実施例４］
１０ＧＨｚにおける比誘電率４．２、誘電正接０．０２１、２５〜３０℃における貯蔵弾性率８ＧＰａの非発泡体絶縁樹脂層の両面に銅層を有する、厚さ０．１ｍｍの両面銅張積層板 ＭＣＬ−Ｅ−６７（日立化成工業株式会社製、商品名）（厚さ６４μｍの非発泡体絶縁樹脂層の両面に、各々厚さ１８μｍの銅層を有する積層板）の片面に、特性インピーダンスが５０Ωとなるようにフォトリソグラフィとエッチングにより長さ２０ｍｍの信号線を形成し、信号線導体層とした。また、同時に対面側の銅をエッチングにより全面除去した。非発泡体絶縁樹脂層上の信号線導体層上に、厚さ０．３ｍｍの発泡ポリプロピレン（１０ＧＨｚにおける比誘電率１．１、誘電正接０．０００２、気泡率：９７％）と厚さ０．５ｍｍのアルミ板を順に重ね、端部をビス止めして基板を一体化させ、高周波回路基板４を得た。
【００３２】
［実施例５］
両面銅張積層板 ＭＣＬ−ＦＸ−２の厚みを０．３ｍｍ（非発泡体絶縁樹脂層の厚さ：２６４μｍ、各銅層の厚さ：１８μｍ）とした以外は、実施例２と同様な手順により高周波回路基板５を得た。
【００３３】
［実施例６］
両面銅張積層板 ＭＣＬ−ＦＸ−２の厚みを０．５ｍｍ（非発泡体絶縁樹脂層の厚さ：４６４μｍ、各銅層の厚さ：１８μｍ）とした以外は、実施例２と同様な手順により高周波回路基板６を得た。
【００３４】
［比較例１］
１０ＧＨｚにおける比誘電率３．４２、誘電正接０．００５７、２５〜３０℃における貯蔵弾性率：１４ＧＰａの非発泡体絶縁樹脂層の両面に銅層を有する、厚さ０．１ｍｍの両面銅張積層板 ＭＣＬ−ＦＸ−２（日立化成工業株式会社製、商品名）（厚さ６４μｍの非発泡体絶縁樹脂層の両面に、各々厚さ１８μｍの銅層を有する積層板）の片面に、特性インピーダンスが５０Ωとなるようにフォトリソグラフィとエッチングにより長さ２０ｍｍの信号線を形成し、信号線導体層とした。非発泡体絶縁樹脂層上の信号線導体層上に、厚さ０．３ｍｍの発泡ポリプロピレン（１０ＧＨｚにおける比誘電率１．１、誘電正接０．０００２、気泡率：９７％）と厚さ０．５ｍｍのアルミ板を順に重ね、端部をビス止めして基板を一体化させ、高周波回路基板７を得た。この高周波回路基板７は、図２に示す断面を有するストリップ線路構造のものであり、信号線導体層２を２つの誘電体層５で挟持し、一方の誘電体層５の外面にアルミ板からなる接地導体層４を、他方の誘電体層５の外面に銅からなる導体層６を配置した構造を有する。
【００３５】
［比較例２］
１０ＧＨｚにおける比誘電率３．４２、誘電正接０．００５７、２５〜３０℃における貯蔵弾性率：１４ＧＰａの非発泡体絶縁樹脂層の両面に銅層を有する、厚さ０．１ｍｍの両面銅張積層板 ＭＣＬ−ＦＸ−２（日立化成工業株式会社製、商品名）（厚さ６４μｍの非発泡体絶縁樹脂層の両面に、各々厚さ１８μｍの銅層を有する積層板）の片面に、特性インピーダンスが５０Ωとなるようにフォトリソグラフィとエッチングにより長さ２０ｍｍの信号線を形成し、高周波回路基板８を得た。
作製した高周波回路基板の信号線、及び、接地導体層の端部にＳＭＡコネクタをはんだ付けし、アジレント・テクノロジー社製ネットワークアナライザＰＮＡ Ｅ８３６４Ｂを用いて１０ＧＨｚにおける伝送損失を測定した。尚、伝送損失の測定に際し、実施例１〜５においては、発泡ポリプロピレン上のアルミ板を接地導体層として用い、比較例１では、アルミ板、及び、エッチング除去せずに残った外層銅箔からなる導体層の両方を接地導体層として用い、比較例２では、両面銅張積層板の信号線形成をしなかった方の銅層を接地導体層として用いた。
【００３６】
表１に示すように、実施例１〜６ではいずれも伝送損失が０．２ｄＢ以下であった。一方、比較例ではいずれも０．３６ｄＢ程度で損失が大きいことが分かる。実施例と比較例では、接地導体層の配置と発泡体絶縁層の有無が異なっており、本発明における基板構造が伝送損失低減に有効であることがこの結果から分かる。実施例１〜３においては、発泡体の厚みが薄くなると伝送損失が増加している。これは、発泡体厚みが薄くなることにより信号線−接地導体層間の誘電損が増加するためである。また、実施例２，５，６においては、積層板厚み（熱硬化性樹脂層厚み）が厚くなると伝増損失が増加している。これは、積層板が厚くなることにより熱硬化性樹脂による誘電損が増加するためである。実施例中、実施例１の伝送損失が最小となっており、これは実施例中発泡体が最も厚く、かつ、積層板が最も薄いことによる効果が示されているものである。
【００３７】
【表１】
0005098794.tif 000002
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明における回路基板の断面図
【図２】従来のストリップ線路を用いた回路基板の断面図
【符号の説明】
【００３９】
１    非発泡体絶縁樹脂層
２    信号線導体層
３    発泡体絶縁樹脂層
４    接地導体層
５    誘電体層
６    導体層
【図１】
0005098794.tif 000003
【図２】
0005098794.tif 000004