技術 SCBの誘電特性

誘電率は、外部からの印加電界によって材料内に誘導される電荷量の度合い（分極の度合い）の指標となる物理量です。

誘電率が小さいほど、材料内に誘導される電荷量も小さくなります。
誘電体の誘電率は、分極が発生しない真空の誘電率との比として規格化され、比誘電率（ε_r、Dk）として用いられることが多いです。

材料の比誘電率（ε_r、Dk）は、その材料を使用した電子部品等の電気特性に、影響を与えます。5G以降の次世代モバイル通信機器や、データセンタなどにおいて、通信周波数の高周波化に伴い、回路基板の伝送損失の増大や、レドーム（アンテナカバー）の電波透過性の担保が問題となっています。

また近年の電子機器の高集積化、高出力化に伴い、内部に配置される絶縁材料には、絶縁性の向上が望まれています。従来、これらの用途において、比誘電率（ε_r、Dk）が2～5程度のソリッドな樹脂材料が多く用いられていますが、性能向上のため、より低誘電率な材料の要望が高まっています。

しかし、ソリッドな樹脂材料で、2未満の比誘電率（ε_r、Dk）を達成することは困難でした。

これに対し、当社で開発したSmart Cellular Board（SCB）は、独自の発泡技術により、従来発泡が困難なエンジニアリングプラスチック（エンプラ）やスーパーエンジニアリングプラスチック（スーパーエンプラ）といった、高強度、高耐熱な樹脂を発泡させ、シートとしての剛性と、高い発泡倍率を兼ね備えた、低誘電発泡樹脂材料です。発泡倍率を高めることで、ベースとなるソリッドな樹脂に、比誘電率（ε_r、Dk）が小さい空気を多量に取り込み、材料全体の見掛けの比誘電率（ε_r、Dk）を大きく低減することが可能となります。このような発泡技術を生かした低誘電化により、Smart Cellular Board（SCB）は、ソリッドな樹脂で実現困難な、2未満の非常に低い比誘電率（ε_r、Dk）を実現することが可能となります。

誘電正接（tanδ、Df）は、誘電体に交流電界を印加した際の、電気的なエネルギー損失の度合いを表す指標です。

誘電正接が小さいほど、電気エネルギーの損失の度合いも小さくなります。材料の誘電正接（tanδ、Df）も、比誘電率（ε_r、Dk）と合わせて、その材料を使用した電子部品等の電気特性に、影響を与えます。前項でも挙げましたが、5G以降の次世代モバイル通信機器や、データセンタなどにおいて、通信周波数の高周波化に伴い、回路基板の伝送損失の増大や、レドーム（アンテナカバー）の電波透過性の担保が問題となっています。

これらの用途において、性能向上のため、比誘電率（ε_r、Dk）の低減だけでなく、より誘電正接（tanδ、Df）の低い材料の要望が高まっています。これに対し、当社で開発したSmart Cellular Board（SCB）は、ベースとなるソリッドな樹脂に、空気を多量に取り込むことで、材料全体の見掛けの比誘電率（ε_r、Dk）だけでなく、誘電正接（tanδ、Df）も、大きく低減することが可能となります。

このような発泡技術を生かした低誘電化により、Smart Cellular Board（SCB）は、発泡する前のソリッドな樹脂に比べ、非常に低い誘電正接（tanδ、Df）を実現することが可能となります。

5G以降の次世代モバイル通信等に用いられる高周波基板においては、周波数fが大きくなることで、伝送損失が大きく増大するため、これを抑制する材料が求められます。伝送損失の成分の一つである誘電損失を低減する観点からは、基板の基材となる誘電体に、比誘電率（ε_r、Dk）と誘電正接（tanδ、Df）の低い材料を使用することが重要となります。

また伝送損失の別の成分となる導体損失を低減する観点からは、基板の基材となる誘電体に、比誘電率（ε_r、Dk）の低い材料を使用し、広い回路幅を担保することが重要です。特に、モバイル通信端末等、機器の薄型、軽量化が望まれる用途においては、内蔵される高周波フレキシブル基板（FPC）や高周波フレキシブルフラットケーブル（FFC）の基材として、比誘電率（ε_r、Dk）の低い材料を使用することで、基材を薄肉化した際も、回路の特性インピーダンス^（注）の維持に伴う狭小化が抑制され、導体損失の増大を抑えることが可能です。

従来のソリッドな樹脂材料においては、比誘電率（ε_r、Dk）は樹脂種によりおおよそ決まるため、低減の難易度が特に高く、誘電正接（tanδ、Df）の低減に主眼が置かれることが多いです。

一方で、Smart Cellular Board（SCB）は、発泡技術を利用することで、比誘電率（ε_r、Dk）と誘電正接（tanδ、Df）をどちらも低減することが可能で、両方向から、誘電損失を低減することが可能です。またソリッドな樹脂で実現困難な、2未満の非常に低い比誘電率（ε_r、Dk）を有するため、導体損失に対しても、大きな低減効果が期待できます。

Smart Cellular Board（SCB）の、非常に低い比誘電率（ε_r、Dk）と誘電正接（tanδ、Df）による、誘電損失と導体損失の両方向からの伝送損失低減により、高周波基板の伝送特性を向上させることで、通信機器の消費電力削減が期待できます。

アンテナ機器には、アンテナ内部を保護するための筐体となる、レドーム（アンテナカバー）が設置されます。アンテナが電波を受／発信するに当たり、電波はレドームを通過するため、レドームには優れた電波透過性が求められます。

レドームに電波を入射した際、入射した電波は、空気／レドーム界面での反射成分、レドーム通過時の吸収成分、透過成分に分かれます。電波透過性を改善するためには、反射成分と吸収成分を低減し、透過成分を増やすことが重要です。反射成分低減の観点からは、レドーム材料の比誘電率（ε_r、Dk）を低減し、レドームと空気の特性インピーダンス^（注）の差を小さくすることが重要です。

従来レドーム材料として用いられる、ソリッドな樹脂材料は、比誘電率（ε_r、Dk）が2～5程度と比較的高く、レドーム厚さ、レドームに対する電波の入射角、周波数、アンテナ基板とレドームの距離、等が変化した際、反射の影響を大きく受け、これらを考慮した煩雑な設計が必要となります。これに対し、レドームに比誘電率（ε_r、Dk）の低い材料を適用し、電波の反射を抑制することで、これらの影響を小さくし、設計の自由度を向上させることが可能になります。

また吸収成分低減の観点からは、レドーム材料の比誘電率（ε_r、Dk）と誘電正接（tanδ、Df）を低減することが有効です。Smart Cellular Board（SCB）は、発泡技術を利用することで、ソリッドな樹脂で実現困難な、2未満の非常に低い比誘電率（ε_r、Dk）を有するため、反射成分を大幅な低減と、それに伴うレドーム設計の自由度向上が期待できます。

また誘電正接（tanδ、Df）も低減されているため、吸収成分の低減も可能で、反射成分と吸収成分の両方を抑えることによる、電波透過性の向上が望めます。

近年、機器の小型化、高出力化が検討される中で、それに用いられるモーター内の絶縁性の向上が求められています。モーターの絶縁が不十分だと、内部で短絡し、過電流によるモーターの異常発熱や損傷が発生する恐れがあります。

従来、モーターのスロット周辺の絶縁を担保するため、スロットに挿入する巻き線を保護するスロット絶縁や、スロット内で巻き線を分離する層間絶縁といった、シート状の絶縁材料が用いられていますが、絶縁の観点からは、比誘電率（ε_r、Dk）の低い材料を使用することが重要となります。

Smart Cellular Board（SCB）の持つ、ソリッドな樹脂で実現困難な、2未満の非常に低い比誘電率（ε_r、Dk）により、絶縁材料の絶縁性向上が期待できます。

「Smart Cellular Board」「SCB」は古河電気工業株式会社の登録商標です。