JP2508737B2

JP2508737B2 - 金属複合積層板

Info

Publication number: JP2508737B2
Application number: JP62188043A
Authority: JP
Inventors: 啓至永松; 要岩崎
Original assignee: Mitsubishi Plastics Inc
Current assignee: Mitsubishi Plastics Inc
Priority date: 1987-07-28
Filing date: 1987-07-28
Publication date: 1996-06-19
Anticipated expiration: 2011-06-19
Also published as: JPS6431636A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、金属芯印刷配線板の素材となる積層板の改
良に関する。

（従来の技術）金属芯の印刷配線板は、金属芯板と、その表面に絶縁
層を介して設けられた導電回路層よりなるもので、放熱
性や磁気シールド性に優れており、ハイブリッドIC基板
等各種用途に供されるようになってきた。

従来、この金属芯印刷配線板の素材となる積層板は、
第４図に断面図として示すように、あらかじめ多数の貫
通孔11を設けた金属芯１に、エポキシ樹脂含浸ガラス繊
維マット（ガラスエポキシ）８を熱圧着して芯板１の表
面を被覆すると同時に、含浸されたエポキシ樹脂を孔11
中に流入させて孔11の表面をも被覆して作られるのが普
通であった。

また回路を高密度に実装する目的で印刷配線基板を多
層化することがなされ、通常、絶縁基材の片面又は両面
に導電パターンを形成した銅張積層板と接着剤層を交互
に積層し、加熱加圧して一体化することにより得られて
いる。この場合も絶縁基材及び接着剤層には、上記ガラ
スエポキシやポリイミド樹脂をガラス繊維マットに含浸
したガラスイミドから製造されていた。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、第４図に示すようにガラスエポキシや
ガラスイミドを用いた積層板においては、孔11の表面に
気泡12が残り易く、孔11にスルーホールを開けたときに
絶縁不良が生じること、また孔11内にガラス繊維が充分
入りこまないことにより、スルーホールメッキを行う際
にメッキ層とスルーホール内壁との密着性が不十分であ
り、また孔11内の樹脂の熱膨張率が芯板１表面を被覆し
ている絶縁層２のそれよりも大きくなるため、加熱後冷
却して得られた絶縁層の表面に孔11に対応するくぼみ
（ひけ）が生じる等の問題があった。

さらにガラスエポキシやガラスイミドからなる金属芯
印刷配線板や多層プリント配線板を高周波領域（メガヘ
ルツ〜キガヘルツ帯）で使用した場合、その誘電特性に
劣るため、電気回路の高速作動化に追随できにくい、つ
まり高周波特性に劣るという問題があった。また熱膨張
率が大きく寸法安定性が悪いこと等、性能に不十分な点
があり、さらに高い性能のものが望まれていた。

本発明は、これらの欠点を解消した金属芯積層板を提
供するものである。

（問題点を解決するための手段）本発明は、貫通孔を有する金属芯板の表面を、特定の
耐熱性熱可塑性樹脂を含浸した無機質繊維布により被覆
するとともに、前記貫通孔内には前記樹脂と無機質の短
繊維または無機質粒子との混合物を充填してなる金属複
合積層板であって、絶縁層を無機質繊維により補強した
特定の耐熱性熱可塑性樹脂により形成することによっ
て、高周波特性、寸法安定性、芯板の孔内の気泡残存等
を改良し、また金属芯板の貫通孔中の樹脂には別途無機
質の短繊維または無機質粒子を特性範囲の含有率で添加
混合してスルーホールメッキ性や絶縁層の平坦性を高め
たものである。

以下本発明を図面を参照して具体的に説明する。第１
図は本発明積層板の一例を示す断面図、第２図は本発明
積層板を用いた多層印刷基板の一例を示す断面図及び第
３図は他の実施例を示す多層印刷基板の断面図である。

ここで図面中の記号１は金属芯板、２は絶縁層、３は
耐熱性熱可塑性樹脂、４は無機質繊維布、５は無機質の
短繊維である。

金属芯板１は、アルミニウム、銅、亜鉛、鉄、ケイ素
鋼板、鉄−ニッケル合金等からなり、通常0.1〜3.0mm程
度の厚さである。

この芯板は表面処理、例えばアルマイト処理、クロメ
ート処理、サンドブラスト、液体ホーミング、エッチン
グなどの処理を施したものが好ましい。

芯板１には、直径が通常0.3〜6.35mm程度の多数の貫
通孔11,11…を設けてある。この貫通孔の位置は回路に
よって異なるが一定間隔の格子状に設けたものでもよ
い。

この芯板１を絶縁する層２は、特定の耐熱性熱可塑性
樹脂３、無機質繊維布４、および無機質の短繊維５また
は無機質粒子からなっており、厚さは25μｍ〜1mm程度
とするのが好ましい。

25μｍよりも薄いと孔11の部分にくぼみが生じやす
く、平坦な被覆層が得にくい。また1mmを越えると金属
芯積層板の特徴である放熱性が損なわれてくる。

耐熱性熱可塑性樹脂３としては、ポリエーテルエーテ
ルケトン（PEEK）、ポリフェニレンサルファイド（PP
S）及び、ポリエーテルサルフォン（PES）から選ばれて
なる樹脂を使用する必要がある。これらの樹脂は高周波
特性、寸法安定性及びハンダ耐熱性等の印刷基板に要求
される特性に極めて優れているものである。

無機質繊維布４としては、通常のガラス繊維が使用で
き、より低い熱膨張率を要求されるものではSiO₂含有率
が99重量％以上のクオーツクロスが好適に使用できる。
無機質繊維布は一枚の厚さが20〜200μｍ程度のものを
１枚〜数枚使用する。無機質繊維布４としては、織布
（クロス）と不織布とがあるが、各々単一で使用しても
よいし両者併用することもできる。

この無機質繊維布４は、強度保持のため繊維がからみ
あっており、前述の通り芯板１の孔11内に十分入り込ま
ない。そこで本発明においては、さらに無機質の短繊維
５または無機質粒子を使用して、孔11内にも十分無機質
繊維等が含まれるようにする。

無機質の短繊維５としては、通常のガラス繊維からな
るものが使用でき、直径が５〜20μｍで長さが10μｍ〜
6mm程度、更には10μｍ〜500μｍのものが好ましい。無
機質繊維の量は孔11内において樹脂との合計量に対して
５〜50重量％とする必要があり、５重量％未満では、ス
ルーホールメッキにおけるメッキ層の密着性に劣り、50
重量％を越えるものではドリル加工による切削面がシャ
ープでないという問題がある。この無機質繊維は第１図
に示すように樹脂中に略均一に分散させてもよいが、孔
部内及びその周辺のみが上記範囲になるように添加して
もよい。

また無機質粒子としては、ガラス粒子やセラミック粒
子が使用でき、セラミックとしては、溶融シリカ（Si
O₂）や窒化硼素（BN）、酸化アルミニウム（Al₂O₃）、
窒化アルミニウム（AlN）、窒化ケイ素（SiN）等が好適
に使用できる。上記SiO2をFe−Ni合金からなる金属芯と
組合わせて使用した場合、極めて低い線膨張率の基板を
得ることができる。一方、Al₂O₃、AlN及びSiNから選ば
れたセラミック粒子をアルミニウム又は鋼からなる金属
芯と組合わせて使用した場合、極めて放熱性に優れたも
のを得ることができる。

無機質粒子は直径５〜200μｍ程度のものを、短繊維
と同じ程度の量で使用することができる。これら短繊維
と粒子とは、併用してもよい。上記の無機質繊維布、無
機質短繊維、及び無機質粒子の含有率は樹脂成分との合
計量に対し10〜80重量％好ましくは20〜60重量％とすれ
ばよい。

無機質の短繊維５等を混合することによりスルーホー
ルメッキ性が向上するのは、樹脂３と短繊維５等との界
面に微細な空隙が生じてメッキ層のアンカーとなるこ
と、および樹脂３の熱膨張率が小さくなってメッキ層と
のずれがなくなることによるものと推定される。

以下ガラス短繊維で代表して説明すると、ガラス短繊
維４は、芯板の孔11内にのみ存在してもよいが、第１図
に示すように絶縁層２全体に分布させると、メッキ性等
の性能が向上し好ましい。

このような積層板を製造するには、粉末状の樹脂３と
ガラス短繊維５とを混合し、ガラス繊維布とともに芯板
１に加熱圧着して樹脂を溶融させる方法によることがで
きる。溶融した樹脂３はガラス短繊維５と共に貫通孔11
内に流れ込み、孔11を充填する。

この場合には、樹脂３としてはできるだけ微細なもも
のがよく、通常粒径２〜200μｍ程度のものを用いる。

また別の方法としては、まず粉末状の樹脂３とガラス
短繊維５との混合物を芯板１に溶融圧着して孔11を充填
するとともに芯板１表面を薄く被覆し、次いでその上
に、樹脂３のシートとガラス繊維布４とを重ねて熱圧着
して樹脂含浸ガラス繊維布層を形成することもできる。

この場合には、ガラス短繊維５は主に孔11内に存在す
ることになる。

絶縁層２の熱圧着形成はプレス法によればよいが、そ
の際、雰囲気を減圧度（常圧と残存圧との差）600mmHg
以上、好ましくは650mmHg以上の減圧にしてプレスを行
うと、積層板内の気泡残存が極めて少なくなり好適であ
る。プレス時の面圧力は１〜200Kg/cm²程度とする。

絶縁層２は、第１図のように芯板１の両面に設けても
よいし、片面だけでもよい。サブトラクティブ法により
印刷回路（導電パターン）を形成する場合には、層２上
にさらに銅箔等の導電膜を積層し印刷基板とする。

次に上述した金属積層板または印刷基板の少なくとも
片側面には他のエレメント層を適宜設けることができ、
その実施例を図面によって説明する。

第２図に示した印刷基板は上述した金属複合積層板の
片面に導電パターン71を形成した印刷基板7,7を接着剤
層10を介して設け、両側最外層に導電パターン形成用の
金属箔9,9を積層したものである。第３図に示した印刷
基板は他のエレメント層として、絶縁基板61の片面にそ
れぞれ導電パターン62を設けた内層回路板６を用い、こ
の内層回路板６を金属複合積層板7,7の間に介在させ、
両側最外層に金属箔9,9を設けて積層したものである。

上記内層回路板６の絶縁基板61には金属複合積層板と
同様に耐熱性熱可塑性樹脂が使用され、具体的な樹脂と
しては、流動開始温度が200℃以上である樹脂であっ
て、ポリサルフォン（PSF、流動開始温度237℃）、ポリ
フェニレンサルファイド（PPS、280℃）、ポリエーテル
エーテルケトン（PEEK、347℃）、熱可塑性フッ素樹
脂、ポリエーテルイミド（PEI、275℃）、ポリエーテル
サルフォン（PES、264℃）、ポリアミドイミド（PAI、3
11℃）、ポリフェニレンオキサイド（PPO、202℃）等が
挙げられる。ここでいう流動開始温度とは高化式フロー
テスターにより内径1mm、全長2mmのノズルを用いて、昇
温速度３℃/min、荷重40Kg/cm²で測定した数値である。

上記熱可塑性樹脂には、ガラスフィラー、ガラスクロ
スや金属芯等との複合材も高周波特性を著るしく阻害し
ない範囲で使用できる。

絶縁基板61の両面には、導電パターン62が設けてあ
る。導電パターンは例えば銅箔のエッチング加工により
形成されるが、銅箔表面には接着材層との接着性を改良
するために黒色酸化処理等の化成処理を施したものが好
適に使用できる。ここで黒色酸化処理は塩化ナトリウ
ム、水酸化ナトリウム等を含む混合溶液により処理がな
されるものである。

つぎに第２図、第３図に示すように、金属複合積層板
7,7及び内層回路板６は接着剤層10により接合される。
この接着剤層10に使用する樹脂が熱可塑性樹脂の場合
は、金属複合積層板７及び上記の絶縁基板61に使用する
樹脂よりも流動開始温度が低い樹脂を使用する必要があ
る。具体的な樹脂としては、上述した絶縁基板61に使用
する樹脂として例示したものから選択できる。また接着
剤層に使用する樹脂が熱硬化性樹脂の場合は通常のガラ
スエポキシやガラスイミドが好適に使用できる。

ここで上記金属複合積層７板や内層回路板６に使用す
る耐熱性熱可塑性樹脂の流動開始温度が接着剤層の温度
と同じか、高温の場合には次のような問題がある。つま
り、積層後、プレスによって加圧加熱すると、接着剤層
10が軟化すると同時又は、その前に金属複合積層板の耐
熱性熱可塑性樹脂が軟化し始めるために表面の導電パタ
ーンが変形や移動してしまい正確な多層化が困難とな
る。

上述した内層回路板と金属複合積層板を所定の順序で
配置し、さらに両側最外層に金属箔9,9を積層し熱プレ
ス法等によって、加圧加熱することにより所定の多層積
層板が得られる。両側最外層の金属箔としては、通常銅
箔が使用され、さらに表面を黒色酸化処理等の化成処理
を施したものが好適に使用できる。

また熱プレス条件は、使用する耐熱性熱可塑性樹脂の
種類等により異なるが、プレス温度は金属複合積層板に
使用する樹脂の流動開始温度以上で、絶縁基板に使用す
る樹脂の流動開始温度未満の範囲とする。プレス圧力は
面圧力10〜100Kg/cm²の範囲で、減圧度730mmHg程度の減
圧下で行うと、金属箔９の酸化を防止でき好ましい。

得られた積層板は、後続の配線板製造工程に送られ
る。その工程では、スルーホールの形成、金属箔へのパ
ターン印刷、エッチング、水洗、などの通常の処理を行
い、最終的な印刷基板が得られる。

（発明の効果）本発明の積層板及び印刷基板は、次のような優れた特
性を有している。すなわち、（１）絶縁層２として本発明の熱可塑性樹脂を用いこれ
を芯板の孔11内に流入充填すると、理由は不明である
が、従来の芯板１にガラスエポキシ８を積層したものに
比べ、孔11内の気泡発生が大幅に減少する。

（２）また熱可塑性樹脂を用いることにより、ガラスエ
ポキシよりも優れた高周波特性が得られる。ここでいう
高周波特性とは、誘電率（ε）や誘電正接（tanδ）がM
Hz〜GHz帯の高い周波数域において示す特性のことであ
る。誘電率εが小さいほど回路動作が早く、また誘電正
接tanδが小さいほど電気損失が小さいので、ε、tanδ
が小さいほど特性が優れているといえるが、ガラスエポ
キシの高周波特性は、1MHzにおいてεが4.5〜5.0、tan
δが0.018〜0.022とされているのに対し、前記耐熱性熱
可塑性樹脂はεが3.0〜3.8、tanδが0.0005〜0.005程度
であり、高周波特性が極めて優れている。

（３）さらに特定の樹脂を使用することによりハンダ耐
熱性に優れている。

（４）繊維補強した絶縁層２は、単に熱可塑性樹脂から
なる層に比べ、耐熱性、寸法安定性が向上し、また金属
芯板との接着性が向上する。

（５）ガラス短繊維５等を加えることにより、芯板の孔
11内にもガラス繊維等が十分入り込むためスルーホール
メッキ性が向上する。

また従来のように孔11内の樹脂がガラス繊維を十分含
んでいないと、孔11内の樹脂の熱膨張率が芯板１表面を
被覆している絶縁層２のそれよりも大きくなるため、加
熱後冷却して得られた絶縁層の表面に孔11に対応するく
ぼみ（ひけ）が生じるが、本発明においてはこの欠点が
解消され、表面平坦性のよい積層板が得られる。この熱
膨張率低減効果は、無機質粒子よりも無機質短繊維のほ
うが優れている。

このように本発明積層板は、単層または多層の金属芯
印刷配線板の素材として極めて好適である。

以下、本発明を実施例にて詳細に説明する。

（実施例）実施例１直径2mmの多数の貫通孔を設けた厚さ1mmのアルミ芯板
表面をエッチング処理し、その両面に、次の５種類の絶
縁層を片側約200μｍの厚さに形成して積層板を得た。

（Ａ）；ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）粉末とガ
ラス短繊維（直径13μｍ、平均長さ200μｍ）を重量比
で7:3に混合し、これをガラス繊維布に混ぜ込んで芯板
に熱圧着した。ガラス繊維の含有率は40重量％である。

（Ｂ）;PEEKにかえてPPSを使用した以外はＡと同一内
容。

（Ｃ）;PEEKにかえてPESを使用した以外はＡと同一内
容。

（Ｄ）;PEEKにかえてPEIを使用した以外はＡと同一内
容。

（Ｅ）；芯板上に、ガラス繊維布とPEEKシートを順次重
ね、Ａと同様にして熱圧着して樹脂含浸ガラス繊維層を
形成した。ガラス繊維含有率は30重量％である。

（Ｆ）；芯板上に、エポキシ樹脂を含浸したガラス繊維
布を重ね、含浸エポキシ樹脂が硬化するように熱圧着さ
せた。ガラス繊維の含有率は40重量％である。これら
（Ａ）〜（Ｆ）の積層板について、次表に示す特性を下
記の方法で測定しその結果を表−１に示した。

（１）絶縁層の線膨張率； ASTM−D696に準拠。

（２）芯板との接着強度； JIS C6481に準拠した90゜剥離強度。

（３）スルーホールメッキ強度；直径1.1mmのスルーホールを芯板貫通孔部に設け、そ
の表面に銅の無電解メッキ層と電気メッキ層を、順次ラ
ンドなしで形成した。そしてスルーホールにリード線を
挿入してメッキ層とハンダ付けし、リード線を50mm/分
で上方に引抜くときの荷重を測定した。

（４）誘電率及び誘電正接；液浸間隙変化法、標準液；シリコンオイル周波数100M
HZ,測定温度26℃，相対湿度58％にて測定した。

（５）ハンダ耐熱性； JISC−6481に準拠して測定。

（◎）…320℃×20秒の条件でふくれ、はがれ等が見ら
れなかった。

（○）…260℃×20秒の条件で異常なし。

（Ｘ）…260℃×20秒の条件でふくれ、はがれが見られ
たもの。

表１から本発明積層板（Ａ）〜（Ｃ）は、線膨張率が
低く、スルーホールメッキ性、高周波特性及びハンダ耐
熱性に優れていることが判る。

これに対して、積層板（Ｄ）はハンダ耐熱性に劣り、
積層板（Ｅ）及び（Ｆ）ではスルーホールメッキ性に劣
るとともに、絶縁層に芯板の孔に対応するくぼみ（ひ
け）がみられた。さらに積層板（Ｆ）では高周波特性に
劣り、また貫通孔表面には多数のボイドがみられた。

実施例２実施例１の（Ａ）に記載した内容で貫通孔内のガラス
短繊維の混合率を表２に示す量とし各積層板を得た。得
られた積層板についてスルーホールメッキ強度を測定
し、その結果を表２に示した。

実施例３第２図に示した層構成とし、金属複合積層板7,7（各
厚み0.7mm）を実施例１の（Ｂ）と同一方法で作成し、
下記の内容で多い層印刷配線板を得た。

絶縁層；ガラスクロス30重量％及びガラス短繊維（長さ
200μｍ、径13μｍ）を混入したPEEK（流動開始温度349
℃）。

厚み0.3mm 導電パターン；電解銅箔の黒色酸化処理品、厚み35μ
ｍ。

金属箔；電解銅箔、厚み18μｍ。

プレス条件；加熱温度、290℃×５分間減圧度、730mmHg 面圧力、40Kg/cm² 上記の構成で得られた多層印刷板は、変形や表面のく
ぼみ（ひけ）等がなく平坦であり、隣接する層間は強固
に接合され、かつ孔内のボイドはみられなかった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明積層板の実施例を示す断面図、第２、３
図は本発明積層板を用いた多層印刷基板の例を示す断面
図、第４図は従来の積層板を示す断面図である。１……金属芯板、11……貫通穴、２……絶縁層、３……耐熱性熱可塑性樹脂、４……ガラス繊維布５……ガラス短繊維、７……金属複合積層板９……金属箔、10……接着剤層

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニ
レンサルファイド及びポリエーテルサルフォンから選ば
れてなる樹脂を含浸した無機質繊維布によって、貫通孔
を有する金属芯板の表面を被覆するとともに、前記樹脂
に無機質の短繊維または無機質粒子を５〜50重量％の範
囲で添加した混合物を前記貫通孔内に充填してなる金属
複合積層板。