JP2005146009A - 誘電性樹脂組成物及び電子部品 - Google Patents

Abstract

【課題】 比誘電率及び誘電正接などの誘電特性を良好に維持しながら、機械的強度が高く、成形加工性に優れ、小型化及び軽量化することができる誘電性樹脂組成物及び電子部品を得る。
【解決手段】 メジアン径１０μｍ以上の、酸化チタン、チタン酸金属塩、ニオブ酸金属塩、タンタル酸金属塩、ジルコン酸金属塩等の粒状の無機充填材を、好ましくは１０〜９５重量％となるように合成樹脂マトリックス中に含有させたことを特徴とする誘電性樹脂組成物及び電子部品。
【選択図】 図１

Description

本発明は、誘電性樹脂組成物及び電子部品に関する。詳しくは、高周波帯域で高比誘電率と低誘電正接を有し、かつ、機械的強度が高く、成形加工性の優れた誘電性樹脂組成物及び電子部品に関する。

最近における、携帯電話、コードレスホン、自動車電話等の移動体通信機の目覚しい普及、衛星通信機の著しい発達等に伴い、通信信号の周波数の高周波化及び通信機の一層の小型化が望まれている。

ところで、信号の高周波化及び通信機の小型化には、通信機内部に組み込まれたアンテナ基板の比誘電率（εｒ）と誘電正接（ｔａｎδ）という２種の誘電特性が大きく関与する。比誘電率とは誘電体内の分極の程度を示すパラメーターであり、アンテナ基板の比誘電率が高い程、該基板上に形成された回路を伝播する信号の波長が短縮する。従って、該基板の比誘電率を高く設定できれば、回路の短縮化及び小型化を図ることができる。誘電正接とは、誘電体内を伝播する信号が熱に変換されて失われる量を示すパラメーターであり、これが低い程信号の損失が少ない。

合成樹脂は、その易成形性により、家電等の一般的な電子電気機器の部品材料として使用されている。この樹脂に誘電性を付与する目的で、誘電性無機充填材が使用されている（特許文献１など）。しかし、従来の誘電性無機充填材は、樹脂への添加量を増加させれば高比誘電率を得ることができるが、添加量が多くなり、誘電体全体の重量が増加する。また、従来の充填材を添加した樹脂組成物は、成形加工性、機械的強度の点で問題がある。
特開平８−４１２４７号公報

本発明の目的は、比誘電率及び誘電正接などの誘電特性を良好に維持しながら、機械的強度が高く、成形加工性に優れ、小型化及び軽量化することができる誘電性樹脂組成物及び電子部品を提供することにある。

本発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究した結果、無機充填材として、特定の寸法を有する粒状物を合成樹脂マトリックスに配合し成形することにより、比誘電率及び誘電正接などの誘電特性を良好に維持しながら、機械的強度が高く、成形加工性に優れ、かつ小型化及び軽量化することができる誘電性樹脂組成物及び電子部品が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、合成樹脂マトリックス中に、メジアン径１０μｍ以上の粒状無機充填材を含有させたことを特徴とする誘電性樹脂組成物である。

本発明においては、メジアン径１０μｍ以上の粒状無機充填材を用いているので、比誘電率が高くかつ誘電正接が低いという良好な誘電特性を得ることができる。また、成形加工性に優れ、機械的強度が高い誘電性樹脂組成物とすることができる。良好な誘電特性を有しているので、小型化することができ、また配合する粒状無機充填材の量を少なくしても、高い比誘電率を得ることができるので、軽量化することができる。

本発明の電子部品は、上記本発明の誘電性樹脂組成物を成形してなることを特徴としている。本発明の電子部品としては、例えば、アンテナ、コネクター、コンデンサー、センサーなどが挙げられる。

本発明の誘電性樹脂組成物及び電子部品は、比誘電率が高くかつ誘電正接が低いという良好な誘電特性を有し、成形加工性に優れ、機械的強度が高く、小型化、軽量化することができる。

本発明の誘電性樹脂組成物及び電子部品は、高周波帯域での信号の伝達効率が良い。

本発明の誘電性樹脂組成物及び電子部品は、特定の寸法を有する粒状無機充填材の配合量に応じて誘電特性が相関的に変化するので、配合量を調整することにより容易に比誘電率を設定することができる。

本発明の誘電性樹脂組成物及び電子部品は、特定の寸法を有する粒状無機充填材の配合量が少なくても高比誘電率を得ることができるため、小型化及び軽量化を図ることができる。

本発明において、マトリックスとなる合成樹脂としては特に制限されず、公知のものを使用できる。具体的には、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩素化ポリオレフィン、５−メチルペンテン樹脂、環状ポリオレフィン、ポリスチレン、変性ポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレン、ポリフェニレンエーテル、ＡＢＳ樹脂、ポリアミド、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリアセタール、ポリカーボネート、熱可塑性ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、アイオノマー樹脂、ポリエーテルケトン、ポリエーテルニトリル、ポリフェニレンサルファイド、ポリスルホン、ポリエステル、芳香族ポリエステル、液晶ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、熱溶融性フッ素樹脂等の熱可塑性樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、グアナミン樹脂、アミノ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、熱硬化性ポリフェニレンエーテル、トリアジン系樹脂、ポリイミド等の熱硬化性樹脂等を挙げることができる。熱可塑性樹脂としては、環状ポリオレフィン、ポリエーテルイミド、液晶ポリエステル、ポリフェニレンエーテル、変性ポリスチレン、熱溶融性フッ素樹脂、ポリフェニレンサルファイド、熱可塑性ポリイミド、５−メチルペンテン樹脂、シンジオタクチックポリスチレン等が好ましく、また熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、熱硬化性ポリフェニレンエーテル、トリアジン系樹脂、ポリイミド等が好ましい。これらの中でも、１ＧＨｚ以上の高周波帯域における誘電正接が０．０１以下であるものが特に好ましく、具体的には、環状ポリオレフィン、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンエーテル、シンジオタクチックポリスチレン、５−メチルペンテン樹脂、ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリエステル、熱溶融性フッ素樹脂等を挙げることができる。

合成樹脂は１種を単独でまたは２種以上を併用して使用できる。

本発明においては、粒状無機充填材として、特定の寸法を有するものを使用する。この様な特定の粒状無機充填材を用いることにより、合成樹脂に高比誘電率と低誘電正接が付与され、成形加工性が向上し、機械的強度も高く、高周波帯域での信号の伝達効率が良好になる。

本発明における粒状無機充填材は、メジアン径１０μｍ以上の寸法を有するものである。好ましくは、２０μｍ以上、さらに好ましくは、２０〜５００μｍ以上である。メジアン径が１０μｍ未満であると、高比誘電率、低誘電正接が得られず、また、機械的強度が低く、小型化及び軽量化された誘電性樹脂組成物及び電子部品を得ることが困難である。本発明において粒状無機充填材のメジアン径は、レーザー回折式粒度分布測定装置により測定することができる。メジアン径は、５０体積％における累積径である。

粒状無機充填材の配合量は特に制限されず、比誘電率や誘電正接の設定値、組成物の用途に応じて広い範囲から適宜選択できるが、通常、組成物全量の１０〜９５重量％程度、好ましくは３０〜９０重量％程度、さらに好ましくは５０〜８５重量％程度とすればよい。

本発明において使用し得る粒状無機充填材としては、上記特定の寸法を有するものであれば特に限定されないが、例えば、酸化チタン、チタン酸金属塩、ニオブ酸金属塩、タンタル酸金属塩、ジルコン酸金属塩等が挙げられる。

チタン酸金属塩の具体例としては、例えば、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウムストロンチウム、チタン酸バリウムカルシウム、チタン酸バリウムマグネシウム、チタン酸カルシウムマグネシウム等のアルカリ土類金属塩、チタン酸バリウムビスマス、チタン酸バリウムネオジム等のアルカリ土類金属原子の一部が他の金属に置換したチタン酸金属塩、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ニオブ酸鉛マグネシウム等のチタン酸の一部が他の金属に置換したチタン酸金属塩等を挙げることができ、１種を単独でまたは２種以上を併用して使用できる。

上記のチタン酸金属塩の中でも、チタン酸アルカリ土類金属塩が好ましくは、さらに、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウムストロンチウム、チタン酸バリウムカルシウム、チタン酸バリウムマグネシウム、チタン酸カルシウムマグネシウム等の２種以上のアルカリ土類金属を含むものが特に好ましい。

ニオブ酸金属塩の具体例としては、例えば、ニオブ酸ソーダ、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸鉛、ニオブ酸カドミウム等を挙げることができ、１種を単独でまたは２種以上を併用して使用できる。

タンタル酸金属塩の具体例としては、例えば、タンタル酸リチウム、タンタル酸ソーダ、タンタル酸カリウム、タンタル酸ルビジウム、タンタル酸鉛等を挙げることができ、１種を単独でまたは２種以上を併用して使用できる。

ジルコン酸金属塩の具体例としては、例えば、ジルコン酸バリウム、ジルコン酸カルシウム、ジルコン酸ストロンチウム、ジルコン酸マグネシウム等を挙げることができ、１種を単独でまたは２種以上を併用して使用できる。

粒状無機充填材には、該充填材の合成樹脂への分散性を高める目的で、表面処理剤による処理を施してもよい。表面処理剤としては公知のものが使用でき、例えば、シランカップリング剤、チタネート系カップリング剤等のカップリング剤を挙げることができる。また、表面処理剤の使用量は特に制限されないが、通常、本発明組成物の誘電特性及び物理的特性を損なわれない範囲とすればよい。

本発明の誘電性樹脂組成物及び電子部品には、その誘電特性及び物理的特性を損なわない範囲で、公知の樹脂用添加剤を加えてもよい。該添加剤の具体例としては、例えば、補強材、紫外線吸収剤、帯電防止剤、表面処理剤、相溶化剤、熱伝導改良剤、潤滑性向上剤、着色剤、染料、酸化防止剤、可塑剤、界面活性剤、難燃剤、メッキ特性改良剤等を挙げることができる。

本発明の電子部品は、上記の合成樹脂と特定の寸法を有する粒状無機充填材を公知の方法に従って混合、成形することにより製造することができる。例えば、射出成形、押出成形、圧縮成形、注型成形等の公知の方法に従って、所望の形状の電子部品とすることができる。

本発明の誘電性樹脂組成物及び電子部品においては、例えば特定の寸法を有する粒状無機充填材の配合量を適宜変化させることにより、所望の比誘電率及び誘電正接に設定することができるが、通常、比誘電率を２０以上、誘電正接を０．０５以下とすることが好ましい。

また、本発明の誘電性樹脂組成物及び電子部品を耐熱性が要求される用途に適用する場合には、１８．５ｋｇ／ｃｍ²荷重下の荷重たわみ温度を１３０℃以上に設定するのが好ましい。

〔合成例１〜３〕
炭酸バリウム５６．８３ｇ、炭酸ストロンチウム４２．５１ｇ、及び酸化チタン４６．０２ｇの３種類の粉末（Ｂａ／Ｓｒ／Ｔｉ＝０．５／０．５／１ モル比）を溶媒にエタノールを用い、ボールミルにより２４時間の混合を行った。混合終了後の粉末分散溶液は粉末と、ボール及びエタノールとを分離し、粉末は１１０℃、１２時間の乾燥を行い、原料として用いた。乾燥した粉末はアルミナるつぼに入れ、電気炉を用いて１３００℃、２４時間の焼成を行った。焼成を行った粉末はアルミナ乳鉢で粉砕を行いながら、篩に通し、表１に示すような粒子の大きさを調整した粉末を得た。結果を表１に示す。

〔合成例４〜７〕
合成例１と同様に炭酸バリウム、炭酸ストロンチウム、及び酸化ニオブを原料として、これらの混合比（Ｂａ／Ｓｒ／Ｎｂ＝０．５／０．５／２ モル比）となるように混合して焼成し粉砕後、篩にて粒子の大きさを調整した。結果を表１に示す。

〔合成例８〜１０〕
合成例１と同様に炭酸カルシウム及び酸化チタンを混合比（Ｃａ／Ｔｉ＝１／１ モル比）となるように混合して焼成し粉砕後、篩にて粒子の大きさを調整した。結果を表１に示す。

〔実施例１〜７及び比較例１〜３〕
合成例１〜１０の粒状無機充填材をラボプラストミル（株式会社東洋精機製作所製）を用いてポリエチレンに８０重量％となるように添加して試料を作製した。得られた試料の誘電特性をネットワークアナライザーを用い、空胴共振器法にて測定した。結果を表２に示す。

表２に示すように、メジアン径が１０μｍ以上である粒状無機充填材を含有させた実施例１〜７においては、比較例１〜３に比べ、高い比誘電率が得られている。また、比較例１に用いた粒状無機充填材を多量に配合することにより、実施例１〜７に示すような高い比誘電率を得ようとすると、誘電正接が実施例のものより高くなる。従って、本発明によれば、比誘電率が高く、かつ誘電正接が低い誘電性樹脂組成物とすることができる。

〔実施例８〜１４及び比較例４〜６〕
ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂として、商品名「フォートロンＷ２０３Ａ」（ポリプラスチックス株式会社販売）を用い、これに合成例３で製造したチタン酸バリウムストロンチウム、合成例１０で製造したチタン酸カルシウム、及び合成例１で製造したチタン酸バリウムストロンチウムを、それぞれ表３及び表４に示す配合割合となるように混合した。具体的には、二軸押出機（日本製鋼所株式会社製、ＴＥＸ４４）を用い、シリンダ温度３２０℃にて、フォートロンＷ２０３Ａを溶融した後、各フィラーを途中添加（サイドフィード）する方法にてストランドカットを行い、各樹脂ペレットを作製した。これらのペレットを、射出成形機（日精樹脂工業株式会社製、ＦＳ−１５０）を用いてシリンダ温度３２０℃、金型温度１５０℃にて射出成形を行い、各成形物の物性評価を行った。その結果を表３（実施例）及び表４（比較例）に示す。

ここに示す比誘電率及び誘電正接は、ネットワークアナライザーを用い、空胴共振器法にて測定を行った。

引張強度は、ＪＩＳ Ｋ−７１１３、曲げ強度及び曲げ弾性率は、ＪＩＳ Ｋ−７２０３、アイゾット衝撃強さ（ノッチ付き）は、ＪＩＳ Ｋ−７１１０により測定した。

表３より、樹脂に対する粒状無機充填材の充填量が増加すると、比誘電率が飛躍的に増大することがわかる。このことから、粒状無機充填材の充填量を調整することにより、任意の比誘電率を有する誘電性樹脂組成物及び電子部品が得られることがわかる。

表３及び表４より、同じ充填量のものを比較すると、比較例のチタン酸バリウムストロンチウムより実施例のチタン酸バリウムストロンチウムの方が、比誘電率が高く、機械的強度が高いことがわかる。このことより、同じ比誘電率の電子部品を得ようとする場合には、実施例の誘電性樹脂組成物を使用すると、無機充填材の充填量は少なくてよく、電子部品の軽量化を実現できることがわかる。

〔実施例１５〜１７〕
熱硬化性樹脂として、フェノール型エポキシ樹脂（大日本インキ化学工業株式会社製、ＥＰＣＬＯＮ８５０）を用い、合成例３で製造したチタン酸バリウムストロンチウムをそれぞれ表５に示す配合割合となるように混合し、充分攪拌分散させた後、硬化剤としてメタキシリンジアミンを１５ｐｈｒ（エポキシ樹脂１００重量部に対し、１５重量部）添加して、さらに攪拌後、真空脱泡した。次いで、得られた樹脂組成物をフッ素樹脂シートの上に厚さ３ｍｍのスペーサーを周囲において、流延して３時間室温に放置後、１３０℃で３時間硬化させた。得られた硬化物について誘電特性を測定した。結果を表５に示す。

〔実施例１８〜２１〕
実施例９、１０、１３及び１４の樹脂組成物を用い、共振周波数が４３０ＭＨｚ帯となるような図１に示すパッチアンテナを作製した。図１において、１は誘電体基板を示し、２は給電点を示す。アンテナの寸法を表６に示す。作製したアンテナについて、ネットワークアナライザーを用い、共振周波数ｆ₀及び電圧定在波比ＶＳＷＲを測定した。測定結果を表６に示す。

表６に示す結果から明らかなように、本発明の誘電体樹脂組成物を用いることにより、アンテナ基材等の電子部品において比誘電率の高いものが得られることがわかる。従って、従来の樹脂組成物では作製することが困難であった、小型のアンテナが作製可能となることがわかる。

〔実施例２２〜２６及び比較例７〜８〕
合成例１〜７の充填材を用い、実施例８〜１４で用いたポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂に、これらの充填材を、混合した樹脂組成物の成形品（成形品寸法：９０ｍｍ×５０ｍｍ×３ｍｍ）の比誘電率（εｒ）が２０となるように配合した。この時の成形品の重量を表７に示す。

表７に示す結果から明らかなように、本発明に従い、メジアン径１０μｍ以上の粒状無機充填材を用いることにより、軽量化できることがわかる。

本発明の実施例において作製したパッチアンテナを示す斜視図。

符号の説明

１…誘電体基板
２…給電点

Claims (5)

1. 合成樹脂マトリックス中に、メジアン径１０μｍ以上の粒状無機充填材を含有させたことを特徴とする誘電性樹脂組成物。
2. 粒状無機充填材が酸化チタン、チタン酸金属塩、ニオブ酸金属塩、タンタル酸金属塩、及びジルコン酸金属塩から選ばれる１種または２種以上であることを特徴とする請求項１に記載の誘電性樹脂組成物。
3. 粒状無機充填材の配合量が、１０〜９５重量％であることを特徴とする請求項１または２に記載の誘電性樹脂組成物。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘電性樹脂組成物を成形してなることを特徴とする電子部品。
5. アンテナ、コネクター、コンデンサー、またはセンサーであることを特徴とする請求項４に記載の電子部品。