JP2589874B2 - プリプレグ材料及びプリント基板 - Google Patents

プリプレグ材料及びプリント基板

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Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は低い誘電率が重要な電子回路で使用する材料
及びその製造方法に関する。
詳細に説明すれば、本発明は、２以上の導電層を含
み、且つ２以上の導電層の間にブラインド・バイアと呼
ばれる電気的相互接続、即ちスルー・ホールを組込むこ
とができるプリント基板（PCB）構造に用いる材料に関
する。本発明は表面取付集積回路の基板材料として使用
するのにもよく適している。
更に詳細に説明すれば、本発明は熱安定、火炎抑制、
即ち難燃性及びむらのない低い誘電率を示す、結合され
た中空の無機ミクロスフェア（微小球状体）が充填さ
れ、強化された重合体樹脂合成材料を含む改良された材
料及び該材料からつくるプリント基板に関する。
B.従来技術 増大し続ける高速コンピュータ開発要求は現在利用可
能な技術の電気的及び温度性能の限界を拡張する新しい
材料を探査するに至っている。高速で使用するために
は、低い誘電率の絶縁材料上に導線が極度に密集した回
路をパターン化する必要がある。従来の基板のプリプレ
グ（prepreg）積層板は樹脂が含浸されたガラス構造強
化基部から構成する。一般に現在の製品で用いるエポキ
シ／ガラス積層板はおよそ40重量％の繊維ガラス及び60
重量％のエポキシ樹脂を含み、且つおよそ4.2の誘電率
（Er）を持っている。このような相対的に高いErは隣接
する信号回路の電気パルスの伝播速度を遅くするので、
過度の信号遅延時間を生じる。高速化される新しいコン
ピュータ・システムのシステム・サイクル・タイムは短
くしなければならない。次世代のコンピュータの場合、
PCB内の信号伝播による遅延時間は非常に重要になるか
ら、低いErの積層板材料が必要になる。将来の製品は全
Erは2.8以下になることが予想される。一般に従来のFR4
エポキシ及び普通の繊維ガラスのErはそれぞれ４及び６
の水準であるから、前記低いErは新しい材料なしには取
得できない。通常は、前記複合材料の有効なErは個々の
構成要素のErの単純重み付き平均及び該複合材料に含ま
れたその容積分率により近似値を得ることができる。
ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）のような純粋な
弗素重合体はおよそ2.1のErを有する。しかしながら、
一般にその不十分な機械的な特性及び化学的な不活性の
ため、このような材料だけを用いて基板の積層板をつく
ることは実際的ではない。１つの代替方法は複合積層板
材料の構成要素の１つ、例えば強化クロス内の繊維とし
て弗素重合体を用いることである。この例はデラウェ
ア、ニュワークのW.L.ゴレ（Gore）外が製作した処理済
PTFE構造プリプレグである。このタイプの構造を用いて
従来のエポキシ／ガラス積層板内の繊維ガラスを置き換
えると、Erは2.8に低下するが、この構造の使用には一
定の欠点がある。純粋なPTFEのモジュラスの相対的に低
さにより、これらの材料でつくられた薄い積層板はあま
り堅固ではなく、取扱いには特別の注意を要する。
そのうえ、PTFE構造を含む積層板に穴を開けるとき、
切断されないPTFE繊維は開いた穴に突き出る傾向があ
り、それを除去するのは困難である。良好なめっき接着
を得るためには、露出したPTFEの表面は窒素ガス内で用
いられる非常に燃えやすい高価な化学薬剤により又はプ
ラズマ処理により処理せねばならない。この処理は、良
好なめっき接着を得るために高い縦横比のスルー・ホー
ルを貫通する必要がある。PTFE構造積層板の最大の欠点
の１つは間違いなく費用であり、追加の処理要求及び装
置変更により費用が増すだけでなく、プリプレグ材料自
体の購入にも相当な費用がかかる。
信号伝達遅延時間は、下記の式に示すように、使用す
る誘電体材料の誘電率の平方根に比例する。
TD＝（Er）1/2・D/C TDは伝達遅延時間、Erは材料の誘電率、Ｃは光速（3X
10E8 m/sec）、Ｄは信号経路の長さである。上式は誘電
率が低ければ低いほど、信号伝達は速くなることを示
す。
理論的に言えば、Erの値は限界1.0、真空中の値に近
いほうがよい。Erが低ければ、隣接する回路間の漏話も
減少する。
積層板誘電体材料の性能を予想する際に考慮すべきも
う１つの特性は熱膨張係数（CTE）である。外部接続装
置にPCBを結合するはんだづけされた結合部のクラッキ
ングを防ぎ、誘電体から銅が分離するのを避け、又はPC
Bのそりを阻止するために、PCBに含まれた誘電体材料の
Ｘ方向及びＹ方向のCTEと隣接する銅のCTE−17ppm−を
厳密に一致させることが望ましい。Ｘ方向及びＹ方向の
CTEは通常はマトリックス内のガラス繊維により制御さ
れるが、これらの繊維はＺ方向のCTEは制御しない。熱
サイクル中に銅めっきスルー・ホールのクラッキングを
防ぐためにＺ方向のCTEも制御せねばならない。熱の発
生は、はんだづけ作業中か再作業中、他の製造プロセス
中、及び完成した基板の動作時に電流が流れる間に起き
る。
CTEを変更する１つの方法は充填材を使用する方法で
ある。充填材とマトリックス重合体の結合は、結合剤−
しばしばシランを用いる−により行なうことができる。
結合剤は充填材と重合体の間の接合を改善し、全界面領
域を最小にし、電気的及び機械的性能も改善する。
ガラス転移温度（Tg）と呼ばれる変曲点に達するとプ
リプレグ誘電体材料のCTEは著しく変化する。Tgに達す
ると、誘電体材料の膨張率はかなり増大するから、誘電
体材料は応力を最小にするために高いTgを持つことが望
ましい。例えば、エポキシ・ノボラックに基づいた誘電
体材料は一般に150℃以上の比較的高いTgを持つとみな
される。多くの場合、高いTgに関連した他の特性は低い
水分吸収及び化学的な不活性という特性を含む。Tgに関
する論文はpp.559−560 of Microelectronics Packagin
g handbook,Tummala et al,Ed.,published by Van Nost
rand Reinhold,New York,1989に記載されている。
電子装置を市販するためには、該装置が保険業者試験
所（UL）により指定された一定の可燃性規格に合格する
ことが望ましい。火炎抑制作用を生じさせるために、ア
ンチモンとハロゲンの合成物、例えば、米国特許第3523
037号明細書に記載されている、エポキシ樹脂内のビス
フェノールＡの臭化ポリグリシディル・エーテル中の17
〜20％Brが樹脂に付加されている。
C.発明が解決しようとする課題 本発明の目的は表面取付装置に関連して任意に積層板
プリント基板で用いるのに適したプリプレグ材料を提供
することである。
更に本発明の目的は制御された低いＸ、Ｙ及びＺ方向
のCTE、高いTg、低いEr、すぐれた作業可能性及び低い
可燃性を持つプリプレグ材料を提供することである。
更に本発明の目的は従来の含浸方法及び装置を用いて
製造し処理できる弗素重合体又は他の樹脂及びミクロス
フェアを含む火炎抑制プリプレグ材料を提供することで
ある。
D.課題を解決するための手段 本発明のプリプレグ材料は、エポキシ樹脂、ポリイミ
ド樹脂及び弗素重合体樹脂、並びにシアナート、ジシア
ナート及びベンゾジシクロブタンの単量体から誘導され
た樹脂よりなる群から選択された樹脂と、火炎抑制性、
即ち難燃性を有する無機材料で形成された直径40ミクロ
ン以下の中空のミクロスフェア充填材と、シラン結合剤
と、難燃性を有する強化材料とよりなり、これらの成分
は、3.2未満の誘電率を与えるように組み合わされる。
ミクロスフェア充填剤は、ホウ珪酸塩ガラス又はシリ
カで形成され、その平均直径が５ミクロン〜25ミクロン
であり、ナトリウム・オキシドの含有量が２重量％以下
であるのが好ましい。
強化材料は、ガラス、セラミック、弗素重合体、ポリ
エステル、石英、ポリイミド、アラミド、ポリ−ｐ−フ
ェニレン・ベンゾビスチアゾール、ポリ−ｐ−フェニレ
ン・ベンゾビスオキサゾール、ポリエーテルエーテルケ
トン及び芳香族ポリエステルからなる群から選択された
難燃性の無機又は有機材料の織クロス、マット又は薄膜
であるのが好ましい。
プリプレグ材料における樹脂、ミクロスフェア充填材
及び強化材料の好ましい割合は、次のとおりである。
樹脂・・・・・・・・・・・36〜47容量％ ミクロスフェア充填材・・・20〜65容量％ 強化材料・・・・・・・・・７〜30容量％ シラン結合剤は、樹脂とミクロスフェア充填材との直
接接触を減らすことによって、特性を改善するためのも
のであるが、これは、ミクロスフェア充填材を樹脂と混
合する前にミクロスフェア充填材を結合剤で処理し、ミ
クロスフェア充填材の表面に結合剤の被覆を与えること
によって行なうことができる。シラン結合剤は、強化材
料の表面処理にも使用でれる。
E.実施例 熱可塑性弗素重合体樹脂材料は本質的に低い誘電率を
有する。しかしながら熱可塑性とその結果生じる、熱に
よる寸法の不安定性は一般にプリプレグ積層板における
弗素重合体の使用を事実上妨げる。一定のタイプの充填
材粒子の存在は誘電体樹脂材料の熱反応を改善すること
は知られているが、全ての充填材が誘電率によい影響を
与えるとは限らない。熱硬化性の誘電体樹脂材料は、熱
可塑性弗素重合体に比し、寸法の安定性及びプロセス可
能性の改良を含む多くの利点を示す。しかしながら、そ
れらの誘電率はずっと高い。もし無作為に分布した再生
可能なサイズ及び形状の充填材として空気を、従来のプ
ロセス可能なプリプレグ樹脂材料に混ぜることが可能で
あれば、空気の誘電率は真空の誘電率に最も近いから、
その結果生じる材料の誘電率は高くなるのではなく低く
なるであろう。
空気を混ぜることにより、ミクロスフェアは誘電体積
層板の誘電率を低くすることができることは、ほぼ10年
にわたり認められているが、前記材料はまだ市販されて
はいない。
更に、ミクロスフェアの付加は通常は積層板材料の火
炎抑制性をひどく低下させる。これはミクロスフェア合
成物の比熱の減少が直接の原因であると信じられてい
る。火炎が触れると、ミクロスフェア積層板の表面の樹
脂は、比熱が低いため、ミクロスフェアを持たない同じ
材料よりも速く揮発温度に達する。ミクロスフェア充填
積層板の低い熱伝導性もそれらの可燃性の一因であると
信じられている。
本発明の材料の使用により、非常に高いミクロスフェ
アの充填の場合でも特定の火炎抑制添加剤の必要はなく
なる。大抵の前記添加剤はErに不利に作用するから、こ
れはかなり重要な貢献である。ミクロスフェア充填材が
用いられると、ハロゲン又はアンチモンの量の増加は火
炎抑制のレベルを維持する。本発明の基板積層板はUL94
V−１に同じか又はそれ以上の可燃性等級を達成してい
る。
ミクロスフェアの付加により通常は低下するもう１つ
の重要な特性はぬれ誘電損正接（Tanφ）である。Tanφ
は信頼性に関して極めて重要である。一般に同じ基本材
料グループ内では高いTanφ値は絶縁抵抗の信頼性が低
いことを意味する。tanφ値は界面領域への水分浸透と
イオン混入の量を表わす。ミクロスフェアの存在は通常
はTanφに不利な作用を与え、ミクロスフェアが界面領
域を増すと、ミクロスフェア・シェルの壁からの浸出に
より水の浸透を容易にし且つイオン混入を容易にする。
樹脂／ミクロスフェア界面での水浸透によるTanφの
低下は、耐水樹脂の選択により且つシランを基礎とする
合成物のような結合剤でミクロスフェアを被覆すること
により最小にすることができる。
一般にミクロスフェアのサイズも信頼性に関して重要
である。将来の基板設計では、より低いインピーダンス
が必要になる。より低いインピーダンスはより薄い誘電
層間隔を必要とする。もし積層板が積層板の層の厚さと
同じ直径のミクロスフェアを含むならば、絶縁抵抗の信
頼性が不利な影響を受けることは明白である。このよう
な場合、中空の１つのミクロスフェアの破損でも誘電層
を通ずる直接の経路を開くことがある。より小さいミク
ロスフェアが用いられると、誘電層を通ずる経路を開く
には幾つかのミクロスフェアの破損を必要とするから、
信頼性は改善される。
ミクロスフェアのサイズ及びその分布は、非常に薄い
誘電層をつくるとき特に、パッキング係数に重大な影響
を及ぼす。パッキング係数は充填材が占有する容量の百
分比である。下記の実施例の調合物はおよそ40容量％の
ミクロスフェアの含有を必要とする。ミクロスフェアの
サイズ及びその分布は要求された最も薄い積層板の層の
厚さの範囲内で十分なパッキングを可能にせねばならな
い。
前述のミクロスフェアの直径の影響の全てを考慮する
と、受入可能なミクロスフェアは最大直径がおよそ40ミ
クロン以下、平均直径がおよそ25ミクロン以下でなけれ
ばならない。最も望ましいミクロスフェアは最大直径が
およそ25ミクロン、平均直径がおよそ５ミクロンであ
る。
誘電体積層板は大抵は一巻のクロス材料を樹脂に含浸
してつくられる。これはクロスを樹脂のタンクに浸して
から熱乾燥し、樹脂を部分的に硬化させて行なう。含浸
されたクロス、即ちプリプレグは後に裁断され銅箔を重
ねて圧着され積層板がつくられる。本発明の方法により
ミクロスフェアを囲い込むときも同じ方法が用いられ
る。この場合、樹脂、溶剤及びミクロスフェアの混合物
が用いられる。中空のミクロスフェアは樹脂／溶剤の混
合物よりも低い密度を持っているから、それらは通常は
浮かぶ傾向がある。しかし、本発明のミクロスフェアの
サイズは小さいので、それらは液状の樹脂による牽引に
比較して殆ど浮揚性がないが、それらを完全且つ一様に
浮遊させておくには、回転するへら撹拌器による極微の
撹拌が必要である。
本発明の積層板は平台型のプレス又はオートクレーブ
積層形成によりミクロスフェア・プリプレグからつくら
れる。プリプレグ・クロス・シートは２枚の銅箔の間に
はさみ、熱と圧力を加えて接着する。圧力は一般に300P
SI（1PSI＝0.7030696g/mm2）を用いる。適切なミクロス
フェア充填材の更に重要な１つの特性は、破損せずにこ
の接着プロセスの圧力に耐える能力である。適切なミク
ロスフェアは1000PSIの均衡圧力での破損による喪失は1
0容量％以下でなければならないことが提案されてい
る。本発明のミクロスフェアはおよそ5000PSIまで十分
に耐えることが予想される。接着中はミクロスフェアの
サイズも重要である。ミクロスフェア積層板をつくる従
来の試みは接着中のミクロスフェアの浮揚性により不利
な影響を受けている。従来のミクロスフェア積層板は加
熱時に特定の方向にそりが生じている。接着が水平位置
で行なわれると、サイズの大きいミクロスフェアは上面
に移動するので、作為的な分布を生じると考えられてい
る。本発明では、ミクロスフェアの直径は極めて小さい
ので、分布は無作為のままである。
織PTFEクロス、ヘキサフルオロビスフェノールＡ（ジ
シアナート樹脂及びミクロスフェアを含む特定の１つの
調合物では、2.2程度の低い有効Erが取得されている。
上記の調合物で用いたミクロスフェアは1.7の有効Erを
持っている。もっと低いErを持つミクロスフェアも取得
可能である。もしこの調合物が1.2の有効Erを持つミク
ロスフェアでつくられていれば、このような合成材料の
Erは2.0よりも低くなると予想される。
適切なミクロスフェアはミネソタ州セントポールの3M
から市販された3M−Ｘ（非常に小さい試験的なミクロス
フェア）及びマサチューセッツ州カントンのグレース・
シンタクティックスから市販されたSTD−28及びSTD−60
を含むが、それらに限定されるものではない。下記はこ
れらの製品の特性を示す。
本発明のように、十分に小さいサイズのミクロスフェ
アを用いると、前に経験し又は予想したような多くの問
題は起こらない。非常に小さいミクロスフェアの利点に
は浮揚の減少、無作為な分布、パッキング係数の改善及
び電気的な信頼性の向上がある。特に、これらの利点は
およそ５ミクロンから25ミクロンまでの範囲のミクロス
フェアを用いるときに得られる。
前述のイオン混入は考慮する必要がある。イオン混入
はイオンが混入された樹脂の使用、又はガラス構造ない
しはミクロスフェア・シェル壁からのイオン浸出から生
じることがある。大抵の電気的等級の樹脂中のイオンの
存在は注意深く制御されるので通常は問題にならない。
しかしながら、ナトリウム・イオン及びカリウム・イオ
ンは大抵のガラスに存在する。そのため、電気的に使用
されるガラス・クロス（Ｅガラス）ではナトリウム・オ
キシド及びカリウム・オキシドは１％未満に維持され
る。グレース・シンタクティックスのミクロスフェアは
カリウム・オキシドの含有量はほぼ０であり、ナトリウ
ム・オキシドの含有レベルは２％未満である。これらの
２つの共通するガラス成分の含有レベルが低いことは信
頼性を高める。
本発明は既知の真空接着方法により処理することがで
きる。即ち、樹脂／シラン処理されたミクロスフェア／
担体構造のプリプレグがつくられ、Ｂ段階硬化が行なわ
れ、そして真空接着される。含浸混合物は、溶剤が除去
されると、例えば、およそ50％のパッキング係数を生じ
るのに十分な、所定の品質のミクロスフェアを樹脂／溶
剤混合物に付加して製造される。ミクロスフェアの破損
を避けるためには低い破砕力で混合する手法を用いねば
ならない。ミクロスフェアは球状であるので、ミクロス
フェアは容易に混合され、溶液の粘着性は含浸が困難に
なる点までは増加しない。
それらの密度及びサイズにより、ミクロスフェアは樹
脂溶液で浮揚することがあるので、低い破砕力で撹拌す
ることによりそれらを浮遊させておく必要がある。本発
明の最適なミクロスフェアのサイズ及びパッキング係数
の組合せにより、充填された誘電体材料は、中空のミク
ロスフェアが破損されずに、熱及び圧力サイクルの接着
に耐えることができる。本発明では最大500PSIまでの接
着圧力で２％未満のミクロスフェアの破損が観察されて
いる。破損が生じるとき、一般に最大のミクロスフェア
が最初に崩壊する。シェル構成、中空の中味、ナトリウ
ム含有量、密度及び強度のような他の特性も重要であ
る。グレース・シンタクティックスから市販されたSDT2
8のような、直径40ミクロン未満の固体数を99％有し、
２％未満のナトリウム・オキシドを含む中空のシリカ・
ミクロスフェアは受入可能である。サイズが25ミクロン
未満の固体数が99％の、グレース・シンタクティックス
のSDT60ミクロスフェアも良好な充填材である。
ミクロスフェアは特定の樹脂で用いるのに適したシラ
ン・ベースの結合剤により処理される。これらの調合物
のために特に適した結合剤は、ダウ・コーニング（Dow/
Corning）Ｚ−6075及びダウ・コーニング（Dow−Cornin
g）Ｚ−6020のそれぞれ90％及び10％の合剤の１％水溶
液であることが分かった。Ｚ−6020の代りにダウ・コー
ニング（Dow/Corning）Ｚ−6032が使用できる。他の結
合剤又は結合剤の組合せも受入可能である。最良の耐湿
性及び受入可能な湿り誘電損作用に関する最適の結合剤
混合物はビニル・シラン及びアミノ・シランの組合せで
ある。シラン樹脂は充填材粒子を樹脂マトリックス内に
拘束し樹脂マトリックスとミクロスフェアの間の界面領
域の容積を最小にする。
担体／強化材料はガラス又はポリテトラフルオロエチ
レン（PTFE）のような既知のシェル・タイプの強化材で
あればどれでもよい。担体構造は大抵は完成した積層板
に望ましい特性により選択される。これらの特性は厚
さ、Er、CTE及び意図された製品使用法を含む。受入可
能な担体材料は織繊維ガラス、不織繊維ガラス、重合体
構造及びマットを含む。ポリイミド薄膜のような有機薄
膜も使用できる。Ｄガラスのような低いEr構造、ケブラ
ー（Kevlar）及びノメックス（Nomex）（両者はE.I.Dup
ont de Nemours and Companyの登録商標である）のよう
なアラミド（aramid）、ポリ−ｐ−フェニレン・ベンゾ
ビスチアゾール、ポリ−ｐ−フェニレン・ベンゾビスオ
キサゾール、ポリエーテルエーテルケトン、芳香族ポリ
エステル、石英、Ｓガラス等も該調合物で用いることが
できる。補強材は互い織り又は混ぜ合わせ形式にするこ
とができる。
樹脂を選択する際、Er、Tg、水分吸収、可燃性、誘電
損、融解粘着性及びゲル化時間は全て考慮せねばならな
い。一般に、高官能性で低粘性のフェノール硬化型臭化
エポキシ樹脂（これは、ビスフェノールＡの臭化ジグリ
シジル・エーテルである）が好ましい。特に適した１つ
の樹脂はCiba−Geigy Inc.のチバ・ガイギー・アラルダ
イト87−212である。この樹脂はおよそ29％の臭素容量
を有する。適合するもう１つのエポキシ樹脂はDow Chem
ical Companyから市販されたダウXU71825である。Hi−T
ek Polymers Inc.から市販されたアロシー（Arocy）Ｆ
−40（これは、弗化ジシアナート樹脂である）も受入可
能である。エポキシとアロシーＦ−40の混合物も検査さ
れ明白に受入可能である。シアナート、ベンゾシクロブ
タン、弗素重合体、（CTFE、PTFE、FEP、PFA）、ポリイ
ミド等のような樹脂も該調合物で用いることができる。
下記の表は積層板内の構造／樹脂／ミクロスフェアの
幾つかの可能な組合せを示す。実際につくられ検査され
た組合せは記号＊で示す。他の組合せのErも予想されて
いる。記号＊とそれに続く（3M）の組合せは、それが計
算で想定されたグレース・シンタクティックスの代りに
3Mだけでつくったことを示す。
（Ａ）ミクロスフェア グレースSTD−28 Er＝1.2 該計算されたErは非有機構造の組合せの全てについて
構造／樹脂／ミクロスフェアの合成比がそれぞれ10/45/
45容量％であると想定する。ケブラー組合せの全ては構
造／樹脂／ミクロスフェアの合成比が20/40/40容量％で
あり、PTFE構造の組合せの全ては26/37/37容量％である
と想定する。前記の表はPTFE/アロシーＦ−40樹脂／ミ
クロスフェア調合物の重要性を示す。これは熱硬化性樹
脂により、２未満の誘電率を達成する１つの方法であ
る。
実施例： 特定の調合物＃1:下記の調合物と処理手順はErが2.70
の非火炎抑制積層板をつくるのに用いられた。91.2グラ
ムのダウXU71787.00L、（MEK中で樹脂分70重量％）、0.
4グラムの亜鉛オクトナート（Octonate）、（８％の亜
鉛）、43グラムのMEK及び34.5グラムの試験用の小さい3
Mミクロスフェアを含む溶液が用意された。ミクロスフ
ェアはシラン処理されなかった。バージニア州アルタビ
スタのBurlingtonから供給され、Ｉ−639シランにより
仕上げ処理された1080型Ｓガラス・クロスはこの混合物
に含浸された。含浸間隔は0.1778mmに設定された。その
結果生じた構造は炉で４分間138℃でＢ段階硬化され
た。可燃性試験のために両側に0.03556mmの厚さの銅を
持つ３層積層板と１つの10層積層板が120分にわたり200
PSI、200℃でプレス接着によりつくられた。可燃性を検
査したとき試料は完全に燃え尽き、UL−94 V2に等しい
定格に適合することも失敗に終った。誘電率は“スペク
トル分析手法”を用いて304MHz及び596MHzで測定され、
それぞれ2.62及び2.73であることが分かった。下記の表
は該構成の詳細な解析とこの積層板のErの計算及び測定
結果を示す。
特定の調合物＃2:下記の調合物と処理手順はErが2.40
の火炎抑制積層板をつくるのに用いられた。133グラム
のアロシーＦ−40、（MEK中で樹脂分75重量％）、0.12
グラムの亜鉛オクトナート、（８％の亜鉛）、17グラム
のMEK及び14グラムのグレース・シンタクティックスSTD
−28ミクロスフェアを含む溶液が用意された。ミクロス
フェアはシラン処理されなかった。バージニア州アルタ
ビスタのBurlingtonから供給され、Ｉ−639シランによ
り仕上げ処理された1080型Ｓガラス・クロスはこの混合
物に含浸された。含浸間隔は0.2032mmに設定された。そ
の結果生じた構造は炉で４分間にわたり138℃でＢ段階
（即ち部分的に）硬化された。両側に0.03556mmの厚さ
の銅を持つ８層積層板が１時間にわたり150PSI、320℃
でプレス接着された。可燃性は検査された。第１と第２
の平均消火時間は2.1秒と0.4秒であり、UL−94 V0に等
しい定格が示された。誘電率は“スペクトル分析手法”
を用いて555MHzで測定され、2.40であることが分かっ
た。下記の表は該構成の詳細な解析とこの積層板のErの
計算及び試験結果を示す。
特定の調合物＃3:下記の調合物と処理手順はErが2.85
の火炎抑制積層板をつくるのに用いられた。286グラム
のダウXU71825.02、（MEK中でエポキシ樹脂70重量
％）、0.2グラムの２メチル・イミダゾール、80グラム
のMEK及び36グラムのグレース・シンタクティックスSTD
−28ミクロスフェアを含む溶液が用意された。ミクロス
フェアはダウ・コーニングX1−6100シラン結合剤の１％
の溶液で予め処理されていた。ニューヨーク州、ニュー
ヨークのユニグラス（UniGlass）から供給され、UM718
シラン結合剤で処理された標準的な108型Ｅガラス・ク
ロスはこの混合物に含浸された。含浸間隔は0.3048mmに
設定された。その結果生じた構造は炉で４分間にわたっ
て138℃でＢ段階（即ち部分的に）硬化された。プリプ
レグ・フロー・レベルは300PSI、177℃で８分間という
標準的な条件の下で検査され、31.3％であることが分か
った。このフロー・レベルは過大とみなされている。ミ
クロスフェア積層板の理想的なフロー・レベルはおよそ
20％と考えられている。可燃性検査のために両側に0.03
556mmの厚さの銅を持つ３層積層板及び１つの10層積層
板が80分にわたり300PSI、177℃でプレス接着によりつ
くられた。可燃性は検査された。第１と第２の燃焼の平
均消火時間はそれぞれ、2.5秒と0.2秒であり、UL−94 V
0に等しい定格が示された。Tanφは0.149であることが
分かった。このTanφの値は少し高いとみなされ、もし
最適の結合剤がミクロスフェアに加えられていたならば
減少していたであろう。誘電率は“スペクトル分析手
法”を用いて292MHz及び590MHzで測定され、それぞれ2.
90及び2.85であることが分かった。プリプレグ・プレス
された厚さは層当り0.1143mmであることが分かった。下
記の表は該構成の詳細な解析とこの積層板のErの計算及
び試験結果を示す。
特定の調合物＃4:下記の調合物と処理手順はErが2.23
の火炎抑制積層板をつくるのに用いられた。286グラム
のアロシーＦ−40、（MEK中で弗化ジシアナート樹脂75
重量％）、0.3グラムの亜鉛オクトナート、（８％亜
鉛）、70グラムのMEK及び79グラムの試験用の小さいミ
クロスフェアを含む溶液が用意された。ミクロスフェア
はシラン結合剤による処理はなされていなかった。織PT
FE構造はこの混合物に含浸された。含浸間隔は0.1778mm
に設定された。その結果生じた構造は炉で４分間にわた
り138℃でＢ段階硬化された。プリプレグ・フロー・レ
ベルは検査されなかった。可燃性検査のために両側に0.
03556mmの厚さの銅を持つ１つの３層積層板及び１つの1
0層積層板が320℃、300PSIで60分間にわたるプレス接着
によりつくられた。第１及び第２の燃焼の平均消火時間
はそれぞれ、1.0秒及び０秒（０は燃焼しなかったこと
を意味する）であり、UL94−V0に等しい定格が示され
た。Erは“スペクトル分析手法”を用いて390MHz及び79
6MHzで測定され、それぞれ2.27及び2.19であることが分
かった。下記の表は該構成の詳細な解析とこの積層板の
Erの計算及び試験結果を示す。
特定の調合物＃5:下記の調合物と処理手順はErが2.75
の火炎抑制積層板をつくるのに用いられた。286グラム
のチバガイギーのアラルダイト＊87−212、（MEK中でエ
ポキシ樹脂70重量％）、0.4グラムの２メチル・イミダ
ゾール、70グラムのMEK及び36グラムのグレース・シン
タクティックスSTD−28ミクロスフェアを含む溶液が用
意された。ミクロスフェアはダウ・コーニングＺ−6075
/Z−6020結合剤の90/10重量％の溶液で予め処理されて
いた。ユニグラスから供給され、UM718シラン結合剤で
処理された標準的な108型Ｅガラス・クロスはこの混合
物に含浸された。含浸間隔は0.3048mmに設定された。そ
の結果生じた構造は炉で３分間にわたって143℃でＢ段
階硬化された。プリプレグ・フロー・レベルは300PSI、
177℃で８分間という標準的な条件の下で検査され、10.
6％であると判明した。可燃性検査のために両側に0.035
56mmの厚さの銅を持つ３層積層板及び１つの10層積層板
が90分にわたり400PSI、177℃でプレス接着により製造
された。可燃性は検査された。第１と第２の燃焼の平均
消火時間はそれぞれ2.0秒と０秒であり、UL−94 V0に等
しい定格が示された。Tanφが検査され、0.092であると
判明した。Erは“スペクトル分析手法”を用いて312MHz
及び631MHzで検査され、それぞれ2.83及び2.77であると
判明した。プリプレグ・プレスされた厚さは層当り0.11
43mmであると判明した。下記の表は該構成の詳細な解析
とこの積層板のErの計算及び試験結果を示す。
液体含浸混合物及び仕上がった積層板の調合物はどち
らも下記に示す。ミクロスフェアは最終的な合成物材料
の全重量のうちの少しの割合しか占めないが、容量につ
いては全体のほぼ半分を構成することが分かる。これは
ミクロスフェアの極めて低い密度によるものである（グ
レース・シンタクティックスSTD−28ミクロスフェアの
場合、0.28g/ccである）。
調合物＃５（含浸混合物） 成分 重量％ チバガイギーアラルダイト＊87−212エポキシ 51.0 グレースSTD−28ミクロスフェア 9.1 ２メチル・イミダゾール 0.1 メチル・エチル・ケトン（MEK） 39.8 上記の表は１つの特定の調合物に使用する量を示す。
個々の成分の割合は最終的な合成物に望ましい厳密な特
性により変更することができる。一般に、合成物は７〜
30容量％の強化構造及び70〜93容量％のミクロスフェア
充填樹脂から成る積層板である。ミクロスフェア充填樹
脂は80〜95重量％のアラルダイト＊87−212、５〜20重
量％のグレース・シンタクティックスSTD−28ミクロス
フェア及び樹脂の0.1％の範囲の２メチル・イミダゾー
ル触媒から成る。もちろん、代替の樹脂、構造及び充填
材も使用することができる。同じ担体材料の低重量の構
造の使用によりプリプレグ・プレスの厚さを薄くするこ
とができる。更に、非常に薄い積層板の中心部での写真
平版作業を容易にするためにUVブロッキング染料を付加
することがある。これらのUV吸収材料は樹脂の0.5％（P
HR）の範囲で付加できる。
下記は本発明の、調合物＃５と同じ火炎抑制ミクロス
フェア積層板の、広範な検査中に得られた基礎的な特性
を記載する表である。使用された検査方法は、別に指定
されない限り、IPC試験方法マニュアル（IPC−TMM−65
0）からのものである。
前述の調合物と処理が用いられると、処理中の収縮に
よるそりを少なくし、低い誘電率、小さい正接、受入可
能な絶縁破壊電圧、低いCTE及び低い水分吸収を示し、
且つはんだ衝撃試験に合格し高いTgを処理するので、火
炎抑制、高品質、費用競争力、信頼性、低いErのミクロ
スフェア積層板の基板が製造可能になる。
F.発明の効果 本発明によれば、低い誘電率を有し、しかも熱膨張特
性、火炎耐性、水分吸収特性、ガラス転移特性などの点
でも優れた回路基板を実現することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウイリアム・ジヨン・ルーデイツク アメリカ合衆国ニユーヨーク州ベスタ ル、ボツクス385エー、シイデイ・ロー ド番地なし (72)発明者 ウイリアム・ジヨセフ・サマ アメリカ合衆国ニユーヨーク州エンドウ エル、エルムウツド・ドライブ1022番地 (72)発明者 デービツド・ウエイ・ウアン アメリカ合衆国ニユーヨーク州ベスタ ル、オーバブルーク・ドライブ800番地 (56)参考文献 特開 昭62−262498（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−167394（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−11351（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−140256（ＪＰ，Ａ) 特公 平１−25769（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】3.2未満の誘電率を有するプリプレグ材料
    であって、 エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂及び弗素重合体樹脂、並
    びにシアナート、ジシアナート及びベンゾジシクロブタ
    ンから誘導された樹脂よりなる群から選択された樹脂
    と、 難燃性を有する無機材料で形成された直径40ミクロン以
    下の中空のミクロスフェア充填材と、 シラン結合材と、 難燃性を有する強化材料とを含み、 上記ミクロスフェア充填材のナトリウム・オキシドの含
    有量が２重量％未満であることを特徴とするプリプレグ
    材料。
  2. 【請求項２】請求項（１）に記載のプリプレグ材料であ
    って、 上記ミクロスフェア充填材がガラス又はシリカよりな
    り、その平均直径が５ミクロン〜25ミクロンであり、上
    記樹脂の含有量が36〜47容量％、上記ミクロスフェア充
    填材の含有量が20〜65容量％、上記強化材料の含有量が
    ７〜30容量％であることを特徴とするプリプレグ材料。
  3. 【請求項３】3.2未満の誘電率を有するプリプレグ材料
    を含むプリント基板であって、上記プリプレグ材料は、 エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂及び弗素重合体樹脂、並
    びにシアナート、ジシアナート及びベンゾシクロブタン
    から誘導された樹脂よりなる群から選択された樹脂と、 難燃性を有する無機材料で形成された直径40ミクロン以
    下の中空のミクロスフェア充填材と、 シラン結合材と、 難燃性を有する強化材料とを含み、 上記ミクロスフェア充填材のナトリウム・オキシドの含
    有量が２重量％未満であり、上記基板は少なくともその
    一部分に配置された少なくとも１層の導電材料を含むプ
    リント基板。
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