JP5077661B2 - 複合基板およびそのプリント配線板 - Google Patents

Description

本発明は接続信頼性の高い複合基板およびそのプリント配線板に関する。

自動車のエンジンルーム等の高温環境下では、従来、耐熱性の高いセラミック配線板が主に用いられているが、近年の低価格化の要求により、プリント配線板への代替が検討されている。しかし、プリント配線板における銅配線や実装部品と配線板との間の熱膨張率差が大きく、高温環境下において、スルーホール内クラック、はんだクラック、表層回路の断線が発生し易く、接続信頼性が低下してしまう。

そこで、高温環境下においてクラックなどの不具合が発生し難く、高い接続信頼性を有するプリント配線板の要求が高まっている。

プリント配線板におけるスルーホールクラックの発生を予防する方法として、配線板の樹脂組成物中に多量の無機充填材を配合し、樹脂組成物の熱膨張係数をさげて銅の熱膨張係数に近づける方法が挙げられるが、無機充填材を多量に配合した樹脂組成物は、その弾性率が高いため、部品と配線板の熱膨張率差に起因して発生するストレスをより多くはんだ部分にかけることとなり、はんだクラックが発生し易くなってしまう。
そのため、電子部品とプリント配線板の熱膨張率差に起因して発生するストレスを低減する手段として、弾性率の低い樹脂組成物をプリント配線板の表面に設ける方法（特許文献１）が提案されている。この方法により、はんだクラックが発生しにくくなる。
特開２００６−３１５３９１号公報

しかし、弾性率の低い樹脂組成物は熱膨張が大きく、表層回路の断線等が発生しやすい。つまり、プリント配線板の樹脂組成物中に多量の無機充填材を配合する方法もしくは弾性率の低い樹脂組成物をプリント配線板の表面に設ける方法だけでは、プリント配線板の接続信頼性に対する要求に十分応えることはできない。
本発明は、高温環境下においてスルーホールクラック、はんだクラック、表層回路の断線等の発生が少なく、接続信頼性に優れた複合基板およびそのプリント配線板を目的とする。

上記課題を解決するために、板厚方向の熱膨張係数がガラス転移温度以下で４５ｐｐｍ／℃未満で、板面方向の熱膨張係数が２０ｐｐｍ／℃以下のコア基板と、このコア基板の片面又は両面に配置されたガラスクロスを有する絶縁層とを備え、上記絶縁層の弾性率が、上記コア基板の弾性率よりも小さい複合基板にあって、上記絶縁層中の樹脂分の割合が、６５％から９３％であることを特徴とする複合基板を提供する。
また、上記絶縁層の室温での弾性率が、７〜１０ＧＰａであることを特徴とする上記複合基板を提供する。
また、上記複合基板を使用した回路を有するプリント配線板を提供する。

本発明によれば、高温環境下において、スルーホールクラックやはんだクラックだけではなく、表層回路の断線等の発生が少ない、接続信頼性に優れたプリント配線板およびそのプリント配線板の製造が可能となる。

本発明に述べるコア基板は、板厚方向の熱膨張係数が、ガラス転移温度以下で４５ｐｐｍ／℃未満である基板で、片面又は両面にガラスクロスを有する絶縁層を配置させる基板である。板厚方向で４５ｐｐｍ／℃以上であると、スルーホールクラック発生の要因となるため好ましくない。

また、１３０℃以下での、Ｘ−Ｙ方向（板面方向）で２０ｐｐｍ／℃を越えると実装部品の熱膨張係数との差が大きくなりクラック発生の要因となりやすく好ましくない。また、コア基板の厚みは、一般的な厚みでよく、特に限定されないが、０．２〜３．２ｍｍの範囲であることが好ましい。

上記コア基板の具体的なものとしては、例えば、ガラスエポキシ銅張積層板であるＭＣＬ−Ｅ−６７９ＦやＭＣＬ−ＢＥ−６７Ｇ（Ｈ）（いずれも日立化成工業株式会社製、商品名）等を用いることができる。また、内層回路を有するものであってもよい。

本発明に述べる絶縁層は、ガラスクロスを有する樹脂含浸基材（プリプレグ）であり、上記コア基板の片面又は両面に設けるものである。室温での弾性率が１０ＧＰａ以下であることが好ましい。この弾性率が１０ＧＰａを越えると、高温環境下において発生するストレスを十分に緩和することができず、はんだクラック等の発生を十分に防止することが難しくなる。

絶縁層の樹脂組成物としては、特に限定されないが、例えば、エポキシ樹脂等の絶縁性樹脂、アクリロニトリルブタジエンゴム等のゴム、フェノール樹脂等の硬化剤、２−エチル−４−メチルイミダゾール等の硬化促進剤、難燃剤、可塑剤、充填剤、溶剤等を含むものを用いることができ、各組成の配合量や溶剤の量を適宜調整することで、絶縁層の弾性率を調整することができる。

上記絶縁層の樹脂分は、６５％から９３％であることが必要である。この樹脂分の割合が６５％未満であると高温環境下において発生するストレスを十分に緩和することができず、はんだクラックが発生しやすくなり、９３％を越えると、Ｚ方向の熱膨張係数が大きくなり過ぎる傾向にある。
絶縁層の樹脂分とは、ガラスクロスを樹脂組成物に含浸し、１５０℃で１０分間乾燥し、樹脂含浸基材（プリプレグ）にした状態での、絶縁層全体積に対する樹脂の体積割合を指す。
また、ガラスクロスを有さない樹脂付き銅箔ではＸ−Ｙ方向の熱膨張係数が樹脂のそれに依存するため大きくなり、表層回路の断線が発生しやすくなる。

本発明に述べる複合基板は、上記コア基板の片面又は両面に上記絶縁層を配置した基板で、上記絶縁層を上記コア基板に積層し、加熱加圧などして形成する。このときの加熱加圧条件は、温度１５０〜１８０℃、圧力９〜２０ＭＰａ程度の条件で行うことが好ましいが、積層板の特性や絶縁樹脂組成物の反応性、プレス機の能力、目的の積層板の厚み等を考慮して適宜決定することができ、特に限定されない。

本発明の複合基板は、必要に応じて片面または両面に金属層が形成されていて、この金属層は、例えば、銅箔などの金属箔を積層板の片面または両面に配し、加熱加圧することで形成することができる。なお、上記加熱加圧は、温度１５０〜１８０℃、圧力９〜２０ＭＰａ程度の条件で行うことが好ましいが、積層板の特性や絶縁樹脂組成物の反応性、プレス機の能力、目的の積層板の厚み等を考慮して適宜決定することができ、特に限定されない。

また、本発明の複合基板は（１）コア基板の金属層をエッチングして回路を形成する工程、（２）前記回路上に絶縁層と金属箔を順次積層した後、加熱加圧する工程、および（３）最外層となる金属層をエッチングして回路を形成する工程により製造することができ、（２）および（３）工程を繰り返すことで、所望層数の多層プリント配線板を得ることができる。上記工程以外にもスルーホール形成工程やめっき工程等、多層プリント配線板を製造する加工工程を必要に応じて行うことができる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

（実施例１）
＜銅張積層板の作製＞
厚み１．０ｍｍのガラスエポキシ銅張積層板ＭＣＬ−Ｅ−６７９Ｆ（日立化成工業株式会社製商品名）をエッチングにて回路形成を行い、コア基板を作製した。

次に、弾性率が７〜１０ＧＰａであるエポキシ樹脂系の絶縁樹脂組成物Ａのワニスをガラスクロス１０７８タイプ（ＩＰＣ規格）に含浸し、１５０℃の乾燥機中で１０〜１５分間乾燥した樹脂分６５％のＢステージ状態のプリプレグＴＣＰ−３００（日立化成工業株式会社製商品名）を上記コア基板と銅箔の間に挟みこむようにして真空下、圧力３．０ＭＰａで１８５℃、７０分加熱加圧して積層し、評価用銅張積層板を作製した。

（実施例２）
ガラスクロスに１０３７タイプを使用し、絶縁樹脂組成物Ａを含浸したプリプレグＴＣＰ−３００（日立化成工業株式会社製商品名）の樹脂分を７８％とした以外は、実施例１と同様の方法により評価用銅張積層板を作製した。

（実施例３）
ガラスクロスに１０２７タイプを使用し、絶縁樹脂組成物Ａを含浸したプリプレグＴＣＰ−３００（日立化成工業株式会社製商品名）の樹脂分を８５％とした以外は、実施例１と同様の方法により評価用銅張積層板を作製した。

（実施例４）
ガラスクロスに１０１５タイプを使用し、絶縁樹脂組成物Ａを含浸したプリプレグＴＣＰ−３００（日立化成工業株式会社製商品名）の樹脂分を９３％とした以外は、実施例１と同様の方法により評価用銅張積層板を作製した。

（実施例５）
厚みが１．０ｍｍ、ガラスエポキシ銅張積層板ＭＣＬ−ＢＥ−６７Ｇ（Ｊ）（日立化成工業株式会社製商品名）の銅箔をエッチングにて回路形成を行い、このコア基板と銅箔の間に１０７８タイプのガラスクロスを使用し樹脂分６５％の絶縁樹脂組成物Ａを含浸したプリプレグＴＣＰ−３００（日立化成工業株式会社製商品名）を挟みこむようにして真空下、圧力３．０ＭＰａで１８５℃、７０分加熱加圧して積層し、評価用銅張積層板を作製した。

（実施例６）
ガラスクロスに１０３７タイプを使用し、絶縁樹脂組成物Ａを含浸したプリプレグＴＣＰ−３００（日立化成工業株式会社製商品名）の樹脂分を７８％とした以外は、実施例４と同様の方法により評価用銅張積層板を作製した。

（実施例７）
ガラスクロスに１０２７タイプを使用し、絶縁樹脂組成物Ａを含浸したプリプレグＴＣＰ−３００（日立化成工業株式会社製商品名）の樹脂分を８５％とした以外は、実施例４と同様の方法により評価用銅張積層板を作製した。

（実施例８）
ガラスクロスに１０７８タイプを使用し、弾性率が２１〜２５ＧＰａであるエポキシ樹脂系の絶縁樹脂組成物Ｂを含浸したプリプレグＧＥＡ−６７（日立化成工業株式会社製商品名）の樹脂分を６５％とした以外は、実施例１と同様の方法により評価用銅張積層板を作製した。

（比較例１）
コア材となるガラスエポキシ銅張積層板にＭＣＬ−Ｅ−６７９Ｆ（日立化成工業株式会社製商品名）、プリプレグにＧＥＡ−６７９Ｆ（日立化成工業株式会社製商品名）を用いて、実施例１と同様の方法で真空下、圧力３．０ＭＰａで１８５℃、１５０分加熱加圧して積層し、評価用銅張積層板を作製した。

（比較例２）
ガラスクロスに１０８０タイプを使用し、絶縁樹脂組成物Ａを含浸したプリプレグＴＣＰ−３００（日立化成工業株式会社製商品名）の樹脂分を６２％とした以外は、実施例１と同様の方法により評価用銅張積層板を作製した。

（比較例３）
絶縁樹脂組成物Ａのワニスを、銅箔に乾燥後樹脂膜厚が６０μｍとなるように塗布・乾燥（１５０℃、１０分）して得た銅箔付き絶縁樹脂組成物フィルムＴＣＰ−３００（日立化成工業株式会社製商品名）を絶縁層に用いた以外は、実施例１と同様の方法により評価用銅張積層板を作製した。

（比較例４）
コア板として厚み１．０ｍｍのＭＣＬ−Ｅ−６７（日立化成工業株式会社製商品名）のガラスエポキシ銅張り積層板を用い、絶縁樹脂組成物Ａを樹脂分６５％で含浸したプリプレグＴＣＰ−３００（日立化成工業株式会社製商品名）を用い、実施例１と同様の方法により評価用銅張積層板を作製した。

（比較例５）
絶縁樹脂組成物Ａを含浸したプリプレグＴＣＰ−３００（日立化成工業株式会社製商品名）の樹脂分を７８％とした以外は、比較例４と同様の方法により評価用銅張積層板を作製した。

（比較例６）
絶縁樹脂組成物Ａを含浸したプリプレグＴＣＰ−３００（日立化成工業株式会社製商品名）の樹脂分を８５％とした以外は、比較例４と同様の方法により評価用銅張積層板を作製した。

（比較例７）
コア材となるガラスエポキシ銅張積層板にＭＣＬ−Ｅ−６７（日立化成工業株式会社製商品名）、プリプレグにＧＥＡ−６７（日立化成工業株式会社製商品名）を用いて、実施例１と同様の方法で真空下、圧力２．５ＭＰａで１８０℃、６０分加熱加圧して積層し、評価用銅張積層板を作製した。

＜銅張積層板の評価＞
（貫通穴（ＴＨ）及び非貫通穴（ＩＶＨ）の接続信頼性）
各評価用銅張積層板に０．３ｍｍの貫通穴をドリルによりあけ、非貫通穴をＣＯ_２レーザーによりあけ、穴内及び銅張積層板表面に厚み約２０μｍの銅めっきを施した後、不要部分の表面銅をエッチングして回路形成を行った。その後ソルダーレジスト形成、仕上げ処理としてフラックスを塗布し、サンプルを完成させた。
ついで、上記で得た各サンプルを温度サイクル試験機に投入し、−４５℃、３０分と１２５℃、３０分の繰返しを１サイクルとして、５００サイクル毎に接続抵抗値を測定し、４０００サイクルまで接続抵抗値が試験機投入前の初期抵抗値に対し±１０％を越えた場合には、断面観察によりクラックの有無を確認した。表１および２には、接続抵抗値が初期抵抗値に対し±１０％を越えるまでの合格サイクル数を示す。判定基準は３０００サイクル以上で良、３０００サイクル未満で不良とした。

（表層回路（パターン）断線）
各評価用銅張積層板に厚み約２０μｍの銅めっきを施し、エッチングにて幅１００μｍ、７５μｍ、５０μｍの回路を作製した。その後ソルダーレジスト形成、仕上げ処理としてフラックスを塗布し、サンプルを完成させた。次に、上記で得た各サンプルを温度サイクル試験機に投入し、−４５℃、３０分と１２５℃、３０分の繰返しを１サイクルとして、５００サイクル毎にパターンの接続抵抗値を測定し、４０００サイクルまでに接続抵抗値が試験機投入前の初期抵抗値に対し±１０％を越えた場合には、表面観察により回路断線の有無を確認した。表１および２には、接続抵抗値が初期抵抗値に対し±１０％を越えるまでの合格サイクル数を示す。判定基準は３０００サイクル以上で良、３０００サイクル未満で不良とした。

（はんだクラック）
各評価用銅張積層板をエッチングにて回路形成を行い、チップ搭載用の電極を形成した。その後ソルダーレジスト形成、仕上げ処理としてフラックスを塗布した。その後、この電極上にはんだペーストを塗布し、１００５、１６０８、２１２５、３２１６の各サイズのチップを電極上に搭載し、リフロー炉に投入して上記チップを銅張積層板にはんだ付けしサンプルを完成させた。その後、チップが搭載されたサンプルを温度サイクル試験機に投入し、−４５℃、３０分と１２５℃、３０分の繰返しを１サイクルとして、５００サイクル毎にサンプルを取り出して、断面観察によりはんだクラックの有無を確認した（最大４０００サイクル）。はんだクラックの発生判定基準は、クラックの大きさが部品とはんだの接続長の５０％以上のものを不合格としている。表１および２にはんだクラックが発生するまでの合格サイクル数を示す。判定基準は２５００サイクル以上で良、２５００サイクル未満で不良とした。

表１と表２を比較するとおり、本発明による実施例１から８においては、スルーホールクラックやはんだクラックだけではなく、表層回路の断線等の発生が少ない、接続信頼性に優れたプリント配線板およびそのプリント配線板の製造が可能となる。特に、絶縁層の弾性率を１０ＧＰａ以下にした実施例１から７において、耐はんだクラック性がより向上する。

Claims (3)

1. 板厚方向の熱膨張係数がガラス転移温度以下で４５ｐｐｍ／℃未満で、板面方向の熱膨張係数が２０ｐｐｍ／℃以下のコア基板と、このコア基板の片面又は両面に配置されたガラスクロスを有する絶縁層とを備え、上記絶縁層の弾性率が、上記コア基板の弾性率よりも小さい複合基板にあって、上記絶縁層中の樹脂分の割合が、６５％から９３％であることを特徴とする複合基板。
2. 上記絶縁層の室温での弾性率が、７〜１０ＧＰａであることを特徴とする請求項１の複合基板。
3. 請求項１、または２の複合基板を使用した回路を有するプリント配線板。