JP2002156359A - プリント配線板用絶縁材料のイオンマイグレーション発生評価試験方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】プリント配線板用絶縁材料におけるイオンマイ
グレーションの発生の可能性を有効的に確実に検出する
イオンマイグレーション発生評価方法を提供すること。 【解決手段】プリント配線板絶縁材料で薄膜を形成し、
前記薄膜の片面に電極を浸した電解液を接触させ、他の
片面に他の電極を浸した純水を接触させ、前記電解液に
浸した電極に直流電圧のプラス側の端子を接続し、前記
純水に浸した電極に直流電圧のマイナス側の端子を接続
し、両電極間に直流電流を流しながら、前記純水のイオ
ン濃度を検出するプリント配線板用絶縁材料のイオンマ
イグレーション発生評価試験方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリント配線板に
用いられる絶縁材料に於けるイオンマイグレーションの
発生の可能性を評価するイオンマイグレーション発生評
価方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プリント配線板は、各種製品のエレクト
ロニクス化の拡大と共にその使用量が増大しており、ま
たその用途もコンピュータ、通信機器等に使用される産
業用プリント配線板から、パーソナルコンピュータ、携
帯電話、デジタルカメラ等に使用される民生用プリント
配線板等、多様化している。

【０００３】これらのプリント配線板においては、製品
の高機能化、軽薄短小化等のニーズの要請に従って、導
体ラインの細線化、導体ライン間隔のより一層の縮小化
が促進されている。

【０００４】このため、プリント配線板の種類、構造、
或いは製作プロセスの違い、更に装置の稼動状態等の如
何によっては、プリント配線板の導体ライン間において
絶縁破壊が起こる可能性が増加してきている。

【０００５】イオンマイグレーションは、電気化学的に
導体金属がイオン化して絶縁材料中に溶出する現象であ
り、これは導電性のパスを形成し、最終的には短絡事故
を引き起こすこととなるものである。プリント配線板に
於けるイオンマイグレーションの発生、進展のメカニズ
ムとしては、プラス極から伸びた金属イオンが化合物と
して還元析出する場合と、プラス極から溶解した金属イ
オンがマイナス極に至り、ここで電子を受け取ることに
より金属物として還元析出する場合とがあり、このイオ
ンマイグレーションの発生要因としては、直流電圧の印
加、導体金属の種類、絶縁材料の種類、及びその構造、
イオン性残渣等のプロセス汚染、温度、湿度等の環境条
件等が挙げられる。

【０００６】今後とも、プリント配線板に於ける高密度
実装化は、より一層促進されることに伴って、これらプ
リント配線板に用いられる絶縁材料におけるイオンマイ
グレーションの発生を検出することは、大変重要な評価
項目となる。このイオンマイグレーション発生試験方法
としては、例えば特開平１−２５９５９１号公報に示さ
れている如きものが従来より知られている。この試験方
法は、恒温又は恒温高湿中にて試料としてのプリント配
線板の回路間な直流電圧を印加しつつ、一定時間毎にそ
の回路間の絶縁抵抗を測定するものである。また、これ
以外のイオンマイグレーション発生試験方法としては、
直流電圧を印加した試料としてのプリント配線板の回路
間部分を光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡等を用いて光学
的にイオンマイグレーションの発生状態を確認する方法
が知られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、プリント配線
板の実際の回路間の接続抵抗を測定するイオンマイグレ
ーション発生試験方法においては、イオンマイグレーシ
ョンが発生して絶縁劣化が発生した場合には有効である
が、回路間に微量のイオンマイグレーションが発生して
いるような場合では、プリント配線板の実際の回路にお
いては、絶縁抵抗の変化はそれ程顕著に現れず、このた
めこれは有効な試験方法とは云えない。

【０００８】光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡によってイ
オンマイグレーションの発生を光学的に検出する方法
は、プリント配線板に於ける微量のイオンマイグレーシ
ョンの発生を検出することが可能であるが、しかし、不
透明な絶縁材料の内部、或いは裏面側にイオンマイグレ
ーションの発生しているような場合には、試料を破壊し
なければ、イオンマイグレーションの発生を検出するこ
とができないと云う問題点を有している。

【０００９】本発明は、従来のイオンマイグレーション
発生試験方法における上述の如き問題点に鑑みてなされ
たものであり、本発明の目的とするところは、プリント
配線板用絶縁材料におけるイオンマイグレーションの発
生の可能性を有効的に確実に検出するイオンマイグレー
ション発生評価方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、以下のことを
特徴とする。 （１）プリント配線板絶縁材料で薄膜を形成し、前記薄
膜の片面に電極を浸した電解液を接触させ、他の片面に
他の電極を浸した純水を接触させ、前記電解液に浸した
電極に直流電圧のプラス側の端子を接続し、前記純水に
浸した電極に直流電圧のマイナス側の端子を接続し、両
電極間に直流電流を流しながら、前記純水のイオン濃度
を検出するプリント配線板用絶縁材料のイオンマイグレ
ーション発生評価試験方法。 （２）プリント配線板用絶縁材料で形成した薄膜の厚さ
が、０．００１〜０．０１ｍｍの範囲である（１）に記
載のプリント配線板用絶縁材料のイオンマイグレーショ
ン発生評価試験方法。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明のイオンマイグレーション
発生評価試験方法に用いるプリント配線板用絶縁材料
は、基材に樹脂ワニスを含浸したものを用いることがで
き、基材には、ガラス布基材、紙基材などがあり、樹脂
ワニスの樹脂には、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポ
リイミド樹脂、ビスマレイミド−トリアジン樹脂等の熱
硬化性樹脂やフッ素樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂
等の熱可塑性樹脂を用ることができる。

【００１２】フェノール樹脂には、フェノール、メタク
レゾール、パラクレゾール、オルソクレゾール、イソプ
ロピルフェノール、パラターシャリブチルフェノール、
パライソプロペニルフェノールオリゴマー、ノニルフェ
ノール、ビスフェノールＡ等を用いることができる。熱
硬化性樹脂の変性には、桐油等の乾性油、ポリエステ
ル、ポリエーテル、エポキシ化ポリブタジエンなどを用
いることができる。また、リン酸エステルのようなリン
系化合物、ブロム化フェノールやブロム化エポキシ化合
物のようなブロム系化合物、メラミン化合物やトリアジ
ン化合物のような窒素系化合物又は三酸化アンチモンの
ような無機化合物を単独または混合して熱硬化性樹脂に
添加して難燃化することもできる。

【００１３】エポキシ樹脂には、分子内にエポキシ基を
有するものであればどのようなものでもよく、ビスフェ
ノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ
樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、脂環式エポキ
シ樹脂、脂肪族鎖状エポキシ樹脂、フェノールノボラッ
ク型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹
脂、ビスフェノールＡノボラック型エポキシ樹脂、ビフ
ェノールのジグリシジリエーテル化物、ナフタレンジオ
ールのジグリシジリエーテル化物、フェノール類のジグ
リシジリエーテル化物、アルコール類のジグリシジルエ
ーテル化物、及びこれらのアルキル置換体、ハロゲン化
物、水素添加物などがある。これらは併用してもよく、
エポキシ樹脂以外の成分が不純物として含まれていても
よい。

【００１４】本発明において、ハロゲン化ビスフェノー
ルＡ型エポキシ樹脂、ハロゲン化ビスフェノールＦ型エ
ポキシ樹脂、ハロゲン化ビスフェノールＳ型エポキシ樹
脂等のテトラブロモビスフェノールＡ等のハロゲン化ビ
スフェノール化合物とエピクロルヒドリンを反応させて
得られるべきエポキシ樹脂のようにエーテル基が結合し
ているベンゼン環のエーテル基に対してオルト位が塩
素、臭素等のハロゲン原子で置換されているエポキシ樹
脂を使用したときに、本発明の処理液によるエポキシ樹
脂硬化物の分解及び／又は溶解の効率が特によい。

【００１５】本発明で使用するエポキシ樹脂用硬化剤
は、エポキシ樹脂を硬化させるものであれば、限定する
ことなく使用でき、例えば、多官能フェノール類、アミ
ン類、イミダゾール化合物、酸無水物、有機リン化合物
およびこれらのハロゲン化物などがある。

【００１６】多官能フェノール類の例として、単環二官
能フェノールであるヒドロキノン、レゾルシノール、カ
テコール,多環二官能フェノールであるビスフェノール
Ａ、ビスフェノールＦ、ナフタレンジオール類、ビフェ
ノール類、及びこれらのハロゲン化物、アルキル基置換
体などがある。更に、これらのフェノール類とアルデヒ
ド類との重縮合物であるノボラック、レゾールがある。

【００１７】アミン類の例としては、脂肪族あるいは芳
香族の第一級アミン、第二級アミン、第三級アミン、第
四級アンモニウム塩及び脂肪族環状アミン類、グアニジ
ン類、尿素誘導体等がある。

【００１８】これらの化合物の一例としては、Ｎ、Ｎ−
ベンジルジメチルアミン、２−（ジメチルアミノメチ
ル）フェノール、２、４、６−トリス（ジメチルアミノ
メチル）フェノール、テトラメチルグアニジン、トリエ
タノールアミン、Ｎ、Ｎ’−ジメチルピペラジン、１、
４−ジアザビシクロ［２、２、２］オクタン、１、８−
ジアザビシクロ［５、４、０］−７−ウンデセン、１、
５−ジアザビシクロ［４、４、０］−５−ノネン、ヘキ
サメチレンテトラミン、ピリジン、ピコリン、ピペリジ
ン、ピロリジン、ジメチルシクロヘキシルアミン、ジメ
チルヘキシルアミン、シクロヘキシルアミン、ジイソブ
チルアミン、ジ−ｎ−ブチルアミン、ジフェニルアミ
ン、Ｎ−メチルアニリン、トリ−ｎ−プロピルアミン、
トリ−ｎ−オクチルアミン、トリ−ｎ−ブチルアミン、
トリフェニルアミン、テトラメチルアンモニウムクロラ
イド、テトラメチルアンモニウムブロマイド、テトラメ
チルアンモニウムアイオダイド、トリエチレンテトラミ
ン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルエ
ーテル、ジシアンジアミド、トリルビグアニド、グアニ
ル尿素、ジメチル尿素等がある。

【００１９】イミダゾール化合物の例としては、イミダ
ゾール、２−エチルイミダゾール、２−エチル−４−メ
チルイミダゾール、２−メチルイミダゾール、２−フェ
ニルイミダゾール、２−ウンデシルイミダゾール、１−
ベンジル−２−メチルイミダゾール、２−ヘプタデシル
イミダゾール、４、５−ジフェニルイミダゾール、２−
メチルイミダゾリン、２−フェニルイミダゾリン、２−
ウンデシルイミダゾリン、２−ヘプタデシルイミダゾリ
ン、２−イソプロピルイミダゾール、２、４−ジメチル
イミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾー
ル、２−エチルイミダゾリン、２−フェニル−４−メチ
ルイミダゾリン、ベンズイミダゾール、１−シアノエチ
ルイミダゾールなどがある。

【００２０】酸無水物の例としては、無水フタル酸、ヘ
キサヒドロ無水フタル酸、ピロメリット酸二無水物、ベ
ンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物等がある。

【００２１】有機リン化合物としては、有機基を有する
リン化合物であれば特に限定せれずに使用でき、例え
ば、ヘキサメチルリン酸トリアミド、リン酸トリ（ジク
ロロプロピル）、リン酸トリ（クロロプロピル）、亜リ
ン酸トリフェニル、リン酸トリメチル、フェニルフォス
フォン酸、トリフェニルフォスフィン、トリ−ｎ−ブチ
ルフォスフィン、ジフェニルフォスフィンなどがある。

【００２２】これらの硬化剤は、単独、或いは、組み合
わせて用いることもできる。

【００２３】これらエポキシ樹脂用硬化剤の配合量は、
エポキシ基の硬化反応を進行させることができれば、特
に限定することなく使用できるが、好ましくは、エポキ
シ基１モルに対して、０．０１〜５．０当量の範囲で、
特に好ましくは０．８〜１．２当量の範囲で使用する。

【００２４】また、本発明の熱硬化性エポキシ樹脂組成
物には、必要に応じて硬化促進剤を配合してもよい。代
表的な硬化促進剤として、第三級アミン、イミダゾール
類、第四級アンモニウム塩等があるが、これに限定され
るものではない。

【００２５】本発明の対象となるエポキシ樹脂硬化物
は、上記の熱硬化性エポキシ樹脂組成物を硬化させて得
られるものであるが、その硬化反応は、反応が進行する
のであればどのような温度で行ってもよいが、一般には
室温乃至２５０℃の範囲で硬化させることが好ましい。
またこの硬化反応は、加圧下、大気圧下又は減圧下に行
うことができる。

【００２６】ポリイミド樹脂には、ビスマレイミド樹脂
をアミン類で硬化させたもの、これらのプレポリマーを
エポキシ樹脂、ビスシアネートモノマ、アミノフェノー
ル、ビスフェノール、ジカルボン酸等で硬化させたもの
が使用できる。

【００２７】上記、樹脂を可溶性溶媒に溶解させ樹脂ワ
ニスとし、必要に応じ、硬化剤、反応促進剤、および難
燃剤、熱可塑性樹脂粒子、硬化促進剤、着色材、紫外線
不透過剤、酸化防止剤、還元剤などの各種添加剤や充填
材を加えて調合する。

【００２８】これらのプリント配線板用絶縁材料の厚さ
は、０．００１〜０．０１ｍｍの範囲であることが好ま
しく、０．００１ｍｍ未満であると、成膜できないかあ
るいは成膜できても破れやすく、０．０１ｍｍを越える
と、純水中のイオン濃度の変化が小さく、時間がかかり
すぎ経済的でない。

【００２９】

【作用】本発明によるプリント配線板用絶縁材料のイオ
ンマイグレーション発生評価試験方法によれば、プリン
ト配線板に使用される絶縁材料の薄膜を透過するイオン
濃度の変化より、イオンマイグレーションの発生度合を
検出し、これにより微量のイオンマイグレーションの発
生も的確に検出され得るようになり、また不透明な絶縁
材料の内部、或いは裏面側にイオンマイグレーションが
発生していても、絶縁材料を破壊することなく、これを
的確に検出することができる。

【００３０】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。

【００３１】図１は本発明のプリント配線板用絶縁材料
のイオンマイグレーション発生評価方法の実施に用いる
評価方法の一例を示している。

【００３２】図示されている如く、イオンマイグレーシ
ョン発生評価用の試料は、絶縁材料の薄膜１を準備し、
塩化ビニルの円筒２底部に密着させる。円筒２の中に塩
化第二銅の電解液３を入れ、純水４を入れたビーカ５の
中に浸漬し、水を入れたホットバス９に浸す。直流電源
６を準備し、電源のプラス極に接続したリード線先端に
付けた銅板７を塩化第二銅の電解液３の中に浸す。一
方、電源のマイナス極からのリード線に付けた銅線８を
純水４に浸す。ホットバス９の水の温度をマグネチック
スターラ１１で一定にし、規定の直流電圧を印加し、経
過時間毎に純水４の銅イオン濃度をイオンクロマトグラ
フィにて分析した。

【００３３】電解液３中に浸された銅板７電極と純水４
中に浸された銅板８電極との間に、長時間にわたって直
流電圧が印加されると、イオン化現象が生じ、これによ
り電解液中の金属イオンが絶縁材料中の薄膜１を透過
し、純水４側へ移行し、純水のイオン濃度が上昇する。
従って、電解液の温度を変えてプリント配線板用絶縁材
料１のイオンマイグレーションの発生しやすさや発生温
度を確認することができる。

【００３４】絶縁材料はモデル的に作った５μｍ厚みの
絶縁材料を用い、この絶縁材料を直径２５ｍｍの塩化ビ
ニルの円筒底部に接着剤（アロンアルファ）を用いて接
着させた。円筒の中には塩化第二銅の電解液を入れ、純
水を入れたビーカの中に円筒底部を浸漬した。直流電源
のプラス極に接続した銅板は、塩化第二銅の電解液の中
に浸した。一方、電源マイナス極に接続した銅板は、純
水の中に浸し、ホットバスの水の温度を６６℃に上げ、
電源の電圧を５０Ｖにして、２０時間毎に純水の銅イオ
ンをイオンクロマトグラフィにて分析した。

【００３５】この結果、１２０時間経過後、銅イオン濃
度が上昇する結果を得られた。更に温度を６９℃に上げ
ると、更に早い時間で銅イオン濃度が上がり、６０℃で
は３００時間が経過しても、銅イオン濃度の上昇は見ら
れなかった。

【００３６】確認のために、モデル的に作った５μｍ厚
みの絶縁材料Ｂの場合は、銅濃度の変化は温度６６℃、
印加電圧５０Ｖでも上昇は見られなかった。

【００３７】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明によって、
プリント配線板に形成される実際の回路における一般的
な高温高湿中にて導体間に直流電圧を印加しつつ、一定
時間毎にその回路間の絶縁抵抗を測定する方法よりも、
イオンマイグレーションの発生を短時間で的確に検出す
ることができ、また不透明な絶縁材料の内部、あるいは
裏面側にイオンマイグレーションが発生していても、絶
縁材料を破壊することなく、これを的確に検出すること
ができ、今後一層の高密度実装化が図られるプリント配
線板に用いられる絶縁材料におけるイオンマイグレーシ
ョン発生の可能性の評価ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるプリント配線板用絶縁
材料のイオンマイグレーション発生評価方法を示すブロ
ック図である。

【図２】本発明の一実施例の効果を説明するためのプリ
ント配線板用絶縁材料のイオンマイグレーション発生評
価結果を示す線図である。

【図３】本発明の他の実施例の効果を説明するためのプ
リント配線板用絶縁材料のイオンマイグレーション発生
評価結果を示す線図である。

【符号の説明】

１．絶縁材料の薄膜 ２．塩化ビニルの
円筒 ３．電解液（塩化第二銅） ４．純水 ５．ビーカ ６．直流電源 ７．銅板 ８．銅板 ９．ホットバス １０．温度計 １１．マグネチックスターラ １２．ラップ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プリント配線板絶縁材料で薄膜を形成し、
   前記薄膜の片面に電極を浸した電解液を接触させ、他の
   片面に他の電極を浸した純水を接触させ、前記電解液に
   浸した電極に直流電圧のプラス側の端子を接続し、前記
   純水に浸した電極に直流電圧のマイナス側の端子を接続
   し、両電極間に直流電流を流しながら、前記純水のイオ
   ン濃度を検出するプリント配線板用絶縁材料のイオンマ
   イグレーション発生評価試験方法。
2. 【請求項２】プリント配線板用絶縁材料で形成した薄膜
   の厚さが、０．００１〜０．０１ｍｍの範囲である請求
   項１に記載のプリント配線板用絶縁材料のイオンマイグ
   レーション発生評価試験方法。