JP2018160636A - High frequency substrate - Google Patents
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Abstract
【課題】高密度実装された高周波基板の放熱性を高め、長期にわたって電子機器を発熱から保護できる、安価で放熱性に優れた高周波基板を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の高周波基板は、窒化アルミ二ウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素の群から選ばれる少なくとも一種のセラミックス粒子を含有するエポキシ樹脂からなる接着層の片面に大電力供給用ガラスエポキシ基板(FR-4)を備え、もう一方の面に比誘電率が5以下(1GHz)の低誘電率を有するフッ素樹脂、シクロオレフィンポリマー(COP)、液晶ポリマーの群から選ばれる一種の基材の少なくとも片面に銅層が配置された高周波信号高速伝送用基板を備える高周波基板である。【選択図】なしAn object of the present invention is to provide a high-frequency board that is inexpensive and excellent in heat dissipation, capable of improving heat dissipation of a high-frequency board mounted with high density and protecting electronic equipment from heat generation over a long period of time. A high frequency substrate of the present invention is a glass epoxy substrate for supplying high power on one side of an adhesive layer made of an epoxy resin containing at least one ceramic particle selected from the group of aluminum nitride, aluminum oxide, and silicon carbide. A kind of base material selected from the group consisting of a fluororesin, cycloolefin polymer (COP), and liquid crystal polymer having a low dielectric constant of 5 or less (1 GHz) on the other surface. The high-frequency substrate includes a high-frequency signal high-speed transmission substrate having a copper layer disposed on at least one side. [Selection figure] None
Description
本発明は、大電力の伝送機能と高周波信号の高速伝送機能とを備える高周波基板に関する。さらに詳しくは、大電力伝送用ガラスエポキシ基板と、低誘電率を有する基材に銅層が形成された高周波信号の高速伝送用基板と、高い熱伝導率を有するセラミック粉末を含むエポキシ樹脂接着層と、を備える放熱性に優れた高周波基板に関する。 The present invention relates to a high-frequency substrate having a high-power transmission function and a high-frequency signal high-speed transmission function. More specifically, a glass epoxy substrate for high power transmission, a substrate for high-speed transmission of a high frequency signal in which a copper layer is formed on a base material having a low dielectric constant, and an epoxy resin adhesive layer including ceramic powder having high thermal conductivity And a high-frequency substrate with excellent heat dissipation.
近年、電子機器の高性能化、小型化の要求に伴い、半導体等の電子部品の高密度化、高機能化が要求されている。特に高周波帯域を使用する通信機器の小型化に加え、通信速度の高速化によって、単位体積あたりの発熱量が増加している。 In recent years, along with the demand for higher performance and smaller size of electronic devices, higher density and higher functionality of electronic components such as semiconductors have been demanded. In particular, the amount of heat generated per unit volume is increasing due to the increase in communication speed in addition to the reduction in size of communication devices that use high-frequency bands.
このような高周波信号の高速伝送デバイスの実用化には、種々の課題が指摘されているが、最も大きな課題の一つに発熱問題がある。高出力・高密度で作動させるため高温になり、その信頼性が大きく低下してしまう。従って、この発熱を早く効率的に放熱することにより、信頼性の低下を防止し、長期信頼性を向上することが重要な課題となっている。 Various problems have been pointed out for practical use of such high-frequency signal high-speed transmission devices, but one of the biggest problems is a heat generation problem. Since it operates at high output and high density, it becomes hot and its reliability is greatly reduced. Therefore, it is an important issue to prevent the deterioration of reliability and improve long-term reliability by quickly and efficiently dissipating this heat generation.
高周波信号の高速伝送を実現するために、種々の配線基板の改善が検討されている。通常、高周波回路に採用されるプリント基板は、使用する周波数・許容されるサイズ・コストなどを総合的に判断して最適なプリント基板の材質を選択するが、ガラス繊維とエポキシ樹脂、アラミド繊維とエポキシ樹脂、フレキシブル性を備えたポリイミド樹脂に電解銅箔を貼り付けた基板が用いられてきた。 In order to realize high-speed transmission of high-frequency signals, various wiring board improvements have been studied. Usually, printed circuit boards used in high-frequency circuits are selected based on a comprehensive judgment of the frequency to be used, allowable size, cost, etc., but glass fiber, epoxy resin, and aramid fiber A substrate in which an electrolytic copper foil is attached to an epoxy resin or a polyimide resin having flexibility has been used.
例えば、特許文献1には、プリント基材に貼り付ける銅箔との密着性を高めるために、モリブデン、鉄、コバルト、ニッケル、タングステンを添加し、銅の粒径を粗大化した高周波基板が開示されている。しかしながら、高周波伝送にはこの粗大化した場所で信号が反射して信号の伝送損失が増加するという問題があった。 For example, Patent Document 1 discloses a high-frequency substrate in which molybdenum, iron, cobalt, nickel, and tungsten are added to increase the adhesion with a copper foil to be attached to a printed base material and the copper particle size is increased. Has been. However, high-frequency transmission has a problem in that a signal is reflected at this coarsened location and signal transmission loss increases.
特許文献2には、伝送損失の低減を目的として、高周波基板の銅箔に、直径が0.05μm〜1.0μmの球状粒子による粗化処理を施し、その上にモリブデン、ニッケル、タングステン等の金属耐熱層とクロメート皮膜層とシランカップリング剤層を積層する高周波基板の製造方法が開示されている。しかしながら、これらの積層体を形成するには、複雑な工程を要することや、得られる銅箔の表面粗さは、高周波基板用として十分とは言えないなどの問題があった。このように、高周波基板として幅広く採用され旺盛な需要に対応するためには、高品質で、且つ低価格である高周波基板が要求されている。 In Patent Document 2, for the purpose of reducing transmission loss, a copper foil of a high-frequency substrate is subjected to a roughening process with spherical particles having a diameter of 0.05 μm to 1.0 μm, and molybdenum, nickel, tungsten, or the like is further formed thereon. A method for manufacturing a high-frequency substrate in which a metal heat-resistant layer, a chromate film layer, and a silane coupling agent layer are laminated is disclosed. However, in order to form these laminates, there are problems that a complicated process is required and the surface roughness of the obtained copper foil is not sufficient for a high-frequency substrate. As described above, in order to respond to the strong demand that is widely adopted as a high-frequency substrate, a high-quality and low-cost high-frequency substrate is required.
本発明は、高密度実装された高周波基板の放熱性を高め、長期にわたって電子機器を発熱から保護できる、安価で放熱性に優れた高周波基板を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an inexpensive high-frequency substrate that can improve heat dissipation of a high-density mounted high-frequency substrate and protect an electronic device from heat generation over a long period of time.
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、大電力供給用基板としてガラスエポキシ基板(FR-4)と、高周波信号高速伝送用基板として低誘電率を有するフッ素樹脂、シクロオレフィンポリマー、液晶ポリマーの群から選ばれる一種の基材の少なくとも片面に銅層を備える基板とを、窒化アルミ二ウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素の群から選ばれる少なくとも一種のセラミックス粒子を含有するエポキシ樹脂からなる接着層により接合する構成の高周波基板とすることで、安価で優れた放熱性を実現できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor has found that a glass epoxy substrate (FR-4) is used as a high power supply substrate and a fluororesin having a low dielectric constant as a high frequency signal high speed transmission substrate, Epoxy containing at least one ceramic particle selected from the group consisting of aluminum nitride, aluminum oxide, and silicon carbide, and a substrate having a copper layer on at least one surface of one type of substrate selected from the group of olefin polymers and liquid crystal polymers It has been found that by using a high-frequency substrate configured to be bonded by an adhesive layer made of a resin, low cost and excellent heat dissipation can be realized, and the present invention has been completed.
すなわち、本発明の高周波基板は、大電力供給用ガラスエポキシ基板(FR-4)と、比誘電率が5以下(1GHz)の低誘電率を有するフッ素樹脂、シクロオレフィンポリマー、液晶ポリマーの群から選ばれる一種の基材の少なくとも片面に銅層が形成された高周波信号高速伝送用基板との間に、窒化アルミ二ウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素の群から選ばれる少なくとも一種のセラミックス粒子を含有するエポキシ樹脂からなる接着層を備えることを特徴とする。 That is, the high-frequency substrate of the present invention includes a glass epoxy substrate for high power supply (FR-4), and a group of fluororesin, cycloolefin polymer, and liquid crystal polymer having a low dielectric constant of 5 or less (1 GHz). Contains at least one ceramic particle selected from the group consisting of aluminum nitride, aluminum oxide, and silicon carbide between a substrate for high-frequency signal high-speed transmission in which a copper layer is formed on at least one surface of a selected substrate. An adhesive layer made of an epoxy resin is provided.
本発明の高周波基板は、汎用の銅貼りガラスエポキシ基板(FR-4)と低誘電率を有する基材に銅層を積層した基板とを、接着層を介して貼り合せることにより、大電力用配線と、高速伝送用配線とを、一つの基板内に配線することを可能とし、安価な高周波基板を提供することができる。また、接着層に高い熱伝導性を有するセラミックス粒子を含有させているため放熱性に優れ、信頼性の高い高周波基板として好適に使用することができる。 The high-frequency substrate of the present invention is for high power use by bonding a general-purpose copper-clad glass epoxy substrate (FR-4) and a substrate in which a copper layer is laminated on a base material having a low dielectric constant through an adhesive layer. Wiring and high-speed transmission wiring can be wired in one substrate, and an inexpensive high-frequency substrate can be provided. In addition, since the adhesive layer contains ceramic particles having high thermal conductivity, it can be suitably used as a high-reliability high-frequency substrate with excellent heat dissipation.
以下に、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明の高周波基板は、大電力供給用ガラスエポキシ基板(FR-4)と、比誘電率が5以下(1GHz)の低誘電率を有するフッ素樹脂、シクロオレフィンポリマー、液晶ポリマーの群から選ばれる一種の基材の少なくとも片面に銅層が配置された高周波信号高速伝送用基板との間に、窒化アルミ二ウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素の群から選ばれる少なくとも一種のセラミックス粒子を含有するエポキシ樹脂からなる接着層を備えることを特徴とする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
The high frequency substrate of the present invention is selected from the group consisting of a glass epoxy substrate for high power supply (FR-4), a fluororesin having a low dielectric constant of 5 or less (1 GHz), a cycloolefin polymer, and a liquid crystal polymer. Epoxy resin containing at least one ceramic particle selected from the group consisting of aluminum nitride, aluminum oxide, and silicon carbide between a substrate for high-frequency signal high-speed transmission in which a copper layer is disposed on at least one surface of a substrate. It is characterized by providing the contact bonding layer which consists of.
本発明の高周波基板は、高密度に実装された基板の放熱性を高めており、長期間の使用による発熱を効率的に放熱することで、実装された電子機器の信頼性の低下を防止し、高周波基板として放熱性に優れている。本発明の高周波基板は、優れた放熱性を有している限り、その形状に特に制限はなく、例えば高速伝送用基板の基材の樹脂フィルムや、配線用銅層の厚さは、使用目的など必要に応じて選択、調整することができる。 The high-frequency board of the present invention enhances the heat dissipation of the board mounted at high density, and prevents the deterioration of the reliability of the mounted electronic equipment by efficiently radiating the heat generated by long-term use. Excellent heat dissipation as a high frequency substrate. The shape of the high-frequency substrate of the present invention is not particularly limited as long as it has excellent heat dissipation. For example, the resin film of the base material of the high-speed transmission substrate and the thickness of the copper layer for wiring are intended for use. Etc. can be selected and adjusted as necessary.
本発明の高周波基板は、大電力供給用ガラスエポキシ基板と高周波信号高速伝送用基板と接着層と、を備えている。 The high-frequency substrate of the present invention includes a glass epoxy substrate for supplying high power, a high-frequency signal high-speed transmission substrate, and an adhesive layer.
以下に、本発明について、(1)大電力供給用ガラスエポキシ基板、(2)高周波信号高速伝送用基板、(3)接着層、(4)高周波基板の製造方法、の順に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in the order of (1) a glass epoxy substrate for supplying high power, (2) a substrate for high-frequency signal high-speed transmission, (3) an adhesive layer, and (4) a method for producing a high-frequency substrate.
(1)大電力供給用ガラスエポキシ基板
本発明の高周波基板は、大電力供給用の基板として安価で汎用的に使用されるガラスエポキシ基板を使用する。本発明では、ガラスエポキシ基板としては、市販されている銅貼りガラスエポキシ基板(FR-4、以下ガラエポ基板と称することがある)を使用することができる。大電流から微細配線まで対応でき電子機器には広く用いられているガラエポ基板のFR−4は、「Flame Retardant Type4」の略で、ガラス繊維の布にエポキシ樹脂をしみ込ませ熱硬化処理を施した、高強度で耐熱性と絶縁性を有する基材である。この基材に銅箔を貼り付けプリント基板として多用されている。例えば、日立化成株式会社製ガラスエポキシ基板(品番:MCL‐E‐770G、MCL‐E‐700G、MCL‐E‐705G等、電解銅箔5μm、12μm、18μm、35μm等)が挙げられる。
(1) Glass epoxy substrate for supplying large electric power The high frequency substrate of the present invention uses a glass epoxy substrate that is inexpensive and widely used as a substrate for supplying large electric power. In the present invention, as the glass epoxy substrate, a commercially available copper-coated glass epoxy substrate (FR-4, hereinafter sometimes referred to as a glass epoxy substrate) can be used. The glass epoxy substrate FR-4, which can handle large currents and fine wiring, is widely used for electronic equipment. It is an abbreviation of “Frame Regentant Type 4”, and a glass fiber cloth is impregnated with an epoxy resin and heat-cured. It is a base material having high strength, heat resistance and insulation. Copper foil is attached to this base material, and it is frequently used as a printed circuit board. Examples thereof include glass epoxy substrates (product numbers: MCL-E-770G, MCL-E-700G, MCL-E-705G, etc., electrolytic copper foils 5 μm, 12 μm, 18 μm, 35 μm, etc.) manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.
(2)高周波信号高速伝送用基板
本発明の高周波信号高速伝送用基板には、誘電率や誘電正接が小さく、信号の損失が少ないことが求められるため、基材には低い誘電率を有する材料であるフッ素樹脂、シクロオレフィンポリマー、液晶ポリマーの群から選ばれる一種の基材を用いる。
(2) High-frequency signal high-speed transmission substrate Since the high-frequency signal high-speed transmission substrate of the present invention is required to have a low dielectric constant and dielectric loss tangent and low signal loss, the base material is a material having a low dielectric constant. A kind of substrate selected from the group consisting of a fluororesin, a cycloolefin polymer, and a liquid crystal polymer is used.
誘電率は、信号の高速化に大きく影響し、誘電率が低ければ低いほど信号速度は速くなる。また、高速伝送用基板として信号の損失が少ないことも同時に要求される。誘電正接が小さければ小さいほど信号の損失が少なくなる。このように、高速伝送用基板には、誘電率や誘電正接が小さいことが要求されている。 The dielectric constant greatly affects the speeding up of the signal. The lower the dielectric constant, the higher the signal speed. Further, it is also required that the signal loss is small as a high-speed transmission substrate. The smaller the dielectric loss tangent, the less signal loss. Thus, high-speed transmission substrates are required to have a low dielectric constant and dielectric loss tangent.
本発明では、誘電率の範囲として、比誘電率で5以下(1GHz)である基材を使用することが必要である。また、誘電正接は0.02以下(1GHz)である基材を使用することが好ましい。本発明では基材として、フッ素樹脂、シクロオレフィンポリマー、液晶ポリマーを好適に使用することができる。 In the present invention, it is necessary to use a substrate having a relative dielectric constant of 5 or less (1 GHz) as the range of the dielectric constant. Moreover, it is preferable to use the base material whose dielectric loss tangent is 0.02 or less (1 GHz). In the present invention, a fluororesin, a cycloolefin polymer, and a liquid crystal polymer can be suitably used as the substrate.
具体的には、例えば、日本ゼオン株式会社製シクロオレフィンポリマー ZEONOR (登録商標、品番:ZF14、厚さ100μm、比誘電率4.73、誘電正接0.02)、日本バルカー工業株式会社製フッ素樹脂(品番:TLY−5A、厚さ380μm、比誘電率2.17、誘電正接0.0009)、住友化学株式会社製液晶ポリマー (品番:LCPE4008、厚さ100μm、比誘電率4.5、誘電正接0.018)などを挙げることができる。 Specifically, for example, cycloolefin polymer ZEONOR (registered trademark, product number: ZF14, thickness 100 μm, relative dielectric constant 4.73, dielectric loss tangent 0.02) manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd., fluorine resin manufactured by Nippon Valqua Industries, Ltd. (Product number: TLY-5A, thickness 380 μm, relative dielectric constant 2.17, dielectric loss tangent 0.0009), liquid crystal polymer manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd. (product number: LCPE4008, thickness 100 μm, relative dielectric constant 4.5, dielectric loss tangent) 0.018).
基材の形態としては、フィルム状、シート状、板状など特に限定されないが、高密度に実装し高速伝送用配線基板として使用することから、信号の反射や乱れが少なくなるように、表面の平滑性が高いフィルム状の基材を選択することが望ましい。 The form of the base material is not particularly limited, such as a film shape, a sheet shape, and a plate shape, but since it is mounted at a high density and used as a wiring substrate for high-speed transmission, the surface of the surface is reduced so as to reduce signal reflection and disturbance. It is desirable to select a film-like substrate having high smoothness.
本発明の高周波基板の用途、使用目的により、その厚さを選択することができるが、基材として使用する樹脂フィルムの厚さとしては、10μm以上400μm以下の範囲が好ましく、20μm以上200μm以下の範囲がより好ましい。 Although the thickness can be selected depending on the use and purpose of use of the high-frequency substrate of the present invention, the thickness of the resin film used as the base material is preferably in the range of 10 μm to 400 μm, preferably 20 μm to 200 μm. A range is more preferred.
樹脂フィルムの厚さが、10μm未満では、配線用銅層を支持する基板としての強度が不足するため好ましくない。樹脂フィルムの厚さが、400μmを超えると、配線側で発生した熱が効率よく放熱機能を有するセラミックス粒子を含有するエポキシ樹脂からなる接着層に伝わりにくくなるため好ましくない。また、加工性やハンドリング性が悪くなるため好ましくない。 If the thickness of the resin film is less than 10 μm, it is not preferable because the strength as a substrate for supporting the wiring copper layer is insufficient. If the thickness of the resin film exceeds 400 μm, it is not preferable because the heat generated on the wiring side is not easily transferred to the adhesive layer made of an epoxy resin containing ceramic particles having a heat dissipation function. Moreover, since workability and handling property deteriorate, it is not preferable.
本発明の高周波基板の高周波信号高速伝送用配線層には、電気抵抗が少なく電気配線回路に汎用的に使われている銅を用いる。銅は、コスト的にも比較的安価で、配線加工しやすいので好ましい。 The wiring layer for high-frequency signal high-speed transmission of the high-frequency substrate of the present invention uses copper that has a low electrical resistance and is generally used in electrical wiring circuits. Copper is preferable because it is relatively inexpensive in terms of cost and easy to process wiring.
配線用銅層の厚さは任意に設定できるが、高密度に実装した高周波基板として使用する場合の配線用銅層の厚さとしては、1μm以上20μm以下の範囲とすることができる。さらに高密度化するには、1μm以上4μm以下の厚さの銅層とすることが好ましい。厚さが1μm未満では、配線層が薄すぎて、断線のおそれが生じ、厚さが20μmを超えると、配線の断面が台形状になり、配線上部と下部の配線幅に差が生じ、高密度に配線した際に配線間でショート不良のおそれが生じ好ましくない。 The thickness of the copper layer for wiring can be arbitrarily set, but the thickness of the copper layer for wiring when used as a high-frequency substrate mounted with high density can be in the range of 1 μm to 20 μm. In order to further increase the density, a copper layer having a thickness of 1 μm or more and 4 μm or less is preferable. If the thickness is less than 1 μm, the wiring layer is too thin, which may cause disconnection. If the thickness exceeds 20 μm, the cross section of the wiring becomes trapezoidal, resulting in a difference in the wiring width between the upper and lower wirings. When wiring at a high density, there is a risk of short circuit failure between the wirings, which is not preferable.
本発明の高周波信号高速伝送用配線層の銅層は、前記した基材の少なくとも片面に配線層を備えている。両面に配線層を備えてもよい。 The copper layer of the wiring layer for high-frequency signal high-speed transmission according to the present invention includes a wiring layer on at least one side of the base material. A wiring layer may be provided on both sides.
本発明の高周波信号高速伝送用配線層の銅層は、下地層にスパッタリング法により成膜した銅層を形成することが望ましい。スパッタリング法で成膜した銅層と基材との密着性は、化学結合により極めて高い。表面が平滑な基材を選択することで、表面を粗面化処理することなく、平滑な基材の表面上に直接成膜するため、得られるスパッタリング法による銅層も、平滑な膜となり、さらにめっき法で成膜された銅層も平滑な膜が得られる。従って、本発明の高周波基板を使用して高周波信号を高速伝送した時に、信号の反射や乱れが生じにくく、信号の伝送損失を少なく抑えることができる。 As for the copper layer of the high-frequency signal high-speed transmission wiring layer of the present invention, it is desirable to form a copper layer formed by sputtering on the underlayer. The adhesion between the copper layer formed by sputtering and the substrate is extremely high due to chemical bonding. By selecting a base material having a smooth surface, the copper layer obtained by the sputtering method is also a smooth film because the film is formed directly on the surface of the smooth base material without roughening the surface. Further, a smooth film can be obtained from the copper layer formed by plating. Therefore, when high-frequency signals are transmitted at high speed using the high-frequency substrate of the present invention, signal reflection and disturbance are less likely to occur, and signal transmission loss can be reduced.
本発明の高周波基板配線用銅層は、高周波信号の高速伝送用の配線として用いるため、後で配線加工する際にエッチング性の良い膜質であることが要求される。これらの要求特性を満足させるための配線用銅層は、化学蒸着法、物理蒸着法、スパッタリング法などの乾式法により成膜することで実現することができる。特にスパッタリング法は、膜が緻密になり、且つ平滑な膜や、より密着性の高い膜を得るのに適している。但し、成膜時間が長くなり、コスト的には不利な面がある。 Since the copper layer for high-frequency substrate wiring of the present invention is used as wiring for high-speed transmission of high-frequency signals, it is required to have a film quality with good etching properties when wiring processing is performed later. The wiring copper layer for satisfying these required characteristics can be realized by forming a film by a dry method such as chemical vapor deposition, physical vapor deposition, or sputtering. In particular, the sputtering method is suitable for obtaining a dense film and a smooth film or a film having higher adhesion. However, the film formation time becomes long, which is disadvantageous in terms of cost.
そこで、スパッタリング法の特徴を生かし、且つ生産性の低下を補うために、本発明の高周波基板の配線用銅層は、まず基材表面に下地層として銅層をスパッタリング法で成膜した後に、電気めっき法で銅層を所定の膜厚に成膜することにより得られる。 Therefore, in order to make use of the characteristics of the sputtering method and compensate for the decrease in productivity, the wiring copper layer of the high-frequency substrate of the present invention is first formed by forming a copper layer as a base layer on the surface of the base material by the sputtering method, It is obtained by forming a copper layer with a predetermined thickness by electroplating.
すなわち、本発明の高周波信号高速伝送用基板の銅層は、下地層の銅層をスパッタリング法で50nm以上300nm以下の厚さで成膜し、その後、電気めっき法で配線用銅層として最終的に厚さが1μm以上20μm以下となるように成膜することにより配線用銅層を形成することができる。 That is, the copper layer of the high-frequency signal high-speed transmission substrate of the present invention is formed by forming a copper layer as a base layer with a thickness of 50 nm or more and 300 nm or less by sputtering, and then finally forming a copper layer for wiring by electroplating. A copper layer for wiring can be formed by forming the film so as to have a thickness of 1 μm to 20 μm.
下地層の銅層は、銅ターゲットを用いて、スッパッタリング装置に基材をセットして、アルゴンガスを導入しながらスパッタリングして、所定の膜厚の銅層を成膜することにより得られる。なお、基材と銅層との密着性をより高めるためには、銅層を成膜する前に、クロム、ニッケル、ニッケル−クロム合金の群から選ばれる下地層を20nm以上100nmの厚さで成膜することが好ましい。その他、アルゴンイオンにより基材表面を洗浄したり、酸素プラズマを発生させて基材表面を活性化させる処理を施すことも密着性を高めるのに有効である。 The copper layer of the underlayer is obtained by setting a base material in a sputtering device using a copper target and sputtering while introducing argon gas to form a copper layer having a predetermined thickness. . In order to further improve the adhesion between the base material and the copper layer, the base layer selected from the group consisting of chromium, nickel, and nickel-chromium alloy is formed to a thickness of 20 nm to 100 nm before forming the copper layer. It is preferable to form a film. In addition, it is effective to improve the adhesion by cleaning the surface of the base material with argon ions or applying oxygen plasma to activate the base material surface.
次に、下地層の銅層を形成した基材を、めっき装置により銅めっきを施し、最終的に厚さが1μm以上20μm以下になるように配線用銅層を形成する。銅めっきには、毒性が少なく、操作性に優れる硫酸銅を用いた酸化浴のメッキ装置を使用することが望ましい。 Next, the base material on which the copper layer of the base layer is formed is subjected to copper plating with a plating apparatus, and a copper layer for wiring is formed so that the final thickness is 1 μm or more and 20 μm or less. For copper plating, it is desirable to use an oxidation bath plating apparatus using copper sulfate which is less toxic and excellent in operability.
(3)接着層
本発明の高周波基板は、接着層の一方の面に大電力供給用ガラスエポキシ基板(FR-4)を備え、もう一方の面に少なくとも片面に銅層を備える高周波信号高速伝送用基板を備えている。すなわち、大電力供給用ガラスエポキシ基板と高周波信号高速伝送用基板とが接着層を介して接合され、大電力用配線と、高速伝送用配線とを、一つの基板内に配線することで、安価な高周波基板を提供することができる。また、接着層に高い熱伝導性を有するセラミックス粒子を含有させているため放熱性に優れているため、信頼性に優れた高周波基板として好適に使用することができる。
(3) Adhesive layer The high-frequency substrate of the present invention comprises a glass epoxy substrate (FR-4) for supplying high power on one side of the adhesive layer, and a high-frequency signal high-speed transmission comprising a copper layer on at least one side of the other side. A substrate is provided. In other words, the glass epoxy substrate for supplying high power and the substrate for high-frequency signal high-speed transmission are bonded via an adhesive layer, and the high-power wiring and the high-speed transmission wiring are wired in one substrate, so that it is inexpensive. Can provide a high-frequency substrate. In addition, since the adhesive layer contains ceramic particles having high thermal conductivity, the heat dissipation is excellent, so that it can be suitably used as a high-frequency substrate having excellent reliability.
上記機能を有する接着層としては、窒化アルミ二ウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素の群から選ばれる少なくとも一種のセラミックス粒子を含有するエポキシ樹脂からなる接着層であることが重要である。上記材料を選択することにより、高周波基板に要求される効率的な放熱性と高い絶縁性が付与される。 It is important that the adhesive layer having the above function is an adhesive layer made of an epoxy resin containing at least one kind of ceramic particles selected from the group of aluminum nitride, aluminum oxide, and silicon carbide. By selecting the above materials, efficient heat dissipation and high insulation required for a high-frequency substrate are imparted.
本発明の高い放熱性は、特に接着層により確保されるが、これはエポキシ樹脂中に含有させたセラミックス粒子の高い熱伝導性により本発明の放熱効果を奏するといえる。十分な放熱性を確保するために、熱伝導性に高い材料を選定することが重要である。窒化アルミ二ウムの熱伝導率は285W/mKと、高い熱伝導率を有する銅の熱伝導率の398W/mKに近く、窒化アルミ二ウムが特に好ましい。その他、熱伝導性の高い材料として、酸化アルミニウム、炭化ケイ素などが挙げられる。 The high heat dissipation property of the present invention is ensured particularly by the adhesive layer, which can be said to exhibit the heat dissipation effect of the present invention due to the high thermal conductivity of the ceramic particles contained in the epoxy resin. In order to ensure sufficient heat dissipation, it is important to select a material with high thermal conductivity. Aluminum nitride has a thermal conductivity of 285 W / mK, which is close to the thermal conductivity of copper having a high thermal conductivity of 398 W / mK, and aluminum nitride is particularly preferable. In addition, examples of the material having high thermal conductivity include aluminum oxide and silicon carbide.
エポキシ樹脂に含有させるセラミックス粒子は、形状に特に制限はなく、球状、ロッド状、板状、鱗片状などの粒子が使用できるが、効率的な放熱性を発揮させるためには、形状は球状で、粒径は1μm以上10μm以下の範囲であることが好ましく、3μm以上7μm以下がより好ましい。粒径が1μm未満であると樹脂への分散が困難となり、粒径が10μmを超えると粒子同士の接触が少なくなり、効率的な放熱性が得られにくくなるため好ましくない。 Ceramic particles to be included in the epoxy resin are not particularly limited in shape, and spherical, rod-like, plate-like, and scale-like particles can be used, but the shape is spherical in order to exhibit efficient heat dissipation. The particle size is preferably in the range of 1 μm to 10 μm, more preferably 3 μm to 7 μm. When the particle size is less than 1 μm, it is difficult to disperse in the resin, and when the particle size exceeds 10 μm, contact between the particles is reduced, and it is difficult to obtain efficient heat dissipation.
接着層の材料であるエポキシ樹脂とセラミックス粒子の含有量は、エポキシ樹脂とセラミックス粒子の合計の配合量を100質量部としたときに、セラミックス粒子の含有量は20質量部以上80質量部以下とすることが好ましく、30質量部以上60質量部以下とすることがより好ましい。20質量部未満では、効率的な放熱性が得られず、80質量部を超えると、樹脂が少なくなりすぎて印刷ができないなどその後の取扱が難しくなるため好ましくない。 The content of the epoxy resin and the ceramic particles, which are the materials of the adhesive layer, is 20 parts by mass or more and 80 parts by mass or less when the total amount of the epoxy resin and the ceramic particles is 100 parts by mass. Preferably, it is more preferably 30 parts by mass or more and 60 parts by mass or less. If the amount is less than 20 parts by mass, efficient heat dissipation cannot be obtained. If the amount exceeds 80 parts by mass, the resin becomes too small to be printed, and subsequent handling becomes difficult.
得られたセラミックス樹脂を含有するエポキシ樹脂をスクリーン印刷により、ガラスエポキシ基板上に印刷し、さらに高周波信号の高速伝送用基板を貼り合せ、加熱し熱圧着することにより、本発明の高周波基板を得ることができる。 The obtained epoxy resin containing a ceramic resin is printed on a glass epoxy substrate by screen printing, and further, a high-frequency signal transmission substrate is bonded, heated and thermocompression bonded to obtain the high-frequency substrate of the present invention. be able to.
(4)高周波基板の製造方法
本発明の高周波基板の製造方法について以下に説明する。本発明の高周波基板は、以下の(A)から(C)の工程により得られる。
(A)大電力供給用基板として銅貼りガラスエポキシ基板(FR-4)を準備する工程
(B)高周波信号高速伝送用基板を作製する工程
(C)(A)の工程の銅貼りガラスエポキシ基板(FR-4)と(B)の工程により得られた高周波信号の高速伝送用基板と、を接着層を介して貼り合せることで高周波基板とする工程。
(4) Manufacturing Method of High Frequency Substrate The manufacturing method of the high frequency substrate of the present invention will be described below. The high-frequency substrate of the present invention is obtained by the following steps (A) to (C).
(A) Step of preparing a copper-clad glass epoxy substrate (FR-4) as a substrate for supplying high power (B) Step of producing a high-frequency signal high-speed transmission substrate (C) Step of (A) Copper-clad glass epoxy substrate A step of forming a high-frequency substrate by bonding the high-frequency signal high-speed transmission substrate obtained by the steps (FR-4) and (B) through an adhesive layer.
以下、それぞれの工程について説明する。
(A)大電力供給用基板として銅貼りガラスエポキシ基板(FR-4)を準備する工程
前述したように、大電力供給用基板として準備するガラスエポキシ基板(FR-4)は、特に限定されるものではなく、使用目的に合わせて汎用の銅貼りガラエポ基板を入手する。配線層の銅層が貼り付けられ、配線パタンが設定されているものが市販されており、これを入手することができる。
Hereinafter, each process will be described.
(A) Step of preparing a copper-clad glass epoxy substrate (FR-4) as a large power supply substrate As described above, the glass epoxy substrate (FR-4) prepared as a large power supply substrate is particularly limited. Get a general-purpose copper-attached glass epoxy substrate according to the purpose of use. A wiring layer with a copper layer attached and a wiring pattern set is commercially available, and can be obtained.
(B)高周波信号高速伝送用基板を作製する工程
高周波信号高速伝送用基板の基材には、低い誘電率(1GHzにおける比誘電率で5以下)を有する材料であるフッ素樹脂、シクロオレフィンポリマー(COP)、液晶ポリマーの群から選ばれる一種の基材を用いることができる。例えば、日本ゼオン株式会社製シクロオレフィンポリマー ZEONOR(登録商標、品番:ZF14、厚さ、100μm、誘電率4.73、誘電正接0.02)、日本バルカー工業株式会社製フッ素樹脂(品番:TLY−5A、厚さ380μm、誘電率2.17、誘電正接0.0009)、住友化学株式会社製液晶ポリマー(品番:LCPE4008、厚さ100μm、誘電率4.5、誘電正接0.018)などを挙げることができる。
(B) Step of manufacturing a high-frequency signal high-speed transmission substrate A base material of the high-frequency signal high-speed transmission substrate includes a fluororesin or a cycloolefin polymer (material having a low dielectric constant (relative dielectric constant at 1 GHz of 5 or less)) ( COP), a kind of substrate selected from the group of liquid crystal polymers can be used. For example, cycloolefin polymer ZEONOR (registered trademark, product number: ZF14, thickness, 100 μm, dielectric constant 4.73, dielectric loss tangent 0.02) manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd., fluorine resin (product number: TLY- 5A, thickness 380 μm, dielectric constant 2.17, dielectric loss tangent 0.0009), liquid crystal polymer (product number: LCPE4008, thickness 100 μm, dielectric constant 4.5, dielectric loss tangent 0.018) manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd. be able to.
上記のように低誘電率を有する基材を準備し、この基材にスパッタリング法で下地層の銅層を50nm以上300nm以下の厚さの銅層を成膜し、その上に電気めっき法により合計で1μm以上20μm以下の厚さの銅層を成膜する。 A base material having a low dielectric constant as described above is prepared, and a copper layer having a thickness of 50 nm or more and 300 nm or less is formed on this base material by a sputtering method, and an electroplating method is formed thereon. A copper layer having a thickness of 1 μm or more and 20 μm or less in total is formed.
高速伝送用配線の厚さは、所望の配線幅に合わせて任意に設定することができ、特に限定することはないが、通常の配線基板の銅箔の厚さは36μm程度であり、これと比較して1μm以上20μm以下の薄い銅層の厚さとすることができるので、エッチング時間が短くて済み、微細な配線を形成しやすいというメリットがある。 The thickness of the high-speed transmission wiring can be arbitrarily set according to the desired wiring width, and is not particularly limited, but the thickness of the copper foil of a normal wiring board is about 36 μm, In comparison, since the thickness of the thin copper layer can be 1 μm or more and 20 μm or less, there is an advantage that the etching time can be shortened and fine wiring can be easily formed.
また、下地層にスパッタリング法による銅層を形成するため、基材との密着性も良好であり、また平滑で緻密な膜質が得られ、抵抗の低い、信号の減衰の少ない配線用銅層とすることができる。 In addition, since a copper layer is formed by sputtering on the underlayer, the adhesion to the base material is good, a smooth and dense film quality is obtained, and the copper layer for wiring with low resistance and low signal attenuation is obtained. can do.
(C)接着層を介して貼り合せて高周波基板とする工程
(A)の工程の銅貼りガラスエポキシ基板(FR-4)と、(B)の工程により得られた高周波信号の高速伝送用基板と、を接着層を介して貼り合せて、熱圧着することにより高周波基板とする。
(C) A step of bonding through an adhesive layer to form a high-frequency substrate A copper-coated glass epoxy substrate (FR-4) in the step (A) and a substrate for high-speed transmission of a high-frequency signal obtained in the step (B) Are bonded together via an adhesive layer and thermocompression bonded to obtain a high frequency substrate.
まず、接着層として、セラミックス粒子を含有するエポキシ樹脂を作製する。前述したように、接着層のエポキシ樹脂とセラミックス粒子の配合量は、エポキシ樹脂とセラミックス粒子の合計の配合量を100質量部としたときにセラミックス粒子は20質量部以上80質量部以下とすることが好ましく、30質量部以上60質量部以下とすることがより好ましい。20質量部未満では、効率的な放熱性が得られず、80質量部を超えると、樹脂が少なくなりすぎて印刷ができないなどその後の取扱が難しくなるため好ましくない。 First, an epoxy resin containing ceramic particles is prepared as an adhesive layer. As described above, the amount of the epoxy resin and the ceramic particles in the adhesive layer is 20 parts by mass or more and 80 parts by mass or less when the total amount of the epoxy resin and the ceramic particles is 100 parts by mass. It is more preferable that the amount be 30 parts by mass or more and 60 parts by mass or less. If the amount is less than 20 parts by mass, efficient heat dissipation cannot be obtained. If the amount exceeds 80 parts by mass, the resin becomes too small to be printed, and subsequent handling becomes difficult.
最後に、得られたセラミックス樹脂を含有するエポキシ樹脂をスクリーン印刷により、ガラスエポキシ基板上に印刷し、さらに高周波信号高速伝送用基板を貼り合せ、熱圧着することにより、本発明の高周波基板を得ることができる。 Finally, the epoxy resin containing the obtained ceramic resin is printed on a glass epoxy substrate by screen printing, and a high-frequency signal high-speed transmission substrate is bonded and thermocompression bonded to obtain the high-frequency substrate of the present invention. be able to.
以下に、実施例を示して本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されることはない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.
(実施例1)
まず、大電力供給用のガラスエポキシ基板として日立化成株式会社製ガラスエポキシ基板(品番:MCL‐E‐770G、基板厚さ110μm、電解銅箔12μm)を準備した。 なお、ガラスエポキシ基板には電力供給用の配線パタンが形成されているものを使用した。次に、高速伝送用基板として、日本ゼオン株式会社製シクロオレフィンポリマー ZEONOR(登録商標、品番ZF14、基板厚さ100μm、比誘電率4.73、誘電正接0.02)を準備した。
Example 1
First, a glass epoxy substrate (product number: MCL-E-770G, substrate thickness 110 μm, electrolytic copper foil 12 μm) manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd. was prepared as a glass epoxy substrate for supplying high power. A glass epoxy substrate having a power supply wiring pattern formed thereon was used. Next, a cycloolefin polymer ZEONOR (registered trademark, product number ZF14, substrate thickness 100 μm, relative dielectric constant 4.73, dielectric loss tangent 0.02) manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd. was prepared as a high-speed transmission substrate.
次に、基材のシクロオレフィンポリマーフィルムを20cm四角にカットし、スパッタリング装置(芝浦メカトロニクス株式会社製、CFS−4ES)にセットし、このポリイミドフィルムの両面に下地層としてNi−25質量%Crを20nm、銅を100nm成膜した。 Next, the base cycloolefin polymer film is cut into a 20 cm square and set in a sputtering apparatus (CFS-4ES, manufactured by Shibaura Mechatronics Co., Ltd.). A film of 20 nm and 100 nm of copper was formed.
具体的には、ターゲットに、Ni−25質量%Cr合金(純度99.9%)と銅(純度99.9%)の3インチ径の円板状ターゲットを用いて、到達真空度を6.5×10-3Paとし、DC出力を200Wとし、かつ、反応ガスとして、アルゴンガス(流量15sccm)導入することにより、回転治具を用いて両面に先に膜厚20nmのNi−25質量%Cr下地層を成膜した。続いて、DC出力を300Wとし、到達真空度を6.5×10-3Paとし、かつ、反応ガスとして、アルゴンガス(流量15sccm)を導入することにより膜厚100nmの銅の下地層を成膜して積層した。 Specifically, using a disk target having a diameter of 3 inches of Ni-25 mass% Cr alloy (purity 99.9%) and copper (purity 99.9%) as the target, the ultimate vacuum is 6. 5 × 10 −3 Pa, DC output is 200 W, and argon gas (flow rate: 15 sccm) is introduced as a reaction gas. A Cr underlayer was formed. Subsequently, the DC output is set to 300 W, the ultimate vacuum is set to 6.5 × 10 −3 Pa, and argon gas (flow rate: 15 sccm) is introduced as a reaction gas to form a copper underlayer having a thickness of 100 nm. Filmed and laminated.
得られたフィルムに電解銅めっきを施すために、硫酸銅を用いた両面めっき装置に下地層を成膜したフィルムをセットした。 In order to perform electrolytic copper plating on the obtained film, a film having a base layer formed thereon was set on a double-side plating apparatus using copper sulfate.
めっき条件は、浴温度は45℃で、電圧5Vとし、電流密度3A/dm2にして15分めっきして、フィルムの両面に銅層をめっきした高速伝送用基板を作製した。得られた配線用銅層の厚さは両面とも4μmであった。 The plating conditions were a bath temperature of 45 ° C., a voltage of 5 V, a current density of 3 A / dm 2 , plating for 15 minutes, and a high-speed transmission substrate having copper layers plated on both sides of the film was produced. The thickness of the obtained copper layer for wiring was 4 μm on both sides.
接着層の材料として、三菱化学株式会社製液状タイプエポキシ樹脂828XA(粘度150~230P/25℃)を準備した。エポキシ樹脂40質量部に対し、球状窒化アルミ二ウム粒子(粒径4μm品)を60質量部の配合比で混合した。これをスクリーン印刷でガラスエポキシ基板に20μm成膜し、その上に上記の銅層を備えた高速伝送用基板を貼り合せ、270℃で10分間熱圧着して接合し、高周波基板を得た。 As a material for the adhesive layer, liquid type epoxy resin 828XA (viscosity 150 to 230 P / 25 ° C.) manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation was prepared. Spherical aluminum nitride particles (product having a particle size of 4 μm) were mixed at a blending ratio of 60 parts by mass with respect to 40 parts by mass of the epoxy resin. This was screen-printed to form a 20 μm film on a glass epoxy substrate, and the high-speed transmission substrate provided with the copper layer was bonded thereon and bonded by thermocompression bonding at 270 ° C. for 10 minutes to obtain a high-frequency substrate.
得られた高周波基板の放熱性能を評価した。得られた基板に合計10WのLEDライトを取付け、毎秒100回点滅させながら1時間動作させ、基板の裏面にサーモテープを貼り付けて、動作後の基板温度を測定した。その結果、一時間動作後の基板の温度は30℃であった。また熱伝導率測定装置(アドバンス理工株式会社製、レーザーフラッシュ法、型番: TC−9000)を用いて、得られた基板の熱伝導率を測定した。その結果、基板の熱伝導率は4.2W/m・Kであった。 The heat dissipation performance of the obtained high frequency substrate was evaluated. An LED light of 10 W in total was attached to the obtained substrate and operated for 1 hour while blinking 100 times per second, and a thermo tape was attached to the back surface of the substrate, and the substrate temperature after the operation was measured. As a result, the temperature of the substrate after one hour operation was 30 ° C. Moreover, the thermal conductivity of the obtained board | substrate was measured using the thermal conductivity measuring apparatus (Advance Riko Co., Ltd. make, laser flash method, model number: TC-9000). As a result, the thermal conductivity of the substrate was 4.2 W / m · K.
(実施例2)
接着層の材料として、配合するセラミック粒子を球状アルミナ(粒径5μm品)に変更し、エポキシ樹脂40質量部に対し、球状アルミナ60質量部の配合比で混合した以外は、実施例1と同様にして高周波基板を得た。
(Example 2)
As the material of the adhesive layer, the ceramic particles to be blended are changed to spherical alumina (product having a particle size of 5 μm) and are mixed in a blending ratio of 60 parts by weight of spherical alumina with respect to 40 parts by weight of the epoxy resin. Thus, a high frequency substrate was obtained.
得られた高周波基板の放熱性能を評価した。得られた基板に合計10WのLEDライトを取付け、毎秒100回点滅させながら1時間動作させ、基板の裏面にサーモテープを貼り付けて、動作後の基板温度を測定した。その結果、一時間動作後の基板の温度は33℃であった。また熱伝導率測定装置を用いて、得られた基板の熱伝導率を測定した。その結果、基板の熱伝導率は3.8W/m・Kであった。 The heat dissipation performance of the obtained high frequency substrate was evaluated. An LED light of 10 W in total was attached to the obtained substrate and operated for 1 hour while blinking 100 times per second, and a thermo tape was attached to the back surface of the substrate, and the substrate temperature after the operation was measured. As a result, the temperature of the substrate after one hour operation was 33 ° C. Moreover, the thermal conductivity of the obtained board | substrate was measured using the thermal conductivity measuring apparatus. As a result, the thermal conductivity of the substrate was 3.8 W / m · K.
(実施例3)
接着層の材料として、配合するセラミック粒子を球状アルミナ(粒径5μm品)に変更し、エポキシ樹脂70質量部に対し、球状アルミナ30質量部の配合比で混合した以外は、実施例1と同様にして高周波基板を得た。実施例1と同様に高周波基板の放熱性能を評価した結果、基板の温度は37℃であった。また熱伝導率測定装置を用いて、得られた基板の熱伝導率を測定した。その結果、基板の熱伝導率は3.0W/m・Kであった。
(Example 3)
As the material for the adhesive layer, the ceramic particles to be blended are changed to spherical alumina (product having a particle size of 5 μm), and the mixture is mixed at a blending ratio of 30 parts by weight of spherical alumina to 70 parts by weight of the epoxy resin. Thus, a high frequency substrate was obtained. As a result of evaluating the heat dissipation performance of the high-frequency substrate in the same manner as in Example 1, the temperature of the substrate was 37 ° C. Moreover, the thermal conductivity of the obtained board | substrate was measured using the thermal conductivity measuring apparatus. As a result, the thermal conductivity of the substrate was 3.0 W / m · K.
(比較例1)
接着層の材料として、セラミック粒子を配合せずにエポキシ樹脂100質量部のみとした以外は、実施例1と同様にして高周波基板を得た。実施例1と同様に高周波基板の放熱性能を評価した結果、基板の温度は70℃であった。また熱伝導率測定装置を用いて、得られた基板の熱伝導率を測定した。その結果、基板の熱伝導率は0.4W/m・Kであった。
(Comparative Example 1)
A high-frequency substrate was obtained in the same manner as in Example 1 except that only 100 parts by mass of the epoxy resin was used as the material for the adhesive layer without mixing ceramic particles. As a result of evaluating the heat dissipation performance of the high-frequency substrate in the same manner as in Example 1, the substrate temperature was 70 ° C. Moreover, the thermal conductivity of the obtained board | substrate was measured using the thermal conductivity measuring apparatus. As a result, the thermal conductivity of the substrate was 0.4 W / m · K.
以上のように、本発明の高周波基板は、放熱性に優れる基板であることが分かり、高周波伝送用配線基板として好適に使用することができる基板である。
As described above, the high-frequency substrate of the present invention is found to be a substrate excellent in heat dissipation, and can be suitably used as a high-frequency transmission wiring substrate.
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