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公開番号2021106248
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210726
出願番号2019238111
出願日20191227
発明の名称金属張積層板及び回路基板
出願人日鉄ケミカル&マテリアル株式会社
代理人個人,個人,個人,特許業務法人田治米国際特許事務所
主分類H05K 1/09 20060101AFI20210625BHJP(他に分類されない電気技術)
要約【課題】高周波伝送においても伝送損失の低減が可能で、寸法安定性に優れた金属張積層板及び回路基板を提供する。
【解決手段】金属張積層板10は、第1の金属層M1と、その片側に接する第1の伝送損失抑制層BS1と、第2の金属層M2と、その片側に接する第2の伝送損失抑制層BS2と、第1の伝送損失抑制層BS1と第2の伝送損失抑制層BS2との間に介在する複数の樹脂層を備える。樹脂積層体20は、第1の伝送損失抑制層BS1及び第2の伝送損失抑制層BS2、少なくとも2層以上の寸法精度維持層PL及び寸法精度維持層PLの間に積層されている中間伝送損失抑制層BS3を有している。金属張積層板10は、寸法精度維持層PLの合計厚みが、樹脂積層体20の合計厚みの25〜60%の範囲内にある。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
第1の金属層と、
前記第1の金属層の片側に接して設けられている第1の伝送損失抑制層と、
第2の金属層と、
前記第2の金属層の片側に接して設けられている第2の伝送損失抑制層と、
前記第1の伝送損失抑制層と前記第2の伝送損失抑制層との間に介在する複数の樹脂層と、
を備え、
前記第1の伝送損失抑制層と前記第2の伝送損失抑制層と前記複数の樹脂層とによって樹脂積層体が形成されており、
前記樹脂積層体は、
少なくとも2層以上の寸法精度維持層と、
前記寸法精度維持層の間に積層されている中間伝送損失抑制層と、
を有しており、
下記の条件i及びii;
i)23℃、50%RHの恒温恒湿条件(常態)のもと24時間調湿後にスプリットポスト誘電体共振器(SPDR)により測定される10GHzにおける誘電正接であって、前記第1の伝送損失抑制層及び前記第2の伝送損失抑制層の誘電正接をDf

、前記寸法精度維持層の誘電正接をDf

としたとき、Df

<Df

の関係にあること;
ii)前記寸法精度維持層の合計厚みが、前記樹脂積層体の合計厚みの25〜60%の範囲内にあること;
を満たす金属張積層板。
続きを表示(約 900 文字)【請求項2】
前記寸法精度維持層が、100℃から250℃の温度領域での貯蔵弾性率の最小値が1.0〜8.0GPaの範囲内であり、熱膨張係数が15〜25ppm/Kの範囲内の低熱膨張性ポリイミド層である請求項1に記載の金属張積層板。
【請求項3】
前記第1の伝送損失抑制層及び第2の伝送損失抑制層を構成する樹脂が、酸無水物成分と、ジアミン成分と、を反応させてなるポリイミドであって、前記ジアミン成分の全量100モル部に対し、ダイマー酸の二つの末端カルボン酸基が1級アミノメチル基又はアミノ基に置換されてなるダイマージアミンを50モル部以上含有する請求項1又は2に記載の金属張積層板。
【請求項4】
第1の配線層と、
前記第1の配線層の片側に接して設けられている第1の伝送損失抑制層と、
第2の配線層と、
前記第2の配線層の片側に接して設けられている第2の伝送損失抑制層と、
前記第1の伝送損失抑制層と前記第2の伝送損失抑制層との間に介在する複数の樹脂層と、
を備え、
前記第1の伝送損失抑制層と前記第2の伝送損失抑制層と前記複数の樹脂層とによって樹脂積層体が形成されており、
前記樹脂積層体は、
少なくとも2層以上の寸法精度維持層と、
前記寸法精度維持層の間に積層されている中間伝送損失抑制層と、
を有しており、
下記の条件i及びii;
i)23℃、50%RHの恒温恒湿条件(常態)のもと24時間調湿後にスプリットポスト誘電体共振器(SPDR)により測定される10GHzにおける誘電正接であって、前記第1の伝送損失抑制層及び前記第2の伝送損失抑制層の誘電正接をDf

、前記寸法精度維持層の誘電正接をDf

としたとき、Df

<Df

の関係にあること;
ii)前記寸法精度維持層の合計厚みが、前記樹脂積層体の合計厚みの25〜60%の範囲内にあること;
を満たす回路基板。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、電子部品として有用な金属張積層板及び回路基板に関する。
続きを表示(約 7,000 文字)【背景技術】
【0002】
近年、電子機器の小型化、軽量化、省スペース化の進展に伴い、薄く軽量で、可撓性を有し、屈曲を繰り返しても優れた耐久性を持つフレキシブルプリント配線板(FPC;Flexible Printed Circuits)の需要が増大している。FPCは、限られたスペースでも立体的かつ高密度の実装が可能であるため、例えば、HDD、DVD、スマートフォン等の電子機器の可動部分の配線や、ケーブル、コネクター等の部品にその用途が拡大しつつある。
【0003】
上述した高密度化に加えて、機器の高性能化が進んだことから、伝送信号の高周波化への対応も必要とされている。高周波信号を伝送する際に、伝送経路における伝送損失が大きい場合、電気信号のロスや信号の遅延時間が長くなるなどの不都合が生じる。そのため、今後はFPCにおいても、伝送損失の低減が重要となる。
【0004】
高周波伝送特性を改善するために、ポリイミドフィルムの両面にフッ素樹脂からなるフィルムを積層した積層体を絶縁樹脂層として用いることが提案されている(特許文献1)。特許文献1の絶縁樹脂層は、フッ素系樹脂を使用しているため、誘電特性の点では優れているが、寸法安定性に課題があり、特に、FPCに適用した場合、エッチングによる回路加工の前後の寸法変化と、加熱処理の前後の寸法変化が大きくなることが懸念される。
【0005】
高周波伝送特性を改善するために、特定のジアミン残基を導入した接着層によって2つの片面金属張積層板を貼り合わせて積層するとともに、樹脂層全体及び接着層の厚みを制御することが提案されている(特許文献2)。しかしながら、特許文献2では、片面金属張積層板の絶縁層によって、低誘電正接の接着層と金属層(配線)との距離が離れていることから、伝送損失の低減効果にさらなる改善の余地があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
特開2004−216830号公報
特開2018−170417号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明の目的は、高周波伝送においても伝送損失の低減が可能で、かつ、寸法安定性に優れた金属張積層板及び回路基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明者らは、鋭意研究の結果、一対の金属層(配線)に接するように、それぞれ、低誘電正接の伝送損失抑制層を設けるとともに、伝送損失抑制層の間に、複数の寸法精度維持層が中間伝送損失抑制層によって積層された構造を設け、樹脂層全体の厚みに対する寸法精度維持層の合計厚み比率を一定以上とすることによって、樹脂層全体の厚みを大きくしても配線の位置ずれを抑制することができ、伝送損失の低減と寸法精度の維持を両立できることを見出した。
【0009】
本発明の金属張積層板は、第1の金属層と、前記第1の金属層の片側に接して設けられている第1の伝送損失抑制層と、第2の金属層と、前記第2の金属層の片側に接して設けられている第2の伝送損失抑制層と、前記第1の伝送損失抑制層と前記第2の伝送損失抑制層との間に介在する複数の樹脂層と、を備えている。
本発明の金属張積層板において、前記第1の伝送損失抑制層と前記第2の伝送損失抑制層と前記複数の樹脂層とによって樹脂積層体が形成されており、前記樹脂積層体は、少なくとも2層以上の寸法精度維持層と、前記寸法精度維持層の間に積層されている中間伝送損失抑制層と、を有している。
そして、本発明の金属張積層板は、下記の条件i及びii;
i)23℃、50%RHの恒温恒湿条件(常態)のもと24時間調湿後にスプリットポスト誘電体共振器(SPDR)により測定される10GHzにおける誘電正接であって、前記第1の伝送損失抑制層及び前記第2の伝送損失抑制層の誘電正接をDf

、前記寸法精度維持層の誘電正接をDf

としたとき、Df

<Df

の関係にあること;
ii)前記寸法精度維持層の合計厚みが、前記樹脂積層体の合計厚みの25〜60%の範囲内にあること;
を満たしている。
【0010】
本発明の回路基板は、第1の配線層と、前記第1の配線層の片側に接して設けられている第1の伝送損失抑制層と、第2の配線層と、前記第2の配線層の片側に接して設けられている第2の伝送損失抑制層と、前記第1の伝送損失抑制層と前記第2の伝送損失抑制層との間に介在する複数の樹脂層と、を備えている。
本発明の回路基板は、前記第1の伝送損失抑制層と前記第2の伝送損失抑制層と前記複数の樹脂層とによって樹脂積層体が形成されており、前記樹脂積層体は、少なくとも2層以上の寸法精度維持層と、前記寸法精度維持層の間に積層されている中間伝送損失抑制層と、
を有している。
そして、 本発明の回路基板は、下記の条件i及びii;
i)23℃、50%RHの恒温恒湿条件(常態)のもと24時間調湿後にスプリットポスト誘電体共振器(SPDR)により測定される10GHzにおける誘電正接であって、前記第1の伝送損失抑制層及び前記第2の伝送損失抑制層の誘電正接をDf

、前記寸法精度維持層の誘電正接をDf

としたとき、Df

<Df

の関係にあること;
ii)前記寸法精度維持層の合計厚みが、前記樹脂積層体の合計厚みの25〜60%の範囲内にあること;
を満たしている。
【0011】
本発明の金属張積層板又は回路基板において、前記寸法精度維持層は、100℃から250℃の温度領域での貯蔵弾性率の最小値が1.0〜8.0GPaの範囲内であってもよく、熱膨張係数が15〜25ppm/Kの範囲内の低熱膨張性ポリイミド層であってもよい。
【0012】
本発明の金属張積層板又は回路基板において、前記第1の伝送損失抑制層及び第2の伝送損失抑制層を構成する樹脂が、酸無水物成分と、ジアミン成分と、を反応させてなるポリイミドであって、前記ジアミン成分の全量100モル部に対し、ダイマー酸の二つの末端カルボン酸基が1級アミノメチル基又はアミノ基に置換されてなるダイマージアミンを50モル部以上含有するものであってもよい。
【発明の効果】
【0013】
本発明の金属張積層板は、一対の金属層(配線)に接するように、それぞれ、低誘電正接の伝送損失抑制層を設けているため、高周波信号伝送における伝送損失を効果的に抑えることができる。また、伝送損失抑制層の間に、複数の寸法精度維持層と中間伝送損失抑制層が積層された構造を設けるとともに、樹脂層全体の厚みに対する寸法精度維持層の合計厚み比率を一定以上としているので、高い寸法安定性を確保しながら、低誘電化が実現されている。従って、本発明の金属張積層板は、例えば周波数が10GHz以上の高周波信号を伝送する回路基板等へ適用した場合に、伝送損失を効果的に低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
本発明の一実施の形態の金属張積層板の構成を示す模式図である。
本発明の別の実施の形態の金属張積層板の構成を示す模式的断面図である。
本発明のさらに別の実施の形態の金属張積層板の構成を示す模式的断面図である。
寸法精度維持層の一構成例を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
本発明の実施の形態について、適宜図面を参照して説明する。
【0016】
[金属張積層板]
図1は、本発明の一実施の形態の金属張積層板の構成を示す模式図である。本実施の形態の金属張積層板10は、
第1の金属層M1と、
第1の金属層M1の片側に接して設けられている第1の伝送損失抑制層BS1と、
第2の金属層M2と、
第2の金属層M2の片側に接して設けられている第2の伝送損失抑制層BS2と、
第1の伝送損失抑制層BS1と第2の伝送損失抑制層BS2との間に介在する複数の樹脂層と、
を備えている。金属張積層板10は、一対の金属層(配線となる第1の金属層M1及び第2の金属層M2)に最も近接する位置に、それぞれ、低誘電正接である第1の伝送損失抑制層BS1及び第2の伝送損失抑制層BS2を設けているため、高周波信号伝送における伝送損失を効果的に抑えることができる。
ここで、第1の伝送損失抑制層BS1と第2の伝送損失抑制層BS2と複数の樹脂層とによって樹脂積層体20が形成されている。この樹脂積層体20は、第1の伝送損失抑制層BS1及び第2の伝送損失抑制層BS2に加え、少なくとも2層以上の寸法精度維持層PLと、寸法精度維持層PLの間に積層されている中間伝送損失抑制層BS3を有している。
このように、第1の伝送損失抑制層BS1と第2の伝送損失抑制層BS2との間に、寸法精度維持層PLと中間伝送損失抑制層BS3との積層構造を設けることによって、高い寸法安定性を確保しながら、低誘電化が実現されている。
なお、樹脂積層体20は、上記以外の任意の樹脂層を有していてもよいが、上記各機能を有する樹脂層のみによって形成されていることが好ましい。
【0017】
図1に示すように、第1の金属層M1と第2の金属層M2は、それぞれ最も外側に位置し、それらの内側に接して第1の伝送損失抑制層BS1及び第2の伝送損失抑制層BS2が配置され、さらに第1の伝送損失抑制層BS1と第2の伝送損失抑制層BS2との間に、複数の寸法精度維持層PLと中間伝送損失抑制層BS3を含む複数の樹脂層が介在配置されている。ここで、第1の伝送損失抑制層BS1は、一つの寸法精度維持層PLに隣接しており、第2の伝送損失抑制層BS2は別の寸法精度維持層PLに接している。
【0018】
図1に示す金属張積層板10は、2層の寸法精度維持層PLと1層の中間伝送損失抑制層BS3とを有しているが、寸法精度維持層PLが2層以上であればよく、中間伝送損失抑制層BS3の層数に特に制限はない。例えば、図2に示すように、3層の寸法精度維持層PLと2層の中間伝送損失抑制層BS3を有する構成でもよいし、図3に示すように、5層の寸法精度維持層PLと4層の中間伝送損失抑制層BS3を有する構成でもよい。
【0019】
金属張積層板10において、第1の金属層M1及び第2の金属層M2の構成は、同じであってもよいし、異なっていてもよいが、同じ材質、同じ物性、同じ厚み、であることが好ましい。
【0020】
また、第1の伝送損失抑制層BS1と第2の伝送損失抑制層BS2の構成は、同じであってもよいし、異なっていてもよいが、同じ材質、同じ物性、同じ厚みであることが好ましい。例えば、第1の伝送損失抑制層BS1と第2の伝送損失抑制層BS2の誘電正接や厚みを同じにすることによって、高周波伝送用回路基板を作製したときの伝送損失低減設計が容易になる。
【0021】
さらに、第1の伝送損失抑制層BS1と第2の伝送損失抑制層BS2と中間伝送損失抑制層BS3の構成は、同じであってもよいし、異なっていてもよいが、樹脂積層体20全体の誘電特性を改善し、高周波信号の伝送損失を効果的に抑制するため、同じ材質、同じ物性、であることが好ましい。
【0022】
複数の寸法精度維持層PLの構成は、同じであってもよいし、異なっていてもよいが、回路基板を作製したときの機械的強度や寸法精度の設計が容易になることから、同じ材質、同じ物性、同じ厚み、同じ層構造であることが好ましい。
【0023】
金属張積層板10は、下記の条件i及びiiを満たしている。
【0024】
条件i:
第1の伝送損失抑制層BS1及び第2の伝送損失抑制層BS2の誘電正接をDf

、寸法精度維持層PLの誘電正接をDf

としたとき、Df

<Df

の関係にあること。
高周波信号の伝送路である回路配線となるべき第1及び第2の金属層M1,M2にそれぞれ接する第1及び第2の伝送損失抑制層BS1,BS2の誘電正接Df

を、寸法精度維持層PLの誘電正接Df

に比較して低く設計することによって、高周波信号の伝送損失を効果的に抑制できる。なお、第1の伝送損失抑制層BS1と第2の伝送損失抑制層BS2の誘電正接が異なる場合でも、どちらもDf

<Df

の関係を満たすことが必要である。本発明において特に明記しない場合には、誘電率及び誘電正接は、23℃、50%RHの恒温恒湿条件(常態)のもと24時間調湿後にスプリットポスト誘電体共振器(SPDR)により測定される10GHzにおける誘電率及び誘電正接を意味する。
【0025】
高周波信号の伝送損失の抑制を図る観点から、第1及び第2の伝送損失抑制層BS1,BS2の10GHzにおける誘電正接Df

は、0.005以下であることが好ましく、0.003以下がより好ましい。
【0026】
なお、条件iと同様に測定される10GHzにおける中間伝送損失抑制層BS3の誘電正接Df

は、高周波信号の伝送損失の抑制を図る観点から、0.005以下であることが好ましく、0.003以下がより好ましく、第1及び第2の伝送損失抑制層BS1,BS2の誘電正接Df

と同じであることが最も好ましい。
【0027】
また、寸法精度維持層PLの誘電正接Df

は、出来るだけ低いことが望ましいが、寸法精度と機械的強度の維持を主目的とする層であることから、条件iを満たすことを前提にして、好ましくは0.012以下であればよく、より好ましくは0.010以下がよい。寸法精度維持層PLの誘電正接Df

が多少高くなっても、より低誘電正接である第1及び第2の伝送損失抑制層BS1,BS2及び中間伝送損失抑制層BS3と積層し、これらとの厚み比率を考慮することによって、樹脂積層体20全体の低誘電化を担保できるためである。
【0028】
条件ii:
寸法精度維持層PLの合計厚みT
PL
が、樹脂積層体20(つまり、第1及び第2の伝送損失抑制層BS1,BS2と、一ないし複数の中間伝送損失抑制層BS3と、複数の寸法精度維持層PL)の総厚みTの25〜60%の範囲内にあること。
複数の寸法精度維持層PLの合計厚みT
PL
と樹脂積層体20の総厚みTとの比率を上記範囲内とすることによって、金属張積層板10を回路加工したときの寸法精度と機械的強度を維持しながら、高周波信号の伝送損失の低減を図ることができる。かかる観点から、総厚みTに対する厚みT
PL
の比率は、25〜50%の範囲内が好ましい。
【0029】
ここで、樹脂積層体20における各層の厚みは、使用目的に応じて適宜設定できるので特に限定されるものではないが、以下のとおり例示できる。
第1及び第2の伝送損失抑制層BS1,BS2の一層の厚みは、2〜100μmの範囲内が好ましく、5〜75μmの範囲内がより好ましい。
寸法精度維持層PLの一層の厚みは、10〜100μmの範囲内が好ましく、12〜50μmの範囲内がより好ましい。
中間伝送損失抑制層BS3の一層の厚みは、12〜150μmの範囲内が好ましく、25〜100μmの範囲内がより好ましい。
樹脂積層体20の総厚みTは、50〜300μmの範囲内が好ましく、75〜200μmの範囲内がより好ましい。
【0030】
また、樹脂積層体20全体の低誘電化を図るため、第1及び第2の伝送損失抑制層BS1,BS2と中間伝送損失抑制層BS3との合計厚みT

は、樹脂積層体20の総厚みTに対して、40〜75%の範囲内にあることが好ましく、50〜75%の範囲内がより好ましい。
(【0031】以降は省略されています)

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