JP4200664B2

JP4200664B2 - 積層基板およびその製造方法

Info

Publication number: JP4200664B2
Application number: JP2001088594A
Authority: JP
Inventors: 宏司近藤; 克己中村; 敏一原田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-03-26
Filing date: 2001-03-26
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2021-03-26
Also published as: JP2002290034A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層された樹脂よりなる複数の層の間に、金属よりなる導体パターンが形成されてなる積層基板およびその製造方法に関し、多層基板、パッケージ基板、アルミベース基板、回路基板を含むモジュール製品等、電子部品全般に適用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、この種の積層基板として、図５に示すような積層型のプリント配線基板がある。このものは、ガラス繊維を含むエポキシ樹脂等の絶縁性の樹脂材料等よりなる複数の層Ｊ１を積層し、各層Ｊ１の間に銅等の金属箔をエッチングした導体パターンＪ２を形成し、各層Ｊ１間の導体パターンＪ２をめっきやペースト等を用いたスルーホール（図示せず）で接続してなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような積層基板の製造方法は千差万別であるが、導体パターン（回路パターン）Ｊ２を構成する金属箔（銅やアルミや銀等）が、各層Ｊ１を構成する樹脂と接着しにくいことから、金属箔の表面を化学処理等により粗化したり、熱処理して金属酸化物（酸化銅等）を析出させたり、特殊な凹凸を持つめっきを析出させたりする等の表面粗化処理を行うことで、表面粗度を大きくし、樹脂とのアンカー効果を持たせて接着効果を発現させている。
【０００４】
従って、導体パターンを形成するにあたっては、金属箔の表面を上記したように粗化してからパターン加工（エッチング）を行うか、または、パターン加工してから金属箔の表面を粗化するかの方法に別れる。
【０００５】
しかしながら、前者の方法においては、粗化した表面ではエッチングマスクを形成する際の露光精度が不十分となったり、金属箔をエッチングする時のエッチング精度が不十分であったりする等の問題がある。
【０００６】
一方、後者の方法においては、パターン間に粗化屑が残ったり、パターンの細線が切れたりショートしたりする等の問題がある。いずれにせよ、従来の様に、導体パターンと樹脂との密着力を十分に確保すべく金属箔の表面に表面粗化処理を行う方法では、ファインパターンの形成に不利である。
【０００７】
従って、導体パターンに対して表面粗化処理することなく、積層でき、出来上がった積層基板が信頼性に耐え得るだけの密着力を持てば、上記問題点は解消され、高品質で低コストな積層基板を実現できることになる。
【０００８】
そこで、本発明は上記事情に鑑み、導体パターンに対して表面粗化処理を行わない場合であっても、形成された積層基板における導体パターンと樹脂との密着力を十分に確保できるようにすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、導体パターンを構成する金属の表面と各層を構成する樹脂とが化学的に接着できたならば、上記したアンカー効果を発揮させるための表面粗化処理を行う必要がなくなるのではないか、という考えに基づき、鋭意検討を行った。
【００１０】
その結果、導体パターンと樹脂との接着において、従来よりも高い温度すなわち金属の表面が活性化される温度以上まで加熱しながら両者を加圧することにより、金属表面が樹脂と十分に接着し、従来のような表面粗化処理を行うことなく良好な接着が実現できることを見出した。
【００１１】
請求項１に記載の発明は、上記した本発明者等の検討結果に基づいてなされたもので、熱可塑性樹脂よりなる層（１）の一方の表面にのみ金属よりなる導体パターン（２）を配置したものを複数積層することにより、積層された熱可塑性樹脂よりなる複数の層（１）の間に、導体パターン（２）が形成されてなる積層基板の製造方法において、導体パターン（２）の少なくとも一面を表面粗化処理がなされていない平滑面（２ａ）とし、導体パターンの平滑面と熱可塑性樹脂とを接着させる際に、導体パターンを構成する金属の表面が活性化される温度以上に導体パターンを加熱しつつ、加圧することにより、導体パターンの平滑面と熱可塑性樹脂とを接着させることを特徴としている。
【００１２】
それによれば、導体パターンに対して表面粗化処理を行わない場合であっても、形成された積層基板における導体パターンと熱可塑性樹脂との密着力を十分に確保することができる。その結果、表面粗化処理を不要とできるため、製造コストの低減やファインパターンの形成に有利である。
【００１３】
ここで、導体パターン（２）を構成する金属の表面が活性化される温度は、金属表面にて金属の酸化が始まるレベルの温度であり、本発明者等の検討によれば、加圧条件に関係なく２５０℃であれば、その条件を満足できることがわかった。つまり、２５０℃以上に加熱しつつ加圧することにより、導体パターンと熱可塑性樹脂とを接着させれば、請求項１の発明の効果を適切に実現することができる。
【００１４】
また、請求項５に記載の発明は、熱可塑性樹脂よりなる層（１）の一方の表面にのみ金属よりなる導体パターン（２）を配置したものを複数積層することにより、積層された熱可塑性樹脂よりなる複数の層（１）の間に、導体パターン（２）が形成されてなる積層基板において、導体パターンの前記熱可塑性樹脂と密着している面のうち少なくとも一面は、表面粗化処理がなされておらず平滑面となっており、熱可塑性樹脂として、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、またはそれらの混合物が用いられていることを特徴とする積層基板を提供するものである。
【００１５】
本発明は、請求項１に記載の製造方法を用いることにより、製造しうるものであり、その効果は、請求項１の発明と同様である。
【００１６】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る積層基板１００の概略断面構成を示す図である。積層基板１００は、樹脂よりなる複数の層１が積層され、積層された各層１の間に、金属よりなる導体パターン２が形成されてなる。
【００１８】
そして、図示例では、層１を構成する樹脂と密着している導体パターン２の一面２ａは、表面粗化処理がなされておらず平滑面（例えば表面粗度Ｒａが±２μｍ以下）となっており、当該導体パターン２の他面２ｂは表面粗化処理がなされた粗化面（例えば表面粗度Ｒａが±５μｍ以上）となっている。
【００１９】
各層１を構成する樹脂としては、少なくとも２５０℃以上の加熱が可能な樹脂であれば特に限定されないが、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）樹脂、またはそれらの混合物（ポリエーテルエーテルケトン樹脂を６５〜３５重量％とポリエーテルイミド樹脂を３５〜６５重量％含む混合物（ＰＥＥＫ／ＰＥＩ樹脂））、熱可塑性ポリイミド樹脂（熱可塑性ＰＩ）あるいはポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等を用いることができる。
【００２０】
また、各導体パターン２を構成する金属としては、特に限定されないが、例えば、銅、アルミニウム、ニッケル等を用いることができる。また、図示しないが、各導体パターン２は、各層１に形成された貫通孔にめっきや導体ペーストを充填することにより形成されたスルーホール等により、互いに電気的に接続され、回路を構成している。
【００２１】
次に、図２も参照して、上記積層基板１００の製造方法について説明する。まず、図２（ａ）に示す様に、一面２０ａが平滑面であり他面２０ｂが表面粗化処理された粗化面である金属箔２０を用意し、樹脂により成形された各層１に、金属箔２０の他面（粗化面）２０ｂ側を圧着もしくは接着する。図示例では、層１の一面側に金属箔２０を貼り合わせているが、必要に応じて、層１の両面に金属箔２０を貼り合わせてもよい。
【００２２】
次に、図２（ｂ）に示す様に、フォトリソグラフ法により、層１に貼り付けられた金属箔２０をエッチングし、導体パターン２の形状にパターン加工する。ここにおいて、パターニング導体パターン２の表面は、表面粗化処理のされていない平滑面すなわち上記導体パターン２の一面２ａである。
【００２３】
続いて、図示しないが、各層１に対して、上記したスルーホールを形成するために、レーザ加工等により貫通孔を形成し、この貫通孔内にめっきを施したり、導電性ペーストを充填する等の処理を行う。
【００２４】
次に、導体パターン２が形成された複数の層１を積層し、熱圧着装置や真空熱プレス装置を用いて、導体パターン２を構成する金属の表面が活性化される温度（金属表面活性化温度）まで導体パターン２を加熱しつつ、加圧することにより、導体パターン２と層１を構成する樹脂とを接着させる。この積層工程により、上記図１に示す積層基板１００が出来上がる。
【００２５】
ここで、金属表面活性化温度は、通常、金属表面において酸化が始まる温度であり、２５０℃以上が必要である。また、加圧は限定しないが例えば２０ｋｇ〜１００ｋｇとすることができる。それにより、樹脂を構成するＯ、Ｈ、Ｎ等の原子と導体パターン２を構成する金属とが何らかの形で結合し、形成された積層基板１００における導体パターン２と樹脂との密着力を十分に確保することができる。
【００２６】
従って、本製造方法によれば、導体パターン２に対して表面粗化処理することなく、形成された積層基板１００における導体パターン２と樹脂との密着力を十分に確保することができる。そして、表面粗化処理が不要となるため、導体パターン２のエッチング精度の向上や更なる細線化が可能となる等、製造コストの低減やファインパターンの形成に有利である。
【００２７】
なお、上記図２（ａ）に示す工程において、樹脂により成形された各層１に、貼り付ける金属箔２０は、両面が表面粗化処理されていない平滑面であるものを用いても良い。
【００２８】
この場合、金属箔２０と各層１との貼り合わせは、上記した積層工程と同様に、熱圧着装置や真空熱プレス装置を用いて、金属表面活性化温度以上に金属箔２０を加熱しつつ、加圧することにより、金属箔２０と各層１を構成する樹脂とを接着させる。それにより、導体パターン２の両面２ａ、２ｂが上記平滑面となるため、ファインパターンの形成にいっそう有利である。
【００２９】
次に、上記した本実施形態の効果について、より具体的に説明する。図３は、導体パターン２を構成する金属として、樹脂との密着面が平滑面（表面粗化処理がされていない平滑面）であるアルミニウム（図中、Ａｌ▲１▼）、当該密着面が平滑面である銅（図中、Ｃｕ▲１▼）、当該密着面が表面粗化処理され粗化面となった銅（図中、Ｃｕ▲２▼）を用い、これら金属と樹脂（例えば上記ＰＥＥＫ／ＰＥＩ樹脂等）との熱圧着を行い、その密着強度を調べたものである。
【００３０】
密着強度は、ピール強度としての引き剥がし強度にて評価し、上記各金属（Ａｌ▲１▼、Ｃｕ▲１▼、Ｃｕ▲２▼）について、熱圧着におけるプレス温度及びプレス荷重を変えた場合のピール強度を求めた。図３中、横軸にプレス温度（単位：℃）、縦軸に引き剥がし強度（ピール強度、単位：Ｎ／ｃｍ）を示し、プレス荷重（単位：ｋｇ）は、丸プロットが２０ｋｇ、三角プロットが５０ｋｇ、四角プロットが１００ｋｇというようにプロットの形で示した。
【００３１】
図３からわかるように、プレス荷重に関係なく、おおよそプレス温度とともにピール強度が向上しており、金属表面活性化温度（２５０℃）以上にて加圧しつつ金属と樹脂とを接着させれば、粗化面ほどではないが、金属の密着面が上記平滑面の場合であっても、十分な密着強度が得られている。
【００３２】
また、図４は、上記図１に示す積層基板１００に対するプレッシャクッカー後はんだ耐熱試験を行った結果を示す図表である。上記積層基板１００おいて、導体パターン２を構成する金属として、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉを採用し、各層１を構成する樹脂として、Ａ：ＰＥＥＫ／ＰＥＩ樹脂、Ｂ：熱可塑性ＰＩを採用し、各々の金属と樹脂との組合せについて、プレス温度を変えたサンプルを作製した。
【００３３】
そして、各サンプルについて、プレッシャクッカーテスト（２気圧、１２１℃、湿度１００％の雰囲気に２時間放置）を行い、次に、はんだリフロー炉（炉内温度：最大２５０℃）内を通過させた後、各サンプルの状態を調べ、膨れ（密着力の弱いところで剥がれ、積層基板が膨れる現象）の発生が無ければ、実用レベルで密着性が確保できるため、異常無し「○」とし、膨れが発生していれば「×」とした。
【００３４】
図４からわかるように、金属表面活性化温度にて処理した本実施形態の積層基板１００は、表面粗化処理が無くても密着性に問題がないことが確認できた。
【００３５】
また、上記図５に示したように、従来の積層基板においては、導体パターンＪ２における樹脂との密着面の両面が、表面粗化処理されて粗化面となっているが、それに対して、図１に示した本実施形態の積層基板１００においては、導体パターン２の一面２ａまたは両面２ａ、２ｂを平滑面とすることができる。
【００３６】
このような本実施形態の積層基板１００の特徴は、上記した本実施形態の製造方法を用いることにより初めて実現できるものであり、このような構成上の特徴を有するものであれば、上述した本実施形態の効果を有する積層基板を実現することができるといえる。
【００３７】
以上のように、本発明は、積層基板の製造方法において、金属表面活性化温度以上に導体パターン２を加熱しつつ、加圧することにより、導体パターン２と樹脂とを接着させることを主たる特徴としており、それによる効果は上述の通りである。
【００３８】
ここにおいて、本発明の効果は、導体パターン２に対して従来のような表面粗化処理を行わない場合であっても、導体パターン２と樹脂との密着力を十分に確保することができるというものであり、上記した金属表面活性化温度における導体パターン２と樹脂との接着において、導体パターン２における樹脂との密着面が表面粗化処理された粗化面となっている場合を除外するものではない。
【００３９】
すなわち、本発明は、金属表面活性化温度（２５０℃）以上まで耐熱性を有する樹脂（ＰＥＥＫ／ＰＥＩ樹脂、熱可塑性ＰＩ、ＰＰＳ等）を用いて、従来為されていなかった金属表面活性化温度以上という高温の状態で、導体パターン２と樹脂とを接着させるという新規な手法を採用するものである。従って、導体パターン２の粗化面と樹脂との接着を、金属表面活性化温度以上に加熱しつつ、加圧して行っても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る積層基板の概略断面図である。
【図２】上記実施形態に係る積層基板の製造方法を示す工程図である。
【図３】プレス温度と引き剥がし強度との関係を示す図である。
【図４】図１に示す積層基板に対するプレッシャクッカー後はんだ耐熱試験を行った結果を示す図表である。
【図５】従来の一般的な積層基板の概略断面図である。
【符号の説明】
１…層、２…導体パターン。

Claims

熱可塑性樹脂よりなる層（１）の一方の表面にのみ金属よりなる導体パターン（２）を配置したものを複数積層することにより、積層された前記熱可塑性樹脂よりなる複数の層（１）の間に、前記導体パターン（２）が形成されてなる積層基板の製造方法において、
前記導体パターン（２）の少なくとも一面を表面粗化処理がなされていない平滑面（２ａ）とし、前記導体パターンの前記平滑面と前記熱可塑性樹脂とを接着させる際に、前記導体パターンを構成する金属の表面が活性化される温度以上に前記導体パターンを加熱しつつ、加圧することにより、前記導体パターンの前記平滑面と前記熱可塑性樹脂とを接着させることを特徴とする積層基板の製造方法。
前記導体パターンを構成する金属の表面が活性化される温度は、前記熱可塑性樹脂を構成する原子と前記導体パターンを構成する金属とが結合する温度であることを特徴とする請求項１に記載の積層基板の製造方法。
前記導体パターンを構成する金属の表面が活性化される温度は、２５０℃以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の積層基板の製造方法。
前記熱可塑性樹脂として、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、またはそれらの混合物を用いることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の積層基板の製造方法。
熱可塑性樹脂よりなる層（１）の一方の表面にのみ金属よりなる導体パターン（２）を配置したものを複数積層することにより、積層された熱可塑性樹脂よりなる複数の層（１）の間に、前記導体パターン（２）が形成されてなる積層基板において、
前記導体パターンの前記熱可塑性樹脂と密着している面のうち少なくとも一面は、表面粗化処理がなされておらず平滑面となっており、前記熱可塑性樹脂として、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、またはそれらの混合物が用いられていることを特徴とする積層基板。