JP2002137937A

JP2002137937A - 低誘電率低誘電正接ガラス繊維

Info

Publication number: JP2002137937A
Application number: JP2000324516A
Authority: JP
Inventors: Toru Kawamoto; 徹河本; Yoshifumi Sato; 能史佐藤
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2000-10-24
Filing date: 2000-10-24
Publication date: 2002-05-14

Abstract

(57)【要約】【目的】誘電率および誘電正接が小さく、ガラスの溶
融性、紡糸性にすぐれたプリント配線基板用のガラス繊
維を提供する。【構成】モル％で、ＳｉＯ₂ ４７．０〜６７．０
％、Ａｌ₂Ｏ₃ ６．０〜１５．０％、Ｂ₂Ｏ₃ １０．０
〜３０．０％、ＭｇＯ６．０〜１１．０％、ＣａＯ
５．０〜９．０％の組成を有し、実質的にアルカリおよ
びフッ素を含まない低誘電率低誘電正接ガラス繊維。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波を利用する
電子機器用回路部品のプリント配線基板の樹脂強化材と
して用いられる低誘電率低誘電正接ガラス繊維に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】プリント配線基板は、樹脂、ガラス繊
維、改質剤等からなる複合材料である。この中、ガラス
繊維は樹脂の強化材として使用されるが、従来、プリン
ト配線基板用のガラス繊維としてＥガラスが用いられて
いる。

【０００３】ところで、近年、コンピュータや携帯電話
等の情報通信機器の小型化、高性能化が進み、信号の高
速処理のために使用される電波も高周波化している。

【０００４】このような動きに伴って、情報通信機器の
回路部品として用いられるプリント配線基板にも高密度
化や高周波特性の向上等の要求がなされている。

【０００５】信号の高速処理は、信号の伝播遅延を小さ
くするということがあるが、信号伝播遅延時間は、下記
の数式に示されるように、プリント配線基板の誘電率と
相関があり、プリント配線基板の誘電率の値が小さいほ
ど信号伝播遅延が小さくなることが知られている。

【０００６】

【数１】

【０００７】Ｔｄは導体の単位長さ当たりの信号伝播遅
延時間、ｋは定数、εはプリント配線基板の誘電率を示
す。

【０００８】また、信号の高速処理化のために高周波を
使用すると、通常のプリント配線基板にあっては熱損失
が増大し、これが発熱の原因となってプリント配線基板
の熱劣化が問題となる。さらに、このような熱損失を見
込んで、電気信号の発振にも高出力が必要となる。この
熱損失は、下記の数式で示されるように、プリント配線
基板の誘電率と誘電正接の積に比例し、この値が大きい
ほど熱損失も大きくなる。

【０００９】

【数２】

【００１０】Ｗは損失、ｋは定数、ｆは周波数、ｖ²は
電位傾度、εはプリント配線基板の誘電率、ｔａｎδは
プリント配線基板の誘電正接を示す。

【００１１】上記の数式から、プリント配線基板の誘電
率および誘電正接のそれぞれの値が大きいほど熱損失が
増大することが判る。

【００１２】信号伝播遅延や熱損失の抑制のために、プ
リント配線基板に、誘電率（ε）および誘電正接（ｔａ
ｎδ）がＥガラスよりそれぞれ小さいＤガラスからなる
ガラス繊維が用いられることがある。

【００１３】Ｄガラスは、例えば、モル％で、ＳｉＯ₂
７５．３％、Ａｌ₂Ｏ₃ ０．２％、Ｂ₂Ｏ₃ ２０．０
％、ＭｇＯ０．４％、ＣａＯ０．６％、Ｌｉ₂Ｏ
０．９％、Ｎａ₂Ｏ１．１％、Ｋ₂Ｏ１．５％の組成
からなるガラスであり、その誘電率（ε）は４．３、誘
電正接（ｔａｎδ）は１０×１０^-4である。因みにＥガ
ラスの誘電率（ε）は６．６、誘電正接（ｔａｎδ）は
１５×１０^-4である。

【００１４】しかしながら、Ｄガラスには次のような問
題がある。すなわち、Ｄガラスからなるガラス繊維は耐
水性が悪いために樹脂と剥離し易く、また、Ｄガラスを
樹脂の強化材に用いたプリント配線基板は、ビア形成の
ため穴あけ加工を施す際に、硬度が高いのでドリルの損
耗が激しく加工効率が悪い。さらに、Ｄガラスはシリカ
の含有量が多く高温粘度が高いためにガラスの溶融およ
び紡糸が困難であるといった問題がある。

【００１５】本発明は、上記の問題に鑑みてなされたも
のであって、その目的とするところは、Ｅガラスと比べ
て、誘電率および誘電正接がいずれも小さく、しかも、
Ｄガラスと比べて、耐水性およびドリル加工性に優れ、
かつ、ガラスの溶融および紡糸が容易であるプリント配
線基板用のガラス繊維を提供することにある。

【００１６】本発明者等は、上記の目的を達成するべく
実験を重ねた結果、特に、ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｂ₂Ｏ₃
−ＲＯ系ガラスが所望の特性を満足することを見出し、
本発明をなすに至った。

【００１７】すなわち、本発明の低誘電率低誘電正接ガ
ラス繊維は、モル％でＳｉＯ₂ ４７．０〜６７．０
％、Ａｌ₂Ｏ₃ ６．０〜１５．０％、Ｂ₂Ｏ₃ １０．０
〜３０．０％、ＭｇＯ６．０〜１１．０％、ＣａＯ
５．０〜９．０％の組成を有し、実質的にアルカリとフ
ッ素を含有せず、かつ、誘電率が５．５以下、誘電正接
が１３×１０^-4以下、紡糸温度が１３９０℃以下、紡糸
温度と液相温度との差が８０℃以上であることを特徴と
する。

【００１８】また、本発明の低誘電率低誘電正接ガラス
繊維は、モル％でＳｉＯ₂ ５０．０〜６５．０％、Ａ
ｌ₂Ｏ₃ ７．０〜１３．０％、Ｂ₂Ｏ₃ １１．０〜２
８．０％、ＭｇＯ６．５〜１０．５％、ＣａＯ５．
５〜８．５％の組成を有し、実質的にアルカリおよびフ
ッ素を含有せず、かつ、誘電率が５．０以下、誘電正接
が１１×１０^-4以下、紡糸温度が１３７０℃以下、紡糸
温度と液相温度との差が１００℃以上であることを特徴
とする。

【００１９】

【作用】本発明に係る低誘電率低誘電正接ガラス繊維の
各成分を上記のように限定したのは次の理由による。

【００２０】ＳｉＯ₂は、ガラスの骨格を形成する成分
であり、かつ、ガラスの誘電率および誘電正接を小さく
する作用があり、その含有量はモル％で４７．０〜６
７．０％、好ましくは５０．０〜６５．０％である。含
有量が４７．０％未満ではその作用効果が得られない。
含有量が６７．０％超では、ガラスの高温粘度が高くな
るためにガラスの溶融性が悪化し、また、プリント配線
基板を作製する際、ドリル加工性が悪化する。

【００２１】Ａｌ₂Ｏ₃は、電気特性を悪化させることな
くガラスの溶融性および失透性を改善する成分である
が、その含有量はモル％で６．０〜１５．０％、好まし
くは７．０〜１３．０％である。含有量が６．０％未満
ではこのような改善効果は得られず、１５．０％超では
ガラスの失透性が増大する。

【００２２】Ｂ₂Ｏ₃は、ガラスの高温粘度を下げる成分
であり、融剤として作用するとともに、ガラスの誘電率
および誘電正接を小さくする作用をも有し、その含有量
はモル％で１０．０〜３０．０％、好ましくは１１．０
〜２８．０％である。含有量が１０．０％未満ではこれ
らの作用効果は得られず、３０．０％超では、ガラスの
溶融時および紡糸時に揮発量が増大して、生産性の悪化
を招き、また、ガラスの耐水性が悪化する。

【００２３】ＭｇＯは、ガラスの高温粘度を下げる作用
のある成分で、融剤としても用いられ、その含有量はモ
ル％で６．０〜１１．０％、好ましくは６．５〜１０．
５％である。含有量が６．０％未満では十分な作用効果
が得られず、１１．０％超では誘電率が大きくなるとと
もに、ガラスが失透し易くなるため好ましくない。

【００２４】ＣａＯは、ＭｇＯとともに融剤として用い
られ、ガラスの高温粘度を下げる作用を有する成分であ
り、その含有量はモル％で５．０〜９．０％、好ましく
は５．５〜８．５％である。含有量が５．０％未満では
十分な作用が得られず、９．０％超では誘電率が大きく
なるために好ましくない。

【００２５】また、本発明では、ガラス中にアルカリが
含まれていると誘電正接が２０×１０^-4を超えてしまう
ため、アルカリは実質的に含まれるべきではない。ただ
し、原料中の不純物に由来するもので、モル％で最大
０．２％程度のアルカリが混入するのは止むを得ない。

【００２６】表１はアルカリがガラスの誘電正接ｔａｎ
δ（×１０^-4）に及ぼす影響を示す。表１によれば、モ
ル％で０．５％のアルカリの存在が誘電正接を著しく増
大させることが判る。

【００２７】

【表１】

【００２８】フッ素は、ガラス製造時に揮発して周辺の
環境を害するために含有しないのが好ましい。

【００２９】本発明においては、さらに、上記成分以外
にも所期のガラス特性を損なわない程度に、ＢａＯ、Ｚ
ｎＯ、ＳｒＯ、ＴｉＯ₂、Ｆｅ₂Ｏ₃、Ｐ₂Ｏ₅、ＳＯ₃、Ａ
ｓ₂Ｏ₃、ＭｏＯ₂等の成分を、合体で３モル％まで含有
することが可能である。

【００３０】

【実施の態様】以下、本発明の低誘電率低誘電正接ガラ
ス繊維を実施例により説明する。

【００３１】表２、表３は、本発明の低誘電率低誘電正
接ガラス繊維の実施例（試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．７）およ
び比較例（試料Ｎｏ．８〜Ｎｏ．９）をそれぞれ示すも
のである。比較例の試料Ｎｏ．８はＥガラス、試料Ｎ
ｏ．９はＤガラスである。

【００３２】

【表２】

【００３３】

【表３】

【００３４】表中の各試料の作製方法は以下の通りであ
る。

【００３５】まず、それぞれ所定の組成になるように調
合したガラス原料５００ｇを白金製のルツボに入れ、電
気炉で約１５８０℃、４時間保持の条件で溶融した。次
いで、この溶融ガラスをカーボン板の上に流し出して板
状に成形した後、徐冷して歪を除去し、試料を作製し
た。

【００３６】このようにして作製した上記の各試料の誘
電率（ε）と、誘電正接ｔａｎδ（×１０^-4）、紡糸温
度、液相温度および紡糸温度と液相温度との差（ΔＴ）
を表に示した。

【００３７】表から明らかなように、実施例であるＮ
ｏ．１〜Ｎｏ．７の各試料はいずれも、誘電率が４．９
以下、誘電正接が１０×１０^-4以下と小さい。しかも紡
糸温度が１３６５℃以下、紡糸温度と液相温度との差が
１１５℃以上であり、紡糸性が良好である。

【００３８】上記実施例に対して、比較例である試料Ｎ
ｏ．８は、紡糸温度が低いが、誘電率および誘電正接の
値がいずれも大きい。また、試料Ｎｏ．９は、紡糸温度
が高く、ガラスの溶融性および紡糸性の点で難がある。

【００３９】なお、表中の誘電率および誘電正接は、各
試料を５０ｍｍ×５０ｍｍ×３ｍｍの寸法に切断して両
面に１０００番サンドペーパーで研磨を施した後に、イ
ンピーダンスアナライザを用いて室温下において周波数
１ＭＨｚでそれぞれの値を測定したものである。

【００４０】紡糸温度は、各試料をアルミナ製のルツボ
に入れて再溶融し、その融液の温度を白金球引上げ法に
よって測定したもので、１０³ポイズの粘度に相当する
温度である。

【００４１】液相温度は、各試料を３００〜５００μｍ
の微片に粉砕して白金製の容器に入れ、温度勾配炉で１
６時間保持した後、失透温度点を測定したものである。

【００４２】

【発明の効果】以上のように、本発明の低誘電率低誘電
正接ガラス繊維は、誘電率が５．５以下、誘電正接が１
３×１０^-4以下とそれぞれ小さいため、信号の高速処理
化への対応が要求されるプリント配線基板の樹脂強化材
としての使用が可能であり、ドリル加工性が良好で、し
かも紡糸温度が１３９０℃以下で、紡糸温度と液相温度
との差が８０℃以上であるためガラスの溶融性および紡
糸性に優れ、ガラス繊維の量産化に適している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4G062 AA05 BB05 CC10 DA05 DA06 DB03 DB04 DC04 DD01 DE01 DF01 EA01 EB01 EC01 ED03 ED04 EE03 EF01 EG01 FA01 FA10 FB01 FC01 FD01 FE01 FF01 FG01 FH01 FJ01 FK01 FL01 GA01 GA10 GB01 GC01 GD01 GE01 HH01 HH03 HH05 HH07 HH09 HH11 HH13 HH15 HH17 HH20 JJ01 JJ03 JJ05 JJ07 JJ10 KK01 KK03 KK05 KK07 KK10 MM15 MM28 NN26

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】モル％で、ＳｉＯ₂ ４７．０〜６７．
０％、Ａｌ₂Ｏ₃ ６．０〜１５．０％、Ｂ₂Ｏ₃ １０．
０〜３０．０％、ＭｇＯ６．０〜１１．０％、ＣａＯ
５．０〜９．０％の組成を有し、実質的にアルカリお
よびフッ素を含まず、かつ、誘電率が５．５以下、誘電
正接が１３×１０^-4以下、紡糸温度が１３９０℃以下、
紡糸温度と液相温度との差が８０℃以上であることを特
徴とする低誘電率低誘電正接ガラス繊維。
【請求項２】モル％で、ＳｉＯ₂ ５０．０〜６５．
０％、Ａｌ₂Ｏ₃ ７．０〜１３．０％、Ｂ₂Ｏ₃ １１．
０〜２８．０％、ＭｇＯ６．５〜１０．５％、ＣａＯ
５．５〜８．５％の組成を有し、実質的にアルカリお
よびフッ素を含まず、かつ、誘電率が５．０以下、誘電
正接が１１×１０^-4以下、紡糸温度が１３７０℃以下、
紡糸温度と液相温度との差が１００℃以上であることを
特徴とする請求項１記載の低誘電率低誘電正接ガラス繊
維。