JPS61277207A - 誘電体基板およびその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はマイクロ波受信平面アンテナの作製に好適な誘
電体基板およびその製造法に関する。

（従来の技術） マイクロ波受信平面アンテナとしてはシート状誘電体基
材の片面に電解銅箔から成る／ｆターン状のストリップ
導体が、他面に電解銅箔から成る地導体が各々積層され
、更に所望によシ地導体上に１ｍ維強化プラスチック板
或いは７ルミニウム＆等から成る補強体を設けた構造を
有するものが知られている。而して、この平面アンテナ
においては、電解銅箔における鏡面とは反対の面が誘電
体基材側になるように積層されている＠ （発明が解決しようとする問題点） マイクロ波受信アンテナに対しては、動作利得向上の強
い要求がある。

しかしながら、アンテナの動作利得を左右する銅箔につ
いては、その改善の方法について未だ具体的な提案はな
されていないのが現状である。

従って、本発明の目的は動作利得の良好なアンテナを作
製、し得る誘電体基板を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明者達はアンテナの動作利得を向上させるため禎々
検討の結果、電解銅箔は鏡面とその反対面（以下、この
面を粗面と称す）とでは、その表面状態、特に平滑度合
が著しく異なシ、鏡面は凹凸度合が小さく、粗面では凹
凸度合が大きく、そ１、て当業界の経験則、常識に反し
、該銅箔の鏡面が誘電体基材側になるように配置して接
合することＫよシ、その目的が達成せられるという驚ろ
くべき事実を見出し、本発明を完成するに至ったもので
ある。

即ち、本発明に係る誘電体基板は、誘電体基材の両面に
電解銅箔の焼面側が対向するように接合されていること
を特徴とするものである。

本発明における誘電体基材としては、特に限定されるこ
となく種々のものを用いることができ、その具体例とし
ては（ａ）ガラスクロスにエポキシ樹脂粉末を散布塗工
したシート、或いはこの散布塗シを浸漬塗工して乾燥し
たシート、或いはこのシートの所定枚を積層せしめたも
の等を挙げることができる。

これら誘電体基材からＪｒｓ　　Ｃ６４８１に基づく試
験試料を作製し、これらの比誘電率および誘電正接をＩ
ＭＨｚで測定してみると、前記誘電体基材（ａ）は比誘
電率が約４〜５、誘電正接が約０．０１〜０．０３であ
シ、誘電体基材（ｂ）は比誘電率が約２．２〜２．８、
誘電正接が約０．００１〜０．０・０３である。

本発明においては、（Ｃ）ガラスクロスと、このガラス
クロスに含浸され且つ該クロスの表面を覆う架橋ポリエ
チレン層から成るシート、或いはこのシートの所定枚を
積層せしめたものも、誘電体基材として使用できる。該
基材（ｅ）においてはガラスクロスの内部にポリエチレ
ンが含浸されると共に、クロスの表面にはポリエチレン
薄層が形成され、しかもクロスの内部および表面とに存
在するポリエチレンが架橋されている。

このポリエチレンの架橋度は、ポリエチレンとガラスク
ロスとの密着力向上効果、基材と電解銅箔の接合に際し
、所望により両者間に介在せしめられる超高分子量ポリ
エチレン（以下、ＵＨＰＥと称す）ＮＪとの接着力、或
いはガラスクロスと、このガラスクロスに含浸され且つ
表面を覆う架橋ポリエチレン層から成るシート同志を積
層せしめる場合におけるシート同志の接着力等を考慮し
、ゲル分率（測定法は後述）を１０％以上好１しくけ２
０〜９０％とする。

塘た、誘電体基材（ｃ）の構成材料としてのポリエチレ
ンは低密度、中密度或いは高密度ポリエチレンのいずれ
も使用できる。

上記誘電体基材（ｃ）は比誘電率が約２．４〜２．７、
誘電正接が約０．０００７〜０．００２であり、上記誘
電体基材（ａ）、（ｂ）に比し、比誘電率および誘電正
接が共に小さく、アンテナ特性を向上できるので、特に
好ましいものである。

本発明の誘電体基板は、誘電体基材の両面に電解銅箔の
鏡面が対向するように配置され、接着、熱融着等によシ
接合される。

本発明において誘電体基材として上記（ｅ）を用いる場
合には、基材と電解銅箔の接合に際し、両者の間に架橋
ＵＨＰＥ層を介在せしめると、基材と電解銅箔の接着力
が特に大きくなるので好適である。

この架橋Ｕ）（Ｐ　Ｅ層は、ハイゼツクスミリオン（三
井石油化学社製）、ホスタレンＧＵＲ（ヘキスト社製）
等の商品名で市販されているＵｆ（ＰＥによシ形成でき
る。

ＵＨＰＥ層の架橋度は、誘電体基材および電解銅箔との
接着力を大きなものとするため、そのゲル分率を３０〜
１００％とするのが好適である。

ＵＨＰＥはその分子量が約５０万以上（粘度法による測
定値）であ夛、一般のポリエチレンのそれが約１０万以
下であるのに比べ大きな値を示すものである。

第１図は本発明に係る誘電体基板を示し、厚さ約３０〜
２００μｍのガラスクロス１と、該クロスｌの内部に含
浸され且つその表面を覆う架橋ポリエチレン層２から成
るシートが２枚重ね合わされて誘電体基材を・構成して
お勺、この基材の両面には、厚さ約２０〜２００μｍの
架橋ＵＨＰＥ／１５３を介して、厚さ約１０〜１００μ
ｍの電解銅箔４がその鏡面５が誘電体基材と向き合うよ
うに配置され接合一体化されている。６はシート間の接
着をより強固にするため所望によシ装置された架橋ポリ
エチレン層である。

電解銅箔はその製造時にドラム（ロール）に接する面（
鏡面）は光沢を有し且つ前記した如く凹凸度合が小さく
、他面（粗面）は光沢を有せず且つ凹凸度合が大きなも
のであシ、本発明においては、その鏡面を誘電体基材と
向い合わせて接合する。

本発明は上記の如く、誘電体基材の両面に電解銅箔の鏡
面側を接合せしめておシ、この基板から得られるアンテ
ナは動作利得が向上している。これは従来電解銅箔にお
ける粗面を誘電体基材と向い合わせていたのに比べ、電
解銅箔の鏡面の表面粗さが小さいためである。

誘電体基材と対向する銅箔面の表面粗さを小さくすると
動作利得が向とすることは、前記した如く、本発明者達
が種々検討の結果、見い出したことであるが、本発明者
達はこのことを理論的にも解明したので、以下に説明す
る。

銅箔表面粗さを考慮した場合の鋼損失α′Ｃは下記（１
）式によって表わされる。

α′ｃ＝αｃ（１＋１ｔａｎ−”（１，４（”）”））
　　−−−−−−一（１）π　　　　　　Ｓ ところで、銅箔表面の凹凸を模式的に示すと第２図のと
おシである。第２図に示す銅箔Ｋにおいては、誘電体層
に対応する表面に微小な凹凸が連続状に存在している。

図中ｑは銅箔表面における微細な凹凸の山と谷の垂直距
離の平均値を示し、ｐは同様に隣接する山と山または谷
と谷の水平距離の平均値を示している。　。

Ｓ＝−冨（ｃｍ）　　−−−−−（３１ここで、σは導
電率、Ｒｇは表面抵抗であｐ　、Ｒｓは下記（４）式で
示される。

上記（４）式中のμ０は透磁率、ｆは周波数である。

次に、（４）式を（３）式に代入し、（５）式を得る。

（５）式に銅の物性値ａ　＝　５．８１　ｘ　１０５（
ｎ−’　−ｃｍ−’）を代入し、μを真空透磁率ｐｏ　
＝　４πｘ　１０−’（Ｈｅｎｒ７／ｎ）とみなし、更
にｆには放送衛星に使用される代表値として１１．９５
　ＧＨｚを用いるさ、Ｓ　＝　０．６０５　（μｍ）と
なる。

ところで、電解銅箔における粗面のｐ、ｑの値は、表面
粗さ計、電顕等の測定結果からは、ｑは１〜１０μ漢、
ｐは１０〜３Ｑｐｍ程度である。同様に、電解銅箔の鏡
面のｑは１μ惧未満、ｐは１５〜３０μ鴨と推測される
。

そこで、電解銅箔における一例として、ｑ＝５μ惰を用
いると、△＝１．４４３μ雷、従って、α３；１．９２
αＣ１同様に、ｑ＝０．５０μ惰を用いると、△＝　０
．１４４　ｐｍ、α’ａ＝１．０５αＣとなる。これら
結果よシ、明らかに銅箔表面の凹凸が小さい程、銅損失
は小さい事が理論的にも実証される訳である。

本発明の誘電体基板を用いて平面アンテナを作製するに
は、例えば片面側の電解銅箔をそのまま地導体とし、他
面側の電解銅箔をエツチングして所定パターンのストリ
ップ導体を形成する方法による。

本発明はこのような誘電体基板の製造に際しては、ガラ
スクロスの両面にぼりエチレンフィルムを配置して加熱
加圧することによ勺、ポリエチレンをガラスクロスに含
浸せしめると共にポリエチレンフィルムとガラスクロス
を熱圧着せしめて誘電体基材を得、次いで該基材におけ
るポリエチレンを架橋し、その後肢基材の両面に架橋せ
しめたＵＩ（ＰＥフィルムを介して電解銅箔の鏡面側を
重ね合わせて加熱加圧することにより、基材と電解銅箔
を接合せしめることを特徴とするものである。

本発明の製造法においては、先ずガラスクロスの両面に
ポリエチレンフィルムが配置され、これらが加熱加圧さ
れる。この加熱加圧はガラスクロスの両面にポリエチレ
ンフィルムを重ね合わせ、これらをラミネーションプレ
ス機によシ加熱加圧する方法或いはガラスクロスの両面
にポリエチレンをフィルム状に溶融押出しし、次いでこ
れを圧延ロール間に通して加熱加圧する方法等によシ行
なうことができる。

ここに用いられるぼりエチレンフィルムは低密度、中密
度或いは高密度ポリエチレンから形成されるフィルムの
いずれも使用できる。これらポリエチレンフィルムの厚
さは約２０〜２５０μ気カ実用的である。

ポリエチレンフィルムとガラスクロスヲ加熱加圧する際
の作業条件は、温度がポリエチレンの溶融温度以上であ
り、圧力は約３〜５０　ｋｇ／ｅＪ程度、加熱加圧時間
は約５〜６０分程度に設定される。

このようにガラスクロスの両面にポリエチレンフィルム
を配置して加熱加圧することにより、ポリエチレンはガ
ラスクロスに含浸せしめられると共にポリエチレンフィ
ルムとガラスクロスが熱圧着せしめられ誘電体基材が得
°られる。

この誘電体基材は次にその構成成分であるポリエチレン
が架橋される。ポリエチレンの架橋は電子線のような放
射線を約０．５〜２０Ｍｒａｄ照射したり、予じめポリ
エチレンフィルム中に配合せしめられたシラン化合物、
ラジカル発生剤、シロキサン縮合触媒の加熱加圧反応に
よシ行なうことができる。

この架橋は主としてポリエチレンとガラスクロスとの密
着力を向上させるために行なわれるもので、このように
ポリエチレンの架橋せしめられた誘電体基板は、これに
応力が作用して変形したような場合でも、ポリエチレン
とガラスクロスとの界面剥離を生じ難い特徴を有する。

ポリエチレンの架橋は前記した如く、ゲル分率が通常１
０％以上になるように行なうが、好ましくは２０〜９０
％である。

このゲル分率の測定は例えば次の方法による。

誘電体基板の銅箔をエツチング等で全面除去した後、充
分に水洗し、乾燥させる。これより一定量の小片（ＸＩ
／）を切り取シ、この試料を１０５℃キシレン中（試料
に対して２００〜５００倍量程度の量とする）で、２４
時間還流後、Ｐ別し、充分に乾燥させて不溶のｙル分子
ｔ　（Ｙ、！ｉ’）を求める。ついで、これをルツボ中
で灰化させガラスクロスのみの重量ＣＺＩＩ）を求め、
下記式によシ算出する。

また、架橋ポリエチレンフィルムまたは架橋ＵＨＰＥフ
ィルムの場合は上述の灰化処理は必要なく、２＝０に相
当する。

このように本発明においては誘電体基材におけるポリエ
チレンが架橋されるのであるが、かような積層前の該基
材の架橋は基材の厚さ方向における架橋度を均一にでき
る利点がある。

本発明においては、上記のようにしてポリエチレンが架
橋せしめられた誘電体基材の両面に、予じめ架橋せしめ
られたＵＨＰＫフィルムを介して電解銅箔の鏡面側が重
ね合わされ、加熱加圧することにより、ＵＨＰＥフィル
ムを接着層として誘電体基材と電解銅箔が接合される。

　　　。

この際、誘電体基材は１枚で用いてもよいが、所定厚み
になるように２枚以上を重ね合わせて用いることができ
る。また、誘電体基材を２枚以上重ね合わせて用いると
きは、基材間に接着性材料、例えば架橋ポリエチレンフ
ィルム（ゲル分率２０〜１００％）を介在させることが
できる゛。

誘電体基材と電解銅箔とを接合させるためのＵＨＰＥフ
ィルムは、厚さが通常２０〜２００μ惧てあシ、電子線
の照射等によシ架橋されている。

ＵＨＰＥフィルムの架橋度は接着性の観点から、ゲル分
率が約３０〜１００％になるように行なうのが好ましい
ものである。而して、上記ゲル分率を有する架ｍＵＨＰ
Ｅフィルムは、他の条件にもよるが、電子線の照射量を
通常０．１〜１０Ｍｒａｄとすることにより得られる。

誘電体基材と電解銅箔を架橋ＵＨＰＥフィルムを介して
接合する際の作業条件は、誘電体基材を構成するポリエ
チレンの架橋度、ＵＨＰＩフィルムの架橋度等に応じて
適宜設定できるが、通常は温度１４５〜２００℃、圧力
５〜３０ｋＩｉ／ｄ、加熱加圧時間５〜６０分である。

このようにして得られる誘電体基板は、ガラスクロスを
構成する繊維束内にポリエチレンが充分に浸透しておシ
、この誘電体基板は、後述の実施例からも明らかである
が、誘電率と誘電正接が共に小さく、絶縁材料として特
に有用である。この理由は必らずしも明らかではないが
、ガラスクロスの両面にポリエチレンフィルムを配置し
て加熱加圧した際、ポリエチレンが溶融し、この溶融ポ
リエチレンに圧力が作用することにより、ポリエチレン
のガラスクロスの繊維束内への含浸が促進されるためと
推論される。

（実施例） 以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。

実施例１ 厚さ１００μ惰のガラスクロスの両面に、密度０．９２
のポリエチレンから成る５０μ講のポリエチＬ／　ンフ
イルムヲ配置シ、ラミネーションプレス機により、温度
１６５℃、圧力’　１０　ｋＰ／ｃ１１の条件で１０分
間加熱加圧し、ポリエチレンをガラスクロスの内部に含
浸せしめると共にポリエチレンフィルムとガラスクロス
を熱圧着せしめて、厚さ１４５μ鴨の誘電体基材を得る
。

次に、この誘電体基材に６ＪＭｒａｄの電子線を照射し
てポリエチレンを架橋せしめる（デル分率５５％）。

一方、これとは別に分子量約１００万のＵＨＰＥから成
形された厚さ１３０μ悔のＵＨＰＥシートに、３Ｍｒａ
ｄの電子線を照射して架橋する（ゲル分率９８％）。

その後、ポリエチレンを架橋せしめた誘電体基材２枚を
重ね合わせ、この重ね合わされた基材の両面に前記の架
橋ＵＨＰＥフィルムを配置し、更に各架橋ＵＨＰＥフィ
ルムとに厚さ３５μ溝の電解銅箔をその鏡面が架橋ＵＨ
ＰＥフィルム側になるように配置せしめる。

なお、前記誘電体基材間には、密度０．９２の前記ぼり
エチレンから成形し、５Ｍｒａｄの電子線照射により架
橋せしめた厚さ２００μ鴨、ゲル分率４８％のフィルム
を介在せしめた。

次いで、これらをラミネーションプレス機により、温度
１７０℃、圧力１５ｋｇ／、Ｊの条件で３０分間加熱加
圧し、基材同志および基材と銅箔を接合せしめて誘電体
基板（試料番号ｌ）を得た。

この誘電体基板の比誘電率、誘電正接、該基板における
銅箔と架橋ＵＨＰＥ層との間の接着力および動作利得を
測定して得た結果を、下記第１表に示す。

比ｍ’ｔｔ＊および誘電正接の測定内渡数はＩＭＨｚで
ある。

また、接着力は温度２５℃、剥離速度５０１１１／ｍｌ
ｎの条件で、１８０°ビーリング法により測定した。

動作利得の測定に際しては、誘電体基板における一方の
銅箔をエツチングして／ｆターン形成してマイクロ波受
信平面アンテナを得、このアンテナの動作利得（Ｇ）を
測定した。このアンテナは４４６×４３６−１素子数：
１６素子×３２列とした。

この測定には標準アンテナと比較する方法を用いた。

第３図に示す如く、発信機（ＣＷ発振）に送信アンテナ
７を接続し、一方受信機に利得Ｇｓ（ｄＢｉ）の標準ア
ンテナ８を接続し、送信波はＩＫＨｚのＡＭ変調をかけ
、送信アンテナを適当に回転させることにより、垂直・
水平偏波を送信して、標準アンテナの振幅比を測定する
。次に、標準アンテナに代え、平面アンテナを受信機に
接続し、同様の操作により、平面アンテナの振幅比を測
定する。

平面アンテナの動作利得Ｇ（ｄＢｉ）は次式で求められ
る。

Ｇ＝Ｇｓ＋（平面アンテナの振幅比（ｄＢ））−〔標準
アンテナの振幅比（ｄＢ）　）＋Ｃ円偏波に対する補正
（ｄＢ）） 上記式中の円偏波に対する補正値は３　ｄＢである。

なお、第１表に示す動作利得は１１．９５ＧＨｚの時の
値である。

実施例２ ＵＨＰＥフィルムに対する電子線照射量を０．５Ｍｒａ
ｄ　、　１．５　Ｍｒａｄおよび５Ｍｒｔｄとする以外
は全て実施例１と同様に作業し、試料番号２〜４の誘電
体基板を得た。

これら誘電体基板の特性を第１表に示す。

参考例 電解銅箔の粗面が架橋ＵＨＰＥフィルム側になるように
配置する以外は全て実施例１と同様に作業して、試料番
号５の誘電体基板を得た。この誘電体基板の特性を第１
表に示す。

第　　１　　表 （発明の効果） 本発明は上記のように構成され、実施例からも判るよう
に、電解銅箔の鏡面が誘電体基材側に向くように配置し
たので、動作利得の高いアンテナを得ることができる。

また、本発明の製造法によれば動作利得の高いアンテナ
を簡単に得ることができる特徴を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る誘電体基板の実例を示す正面図、
第２図は銅箔の表面粗さを示す模式図、第３図は動作利
得測定のための回路図である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）誘電体基材の両面に電解銅箔の鏡面側が対向する
   ように接合されていることを特徴とする誘電体基板。
2. （２）誘電体基材が、ガラスクロスとこのガラスクロス
   に含浸され且つ表面を覆う架橋ポリエチレン層から成り
   、該基材と電解銅箔が架橋された超高分子量ポリエチレ
   ン層により接合されている特許請求の範囲第１項記載の
   誘電体基板。
3. （３）誘電体基材が２枚以上重ね合わされている特許請
   求の範囲第２項記載の誘電体基板。
4. （４）ガラスクロスの両面にポリエチレンフィルムを配
   置して加熱加圧することにより、ポリエチレンをガラス
   クロスに含浸せしめると共にポリエチレンフィルムとガ
   ラスクロスを熱圧着せしめて誘電体基材を得、次いで該
   基材におけるポリエチレンを架橋し、その後該基材の両
   面に架橋せしめた超高分子量ポリエチレンフィルムを介
   して電解銅箔の鏡面側を重ね合わせて加熱加圧すること
   により、基材と電解銅箔を接合せしめることを特徴とす
   る誘電体基板の製造法。
5. （５）誘電体基材を２枚以上重ね合わせて用いる特許請
   求の範囲第４項記載の誘電体基板の製造法。