DE102009031494A1

DE102009031494A1 - Härtbare Kunstharzzusammensetzung, halogenfreies Kunstharzsubstrat und halogenfreie zusammengesetzte gedruckte Leiterplatte

Info

Publication number: DE102009031494A1
Application number: DE102009031494A
Authority: DE
Inventors: Kazunori Kounosu-shi Kitamura; Yukihiro Kounosu-shi Koga; Kiyoshi Kounosu-shi Sato
Original assignee: San Ei Kagaku Co Ltd
Current assignee: San Ei Kagaku Co Ltd
Priority date: 2008-07-10
Filing date: 2009-07-02
Publication date: 2010-01-14
Anticipated expiration: 2029-07-03
Also published as: TW201008992A; JP5344394B2; MY162500A; DE102009031494B4; JP2010037544A; US20100006324A1; KR20100007745A; TWI396709B; US8232477B2; CN101624463A; KR101102274B1; CN101624463B

Abstract

Bei einer härtbaren Kunstharzzusammensetzung, die ein anorganisches Füllmittel enthält, ist der mittlere Teilchendurchmesser des anorganischen Füllmittels 1 µm oder kleiner und der Gehalt an anorganischem Füllmittel 50 Gew.-% oder kleiner. Die härtbare Kunstharzzusammensetzung kann bei umweltfreundlichen, halogenfreien Kunstharzsubstraten (1) als Durchgangslöcher (4) verschließende härtbare Kunstharzzusammensetzung für zusammengesetzte gedruckte Leiterplatten mit einem Kontaktloch-auf-Kontaktloch-Aufbau (9) mit übereinanderliegenden Kontaktlöchern (10) verwendet werden, um eine hohe Rissfestigkeit und ausgezeichnete Isolierungs- und Verbindungseigenschaften zu erhalten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine härtbare Kunstharzzusammensetzung sowie ein Kernsubstrat mit geschlossenen Löchern und eine gedruckte Leiterplatte mit geschlossenen Löchern. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Löcher verschließende, härtbare Kunstharzzusammensetzung für ein Kunstharzsubstrat, das keine Halogenatome enthält (ein halogenfreies Kunstharzsubstrat), ein halogenfreies Kunstharzsubstrat, das mit des ausgehärteten Produkt der Kunstharzzusammensetzung gefüllt ist, und eine halogenfreie zusammengesetzte gedruckte Leiterplatte, die mit dem halogenfreien Kunstharzsubstrat hergestellt wird.
Unter dem Gesichtspunkt der Entflammbarkeit werden für das Kernsubstrat von gedruckten Leiterplatten bisher oft halogenierte Kunstharzsubstrate wie bromierte Epoxidharzsubstrate und dergleichen verwendet.
Angesichts der damit verbundenen Umweltprobleme (insbesondere wegen des beim Verbrennen entstehenden Dioxins) werden neuerdings halogenfreie Kunstharzsubstrate wie Epoxidharzsubstrate und dergleichen den halogenierten Kunstharzsubstraten vorgezogen.
Die herkömmlichen Löcher verschließenden Kunstharztinten sind so ausgelegt und zusammengesetzt, daß der lineare Ausdehnungskoeffizient des ausgehärteten Produkts klein ist, damit in den gedruckten Leiterplatten keine Risse auftreten (siehe z. B. das japanische Patent Nr. 3739600 ).
Bei der Untersuchung von zusammengesetzten gedruckten Leiterplatten mit einer Kontaktloch-auf-Kontakloch-Struktur (das heißt einem Aufbau, bei dem über einem Kontaktloch wieder genau ein Kontaktloch liegt) wurde jedoch festgestellt, daß, wenn drei oder mehr Schichten aufeinandergelegt wurden (das heißt bei einer Kontaktloch-Stapelstruktur) beim Füllen der durchgehenden Öffnungen mit der herkömmlichen Kunstharztinte nach deren Aushärten die Rißeigenschaften und verschiedene Zuverlässigkeitsfaktoren (die Isolierzuverlässigkeit, die Verbindungszuverlässigkeit und dergleichen) stark eingeschränkt waren. Wenn die zusammengesetzte gedruckte Leiterplatte einem Kalt/Heiß-Zyklustest unterworfen wurde, traten in der Nähe der äußeren Schicht und in der Umgebung der übereinander liegenden, durchgehenden Kontaktlöcher bereits bei einer kleinen Anzahl von Kalt/Heiß-Zyklen Risse im dazwischenliegenden Isoliermaterial auf (Bezugszeichen 14 in der 2 der Zeichnung), und die Kupferschichten der Leiterbahnen sowie die Kupferbeschichtung in den durchkontaktierten Löchern zeigten Unterbrechungen (Bezugszeichen 15 in der 2).
Angesichts dieser Nachteile ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Löcher verschließende, härtbare Kunstharzzusammensetzung für umweltfreundliche, halogenfreie Kunstharzsubstrate und dergleichen, ein Kernsubstrat und eine zusammengesetzte gedruckte Leiterplatte mit verschlossenen Löchern und mit einem Kontaktloch-auf-Kontaktloch-Aufbau (insbesondere einem Kontaktloch-Stapel-Aufbau) zu schaffen, bei der bzw. bei dem die Rißfestigkeit groß ist und die Isolierungs/Verbindungseigenschaften ausgezeichnet sind.
Gemäß einem ersten Aspekt umfaßt die vorliegende Erfindung eine härtbare Kunstharzzusammensetzung, die ein anorganisches Füllmittel enthält, wobei der mittlere Teilchendurchmesser des anorganischen Füllmittels 1 μm oder kleiner ist und der Gehalt an anorganischem Füllmittel 50 Gew.-% oder kleiner ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bei der härtbaren Kunstharzzusammensetzung der mittlere Teilchendurchmesser des anorganischen Füllmittels 0,1 μm oder kleiner, und der Gehalt an dem anorganischen Füllmittel beträgt 10 bis 50 Gew.-%.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist bei der härtbaren Kunstharzzusammensetzung nach dem ersten oder zweiten Aspekt das ausgehärtete Produkt in wenigstens einer Richtung einen mittleren linearen Ausdehnungskoeffizienten von 50 × 10^–6/K (ppm/K) oder mehr auf.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist bei der härtbaren Kunstharzzusammensetzung nach dem ersten oder zweiten Aspekt das ausgehärtete Produkt in wenigstens einer Richtung einen mittleren linearen Ausdehnungskoeffizienten von 65 bis 100 × 10^–6/K (ppm/K) auf.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bei der härtbaren Kunstharzzusammensetzung nach einem der ersten bis vierten Aspekte die härtbare Kunstharzzusammensetzung dazu verwendet, eine Öffnung in einem Kernsubstrat zu füllen.
Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bei der härtbaren Kunstharzzusammensetzung nach dem fünften Aspekt das Kernsubstrat ein halogenfreies Kunstharzsubstrat.
Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bei der härtbaren Kunstharzzusammensetzung nach dem fünften oder sechsten Aspekt das Kernsubstrat dazu verwendet, eine zusammengesetzte gedruckte Leiterplatte herzustellen.
Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist bei der härtbaren Kunstharzzusammensetzung nach dem siebten Aspekt die zusammengesetzte gedruckte Leiterplatte einen Kontaktloch-auf-Kontaktloch-Aufbau auf.
Gemäß einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist bei der härtbaren Kunstharzzusammensetzung nach dem siebten Aspekt die zusammengesetzte gedruckte Leiterplatte einen Aufbau mit übereinanderliegenden Kontaktlöchern auf.
Gemäß einem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bei der härtbaren Kunstharzzusammensetzung nach einem der fünften bis neunten Aspekte der mittlere lineare Ausdehnungskoeffizient des ausgehärteten Produkts in der Richtung der Z-Achse des Kernsubstrats um 25 × 10^–6/K (ppm/K) oder mehr größer als der mittlere lineare Ausdehnungskoeffizient des Kernsubstrats.
Gemäß einem elften Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält bei der härtbaren Kunstharzzusammensetzung nach einem der ersten bis zehnten Aspekte die härtbare Kunstharzzusammensetzung 40 bis 80 Gew.-% eines härtbaren Kunstharzes und 1 bis 10 Gew.-% eines Härters.
Gemäß einem zwölften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bei der härtbaren Kunstharzzusammensetzung nach einem der ersten bis elften Aspekte das härtbare Kunstharz ein Epoxidharz.
Ein dreizehnter Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Kernsubstrat, bei dem wenigstens ein Lochabschnitt mit dem ausgehärteten Produkt der härtbaren Kunstharzzusammensetzung nach einem der ersten bis zwölften Aspekte gefüllt ist.
Ein vierzehnter Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt das Kernsubstrat nach dem dreizehnten Aspekt, wobei das Kernsubstrat ein halogenfreies Kunstharzsubstrat ist.
Ein fünfzehnter Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt das Kernsubstrat nach dem dreizehnten oder vierzehnten Aspekt, wobei das Kernsubstrat zur Herstellung einer zusammengesetzten gedruckten Leiterplatte verwendet wird.
Ein sechzehnter Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt das Kernsubstrat nach dem fünfzehnten Aspekt, wobei die zusammengesetzte gedruckte Leiterplatte einen Kontaktloch-auf-Kontaktloch-Aufbau aufweist.
Ein siebzehnter Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt das Kernsubstrat nach dem fünfzehnten Aspekt, wobei die zu sammengesetzte gedruckte Leiterplatte einen Aufbau mit übereinanderliegenden Kontaktlöchern aufweist.
Ein achtzehnter Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine gedruckte Leiterplatte mit dem Kernsubstrat nach einem der dreizehnten bis siebzehnten Aspekte.
Ein neunzehnter Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt die gedruckte Leiterplatte nach dem achtzehnten Aspekt, wobei die gedruckte Leiterplatte ist zusammengesetzte gedruckte Leiterplatte ist.
Ein zwanzigster Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt die gedruckte Leiterplatte nach dem neunzehnten Aspekt, wobei die zusammengesetzte gedruckte Leiterplatte einen Kontaktloch-auf-Kontaktloch-Aufbau aufweist.
Ein einundzwanzigster Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt die gedruckte Leiterplatte nach dem neunzehnten Aspekt, wobei die zusammengesetzte gedruckte Leiterplatte einen Aufbau mit übereinanderliegenden Kontaktlöchern aufweist.
Mit der vorliegenden Erfindung wird somit eine Löcher verschließende, härtbare Kunstharzzusammensetzung geschaffen, die vorzugsweise für umweltfreundliche halogenfreie Kunstharzsubstrate und dergleichen verwendet werden kann. Mit der vorliegenden Erfindung wird darüberhinaus eine zusammengesetzte gedruckte Leiterplatte mit geschlossenen Löchern und mit einem Kontaktloch-auf-Kontaktloch-Aufbau (insbesondere einem Aufbau mit übereinanderliegenden Kontaktlöchern) geschaffen, die eine hohe Rißfestigkeit aufweist und bei der die Isolierungs- und Verbindungseigenschaften ausgezeichnet sind.
Im folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Schnittansicht einer zusammengesetzten gedruckten Leiterplatte mit einer vierstufig gestapelten Kontaktlochstruktur auf beiden Seiten;
2 eine Schnittansicht des Zustands, bei dem nach dem Aufheizen der zusammengesetzten gedruckten Leiterplatte eine Isolierungs-Zwischenschicht Risse aufweist und eine Kupferschicht gebrochen ist; und
3 eine Schnittansicht eines axialen Abschnitts in der Umgebung eines Durchgangslochs nach dem Aufheizen der zusammengesetzten gedruckten Leiterplatte.
Die weiter unten verglichenen Beispiele 1 und 2 und Vergleichsbeispiele 1 bis 4 von zusammengesetzten gedruckten Leiterplatten entsprechen der Schnittansicht der 1.
Es folgt nun die Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform.
Die härtbare Kunstharzzusammensetzung der vorliegenden Ausführungsform umfaßt ein anorganisches Füllmittel. Eine Funktion des anorganischen Füllmittels ist es, den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des ausgehärteten Produkts einzustellen. Beispiele für das anorganische Füllmittel sind Bariumverbindungen [Bariumsulfat, Bariumtitanat und dergleichen], Silikazusammensetzungen [Silikonpulver, Silikonoxidpulver, amorphes Silika, Quarzglas, undefiniertes Silika, Kristallsilika und dergleichen], Kalziumverbindungen [Kalziumkarbonat, Kalziumsilikat und dergleichen], Magnesiumverbindungen [Magnesiumkarbonat, Magnesiumhydroxid und dergleichen], Zinkverbindungen [Zinkhydroxid, Zinkborat, Zinkmolybdat und dergleichen], Zirkonverbindungen [Zirkonsilikat, Zirkonoxid und dergleichen], Aluminiumhydroxid, Kaliumtitanat, Oxide [Titanoxid, Zinkoxid, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Berylliumoxid und dergleichen], Nitride [Aluminiumnitrid, Siliziumnitrid, Bornitrid und dergleichen], Karbide [Siliziumkarbid und dergleichen], Metalle [Kupfer, Silber, Lot und dergleichen], Diamant, Ton, Talkum, Glimmer, Beryllerde, Zirkondioxid, Zirkon, Forsterit, Steatit, Spinell, Mullit, Titandioxid und dergleichen. Das Füllmittel kann auch aus Mischungen solcher Stoffe bestehen. Vorzugsweise umfaßt das anorganische Füllmittel Bariumsulfat, amorphes Silika, Titanoxid, Zinkoxid, Aluminiumoxid, Kalziumkarbonat und dergleichen.
Der mittlere Teilchendurchmesser des anorganischen Füllmittels beträgt 1 μm oder weniger, vorzugsweise 0,1 μm oder weniger. Am besten liegt der mittlere Teilchendurchmesser im Bereich vom 0,01 bis 0,1 μm.
Der Anteil an anorganischem Füllmittel beträgt 50 Gew.-% oder weniger. Vorzugsweise liegt der Anteil an anorganischem Füllmittel im Bereich von 10 bis 50 Gew.-% und am besten im Bereich von 25 bis 45 Gew.-%.
Wenn der mittlere Teilchendurchmesser des Füllmittels oder der Anteil an Füllmittel übermäßig groß ist, ist der mittlere lineare Ausdehnungskoeffizient des ausgehärteten Produkts übermäßig klein, so daß der gewünschte bevorzugte mittlere lineare Ausdehnungskoeffizient, der noch beschrieben wird, nicht erhalten werden kann. Der mittlere Teilchendurchmesser und der Anteil an anorganischem Füllstoff wird deshalb so eingestellt und ausgewählt, daß der gewünschte Effekt erhalten wird.
Beispiele für die härtbare Kunstharzzusammensetzung der vorliegenden Ausführungsform umfassen thermisch aushärtende Kunstharzzusammensetzungen, lichtaushärtende Kunstharzzusammensetzungen, zweistufig thermisch-thermisch (in Hitze-Hitze) aushärtende Kunstharzzusammensetzungen, zweistufig licht-thermisch (unter Licht/Hitze) aushärtende Kunstharzzusammensetzungen und dergleichen.
Beispiele für den Aushärtungstyp der härtbaren Kunstharzzusammensetzung der vorliegenden Ausführungsform sind die anionische Polymerisation, die kationische Polymerisation (einschließlich der kationischen Hitze-Polymerisation und der kationischen Licht-Polymerisation), die Hitze-Radikal-Polymerisation, die Licht-Radikal-Polymerisation, Kombinationen von wenigstens zwei Arten davon (mehrstufige Polymerisationen) und dergleichen.
Beispiele für das härtbare Kunstharz in der härtbaren Kunstharzzusammensetzung der vorliegenden Ausführungsform sind Epoxidharze, Oxetanharze, Phenolharze, Aminoharze, unge sättigte Polyesterharze, Diallylphthalatharze, Polyacrylharze, Urethanharze, zweistufig thermisch-thermisch (in Hitze-Hitze) aushärtende Kunstharze, zweistufig licht-thermisch (unter Licht/Hitze) aushärtende Kunstharze und dergleichen. Wenigstens eines dieser Harze kann verwendet werden. Das härtbare Kunstharz ist vorzugsweise ein Epoxidharz.
Beispiele für das Epoxidharz sind Bisphenol-Epoxidharze (vom A-Typ, AD-Typ, F-Typ, S-Typ und dergleichen), Novolac-Epoxidharze, Cresol-Novolac-Epoxidharze, Phenol-Novolac-Epoxidharze, Polyphenol-Glycidylether, alizyklisches Epoxidharz, Biphenyl-Epoxidharz, Diphenylether-Epoxidharz, Dicyclopentadien-Epoxidharz, Fluoren-Epoxidharz, Naphthalen-Epoxidharz, Glycidylamin-Epoxidharz, Glycidylester-Epoxidharz und dergleichen. Wenigstens eine Art davon kann verwendet werden.
Das Epoxidharz kann bei Zimmertemperatur im flüssigen Zustand oder im festen Zustand sein. Vorzugsweise wird festes Epoxidharz verwendet, das in einem Lösungsmittel wie einem Epoxidmonomer und dergleichen gelöst wird. Beispiele für das Epoxidmonomer sind monofunktionale Epoxidverbindungen [n-Butylglycidylether, Phenylglycidylether und dergleichen], Polyalkohol-Diglycidylether [Butandioldiglycidylether und dergleichen], Triglycidylether [Trimethylolpropantriglycidylether, N,N,O-Trisglycidyl-p-Aminophenol und dergleichen]. Wenigstens eine Art davon kann verwendet werden.
Beispiele für das Oxetanharz sind zum Beispiel 3-Ethyl-3-Hydroxymethyloxetan, 1,4-Vis-[(3-Ethyl-3-Oxetanyl)-Methoxy]-Methylbenzol, 3-Ethyl-3-(Phenoxymethyl)-Oxetan, Di-[1-Ethyl-(3-Oxetanyl)]-Methylether, 3-Ethyl-3-(2-Ethylhexyloxymethyl)-Oxetan, 3-Ethyl-3-[3-(Triethoxyl)-Propoxy]-Methyloxetan und Oxetanyl-Silsesquioxan und dergleichen. Wenigstens eine Art davon kann verwendet werden.
Beispiele für das Phenolharz sind Harze, bei denen zusätzlich eine Kondensationsreaktion mit Phenolen und Aldehyden erfolgt ist. Beispiele für das Phenol sind zum Beispiel Phenol, Cresol, Xylenol, Nonylphenol, Octylphenol und der gleichen. Beispiele für die Aldehyde sind zum Beispiel Formaldehyd, Acetaldehyd und dergleichen. Spezielle Beispiele für die Phenolharze sind zum Beispiel Phenolnovolakharze, Cresolnovolakharze, Triphenolmethanharze, denaturierte Terpenphenolharze, denaturierte Dicyclopentadienphenolharze, Phenolaralkylharze (mit einem Phenylengerüst), Naphtholaralkylharze und dergleichen. Wenigstens eine Art davon kann verwendet werden.
Beispiele für die Aminoharze sind Harze, die durch eine Kondensationspolymerisation von Aminozusammensetzungen mit Aldehyden und dergleichen erhalten werden. Beispiele für Aminozusammenssetzungen sind zum Beispiel Melamin, Harnstoff, Benzoguanamin, Acetoguanamin, Steroguanamin, Spiroguanamin, Dicyandiamid und dergleichen. Beispiele für die Aldehyde sind zum Beispiel Formaldehyd, Acetaldehyd und dergleichen. Wenigstens eine Art davon kann verwendet werden.
Beispiele für die ungesättigten Polyesterharze sind Harze, die durch eine Dehydrations-Kondensationsreaktion von Dicarbonsäure mit Diol und dergleichen erhalten werden. Beispiele für die Dicarbonsäuren sind zum Beispiel Terephthalsäure, 2,6-Naphthalendicarbonsäure und dergleichen. Beispiele für das Diol sind zum Beispiel Ethylenglycol, 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 1-4-Cyclohexandimethanol und dergleichen. Spezielle Beispiele für ungesättigte Polyesterharze sind zum Beispiel Polyethylenterephthalat, Polytrimethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polyethylennaphthalat, Polybutylennaphthalat und dergleichen. Wenigstens eine Art davon kann verwendet werden.
Beispiele für das Diallylphthalatharz sind zum Beispiel Diallylorthophthalatmonomere, die aus Phthalanhydrid oder Isophthalsäure und Allylchlorid und dergleichen synthetisiert werden, Diallylisophthalatmonomere, Diallylterephthalatmonomere, Vorpolymere, bei denen etwa 10 bis 30 dieser Monomere polymerisiert sind, und dergleichen. Wenigstens eine Art davon kann verwendet werden.
Beispiele für Acrylatharze sind zum Beispiel die Harze, die durch eine Dehydrations-Kondensationsreaktion von Epoxidharz mit Acrylsäure erhalten werden, Copolymere von Acrylaten und Glycidylacrylat und dergleichen. Wenigstens eine Art davon kann verwendet werden.
Beispiele für Urethanharze sind aromtaische Urethanharze, die durch eine Polyadditionsreaktion von Isocyanatharzen wie Tolylendiisocyanat mit einer Verbindung mit einer Hydroxylgruppe erhalten werden, aliphatische Urethanharze, die durch eine Polyadditionsreaktion von aliphatischen Isocyanaten mit einer Verbindung mit einer Hydroxylgruppe erhalten werden, und dergleichen. Wenigstens eine Art davon kann verwendet werden.
Beispiele für zweistufig thermisch-thermisch (in Hitze-Hitze) aushärtende Harze und zweistufig licht-thermisch (unter Licht/Hitze) aushärtende Harze sind ”Epoxidharze mit einem hinzugefügten ungesättigten Fettsäureabschnitt”, wie es im japanischen Patent Nr. 3911690 und in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2003-105061 beschrieben ist. Das Epoxidharz mit einem hinzugefügten ungesättigten Fettsäureabschnitt ist vorzugsweise rohes Epoxidharz mit einem zu 20 bis 80%, insbesondere 40 bis 60% der Gesamtzahl von Epoxidgruppen im Epoxidharz zugefügten ungesättigten Fettsäureabschnitt. Spezielle Beispiele für Epoxidharze mit einem hinzugefügten ungesättigten Fettsäureabschnitt sind Novolac-Epoxidharze, denen (Meta)-Acrylsäure [Phenol-Novolac-Epoxidharz mit hinzugefügten 20 bis 80% Acrylsäure, Cresol-Novolac-Epoxidharz mit hinzugefügten 40 bis 60% Acrylsäure und dergleichen], Tris-Phenyl-Methan-Epoxidharz mit hinzugefügten 40 bis 60% Acrylsäure, Novolac-Typ-Epoxidharz Bisphenol A mit hinzugefügten 20 bis 80% Methacrylsäure, Dicyclopentadien-Phenol-Epoxidharz mit hinzugefügten 20 bis 80% Methacrylsäure, Phenol-Novolac-Epoxidharz mit hinzugefügten 40 bis 60% Crotonsäure und dergleichen. Wenigstens eine Art davon kann verwendet werden.
Die härtbare Kunstharzzusammensetzung der vorliegenden Ausführungsform wird in der Regel mit einem Härter gemischt. Spezielle Beispiele für Härter sind latente Härter [Dicyandiamid, Härter der Imidazolreihe (Imidazol, 2-Methylimidazol, 2-Isopropylimidazol, 2-n-Heptadecylimidazol und dergleichen), Melaminderivate, Salicylsäurehydrazid, Adipinsäurehydrazid, Terephthalsäuredihydrazid, Isophthalsäuredihydrazid, Sebacinsäuredihydrazid, Eicosandiaciddihydrazid, 4,4'-Diamindiphenylsulfon, 3,3'-Diamindiphenylsulfon, 1,1-Bis-(4-Hydroxyphenyl)-Cyclohexan, 4,4'-Dihydroxybenzophenon, 4,4'-(1,3-Phenylendiisopropyliden)-Bisphenol, 4,4'-Sulfonyldiphenol, 4,4'-Biphenol, N,N-Dialkylharnstoffderivate, N,N-Dialkylthioharnstoffderivate und dergleichen], polybasische saure (Anhydrid-)Härter [(Anhydrid-)Phthalsäure, (Anhydrid-)Maleinsäure, (Anhydrid-)Trimellithsäure, (Anhydrid-)Chlorendicsäure und dergleichen], Aminhärter [Ethylendiamin, Trimethylendiamin, Tetramethylendiamin, Diethylentriamin und dergleichen], Phenolhärter [Phenol-Novolak, Cresol-Novolak, 2-(Dimethylaminomethylphenol), 2,4,6-Tris-(Dimethylaminomethyl)-Phenol und dergleichen], Imidazolinhärter [2-Methylimidazolin, 2-Phenylimidazolin und dergleichen], Amidhärter [Polyamide, die durch Kondensation von Dimersäure und Polyamin erhalten werden, und dergleichen], Esterhärter [aktivierte Carbonylverbindungen wie Carboxylsäurearyl und Thioarylester und dergleichen], Harnstoffhärter [butylierter Harnstoff, butylierter Thioharnstoff und dergleichen], Phosphorhärter [Ethylphosphin, Phenylphosphin, Dimethylphosphin, Diphenylphosphin und dergleichen], Oniumsalzhärter [Aryldiazoniumsalz, Diaryliodoniumsalz, Triarylsulfoniumsalz], aktive Silikaverbindungs-Aluminiumkomplexe [Triphenysilanol-Aluminiumkomplex, Triphenyl-Methoxysilan-Aluminiumkomplex und dergleichen], anionische Polymerisationskatalysatoren [Trialkylaluminium, Dialkylzink, Phosphorsäure und dergleichen, Butyllithium, Natriumnaphthalen, Lithiumalkoxid und dergleichen].
Weitere Beispiele für solche Härter sind kationische Polymerisationskatalysatoren [Bortrifluorid, komplexes Bortrifluorid, Zinntetrachlorid, AlCl₃, Trifluoressigsäure, BF₃(C₂H₅OH)₂, Metallhalogene, Amine und dergleichen], kationische Licht-Polymerisationskatalysatoren [Triarylsulfoniumsalz, Triaryliodoniumsalz, Bis-(Dodecylphenyi)-Hexafluorantimonat, Aryldiazoniumsalz, Diaryliodoniumsalz, Benzylsulfoniumsalz, Phosphoniumsalz und dergleichen], Wärme-Radikal-Polymerisationskatalysatoren [organische Peroxide wie Keton-Peroxid, Hydro-Peroxid, Peroxyketal, Diacylperoxid, Dialkylperoxid, Peroxydicarbonat, Peroxyester und dergleichen, Azobisisobutyronitril (AIBN) und dergleichen], Licht-Radikal-Polymerisationskatalysatoren [Acetophenonderivatverbindungen wie 4-(2-Hydroxyethoxy)-Phenyl-(2-Hydroxy-2-Propyl)-Keton, Methoxyacetophenon und dergleichen, Benzoinetherverbindungen wie Benzoinethylether, Benzoinpropylether und dergleichen, Ketalderivatverbindungen wie Benzyldimethylketal und dergleichen, Ketonhalide und dergleichen]. Wenigstens eine Art davon kann verwendet werden.
Der Härter wird entsprechend der Härtungsart, der Art des härtbaren Kunstharzes und dergleichen ausgewählt. Bei zum Beispiel einer anionischen Polymerisation ist zum Beispiel Epoxidharz das härtbare Kunstharz, und der Härter kann zum Beispiel ein Imidazolhärter, ein Aminhärter, ein mehrbasiger saurer (Anhydrid-)Härter, ein Phenolhärter und dergleichen sein. Bei einer kationischen Wärmepolymerisation kann zum Beispiel Epoxidharz oder Oxetanharz das härtbare Kunstharz sein, wobei dann der Härter ein kationischer Polymerisationskatalysator und dergleichen sein kann. Bei einer kationischen Lichtpolymerisation kann zum Beispiel Epoxidharz oder Oxetanharz das härtbare Kunstharz sein, wobei dann der Härter ein kationischer Licht-Polymerisationskatalysator und dergleichen sein kann. Bei einer Licht-Radikal-Polymerisation kann zum Beispiel Acrylatharz oder Urethanharz das härtbare Kunstharz sein, wobei dann der Härter ein Licht-Radikal-Polymeri sationskatalysator und dergleichen sein kann. Bei einer Wärme-Radikal-Polymerisation kann zum Beispiel Acrylatharz oder Urethanharz das härtbare Kunstharz sein, wobei dann der Härter Peroxid und dergleichen sein kann. Bei einer zweistufigen Polymerisation werden die Härter entsprechend den jeweiligen Polymerisationsarten gemeinsam verwendet.
Zu der härtbaren Kunstharzzusammensetzung der vorliegenden Ausführungsform können zusätzlich zu den oben erwähnten Substanzen ein oder mehrere Farbstoffe, Viskositätseinstellmittel, Thixotropmittel, Antischaummittel (Polydimethylsiloxan, eine denaturierte Silikonart, eine Fluorinart, eine Polymerart, ein Oberflächenmittel, eine Emulsionsart und dergleichen) hinzugefügt werden. Es können des weiteren Egalisierungsmittel, Haftmittel, Photosensitivierungsmittel, organische Füllstoffe, Entformungsmittel, Oberflächenbehandlungsmittel, Flammhemmer, Weichmacher, antibakterielle Mittel, pilzhemmende Mittel, Stabilisierungsmittel, Antioxidantien, fluoreszierende Substanzen und dergleichen hinzugefügt werden.
Vorzugsweise enthält die Mischung der härtbaren Kunstharzzusammensetzung der vorliegenden Ausführungsform 40 bis 80 Gewichts-% des härtbaren Kunstharzes, insbesondere 50 bis 65 Gewichts-% des härtbaren Kunstharzes, und 1 bis 10 Gewichts-% eines Härters, insbesondere 2 bis 6 Gewichts-% eines Härters.
Wenn der Anteil des härtbaren Kunstharzes zu klein ist, steigt der Anteil des Füllmittels relativ dazu an, so daß der mittlere lineare Ausdehnungskoeffizient des ausgehärteten Produkts kleiner wird. Wenn dagegen der Anteil des härtbaren Kunstharzes zu groß ist, kann das ausgehärtete Produkt bei der Wärmebehandlung in einem nachfolgenden Prozeß mit einem übermäßig großen mittleren linearen Ausdehnungskoeffizienten aufquellen.
Das ausgehärtete Produkt aus der oben beschriebenen härtbaren Kunstharzzusammensetzung weist vorzugsweise den folgenden mittleren linearen Ausdehnungskoeffizienten auf. Der bevorzugte mittlere lineare Ausdehnungskoeffizient (in 10^–6/K oder ppm/K) des ausgehärteten Produkts beträgt vorzugsweise in wenigstens einer Richtung bei einer Temperatur unterhalb des Glasübergangspunktes Tg 50 × 10^–6/K (50 ppm/K) oder mehr, besser noch 65 bis 100 × 10^–6/K (65 bis 100 ppm/K) und am besten 70 bis 80 × 10^–6/K (70 bis 80 ppm/K).
Es wird nun der Grund dafür beschrieben, warum der mittlere lineare Ausdehnungskoeffizient des ausgehärteten Produkts der Kunstharzzusammensetzung in wenigstens einer Richtung definiert wird. Wenn die härtbare Kunstharzzusammensetzung zum Beispiel zum Verschließen eines Durchgangslochs in einem Kernsubstrat verwendet wird, reicht es aus, den mittleren linearen Ausdehnungskoeffizienten des ausgehärteten Produkts der Kunstharzzusammensetzung nur in der Richtung der Z-Achse des Kernsubstrats zu betrachten, und es ist nicht erforderlich, die mittleren linearen Ausdehnungskoeffizienten in den radialen Richtungen zu kontrollieren. Mit anderen Worten ist, wenn das ausgehärtete Produkt der härtbaren Kunstharzzusammensetzung zumindest in einer Richtung einen mittleren linearen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der gleich oder größer ist als ein vorgegebener Wert, es nicht erforderlich, den mittleren linearen Ausdehnungskoeffizienten in einer anderen Richtung noch besonders zu kontrollieren. Wenn das ausgehärtete Produkt der härtbaren Kunstharzzusammensetzung im mittleren linearen Ausdehnungskoeffizienten eine Anisotropie aufweist, kann die Richtung, in der der mittlere lineare Ausdehnungskoeffizient die erwähnte Bedingung erfüllt, als die Z-Achsen-Richtung festgelegt werden. Der Fachmann kann die Anpassung auf der Basis der Bedingungen, unter denen das ausgehärtete Produkt erhalten wird, ohne weiteres ausführen.
Ob der ”mittlere lineare Ausdehnungskoeffizient in wenigstens einer Richtung” in einen vorgegebenen Bereich fällt, kann auf die folgende Weise festgestellt werden. Zuerst wird ein Durchgangsloch in einem Kernsubstrat mit dem ausgehärteten Produkt verschlossen und dann der mittlere lineare Ausdehnungskoeffizient des ausgehärteten Produkts in der Axialrichtung (d. h. der Dickenrichtung) des Kernsubstrats bestimmt und bewertet. Wenn der erhaltene Wert in den vorgegebenen Bereich fällt, wird damit bestätigt, daß die härtbare Kunstharzzusammensetzung, die zu dem ausgehärteten Produkt geführt hat, die vorgegebene Bedingung erfüllt. In einem besonderen Vorgang kann der mittlere lineare Ausdehnungskoeffizient in Richtung der Z-Achse des ausgehärteten Produkts, das das Durchgangsloch verschließt, mittels einer thermomechanischen Analyse (TMA) bestimmt werden. Alternativ kann ein ausgehärtetes Produkt, dessen Form der Form des das Loch verschließenden ausgehärteten Produkts entspricht (d. h. ein stiftförmiges ausgehärtetes Produkt), separat ausgebildet werden und dann der mittlere lineare Ausdehnungskoeffizient in Richtung der Z-Achse des ausgehärteten Produkts bestimmt und bewertet werden.
Wenn die aushärtbare Kunstharzzusammensetzung der vorliegenden Beschreibung zum Füllen der Löcher des Kernsubstrats verwendet wird, ist vorzugsweise der mittlere lineare Ausdehnungskoeffizient des ausgehärteten Produkts in der Richtung der Z-Achse und bei einer Temperatur unterhalb der Glasübergangstemperatur Tg größer als der mittlere lineare Ausdehnungskoeffizient des Kernsubstrats, vorzugsweise um 10 × 10^–6/K (10 ppm/K) oder mehr größer als dieser, besser noch um etwa 25 bis 40 × 10^–6/K (25 bis 40 ppm/K) größer als dieser und am besten um etwa 25 bis 30 × 10^–6/K (25 bis 30 ppm/K) größer als dieser. Vorzugsweise werden der mittlere Teilchendurchmesser und der Gehalt an anorganischem Füllmittel entsprechend der Art des Kernsubstrats so ausgewählt und eingestellt, daß diese Bedingung erfüllt ist.
Die aushärtbare Kunstharzzusammensetzung der vorliegenden Beschreibung weist in der Regel bei 25°C eine Viskosität von 10 bis 50 Pa·s und vorzugsweise eine Viskosität von 20 bis 40 Pa·s auf.
Die aushärtbare Kunstharzzusammensetzung der vorliegenden Beschreibung wird entsprechend der Aushärtungsart und dergleichen ausgehärtet, sie wird zum Beispiel durch Aufheizen auf 100 bis 200°C und/oder durch Bestrahlen mit Licht einer Wellenlänge von 320 bis 400 nm und dergleichen ausgehärtet.
Bei dem Kernsubstrat 1 (1) der vorliegenden Beschreibung wird wenigstens ein Loch mit dem ausgehärteten Produkt 3 der ausgehärteten Kunstharzzusammensetzung gefüllt. Vorzugsweise wird für das Kernsubstrat 1 ein Substrat aus einem halogenfreien Kunstharz 2 verwendet, das für die Umwelt keine Belastung darstellt. Ein solches Kernsubstrat kann zum Beispiel ein EP-(Epoxid)-Kunstharzsubstrat, ein PI-(Polyimid)-Kunstharzsubstrat, ein BT-(Bismaleimid-Triazin)-Kunstharzsubstrat, ein PPE-(Polyphenylenether)-Kunstharzsubstrat oder ein Substrat [ein Glas-BT-Substrat, ein Glas-EP-Substrat mit hohem Tg (FR-4, FR-5 und dergleichen)] sein, das aus diesen Kunstharzen und Glasfasern (einem gewebten oder nichtgewebten Glasfaserstoff) oder organischen Fasern (Polyamidfasern und dergleichen) besteht. Das Kernsubstrat 1 ist vorzugsweise ein EP-Kunstharzsubstrat.
Das Kernsubstrat 1 weist wenigstens eine Öffnung oder ein Loch auf. Die Öffnung kann eine durchgehende Öffnung, eine nicht durchgehende Öffnung, eine Vertiefung und dergleichen sein (insbesondere ein Durchgangsloch, eine Kontaktloch, ein teilweises Loch, eine Vertiefung zwischen Schaltungen und dergleichen). In der Regel ist die Öffnung ein Durchgangsloch 4 mit einem Lochdurchmesser von 0,05 bis 0,3 mm (μm). Die Oberflächen der Wände des Loches können eine Beschichtung aufweisen. Die Endflächen des gefüllten Lochabschnitts können einem Planarprozeß unterworfen werden oder mit einem Leiter abgedeckt werden. Zum Beispiel können die Endflächen eines gefüllten Durchgangslochs 4 mit einer äußeren deckelartigen Beschichtung 5 mit einer Dicke von 10 bis 20 μm abgedeckt werden.
Das Kernsubstrat 1 kann an den Oberflächen oder im Inneren mit Leiterschichten für Schaltungen und dergleichen versehen sein. Das Kernsubstrat 1 kann teilweise oder zur Gänze mit einer leitenden Substanz beschichtet sein. Es kann aus einem Laminat (einem kupferbeschichteten Laminat und dergleichen) bestehen, bei dem eine oder beide Oberflächen zum Beispiel mit einem Leiter bedeckt sind.
Das Kernsubstrat 1 kann aus einer einzigen Schicht bestehen oder mehrere Schichten umfassen. Es kann ein zusammengesetztes Substrat sein, bei dem zumindest zwei Kernsubstrate direkt oder über eine weitere Schicht aufeinanderlaminiert sind.
Die gedruckte Leiterplatte der vorliegenden Beschreibung enthält wenigstens ein solches Kernsubstrat.
Die gedruckte Leiterplatte kann aus einer einzigen Schicht bestehen oder mehrere Schichten umfassen. Eine gedruckte Mehrlagen-Leiterplatte wird durch ein Aufbauverfahren mit einem gleichzeitigen Heißpressverfahren oder durch eines der anderen Herstellungsverfahren zum Herstellen einer gedruckten Mehrlagen-Leiterplatte hergestellt.
Die gedruckte Leiterplatte kann zusätzlich zu dem Lochabschnitt des Kernsubstrats wenigstens einen davon verschiedenen Lochabschnitt aufweisen.
Im folgenden wird beispielhaft eine aus mehreren Lagen aufgebaute gedruckte Leiterplatte genauer beschrieben. Die gedruckte Mehrlagen-Leiterplatte umfaßt auf einer oder auf beiden Seiten des Kernsubstrats 1 eine aus jeweils einer oder mehreren Aufbauschichten 8 zusammengesetzte Schicht 7.
Das Kernsubstrat 1 ist zum Beispiel ein Kernsubstrat mit einem gefüllten Lochabschnitt (einem gefüllten Durchgangsloch 4 und dergleichen), dessen Endoberflächen mit der deckelartigen Beschichtung 5 abgedeckt sind. Die Dicke des Kernsub strats beträgt in der Regel 0,1 bis 5,0 mm, vorzugsweise 0,2 bis 1,6 mm und am besten 0,4 bis 1,0 mm.
Auf wenigstens einer Oberfläche des Kernsubstrats 1 ist die zusammengesetzte Schicht 7 aus wenigstens einer Lage einer der Aufbauschichten 8 ausgebildet. Oft ist die zusammengesetzten Schicht 7 aus zwei bis zehn Lagen oder Aufbauschichten 8 ausgebildet. In der Regel ist die zusammengesetzten Schicht 7 aus drei bis acht Lagen oder Aufbauschichten 8 zusammengesetzt. Die Dicke einer solchen Lage oder Aufbauschicht 8 der zusammengesetzten Schicht 7 beträgt in der Regel 20 bis 100 μm, vorzugsweise 30 bis 80 μm und am besten 40 bis 60 μm pro Lage. Die einzelnen Lagen der Aufbauschichten 8 bestehen zum Beispiel aus einer folienartigen Epoxidharzzusammensetzung in einem B-Stufen-Zustand, einem Prepreg und dergleichen. Jede der Aufbauschichten 8 kann mit Leiterschichten 6 für Schaltungen und dergleichen versehen sein. Die Leiterschichten 6 können elektrisch miteinander verbunden sein.
Die zusammengesetzte gedruckte Leiterplatte weist vorzugsweise einen Kontaktloch-auf-Kontaktloch-Aufbau 9 auf, so daß der Verbindungsraum klein ist und der Verdrahtungsbereich groß. Mit übereinandergelegten Kontaktlöchern lassen sich viele Vorteile erzielen. Der Kontaktloch-auf-Kontaktloch-Aufbau 9 kann sich zum Beispiel genau über der deckelartigen Beschichtung 5 eines Lochabschnitts des Kernsubstrats 1 befinden.
Ein Kontaktloch kann ein gefülltes Kontaktloch oder ein konformes Kontaktloch sein. Für den Kontaktloch-auf-Kontaktloch-Aufbau 9 sind gefüllte Kontaktlöcher 10 geeignet. Ein gefülltes Kontaktloch 10 kann flache Endflächen und Leiterschichten für Schaltungen und dergleichen auf den Endflächen aufweisen. Der Kontaktlochdurchmesser beträgt zum Beispiel 30 bis 100 μm. Mittels einer nichtelektrolytischen oder elektrolytischen Beschichtung kann die Lochfüllung gegebenenfalls unter Verwendung eines Wachstumsinhibitors und/oder eines Wachstumspromoters beschichtet werden.
Die zusammengesetzte gedruckte Leiterplatte mit übereinandergelegten Kontaktlöchern weist eine ausgezeichnete Rißfestigkeit und damit eine ausgezeichnete Verbindungszuverlässigkeit auf. Wenn zum Beispiel 100 Verkettungen von Kontaktlöchern einem Kälte/Hitze-Zyklustest von –65°C bis +150°C unterworfen werden, treten auch dann keine Risse auf, wenn der Kälte/Hitze-Zyklus tausendmal und öfter wiederholt wird. Das Ergebnis ist, daß die Veränderung des Leiterwiderstands auf ±5% begrenzt bleibt.
Beispiele
<Herstellung einer härtbaren Kunstharzzusammensetzung für eine Durchgangsloch-Verschlußpaste>
• Beispiele 1 und 2 und Vergleichsbeispiele 1 bis 4
Nachdem die Komponenten der Mischungen entsprechend den in der Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzungen vorgemischt und dispergiert wurden, wurden sie in einer Dreiwalzenmühle weiter vermischt und dadurch die einzelnen Durchgangsloch-Verschlußpasten der Beispiele 1 und 2 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 hergestellt.
<Messung von Tg und des mittleren linearen Ausdehnungskoeffizienten des ausgehärteten Produkts>
Jede der Durchgangsloch-Verschlußpasten der Beispiele 1 und 2 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 wurde in eine Form gegeben und in einem Warmluft-Umlauftrockenofen zuerst bei 110°C für 60 Minuten vorgehärtet und dann bei 150°C für 30 Minuten vollständig ausgehärtet, um so jeweils ein ausgehärtetes Produkt zu erzeugen, das im mittleren linearen Ausdehnungskoeffizienten isotrop ist. Das ausgehärtete Produkt wurde mittels einer Werkzeugmaschine wie einer Drehbank bearbeitet, um scheibenförmige Teststücke mit einem Durchmesser von 8 mm und einer Dicke von 1,5 mm herzustellen. Die Glasüber gangstemperatur Tg und der mittlere lineare Ausdehnungskoeffizient der einzelnen Teststücks wurden mittels einer thermomechanischen Analyse (TMA) bestimmt.
Dabei wurde jedes der Teststücke auf eine Quarzunterlage gesetzt und mit dem Teststück eine Sonde unter einer konstanten Belastung von 0,4 kp (kgf) in Kontakt gebracht. Die Probe wurde mit einer Rate von 10°C/min von –60°C auf 300°C aufgeheizt. Während des Aufheizens wurden die Verschiebung (Null zu Beginn des Aufheizens) der Sonde und die Temperatur alle 0,1 Sekunden gemessen. Die so erhaltenen Daten für die Temperatur und die Verschiebung wurden aufgezeichnet, um eine entsprechende Kurve zu erhalten. Der Wendepunkt der Kurve, der die Temperatur Tg angibt, wurde mittels der Tangenten an die Kurve ermittelt.
Der mittlere lineare Ausdehnungskoeffizient wurde aus den Temperatur- und Verschiebungsdaten von zwei Punkten auf der Kurve errechnet, wobei ein Meßpunkt bei einer Temperatur unter Tg lag und der andere bei einer Temperatur über Tg. Die Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse für die Beispiele 1 und 2 und die Vergleichsbeispiele 1 bis 4.
<Herstellung der zusammengesetzten gedruckten Leiterplatten der Beispiele 1 und 2 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 4>
Zuerst wurden die beschichteten und durchkontaktierten Durchgangslöcher (Lochdurchmesser: 150 μm) in Epoxidharzsubstraten mit einer Dicke von 0,4 mm (”ELC-4765GF” von Sumimoto Bakelite Co., Ltd; thermischer Ausdehnungskoeffizient in der Richtung der Z-Achse: 40 × 10^–6/K (40 ppm/K)) mit den Durchgangsloch-Verschlußpasten der Beispiele 1 und 2 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 durch ein Siebdruckverfahren verschlossen. Die Pasten wurden durch Aufheizen des Kernsubstrats 1 auf 150°C für 60 Minuten ausgehärtet. Ausgehärtetes Harz, das an der Vorder- und Rückseite des Substrats vorstand, wurde durch Polieren mit einem Keramikschleifer entfernt, so daß die beiden Oberflächen des Kernsubstrates 1 flach waren. Beide Oberflächen des Kernsubstrats 1 wurden vollständig mit Kupfer beschichtet und anschließend nicht benötigte Teile der Kupferbeschichtung durch Ätzen wieder entfernt, so daß auf beiden Oberflächen des Kernsubstrats 1 ein Muster aus einer deckelartigen Beschichtung 5 der Durchgangslöcher 4 (Dicke der Beschichtung 20 μm) und einer Schaltung (Dicke der Leiter ebenfalls 20 μm) ausgebildet wurde.
Auf beide Oberflächen des Kernsubstrats 1 wurde dann jeweils eine Epoxidharz-Isolierschicht für eine Aufbauschicht 8 (Dicke: 65 μm) aufgepreßt. Über der deckelartigen Beschichtung 5 der Durchgangslöcher 4 im Kernsubstrat 1 wurden mit einem Laserbohrer Kontaktlöcher 10 (Durchmesser: 80 μm) ausgebildet. Durch eine Kupferbeschichtung der ganzen Oberfläche und Entfernen nicht benötigter Teile davon wurden dann die Kontaktlöcher 10 mit Kupfer gefüllt und beschichtet. Dadurch wurde in einer ersten Stufe auf beiden Seiten des Kernsubstrats 1 jeweils eine Aufbauschicht 8 mit einem Muster aus gefüllten Kontaktlöchern 10 und einer Leiterschicht 6 für eine Schaltung ausgebildet (Beschichtungsdicke: 15 μm).
Durch Wiederholen dieser Prozesse wurden auf der Vorderseite und der Rückseite des Kernsubstrats 1 jeweils vier sol cher Aufbauschichten 8 ausgebildet. Auf der Vorder- und der Rückseite der so entstehenden zusammengesetzten gedruckten Leiterplatte wurden mittels eines Lotresistfilms 11 und durch Beschichten mit Nickel/Gold und Lot in den Kontaktabschnitten Kontakthöcker 12 ausgebildet. Dadurch wurden die zusammengesetzten gedruckten Leiterplatten mit übereinanderliegenden Kontaktlöchern der Beispiele 1 und 2 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 hergestellt (siehe 1).
Die zusammengesetzte gedruckte Leiterplatte hat eine Gesamtdicke von 0,95 mm. Die zusammengesetzte gedruckte Leiterplatte hat einen solchen Aufbau, daß jeweils die äußerste Schicht auf einer Seite über insgesamt 46 Verkettungen durch Durchgangslöcher mit der äußersten Schicht auf der anderen Seite verbunden ist.
<Bewertungstest für die Eigenschaften der zusammengesetzten gedruckten Leiterplatten>
Die Verbindungszuverlässigkeit der zusammengesetzten gedruckten Leiterplatten der Beispiele 1 und 2 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 wurde wie folgt bewertet. Die Anzahl der Proben für jede der zusammengesetzten gedruckten Leiterplatten war 25 Stück.
Zuerst wurden die Werte für den anfänglichen Leiterwiderstand der zusammengesetzten gedruckten Leiterplatten gemessen. Dann wurden nach einer Vorbehandlung (JEDEC Level 3 + dreimal 260°C Max Reflow) die zusammengesetzten gedruckten Leiterplatten einem Kalt/Heiß-Zyklustest (–65°C/5 Minuten auf +150°C/5 Minuten) unterworfen. Alle 200 Zyklen wurden bis hin zu 1000 Zyklen die Werte für den Leiterwiderstand gemessen. Wenn das Änderungsverhältnis für den Leiterwiderstand (= (Ausmaß der Änderung des Leiterwiderstands)/(Anfangswert des Leiterwiderstands) × 100) ± 5% erreichte, wurde die entsprechende Leiterplatte als ”defekt” bewertet. Die Tabelle 2 zeigt die Anzahl der Proben, die als defekt festgestellt wurden, und das Änderungsverhältnis für den Leiterwiderstand (Mittelwert).
Die Tabelle 2 zeigt, daß bei den jeweils 25 Proben der Beispiele 1 und 2 auch nach 1000 Kalt/Heiß-Zyklen keine der zusammengesetzten gedruckten Leiterplatten einen Defekt aufwies und daß bei diesen Leiterplatten das Änderungsverhältnis des Leiterwiderstands kleiner ist als 3%. Bei diesen Leiterplatten ist somit das Leiterverhalten sehr stabil.
Bei den jeweils 25 Proben der herkömmlichen Vergleichsbeispiele 1 bis 4 waren dagegen nach 1000 Kalt/Heiß-Zyklen 13 bis 24 der 25 zusammengesetzten gedruckten Leiterplatten defekt, und das Änderungsverhältnis des Leiterwiderstands überstieg bei diesen Leiterplatten bereits nach 600 bis 800 Kalt/Heiß-Zyklen 4 Bei diesen herkömmlichen Leiterplatten ist somit das Leiterverhalten sehr instabil.
[Ursache]
Die Rißfestigkeit und damit die Verbindungszuverlässigkeit ist bei den zusammengesetzten gedruckten Leiterplatten mit aufeinanderliegenden Kontaktlöchern der Beispiele 1 und 2 ausgezeichnet, bei denen das Kernsubstrat aus einem halogenfreien Kunstharz ist und das ausgehärtete Produkt, mit dem das Durchgangsloch des Kernsubstrats gefüllt ist, einen großen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat. Es wird angenommen, daß der Grund dafür folgender ist (siehe 3):
Wenn die zusammengesetzte gedruckte Leiterplatte aufgeheizt wird, erfolgt eine thermische Ausdehnung. Es wird angenommen, daß ein Riß auftritt, wenn nach der thermischen Ausdehnung der Unterschied Δ (= Δ₁ + Δ₂) zwischen der Dicke T₁ der Kunstharzschicht und der Dicke T₂ des Durchgangslochabschnitts in axialer Richtung 16 sehr groß ist. Mit Δ₁ wird der Dickenunterschied auf der einen Seite und mit Δ₂ der Dickenunterschied auf der anderen Seite bezeichnet.
Der Unterschied Δ wird vom Unterschied zwischen dem Ausmaß der Ausdehnung der Kunstharzschicht und dem Ausmaß der Ausdehnung des Durchgangslochabschnitts in der axialen Richtung der Z-Achse verursacht. Das heißt es ist Δ = (Ausmaß der Ausdehnung der Kunstharzschicht) – (Ausmaß der Ausdehnung des Durchgangslochabschnitts in axialer Richtung).
In der Richtung der Z-Achse ist das (Ausmaß der Ausdehnung der Kunstharzschicht) = (Ausmaß der Ausdehnung der zusammengesetzten Kunstharzschicht 7) + (Ausmaß der Ausdehnung des Kunstharzes 2 des Kernsubstrats 1).
Außerdem ist in der Richtung der Z-Achse das (Ausmaß der Ausdehnung des Durchgangslochabschnitts in axialer Richtung 16) = (Ausmaß der Ausdehnung der Füllung des Kontaktlochs 10) + (Ausmaß der Ausdehnung des das Durchgangsloch verschließenden ausgehärteten Produkts 3).
Die thermische Ausdehnung eines Kunstharzes ist in der Regel größer als die von Metallen. Entsprechend ist sowohl das Ausmaß der Ausdehnung der aus den Aufbauschichten 8 zusammengesetzten Kunstharzschicht 7 als auch das Ausmaß der Ausdehnung des Kunstharzes 2 des Kernsubstrats 1 größer als das der Füllung der Kontaktlöcher 10. Eine Unterdrückung der thermischen Ausdehnung des halogenfreien Kunstharzes 2 des Kernsubstrats 1 ist schwieriger als eine Unterdrückung der thermischen Ausdehnung des Kunstharzes im Durchgangsloch 4, so daß sich das Kernsubstrat 1 aus einem halogenfreien Kunstharz 2 stärker ausdehnt als der Kontaktlochabschnitt der zusammengesetzten gedruckten Leiterplatte.
Das Ausmaß der Ausdehnung des das Durchgangsloch verschließenden ausgehärteten Produkts 3, das heißt dessen linearer Ausdehnungskoeffizient, muß daher erhöht werden, um den Unterschied Δ zu verringern. Bei den herkömmlichen Füllkunstharzen wird jedoch meist darauf geachtet, daß der thermische Ausdehnungskoeffizient des ausgehärteten Produkts klein ist, um das Auftreten von Rissen zu verhindern.
Wenn mit dem herkömmlichen Füllkunstharz eine zusammengesetzte gedruckte Leiterplatte hergestellt wird, wird daher der Unterschied Δ größer, wenn das Kernsubstrat zum Beispiel aus einem halogenfreien Kunstharz besteht. Da der Unterschied Δ proportional zur Dicke der zusammengesetzten Schichten an steigt, das heißt proportional zur Anzahl der Schichten, übersteigt der Unterschied Δ schnell die Grenze, ab der Risse auftreten, wenn die Kontaktlöcher von drei und mehr Schichten übereinanderliegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 3739600 [0004]
- JP 3911690 [0051]
- JP 2003-105061 [0051]

Claims

Härtbare Kunstharzzusammensetzung, die ein anorganisches Füllmittel enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Teilchendurchmesser des anorganischen Füllmittels 1 μm oder kleiner ist, und daß der Gehalt an anorganischem Füllmittel 50 Gew.-% oder kleiner ist.
Härtbare Kunstharzzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Teilchendurchmesser des anorganischen Füllmittels 0,1 μm oder kleiner ist, und daß der Gehalt an dem anorganischen Füllmittel 10 bis 50 Gew.-% beträgt.
Härtbare Kunstharzzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das ausgehärtete Produkt (3) der härtbaren Kunstharzzusammensetzung in wenigstens einer Richtung einen mittleren linearen Ausdehnungskoeffizienten von 50 × 10^–6/K oder mehr aufweist.
Härtbare Kunstharzzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das ausgehärtete Produkt (3) in wenigstens einer Richtung einen mittleren linearen Ausdehnungskoeffizienten von 65 bis 100 × 10^–6/K aufweist.
Härtbare Kunstharzzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die härtbare Kunstharzzusammensetzung dazu verwendet wird, eine Öffnung in einem Kernsubstrat (1) zu füllen.
Härtbare Kunstharzzusammensetzung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernsubstrat (1) aus einem halogenfreien Kunstharz (2) besteht.
Härtbare Kunstharzzusammensetzung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernsubstrat (1) dazu ver wendet wird, eine zusammengesetzte gedruckte Leiterplatte herzustellen.
Härtbare Kunstharzzusammensetzung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammengesetzte gedruckte Leiterplatte einen Kontaktloch-auf-Kontaktloch-Aufbau (9) aufweist.
Härtbare Kunstharzzusammensetzung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammengesetzte gedruckte Leiterplatte einen Aufbau mit übereinanderliegenden Kontaktlöchern (10) aufweist.
Härtbare Kunstharzzusammensetzung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere lineare Ausdehnungskoeffizient des ausgehärteten Produkts (3) in der Richtung der Z-Achse des Kernsubstrats um 25 × 10^–6/K oder mehr größer ist als der mittlere lineare Ausdehnungskoeffizient des Kernsubstrats (1).
Härtbare Kunstharzzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die härtbare Kunstharzzusammensetzung 40 bis 80 Gew.-% eines härtbaren Kunstharzes und 1 bis 10 Gew.-% eines Härters enthält.
Härtbare Kunstharzzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das härtbare Kunstharz ein Epoxidharz ist.
Kernsubstrat, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Lochabschnitt im Kernsubstrat mit dem ausgehärteten Produkt (3) der härtbaren Kunstharzzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 gefüllt ist.
Kernsubstrat nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernsubstrat (1) aus einem halogenfreien Kunstharz (2) besteht.
Kernsubstrat nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernsubstrat (1) zur Herstellung einer zusammengesetzten gedruckten Leiterplatte verwendet wird.
Kernsubstrat nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammengesetzte gedruckte Leiterplatte einen Kontaktloch-auf-Kontaktloch-Aufbau (9) aufweist.
Kernsubstrat nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammengesetzte gedruckte Leiterplatte einen Aufbau mit übereinanderliegenden Kontaktlöchern (10) aufweist.
Gedruckte Leiterplatte, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Kernsubstrat nach einem der Ansprüche 13 bis 17 umfaßt.
Gedruckte Leiterplatte nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die gedruckte Leiterplatte eine zusammengesetzte gedruckte Leiterplatte ist.
Gedruckte Leiterplatte nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammengesetzte gedruckte Leiterplatte einen Kontaktloch-auf-Kontaktloch-Aufbau (9) aufweist.
Gedruckte Leiterplatte nach dem Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammengesetzte gedruckte Leiterplatte einen Aufbau mit übereinanderliegenden Kontaktlöchern (10) aufweist.