アラミド薄織物を用いた次世代型電子基板の開発－アラミド基板の特性評価と加工性評価－
沢野井康成*

吉 村 慶 之 **木 水 貢 ***神谷淳*

橘 泰 至 ***

杉 浦 宏 和 **川 上 賢 治 ****

長谷部裕之*

猪 谷 隆 *****

次世代産業を担う電子機器には，熱的に安定した高い動作信頼性や通信速度の向上による高性能化が要求されている。アラミド繊維は熱的安定性に優れた材料であり，また，比誘電率が低いため伝送信号の高速化に適していることが期待される。そこで，本研究では，アラミド繊維織物を用いて電子基板を試作し，各種特性や加工性を評価した。その結果，基板の積層前後における寸法変化率が小さく，熱的安定性に優位を示すことがわかった。また，比誘電率，特性インピーダンスを評価し，信号の伝送速度が向上することを検証した。さらに，基板の加工性として，高速信号に用いられる小径のスルーホールが形成できることを確認した。
キーワード: アラミド繊維，電子基板，ガラスエポキシ

Development of Next-generation Electronic Substrates Using Aramid Thin Textile- Characteristic and Workability Evaluations of Aramid Electronic Substrates Yasunari SAWANOI, Yoshiyuki YOSHIMURA, Jun KAMITANI, Hirokazu SUGIURA, Hiroyuki HASEBE, Mitsugu KIMIZU, Yasushi
TACHIBANA, Kenji KAWAKAMI and Takashi INOTANIElectronic equipment for next-generation industries requires high performance with a high thermal stability and improved
transmission speed. An aramid fiber with an excellent thermal stability and a low relative permittivity is anticipated to be a suitablematerial for high-speed signal transmission. In this study, an electronic substrate sample utilizing aramid fiber textile was made, and its
characteristics and workability were evaluated. As a result, the dimensional change of the substrate before and after lamination was small,which proved its thermal stability. Moreover, its relative permittivity and characteristic impedance were evaluated, and it was verified thatthe signal transmission speed was improved. Furthermore, regarding the workability of the substrate, it was confirmed that through-holes
with small diameters for high-speed signal transmission were formed.
Keywords: aramid textile, electronic substrate, glass epoxy

１．緒

言

信号が伝送しにくく，通信速度を向上させるのは困難

次世代産業を担う医療機器，電気自動車，航空機等である。そこで本研究では，ガラス繊維の代替としての分野で活用される電子機器には，熱的に安定した高比誘電率が低く，熱的安定性に優れたアラミド繊維にい動作信頼性，通信速度の向上による高性能化が要求着目した。しかし，薄いテープ状のアラミド繊維を織されている。現在，電子機器に搭載されている電子基物にして用いた電子基板の開発は過去に例がなく，電板の多くは，ガラス繊維織物にエポキシ樹脂を含侵さ子基板としての特性や加工性が未知なことから，評価，せてプレス成形したガラスエポキシ基板が使用されて検証 が必要である 。

いる。しかし，ガラス繊維の比誘電率が高いため高速

ここでは，電子基板の特性として，基板の積層前後における寸法変化率，軽量性等の物理的特性，比誘電*繊 維生活 部******

電 子情報部

サンコロ ナ小田 (株 )

***

*****

率，絶縁抵抗，信号線路の特性インピーダンス等の電企 画指導部

東京ドロ ウイング (株 )- 21 -

気的特性を評価した。また，電子基板には必須となる

スルーホールの加工性として，ドリル加工性やめっきの 測 定 箇 所 (① ～ ⑥ 両 端 矢 印

縦 方 向 290mm， 横 方 向性等について評価し，アラミド薄織物を用いて試作し310mm)に お け る 積 層 前 後 の 寸 法 変 化 率 を 測 定 し た 。

た電 子基板の有用 性を検討した 。

そ の結果 ，アラ ミド基 板は -0.01～ 0.006%で あった 。比較 の ガ ラ ス エ ポ キ シ 基 板 では -0.05～ -0.01%で あ り ， ア

２．電子基板の特性評価
２．１

ラミド基板はプレス成形時の寸法変化が小さいことがアラミド基板の製造

わか った。

図 1に 示 す よ う に ， ア ラ ミ ド 原 糸 を 開 繊 し た テ ー プ
状のアラミド繊維を製織し薄織物を製作した。次に，

２．２．２

軽量性

この薄織物に熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂を含侵

アラミド基板の軽量性について評価した結果を表 1

させ，プレス機による熱プレス法でアラミド基板を成に 示 す 。 ガ ラ ス エ ポ キ シ 基 板 よ り も 4層 基 板 で 約 29%，形し た。試作した アラミド基板 を図 2に示す 。

8層 基 板 で 約 22%軽 量 化 さ れ て い た 。 た だ し ， 銅 は 比重が大きいことから，銅箔層数が多くなると軽量化さ

２．２

アラミド基板の物理的特性評価

２．２．１

れる 効果は小さい 。

寸法変化率

電子基板は積層して多層化することにより，電子回

２．３

アラミド基板の電気的特性評価

路の高密度化を実現している。その際，層間をスルー

２．３．１

比誘電率

ホールによって導通させているが，高温高圧により積電子基板における信号の伝送速度は，基板の比誘電層前後で上下の基板の位置ズレが大きいと，線路をス

率が低いほど高速に伝達する。そこで，ネットワーク

ル ー ホ ー ル で 導 通 で き な い 。 そ こ で ， 図 3に 示 す 基 板

アナ ライザ (Agilent technologies製 N5221A)を用い て，
周 波 数 が 100MHz～ 10GHzま で の 比 誘 電 率 を 評 価 し た 。
そ の 結 果 を 図 4に 示 す 。 評 価 し た 全 周 波 数 帯 域 に 渡 って ア ラ ミ ド 基 板 の 方 が 約 20%低 く ， 後 述 す る 特 性 イ ン
ピーダンスの評価結果でも示すが，信号の伝送速度の開繊

改善 が期待できる 結果となった 。

製織

表1
原糸

テープ

図1

図2

図3

織物

基板の軽量 性評価

基 板

銅箔4層板
（240×220×1.2mm）

銅箔8層板（270×230×1.2mm）

織物の
比重

アラミド

101.0g168.5g

1.45

ガラス
エポキシ

142.5g215.0g2.54

薄織物の製 作過程

試作したア ラミド基板

図4

基板の寸法 変化率測定箇 所- 22 -

電子基板の 比誘電率評価 結果

２．３．２

絶縁性が 許 容 範 囲 (こ こ で は ， 50Ω ±10%)と さ れ て い る が ，

絶縁性の指標である体積抵抗率，表面抵抗について，両基板とも許容内であり，設計通りに試作できたこと

こ れ ら を 評 価 し た 結 果 を 図 5に 示 す 。 ア ラ ミ ド 基 板 はが確認された。なお，両基板とも同長の線路としたが，JIS C6483 1) に あ る 体 積 抵 抗 率 で 10 13 Ω cm， 表 面 抵 抗 で

アラミド基板の方が先端部への信号到達時間が早いた

1210 Ω 以 上 の 要 求 を 満 足 し て お り ， ま た ， ガ ラ ス エ ポめ，特性インピーダンスの立ち上がりが早く現れた。

キシ 基板とそん色 ない性能を有 してい た。

こ れ よ り ， 信 号 の 伝 送 速 度 が 約 5%速 い こ と が わ か る 。
以上は信号の伝送によく用いられている線路がグラ

２．３．３

特性インピーダンス

ン ドに対 して 1本 (シ ングルエ ンド線 路 )の 場合に ついて信号が高速に伝送するためには，線路の特性インピ述べた。次に，外来からのノイズ成分に対して耐性が2)

ーダンスが重要である 。特性インピーダンスが規定

強 いとさ れる線路 が 2本 (差動 線路 )の特性 インピ ーダンの範囲になければ伝送信号の反射が起こり，信号品質

ス (差 動インピ ーダン ス )を評 価した 結果を図 7に示 す。

の劣化の要因となる。特性インピーダンス値は通信規

アラミド基板の差動インピーダンスはガラスエポキシ

格によって異なるが，ここでは，一般に広く用いられ基 板 と 同 様 ， 100Ω ± 10%の 許 容 範 囲 内 で 試 作 さ れ てる 50Ω で 設 計 し た 。 図 6に 電 子 基 板 の 特 性 イ ン ピ ー ダおり，インピーダンスを制御することが可能であるとンスを評価した結果を示す。横軸は時間であり，線路考え られる。

の長さと一意の関係にある。なお，線路の先端は開放

３．電子基板の加工性評価

状態としたため，先端部で急激な特性インピーダンス

３．１の上 昇が生じてい る。
特性 インピーダン スは，一般に 規定した値の ±10%

穴あけ加工性

電子基板は多層構造である場合がほとんどであり，層間はスルーホールで導通させる必要がある。スルー

10

ホールは，一般にドリルによる穴あけ加工後，穴内面17

体積抵抗率(Ω cm)
表面抵抗(Ω )1016

を銅めっきすることによって基板の上下を電気的に接続 し て い る 。 そ こ で ， 上 下 に 35μ mの 銅 箔 が 貼 っ て あ

1015

抵抗

1014

る 0.8mm厚 の 基 板 に ， φ 0.2～ 0.5mmの ド リ ル に よ る 穴

JIS要求値あ け 加 工 を 行 っ た 。 加 工 面 を 観 察 し た 結 果 を 図 8に 示

1013

す 。 バ リ ， 毛 羽 立 ち 等 の 欠 陥 3) が ほ と ん ど な い 良 好 な

1012

加工 面性状を得る ことができた 。

1011

また，ドリル摩耗については，図示しないが国内の

1010

アラミド

電子基板製造現場における標準交換期間内では大きなガラスエポキシ

摩耗は確認できず，ガラスエポキシ基板と同等の加工

電子基板

図5

性で ある。

電子基板の 絶縁性評価結 果

150

90

140
アラミド基板
ガラスエポキシ基板

70

差動インピーダンス (Ω )特性インピーダンス (Ω )

80

60
50
40
30

許容範囲

20
10
0.0

図6

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

アラミド基板
ガラスエポキシ基板

130
120
110
100
90
80

許容範囲

70
60
50
0.0

3.0

時間 (ns)
電子基板の 特性インピー ダンス評価結 果

図7- 23 -

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

時間 (ns)
電子基板の 差動インピー ダンス評価結 果

３．２

めっき加工性

はがれ，アラミド繊維の突き出し，アラミド基板の隙

穴 あ け し た 電 子 基 板 に 5～ 6μ mの 無 電 解 銅 め っ き を
行 っ た 後 ， さ ら に 20～ 30μ mの 電 気 銅 め っ き を 行 い ，間へのめっき侵入等の欠陥もなく良好にめっき処理されて いることが確 認 された。

断 面 観 察 し た 結 果 を 図 9に 示 す 。 加 工 穴 内 面 に も 均 一

近年，信号の高速化や高密度実装に伴い，スルーホに銅めっきされて導通性が確保され，また，クラック，ールの微小化が進んでおり，本研究で開発したφ
0.2mmの ス ル ー ホ ー ル を 形 成 で き る ア ラ ミ ド 基 板 は ，次世代産業を担う電子基板としての活用が期待できる。

４．結言

ガラス繊維織物の代替として，薄いテープ状にした(a) φ0.2mm(アラミド基板)(b) φ0.2mm(ガラスエポキシ基板)

アラミド繊維織物を用いた熱プレス法で電子基板の開発を行った。開発したアラミド基板について得られた
結果 は，次の通り である。
(1) 熱 プ レ ス に よ る 基 板 の 積 層 前 後 に お け る 寸 法 変 化率が小さく，熱的安定性が優れている。また，ア
ラミド繊維の比重が低く，同一サイズの基板では(c) φ0.3mm(アラミド基板)(d) φ0.3mm(ガラスエポキシ基板)

ガラ スエポキシ基 板よりも 軽量 化できる。
(2) 比 誘 電 率 が 約 20%小 さ く ， 信 号 の 伝 送 速 度 が 約 5%向上する。また，基板の特性インピーダンスをほぼ設計値通りに試作することができ，高速信号の伝 送 に 適 用 可 能 で あ る 。 さ ら に ， JISが 要 求 す る(d) φ0.5mm(アラミド基板)図8

基板 の絶縁性を確 保できる。

(f) φ0.5mm(ガラスエポキシ基板)(3) φ 0.2mmの ス ル ー ホ ー ル の ド リ ル 加 工 に お い て も ，バリや毛羽立ち等の欠陥がほとんど発生しない。

穴あけ加工 後の加工面観 察結果

また，銅めっきの付着性に優れ，高速信号に用いられ る小径のスル ーホールが形 成でき る。

謝

辞本研究を遂行するに当たり，アラミド基板の加工性(a) φ0.2mm(アラミド基板)に つ い て ご 協 力 い た だ い た 皆 見 電 子 工 業 (株 )， 関 西 電(b) φ0.2mm(ガラスエポキシ基板)

子 工 業 (株 )の 関 係 各 位 に 感 謝 し ま す 。 な お ， 本 研 究 は平 成 23～ 25年 度 に か け て 経 済 産 業 省 の 戦 略 的 基 盤 技 術
高度化支援事業によって実施した研究内容の一部である。 関係各位に感 謝します。

(c) φ0.3mm(アラミド基板)参考文献(d) φ0.3mm(ガラスエポキシ基板)

1) JIS C 6483 - 1997. プリント配線板用銅張積層板.
2) 橘泰至, 吉村慶之, 猪谷隆. “プリント基板配線のSパラメータ測定による信号品質の向上”. 平成22年度電気関係学会北陸支部連合大会講演論文集, 福井, 2010 - 9 - 11/12, 電気関係学会北陸支部連合大会実行委員会. 2010, p.C-17.

(d) φ0.5mm(アラミド基板)
図9(f) φ0.5mm(ガラスエポキシ基板)

3) (社)日本電子回路工業会. “電子回路学習テキスト製造＆営
業ハンドブック”, 2012, p.194 - 196.

穴あけ加工 後の加工断面 観察結果

- 24 -