JPH10208548A

JPH10208548A - 複合誘電体材料組成物

Info

Publication number: JPH10208548A
Application number: JP1487897A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Yamada; 俊昭山田; Takeshi Takahashi; 高橋　　毅; Yoshiyuki Yasukawa; 芳行安川; Hideaki Ninomiya; 秀明二宮
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1997-01-29
Filing date: 1997-01-29
Publication date: 1998-08-07

Abstract

(57)【要約】【課題】近年電子技術の多様な発展にともない、電子装
置に用いる絶縁材料にも多様な性能が要求されるように
なってきている。特にプリント配線板は極めて広範囲の
用途に使用され基板に対する要求特性も益々多岐にわた
っている。このような状況のもと誘電特性に関する要求
も数多い。そこで、高周波領域における高誘電率でかつ
低損失誘電体材料および誘電体基板を提供する。【解決手段】単量体として少なくともフマル酸ジエステ
ルを含む単量体組成物を重合して得られた高分子材料
に、高周波セラミックス材料を混合して複合誘電体材料
組成物を生成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に高周波領域で
の使用に好適な樹脂ーセラミックス複合誘電体材料組成
物およびこれを用いた電子部品用基板に関するものであ
り、特に平面アンテナ用等に用いられる一定の比誘電率
を有し、低損失の複合誘電体材料組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年電子技術の多様な発展にともない、
電子装置に用いる絶縁材料にも多様な性能が要求される
ようになってきている。特にプリント配線板は極めて広
範囲の用途に使用され基板に対する要求特性も益々多岐
にわたっている。このような状況のもと誘電特性に関す
る要求も数多い。

【０００３】これまでプリント配線板における高速伝
搬、高特性インピーダンス、配線板の薄型化、クロスト
ークの減少などを目的として低誘電率配線板の開発を行
ってきたが、一方高周波、マイクロウェ−ブ回路その他
配線板における遅延回路の形成、低インピーダンス回路
における配線板の特性インピーダンスの整合、配線パタ
ーンの細密化、基板自身にコンデンサー効果を持たせた
素子の複合回路化等の要求から高誘電率基板が必要とさ
れている。

【０００４】また、近年の情報通信システムが発達に伴
い、自動車電話、デジタル携帯電話等の携帯用移動通
信、衛星通信に使用される電波の周波数帯域はメガから
ギガ帯の高周波帯域のものが使用されている。これら通
信手段として使用される通信機器の急速な発展の中で、
筺体や電子部品の小型化・高密度実装化が図られている
ため、それらに使用されるアンテナにも同等の要求がな
され、誘電体基板にマイクロストリップラインを構成さ
せ、高周波アンテナとして用いる平面アンテナが使用さ
れている。

【０００５】平面アンテナは、誘電体基板として比較的
比誘電率（εｒ）が低いテフロン（εｒ＝２．２〜２．
７／１ＧＨｚ）やＢＴレジン（εｒ＝３．３〜３．５／
１ＧＨｚ）等の材料が用いられてきたが、小型化が困難
であり、熱による変形や温度による比誘電率（εｒ）の
変化が生じやすいため、高い信頼性が得られ難い。

【０００６】したがって、このような用途で使用される
誘電体基板は平面アンテナの小型化を図るため高誘電率
で、低損失な特性を有する必要がある。

【０００７】そこで、従来の積層板やプリント配線板用
のフェノール樹脂、エポキシ樹脂等または低誘電率樹脂
であるフッ素樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂等に高
誘電率のセラミックス粉末を添加し、ガラス布もしくは
ガラス不織布に含浸乾燥して得たプリプレグを積層成形
してなる高誘電率の基板が提案されていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の積層
板やプリント配線板用のフェノール樹脂、エポキシ樹脂
等の一般の熱硬化性樹脂に高誘電率の高周波セラミック
スを添加しただけでは誘電正接が低くはならない。

【０００９】また、低誘電率樹脂のフッ素樹脂、ポリフ
ェニレンエーテル樹脂等の樹脂に高誘電率の充填剤を添
加した場合は誘電正接は低くはなるが、高誘電率を得る
ために充填剤の添加量が増加してしまい、積層板のドリ
ル加工性、切削加工性の低下及び寸法変化が大きくなる
等の問題が生じる。そこで、本発明はこれらの欠点を改
良した高誘電率・低誘電正接の誘電体複合材料および誘
電体基板を提案するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決するためになされたものであり、以下の諸事項を特徴
とするものである。即ち、（１）単量体として少なくと
もフマル酸ジエステルを含む単量体組成物を重合して得
られた高分子材料に、高周波セラミックス材料を混合し
てなる複合誘電体材料組成物を提供する。

【００１１】（２）（１）記載の複合誘電体材料組成物
において、高周波セラミックス材料としてチタンーバリ
ウムーネオジウム系又は鉛―カルシウム系から選択され
た少なくとも１種の材料を含有し、３０ＭＨｚ以上の高
周波帯域において、比誘電率が少なくとも５．０であ
り、Ｑ値が少なくとも２００であることを特徴とする複
合誘電体材料組成物を提供する。

【００１２】（３）前記高周波セラミックス材料とし
て、チタンーバリウムーネオジウム系の材料を６０ｗｔ％乃至９０ｗｔ％含有したことを特徴とする（２）記載の複合誘電体材料
組成物を提供する。

【００１３】（４）前記高周波セラミックス材料とし
て、鉛―カルシウム系の材料を８５ｗｔ％乃至９０ｗｔ％含有したことを特徴とする請求項２記載の複合誘電体材
料組成物を提供する。

【００１４】（５）（１）乃至（４）のいずれかの複合
誘電体材料組成物を強化用繊維に含浸させたことを特徴
とする膜厚３０μｍ以上のフィルムを提供する。

【００１５】（６）強化用繊維としてガラス繊維を用い
たことを特徴とする（５）記載のフィルムを提供する。

【００１６】（７）（５）乃至（６）に記載されたフィ
ルムを積層してなる基板を提供する。

【００１７】（８）（５）乃至（６）に記載されたフィ
ルムに請求項１乃至４に記載の複合誘電体材料組成物を
均一に塗布したことを特徴とする膜厚６０μｍ以上のフ
ィルムを提供する。

【００１８】（９）単量体として少なくともフマル酸ジ
エステルを含む単量体組成物を重合して得られた高分子
材料を、テフロン繊維またはガラス繊維に含浸させて得
た膜厚３０μｍ以上のフィルムに（１）乃至（４）に記
載の複合誘電体材料組成物を均一に塗布したことを特徴
とする膜厚６０μｍ以上のフィルム。

【００１９】（１０）（８）乃至（９）に記載されたフ
ィルムを積層してなる基板。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。

【００２１】本発明は、単量体として少なくともフマル
酸ジエステルを含む単量体組成物を重合して得られた低
誘電性高分子材料であり、フマル酸ジエステルから誘導
される繰り返し単位を有するフマレート系重合体に高周
波セラミックス材料を混合させ、高誘電率・低誘電正接
の誘電体複合材料組成物を得るものである。

【００２２】ここで、単量体として少なくともフマル酸
ジエステルを含む単量体組成物を重合して得られた低誘
電性高分子材料は、先に特願平８―４２０７３号公報
（未公開）にて提案しているように、金属導体層および
ガラス繊維との密着性ないし接着性が良好でかつ薄膜形
成能を兼ね備え、しかも誘電正接が低く絶縁性に優れ、
さらには耐熱性、耐候性加工性に優れた高分子材料であ
る。高周波領域において誘電正接は周波数の増加に伴っ
て増大するため高周波領域で用いられる材料は誘電正接
が小さな値であることが必要であり、フマル酸ジエステ
ルを含む単量体組成物を重合して得られた低誘電性高分
子材料は高周波用の誘電体材料に最適であるといえる。
しかしながら、低誘電率であるため高誘電率基板を作成
する用途には不向きである。

【００２３】そこで、本発明にかかる誘電体複合材料を
生成するため、単量体として少なくともフマル酸ジエス
テルを含む単量体組成物を重合して得られた低誘電性高
分子材料としてジーシクロヘキシルフマレート／ジーイ
ソプロピルフマレート共重合体（ＣＤＩＰ）もしくはジ
ーシクロヘキシルフマレート／ジーｓｅｃ―ブチルフマ
レート共重合体（ＣＤＳＢ）（各々εｒ＝２．４〜２．
８、Ｑ＝２００〜６００／１ＧＨｚ）の少なくとも１種
を１０〜２０ｗｔ％溶液となるようトルエン等の溶媒に
溶解する。その後混合攪拌機にて誘電体セラミックス
（εｒ＝８５〜１００、Ｑ＝２５００〜６０００／１Ｇ
Ｈｚ）の粉末を添加混合する。そのとき誘電体セラミッ
クスにチタンーバリウムーネオジウム系の場合は６０ｗ
ｔ％乃至９０ｗｔ％、鉛―カルシウム系の場合は８５ｗ
ｔ％乃至９０ｗｔ％含有することが望ましい。

【００２４】さらに３本ロールにて少なくとも２回混合
・粉砕する。このように生成した誘電体複合材料に粘度
調整のためさらにトルエンを加え、混合撹拌期にて１０
から２０分撹拌する。このとき、脱気しながら撹拌する
ことが望ましい。これにより、１μｍ以上の膜形成能の
ある複合誘電体材料組成物溶液を得ることができる。

【００２５】ここで用いられる誘電体セラミックス材料
は特に限定されるものではないが比誘電率（εｒ）が１
０以上が望ましく、さらに望ましくは３０以上であり、
誘電正接（ｔａｎδ）が０．００５以下のものが良い。

【００２６】このようなものとしてはたとえば、チタン
ーバリウムーネオジウム系セラミックス、鉛―カルシウ
ム系セラミックス、二酸化チタン系セラミックス、チタ
ン酸バリウム系セラミックス、チタン酸鉛系セラミック
ス、、チタン酸ストロンチウム系セラミックス、、チタ
ン酸カルシウム系セラミックス、チタン酸ビスマス系セ
ラミックス、、チタン酸マグネシウム系セラミックス、
ジルコン酸鉛系セラミックスなどが挙げられる。さら
に、ＣａＷＯ４系セラミックス、Ｂａ（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ
３系セラミックス、Ｂａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ３系セラミ
ックス、Ｂａ（Ｃｏ，Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ３系セラミック
ス、Ｂａ（Ｃｏ，Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ３系セラミックスな
ども挙げられる。これらは、単独または２種類以上を混
合してもよい。

【００２７】なお、前記二酸化チタン系セラミックスと
は、組成的には二酸化チタンのみを含む系、または二酸
化チタンに他の少量の添加物を含む系で、主成分である
二酸化チタンの結晶構造が保持されているものである。

【００２８】他の系のセラミックスもこれと同様であ
る。二酸化チタンはＴｉＯ２で示される物質で種々の結
晶構造を有するものであるが、誘電体セラミックスとし
て使用されるのはその中のルチル構造のものである。

【００２９】誘電体セラミックスの粒子径は、約５０μ
ｍ以下のものを用いることができるが、好ましくは０．
１〜２０μｍ、さらに好ましくは０．５〜７μｍの範囲
のものである。これは、粒子径が大きいと樹脂内への均
一な分散・混合が困難となり、小さいと取り扱いが困難
となるためである。

【００３０】このように生成された複合誘電体材料組成
物溶液を型に流し込み溶剤を蒸散させることにより、均
一な厚さのフィルムを得ることができる。このようない
わゆるキャスティング法により目的用途に応じて種々の
厚さとすることができ、その厚さは、通常０．１〜１０
ｍｍ程度である。本発明においてキャスティング法でフ
ィルムを形成する場合に用いられる型としてはガラス
板、シリコーンゴム板、金属板等が挙げられる。フィル
ムは溶剤を上記のように室温（１５〜３０℃程度の温
度）で蒸散させることによっても得られるが、必要に応
じて４０〜６０℃程度の温度で乾燥してもよい。

【００３１】また、本発明では、ポリエチレンテレフタ
レート（ＰＥＴ）等の樹脂フィルム基体上に、前記誘電
体複合材料の塗膜を形成してフィルム状とすることもで
きる。この場合であっても塗膜の厚さは１μｍ以上とす
ることができ、塗布溶液の濃度等を調整することで５０
０μｍ程度の膜厚のものまで得ることができる。

【００３２】塗布法としては公知のいずれの方法であっ
てもよく、ドクターブレードコート法、スピンコート
法、ディップコート法、スクリーン印刷コート法等によ
ればよく、用途に応じた生産法を選択することができる
ので、生産性が高い。

【００３３】このような塗膜を形成したものを、フィル
ム基体ごとに積層してもよい。積層化は溶剤が残ってい
る状態積層し加熱してもよいし、フィルムを乾燥後フマ
ル酸ジエステル樹脂を接着剤として用いて貼りあわせて
もよい。

【００３４】また、金属導体フィルム等を積層すること
も同様に可能である。

【００３５】本発明の複合誘電体材料組成物は、ガラス
繊維等の強化用繊維に含浸させることによりフィルムと
することができる。このとき強化用繊維含浸用の溶液に
用いられる溶剤は、本発明にかかる誘電体複合材料組成
物において良好な溶解性を示すことが必要であるが、蒸
発速度等のコントロール等を考慮に入れ悪影響を及ぼさ
ない程度の貧溶媒を合わせて用いることができる。用い
られる溶剤の例を挙げると、メチルエチルケトン、メチ
ルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、アセトン等の
ケトン系溶剤、ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素
系溶剤、メチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、ジエチ
レングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコ
ールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノ
メチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエー
テル等の各種グリコールエーテル系溶剤、ブチルセロソ
ルブアセテート、メチルセロソルブアセテート、酢酸エ
チル等のエステル系溶剤、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミ
ド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチル−２−
ピロリドン等のアミド系溶剤、メタノール、エタノール
等のアルコール系溶剤、他にテトラヒドロフラン（ＴＨ
Ｆ）、デカリン、ジメチルスルホキシド、ブチルクロラ
イド、トリクロロトリフルオロエタン、トリフルオロト
ルエン等の溶媒に溶解することにより得ることができ
る。これらは、何種類かを併用して用いることもでき
る。

【００３６】この含浸液中の誘電体複合材料組成物の含
有量は、操作性等から６０〜８５重量％とすればよい。
この場合の粘度は常態で好ましくは５００〜３００００
ｃｐｓ程度である。

【００３７】上記においてガラス繊維のみならず、補強
用繊維として従来よりテフロン繊維やリジッド基板の製
造に用いられている任意の絶縁性繊維が使用できるが、
ガラス繊維が好ましい。特に望ましくは低誘電性（低誘
電率、低誘電損失正接）を有するガラス繊維を使用する
ことが好ましい。ガラス繊維としてはガラス織布、ガラ
ス不織布等の補強用繊維のいずれをも使用できる。

【００３８】ガラス繊維含有フィルム中の誘電体複合材
料組成物の含有量は１０〜７０重量％が適当である。こ
れにより強度が十分で、低誘電性を有し、耐熱性のある
フィルムないし基板となる。このような含有量は、フィ
ルムを積層する際、あるいは基板を積層する際に樹脂の
りとして誘電体複合材料組成物含有溶液（通常６０〜８
５重量％溶液）を塗布することによって実現されるもの
であってもよい。

【００３９】さらに、誘電体複合材料組成物の溶液をガ
ラス繊維に含浸させて得たフィルム上に、前記誘電体複
合材料の塗膜を形成して２層構造のフィルムとすること
もできる。この場合には塗膜の厚さを含めて６０μｍ以
上のフィルムを得ることもできる。また、同様に単量体
として少なくともフマル酸ジエステルを含む単量体組成
物を重合して得られた高分子材料溶液をテフロン繊維ま
たはガラス繊維に含浸させて得たフィルム、好ましくは
ガラス繊維に含浸させて得たフィルム上に、前記誘電体
複合材料の塗膜を形成して２層構造のフィルムとするこ
ともできる。

【００４０】また、前記２層構造のフィルムを残溶剤の
まま積層し、積層後脱溶剤して基板を作成することもで
きる。

【００４１】さらには、金属導体フィルム等を積層する
ことも同様に可能であり、積層されたフィルムの両面に
誘電体複合材料組成物の溶液をガラス繊維に含浸させて
得たフィルムをさらに積層させ強度的に安定した基板を
作成することもできる。

【００４２】このようにして得られた誘電体複合材料組
成物を用いた基板を１００ｍｍ長、２ｍｍ巾、１．２ｍ
ｍ厚の大きさに切り出し、摂動法によって１ＧＨｚおよ
び２ＧＨｚにおける比誘電率（εｒ）と誘電正接（ｔａ
ｎδ）を求め、Ｑの値を算出した結果を図１の実施例に
示す。

【００４３】なお、図３（ａ）に示すように、誘電体複
合材料組成物の溶液をガラス繊維に含浸させて得たフィ
ルム上に、前記誘電体複合材料の塗膜を形成し、積層し
て得られた基板をＡ積層法とし、図３（ｂ）のように単
量体として少なくともフマル酸ジエステルを含む単量体
組成物を重合して得られた高分子材料溶液をガラス繊維
に含浸させて得たフィルム上に、前記誘電体複合材料の
塗膜を形成し、積層して得られた基板をＢ積層法とし
た。

【００４４】さらに、従来より用いられている材料を用
いた基板の比誘電率（εｒ）、誘電正接（ｔａｎδ）お
よびＱの値を同様の試験方法によって図１の比較例に示
す。

【００４５】また、誘電体セラミックスとして、特に混
合された誘電体セラミックスの含有量をパラメータとし
て、比誘電率（εｒ）、およびＱの値の変化を図２に示
した。

【００４６】本発明にかかる誘電体複合材料組成物は、
単量体として少なくともフマル酸ジエステルを含む単量
体組成物を重合して得られた低誘電性高分子材料であ
り、フマル酸ジエステルから誘導される繰り返し単位を
有するフマレート系重合体に高周波セラミックス材料を
混合させることにより、高周波領域における比誘電率
（εｒ）および誘電損失（ｔａｎδ）を任意の値に調整
することが可能であり、高周波セラミックス材料として
チタンーバリウムーネオジウム系では６０〜９０ｗｔ
％、鉛―カルシウム系セラミックスでは８５〜９０ｗｔ
％を含有させれば、高周波領域における高誘電率基板、
特に近年小型化が要求されている平面アンテナに用いら
れる高誘電率基板が要求している値である比誘電率（ε
ｒ）５．０以上、Ｑの値が２００以上であることを満足
することがわかる。

【００４７】

【発明の効果】単量体として少なくともフマル酸ジエス
テルを含む単量体組成物を重合して得られた低誘電性高
分子材料であり、フマル酸ジエステルから誘導される繰
り返し単位を有するフマレート系重合体に、高周波セラ
ミックス材料を混合させることにより、比誘電率（ε
ｒ）および誘電損失（ｔａｎδ）を任意の値に調整する
ことが可能であり、積層等の技術によって任意の厚さで
高強度の高周波領域で使用することができる誘電体基板
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる誘電体複合材料組成物の誘電特
性を示す図表

【図２】本発明にかかる誘電体複合材料組成物におい
て、高周波セラミックスの混合量による特性の変化を示
す図

【図３】本発明にかかる基板の積層構造を示す断面図

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者二宮秀明東京都中央区日本橋一丁目13番１号ティーディーケイ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】単量体として少なくともフマル酸ジエステ
ルを含む単量体組成物を重合して得られた高分子材料
に、高周波セラミックス材料を混合してなる複合誘電体
材料組成物。
【請求項２】請求項１記載の複合誘電体材料組成物にお
いて、高周波セラミックス材料としてチタンーバリウム
ーネオジウム系又は鉛―カルシウム系から選択された少
なくとも１種の材料を含有し、３０ＭＨｚ以上の高周波帯域において、比誘電率が少な
くとも５．０であり、Ｑ値が少なくとも２００であるこ
とを特徴とする複合誘電体材料組成物。
【請求項３】前記高周波セラミックス材料として、チタ
ンーバリウムーネオジウム系の材料を６０ｗｔ％乃至９０ｗｔ％含有したことを特徴とする請求項２記載の複合誘電体材
料組成物。
【請求項４】前記高周波セラミックス材料として、鉛―
カルシウム系の材料を８５ｗｔ％乃至９０ｗｔ％含有したことを特徴とする請求項２記載の複合誘電体材
料組成物。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれかの複合誘電体材
料組成物を強化用繊維に含浸させたことを特徴とする膜
厚３０μｍ以上のフィルム。
【請求項６】強化用繊維としてガラス繊維を用いたこと
を特徴とする請求項５記載のフィルム。
【請求項７】請求項５乃至６に記載されたフィルムを積
層してなる基板。
【請求項８】請求項５乃至６に記載されたフィルムに請
求項１乃至４に記載の複合誘電体材料組成物を均一に塗
布したことを特徴とする膜厚６０μｍ以上のフィルム。
【請求項９】単量体として少なくともフマル酸ジエステ
ルを含む単量体組成物を重合して得られた高分子材料
を、テフロン繊維またはガラス繊維に含浸させて得た膜
厚３０μｍ以上のフィルムに請求項１乃至４に記載の複
合誘電体材料組成物を均一に塗布したことを特徴とする
膜厚６０μｍ以上のフィルム。
【請求項１０】請求項８乃至９に記載されたフィルムを
積層してなる基板。