フッ素樹脂基板の製造方法
【課題】従来の高周波回路基板に比べて、さらに伝送遅延および伝送損失が充分に小さいフッ素樹脂基板の製造方法を提供する。
【解決手段】表面が粗面化処理およびプライマー処理されていない配線用の金属導体とフッ素樹脂を積層して積層体を作製する積層体作製工程と、積層体に１００ｐｐｍ以下の酸素濃度および前記フッ素樹脂の融点以上で前記フッ素樹脂の融点＋３０℃未満の温度の雰囲気下、電離性放射線を５０〜５００ｋＧｙの照射量で照射する電離性放射線照射工程と有している高周波回路基板の製造方法。金属導体およびフッ素樹脂を交互に積層して多層化した状態で電離性放射線を照射する高周波回路基板の製造方法。金属導体の表面粗さＲｚが、２．０μｍ以下である。フッ素樹脂が、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥの１種または２種以上である。
【解決手段】表面が粗面化処理およびプライマー処理されていない配線用の金属導体とフッ素樹脂を積層して積層体を作製する積層体作製工程と、積層体に１００ｐｐｍ以下の酸素濃度および前記フッ素樹脂の融点以上で前記フッ素樹脂の融点＋３０℃未満の温度の雰囲気下、電離性放射線を５０〜５００ｋＧｙの照射量で照射する電離性放射線照射工程と有している高周波回路基板の製造方法。金属導体およびフッ素樹脂を交互に積層して多層化した状態で電離性放射線を照射する高周波回路基板の製造方法。金属導体の表面粗さＲｚが、２．０μｍ以下である。フッ素樹脂が、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥの１種または２種以上である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波通信装置に使用されるフッ素樹脂基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報通信量は増大する一方であり、これに応えるため、例えばＩＣカード、携帯電話等の機器においてはマイクロ波、ミリ波といったより周波数が高い領域での通信が盛んになってきている。このため、高周波領域での使用が可能で伝送遅延および伝送損失がより小さい高周波回路基板が求められている。
【０００３】
伝送遅延に関係する伝送速度Ｖと伝送損失αｄとは、基板材料の比誘電率εｒおよび誘電正接ｔａｎδを用いて、下記（式１）、（式２）のように示すことができる。
Ｖ∝１／√εｒ・・・・・・・・・・（式１）
αｄ∝ｆ×√εｒ×ｔａｎδ・・・・（式２）
ただし、ｆ：周波数
【０００４】
（式１）より伝送遅延を小さく（伝送速度Ｖを大きくする）ためには、比誘電率εｒが小さい（低比誘電率）材料が用いられることが好ましいことが分かる。また、（式２）より伝送損失αｄを小さくするためには、比誘電率εｒおよび誘電正接ｔａｎδが小さいことが好ましいことが分かる。
【０００５】
このような低比誘電率、低誘電正接の材料として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂があり、金属基材（導体）上にフッ素樹脂からなる誘電体層を形成させて高周波回路基板（フッ素樹脂基板）を製造する技術が開発されている（例えば、特許文献１、２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−７４６６号公報
【特許文献２】特許第４２９６２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の方法により製造されたフッ素樹脂基板は、周波数１ＧＨｚにおいて、合成比誘電率が２．６、合成誘電正接が０．０００７、周波数１ＧＨｚにおける伝送損失が−４ｄＢ／ｍ程度に留まっており、前記した近年の要請に対して、伝送遅延および伝送損失が充分に低減されているとは言えなかった。
【０００８】
そこで、本発明は、従来のフッ素樹脂基板に比べて、さらに伝送遅延および伝送損失が充分に小さいフッ素樹脂基板の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上記課題を解決するに当って、まず、従来のフッ素樹脂基板の製造方法における問題点につき検討を行った。
【００１０】
前記したように、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂は、低比誘電率、低誘電正接の材料であり、高周波回路基板の誘電体層として好ましい。
【００１１】
しかし、このフッ素樹脂は、表面エネルギーが著しく低く、非粘着性であるため、金属導体（金属基材）との密着を充分に確保することができず、充分な剥離強度（ピール強度）を得ることができない。
【００１２】
剥離強度が不足していると、金属基材をエッチングして回路を形成する際に、金属基材と誘電体層とが剥離してその隙間にエッチング液が入る恐れがある。また、特に、ＦＰＣ（フレキシブル回路基板）の場合には、使用中に剥がれてしまうことがある。この結果、伝送遅延および伝送損失が充分に小さいフッ素樹脂基板を製造することができなかったと考えられる。
【００１３】
そこで、剥離強度を高める手段として、プライマーや接着剤を介して金属導体（金属基材）と誘電体層とを接着する方法が考えられる。フッ素樹脂を金属基材に接着させるためのプライマーとしては、ＰＥＳ、ＰＥＥＫ、ＰＡＩおよびこれらの樹脂にフッ素樹脂を混合したものが使用される。しかし、プライマーや接着剤は、一般に、誘電体層に比べて比誘電率が高いため伝送速度が小さくなり、伝送遅延および伝送損失を充分に低減することができない恐れがある。
【００１４】
また、別の手段として、金属基材の表面をエッチング等により予め粗面化しておき、この粗面におけるアンカー効果を利用して剥離強度を高めることが考えられる。
【００１５】
しかしながら、金属基材は高い周波数では表皮効果により電流が導体の表面部分を流れるため、粗面化した場合伝播距離が長くなり伝送遅延が生じる。また、抵抗減衰や漏洩減衰も大きくなるため伝送損失が大きくなる恐れがある。
【００１６】
そこで、本発明者は、種々の実験と検討を行った結果、金属導体（金属基材）を粗面化処理およびプライマー処理することなくフッ素樹脂を直接塗布し、１００ｐｐｍ以下の酸素濃度および前記フッ素樹脂の融点以上で前記フッ素樹脂の融点＋３０℃未満の温度の雰囲気下、電離性放射線を５０〜５００ｋＧｙの照射量で照射することによりフッ素樹脂を架橋した場合、フッ素樹脂の炭素原子と金属基材の金属原子との間に化学的な結合を形成して金属基材とフッ素樹脂とを強固に密着させることができ、伝送遅延および伝送損失が充分に低減されたフッ素樹脂基板を得ることができることが分かった。
【００１７】
請求項１に記載の発明は、上記の知見に基づく発明であり、
表面が粗面化処理およびプライマー処理されていない配線用の金属導体とフッ素樹脂を積層して積層体を作製する積層体作製工程と、
前記積層体に、１００ｐｐｍ以下の酸素濃度および前記フッ素樹脂の融点以上で前記フッ素樹脂の融点＋３０℃未満の温度の雰囲気下、電離性放射線を５０〜５００ｋＧｙの照射量で照射する電離性放射線照射工程と
を有していることを特徴とするフッ素樹脂基板の製造方法である。
【００１８】
本請求項の発明においては、プライマーや接着剤を用いることなく、粗面化処理されていない平滑な表面を有する金属導体（金属基材）とフッ素樹脂を積層して積層体を作製し、この積層体に電離性放射線を照射することにより、フッ素樹脂を架橋させて誘電体層を形成させると共に、金属導体（金属基材）とフッ素樹脂とを強固に密着させている。このため、高い剥離強度で、伝送遅延および伝送損失が充分に低減されたフッ素樹脂基板とすることができる。また、抵抗減衰や漏洩減衰が小さいため、伝送損失を低減することができる。
【００１９】
本請求項の発明における「電離放射線」としては、Ｘ線、γ線、電子線、高エネルギーイオン束などを挙げることができる。また、電離性放射線の照射線量としては、フッ素樹脂の炭素原子と金属基材の金属原子との間に化学的な結合を形成させることを考慮して、電離性放射線が金属基板に到達することができる照射線量、具体的には、５０〜５００ｋＧｙが好ましい。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、
前記金属導体の表面粗さＲｚ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４）が、２．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のフッ素樹脂基板の製造方法である。
【００２１】
本請求項の発明においては、表面粗さＲｚが２．０μｍ以下の金属導体（金属基材）上にフッ素樹脂を積層し電離性放射線を照射して、フッ素樹脂基板を製造しているため、得られた高周波回路基板はＧＨｚ帯以上の周波数に対して伝送遅延および伝送損失が充分に小さいフッ素樹脂基板となる。
【００２２】
即ち、表皮の深さは、周波数が高くなるに従い浅くなる。例えば、銅の場合の表皮の深さｄは、ｄ＝６．６０×１０−２／√ｆとなり、周波数の平方根に比例する。ＧＨｚ帯以上の周波数に対しては、表面粗さＲｚ（十点平均粗さ：ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４）を２．０μｍ以下に制御することにより、伝送遅延や伝送損失を充分に小さくすることができる。
【００２３】
請求項３に記載の発明は、
前記金属導体と前記フッ素樹脂とがＪＩＳ Ｋ ５４００（１９９８年度版）に準拠した碁盤目試験において１００回繰り返し引き剥がしを行った後も剥離しない剥離強度となるように、前記電離性放射線を照射することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフッ素樹脂基板の製造方法である。
【００２４】
碁盤目試験において１００回繰り返し引き剥がしを行った後も剥離しない剥離強度となるように電離性放射線を照射することにより、金属基材とフッ素樹脂とが強固に密着され、伝送遅延および伝送損失が充分に低減されたフッ素樹脂基板を製造することができる。
【００２５】
なお、ここでいう「剥離しない」とは、上記碁盤目試験における評点が９８点（１００個の碁盤目数に対して剥離しなかった数が９８個）以上であることを指す。
【００２６】
請求項４に記載の発明は、
前記フッ素樹脂が、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）の１種または２種以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のフッ素樹脂基板の製造方法である。
【００２７】
これらのフッ素樹脂は、低比誘電率、低誘電正接の材料であると共に、耐熱性が優れている。そして、透湿度が小さいため回路基板のインピーダンスが湿度の影響を受けにくく安定している。
【００２８】
本請求項の発明においては、このようなフッ素樹脂を平滑な表面を有する金属導体（金属基材）上に積層し、電離性放射線を照射して誘電体層を形成させているため、低比誘電率、低誘電正接のフッ素樹脂基板を製造することができる。
【００２９】
これらのフッ素樹脂の内でも、ＰＴＦＥは比誘電率、誘電正接の双方が最も低いため最も好ましく、ＰＦＡ、ＦＥＰの順に好ましい。
【００３０】
請求項５に記載の発明は、
前記金属導体および前記フッ素樹脂を交互に積層して多層化した状態で電離性放射線を照射することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のフッ素樹脂基板の製造方法である。
【００３１】
多層化した状態で電離性放射線を照射することにより、効率よくフッ素樹脂基板を製造することができる。
【００３２】
請求項６に記載の発明は、
前記フッ素樹脂の厚さが０．５〜５０μｍであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のフッ素樹脂基板の製造方法である。
【００３３】
フッ素樹脂（誘電体層）の厚さが薄すぎる場合、誘電体としての機能を充分に発揮させることができない。一方、厚すぎる場合には、特性インピーダンスが大きくなる。フッ素樹脂の好ましい厚さは０．５〜５０μｍであり、５〜３０μｍであるとより好ましい。
【００３４】
請求項７に記載の発明は、
前記金属導体が、厚さ１μｍ〜２ｍｍの銅または銅合金であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のフッ素樹脂基板の製造方法である。
【００３５】
金属導体（金属基材）としては、銅、アルミニウム、鉄、ニッケルや、ＳＵＳ鋼、アルミニウム合金等の合金やこれらの複合体を用いることができるが、これらの内でも、銅や銅合金は導電率が特に高いため、伝送損失がより小さいフッ素樹脂基板の金属基材として好ましい。
【００３６】
銅板や銅合金板の厚さが薄すぎる場合、基材としての強度を確保することができない。一方、表皮効果を利用できればよいため、必要以上に厚くする必要はない。銅板や銅合金板の好ましい厚さは１μｍ〜２ｍｍであり、５〜５００μｍの銅箔や銅合金箔であるとより好ましい。
【００３７】
請求項８に記載の発明は、
周波数１ＧＨｚ以上において伝送損失が−３ｄＢ／ｍ以下のフッ素樹脂基板を製造することを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のフッ素樹脂基板の製造方法である。
【００３８】
前記したフッ素樹脂基板の製造方法を用いることにより、合成比誘電率が２．６以下、合成誘電正接が０．０００７以下のフッ素樹脂基板を得ることができ、周波数１ＧＨｚにおける伝送損失が−３ｄＢ／ｍ以下に制御されて、伝送遅延および伝送損失が充分に低減されたフッ素樹脂基板を製造することができる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、従来のフッ素樹脂基板に比べて、さらに伝送遅延および伝送損失が充分に小さいフッ素樹脂基板の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施の形態における誘電体層の形成方法を説明する図である。
【図２】本発明の一実施の形態により製造される３層タイプのフッ素樹脂基板の断面構造を模式的に示す図である。
【図３】本発明の一実施の形態により製造される多層タイプのフッ素樹脂基板の断面構造を模式的に示す図である。
【図４】電気的特性の評価を行うための試験体の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、本発明を実施の形態に基づき、図面を参照しつつ説明する。
【００４２】
１．フッ素樹脂基板の製造方法
始めに、本実施の形態に係るフッ素樹脂基板の製造方法につき図１を用いて説明する。図１において、１は金属基板（金属導体）、２はフッ素樹脂である。
【００４３】
（１）金属基板の準備
最初に、金属基板（金属導体）１を準備する。金属基板１としては、前記したように１μｍ〜２ｍｍ厚さの銅を用いることが好ましい。
【００４４】
（２）フッ素樹脂塗膜の形成
次に、準備した金属基板１上にフッ素樹脂の塗膜を形成する。フッ素樹脂２はディスパージョンとして供給され、先ず、金属基板１上にフッ素樹脂２を滴下する（図１（ａ））。その後、スピンコート法やキャスティング法などを用いて金属基板１上に均一に塗布し、乾燥させる。その後、さらに、３６０℃で焼成して（酸化防止のため、好ましくは窒素ガス雰囲気下で行う）、フッ素樹脂２の塗膜を形成させる（図１（ｂ））。フッ素樹脂２としては、前記したように０．５〜５０μｍ厚さのＰＴＦＥを用いることが好ましい。
【００４５】
（３）電離放射線の照射
次に、電離放射線を照射して、フッ素樹脂２を架橋させて誘電体層を形成させると共に、フッ素樹脂２の炭素原子と金属基板１の金属原子との間に化学的な結合を形成させて金属基板１とフッ素樹脂２とを強固に密着させる（図１（ｃ））。電離放射線としては、前記の通り、Ｘ線、γ線、電子線、高エネルギーイオン束などを挙げることができる。
【００４６】
２．フッ素樹脂基板の構成
次に、上記の製造方法を用いて製造されたフッ素樹脂基板の構成について説明する。
【００４７】
図２は、上記の製造方法により製造された３層タイプのフッ素樹脂基板の断面構造を模式的に示す図である。図２において、１１はフッ素樹脂基板であり、１２は誘電体層（ＰＴＦＥ）であり、１４はＣｕである。また、３３はグランド（導体）（Ｃｕ）である。
【００４８】
３．多層タイプのフッ素樹脂基板の作製
上記の３層タイプフッ素樹脂基板の製造方法に替えて、金属基板のエッチングや切削あるいは印刷等の手法により形成された導体と誘電体（フッ素樹脂）層とを交互に積層した後、全体を電子線照射することにより多層タイプのフッ素樹脂基板を製造することもできる。この製造方法の場合、表面に導体が形成された誘電体層を所定数積層し、全体を一度に電子線照射することによりフッ素樹脂基板を製造する製造方法であるため、効率良い製造が可能となる。
【００４９】
図３は、この実施の形態より製造された多層タイプのフッ素樹脂基板の断面構造を模式的に示す図であり、２１はフッ素樹脂基板、２２は誘電体層であり、２３は金属基板をエッチングすることにより形成された導体である。また、３３はグランド（導体）（Ｃｕ）である。
【００５０】
上記各タイプのフッ素樹脂基板において、導体２３の厚さｔ１は、好ましくは１〜２０００μｍに設定され、より好ましくは１０〜３００μｍに設定される。これにより、前記したように、基材としての強度が確保できると共に、適切な厚さで表皮効果を利用することができる。
【００５１】
また、誘電体層１２および２２の厚さｔ２は、好ましくは０．５〜２００μｍに設定され、より好ましくは０．５〜５０μｍに設定される。これにより、前記したように、誘電体としての機能が充分に発揮できると共に、適切な特性インピーダンスに抑えることができる。
【００５２】
（実施例１）
以下の実施例は、接着力の評価を行った実施例である。
【００５３】
１．試験体の作製
福田金属箔粉工業社製電解銅箔ＣＦ−ＬＢ９（厚み：２０μｍ、表面粗度：Ｒｚ＝１．０μｍ）を希硫酸に浸漬して、酸化防止のためのコーティングが除去された銅箔を得た。
【００５４】
次に、銅箔上に、ダイキン工業社製ＰＴＦＥディスパージョン（ＥＫ−３７００）をキャスティングにより塗布、乾燥した。その後、窒素雰囲気（酸化防止のため）下、３６０℃で焼成し、１５μｍのＰＴＦＥ膜を銅箔上に作製した。
【００５５】
次に、ＰＴＦＥ膜が作製された銅箔を、日新電機社製電子線照射装置（加速電圧：１．１３ＭｅＶ）を用いて、照射時温度３４０℃、酸素濃度５ＰＰＭの雰囲気下で、３００ｋＧｙの電子線照射を行い、ＰＴＦＥを架橋させると同時に、銅箔とＰＴＦＥを接着させて、実施例１の試験体を得た。
【００５６】
また、比較例１として、電子線照射を行わない他は、実施例１と同様にして、比較例１の試験体を得た。
【００５７】
なお、本実施例においては、表面粗度Ｒｚ＝１．０μｍの銅箔を使用したが、電子線照射でＰＴＦＥと銅箔を接着させる技術を用いることにより、任意の表面粗度の銅箔をＰＴＦＥと接着させることができる。
【００５８】
２．接着力の評価
実施例１および比較例１の各試験体を用いて、ＪＩＳ Ｋ ５４００（１９９８年版）に準拠する碁盤目試験を実施した（テープ剥離回数１００回）。結果を表１に示す。
【００５９】
【表１】
【００６０】
表１に示すように、電子線照射を施さない比較例１の試験体では１回目のテープ剥離で全て簡単に剥離したが、電子線照射を施した実施例１の試験体では１００回の碁盤目試験でも全く剥離することがなく、電子線照射により充分な剥離強度が得られることが分かる。
【００６１】
（実施例２）
以下の実施例は、電気的特性の評価を行った実施例である。
【００６２】
試験体として、表２に示す表面粗度Ｒｚの銅箔（厚さ３５μｍ）および誘電体層により、図４に示すストリップライン構成の３層プリント配線板を作製した（長さ：１ｍ、インピーダンス：５０Ω）。なお、比較例２は一般に用いられる誘電体であるエポキシを用いた例であり、比較例３はＰＴＦＥ層との接着性維持のために従来一般的に用いられていた粗い表面粗度Ｒｚの銅箔にＰＴＦＥ層の誘電体層を形成した例である。
【００６３】
各試験体における比誘電率εｒおよび誘電正接ｔａｎδを求め、さらに周波数１ＧＨｚおよび１０ＧＨｚにおける伝送損失（減衰定数）を評価した。結果を表２に示す。
【００６４】
【表２】
【００６５】
表２に示すように、ＰＴＦＥを用いて誘電体層を形成することにより、伝送損失を低減できることが分かる。また、同じＰＴＦＥを用いた場合、表面粗度Ｒｚが小さい、平滑な基材の方が伝送損失を低減できることが分かる。
【００６６】
そして、実施例２において表皮の深さは、周波数１ＧＨｚにおいて４μｍ、１０ＧＨｚにおいて０．７μｍであり、充分浅いことが計算された。
【００６７】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記実施の形態に対して種々の変更を加えることができる。
【符号の説明】
【００６８】
１ 金属基材（金属導体）
２３ 導体
２ フッ素樹脂
１１ ３層タイプのフッ素樹脂基板
１２、２２、３２ 誘電体層
１４ Ｃｕ
２１ 多層タイプのフッ素樹脂基板
３１ 銅箔
３３ グランド（導体）
ｔ１ 導体の厚さ
ｔ２ 誘電体層の厚さ
Ｗ 線路幅
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波通信装置に使用されるフッ素樹脂基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報通信量は増大する一方であり、これに応えるため、例えばＩＣカード、携帯電話等の機器においてはマイクロ波、ミリ波といったより周波数が高い領域での通信が盛んになってきている。このため、高周波領域での使用が可能で伝送遅延および伝送損失がより小さい高周波回路基板が求められている。
【０００３】
伝送遅延に関係する伝送速度Ｖと伝送損失αｄとは、基板材料の比誘電率εｒおよび誘電正接ｔａｎδを用いて、下記（式１）、（式２）のように示すことができる。
Ｖ∝１／√εｒ・・・・・・・・・・（式１）
αｄ∝ｆ×√εｒ×ｔａｎδ・・・・（式２）
ただし、ｆ：周波数
【０００４】
（式１）より伝送遅延を小さく（伝送速度Ｖを大きくする）ためには、比誘電率εｒが小さい（低比誘電率）材料が用いられることが好ましいことが分かる。また、（式２）より伝送損失αｄを小さくするためには、比誘電率εｒおよび誘電正接ｔａｎδが小さいことが好ましいことが分かる。
【０００５】
このような低比誘電率、低誘電正接の材料として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂があり、金属基材（導体）上にフッ素樹脂からなる誘電体層を形成させて高周波回路基板（フッ素樹脂基板）を製造する技術が開発されている（例えば、特許文献１、２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−７４６６号公報
【特許文献２】特許第４２９６２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の方法により製造されたフッ素樹脂基板は、周波数１ＧＨｚにおいて、合成比誘電率が２．６、合成誘電正接が０．０００７、周波数１ＧＨｚにおける伝送損失が−４ｄＢ／ｍ程度に留まっており、前記した近年の要請に対して、伝送遅延および伝送損失が充分に低減されているとは言えなかった。
【０００８】
そこで、本発明は、従来のフッ素樹脂基板に比べて、さらに伝送遅延および伝送損失が充分に小さいフッ素樹脂基板の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上記課題を解決するに当って、まず、従来のフッ素樹脂基板の製造方法における問題点につき検討を行った。
【００１０】
前記したように、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂は、低比誘電率、低誘電正接の材料であり、高周波回路基板の誘電体層として好ましい。
【００１１】
しかし、このフッ素樹脂は、表面エネルギーが著しく低く、非粘着性であるため、金属導体（金属基材）との密着を充分に確保することができず、充分な剥離強度（ピール強度）を得ることができない。
【００１２】
剥離強度が不足していると、金属基材をエッチングして回路を形成する際に、金属基材と誘電体層とが剥離してその隙間にエッチング液が入る恐れがある。また、特に、ＦＰＣ（フレキシブル回路基板）の場合には、使用中に剥がれてしまうことがある。この結果、伝送遅延および伝送損失が充分に小さいフッ素樹脂基板を製造することができなかったと考えられる。
【００１３】
そこで、剥離強度を高める手段として、プライマーや接着剤を介して金属導体（金属基材）と誘電体層とを接着する方法が考えられる。フッ素樹脂を金属基材に接着させるためのプライマーとしては、ＰＥＳ、ＰＥＥＫ、ＰＡＩおよびこれらの樹脂にフッ素樹脂を混合したものが使用される。しかし、プライマーや接着剤は、一般に、誘電体層に比べて比誘電率が高いため伝送速度が小さくなり、伝送遅延および伝送損失を充分に低減することができない恐れがある。
【００１４】
また、別の手段として、金属基材の表面をエッチング等により予め粗面化しておき、この粗面におけるアンカー効果を利用して剥離強度を高めることが考えられる。
【００１５】
しかしながら、金属基材は高い周波数では表皮効果により電流が導体の表面部分を流れるため、粗面化した場合伝播距離が長くなり伝送遅延が生じる。また、抵抗減衰や漏洩減衰も大きくなるため伝送損失が大きくなる恐れがある。
【００１６】
そこで、本発明者は、種々の実験と検討を行った結果、金属導体（金属基材）を粗面化処理およびプライマー処理することなくフッ素樹脂を直接塗布し、１００ｐｐｍ以下の酸素濃度および前記フッ素樹脂の融点以上で前記フッ素樹脂の融点＋３０℃未満の温度の雰囲気下、電離性放射線を５０〜５００ｋＧｙの照射量で照射することによりフッ素樹脂を架橋した場合、フッ素樹脂の炭素原子と金属基材の金属原子との間に化学的な結合を形成して金属基材とフッ素樹脂とを強固に密着させることができ、伝送遅延および伝送損失が充分に低減されたフッ素樹脂基板を得ることができることが分かった。
【００１７】
請求項１に記載の発明は、上記の知見に基づく発明であり、
表面が粗面化処理およびプライマー処理されていない配線用の金属導体とフッ素樹脂を積層して積層体を作製する積層体作製工程と、
前記積層体に、１００ｐｐｍ以下の酸素濃度および前記フッ素樹脂の融点以上で前記フッ素樹脂の融点＋３０℃未満の温度の雰囲気下、電離性放射線を５０〜５００ｋＧｙの照射量で照射する電離性放射線照射工程と
を有していることを特徴とするフッ素樹脂基板の製造方法である。
【００１８】
本請求項の発明においては、プライマーや接着剤を用いることなく、粗面化処理されていない平滑な表面を有する金属導体（金属基材）とフッ素樹脂を積層して積層体を作製し、この積層体に電離性放射線を照射することにより、フッ素樹脂を架橋させて誘電体層を形成させると共に、金属導体（金属基材）とフッ素樹脂とを強固に密着させている。このため、高い剥離強度で、伝送遅延および伝送損失が充分に低減されたフッ素樹脂基板とすることができる。また、抵抗減衰や漏洩減衰が小さいため、伝送損失を低減することができる。
【００１９】
本請求項の発明における「電離放射線」としては、Ｘ線、γ線、電子線、高エネルギーイオン束などを挙げることができる。また、電離性放射線の照射線量としては、フッ素樹脂の炭素原子と金属基材の金属原子との間に化学的な結合を形成させることを考慮して、電離性放射線が金属基板に到達することができる照射線量、具体的には、５０〜５００ｋＧｙが好ましい。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、
前記金属導体の表面粗さＲｚ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４）が、２．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のフッ素樹脂基板の製造方法である。
【００２１】
本請求項の発明においては、表面粗さＲｚが２．０μｍ以下の金属導体（金属基材）上にフッ素樹脂を積層し電離性放射線を照射して、フッ素樹脂基板を製造しているため、得られた高周波回路基板はＧＨｚ帯以上の周波数に対して伝送遅延および伝送損失が充分に小さいフッ素樹脂基板となる。
【００２２】
即ち、表皮の深さは、周波数が高くなるに従い浅くなる。例えば、銅の場合の表皮の深さｄは、ｄ＝６．６０×１０−２／√ｆとなり、周波数の平方根に比例する。ＧＨｚ帯以上の周波数に対しては、表面粗さＲｚ（十点平均粗さ：ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４）を２．０μｍ以下に制御することにより、伝送遅延や伝送損失を充分に小さくすることができる。
【００２３】
請求項３に記載の発明は、
前記金属導体と前記フッ素樹脂とがＪＩＳ Ｋ ５４００（１９９８年度版）に準拠した碁盤目試験において１００回繰り返し引き剥がしを行った後も剥離しない剥離強度となるように、前記電離性放射線を照射することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフッ素樹脂基板の製造方法である。
【００２４】
碁盤目試験において１００回繰り返し引き剥がしを行った後も剥離しない剥離強度となるように電離性放射線を照射することにより、金属基材とフッ素樹脂とが強固に密着され、伝送遅延および伝送損失が充分に低減されたフッ素樹脂基板を製造することができる。
【００２５】
なお、ここでいう「剥離しない」とは、上記碁盤目試験における評点が９８点（１００個の碁盤目数に対して剥離しなかった数が９８個）以上であることを指す。
【００２６】
請求項４に記載の発明は、
前記フッ素樹脂が、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）の１種または２種以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のフッ素樹脂基板の製造方法である。
【００２７】
これらのフッ素樹脂は、低比誘電率、低誘電正接の材料であると共に、耐熱性が優れている。そして、透湿度が小さいため回路基板のインピーダンスが湿度の影響を受けにくく安定している。
【００２８】
本請求項の発明においては、このようなフッ素樹脂を平滑な表面を有する金属導体（金属基材）上に積層し、電離性放射線を照射して誘電体層を形成させているため、低比誘電率、低誘電正接のフッ素樹脂基板を製造することができる。
【００２９】
これらのフッ素樹脂の内でも、ＰＴＦＥは比誘電率、誘電正接の双方が最も低いため最も好ましく、ＰＦＡ、ＦＥＰの順に好ましい。
【００３０】
請求項５に記載の発明は、
前記金属導体および前記フッ素樹脂を交互に積層して多層化した状態で電離性放射線を照射することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のフッ素樹脂基板の製造方法である。
【００３１】
多層化した状態で電離性放射線を照射することにより、効率よくフッ素樹脂基板を製造することができる。
【００３２】
請求項６に記載の発明は、
前記フッ素樹脂の厚さが０．５〜５０μｍであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のフッ素樹脂基板の製造方法である。
【００３３】
フッ素樹脂（誘電体層）の厚さが薄すぎる場合、誘電体としての機能を充分に発揮させることができない。一方、厚すぎる場合には、特性インピーダンスが大きくなる。フッ素樹脂の好ましい厚さは０．５〜５０μｍであり、５〜３０μｍであるとより好ましい。
【００３４】
請求項７に記載の発明は、
前記金属導体が、厚さ１μｍ〜２ｍｍの銅または銅合金であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のフッ素樹脂基板の製造方法である。
【００３５】
金属導体（金属基材）としては、銅、アルミニウム、鉄、ニッケルや、ＳＵＳ鋼、アルミニウム合金等の合金やこれらの複合体を用いることができるが、これらの内でも、銅や銅合金は導電率が特に高いため、伝送損失がより小さいフッ素樹脂基板の金属基材として好ましい。
【００３６】
銅板や銅合金板の厚さが薄すぎる場合、基材としての強度を確保することができない。一方、表皮効果を利用できればよいため、必要以上に厚くする必要はない。銅板や銅合金板の好ましい厚さは１μｍ〜２ｍｍであり、５〜５００μｍの銅箔や銅合金箔であるとより好ましい。
【００３７】
請求項８に記載の発明は、
周波数１ＧＨｚ以上において伝送損失が−３ｄＢ／ｍ以下のフッ素樹脂基板を製造することを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のフッ素樹脂基板の製造方法である。
【００３８】
前記したフッ素樹脂基板の製造方法を用いることにより、合成比誘電率が２．６以下、合成誘電正接が０．０００７以下のフッ素樹脂基板を得ることができ、周波数１ＧＨｚにおける伝送損失が−３ｄＢ／ｍ以下に制御されて、伝送遅延および伝送損失が充分に低減されたフッ素樹脂基板を製造することができる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、従来のフッ素樹脂基板に比べて、さらに伝送遅延および伝送損失が充分に小さいフッ素樹脂基板の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施の形態における誘電体層の形成方法を説明する図である。
【図２】本発明の一実施の形態により製造される３層タイプのフッ素樹脂基板の断面構造を模式的に示す図である。
【図３】本発明の一実施の形態により製造される多層タイプのフッ素樹脂基板の断面構造を模式的に示す図である。
【図４】電気的特性の評価を行うための試験体の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、本発明を実施の形態に基づき、図面を参照しつつ説明する。
【００４２】
１．フッ素樹脂基板の製造方法
始めに、本実施の形態に係るフッ素樹脂基板の製造方法につき図１を用いて説明する。図１において、１は金属基板（金属導体）、２はフッ素樹脂である。
【００４３】
（１）金属基板の準備
最初に、金属基板（金属導体）１を準備する。金属基板１としては、前記したように１μｍ〜２ｍｍ厚さの銅を用いることが好ましい。
【００４４】
（２）フッ素樹脂塗膜の形成
次に、準備した金属基板１上にフッ素樹脂の塗膜を形成する。フッ素樹脂２はディスパージョンとして供給され、先ず、金属基板１上にフッ素樹脂２を滴下する（図１（ａ））。その後、スピンコート法やキャスティング法などを用いて金属基板１上に均一に塗布し、乾燥させる。その後、さらに、３６０℃で焼成して（酸化防止のため、好ましくは窒素ガス雰囲気下で行う）、フッ素樹脂２の塗膜を形成させる（図１（ｂ））。フッ素樹脂２としては、前記したように０．５〜５０μｍ厚さのＰＴＦＥを用いることが好ましい。
【００４５】
（３）電離放射線の照射
次に、電離放射線を照射して、フッ素樹脂２を架橋させて誘電体層を形成させると共に、フッ素樹脂２の炭素原子と金属基板１の金属原子との間に化学的な結合を形成させて金属基板１とフッ素樹脂２とを強固に密着させる（図１（ｃ））。電離放射線としては、前記の通り、Ｘ線、γ線、電子線、高エネルギーイオン束などを挙げることができる。
【００４６】
２．フッ素樹脂基板の構成
次に、上記の製造方法を用いて製造されたフッ素樹脂基板の構成について説明する。
【００４７】
図２は、上記の製造方法により製造された３層タイプのフッ素樹脂基板の断面構造を模式的に示す図である。図２において、１１はフッ素樹脂基板であり、１２は誘電体層（ＰＴＦＥ）であり、１４はＣｕである。また、３３はグランド（導体）（Ｃｕ）である。
【００４８】
３．多層タイプのフッ素樹脂基板の作製
上記の３層タイプフッ素樹脂基板の製造方法に替えて、金属基板のエッチングや切削あるいは印刷等の手法により形成された導体と誘電体（フッ素樹脂）層とを交互に積層した後、全体を電子線照射することにより多層タイプのフッ素樹脂基板を製造することもできる。この製造方法の場合、表面に導体が形成された誘電体層を所定数積層し、全体を一度に電子線照射することによりフッ素樹脂基板を製造する製造方法であるため、効率良い製造が可能となる。
【００４９】
図３は、この実施の形態より製造された多層タイプのフッ素樹脂基板の断面構造を模式的に示す図であり、２１はフッ素樹脂基板、２２は誘電体層であり、２３は金属基板をエッチングすることにより形成された導体である。また、３３はグランド（導体）（Ｃｕ）である。
【００５０】
上記各タイプのフッ素樹脂基板において、導体２３の厚さｔ１は、好ましくは１〜２０００μｍに設定され、より好ましくは１０〜３００μｍに設定される。これにより、前記したように、基材としての強度が確保できると共に、適切な厚さで表皮効果を利用することができる。
【００５１】
また、誘電体層１２および２２の厚さｔ２は、好ましくは０．５〜２００μｍに設定され、より好ましくは０．５〜５０μｍに設定される。これにより、前記したように、誘電体としての機能が充分に発揮できると共に、適切な特性インピーダンスに抑えることができる。
【００５２】
（実施例１）
以下の実施例は、接着力の評価を行った実施例である。
【００５３】
１．試験体の作製
福田金属箔粉工業社製電解銅箔ＣＦ−ＬＢ９（厚み：２０μｍ、表面粗度：Ｒｚ＝１．０μｍ）を希硫酸に浸漬して、酸化防止のためのコーティングが除去された銅箔を得た。
【００５４】
次に、銅箔上に、ダイキン工業社製ＰＴＦＥディスパージョン（ＥＫ−３７００）をキャスティングにより塗布、乾燥した。その後、窒素雰囲気（酸化防止のため）下、３６０℃で焼成し、１５μｍのＰＴＦＥ膜を銅箔上に作製した。
【００５５】
次に、ＰＴＦＥ膜が作製された銅箔を、日新電機社製電子線照射装置（加速電圧：１．１３ＭｅＶ）を用いて、照射時温度３４０℃、酸素濃度５ＰＰＭの雰囲気下で、３００ｋＧｙの電子線照射を行い、ＰＴＦＥを架橋させると同時に、銅箔とＰＴＦＥを接着させて、実施例１の試験体を得た。
【００５６】
また、比較例１として、電子線照射を行わない他は、実施例１と同様にして、比較例１の試験体を得た。
【００５７】
なお、本実施例においては、表面粗度Ｒｚ＝１．０μｍの銅箔を使用したが、電子線照射でＰＴＦＥと銅箔を接着させる技術を用いることにより、任意の表面粗度の銅箔をＰＴＦＥと接着させることができる。
【００５８】
２．接着力の評価
実施例１および比較例１の各試験体を用いて、ＪＩＳ Ｋ ５４００（１９９８年版）に準拠する碁盤目試験を実施した（テープ剥離回数１００回）。結果を表１に示す。
【００５９】
【表１】
【００６０】
表１に示すように、電子線照射を施さない比較例１の試験体では１回目のテープ剥離で全て簡単に剥離したが、電子線照射を施した実施例１の試験体では１００回の碁盤目試験でも全く剥離することがなく、電子線照射により充分な剥離強度が得られることが分かる。
【００６１】
（実施例２）
以下の実施例は、電気的特性の評価を行った実施例である。
【００６２】
試験体として、表２に示す表面粗度Ｒｚの銅箔（厚さ３５μｍ）および誘電体層により、図４に示すストリップライン構成の３層プリント配線板を作製した（長さ：１ｍ、インピーダンス：５０Ω）。なお、比較例２は一般に用いられる誘電体であるエポキシを用いた例であり、比較例３はＰＴＦＥ層との接着性維持のために従来一般的に用いられていた粗い表面粗度Ｒｚの銅箔にＰＴＦＥ層の誘電体層を形成した例である。
【００６３】
各試験体における比誘電率εｒおよび誘電正接ｔａｎδを求め、さらに周波数１ＧＨｚおよび１０ＧＨｚにおける伝送損失（減衰定数）を評価した。結果を表２に示す。
【００６４】
【表２】
【００６５】
表２に示すように、ＰＴＦＥを用いて誘電体層を形成することにより、伝送損失を低減できることが分かる。また、同じＰＴＦＥを用いた場合、表面粗度Ｒｚが小さい、平滑な基材の方が伝送損失を低減できることが分かる。
【００６６】
そして、実施例２において表皮の深さは、周波数１ＧＨｚにおいて４μｍ、１０ＧＨｚにおいて０．７μｍであり、充分浅いことが計算された。
【００６７】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記実施の形態に対して種々の変更を加えることができる。
【符号の説明】
【００６８】
１ 金属基材（金属導体）
２３ 導体
２ フッ素樹脂
１１ ３層タイプのフッ素樹脂基板
１２、２２、３２ 誘電体層
１４ Ｃｕ
２１ 多層タイプのフッ素樹脂基板
３１ 銅箔
３３ グランド（導体）
ｔ１ 導体の厚さ
ｔ２ 誘電体層の厚さ
Ｗ 線路幅
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面が粗面化処理およびプライマー処理されていない配線用の金属導体とフッ素樹脂を積層して積層体を作製する積層体作製工程と、
前記積層体に、１００ｐｐｍ以下の酸素濃度および前記フッ素樹脂の融点以上で前記フッ素樹脂の融点＋３０℃未満の温度の雰囲気下、電離性放射線を５０〜５００ｋＧｙの照射量で照射する電離性放射線照射工程と
を有していることを特徴とするフッ素樹脂基板の製造方法。
【請求項２】
前記金属導体の表面粗さＲｚ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４）が、２．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のフッ素樹脂基板の製造方法。
【請求項３】
前記金属導体と前記フッ素樹脂とがＪＩＳ Ｋ ５４００（１９９８年度版）に準拠した碁盤目試験において１００回繰り返し引き剥がしを行った後も剥離しない剥離強度となるように、前記電離性放射線を照射することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフッ素樹脂基板の製造方法。
【請求項４】
前記フッ素樹脂が、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）の１種または２種以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のフッ素樹脂基板の製造方法。
【請求項５】
前記金属導体および前記フッ素樹脂を交互に積層して多層化した状態で電離性放射線を照射することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のフッ素樹脂基板の製造方法。
【請求項６】
前記フッ素樹脂の厚さが０．５〜５０μｍであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のフッ素樹脂基板の製造方法。
【請求項７】
前記金属導体が、厚さ１μｍ〜２ｍｍの銅または銅合金であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のフッ素樹脂基板の製造方法。
【請求項８】
周波数１ＧＨｚ以上において伝送損失が−３ｄＢ／ｍ以下のフッ素樹脂基板を製造することを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のフッ素樹脂基板の製造方法。
【請求項１】
表面が粗面化処理およびプライマー処理されていない配線用の金属導体とフッ素樹脂を積層して積層体を作製する積層体作製工程と、
前記積層体に、１００ｐｐｍ以下の酸素濃度および前記フッ素樹脂の融点以上で前記フッ素樹脂の融点＋３０℃未満の温度の雰囲気下、電離性放射線を５０〜５００ｋＧｙの照射量で照射する電離性放射線照射工程と
を有していることを特徴とするフッ素樹脂基板の製造方法。
【請求項２】
前記金属導体の表面粗さＲｚ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４）が、２．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のフッ素樹脂基板の製造方法。
【請求項３】
前記金属導体と前記フッ素樹脂とがＪＩＳ Ｋ ５４００（１９９８年度版）に準拠した碁盤目試験において１００回繰り返し引き剥がしを行った後も剥離しない剥離強度となるように、前記電離性放射線を照射することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフッ素樹脂基板の製造方法。
【請求項４】
前記フッ素樹脂が、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）の１種または２種以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のフッ素樹脂基板の製造方法。
【請求項５】
前記金属導体および前記フッ素樹脂を交互に積層して多層化した状態で電離性放射線を照射することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のフッ素樹脂基板の製造方法。
【請求項６】
前記フッ素樹脂の厚さが０．５〜５０μｍであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のフッ素樹脂基板の製造方法。
【請求項７】
前記金属導体が、厚さ１μｍ〜２ｍｍの銅または銅合金であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のフッ素樹脂基板の製造方法。
【請求項８】
周波数１ＧＨｚ以上において伝送損失が−３ｄＢ／ｍ以下のフッ素樹脂基板を製造することを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のフッ素樹脂基板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２４４０５６（Ｐ２０１２−２４４０５６Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１４８７９（Ｐ２０１１−１１４８７９）
【出願日】平成２３年５月２３日（２０１１．５．２３）
【出願人】（５９９１０９９０６）住友電工ファインポリマー株式会社 (203)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２３日（２０１１．５．２３）
【出願人】（５９９１０９９０６）住友電工ファインポリマー株式会社 (203)
【Ｆターム（参考）】
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