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  • 特許-回路基板及びその製造方法 図1
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-08-29
(45)【発行日】2022-09-06
(54)【発明の名称】回路基板及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
   H05K 1/03 20060101AFI20220830BHJP
   H01L 23/14 20060101ALI20220830BHJP
   B32B 27/30 20060101ALI20220830BHJP
【FI】
H05K1/03 630E
H05K1/03 610H
H01L23/14 R
B32B27/30 D
【請求項の数】 10
(21)【出願番号】P 2019540806
(86)(22)【出願日】2018-07-19
(86)【国際出願番号】 JP2018027095
(87)【国際公開番号】W WO2019049519
(87)【国際公開日】2019-03-14
【審査請求日】2021-03-16
(31)【優先権主張番号】P 2017171348
(32)【優先日】2017-09-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000229737
【氏名又は名称】日本ピラー工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100124039
【弁理士】
【氏名又は名称】立花 顕治
(72)【発明者】
【氏名】奥長 剛
(72)【発明者】
【氏名】小林 美幸
(72)【発明者】
【氏名】玉木 達也
(72)【発明者】
【氏名】山崎 健平
(72)【発明者】
【氏名】林 友希
【審査官】齊藤 健一
(56)【参考文献】
【文献】特開2008-307825(JP,A)
【文献】米国特許第5652055(US,A)
【文献】特開平5-69442(JP,A)
【文献】特開平4-168127(JP,A)
【文献】特開平6-344501(JP,A)
【文献】特開平7-323501(JP,A)
【文献】国際公開第01/03478(WO,A1)
【文献】特開2007-55054(JP,A)
【文献】特開2007-118528(JP,A)
【文献】特開2015-111625(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01L23/12―23/14
B32B1/00―43/00
H05K1/00―3/46
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
繊維基材、及び当該繊維機材に含浸される溶融性のフッ素系樹脂を含み、非溶融性のフッ素系樹脂を含まない第1層と、
前記第1層の両面にそれぞれ配置され、非溶融性のフッ素系樹脂を含む、第2層と、
を備えている、回路基板。
【請求項2】
前記各第2層のフッ素系樹脂には、無機微粒子が含有されている、請求項1に記載の回路基板。
【請求項3】
前記各第2層をそれぞれ覆い、非溶融性のフッ素系樹脂を含む第3層をさらに備えている、請求項2に記載の回路基板。
【請求項4】
前記溶融性のフッ素系樹脂は、四ふっ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂(PFA)、四ふっ化エチレン・六ふっ化プロピレン共重合体(FEP)、四ふっ化エチレン・エチレン共重合体(ETFE)、ビニリデンフルオライド樹脂(PVDF)、クロロトリフルオロエチレン樹脂(CTFE)、又はこれらの組み合わせである、請求項1から3のいずれかに記載の回路基板。
【請求項5】
前記非溶融性のフッ素系樹脂は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)である、請求項1から4のいずれかに記載の回路基板。
【請求項6】
前記各第2層のフッ素系樹脂には、無機微粒子が含有され、
前記各第2層のフッ素系樹脂と前記無機微粒子との混合比は、体積比で、5:5~3:7である、請求項1から5のいずれかに記載の回路基板。
【請求項7】
繊維基材に溶融性のフッ素系樹脂分散液を含浸させ、当該溶融性のフッ素系樹脂の融点よりも低い温度で加熱することで、非溶融性のフッ素系樹脂を含まない第1層を成形するステップと、
前記第1層の両面に、非溶融性のフッ素系樹脂を含む第2層を、それぞれ形成するステップと、
を備えている、回路基板の製造方法。
【請求項8】
前記各第2層のフッ素系樹脂には、無機微粒子が含有されている、請求項7に記載の回路基板の製造方法。
【請求項9】
前記各第2層のフッ素系樹脂と前記無機微粒子との混合比は、体積比で、5:5~3:7である、請求項8に記載の回路基板の製造方法。
【請求項10】
前記各第2層をそれぞれ覆い、非溶融性のフッ素系樹脂を含む第3層を形成するステップ、をさらに備えている、請求項8または9に記載の回路基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、回路基板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、回路基板には、低誘電率の樹脂としてフッ素系樹脂が用いられている。そして、フッ素系樹脂により形成された回路基板は、特に、高周波用の回路基板として用いられる。例えば、特許文献1には、ガラス繊維等の繊維基材にポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を含浸させた回路基板が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開2001-148550号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、上記のような回路基板では、繊維基材に対してフッ素系樹脂が十分に含浸せず繊維基材内に空隙が形成されるという問題がある。そして、このような空隙が存在すると、回路基板内に水分を吸収することがある。その結果、回路基板の誘電率などの電気特性が変化したり、あるいは回路基板上の導電層である金属が空隙に沿って析出し、回路のショートが生じるなどの問題が生じるおそれがある。本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、水分の吸収を防止することが可能な回路基板、及びその製造方法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】
【0005】
本発明に係る回路基板は、繊維基材、及び当該繊維機材に含浸される溶融性のフッ素系樹脂を含む第1層と、前記第1層の両面にそれぞれ配置され、非溶融性のフッ素系樹脂を含む、第2層と、を備えている。
【0006】
上記回路基板において、前記各第2層のフッ素系樹脂には、無機微粒子を含有することができる。
【0007】
上記回路基板においては、前記各第2層をそれぞれ覆い、非溶融性のフッ素系樹脂を含む第3層をさらに備えることができる。
【0008】
上記各回路基板において、前記溶融性のフッ素系樹脂は、四ふっ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂(PFA)、四ふっ化エチレン・六ふっ化プロピレン共重合体(FEP)、四ふっ化エチレン・エチレン共重合体(ETFE)、ビニリデンフルオライド樹脂(PVDF)、クロロトリフルオロエチレン樹脂(CTFE)、又はこれらの組み合わせとすることができる。
【0009】
上記各回路基板において、前記溶融性のフッ素系樹脂は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)とすることができる。
【0010】
上記各回路基板において、前記各第2層のフッ素系樹脂には、無機微粒子を含有することができ、前記各第2層のフッ素系樹脂と前記無機微粒子との混合比は、体積比で、5:5~3:7であることが好ましい。
【0011】
本発明に係る回路基板の製造方法は、繊維基材に溶融性のフッ素系樹脂を含浸させ、当該溶融性のフッ素系樹脂の融点よりも低い温度で加熱することで、第1層を成形するステップと、前記第1層の両面に、溶融性のフッ素系樹脂を含む第2層を、それぞれ形成するステップと、を備えている。
【0012】
上記回路基板の製造方法において、前記各第2層のフッ素系樹脂には、無機微粒子を含有することができる。
【0013】
上記回路基板の製造方法において、前記各第2層のフッ素系樹脂と前記無機微粒子との混合比は、体積比で、5:5~3:7であることが好ましい。
【0014】
上記回路基板の製造方法においては、前記各第2層をそれぞれ覆い、非溶融性のフッ素系樹脂を含む第3層を形成するステップをさらに備えることができる。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、水分の吸収を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
図1】本発明の一実施形態に係る回路基板の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の回路基板の一実施形態について、図面を参照しつつ、説明する。図1は、本実施形態に係る回路基板の概略構成を示す断面図である。
【0018】
<1.回路基板の概要>
図1に示すように、この回路基板は、シート状の第1層1と、この第1層1の両面に配置された一対の第2層2と、各第2層2の表面に配置される一対の第3層3と、を備えている。そして、第3層3の表面に、回路を形成するための導電層4が形成される。以下、各層の構成について、詳細に説明する。
【0019】
<2.第1層>
第1層1は、繊維基材11に溶融性のフッ素系樹脂(以下、単に、溶融性樹脂ということがある)12が含浸されることで形成されている。繊維基材11は、特には限定されないが、例えば、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維(芳香族ポリアミド)、ポリ-p-フェニレンベンゾビスオキサゾール(PBO)繊維、ポリビニルアルコール(PVA)繊維、ポリエチレン(PE)繊維、ポリイミド繊維のようなプラスチック繊維、バサルト繊維のような無機繊維を挙げることができる。あるいは、ステンレス繊維のような金属繊維等を挙げることができる。また、上述した繊維基材11のうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
【0020】
繊維基材11の坪量は、特には限定されないが、例えば、繊維基材11の坪量が小さくなると、第1層1の形成時に加熱し、その後常温にしたとき、第2層2の非溶融性のフッ素系樹脂の収縮により、繊維基材11が変形するおそれがある。一方、繊維基材11の坪量が大きいと、繊維基材11の誘電率と溶融性のフッ素系樹脂12の誘電率との差異により、回路基板の誘電率の分布が不均一になるおそれがある。この観点から、繊維基材11の坪量は、20~60g/m2とすることが好ましく、30~48g/m2とすることがさらに好ましい。
【0021】
溶融性のフッ素系樹脂12は、例えば、四ふっ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂(PFA)、四ふっ化エチレン・六ふっ化プロピレン共重合樹脂(FEP)、四ふっ化エチレン・エチレン共重合樹脂(ETFE)、ビニリデンフルオライド樹脂(PVDF)、クロロトリフルオロエチレン樹脂(CTFE)、又はこれらの組み合わせとすることができる。
【0022】
ここで、溶融性のフッ素系樹脂とは、繊維基材11の繊維間に含浸しやすいように流れ性の高いフッ素系樹脂を意味する。具体的には、上述した組成物のほか、例えば、ASTM D 1238に準拠し、372℃、5kg荷重の条件で測定されたメルトフローレート(MFR)が1~30g/10minの樹脂とすることができる。メルトフローレートが1g/10min以上であれば、成形時に、繊維基材11の繊維間に含浸しやすく、隙間が形成されがたい。一方、メルトフローレートが、1g/10min未満であると、成型時に、繊維基材11の繊維間に含浸せず、隙間が形成されやすい。また、第1層1の厚みは、10~30μmであることが好ましい。
【0023】
<3.第2層>
次に、第2層2について説明する。第2層2は、無機フィラーを含有する非溶融性のフッ素系樹脂(以下、単に、非溶融性樹脂ということがある)で形成されている。非溶融性のフッ素系樹脂は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、PTFE変性体、又はこれらの組み合わせとすることができる。前記変性体とは、PTFE分子鎖の末端に水酸基、アミノ基、カルボキシル基を有するPTFEである。あるいは、前記変性体とは、少なくとも50重量%を超えるPTFEを主成分とし、前記溶融性フッ素樹脂や、或いは液晶ポリマー(LCP)などを副成分とする混合された樹脂とすることもできる。
【0024】
ここで、非溶融性のフッ素系樹脂とは、流れ性の低いフッ素系樹脂を意味する。具体的には、上述した条件でメルトフローレートの測定ができないようなフッ素系樹脂とすることができる。
【0025】
無機フィラー(無機微粒子)は、非溶融性のフッ素系樹脂による第2層2の膨張を抑えるために含有されているが、具体的な組成は特には限定されない。例えば、シリカ、アルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化チタン、炭化ケイ素、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、チタンホワイト、タルク、クレー、マイカ、ガラス繊維等を挙げることができる。また、無機フィラーとしては、上記の中から、2種以上を混合したものであってもよい。
【0026】
無機フィラー全体の平均粒径(D50)は、0.5~20μmであることが好ましい。また、上記非溶融性のフッ素系樹脂と、無機フィラーとの混合比は、体積比で、例えば、6:4~3:7とすることが好ましく、5:5~3:7とすることがさらに好ましく、4.5:5.5~3.5:6.5とすることが特に好ましい。すなわち、無機フィラーの割合は、後述するように、製造方法によっては、非溶融性のフッ素系樹脂よりも少なくすることもできるし、大きくすることもできる。また、第2層2の厚みは、60~100μmであることが好ましい。
【0027】
<4.第3層>
続いて、第3層3について説明する。第3層3は、第2層2と同じく、非溶融性のフッ素系樹脂で形成されているが、無機フィラーは含有されていない。第3層3の非溶融性樹脂は、第2層2と異なっていてもよいが、同じ非溶融性樹脂で形成されていることが好ましい。第3層3は、第2層2を覆う役割を果たす。すなわち、無機フィラーが露出すると、導電層4が接着しがたく、剥がれやすくなるおそれがある。また、無機フィラーには、シリカのように親水性が高いものがあるため、このような無機フィラーが露出していると、水分を吸収するおそれがある。したがって、このような不具合を防止するため、第3層3が設けられる。また、第3層3の厚みは、20~50μmであることが好ましい。
【0028】
<5.導電層>
導電層4は、金属箔により形成されているが、例えば、銅箔等によって形成することができる。導電層4を銅箔で形成する場合には、例えば、表面粗さ(JIS-B-0601に規定された中心線平均粗さ)Raが0.2μm以下である未粗化処理が施された銅箔、又は、表面粗さ(JIS-B-0601に規定された十点平均粗さ)Rzの最大値が5μm以下である低粗度の粗化処理が施された銅箔(JIS-C-6515の種類がVのもの)を用いることができる。例えば、両面が粗化処理又黒化処理されていない平滑面をなす銅箔(圧延銅箔)が使用される。そして、このような導電層4に対して、エッチングなどの処理により、所定の導電パターンが形成される。
【0029】
<6.回路基板の製造方法>
次に、上記のように構成された回路基板の製造方法の一例について説明する。まず、第1層1を形成するため、繊維基材11に、溶融性樹脂の分散液(ディスパージョン)を含浸させる。これを、一対のロールの間に通し、溶融性樹脂を繊維基材11に含浸させるとともに、厚みを調整する。次に、これを、溶融性樹脂の融点よりも低い100℃付近で乾燥し、その後、溶融性樹脂の融点よりも低く分散液の分散剤(界面活性剤)が加熱分解される温度で加熱する。加熱分解温度は、例えば、溶融性樹脂の分散液として、PFAディスパージョンを用いたときには、PFAの融点である300~310℃よりも低い300℃未満とすることができる。このようにすると、第1層1の表面が硬くなりすぎず、次に説明する第2層2を積層しやすくなる。こうして、プリプレグである第1層1が形成される。なお、以上の含浸、乾燥、及び加熱の工程を、第1層1が所望の厚みになるまで繰り返すことができる。
【0030】
続いて、第2層2を形成する。すなわち、第1層1を、非溶融性樹脂及び無機フィラーの分散液(ディスパージョン)に浸し、第1層1の両面に、第2層2の材料を付着させる。但し、体積比で、非溶融性樹脂は無機フィラーより多く混合することが好ましい。これを、一対のロールの間に通し、第2層2の厚みを調整する。次に、これを、非溶融性樹脂の融点よりも低い100℃で乾燥し、その後、非溶融性樹脂の融点よりも高い310℃を超える温度で加熱する。以上の含浸、乾燥、及び加熱の工程を、第2層2が所望の厚みになるまで繰り返すことができる。こうして、第1層1の両面に、第2層2が形成された第1中間体が形成される。
【0031】
これに続いて、第1中間体の両面に、第3層3を形成する。すなわち、第1中間体を、非溶融性樹脂であるPFAの分散液(ディスパージョン)に浸し、第1中間体の両面、つまり第2層2の両面に、第3層3の材料を付着させる。これを、一対のロールの間に通し、第3層3の厚みを調整する。次に、これを、非溶融性樹脂の融点よりも低い100℃付近で乾燥し、その後、非溶融性樹脂の融点よりも高い310℃を超える温度で加熱する。以上の含浸、乾燥、及び加熱の工程を、第3層3が所望の厚みになるまで繰り返すことができる。こうして、第2中間体が形成される。
【0032】
最後に、第2中間体の両面に、導電層4を形成する。例えば、銅箔などの導電層4を第2中間体の両面に積層した後、380℃で熱圧着する(プレス成形)。これにより、第2中間層の両面に導電層4が接着される。こうして、回路基板が形成される。
【0033】
<7.特徴>
以上の回路基板によれば、第1層1を構成する樹脂として溶融性のフッ素系樹脂を用いている。この溶融性のフッ素系樹脂は流れ性が高いため、繊維基材11の間に十分に含浸させることができる。そのため、第1層1に空隙が形成されるのを防止することができ、回路基板内に水分が吸収するのを防止することができる。その結果、水分によって回路基板の電気特性が変化するのを防止することができる。
【0034】
<8.変形例>
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、以下の変更が可能である。また、以下の変形例は、適宜組み合わせることができる。
【0035】
<8-1>
上記実施形態では、導電層4を形成したものを回路基板としたが、本発明に係る回路基板は、上記第2中間体とすることもできる。すなわち、導電層4を第2中間体に対して事後的に設けることができる。
【0036】
<8-2>
上記実施形態では、第1層1を形成する際、PFAディスパージョンを、PFAの融点である300~310℃よりも低い300℃未満としていたが、これは、上記のように、第2層2の構成が、体積比において、非溶融性樹脂よりも無機フィラーが小さいからである。このように、無機フィラーの割合が小さいと、第2層2に食い込むアンカー効果が小さいため、第1層1のPFAの温度を低くし、表面が硬くなりすぎないようにすることで、第2層2を積層しやすくしている。
【0037】
これに対して、第2層2の無機フィラーの割合を非溶融性樹脂よりも多くすることもできる。この場合、第1層1の溶融性樹脂(PFA等)の加熱温度を融点より高くして表面が硬くなっても、第2層2の無機フィラーが第1層1に食い込むアンカー効果が期待できる。したがって、第1層1の溶融性樹脂の加熱温度が高くなっても、第2層2を強固に第1層1に積層することができる。また、溶融性樹脂12の加熱温度を高くすると、第1層1の繊維基材11に対して溶融性樹脂12が十分に含浸し、繊維基材11内に空隙が形成されるのをさらに防止することができる。
【0038】
<8-3>
第2層2には、無機フィラーを必ずしも含ませなくてもよく、非溶融性のフッ素系樹脂のみで第2層2を構成することもできる。この場合、第3層3は不要になり、第2層2の外面に,必要に応じて導電層4を形成することができる。
【0039】
<8-4>
第2層2は、無機フィラーを含まない非溶融性のフッ素系樹脂層と、その両側に無機フィラーを含む非溶融性のフッ素系樹脂層とで構成することもできる。この場合、前記中間体の両側に第3層3を形成することが出来る。
【実施例
【0040】
以下、本発明の実施例について説明する。但し、本発明は以下の実施例に限定されない。
【0041】
実施例1,2及び比較例に係る回路基板を次のように形成した。
【0042】
(1) 実施例1
繊維基材として30g/m2のガラス繊維を準備した。次に、この繊維基材に、PFAの分散液を含浸させた。続いて、これを一対のローラ間に通して厚みを調整し、約100℃で乾燥した。そして、これをPFAの融点よりも低い300℃未満で加熱すると、第1層が形成された。
【0043】
次に、第1層を、PTFEと無機フィラーとしてのシリカとを混合した分散液に浸し、この混合液を第1層の両面に付着させた。シリカの平均粒径は、5μmであった。また、PTFEとシリカとの体積比は6:4とした。そして、これを一対のローラ間に通して厚みを調整し、約100℃で乾燥した。続いて、これをPTFEの融点よりも高い約360℃で加熱すると、第2層が積層された第1中間体が形成された。
【0044】
続いて、第1中間体を、PTFEの分散液に浸し、PTFEを第1層の両面に付着させた。そして、これを一対のローラ間に通して厚みを調整し、約100℃で乾燥した。続いて、これをPTFEの融点よりも高い約360℃で加熱すると、第3層が積層された第2中間体が形成された。ここでは、この第2中間体を実施例1とした。
【0045】
(2) 実施例2
繊維基材として、30g/m2のガラス繊維を準備した。次に、この繊維基材に、PFAの分散液を含浸させた。続いて、これを一対のローラ間に通して厚みを調整し、約100℃で乾燥した。そして、これをPFAの融点よりも高い340℃で加熱すると、第1層が形成された。
【0046】
次に、第1層を、PTFEと無機フィラーとしてのシリカとを混合した分散液に浸し、この混合液を第1層の両面に付着させた。シリカの平均粒径は、5μmであった。また、PTFEとシリカとの体積比は4:6とした。そして、これを一対のローラ間に通して厚みを調整し、約100℃で乾燥した。続いて、これをPTFEの融点よりも高い約340℃で加熱すると、第2層が積層された第1中間体が形成された。
【0047】
続いて、実施例1と同様に第3層を積層し、第2中間体を形成した。ここでは、この第2中間体を実施例2とした。
【0048】
(3) 比較例
繊維基材として30g/m2のガラス繊維を準備した。次に、この繊維基材に、PTFEの分散液を含浸させた。次に、これを一対のローラ間に通して厚みを調整し、約100℃で乾燥した。続いて、これをPTFEの融点よりも高い約360℃で加熱すると、第1層が形成された。
【0049】
次に、この第1層に対し、実施例1と同様に、第2層及び第3層を積層させ、第2中間体を形成した。ここでは、この第2中間体を比較例とした。
【0050】
(4) 評価
上述した実施例1,2及び比較例をそれぞれ5個ずつ作成し、これらに対し、JIS C 6481 5.14 プリント配線用銅張積層板試験方法 吸水率に準拠した吸水試験を行った。算出された吸水率の平均は、以下の通りである。
・実施例1 0.09%
・実施例2 0.07%
・比較例 0.18%
【0051】
以上の結果より、実施例1,2では比較例の約50%の吸水率が実現されている。したがって、第1層に溶融性樹脂であるPFAを用いると、繊維基材にPFAが十分に含浸し、隙間が形成されるのが防止されると考えられる。そして、これによって、吸水率が低下していると考えられる。特に、実施例2では、第1層の形成時の加熱温度をPFAの融点よりも高い340℃にしたため、PFAが繊維基材にさらに含浸し、空隙の形成がさらに防止されたと考えられる。その結果、実施例2は、実施例1よりも低い吸水率を実現している。
【符号の説明】
【0052】
1 第1層
11 繊維基材
12 溶融性のフッ素系樹脂
2 第2層
3 第3層
図1