JP2008037881A

JP2008037881A - プリプレグ、プリプレグを用いた金属箔張り積層板及び多層プリント配線板

Info

Publication number: JP2008037881A
Application number: JP2006209728A
Authority: JP
Inventors: Yukio Nakamura; 幸雄中村; Tetsuro Irino; 哲朗入野
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 2006-08-01
Filing date: 2006-08-01
Publication date: 2008-02-21

Abstract

【課題】特定のガラスクロスを用いることにより低誘電率化を図り、ガラス転移温度（Ｔｇ）及び熱分解温度を限定したマトリックス樹脂を含浸して得られたプリプレグ、プリプレグを用いた金属張り積層板及び信頼性に優れた多層プリント配線板を提供する。
【解決手段】比誘電率が４．５以下（ａｔｌＭＨｚ）及び誘電正接が０．０００７以下（ａｔｌＭＨｚ）であるガラスクロスに、ガラス転移温度が１７０℃（ＴＭＡ法）以上及び熱分解温度が３４５℃以上であるマトリックス樹脂を含浸してなるプリプレグ、プリプレグの片面又は両面に金属層を形成してなる金属張り積層板及び金属張り積層板の表面の金属層を加工して導体回路を形成してなる多層プリント配線板。
【選択図】なし

Description

本発明は、プリプレグ、プリプレグを用いた金属箔張り積層板及び電気・電子機器、通信機器等に使用される多層プリント配線板に関する。

従来多層プリント配線板は、例えば、特許文献１、２等に示すように、ガラスクロスなどの基材にエポキシ樹脂組成物などの熱硬化性樹脂組成物を含浸した後、加熱乾燥して半硬化させることによってプリプレグを作製し、このプリプレグを所要枚数重ねると共に、銅箔などの金属箔をその片側又は両側に配して積層し、加熱加圧して成形を行うことによって金属箔張り積層板を作製する。

次に、金属箔張り積層板の表面の金属箔をエッチングして表面に導体回路及びプリント配線板を製造するとき用いるガイドマークを形成した内層用基板を作製した後、必要に応じて粗面化処理を行い、次いで、その導体回路などを形成した内層用基板に、上記と同様にして作製したプリプレグをその片側又は両側に所要枚数重ねると共に、必要に応じて金属箔をその片側又は両側に配して積層し、加熱加圧して成形して製造していた。
特開２００２−２１２３１９号公報特開２００３−０３１９５７号公報

また、この多層板を用いてプリント配線板を製造する方法としては、内層用基板に形成したガイドマークを用い、このガイド穴を基準にドリルマシン及びレーザーマシンで多層板に穴あけをした後、このドリルマシン及びレーザーマシンであけられた穴の壁面にスルホールメッキを施すと共に、外層の金属箔にエッチングを施して外層の導体回路を形成する方法により製造している。

近年のルータ・サーバに代表される通信機器の高性能化などに伴い、そこに使用される多層プリント配線板の高密度化、高多層化が進み、高信頼性の多層材料が要求されている。
これまで多層プリント配線板に使用されているマトリックス樹脂は一般のＦＲ−４〔ガラス転移温度（以下Ｔｇという）＝約１２０〜１３０℃〕から中Ｔｇ材（Ｔｇ＝約１４０〜１６５℃）のものが多く使用されてきた。

しかし、この分野の多層プリント配線板においてＩＰＣ−ＴＭ６５０に規定の、はんだ２８８℃１０秒フロート６サイクルの耐熱試験後に異常がないことが必要特性となってきた。
上記のＦＲ−４及び中Ｔｇのマトリックス樹脂は高温処理下では熱的に不安定であり、熱分解温度も低いことから、多層プリント配線板のふくれ（Ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）やスルーホール壁面のレジンリセッションなどの問題が発生していた。

さらに、情報処理の高速化や移動体通信の高周波化が急速に進んでおり、コンピュータや通信機器に使用しているプリント配線板や多層プリント配線板にも高速化や高周波化に対応した材料が求められている。高速化には電気信号の伝送速度を速くすることが求められ、伝送速度が多層プリント配線板材料の誘電率の平方根に反比例することから、材料の低誘電率化が必要となる。以下に、伝送損失について次式を引用して詳しく説明する。

使用周波数が高くなるにつれ電気信号の伝送損失が大きくなるので、機器の正常な動作を維持するには伝送損失を抑えたい。伝送損失が誘電正接と誘電率の平方根の積に比例することから、伝送損失を小さくするために材料の低誘電正接化と低誘電率化が必要となる。
また、誘電率が４．０に近い材料は多層プリント配線板のインピーダンス設計が容易になることが知られている。

プリント配線板及び多層プリント配線板用材料の誘電特性は、用いられるプリプレグのガラスクロスとマトリクス樹脂の誘電特性及び体積分率により誘電特性が決定される。例えば、樹脂量を多くして低誘電率化を図る方法がある。この方法では樹脂量が多いため金属箔張積層板の板厚精度やプリプレグ層の層間厚等の安定化が図れず、板厚や層間厚の不安定化は誘電特性の不安定化にもなる。
また、樹脂量が多くなることにより熱膨張量が増大し、スルーホール信頼性低化の問題がある。

本発明は、上記問題点を改善するために成されたもので、その目的とするところは、特定のガラスクロスを用いることにより低誘電率化を図り、Ｔｇ及び熱分解温度を限定したマトリックス樹脂を含浸して得られたプリプレグ、プリプレグを用いた金属張り積層板及び信頼性に優れた多層プリント配線板を提供するものである。

本発明者らは、前記、課題を解決するために検討を重ねた結果、金属張り積層板及びプリプレグの作製において、マトリックス樹脂にはＴｇが高く、熱分解温度の高い材料を用いることでＩＰＣ−ＴＭ６５０に規定される２８８℃１０秒フロート６サイクルの耐熱試験をクリアでき、かつ低誘電率ガラスクロスを用いることで低誘電化の課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。

本発明は、比誘電率が４．５以下（ａｔｌＭＨｚ）及び誘電正接が０．０００７以下（ａｔｌＭＨｚ）であるガラスクロスに、Ｔｇが１７０℃（ＴＭＡ法）以上及び熱分解温度が３４５℃以上であるマトリックス樹脂を含浸してなるプリプレグに関する。

また、本発明は、上記のプリプレグの片面又は両面に金属層を形成してなる金属張り積層板に関する。
また、本発明は、金属層が、金属箔である上記の金属張り積層板に関する。
さらに、本発明は、上記の金属張り積層板の表面の金属層を加工して導体回路を形成してなる多層プリント配線板に関する。

本発明になるプリプレグ及び金属張り積層板は、低誘電化を図り、インピーダンス制御、耐熱性、信頼性に優れた多層プリント配線板を提供することができる。
また、本発明になる多層プリント配線板は、低誘電化を図り、インピーダンス制御、耐熱性、信頼性に優れ、工業的に好適である。

本発明において、プリプレグの片面又は両面に形成する金属層に用いられる金属材料には特に制限はないが、金属箔を用いることが好ましい。
また、金属層の表面を加工して導体回路を形成する方法についても特に制限はなく、上記のような金属箔を用いた場合は、エッチングにより導体回路を形成することができる。

金属箔張り積層板の作製に用いるマトリックス樹脂は、ガラス転移温度が最低１７０℃（ＴＭＡ法）以上確保されており、熱分解開始温度は３４５℃以上の材料であることが重要である。

もし、金属箔張り積層板及びプリプレグの作製に用いるマトリックス樹脂のガラス転移温度が１７０℃（ＴＭＡ法）以下であると、厚さ方向（Ｚ方向）の膨張量が大きくなるためスルーホール信頼性が低下する。

また、熱分解温度が３００℃付近の材料であると、２８８℃１０秒フロートのサイクル試験において樹脂の熱分解が始まることから、レジンリセッション、ふくれの要因となり、信頼性の低下が問題となる。

本発明に用いる金属箔は、エッチング精度、インピーダンスの制御の関係から、粗さが５μｍ以下のロープロファイル箔であることが好ましい。
ガラスクロスに含浸する熱硬化性樹脂組成物の比率は、成形時に内層回路板の回路を十分に埋め込み可能な適度な範囲に製造することができ好ましい。

本発明に用いられる熱硬化性樹脂組成物としては、プリプレグの製造に用いる熱硬化性樹脂組成物及び金属張り積層板の製造に用いる熱硬化性樹脂組成物と共に、エポキシ樹脂系、フェノール樹脂系、ポリイミド樹脂系、不飽和ポリエステル樹脂系、ポリフェニレンエーテル樹脂系等の単独、変性物、混合物のように、熱硬化性樹脂全般を用いることができる。
なお、プリプレグの製造に用いる熱硬化性樹脂組成物及び金属箔張り積層板の製造に用いる熱硬化性樹脂組成物の種類は、同じでもよく異なっていてもよい。

上記熱硬化性樹脂組成物中には、熱硬化性樹脂を必須として含有し、必要に応じてその熱硬化性樹脂の硬化剤、硬化促進剤、無機充填材及び溶剤等を含有することができる。なおエポキシ樹脂等のように自己硬化性の低い熱硬化性樹脂は、その樹脂を硬化するための硬化剤等も含有することが必要である。

なお、熱硬化性樹脂組成物が、エポキシ樹脂系の場合、電気特性及び接着性のバランスが良好であり好ましい。
エポキシ樹脂系の樹脂組成物に含有するエポキシ樹脂としては、例えばビスフェノール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、フェノ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、ビスフェノールＦ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、ジアミノジフェニルメタン型エポキシ樹脂及びこれらのエポキシ樹脂構造体中の水素原子の一部をハロゲン化することにより難燃化したエポキシ樹脂などが挙げられる。

また、前記エポキシ樹脂系の樹脂組成物に含有する硬化剤としては、例えばジシアンジアミド、脂肪族ポリアミド等のアミド系硬化剤、アンモニア、トリエチルアミン、ジエチルアミン等のアミン系硬化剤、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ｐ−キシレン−ノボラック樹脂等のフェノール系硬化剤、酸無水物類などが挙げられる。

上記熱硬化性樹脂組成物に含有することができる無機充填材としては、シリカ、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、タルク等の無機質粉末充填材、ガラス繊維、パルプ繊維、合成繊維、セラミック繊維等の繊維質充填材などが挙げられる。

また、上記熱硬化性樹脂組成物に含有することができる溶剤としてはＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等のアミド類、エチレングリコールモノメチルエーテル等のエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、メタノール、エタノール等のアルコール類、ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素類などが挙げられる。

上記熱硬化性樹脂組成物をガラスクロスに含浸する方法としては特に制限はなく、一般の方法が適用可能である。
なお、熱硬化性樹脂組成物をガラスクロスに含浸した後、必要に応じて加熱乾燥していてもよい。

本発明に用いられる金属箔としては銅、アルミニウム、真鍮、ニッケル等の単独、合金、複合の金属箔を用いることができ、金属箔の代わりに金属箔が積層成形された片面金属張積層板、両面金属張積層板を用いることもできる。

なお、上記に示す金属箔は、金属張り積層板の作製のみに用いることに制限するものではなく、内層用基板とプリプレグとを積層したその積層物の片側又は両側に積層して用いてもよい。

金属箔の厚みは、金属箔張り積層板の作製に用いる場合、０．００３〜０．０７０ｍｍが一般的であり、内層用基板とプリプレグとを積層したその積層物の片側又は両側に積層する場合は、０．００３〜０．０３５ｍｍが一般的である。

金属張り積層板を製造するときの加熱加圧する条件及び内層用基板とプリプレグとを積層した後の加熱加圧する条件としては、熱硬化性樹脂組成物が硬化する条件で適宜調整して加熱加圧すればよいが、加圧の圧力が高いと導体回路の寸法収縮のばらつきが大きくなる場合があるため、成形性を満足する範囲内で、できるだけ低圧で加圧することが好ましい。なお、加熱加圧を３００Ｔｏｒｒ以下の減圧雰囲気下で行うと、成形性が良好となり好ましい。

金属箔張り積層板表面の金属箔をエッチングする方法としては特に制限はなく、金属箔及びそのエッチングに用いるエッチングレジストにより一般の方法が適用可能である。

以下、本発明の実施例を説明する。
（実施例１）
熱硬化性樹脂組成物として、下記のエポキシ樹脂２種類、硬化剤、硬化促進剤及び溶剤からなるエポキシ樹脂系樹脂組成物を使用した。

・エポキシ樹脂１：ビスフェノールＡノボラック型エポキシ樹脂（大日本インキ化学工業株式会社製、商品名エピクロンＮ８６８）…５０重量部。
・エポキシ樹脂２：ブロム化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（住友化学工業株式会社製、商品名ＥＳＢ−４００）…５０重量部。
・硬化剤：ビスフェノールＡノボラック樹脂（ジャパンエポキシレジン株式会社製、商品名ＹＬＨ−１２９）…４０重量部。
・硬化促進剤：１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾール…１重量部。
・溶剤：メチルエチルケトン…９０重量部。

上記の樹脂組成物を、日東紡績製低誘電ガラスクロス〔比誘電率（ａｔｌＭＨｚ）＝４．４、誘電正接（ａｔｌＭＨｚ）＝０．０００６、坪量９５ｇ／ｍ^２、厚み０．０９０ｍｍ〕を用い、乾燥後の熱硬化性樹脂組成物の量が、熱硬化性樹脂組成物及びガラスクロスの合計１００重量部に対し、４５重量部となるように調整して含浸した後、最高温度１６５℃で乾燥してプリプレグを作製した。

次いで、得られたプリプレグを所定枚数重ね、その両側に厚さが１８μｍの銅箔を配して積層した後、この積層物を金属プレートで挟み、最高温度１８５℃及び圧力３．０ＭＰａの条件で７０分加熱加圧して成形して両面銅張り積層板を得た。

得られた両面銅張り積層板の所定枚数に表面処理を施し、所定枚数のプリプレグを配して積層した後、この積層物を金属プレートで挟み、最高温度１８５℃及び圧力２．５ＭＰａの条件で８０分加熱加圧して成形して多層板を得た。
このときのＴｇは、１７５℃（ＴＭＡ法）及び熱分解開始温度は３４８℃であった。

（実施例２）
日東紡績製低誘電ガラスクロス〔比誘電率（ａｔｌＭＨｚ）＝４．４、誘電正接（ａｔｌＭＨｚ）＝０．０００６、坪量７４ｇ／ｍ^２、厚み０．０８０ｍｍ〕を用い、乾燥後の熱硬化性樹脂組成物の量が、熱硬化性樹脂組成物及びガラスクロスの合計１００重量部に対し、５０重量部となるように調整した以外は実施例１と同様の工程を経てプリプレグ及び両面銅張り積層板を作製して多層板を得た。
このときのＴｇは、１７６℃（ＴＭＡ法）及び熱分解開始温度は３４９℃であった。

（実施例３）
日東紡績製低誘電ガラスクロス〔比誘電率（ａｔｌＭＨｚ）＝４．４、誘電正接（ａｔｌＭＨｚ）＝０．０００６、坪量４４ｇ／ｍ^２、厚み０．０４５ｍｍ〕を用い、乾燥後の熱硬化性樹脂組成物の量が、熱硬化性樹脂組成物及びガラスクロスの合計１００重量部に対し、５８重量部となるように調整した以外は実施例１と同様の工程を経てプリプレグ及び両面銅張り積層板を作製して多層板を得た。
このときのＴｇは、１７４℃（ＴＭＡ法）及び熱分解開始温度は３４９℃であった。

（実施例４）
実施例１と同様の工程を経てプリプレグ及び両面銅張り積層板を作製した後、最高温度１８５℃及び圧力２．５ＭＰａの条件で１５０分加熱加圧して成形し多層板を得た。
このときのＴｇは、１８３℃（ＴＭＡ法）及び熱分解開始温度は、３５０℃であった。

（実施例５）
実施例１と同様の工程を経てプリプレグ及び両面銅張り積層板を作製した後、最高温度１８５℃及び圧力２．５ＭＰａで７０分加熱加圧して成形し多層板を得た。
このときのＴｇは、１７０℃（ＴＭＡ法）及び熱分解開始温度は、２９８℃であった。

（比較例１）
Ｅガラスクロス〔比誘電率（ａｔｌＭＨｚ）＝６．６、誘電正接（ａｔｌＭＨｚ）＝０．００１２、引張り弾性率＝７３ＧＰａ、坪量１０４ｇ／ｍ^２、厚み０．０９５ｍｍ〕を用い、乾燥後の熱硬化性樹脂組成物の量が、熱硬化性樹脂組成物及びガラスクロスの合計１００重量部に対し、４３重量部となるように調整して含浸した後、最高温度１６０℃で乾燥して他社材の両面銅張り積層板の所定枚数に表面処理を施した。

次に、表面処理を施した両面銅張り積層板に所定枚数の他社材のプリプレグを配して積層した後、この積層物を金属プレートで挟み、最高温度１８５℃及び圧力２．５ＭＰａの条件で８０分加熱加圧して成形し多層板を得た。
このときのＴｇは、１７４℃（ＴＭＡ法）及び熱分解開始温度は、３４８℃であった。

（比較例２）
他社材の両面銅張り積層板の所定枚数に表面処理を施し、所定枚数の他社材のプリプレグを配して積層した後、この積層物を金属プレートで挟み、最高温度１８５℃及び圧力２．５ＭＰａの条件で８０分加熱加圧して成形して多層板を作製した。
このときのＴｇは、１６３℃（ＴＭＡ法）及び熱分解開始温度は、２９８℃であった。

（評価、結果）
実施例１〜５及び比較例１〜２で得られた銅張積層板の比誘電率をＪＩＳＣ６４８１に準拠して誘電率（１ＭＨｚ）を測定した。
また、実施例１〜５及び比較例１〜２で得られた多層板について、（１）ＴＭＡによるＴｇ測定、（２）ＴＧＡによる５％重量減少温度測定、（３）ＩＰＣ−ＴＭ６５０に準拠して、２８８℃１０秒６サイクルのはんだフロート試験を行った。その後、断面観察を行った。これらの評価、結果を表１に示す。

ＯＫ、異常なし
ＮＧ、Ｏｐｅｎ：異常あり

表１に示すように、実施例１〜５は比較例１と比べ、インピーダンスコントロール制御に優れ、問題は発生しない結果となり、耐フォイルクラック性が向上することが確認された。
また、実施例１〜５は比較例２と比較し、はんだによる耐熱性（フォイルクラック、レジンリセッション、ふくれ）とスルーホール信頼性が向上することが明らかである。

Claims

比誘電率が４．５以下（ａｔｌＭＨｚ）及び誘電正接が０．０００７以下（ａｔｌＭＨｚ）であるガラスクロスに、ガラス転移温度が１７０℃（ＴＭＡ法）以上及び熱分解温度が３４５℃以上であるマトリックス樹脂を含浸してなるプリプレグ。
請求項１記載のプリプレグの片面又は両面に金属層を形成してなる金属張り積層板。
金属層が、金属箔である請求項２記載の金属張り積層板。
請求項２又は３記載の金属張り積層板の表面の金属層を加工して導体回路を形成してなる多層プリント配線板。