JP2011142364A

JP2011142364A - プリント配線板およびその製造方法

Info

Publication number: JP2011142364A
Application number: JP2011095980A
Authority: JP
Inventors: Hironori Suzuki; 宏典鈴木; Yoshitoshi Kumakura; 俊寿熊倉
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2011-04-22
Publication date: 2011-07-21

Abstract

【課題】容易に製造することができ、絶縁層に溶剤や気泡が残留する可能性が低く、強度が優れた部品内蔵プリント配線板、および当該部品内蔵プリント配線板を効率よく製造する方法を提供することを目的とする。
【解決手段】部品が内蔵されたプリント配線板であって、該プリント配線板を構成する絶縁層の一部もしくは全部が、紡織していない繊維と樹脂組成物を含む絶縁材料からなることを特徴とするプリント配線板およびその製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリント配線板およびその製造方法に関する。

近年のパソコンや携帯電話などの分野で使用されるプリント配線板の集積化に例を見るように、部品実装の高密度化が年々進展してきている。そして、一般的に行われている部品実装の高密度化の手法といえば、多層プリント配線板上に実装する部品の集積度を高めることである。この手法による高密度化の限界は、簡単には実装する部品の大きさと数、それらを実装するプリント配線板の表面積から推定することができる。一方で、製品の小型化と高性能化いう市場要求もあり、より小さな基板に高度な部品を大量に実装する必要が発生しており、単にプリント配線板表面に実装する部品の集積度を上げるという手法は、限界に近づいてきている。

そこで、さらに高密度化するために、部品を基板内部にも実装した「部品内蔵基板」が盛んに検討されてきている。代表的な部品内蔵化、多層化手法として、基板に空けた穴である、スルーホールやビア中に部品を埋め込む手法や基板に直接部品を実装した後、プリプレグや絶縁樹脂で埋め込み、その上に回路を形成する手法等が考案されている。しかし、これらの手法は有効な方法ではあるが、（Ｉ）樹脂等で埋め込む工程が増えて煩雑になる、（ＩＩ）樹脂単独で埋め込んだ場合は、強度が低下しやすい、（ＩＩＩ）樹脂単独で埋め込んだ場合、溶剤が残留し欠陥となる可能性がある、（ＩＶ）プリプレグを使用した場合、複雑な実装部品を埋め込む際に樹脂が不足して良好な絶縁層を形成しにくい等の弊害が発生しており、より有効な製造方法を確立する必要性がある。

特開２００４−９６０５８号公報特開２００４−３１９５６１号公報特開２００３−９２４６０号公報特開２００２−３４４１４６号公報特開２００２−７６６３７号公報特開２００１−２９８２７３号公報特開２００１−２９８２７４号公報特開２００１−２１０９５５号公報特開平１０−５６２５１号公報特開平９−２１４０９０号公報

上記に鑑みて、本発明は、容易に製造することができ、絶縁層に溶剤や気泡が残留する可能性が低く、強度が優れた部品内蔵プリント配線板、および当該部品内蔵プリント配線板を効率よく製造する方法を提供することを目的とする。

すなわち、本発明は、以下（１）〜（４）に記載の事項をその特徴とするものである。
（１）部品が内蔵されたプリント配線板であって、該プリント配線板を構成する絶縁層の一部もしくは全部が、紡織していない繊維と樹脂組成物を含む絶縁材料からなることを特徴とするプリント配線板。

（２）前記繊維がガラス繊維もしくはアラミド繊維であることを特徴とする上記（１）に記載のプリント配線板。

（３）基板に実装された部品をシート状絶縁材料で埋め込み、絶縁層を形成する工程を有するプリント配線板の製造方法であって、前記シート状絶縁材料が紡織していない繊維と樹脂組成物を含む絶縁材料からなることを特徴とするプリント配線板の製造方法。

（４）前記繊維がガラス繊維もしくはアラミド繊維であることを特徴とする上記（３）に記載のプリント配線板の製造方法。

本発明によれば、容易に製造することができ、絶縁層に溶剤や気泡が残留する可能性が低く、強度が優れた部品内蔵プリント配線板、および当該部品内蔵プリント配線板を効率よく製造する方法を提供することことが可能となる。

本発明の部品内蔵プリント配線板の一実施形態の断面図。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
本発明は、部品が内蔵されたプリント配線板を構成する絶縁層の一部もしくは全部を、紡織していない繊維と樹脂組成物を含む絶縁材料からなる絶縁層とすることをその特徴とするものである。なお、本発明で言う「部品」とは、プリント配線板に実装されうる公知の部品を意図するものであり、例えば、コンデンサー、各種キャパシタ、チップコイル、半導体チップ、半導体素子などの受動素子や能動素子等々であり、特にその種類は制限しない。また、プリント配線板には、必要な回路等が形成され、その回路間、回路上、スルーホール内、もしくはビア内等に適宜部品が実装されるが、その配置、数、形式については、特に制限されない。好ましくは、上記絶縁材料からなる絶縁層の周辺部もしくは内部に部品が配置される。

上記紡織していない繊維としては、紡織されていないものであり、かつ絶縁性を確保しつつプリント配線板としての特性を著しく損なわないものであれば、無機繊維、有機繊維いずれでもよく、特に限定されないが、例えば、ガラス、アラミド、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、アクリル、ポリウレタン、キュプラ、ナイロン、ビニロン、ポリアクリロニトリル、ロックウール、レーヨン、ビスコース、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリクラール、絹、綿、毛、麻、等の繊維が挙げられる。上記無機繊維としてはガラス繊維が好ましく、上記有機繊維としてはアラミド繊維が好ましい。

また、繊維の形状は、プリント配線板の特性を損なわないものであれば特に限定されないが、繊維の直径は３〜１３μｍであることが好ましい。また、直径数μｍ以下の繊維を単独または前述直径範囲の繊維と混抄してもよい。繊維長についても特に限定されないが、好ましくは、６〜１５ｍｍである。

上記樹脂組成物としては、プリント配線板としての要求特性を著しく損なわないものであれば、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を主材とする樹脂組成物のいずれでもよく特に限定されないが、好ましくは熱硬化性樹脂を主材とする樹脂組成物である。熱硬化性樹脂としては、特に限定されないが、例えば、エポキシ樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂等を好ましく挙げることができ、中でもエポキシ樹脂を用いることが特に好ましい。これらエポキシ樹脂は単独もしくは複数種組合せて用いることもできる。

上記エポキシ樹脂としては、特に限定されないが、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、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレンジオール型エポキシ樹脂、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、環状脂肪族エポキシ樹脂、グリシジルエステル樹脂、グリシジルアミン樹脂、複素環式エポキシ樹脂（トリグリシジルイソシアヌレート、ジグリシジルヒダントイン等）およびこれらを種々の材料で変性した変性エポキシ樹脂、これらの臭素化物、塩素化物当のハロゲン化物等を挙げることができ、これらエポキシ樹脂を２種類以上組合せて使用することもできる。特に、電気電子材料用途に適用できる高い耐熱性や信頼性を絶縁層に付与できることから、フェノールノボラック型エポキシ樹脂またはクレゾールノボラック型エポキシ樹脂またはビスフェノールＡノボラック型エポキシ樹脂もしくはこれらのハロゲン化物を用いることが望ましい。エポキシ樹脂の添加量は、特に限定されないが、十分な硬化物を得るために、全樹脂組成物中１〜９５重量％の範囲であることが好ましい。

また、加工性改良、添加した樹脂の硬化促進等の目的で、硬化剤を添加してもよい。硬化剤としては、例えば、フェノール系、アミン系、シアネート系、酸無水物系、ジヒドロベンゾオキサジン環を有する化合物等の、公知の硬化剤を単独もしくは複数組み合わせて用いることができる。具体的には、フェノールノボラック、クレゾールノボラック、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳ、メラミン変性ノボラック形フェノール樹脂等のフェノール性水酸基を有するフェノール系硬化剤もしくはこれらのハロゲン化物、ジシアンジアミド等のアミン系硬化剤等である。

また、上記ジヒドロベンゾオキサジン環を有する化合物は、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）等の適当な溶媒中で、フェノール類、アミン類、アルデヒド類を、加熱反応させ、溶剤および水を除去することで容易に合成できる。上記フェノール類としては、フェノール、クレゾール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳ等を用いることができ、上記アミン類としてはアニリン、ジアミノベンゼン等を用いることができ、上記アルデヒド類では、ホルムアルデヒド、パラホルム等を用いることができる。具体的には、例えば、用いるフェノール１当量に対して、アニリンを１当量、ホルムアルデヒドを２当量の割合で配合し、還流させ任意の反応率の点で冷却し、その後に、溶剤および水分、場合によっては未反応物質を除去することにより所望のジヒドロベンゾオキサジン環を有する化合物を得ることができる。

また、上記樹脂組成物中の樹脂として、エポキシ樹脂を用いる場合には、硬化剤と事前に適宜反応させたものを用いることもできる。

硬化剤の添加量は、樹脂組成物の硬化反応を著しく阻害しない範囲であればよく、特に限定されないが、好ましくは、全樹脂組成物中０．５〜８０重量％の範囲で添加する。

本発明における樹脂組成物には、上記のほかに、高剛性化、低熱膨張化の目的で無機質充填剤（フィラー）を添加することもでき、価格低減、容積量確保の目的で、有機充填材を添加することもできる。上記無機質充填剤としては、特に限定されないが、例えば、酸化モリブデン、酸化亜鉛、珪酸マグネシウム等の金属酸化物、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等の金属水酸化物、アルミナ、シリカ、タルク、マイカ、ケイ酸カルシウム、ケイ酸カリウム、焼成クレー、酸化チタン、硫酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸バリウム、酸化アルミニウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウムが挙げられ、このほかにも、モリブデン、亜鉛、カルシウム、リン、アルミニウム、カリウム、珪素、マグネシウム等の複数の元素からなる酸化物等の化合物であっても良い。

さらに、上記樹脂組成物には、公知の顔料、接着助剤、酸化防止剤、硬化促進剤および有機溶剤などを、本発明における絶縁層としての特性を著しく損なわない範囲で添加することができる。

本発明における絶縁材料は、上記紡織していない繊維と上記樹脂組成物を含む材料であり、部品を内蔵するプリント配線板の絶縁層として好適に用いることができる。この絶縁材料の形態は、ペースト状でもシート状でもよく、特に限定されないが、絶縁層形成の容易性からシート状であることが好ましく、樹脂含浸不織布であることがより好ましい。また、シート状絶縁材料の形状は、特に限定されず、事前に加工を施すことで種々の形状とすることができる。

上記樹脂含浸不織布は、特に限定されないが、例えば、上記繊維を、抄紙して不織布を作製し、その不織布に上記樹脂組成物のワニスを含浸、乾燥させて製造することができる。また、金網等の保持面上に繊維を分散させ、そこに樹脂組成物のワニスを含浸、乾燥させた後、保持面から剥離して製造することもできる。保持面から剥離するタイミングは、樹脂組成物ワニスを含浸する前でも、含浸後の乾燥前の工程でも、乾燥後の工程でもよく、特に制限しない。また、上記の他にも、樹脂組成物ワニス中に繊維を分散させ、これを抄紙することによって製造することもできる。なお、樹脂含浸不織布中の樹脂分については、良好な絶縁層が形成されれば特に制限されないが、好ましくは４５〜９７重量％であり、より好ましくは７５〜９７重量％である。

上記樹脂組成物ワニスを作製するために用いる有機溶剤としては、樹脂組成物を均一に溶解もしくは分散し、含浸するのに適した粘度と揮発性を有するものであれば特に限定されるものではないが、これらの要件を満たし、かつ価格や取扱性、安全性の観点から、メチルエチルケトン、２−メトキシエタノール、２−メトキシプロパノール、１−メトキシ−２−プロパノール、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）等を好ましく用いることができ、樹脂組成物全重量の５〜７５重量％程度使用することが好ましい。

上記絶縁材料により絶縁層を形成する方法としては、プリント配線板の特性を損なわなければ特に限定されないが、例えば、基板上に形成もしくは実装された回路、部品類、ビア、スルーホール等の上に上記樹脂含浸不織布等のシート状絶縁材料を積層し、これを金属箔もしくは離型フィルムおよび鏡板ではさみプレスし加熱加圧成形することにより形成する手法が、簡便、容易であり、かつ部品を該絶縁層内に埋め込むことができるため、好ましい。この際に、シート状絶縁材料を積層する枚数は１枚もしくは複数枚のいずれでもよく、特に制限されるものではない。また、シート状絶縁材料の積層と同時に、プリプレグ、樹脂シート、樹脂付き銅はく等を積層してもよい。また、プレス後の作業性向上等の目的で、フッ素樹脂系フィルム、ポリエチレンテレフタラート等の離型フィルムを同時に用いてもよい。また、プレス成形時の条件は、プリント配線板の特性が確保されれば、特に限定されないが、好ましくは１４０℃〜３００℃、２００ｈＰａ以下で、０．５〜３時間、さらに好ましくは、１７０℃〜２５０℃、４０ｈＰａ以下で、０．５〜２時間である。

また、上記絶縁層の厚みは、部品内蔵プリント配線板としての特性を損なわない厚みであれば、特に制限されるものではなく、基板上の凸部、つまり回路や部品類と同等でも、それよりも厚くても、また薄くてもよい。例えば、図１の（ｂ）に例示するように、上記樹脂含浸不織布からなる絶縁層３が部品１を全て覆うように形成されていてもよく、図１の（ｄ）、（ｅ）に例示するように、部品１の一部が露出するように形成されていてもよい。さらに、回路や部品の埋設は、上記絶縁層のみで行う必要は無く、併用するプリプレグ、樹脂フィルム、樹脂付き銅はく等の他の構成材料によって補ってもよい。図１（ａ）、（ｃ）は、プリプレグや樹脂フィルム等２が上記樹脂含浸不織布からなる絶縁層３の上に積層されている状態を例示する。なお、図１においては、絶縁層４上に形成された回路５が全て絶縁層３により埋め込まれているが、回路の一部または全部が上記樹脂含浸不織布からなる絶縁層とは異なる絶縁材料からなるその他の絶縁層により埋め込まれていてもよい。また、図示はしていないが、絶縁層４の両側に上記樹脂含浸不織布からなる絶縁層３を形成してもよい。

また、プリント配線板の回路もしくは部品間の凹凸部、またはスルーホールやビア等の凹部は、事前に樹脂、導電性ペースト等で充填されていても、上記シート状絶縁材料の樹脂を用いて一括して充填してもかまわない。

また、成形時に樹脂含浸不織布の一部もしくは全部、および樹脂中の繊維の一部もしくは全部が切断、破断される場合もあるが、部品内蔵プリント配線板の特性を著しく損なう場合を除き、特に制限されるものではない。

上記では、本発明の主たる特徴である上記樹脂含浸不織布からなる絶縁層について主に述べたが、本発明の部品内蔵プリント配線板を製造する際には、上記以外にも、プリント配線板の製造技術として公知の材料、工程を適用してもよいことはいうまでもない。

以下、本発明の実施例およびその比較例によって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

実施例および比較例においてエポキシ樹脂、硬化剤、プリプレグ等は下記のものを用いた。不織布は坪量２５ｇのガラス不織布（製品名：ＥＰＭ−４０２５ＢＨ、日本バイリーン製、繊維径：平均繊維径（直径）１０μｍ、繊維長：平均繊維長さ１３ｍｍ）およびアラミド不織布（製品名：ＡＰＴＦ２２、王子製紙株式会社製、販売：デュポン帝人アドバンストペーパー株式会社、繊維径：８μｍ（０．７５デニール））を用いた。その他の有機溶剤、添加剤、汎用充填剤および、不織布、銅箔、離可型フィルムなどについては、特に記載したものを除き化学工業および電子工業分野において一般的に用いられる原材料類を用いた。

・エポキシ樹脂：大日本インキ化学工業製クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（商品名Ｎ−６７３（エポキシ当量２１０））
・フェノール系硬化剤Ａ：大日本インキ化学工業製メラミンノボラック樹脂（商品名フェノライトＬＡ−７０５４）
・プリプレグ：日立化成工業株式会社製ガラスクロスプリプレグ（商品名：ＧＥＡ−６７ＢＥＨＡＨＪ（絶縁層厚み１００μｍ相当））
・銅張積層板：日立化成工業株式会社製（商品名：ＭＣＬ−Ｅ−６７３５Ｄｔ０．４ｍｍ）
テストパターン：２５０ｍｍ角の銅張積層板をサブトラクティブ法により銅箔を幅１００μｍ、間隔１００μｍ（ラインスペース１００μｍ／１００μｍ）で縞状にエッチングし擬似回路とした。この基板上に、部品に見立てた幅１ｍｍ、長さ２ｍｍ、厚さ１ｍｍの金属片を接着し、直径１．０ｍｍのスルーホールを形成した。金属片とスルーホールの配置は、基板上に、交互に５ｍｍ間隔で縦各２０個、横各２０個の計各４００とした。金属片は両面に接着した。

（実施例１）
エポキシ樹脂と、硬化剤をエポキシ基と水酸基の当量比で１：０．８になるように秤量し、メチルエチルケトン中に固形分濃度７５重量％になるように溶解した。さらに、硬化促進剤、粘度調整用の添加剤を加えワニスを作製した。このワニスをガラス不織布に含浸させ、１６０〜１７５℃で４分間乾燥して樹脂分８６重量％の樹脂含浸不織布（１００ミクロン相当）を得た。

評価は、テストパターンの両側に、上記で作製した樹脂含浸不織布７Ｐｌｙと、プリプレグ１Ｐｌｙをそれぞれ積層し、さらにその外側に銅はくを重ね、真空度４０ｈＰａ、熱板温度１８５℃、製品圧力３ＭＰａにて８０分間加熱加圧成形して評価基板を作製した。そして、この評価基板の成形性、耐熱性、衝撃試験の評価を下記のとおり行った。評価結果を表１に示す。

成形性は、評価基板の両側の銅箔を全面エッチング除去した後、目視にて良否を判断した。さらに、回路、部品（金属片）、スルーホール部を取り出し、エポキシ樹脂で注型の後、断面を顕微鏡で確認し、空隙のないことを確認した。

耐熱性は、評価基板を５０ｍｍ角に切断し乾燥したのち、２６０℃のはんだ中に１０秒浸漬し、ふくれ等の異常を確認した。

衝撃試験は、落球試験とした。落球試験は、評価基板上に５０ｇの球状の重りを落下させ、当該基板にクラックが発生したときの落下高さを測定し、その高さが５０ｃｍ以上の場合を合格（問題なし）とした。

（実施例２）
ガラス不織布をアラミド不織布に変更した以外は、実施例１と同様に評価基板を作製し、同様の評価を行った。評価結果を表１に示す。

（比較例１）
テストパターンの両側に、それぞれプリプレグ８Ｐｌｙを積層した以外は、実施例１と同様に評価基板を作製し、同様の評価を行った。評価結果を表１に示す。

（比較例２）
ガラス基板上に離型フィルムを離型面が上になるように敷き、その上に実施例１と同じのワニスを複数回に分けて塗布、風乾し、樹脂厚みが２００μｍに達したところで、１６０〜１７５℃で４分間乾燥し、離型フィルムごとガラス基板から取り外すことで、キャリアフィルムつきの樹脂シートを得た。ついで、この樹脂シートを、キャリアフィルムを剥離しつつ、テストパターンの両側にそれぞれ４枚積層した後、さらにプリプレグを積層し、さらにその外側に銅はくを重ね、真空度４０ｈＰａ、熱板温度１８５℃、製品圧力３ＭＰａにて８０分間加熱加圧成形して評価基板を作製し、実施例１と同様にして、当該評価基板の評価を行った。評価結果を表１に示す。

（比較例３）
テストパターンの両側に、実施例１と同じワニスを直接塗布、乾燥し、部品間に絶縁層を形成することを試みた。結果を表１に示す。

表１より、実施例１〜２においては、試験結果が全て「良好」もしくは「問題なし」であった。樹脂含浸不織布の取扱性は、プリプレグと同等に良好で、回路および部品類の周辺部は繊維および樹脂組成物が十分に充填され、ビアやスルーホール内部も樹脂が充填されていた。また、目視および顕微鏡観察による成形性評価においても欠陥は発見されなかった。さらに、耐熱性、衝撃試験の特性も良好であった。しかし、比較例１〜３においては、種々の問題が発生しプリント配線板としての特性を損なう結果となった。

以上より、紡織していない繊維と樹脂組成物を含む絶縁材料からなる絶縁層は、部品類を内蔵するプリント配線板の絶縁層として良好な特性を有しているといえ、それゆえ、そのような絶縁層を有する部品内蔵プリント配線板は、従来の手法で製造された部品内蔵プリント配線板よりも各種特性が優れたものであるといえる。よって、本発明の優位性は明らかである。

１：部品
２：プリプレグ、樹脂フィルム等
３：本発明の樹脂含浸不織布からなる絶縁層
４：絶縁層
５：回路

Claims

部品が内蔵されたプリント配線板であって、該プリント配線板を構成する絶縁層の一部もしくは全部が、紡織していない繊維と樹脂組成物を含む絶縁材料からなることを特徴とするプリント配線板。
前記繊維がガラス繊維もしくはアラミド繊維であることを特徴とする請求項１に記載のプリント配線板。
基板に実装された部品をシート状絶縁材料で埋め込み、絶縁層を形成する工程を有するプリント配線板の製造方法であって、前記シート状絶縁材料が紡織していない繊維と樹脂組成物を含む絶縁材料からなることを特徴とするプリント配線板の製造方法。
前記繊維がガラス繊維もしくはアラミド繊維であることを特徴とする請求項３に記載のプリント配線板の製造方法。