JP5082748B2 - コア部材およびコア部材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、配線基板に用いられるコア基板を構成するコア部材およびその製造方法に関する。

半導体素子を搭載する多層配線基板には、コア基板としてカーボンファイバ強化コア部を備えた製品がある（特許文献１参照）。このカーボンファイバ強化コア部を備えたコア基板の熱膨張係数は従来の樹脂コア基板と比較して小さいことから、コア基板を用いて形成した配線基板の熱膨張係数を、配線基板に搭載する半導体素子の熱膨張係数にマッチングさせることができるという利点がある。
すなわち、樹脂からなるコア基板の熱膨張係数は１３〜１４ppm／℃であるのに対して、カーボンファイバ強化コア部の熱膨張係数は１〜２ppm／℃とはるかに小さく、半導体素子の熱膨張係数は３．５ppm／℃程度であることから、配線層や絶縁層の熱膨張係数を調節することによって、配線基板の熱膨張係数を半導体素子の熱膨張係数にマッチングさせることが可能である。

配線基板にたとえばフリップチップ接続によって半導体素子を搭載すると、半導体素子と配線基板との熱膨張係数の相違によって半導体チップに大きな熱応力が作用し、半導体素子が損傷したり、半導体素子と配線基板との接続部の接続信頼性が低下したりするといった問題が生じている。カーボンファイバ強化コア部を備えたコア基板は、半導体素子と配線基板との熱膨張係数をマッチングさせることにより、半導体素子に作用する熱応力を抑えて信頼性の高い電子装置として提供することを可能にする。
再表２００４／０６４４６７号公報

ところで、コア基板を構成するカーボンファイバ強化コア部は、カーボンファイバにエポキシ樹脂等の樹脂材料を含浸させて形成したプリプレグを複数枚積層し、加圧および加熱して一体化する。この加圧・加熱工程では、カーボンファイバ強化コア部の両面に銅箔を一体に接合してコア部材を形成するといった工程がある。このコア部材は、その両面に配線層を積層することによってコア基板となり、さらにコア基板の両面に配線層が積層されて配線基板となる。したがって、コア部材は支持体として一定の強度を備えている必要がある。

本発明は、コア基板を構成するコア部材およびその製造方法を提供するものであり、とくにコア部がカーボンファイバを含むコア部材およびその好適な製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するため次の構成を備える。
すなわち、コア部材として、カーボンファイバを含むプリプレグが熱圧着されてなるカーボンファイバ強化コア部と、該カーボンファイバ強化コア部の両面にガラス繊維を含むプリプレグを介して熱圧着された銅箔とを備え、前記カーボンファイバを含むプリプレグは、カーボンファイバの織布に樹脂を含浸させて形成されたものであり、前記ガラス繊維を含むプリプレグは、ガラス繊維からなる織布に樹脂を含浸させて形成されたものであり、前記ガラス繊維を含むプリプレグは、前記カーボンファイバを含むプリプレグを構成する樹脂の溶融温度領域よりも高温の溶融温度領域を有する樹脂からなり、ガラス繊維を含むプリプレグが最低粘度となる温度において、カーボンファイバを含むプリプレグが熱硬化を開始する樹脂溶融温度に設定されていることを特徴とする。

これにより、コア部材の強度を向上させ、コア部材の熱膨張係数を小さく抑えることができる。

また、コア部材の製造方法として、カーボンファイバに樹脂を含浸させて形成したプリプレグと、ガラス繊維に樹脂を含浸させて形成したプリプレグと、銅箔とを、前記カーボンファイバを含むプリプレグの両面に前記ガラス繊維を含むプリプレグを介して前記銅箔を配する工程と、前記カーボンファイバを含むプリプレグと、ガラス繊維を含むプリプレグと、銅箔とを、加熱および加圧して前記プリプレグを熱硬化させる工程とを備え、前記カーボンファイバを含むプリプレグとして、カーボンファイバの織布に樹脂を含浸させて形成したものを使用し、前記ガラス繊維を含むプリプレグとして、ガラス繊維からなる織布に樹脂を含浸させて形成したものを使用し、前記ガラス繊維を含むプリプレグは、前記カーボンファイバを含むプリプレグを構成する樹脂の溶融温度領域よりも高温の溶融温度領域を有する樹脂によって形成され、前記熱硬化させる工程において、ガラス繊維を含むプリプレグが最低粘度となったときに、カーボンファイバを含むプリプレグが熱硬化を開始する樹脂溶融温度に設定されていることを特徴とする。

これにより、加圧および加熱工程によりコア部材を形成する際に、ガラス繊維を含むプリプレグからカーボンファイバを含むプリプレグに樹脂が混入（浸透）することが防止され、カーボンファイバ強化コア部に銅箔を確実に接着することができる。

本発明に係るコア部材は、カーボンファイバ強化コア部の両面にガラス繊維を含むプリプレグを介して接合され、ガラス繊維を含むプリプレグは、カーボンファイバを含むプリプレグを構成する樹脂の溶融温度領域よりも高温の溶融温度領域を有する樹脂からなることにより、カーボンファイバ強化コア部に確実に銅箔が接着されて提供される。

（コア部材の製造方法）
以下、コア部材の製造方法について説明する。
図１（ａ）は、コア部材を構成する、カーボンファイバに樹脂材料（高分子材料）を含浸させて形成したプリプレグ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄと、ガラス繊維に樹脂材料を含浸させて形成したプリプレグ１２と、コア部材の両表面を被覆する銅箔１４を重ね合わせ位置に位置合わせした状態を示す。

プリプレグ１０ａ〜１０ｂはカーボンファイバ強化コア部となるもので、図では４枚のプリプレグ１０ａ〜１０ｂを重ね合わせる例を示す。形成しようとするコア部材の厚さ、強度等に合わせてカーボンファイバ強化コア部を形成するプリプレグの枚数を選択することができる。
本実施形態で使用しているプリプレグ１０ａ〜１０ｄは、長繊維のカーボンファイバによって形成した織布にエポキシ樹脂を含浸させ、乾燥させてエポキシ樹脂をＢステージ状態としたものである。プリプレグ１０ａ〜１０ｄは使用するカーボンファイバの太さによって厚さが異なるが２０μｍ程度である。

プリプレグ１２は、プリプレグ１０ａ〜１０ｄと銅箔１４との間に配置し、プリプレグ１０ａ〜１０ｄと銅箔１４との間に介在させる。実施形態では、ガラス繊維からなる織布にエポキシ樹脂を含浸させ、エポキシ樹脂を乾燥させてＢステージ状態としたものを使用した。プリプレグ１２の厚さは６０〜１００μｍ程度である。
ガラス繊維を含むプリプレグ１２を使用するのは、コア部材の強度が低下しないようにすることと、コア部材の熱膨張係数を小さく抑えるようにするためである。カーボンファイバの熱膨張係数は略０ppm／℃であるのに対して、カーボンファイバに樹脂を含浸させたプリプレグの硬化物の熱膨張係数は１〜２ppm／℃となる。プリプレグ１２の硬化物の熱膨張係数は、ガラス繊維に樹脂を含浸させることによって１２〜１６ppm／℃程度となる。

コア部材の外表面を被覆する銅箔１４は、コア部材の表面を保護すること、コア部材にめっきを施す際にめっき給電層として使用すること、コア部材の両面に配線層を積層してコア基板を形成する際にコア部材と配線層との密着性を向上させる等の目的で設けられる。銅箔１４の厚さは２０μｍ〜３５μｍ程度である。

図１（ｂ）は、図１（ａ）に示した、プリプレグ１０ａ〜１０ｄ、プリプレグ１２、銅箔１４を重ね合わせた状態から加熱および加圧し、プリプレグ１０ａ〜１０ｄ、プリプレグ１２に含有された樹脂を熱硬化させて、平板体状のてコア部材１６を形成した状態を示す。コア部材１６は、プリプレグ１０ａ〜１０ｂが一体形成されてなるカーボンファイバ強化コア部１０の両面に、プリプレグ１２を介して銅箔１４が一体的に被着形成されて構成されている。

本実施形態のコア部材１６において特徴的な構成は、カーボンファイバ強化コア部１０の両面にガラス繊維を含むプリプレグ１２を介して銅箔１４が一体的に被着形成されていることにある。
カーボンファイバ強化コア部１０を構成するプリプレグ１０ａ〜１０ｄはカーボンファイバに樹脂材料を含浸させて形成しているから、プリプレグ１０ａ〜１０ｄは一定の接着性を有している。したがって、カーボンファイバ強化コア部１０の表面に銅箔１４を接着する場合に、プリプレグ１０ａ〜１０ｄの外面に銅箔１４を積層して加熱および加圧することによって銅箔１４を接着することが可能と考えられる。

しかしながら、プリプレグ１０ａ〜１０ｄと銅箔１４を加熱および加圧する条件によっては、プリプレグ１０ａ〜１０ｄの樹脂成分がコア部１０の内側に浸透してしまい、銅箔１４をカーボンファイバ強化コア部１０に接着する樹脂量が不足して接着力が不十分になることがある。本実施形態において、ガラス繊維を含むプリプレグ１２をカーボンファイバ強化コア部１０と銅箔１４との間に介在させる構造としているのは、カーボンファイバ強化コア部１０と銅箔１４とを接着する樹脂量を確保し、カーボンファイバ強化コア部１０と銅箔１４とを確実に接着できるようにするためである。

カーボンファイバ強化コア部１０と銅箔１４とをさらに確実に接着できるように、本実施形態においては、カーボンファイバを含むプリプレグ１０ａ〜１０ｄとガラス繊維を含むプリプレグ１２として、これらに含浸させる樹脂を、表１に示すように、樹脂の粘度が最も低くなる温度領域（溶融温度領域）が異なるものによって作製したものを用いた。

一般に、樹脂材は、使用する樹脂材料、樹脂成分比、添加する溶剤の種類等を変えることによって溶融温（領域）度を変えることができる。エポキシ系樹脂においても、溶融温度が異なる種々の製品が提供されている。したがって、適宜条件に合った樹脂材を選択して、カーボンファイバを含むプリプレグとガラス繊維を含むプリプレグを作製することができる。

表１に示すように、カーボンファイバを含むプリプレグ１０ａ〜１０ｄに使用する樹脂に比べて、ガラス繊維を含むプリプレグ１２については溶融温度（領域）が高い樹脂を使用する。このように、ガラス繊維を含むプリプレグ１２の溶融温度がカーボンファイバを含むプリプレグ１０ａ〜１０ｄに比べて高く設定した条件で、加熱および加圧すると、カーボンファイバを含むプリプレグ１０ａ〜１０ｄがガラス繊維を含むプリプレグ１２よりも先に溶融し、遅れてガラス繊維を含むプリプレグ１２が溶融しはじめる。
そして、ガラス繊維を含むプリプレグ１２が最低粘度になっているときに、カーボンファイバを含むプリプレグ１０ａ〜１０ｄは硬化しはじめ、ガラス繊維側よりも溶融粘度が高くなって、プリプレグ１２側からコア部１０へ樹脂が混ざり込むことが抑制される。

表１に示す条件の場合は、加圧治具の加熱温度を１５０〜１６０℃程度として加熱プレスを行えばよい。加熱プレスによってワークは徐々に１５０〜１６０℃まで加熱されるが、カーボンファイバを含むプリプレグ１０ａ〜１０ｄが最低粘度となるタイミングに遅れてガラス繊維を含むプリプレグ１２が最低粘度となることから、ガラス繊維側からカーボンファイバ側への樹脂の移動が抑えられ、銅箔１４をコア部１０に接着する十分な樹脂量が確保され、銅箔１４を確実にコア部１０に接着することができる。
また、カーボンファイバを含むプリプレグ１０ａ〜１０ｄとガラス繊維を含むプリプレグ１２とは、樹脂が軟化するタイミングが重複するから、これらの界面における密着性も十分に確保される。

カーボンファイバを含むプリプレグ１０ａ〜１０ｄが硬化しはじめるのに続いて、ガラス繊維を含むプリプレグ１２は最低粘度となった状態から徐々に硬化しはじめ、最終的にカーボンファイバを含むプリプレグ１０ａ〜１０ｄとガラス繊維を含むプリプレグ１２が完全に硬化して、図１（ｂ）に示す、平板体に形成されたコア部材１６が得られる。
得られたコア部材１６は、ガラス繊維を含むプリプレグ１２を介してカーボンファイバ強化コア部１０に銅箔１４が接着され、銅箔１４は十分な接着力をもってカーボンファイバ強化コア部１０に接着されたものとなる。

なお、上記実施形態ではカーボンファイバを含むプリプレグ１０ａ〜１０ｄとして長繊維のカーボンファイバの織布を使用した例を示したが、用途によって、カーボンファイバの織布にかえて、カーボンファイバ不織布、カーボンファイバメッシュ等を使用することができる。
また、ガラス繊維を含むプリプレグ１２として、ガラス繊維の他にアルミナ等のフィラーを含有するプリプレグを使用することも可能である。

なお、上記実施形態のカーボンファイバを含むプリプレグとガラス繊維を含むプリプレグは溶融温度が重複していないものであるが、溶融温度が若干重複していても、上述した機能と同様の機能を得ることができる。また、溶融粘度に大きな差がない場合も、上述したと同様の作用を得ることができる。

（コア基板）
図２、３は、上記コア部材１６を用いてコア基板を形成する製造工程を示す。
図２（ａ）は、コア部材１６であり、このコア部材１６にドリル加工を施して下孔１８を形成する（図２（ｂ））。
下孔１８をドリル加工によってあけると、ドリルの磨耗等によって下孔１８の内壁面にばりが生じ、下孔１８の内壁面にコア部１０の切粉１１が付着して残留することがある。このため、コア部材１６に下孔１８をあけた後、コア部材１６に無電解銅めっきおよび電解銅めっきを施し、下孔１８の内壁面をめっき層１９によって被覆する。

図２（ｃ）は、下孔１８の内壁面をめっき層１９によって被覆した後、下孔１８に絶縁樹脂２０を充填した状態を示す。下孔１８の内壁面をめっき層１９によって被覆したことによって、切粉１１が絶縁樹脂２０に混入することが防止され、絶縁樹脂２０の絶縁性が確保される。

図３（ａ）は、次に、コア部材１６の両面にプリプレグ４０、配線シート４２、プリプレグ４４、銅箔４６をこの順に配置し、加熱および加圧してコア部材１６に一体に配線層４８を積層した状態を示す。
図３（ｂ）は、導通スルーホールを形成するため、ドリル加工により、下孔１８と同芯に貫通孔５０を形成し、無電解銅めっきおよび電解銅めっきを施して導通スルーホール５２を形成した状態である。貫通孔５０は下孔１８よりも小径に形成する。貫通孔５０の内壁面に形成されためっき層５２ａが導通スルーホールとなる。

図３（ｃ）は、貫通孔５０に樹脂５４を充填し、表面に被着形成された銅箔４６とめっき層５２ａと蓋めっき５５とをパターンエッチングし、基板の表面に配線パターン５６を形成してコア基板５８とした状態を示す。
コア基板５８の表裏面に形成された配線パターン５６は、導通スルーホール５２を介して電気的に接続する。配線層４８の内層に形成された配線パターン４２ａが適宜位置において導通スルーホール５２に接続する。

（配線基板）
図３（ｃ）に示すコア基板５８の両面に配線パターンを積層して形成することによって多層の配線基板が得られる。図４は多層に配線パターンを形成した配線基板の断面図である。
コア基板５８の両面に配線パターンを積層構造に形成する方法としては、たとえばビルドアップ法を利用することができる。図４は、２層にビルドアップ層６０を形成した状態を示す。１層目のビルドアップ層６０ａは、絶縁層６１ａと絶縁層６１ａの表面に形成された配線パターン６２ａと、層間で配線パターン５６、６２ａを電気的に接続するビア６３ａとを備える。２層目のビルドアップ層６０ｂは、絶縁層６１ｂと配線パターン６２ｂとビア６３ｂとを備える。

コア基板５８の両面に形成されたビルドアップ層６０の配線パターン６２ａ、６２ｂは導通スルーホール５２およびビア６３ａ、６３ｂを介して電気的に導通されている。
導通スルーホール５２は、下孔１８を通過する配置に形成され、導電性を有するカーボンファイバ強化コア部１０と導通スルーホール５２とは電気的に短絡しない。カーボンファイバ強化コア部１０の表面には、前述したプリプレグ１２を介して銅箔１４が接着されている。カーボンファイバ強化コア部１０とプリプレグ１２および銅箔１４がコア部材１６を構成する。

コア部材の製造工程を示す断面図である。 コア基板の製造工程を示す断面図である。 コア基板の製造工程を示す断面図である。 配線基板の断面図である。

符号の説明

１０ コア部
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ プリプレグ
１２ プリプレグ
１４ 銅箔
１６ コア部材
１８ 下孔
１９ めっき層
２０ 絶縁樹脂
４８ 配線層
５０ 貫通孔
５２ 導通スルーホール
５４ 樹脂
５６、６２ａ 配線パターン
５８ コア基板
６０ ビルドアップ層

Claims (2)

1. カーボンファイバを含むプリプレグが熱圧着されてなるカーボンファイバ強化コア部と、該カーボンファイバ強化コア部の両面にガラス繊維を含むプリプレグを介して熱圧着された銅箔とを備え、
   前記カーボンファイバを含むプリプレグは、カーボンファイバの織布に樹脂を含浸させて形成されたものであり、
   前記ガラス繊維を含むプリプレグは、ガラス繊維からなる織布に樹脂を含浸させて形成されたものであり、
   前記ガラス繊維を含むプリプレグは、前記カーボンファイバを含むプリプレグを構成する樹脂の溶融温度領域よりも高温の溶融温度領域を有する樹脂からなり、
   ガラス繊維を含むプリプレグが最低粘度となる温度において、カーボンファイバを含むプリプレグが熱硬化を開始する樹脂溶融温度に設定されていることを特徴とするコア部材。
2. カーボンファイバに樹脂を含浸させて形成したプリプレグと、ガラス繊維に樹脂を含浸させて形成したプリプレグと、銅箔とを、前記カーボンファイバを含むプリプレグの両面に前記ガラス繊維を含むプリプレグを介して前記銅箔を配する工程と、
   前記カーボンファイバを含むプリプレグと、ガラス繊維を含むプリプレグと、銅箔とを、加熱および加圧して前記プリプレグを熱硬化させる工程とを備え、
   前記カーボンファイバを含むプリプレグとして、カーボンファイバの織布に樹脂を含浸させて形成したものを使用し、
   前記ガラス繊維を含むプリプレグとして、ガラス繊維からなる織布に樹脂を含浸させて形成したものを使用し、
   前記ガラス繊維を含むプリプレグは、前記カーボンファイバを含むプリプレグを構成する樹脂の溶融温度領域よりも高温の溶融温度領域を有する樹脂によって形成され、
   前記熱硬化させる工程において、ガラス繊維を含むプリプレグが最低粘度となったときに、カーボンファイバを含むプリプレグが熱硬化を開始する樹脂溶融温度に設定されていることを特徴とするコア部材の製造方法。