JP4121402B2

JP4121402B2 - 熱可塑性液晶ポリマーを用いた回路基板およびその製造方法

Info

Publication number: JP4121402B2
Application number: JP2003067721A
Authority: JP
Inventors: 稔小野寺; 利紀津軽
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd
Priority date: 2003-03-13
Filing date: 2003-03-13
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2023-03-13
Also published as: JP2004281502A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学的異方性の溶融相を形成し得る熱可塑性ポリマー(以下、これを熱可塑性液晶ポリマーと略称することがある)からなるフィルム(以下、これを熱可塑性液晶ポリマーフィルムと略称することがある)を絶縁層に用いた回路基板とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、回路基板の基材としては、ガラス補強エポキシ（以下、エポキシ系と略す）基材が用いられてきたが、近年では、高集積回路化、高周波数伝送化、薄膜化などの要求に対応するため、ビスマレイミド−トリアジン系のガラス補強（以下、ＢＴ系と略す）基材が用いられている。なお、回路基板およびその製造方法としては、後述するように種々提案されている（例えば、特許文献１〜５）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−３３５３９１号公報
【特許文献２】
特開２０００−２５２３２７号公報
【特許文献３】
特開２００１−６８８４７号公報
【特許文献４】
特開２００１−１１１２０７号公報
【特許文献５】
特開平１０−１５７０１０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、電気電子機器分野においては、ＳＭＴ（表面実装技術）が普及し、多くの電気電子機器製品に使用されている。これにより電子回路基板の実装密度が飛躍的に向上し、従来では実現できなかったような軽薄短小化が達成されている。それに伴い、電子回路基板には、同一回路基板内にＩＣチップ、抵抗器、コンデンサなどの多種類の実装品が実装されるようになってきている。
しかし、従来使用されている、エポキシ系の基材やＢＴ系基材の絶縁材料は、半導体素子や抵抗素子などの実装品を実装するとき、基材を構成する樹脂と同じ熱膨張係数を有する実装品の場合には、位置ズレが少なく、熱寸法信頼性は良好であるが、基材を構成する樹脂とは異なる熱膨張係数を有する実装品の場合には熱寸法信頼性が悪化する。
【０００５】
本発明は、上記した従来技術に鑑みてなされたものであって、回路基板の同一表面上に寸法変化率が異なる領域が形成されており、実装時の熱寸法信頼性に優れた回路基板を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記課題は、光学的異方性の溶融相を形成し得る熱可塑性ポリマーからなるフィルムを絶縁層に用いた回路基板であって、同一回路基板内に実装品が設けられる複数の領域を有し、この実装品が設けられる少なくとも１つの領域の寸法変化率が、(1)回路基板の他の部分とは相違し、かつ(2)該領域に実装される実装品の寸法変化率との差が０．１％以下となるように、該領域を局所的に熱処理して調整されてなる回路基板を提供することによって解決される。
【０００７】
本発明者らはこれまで、熱可塑性液晶ポリマーからなるフィルムおよび該フィルムを使用してなる回路基板について研究を重ねてきた。その結果、熱可塑性液晶ポリマーフィルムは、熱処理を施すことによってその熱膨張係数を制御できることを見出している。かような性質に着目した結果、熱可塑性液晶ポリマーフィルムを回路基板の絶縁層として用い、金属箔との積層体とした後、実装品が設けられる領域を局所的に熱処理して、その領域における熱可塑性液晶ポリマーフィルムの寸法変化率を所望の値に調整することによって、上記した要求に応える回路基板を容易に製造できることを見出し、さらに検討した結果、本発明を完成させた。
【０００８】
なお、各種実装品を回路基板上に実装する際に、回路基板の実装部のみを加熱することは、例えば、特開平１０−３３５３９１号公報、特開２０００−２５２３２７号公報、特開２００１−６８８４７号公報、特開２００１−１１１２０７号公報（特許文献１〜４）などに記載されている。これらの文献に記載された局所的な加熱処理は、実装工程の過程で実施されるものであり、実装品に対応して異なる熱膨張係数を有する領域が設けられた回路基板を、実装工程に先立って製造することを意図したものではない。さらに、上記した各文献には、回路基板自体の素材に関しては全く記載されていない。
【０００９】
また、熱可塑性液晶ポリマーフィルムを使用した回路基板に関して、特開平１０−１５７０１０号公報（特許文献５）が知られている。同公報は、ＬＳＩチップを直接実装する際の熱膨張による位置ズレが小さく、表面実装部品の熱膨張係数に応じた金属張積層体を提供することを目的としたものであり、熱可塑性液晶ポリマーフィルムと金属箔とからなる積層体を、その表面への実装部品の装着前に熱処理することによって、該積層体を構成するフィルムの熱膨張係数を実装部品のそれと実質的に同じにすることからなる積層体の熱処理方法を開示する。しかし、この公報に記載された方法では、熱可塑性液晶ポリマーフィルムと金属箔とからなる積層体を加熱することが開示されているのみであり、回路基板全体にわたって熱可塑性液晶ポリマーフィルムの熱膨張係数を実装部品のそれと実質的に同じにすることはできるが、回路基板の同一表面上で異なる熱膨張係数の領域を有するものとすることはできない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明に使用される熱可塑性液晶ポリマーは特に限定されるものではないが、その具体例として、以下に例示する（１）から（４）に分類される化合物およびその誘導体から導かれる公知のサーモトロピック液晶ポリエステルおよびサーモトロピック液晶ポリエステルアミドを挙げることができる。
【００１１】
（１）芳香族または脂肪族ジヒドロキシ化合物（代表例は表１参照）
【００１２】
【表１】

【００１３】
(２)芳香族または脂肪族ジカルボン酸（代表例は表２参照）
【００１４】
【表２】

【００１５】
(３)芳香族ヒドロキシカルボン酸（代表例は表３参照）
【００１６】
【表３】

【００１７】
（４）芳香族ジアミン、芳香族ヒドロキシアミンまたは芳香族アミノカルボン酸（代表例は表４参照）
【００１８】
【表４】

【００１９】
これらの原料化合物から得られる熱可塑性液晶ポリマーの代表例として表５に示す構造単位を有する共重合体（ａ）〜（ｅ）を挙げることができる。
【００２０】
【表５】

【００２１】
また、本発明に使用される熱可塑性液晶ポリマーとしては、耐熱性および加工性の点で、約２００〜約４００℃の範囲内、とりわけ約２５０〜約３５０℃の範囲内に融点を有するものが好ましい。
【００２２】
本発明において絶縁層を構成する熱可塑性液晶ポリマーフィルムは、熱可塑性液晶ポリマーを押出成形して得られる。任意の押出成形法がこの目的のために使用されるが、周知のＴダイ製膜法、ラミネート体延伸法、インフレーション法等が工業的に有利である。特に、ラミネート体延伸法やインフレーション法では、フィルムの機械軸方向（以下、ＭＤ方向と略す）だけでなく、これと直交する方向（以下、ＴＤ方向と略す）にも応力が加えられるため、ＭＤ方向とＴＤ方向との間における機械的性質および熱的性質のバランスのとれたフィルムを得ることができるので、より好適に用いることができる。
【００２３】
熱可塑性液晶ポリマーフィルムは、加熱時の反りがないなどの形態安定性が必要とされる場合には、分子配向度ＳＯＲが１．３以下であることが望ましい。特に、ＳＯＲが１．３以下の液晶ポリマーフィルムは、ＭＤ方向とＴＤ方向との間における機械的性質および熱的性質のバランスが良好であって、フィルムが等方的性質を有している。このため、フィルムの向き（縦横方向）に拘束されることなく、回路の設計ができ、設計自由度が大きくなり、より実用性が高い。また、加熱時の反りを無くす必要がある精密な易放熱性回路基板に使用する場合には、０．９≦ＳＯＲ≦１．０３であることが望ましい。
【００２４】
ここで、分子配向度ＳＯＲ（Segment Orientation Ratio）とは、分子配向の度合いを与える指標をいい、従来のＭＯＲ（Molecular Orientation Ratio）とは異なり、物体の厚さを考慮した値である。上記の分子配向度ＳＯＲの算出方法について、以下に説明する。
まず、周知のマイクロ波分子配向度測定機において、熱可塑性液晶ポリマーフィルムを、マイクロ波の進行方向にフィルム面が垂直になるように、マイクロ波共振導波管中に挿入し、該フィルムを透過したマイクロ波の電場強度（マイクロ波透過強度）が測定される。そして、この測定値に基づいて、次式により、ｍ値（屈折率と称する）が算出される。
ｍ＝（Ｚｏ／△ｚ） × ［１−νmax／νｏ］
ただし、Ｚｏは装置定数、△ｚは物体の平均厚、νmaxはマイクロ波の振動数を変化させたとき、最大のマイクロ波透過強度を与える振動数、νｏは平均厚ゼロのとき（すなわち物体がないとき）の最大マイクロ波透過強度を与える振動数である。
次に、マイクロ波の振動方向に対する物体の回転角が０°のとき、つまり、マイクロ波の振動方向と、物体の分子が最もよく配向されている方向であって、最小マイクロ波透過強度を与える方向とが合致しているときのｍ値をｍ₀、回転角が９０°のときのｍ値をｍ₉₀として、分子配向度ＳＯＲはｍ₀／ｍ₉₀により算出される。
【００２５】
本発明の熱可塑性液晶ポリマーフィルムは、任意の厚みのものでよく、１ｍｍ以下の板状またはシート状のものをも包含するが、膜厚が１０〜１５０μｍの範囲内にあるものが好ましく、膜厚が１５〜７５μｍの範囲内にあるものがより好ましい。フィルムの厚さが薄過ぎる場合には、フィルムの剛性や強度が小さくなることから、膜厚が１０〜１５０μｍの範囲のフィルムを積層させて任意の厚みとすることが適当である。
【００２６】
本発明の回路基板は、上記した熱可塑性液晶ポリマーフィルムと、金属箔などの支持体とから構成される。また、熱可塑性液晶ポリマーフィルムの表面に金属からなる層を形成することによって回路基板を構成することもできる。
金属箔は、通常、熱可塑性液晶ポリマーフィルムの片面に積層される。また、金属からなる層は、熱可塑性液晶ポリマーフィルムの全面を覆うものであってもよいし、回路パターンに対応した形状であってもよい。後者の場合、金属からなる層は、熱可塑性液晶ポリマーフィルムの両面に設けられてもよい。
金属箔または金属層を構成する金属としては、電気的接続に使用されるような金属が好適であり、例えば、銅、金、銀、ニッケル、アルミニウムなどが挙げられる。
【００２７】
金属箔として銅箔を使用する場合、圧延法、電気分解法などによって製造される何れのものを使用してもよい。表面が平滑な圧延銅箔を使用する場合、その製造工程における圧延工程において通称オイルピットと呼ばれる細かい凹凸（ＪＩＳＢ０６０１に規定された中心線平均粗さＲａとして、０．０２〜０．３μｍ）が存在することが好ましい。
【００２８】
金属箔には、通常銅箔に対して施される酸洗浄などの化学的処理を施したり、ヒンダードフェノール系の酸化防止剤あるいはトリアゾール系の防錆剤、塩化第一錫水溶液に代表される還元剤などが本発明の効果を損なわない範囲内で塗布されていてもよい。金属箔の厚さは、１０〜１００μｍの範囲内が好ましく、１０〜３５μｍの範囲内がより好ましい。
【００２９】
金属箔と熱可塑性液晶ポリマーフィルムとの積層は、例えば真空熱プレス装置や加熱ロール積層設備等を使用した熱圧着などの公知の方法によって実施することができる。
また、熱可塑性液晶ポリマーフィルムの表面に金属層を形成する場合、蒸着、スパッタリング、めっきなどの公知の方法を利用することができる。金属からなる層が熱可塑性液晶ポリマーフィルムの全面を覆うものである場合には、上記した金属箔を熱可塑性液晶ポリマーフィルムに熱圧着する方法も採用できる。金属層の厚さとしては特に制限はないが、１０〜１００μｍの範囲内が好ましく、１０〜３５μｍの範囲内がより好ましい。
【００３０】
本発明の回路基板には、スルーホールが形成されていてもよい。スルーホールの形成は、公知の方法に従って実施することができ、ドリルによる加工法や、炭酸ガスレーザー、ＹＡＧレーザー、エキシマレーザーなどのレーザーによる加工法などを採用することができる。スルーホール形成時の発熱で、孔内に付着した熱可塑性液晶ポリマーの切削クズ（スミヤ）は、汎用の市販薬剤を用いて、化学的に溶解除去することが好ましい。前記スルーホールにめっきを施す場合は、従来周知の方法を採用することができる。
【００３１】
本発明の回路基板では、実装品が設けられる１つ以上の領域のうち、少なくとも１つの領域を局所的に熱処理して、この領域の寸法変化率を該領域に実装される実装品の寸法変化率との差が０．１％以下となるように調整する。これにより、実装品を実装する際に位置ズレが小さく、熱寸法信頼性が高められた回路基板が得られる。
【００３２】
熱処理の温度としては、回路基板における熱可塑性液晶ポリマーフィルムの寸法変化率が実装部品の寸法変化率よりも大きい場合には、該フィルムの融点よりも１４０℃低い温度から該融点までの温度範囲を選択することができる。また、回路基板における熱可塑性液晶ポリマーフィルムの寸法変化率が実装部品の寸法変化率よりも小さい場合には、該フィルムの融点から融点よりも２０℃高い温度までの温度範囲を選択することができる。熱可塑性液晶ポリマーフィルムの寸法変化率は熱処理時間によっても調整することができる。
また、熱処理の手段としては、例えば、赤外線照射装置、遠赤外線照射装置、電子線照射装置、熱風吹き付け装置などが使用される。
【００３３】
前記実装品が設けられる領域（以下、実装領域と略称することがある）における熱膨張係数は、−２０×１０^-6〜４０×１０^-6ｃｍ／ｃｍ／℃の範囲に調整されていることが好ましい。また、前記実装品が設けられる１つ以上の領域における熱膨張係数は、該領域に実装される実装品の熱膨張係数との差が３×１０^-6ｃｍ／ｃｍ／℃以下となるように調整されていることがより好ましい。すなわち、実装品が実装される領域の熱膨張係数を、実装品の熱膨張係数Ｐ×１０^-6ｃｍ／ｃｍ／℃に対して、（Ｐ−３）×１０^-6ｃｍ／ｃｍ／℃〜（Ｐ＋３）×１０^-6ｃｍ／ｃｍ／℃の範囲に調整することが好ましい。
【００３４】
本発明の回路基板には実装領域が少なくとも１つ形成される。このような実装領域には、例えば、コンデンサと抵抗器のように寸法変化率が異なる複数種の実装品を実装することができる。その場合、実装される実装品の寸法変化率は似通った範囲にあることが好ましい。また、本発明の回路基板には２つまたはそれ以上の実装領域を形成することも可能である。その場合、各実装領域の寸法変化率は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、各実装領域の熱膨張係数は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
【００３５】
本発明の回路基板は、複数の実装領域を形成し、各実装領域毎に１種類の実装品を実装するように構成することもできる。その場合、各実装領域の寸法変化率を、該実装領域に実装される実装品に合わせて調整することが可能である。例えば、第１の実装品が実装される領域を実装領域１、第１の実装品とは別種の第２の実装品が実装される領域を実装領域２、以下、第ｎの実装品が実装される領域を実装領域ｎ（ｎ≧３）とした場合に、各実装領域１、２およびｎの各寸法変化率と、それぞれの実装領域に実装される実装品の寸法変化率との差が０．１％以下となるように調整されていることが好ましい。また、各実装領域１、２およびｎの各熱膨張係数は、−２０×１０^-6〜４０×１０^-6ｃｍ／ｃｍ／℃の範囲に調整されていることが好ましく、それぞれの実装領域に実装される実装品の熱膨張係数との差が３×１０^-6ｃｍ／ｃｍ／℃以下となるように調整されていることがより好ましい。
【００３６】
図１は、本発明の一実施形態にかかる複数の実装品が実装された回路基板の構成図を示す。同図の実施形態では、熱可塑性液晶ポリマーフィルムを絶縁層に用いた回路基板１に３つの実装領域２〜４が設けられ、このうち領域２にはＩＣチップ５や半導体６が実装され、領域３にはコンデンサ７や抵抗８が実装され、領域４にはコネクタ９が接続されている。そして、回路基板１は、絶縁層からなる基材の上に、上記の実装品を互いに電気的に接続する配線パターン(図示せず)が形成されている。
【００３７】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。なお、融点および熱膨張係数、並びに熱寸法信頼性は、以下の方法により測定した。
・融点および熱膨張係数
熱可塑性液晶ポリマーフィルムの融点は、示差走査熱量計を用いて、２０℃／分の速度で昇温し完全に溶融させた後、５０℃／分の速度で５０℃まで急冷し、再び２０℃／分の速度で昇温した時に現れる吸熱ピークの位置で測定した。
また、熱可塑性液晶ポリマーフィルムの熱膨張係数は、熱機械分析装置（ＴＭＡ）を用い、幅５ｍｍ、長さ２０ｍｍのフィルムの両端に１ｇの引張荷重をかけ、５℃／分の速度で２００℃まで昇温後、２０℃／分の速度で冷却し、再び５℃／分の速度で昇温した時の３０℃と１５０℃の間の長さの変化に基づいて算出した。
【００３８】
（２）熱寸法信頼性
幅２００ｍｍ、長さ２００ｍｍの積層体（回路基板）表面の格子状銅箔パターン（線幅：２ｍｍ、ピッチ：５ｍｍ）上に、シリコンウェハー（熱膨張係数：２×１０^−６ｃｍ／ｃｍ／℃）上に格子状のハンダボール(線幅：２ｍｍ、ピッチ：５ｍｍ)が設けられた素子を、ハンダボールが格子状の銅箔パターンと同じ位置になるように室温下に載せ、これを２３０℃の赤外線炉中で２０秒間加熱した。この加熱を１０回繰返した後の積層体の格子状銅箔パターンとシリコンウェハー上のハンダボールとの位置ズレ（銅箔パターンの線幅を基準とする）を、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察によって測定した。
【００３９】
参考例１
ｐ−ヒドロキシ安息香酸と６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸の共重合物で、融点が２８０℃である熱可塑性液晶ポリマーを吐出量２０ｋｇ／時で溶融押出し、横延伸倍率４．７７倍、縦延伸倍率２．０９倍の条件でインフレーション製膜した。平均膜厚が５０μｍ、膜厚分布が±７％、分子配向度ＳＯＲが１．０５のフィルムを得た。このフィルムの融点は２８０℃、熱膨張係数は−６×１０^-6ｃｍ／ｃｍ／℃であった。
【００４０】
実施例１
参考例１の熱可塑性液晶ポリマーフィルムの上下に厚さ１８μｍの電解銅箔（熱膨張係数が１８×１０^-6ｃｍ／ｃｍ／℃、表面粗さＲｍａｘが８μｍで中心線平均粗さＲａが１．２μｍ）を重ね合わせ、真空熱プレス装置を用いて、加熱盤を２８０℃に設定し３０Ｋｇ／ｃｍ²の圧力で加熱圧着して、電解銅箔／熱可塑性液晶ポリマーフィルム／電解銅箔の構成の積層体を作製した。得られた積層体を幅２００ｍｍ、長さ２００ｍｍの寸法に切断し、そのうちの半分の領域（幅１００ｍｍ、長さ２００ｍｍ；実装領域）を局所的に赤外線ヒーターにより積層体の表面温度が２９０℃となるように１０分間加熱した。続いて、積層体全体の電解銅箔の片面に熱寸法信頼性評価用の回路パターン（線幅：２ｍｍ、ピッチ：５ｍｍの格子状の回路パターン）を化学エッチング法により作製した。得られた回路基板の２つの領域における熱寸法信頼性を評価した結果、局所加熱した領域（実装領域）の位置ズレは０．０１％、実装領域における樹脂層（絶縁層）の熱膨張係数は３×１０^-6ｃｍ／ｃｍ／℃、他の領域（非実装領域）の位置ズレは１％で同領域における樹脂層の熱膨張係数は−２×１０^-6ｃｍ／ｃｍ／℃であった。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、熱寸法信頼性が高められた回路基板を得ることができる。本発明の回路基板は、実装品と回路基板との間の熱寸法信頼性が必要とされる、高密度半導体実装用回路基板などとして有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる回路基板を示す構成図である。
【符号の説明】
２、３、４…領域、５、６、７、８、９…実装品(ＩＣチップ、半導体、コンデンサ、抵抗、コネクタ)

Claims

光学的異方性の溶融相を形成し得る熱可塑性ポリマーからなるフィルムを絶縁層に用いた回路基板であって、同一回路基板内に実装品が設けられる複数の領域を有し、この実装品が設けられる少なくとも１つの領域の寸法変化率が、(1)回路基板の他の部分とは相違し、かつ(2)該領域に実装される実装品の寸法変化率との差が０．１％以下となるように、該領域を局所的に熱処理して調整されてなる回路基板。
前記実装品が設けられる１つ以上の領域における熱膨張係数が、−２０×１０^−６〜４０×１０^−６ｃｍ／ｃｍ／℃の範囲に調整されている請求項１に記載の回路基板。
前記実装品が設けられる１つ以上の領域における熱膨張係数と、該領域に実装される実装品の熱膨張係数の差が、３×１０^−６ｃｍ／ｃｍ／℃以下に調整されている請求項１または２に記載の回路基板。
寸法変化率が異なる２種類以上の実装品が実装される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の回路基板。
第１の実装品が実装される領域を実装領域１、第１の実装品とは別種の第２の実装品が実装される領域を実装領域２、さらに、第ｎの実装品が実装される領域を実装領域ｎ（ｎ≧３）としたとき、各実装領域１、２およびｎ（存在する場合）の寸法変化率が、該領域に実装される実装品の寸法変化率との差が０．１％以下となるように調整されている、請求項４に記載の回路基板。
光学的異方性の溶融相を形成し得る熱可塑性ポリマーからなるフィルムを絶縁層に用いた回路基板の製造方法であって、同一回路基板内に実装品が設けられる複数の領域のうち、少なくとも１つの領域を局所的に熱処理して、この実装品が設けられる少なくとも１つの領域の寸法変化率を、(1) 回路基板の他の部分とは相違し、かつ (2)該領域に実装される実装品の寸法変化率との差が０．１％以下となるように調整する回路基板の製造方法。