JPH08231274A - 樹脂−セラミックス複合材及びこれを用いた電子回路基板 - Google Patents

樹脂−セラミックス複合材及びこれを用いた電子回路基板

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JPH08231274A
JPH08231274A JP7037319A JP3731995A JPH08231274A JP H08231274 A JPH08231274 A JP H08231274A JP 7037319 A JP7037319 A JP 7037319A JP 3731995 A JP3731995 A JP 3731995A JP H08231274 A JPH08231274 A JP H08231274A
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JP
Japan
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resin
composite material
dielectric
circuit board
tan
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Application number
JP7037319A
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English (en)
Inventor
Masatake Hara
真毅 原
Kazunori Soroe
和紀 揃
Yasuhiro Goto
泰宏 後藤
Hisamitsu Sakai
久満 酒井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Publication date
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Publication of JPH08231274A publication Critical patent/JPH08231274A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P72/00Handling or holding of wafers, substrates or devices during manufacture or treatment thereof
    • H10P72/70Handling or holding of wafers, substrates or devices during manufacture or treatment thereof for supporting or gripping
    • H10P72/72Handling or holding of wafers, substrates or devices during manufacture or treatment thereof for supporting or gripping using electrostatic chucks
    • H10P72/722Details of electrostatic chucks

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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】希土類元素(Ln)−Al−Ca−Ti系の誘
電体セラミックスと有機高分子樹脂を混合してなる樹脂
−セラミックス複合材を用いて電子回路基板を構成す
る。 【効果】ギガヘルツ帯の高周波領域において高誘電率、
低tanδ(高Q)特性を有し、かつ優れた成形性、寸
法精度を有する基板を得ることができ、その結果、電子
機器、情報通信機器の小型化等への貢献は極めて大であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、特に高周波領域での使
用に好適な樹脂−セラミックス複合材及びこれを用いた
電子部品用配線板に関する。
【0002】
【従来の技術】情報通信の手法として無線通信がある
が、INS(高度情報化社会)への移行とともに無線通
信は使用周波数帯がますます高周波帯域に移行してい
る。特に発展が期待されている衛星放送、衛星通信、
又、携帯電話、自動車電話等の移動体通信にはギガヘル
ツ(GHz)帯の高周波が使用されている。
【0003】そのため、これらの送受信機に使用される
回路基板の材料はGHz帯に於いて高周波伝送特性が優
れた(誘電損失が小さい)ものでなければならない。
【0004】ここで、誘電損失は周波数と基板の誘電率
εr と誘電正接(以下tanδと記載する)の積に比例
することから、誘電損失を小さくするためには基板のt
anδを小さくしなければならない。又、基板中では電
磁波の波長が1/√εr に短縮されるため、誘電率εr
が大きい程基板の小型化が可能である。
【0005】以上のことから高周波領域で使用される小
型の電子機器、情報機器に用いる回路基板としては、誘
電率εr が高く、かつtanδが小さい材料特性が要求
されている。
【0006】このような回路基板の材料としては、無機
材料として誘電体セラミックス、有機材料としてフッ素
樹脂等が用いられている。さらに、有機材料と無機材料
の複合材として熱硬化性樹脂とチタン酸バリウム等の誘
電体セラミックスを混合してなる複合基板も用いられて
いる(例えば特開平1−245053号、特開平4−3
07788号公報等参照)。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記誘電体
セラミックスからなる基板は、誘電率、tanδの特性
は優れているが寸法精度、加工性に難点があり、脆いた
め欠けや割れが生じやすいという問題点があった。
【0008】他方、樹脂等の有機材料のみからなる基板
は、成形性及び加工性に優れtanδも小さいという利
点はあるが、誘電率が小さいという問題があつた。
【0009】このため、近年、両者の利点を有する基板
を得るため、チタン酸バリウム等の誘電体セラミックス
粉末を有機高分子樹脂とを混合した複合材からなる回路
基板が提案されている。しかしながら従来の複合基板
は、誘電体セラミックスに比べ寸法精度、加工精度が改
善され、また有機基板に比べ誘電率が改善されているも
のの、ギガヘルツ帯の高周波領域に於いて、誘電率は3
程度と低く、tanδは50×10-4程度と高く、いず
れも不十分な特性であった。
【0010】
【発明の目的】そこで本発明は、ギガヘルツ帯の高周波
領域に於いて、高い誘電率と14×10-4以下の小さい
tanδを有するとともに、成形性及び加工性に優れ、
小型機器への対応が容易な樹脂−セラミツク複合体を用
いた電子回路基板を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために、高誘電率、低tanδ(高Q値)の希土
類元素(Ln)−Al−Ca−Ti系の誘電体セラミッ
ク粉末と有機高分子樹脂を混合、成形して樹脂−セラミ
ックス複合材を構成した。
【0012】また、本発明は、上記樹脂−セラミックス
複合材により電子部品用配線板を形成したものである。
なお、本発明における電子回路基板とは、電子部品を搭
載するための回路基板や多層基板、あるいは半導体素子
を収納するための半導体パッケージ用基板等を意味す
る。
【0013】ここで、希土類元素(Ln)−Al−Ca
−Ti系の誘電体セラミックとは、好ましくは組成範囲
が上記誘電体セラミックの成分をモル比で、aLn2
x・bAl2 O 3 ・cCaO・dTiO2 (尚、Lnとは
Nd、Y、La、Ce、Pr、Sm、Eu、Gd、D
y、Er、Ybのうち少なくとも一種)と表した時、 0.056≦a≦0.214 0.056≦b≦0.214 0.286≦c≦0.500 0.230≦d≦0.470 a+b+c+d=1 3≦x≦4 で示される主成分に対し、Mnを0.003〜6重量%
の範囲で含有させたことを特徴とする誘電体磁器組成物
である。
【0014】そして、Mnを添加することによってta
nδ(Q値)を大幅に改善するとともに誘電率をも更に
向上させ、しかも誘電率の温度依存性が小さく且つ安定
するという効果を得ることができる。
【0015】この誘電体セラミックは、焼成温度120
0〜1600℃程度での完全焼成を行うことが好まし
く、焼成後粉砕して粉末を作成する。この時の平均粒径
は、3〜125μmが好ましい。これは、平均粒径が1
25μmより大きいと基板の表面が粗くなり回路形成が
難しくなるためであり、逆に平均粒径が3μmより小さ
いと樹脂との混練性が低下するためである。そして、得
られた誘電体セラミック粉末を有機高分子樹脂と混合す
れば良い。
【0016】一方、有機高分子樹脂としては、エポキシ
樹脂、フェノ−ル樹脂、シリコン樹脂、ポリイミド樹
脂、不飽和ポリエステル、ビスマレイド系ポリイミド樹
脂(BT)、シアネ−ト樹脂、熱硬化型ポリフェニレン
エ−テル(PPE)、ポリフェニレンオキサイド(PP
O)等の熱硬化性樹脂とフッ素系樹脂、ポリオレフイン
系ポリマ−、アクリル樹脂、ポリアセタ−ル樹脂等の熱
可塑性樹脂があり、ポリエチレンフタレ−ト(PB
T)、ポリプロピレン(PP)、ポリカ−ボネ−ト(P
C)、ポリエチレン(PE)、ボリスチレン、ポリペプ
チド、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリフッ化
ビニル、ポリアクリレ−ト(PMMA)、ポリアミド
(PA)、ポリブチレンテレフタレ−ト(PBT)、ポ
リスルフォン(PSF)、ポリフェニレンサルフアド
(PPS)、ポリエチレンテレフタレ−ト(PET)等
を用いる。
【0017】また、誘電体セラミック粉末と有機高分子
樹脂の混合重量比は、セラミック粉末10〜95重量%
と有機高分子樹脂が90〜5重量%が好ましい。これ
は、誘電体セラミック粉末の混合比が10重量%未満で
あると基板としての寸法安定性に欠け、誘電体セラミッ
クの特徴が発揮できずに誘電率が低くなるためである。
逆に誘電体セラミック粉末の混合比が95重量%よりも
多いと、有機高分子樹脂の特徴が発揮できずに成形加工
性が低下し、tanδが低くならないためである。さら
に、以上の理由により好ましくはセラミック粉末50〜
85重量%と有機高分子樹脂50〜15重量%の混合重
量比が良い。
【0018】本発明の樹脂−セラミックス複合材の製造
方法は、まず混練機、又は加熱2本ロ−ル等を用いて有
機高分子樹脂を溶融、軟化させ、これに誘電体セラミッ
ク粉末を小量ずつ加えながら加熱混練する。この後、例
えば押出法、加熱プレス法、射出成形法、シートロール
法等により板状に成形すれば回路基板とすることができ
る。
【0019】この基板に回路を形成する方法としては、
回路となる金属層を基板に付着させる無電解メッキ、又
は無電解メッキと電解メッキの組み合わせを用いる。ま
た、表面平滑性の良い金属箔を用いる場合は、高誘電
率、低損失(tanδが低い)の接着剤で接着する方法
が有効である。接着剤としてはフエノ−ル樹脂、エポキ
シ樹脂等の熱硬化性接着剤やビニル樹脂、アクリル樹脂
等の熱可塑性接着剤がある。さらに、熱可塑性樹脂の場
合、金属回路パタ−ンを基板に加熱圧着、転写する方法
も可能である。
【0020】
【作用】本発明によれば、ギガヘルツ(GHz)帯にお
いて、高誘電率、14×10-4以下の低tanδを有
し、かつ優れた成形性、寸法精度を呈する樹脂−セラミ
ック複合体を提供することができる。
【0021】
【実施例】実施例1 有機高分子樹脂として、ポリオレフイン系ポリマーであ
るポリプロピレン(εr =2.8、tanδ=1×10
-4)をラボプラストミルにて200℃で加熱溶融させ
る。その後、誘電体セラミツク粉末として、Nd2 3
−Al−Ca−Tiの組成で、前記組成範囲を満足する
ものにMnを0.1%含有させた誘電体セラミック粉末
(εr =110、tanδ=4×10-4、平均粒径12
5μm)を小量ずつ添加しながら混練してポリオレフイ
ン系ポリマーと誘電体セラミツク粉末の混合物を作成し
た。更に混合物を200℃で熱間プレス成形し、厚さ2
mmで36mm×59mmの基板を作成した。
【0022】なお、混合比率は全体重量に対してポリオ
レフイン系ポリマーがそれぞれ15、30、50、7
0、90重量%とした。
【0023】それぞれの基板について、空洞共振器法に
より誘電率εr 、tanδ、損失Qを測定した。結果は
表1に示す通りである。
【0024】この結果より、樹脂混合比率を15、3
0、50重量%としたものは、ギガヘルツ帯に於いて4
以上の高誘電率、14×10-4以下の低tanδを有し
ており、従来の複合基板に比べて優れた特性を有してい
る。
【0025】一方、樹脂混合比率を70、90重量%と
したものは、樹脂量が少ないためtanδがさ程低くな
らなかった。
【0026】
【表1】
【0027】実施例2 表2〜4の組成を用い、それぞれ樹脂混合比を15、5
0、90%として実施例1と同様に試料を作製し、それ
ぞれについて同様の測定を行った。なお、表中*のもの
は前記組成範囲外の数値であることを示す。結果を表2
〜4に示す。
【0028】
【表2】
【0029】
【表3】
【0030】
【表4】
【0031】これら表から明らかなように、この実施例
では、誘電率が2.3〜3.8、3.0〜3.9、2,
2〜3.0と低く、他方tanδは15×10-4〜25
×10-4、15×10-4〜22×10-4、19×10-4
〜31×10-4と高かった。
【0032】実施例3 実施例1におけるNd2 3 のNdを他の希土類に代え
て同様の実験を行った。尚、前記組成におけるa,b,
c,dの値はa,bが0.081、c,dが0.419
である。それらの結果を表5〜表7に示す。。
【0033】
【表5】
【0034】
【表6】
【0035】
【表7】
【0036】表5より明らかなように、Nd2 3 以外
の希土類酸化物を用いても、ギガヘルヅ帯において、ε
≧4,tanδ≦14×10-4の特性値を示した。
【0037】また、表6より明らかなように、表5と同
一組成でかつ樹脂混合比を15%としたものは、誘電率
が10.12〜11.18で4より高く、またtanδ
は7.03×10-4〜12.88×10-4で14×10
-4より低い値を示した。
【0038】さらに、表7より明らかなように、表5と
同一組成でかつ上記混合比が90%としたものは、誘電
率が4より低く、tanδは9.0×10-4〜16.5
×10-4の範囲にあった。
【0039】実施例4 希土類酸化物としてNd2 3 を用いるとともに、前記
組成におけるa,b,c,dの値はa,bが0.08
1、c,dが0.419である主成分に対して、各種の
金属酸化物を添加し、実施例1と同様の測定を行った。
それらの結果を表8〜表10に示す。
【0040】
【表8】
【0041】
【表9】
【0042】
【表10】
【0043】表8より明らかなように、各種の金属酸化
物を添加したものは無添加の場合よりも特性が若干低下
するがε≧4,tanδ≦14×10-4の特性値を示し
た。
【0044】また、表9より明らかなように、表5と同
一組成でかつ樹脂混合比を15%としたものは、誘電率
が10.12〜10.88で4より高く、またtanδ
は7.32×10-4〜13.27×10-4で14×10
-4より低い値を示した。
【0045】さらに、表7より明らかなように、表5と
同一組成でかつ上記混合比が90%としたものは、誘電
率が4より低く、tanδは10.37×10-4〜1
6.88×10-4の範囲にあった。
【0046】なお、以上の実施例では電子部品用配線板
としてを回路基板の例のみを述べたが、この他に多層基
板や半導体素子収納パッケージ用基板等として用いるこ
ともできる。
【0047】また、本発明の樹脂−セラミックス複合材
は電子部品用配線板以外にもさまざまな用途に好適に利
用することができる。例えば、携帯電話等の各種電子機
器におけるケースを本発明の樹脂−セラミックス複合材
で形成することもでき、この場合ケースを回路基板と兼
用させれば、より小型化が可能となる。
【0048】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、希土類
元素(Ln)−Al−Ca−Ti系の誘電体セラミック
ス粉末と有機高分子樹脂を混合して樹脂−セラミックス
複合材を構成したことによって、この複合体を用いて電
子配線基板を形成すれば、ギガヘルツ帯の高周波領域に
おいて高誘電率、低tanδ(高Q)特性を有し、かつ
優れた成形性、寸法精度を有する配線板を得ることがで
きる。その結果、電子機器、情報通信機器の小型化等へ
の貢献は極めて大である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H05K 1/03 610 C04B 35/46 C // B29K 103:04 (72)発明者 酒井 久満 京都府京都市山科区東野北井ノ上町5番地 の22 京セラ株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】希土類元素(Ln)−Al−Ca−Ti系
    の誘電体セラミックス粉末と有機高分子樹脂を混合して
    なる樹脂−セラミックス複合材。
  2. 【請求項2】希土類元素(Ln)−Al−Ca−Ti系
    の誘電体セラミックス粉末と有機高分子樹脂を混合した
    樹脂−セラミックス複合材からなる電子回路基板。
JP7037319A 1995-02-24 1995-02-24 樹脂−セラミックス複合材及びこれを用いた電子回路基板 Pending JPH08231274A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003005444A3 (de) * 2001-06-29 2003-08-21 Siemens Ag Keramikgefüllte polymersubstrate für die anwendung in der hf-technik
KR100462451B1 (ko) * 2000-06-29 2004-12-17 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션 폴리머 및 세라믹 복합 전자 기판
EP1541537A1 (en) * 2003-12-10 2005-06-15 TDK Corporation Dielectric ceramic powder, method for producing the same, and composite dielectric material

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