JP2005313397A - 複合材及び多層プリント配線板 - Google Patents

Abstract

【課題】 不要電磁波放射の抑制機能有し、更に高い電気絶縁性を有する複合材、積層板さらにはそれを用いたプリント配線板を提供すること。
【解決手段】 電磁波吸収材を含有してなる樹脂から形成される絶縁層を少なくとも一層有し、その両面の最外層に電磁波吸収材を含有しない樹脂から形成される絶縁層を有することを特徴とする複合材であり、また、該複合材の最外層の片面または両面に金属層を有する積層板、及びグランドを集めたグランド層と電源供給ラインを集めた電源供給層とからなる電源層との間に、該複合材からなる絶縁基材を有することを特徴とする多層プリント配線板。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電子・電気部品、プリント配線板、半導体基板、ＩＣ封止材等の電子材料分野に関し、特に高耐熱性と低電磁波放射が要求されるプリント配線板、半導体基板用として好適な複合材、及びこれを用いた積層板、多層プリント配線板に関する。

近年、電子機器で用いられる半導体素子の高周波数化に伴い、電子機器における不要電磁波放射の問題、いわゆるＥＭＩ（Electro−magnetic Interference）問題が発生している。従来、電子機器における不要電磁波放射の問題、いわゆるＥＭＩ（Electro−magnetic Interference）問題対策としては、図１の様なコンデンサ１ａとインダクタ１ｂとを使ったデカップリング回路１ｃが用いられてきた。しかしながら、コンデンサ１ａ及びインダクタ１ｂを使用できる周波数には制限があるという問題がある。さらに、電子機器において放射される不要電磁波は、回路基板における電気的共振が原因である。この電気的共振に対する従来の対策は、コンデンサを回路基板内に配置することで共振周波数や共振位置を変えるという方法が行われているが、共振ピーク強度を抑制する効果は少なかった。この様に、従来のコンデンサ１ａやインダクタ１ｂを使った対策に限界が見えてきたため、新たなＥＭＩ対策手法が求められている。

この問題を解決する手法として、従来基板表面に実装していたコンデンサの代わりにコンデンサ積層体を用いる方法が提案されている（特許文献１）。しかしながら、コンデンサ機能のプリント配線板内への内蔵化のみでは、不要電磁波放射の原因である回路基板での電気的共振を抑制することは難しかった。

そのため更にこの問題を解決するために、本出願人はフェライトを含有する樹脂をグランド層及び／または電源供給層に接する電気絶縁層として用いる方法を提案した（特許文献２）。この方法は、電気絶縁層にフェライトを含有する樹脂を用いており、実際に開示しているものは電気絶縁層すべてがこの樹脂により形成されたものである。この方法により不要電磁波放射の原因である回路基板での電気的共振を抑制することはできたが、含有される磁性材料の電気抵抗値が低いため、基板材料の電気絶縁性が低下することがあり、更なる改善が望まれていた。
特許番号 第２７３８５９０号 特開２００１−３０８５４３号公報

本発明の目的は、不要電磁波放射の抑制機能有し、更に高い電気絶縁性を有する複合材、積層板さらにはそれを用いたプリント配線板を提供することである。

本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、電磁波吸収材を含有してなる樹脂から形成される絶縁層の最外層に電気抵抗低下の原因となる電磁波吸収材を含まない基材を用いることにより、電気絶縁性を確保した上で不要電磁波放射の抑制機能を有する複合材が得られることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、
（１）電磁波吸収材を含有してなる樹脂から形成される絶縁層を少なくとも一層有し、その両面の最外層に電磁波吸収材を含有しない樹脂から形成される絶縁層を有することを特徴とする複合材であり、好ましくは、
（２）電磁波吸収材が、フェライトである（１）記載の複合材であり、また、
（３）（１）記載の複合材の最外層の片面または両面に金属層を有する積層板、及び
（４）グランドを集めたグランド層と電源供給ラインを集めた電源供給層とからなる電源層との間に、（１）記載の複合材からなる絶縁基材を有することを特徴とする多層プリント配線板に関するものである。

本発明による積層板を電源層用絶縁基材として用いたプリント配線基板は電源層とグランド層間の高周波におけるノイズ伝達を抑制できるので、不要電磁波の放射を抑制できる。さらに、絶縁抵抗を十分に確保しているので、信頼性の高いプリント配線基板を実現することができる。

以下、本発明を詳細に説明する。
（複合材）
本発明にかかわる複合材は、電磁波吸収材を含有してなる樹脂から形成される絶縁層を少なくとも一層有し、その両面の最外層に電磁波吸収材を含有しない樹脂から形成される絶縁層を有することを特徴とするものである。

本発明の複合材において、絶縁層の少なくとも一層には不要電磁波の放射の原因となる基板内での電気的共振を抑制する電磁波吸収材を含有することが重要である。この電磁波吸収材としては、例示すれば、少なくとも室温で磁性を呈する３ｄ遷移金属元素である、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのいずれかが含まれる磁性合金、磁性酸化鉄であるフェライト等が挙げられる。この様な材料としては従来の方法で不要電磁波放射対策が困難な周波数である１ＧＨｚ以上の高周波において磁性損失をもち、さらに配線間ショートの問題を回避するために絶縁性であるフェライトが特に好ましい。

フェライトの例としては、Ｍｎ−Ｚｎフェライト、Ｎｉ−Ｚｎフェライト等のソフトフェライトまたはＢａ系フェライト、Ｓｒ系フェライト等のハードフェライト等が具体的に例示される。

電磁波吸収材の大きさは特に限定されないが、粒径としては平均粒径が０．１μｍ〜２０μｍの範囲が好ましく、１０μｍ以下がより好ましく、更に好ましくは５．０μｍ以下、より更に好ましくは１．０μｍ以下である。０．１μｍ以上の方が、取り扱い時に二次凝集等が起こらず、均一に分散させることが容易であり好ましい。平均粒径が２０μｍ以下である方が樹脂ワニスとなった場合に沈降などが生じにくく、安定性がよいため好ましい。平均粒径が１．０μｍ以上であると沈降などは生じにくいが、積層用にガラスクロスに含浸させる場合は、クロス内に進入しにくいため、添加数量に制限が必要となる場合がある。尚、平均粒径とは、粒度分布測定を行った際の粒度加積曲線において加積通過率が５０％となる粒径Ｄ５０のことであり、レーザー回折・散乱法という方法を用いて測定することが一般的であり、市販のレーザー回折・散乱法による粒度分布測定装置により、測定可能である。

これらの電磁波吸収材はカップリング剤による表面処理を行うことが好ましい。表面処理に必要なカップリング剤の種類としてはシランカップリング剤、チタネートカップリング剤などがあるが、特にシランカップリング剤が好ましい。シランカップリング剤の種類としては３−グリシドキシプロピルトリエトキシシランなどのエポキシシラン、Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシランなどのアミノシラン、ビニルトリメトキシシランなどのビニルシランなどが挙げられるが、特に制限は受けない。

また、本発明に係る複合材の製造方法としては、電磁波吸収材を含む樹脂ワニスを基材に塗布または含浸させ、さらに溶剤を乾燥除去して製造したプリプレグを１枚または２枚以上を積層し、さらに、その最外層の両面に、電磁波吸収材を含有しない樹脂ワニスを基材に塗布または含浸させ、さらに溶剤を乾燥除去して製造したプリプレグを１枚以上積層し加熱加圧して一体化されてなる方法を例示することができる。複合材を製造する時の加熱加圧条件は特に限定されるものではなく、公知の方法でおこなうことが可能であるが、加熱温度は１００〜３００℃が好ましく、より好ましくは１５０〜２５０℃、圧力は１０〜１００ｋｇ／ｃｍ^２程度が好ましく、加熱加圧時間は１０〜３００分程度である。

電磁波吸収材を含有してなる樹脂中の電磁波吸収材の含有量は、特に制限されないが、好ましくは１ｖｏｌ％以上７０ｖｏｌ以下である。この範囲であることによりＥＭＩ対策能が充分でかつ、基板の機械的強度を保つことができる。

本発明において、電磁波吸収材を含有してなる樹脂については、特に限定はなく、通常回路基板の絶縁層として用いられる樹脂を使用することが可能である。例として、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等を挙げることができる。

また、本発明において、電磁波吸収材を含有しない樹脂としては特に制限はなく、通常回路基板の絶縁層として用いられるフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等が例として挙げられる。

また、本発明における複合材において、電磁波吸収材を含有する樹脂から形成される絶縁層の厚みは、特に制限はなく、その使用に応じて決定することが可能である。同様に、電磁波吸収材を含有しない樹脂から形成される絶縁層の厚みも特に制限はない。好ましくは、電磁波吸収材を含有しない樹脂から形成される絶縁層の厚みは薄い方が不要電磁波の放射の原因となる基板内での電気的共振を抑制する効果が充分期待できる。

（積層板）
本発明に係る積層板は、前述した複合材の最外層の片面または両面に、金属層を有するものである。金属層としては、金属箔または金属板を使用することができる。本発明に係る積層板の製造方法としては、１枚のプリプレグの片面もしくは両面に金属箔もしくは金属板を積層し熱プレスする方法、複数枚積層されたプリプレグの最外層となる片面または両面に金属箔または金属板を積層し熱プレスすることにより、プリプレグを加熱硬化させ一体化させることにより製造する方法等を例示することができる。

金属層として使用できる金属としては特に制限はなく、好ましくは銅、アルミニウム、鉄、ステンレス、及びこれらの合金等が使用できる。加熱硬化させる際の条件は、複合材を製造する際の条件と同様の条件が好ましい。金属層の厚みは、特に制限はなく、好ましくは５μｍ〜１００μｍ程度である。

（多層プリント配線板）
本発明に関わる多層プリント配線板は、前記複合材を、グランドを集めたグランド層と電源供給ラインを集めた電源供給層とからなる電源層との間の絶縁基材として用いることを特徴とするものである。この様に磁性損失を有する電磁波吸収材を含有した基材をグランド層と電源供給層間の絶縁材料に用いることで、基板内の電気的共振を抑制することができ、結果として不要電磁波の放射を抑制することができる。

本発明に係わる積層板をプリント配線板で使用する場合には、図２に示す様にグランドを集めたグランド層２ｂと電源供給ラインを集めた電源供給層２ｃとを対向して配置する構成とし、本発明に係わる積層板２ｅを電源層用絶縁基材として挿入する。これは、不要電磁波放射は信号層２ａ、２ｄとグランド層２ｂの間よりも電源層２ｃとグランド層２ｂとを流れる電流に主に起因するからである。この様に電波吸収材を含む基材を電源層用絶縁基材として使用することで、電源層に流れる高周波電流を抑制し、結果として、不要電磁波の放射を抑制することができる。この場合、信号層２ａ、２ｄに接する絶縁基材は高周波信号の伝達を良好に行うために、低誘電正接の絶縁材料を用いることが好ましい。

以下、本発明を実施例により、更に詳細に説明する。

表１に示すワニス１の組成（質量部）の配合物を、フラスコ内メチルエチルケトン溶媒中で８０℃、５〜８時間溶解し、樹脂ワニスを得た。このようにして得られた樹脂ワニスを攪拌し、１０８ｇ／ｍ^２（厚み約１００μｍ）のガラスクロスに含浸し、１５０℃で５分間乾燥して、約２００ｇ／ｍ^２（厚み約１００μｍ）のプリプレグ１を得た。さらに表２に示すワニス２の組成（質量部）の配合物を、フラスコ内メチルエチルケトン溶媒中で８０℃、５〜８時間溶解し、樹脂ワニスを得た。このようにして得られた樹脂ワニスを攪拌し、１０８ｇ／ｍ^２（厚み約１００μｍ）のガラスクロスに含浸し、１５０℃で５分間乾燥して、約２００ｇ／ｍ^２（厚み約１００μｍ）のプリプレグ２を得た。プリプレグ２を６枚重ね合わせ、その上下の最外層にプリプレグ１を重ね、さらにこの積層したプリプレグの上下の最外層に１８μｍの銅箔を配して、４０ｋｇ／ｃｍ^２の圧力で、１８０〜２２０℃、１２０分の加熱条件で成形し、０．７〜０．８ｍｍ厚みの銅張積層板を得た。

この様にして作製した両面銅張積層板の銅箔をエッチングすることによりＪＩＳ−Ｃ６４８１に従う抵抗率測定用電極を形成した。体積抵抗と面抵抗の測定結果を表３に示す。絶縁抵抗が確保されていることを確認した。

尚、測定方法は以下のとおり。
体積抵抗及び面抵抗：エレクトロメーター（アドバンテスト Ｒ８３４０Ａ）を用いて、ＪＩＳ Ｋ６９１１、ＡＳＴＭ Ｄ２５７の規格に準じて測定した。

表２に示すワニス３の組成（質量部）の配合物を用いて、実施例１と同様の方法でプリプレグ３を得た。さらに、プリプレグ３を６枚重ね合わせ、その上下の最外層に実施例１で製造したプリプレグ１を重ね、さらにこの積層したプリプレグの上下の最外層に１８μｍの銅箔を配して、４０ｋｇ／ｃｍ^２の圧力で、１８０〜２２０℃、１２０分の加熱条件で成形し、０．７〜０．８ｍｍ厚みの銅張積層板を得た。さらに、実施例１と同様の方法で体積抵抗と面抵抗を測定した。結果を表３に示す。絶縁抵抗が確保されていることを確認した。

比較例１
実施例１で製造したプリプレグ２を６枚重ね合わせ、その上下の最外層に１８μの銅箔を配して、４０ｋｇ／ｃｍ^２の圧力で、１８０〜２２０℃、１２０分の加熱条件で成形し、０．５〜０．６ｍｍ厚みの銅張積層板を得た。さらに、実施例１と同様の方法で体積抵抗と面抵抗を測定した。結果を表３に示す。絶縁抵抗が低いことが確認された。

比較例２
実施例２で製造したプリプレグ３を６枚重ね合わせ、比較例１と同様方法で０．５〜０．６ｍｍ厚みの銅張積層板を得た。さらに、実施例１と同様の方法で体積抵抗と面抵抗を測定した。結果を表３に示す。絶縁抵抗が低いことが確認された。

注）：
ブロム化エポキシ樹脂；エピコート５０４６Ｂ８０（ジャパンエポキシレジン）
オルソクレゾールノボラックエポキシ樹脂；Ｎ６８０−７５Ｍ（大日本インキ）
ジシアンジアミド；エピキュアーＤＩＣＹ−１５（ジャパンエポキシレジン）
２Ｅ４ＭＺ；（四国化成）
追加溶剤；ＭＥＫ:ＭＣ:ＤＭＦ＝１:１:１
ＭＥＫ；メチルエチルケトン
ＭＣ；メチルセルソルブ
ＤＭＦ；ジメチルホルムアルデヒド
フェライト；ＫＮＳ−４１７（戸田工業）

電子・電気部品、プリント配線板、半導体基板、ＩＣ封止材等の電子材料分野において、特に高耐熱性と低電磁波放射が要求されるプリント配線板、半導体基板用として好適に使用される。

従来実施されていたＥＭＩ対策回路 本発明に係わる多層プリント配線板の概略断面図

符号の説明

１ａ・・・コンデンサ
１ｂ・・・インダクタ
１ｃ・・・デカップリング回路
１ｄ・・・ＬＳＩ
１ｅ・・・ＤＣ電源
１ｆ・・・ＶＤＤ端子
１ｇ・・・ＧＮＤ端子

２ａ・・・信号ライン層
２ｂ・・・グランド層
２ｃ・・・電源供給層
２ｄ・・・信号ライン層
２ｅ・・・本発明に係わる積層板
２ｆ・・・基板材料
２ｇ・・・基板材料

Claims (4)

1. 電磁波吸収材を含有してなる樹脂から形成される絶縁層を少なくとも一層有し、その両面の最外層に電磁波吸収材を含有しない樹脂から形成される絶縁層を有することを特徴とする複合材。
2. 電磁波吸収材が、フェライトである請求項１記載の複合材。
3. 請求項１記載の複合材の最外層の片面または両面に金属層を有する積層板。
4. グランドを集めたグランド層と電源供給ラインを集めた電源供給層とからなる電源層との間に、請求項１記載の複合材からなる絶縁基材を有することを特徴とする多層プリント配線板。

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