JP5096504B2 - 銅箔基板及び銅箔基板の製造に用いる含浸液 - Google Patents

Description

本発明は、電子回路に関し、特に、銅箔基板及び銅箔基板の製造に用いる含浸液に関する。

プリント回路基板（Printed Circuit Board：ＰＣＢ）とは、所定の機能を得るために、その上に各種電子部品が装着されて所定の配線が設けられた基板である。プリント回路基板の品質は、電子製品の信頼性に影響を与えるだけでなく、電子製品全体の性能にも影響を与える。プリント回路基板の製造に用いられる基礎材料である銅箔基板（Copper Clad Laminate：ＣＣＬ）は、エポキシ樹脂又はノボラック樹脂の接着剤に絶縁紙、ガラス繊維織布又はその他の繊維材料を浸漬し、乾燥、切断、積層の工程を行った後、単面又は両面を銅箔で覆い、加熱及び加圧を施して成形して製造する。ガラス繊維を基板とする銅箔基板は、機械的性質に優れているため、銅箔基板の主流となっている。

従来技術は、ガラス繊維銅箔基板に、二酸化ケイ素などのフィラーを加えて基板の機械的性質を高めたものもある。二酸化ケイ素の四面体網目構造型の結晶は、基板の硬度を向上し、基板の線膨張係数を下げる。高硬度の基板は、変形し難いという長所を有するが、穿孔工程を行うことが困難である上、穿孔ヘッドの損耗も大きかった。また、穿孔工程で多くの粉屑が発生して不良率が高まるおそれがあった。さらに、基板と他の材料との線膨張係数の違いにより、高い線膨張係数が内部応力を発生させるおそれもあった。そのため、製造工程で加熱と冷却とが交互に行われると、基板にマイクロクラックが発生したり、回路が断線したりするおそれがあった。基板に二酸化ケイ素を添加すると、線膨張係数を低くすることができるが、基板にマイクロクラックや回路の断線が発生することを防ぐことができるように、線膨張係数をさらに低くすることが求められていた。

本発明の目的は、基板の硬度及び線膨張係数を向上させることができる銅箔基板及び銅箔基板の製造に用いる含浸液を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明に係る銅箔基板の製造に用いる含浸液は、ガラス繊維織布を浸漬してプリプレグを製造し、プリプレグに銅箔を結合して加圧・加熱して銅箔基板を製作し、樹脂及び５〜８０ＰＨＲのフィラーを含み、フィラーは、二酸化ケイ素及び少なくとも１つの金属酸化物からなる非結晶性網目状構造複合材であり、二酸化ケイ素が占めるフィラー比率は５０〜８０重量％であり、金属酸化物が占めるフィラー比率は２０〜５０重量％である。

金属酸化物は、ＩＩＡ族元素の酸化物であることが好ましい。
金属酸化物は、ＩＩＩＡ族元素の酸化物であることが好ましい。
金属酸化物は、ＩＩＡ族元素の酸化物又はＩＩＩＡ族元素の酸化物であることが好ましい。
金属酸化物の金属は、ＩＩＡ族元素の酸化物と、ＩＩＩＡ族元素の酸化物との組み合わせからなる郡より選ばれることが好ましい。

IIIＡ族元素の金属酸化物は、Ａｌ₂Ｏ₃及びＢ₂Ｏ₃からなる群から選ばれる一種以上を含み、ＩＩＡ族元素の金属酸化物は、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ及びＢａＯからなる群から選ばれる一種以上を含むことが好ましい。
フィラーは、ＳｉＯ₂５０〜６２重量％、Ａｌ₂Ｏ₃１１〜１９重量％、Ｂ₂Ｏ₃４〜１３重量％、ＣａＯ６〜２７重量％、ＭｇＯ６重量％未満、ＳｒＯ１．５重量％未満、及びＢａＯ０．１重量％未満を含むことが好ましい。

さらに、本発明に係る銅箔基板は、ガラス繊維基板と、ガラス繊維基板の少なくとも１つの側面上に結合された少なくとも１つの銅箔と、を備え、ガラス繊維基板は、ガラス繊維織布及び含浸材を含み、含浸材は、樹脂と、５〜８０ＰＨＲのフィラーとを含み、フィラーは、二酸化ケイ素及び少なくとも１つの金属酸化物からなる非結晶性網目状構造複合材である。

金属酸化物は、ＩＩＡ族元素の酸化物であることが好ましい。
金属酸化物は、ＩＩＩＡ族元素の酸化物であることが好ましい。
金属酸化物は、ＩＩＡ族元素の酸化物又はＩＩＩＡ族元素の酸化物であることが好ましい。
金属酸化物の金属は、ＩＩＡ族元素の酸化物と、ＩＩＩＡ族元素の酸化物との組み合わせからなる郡より選ばれることが好ましい。

ＩＩＩＡ族元素の金属酸化物は、Ａｌ₂Ｏ₃及びＢ₂Ｏ₃からなる群から選ばれる一種以上を含み、ＩＩＡ族元素の金属酸化物は、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ及びＢａＯからなる群から選ばれる一種以上を含むことが好ましい。
フィラーは、ＳｉＯ₂５０〜６２重量％、Ａｌ₂Ｏ₃１１〜１９重量％、Ｂ₂Ｏ₃４〜１３重量％、ＣａＯ６〜２７重量％、ＭｇＯ６重量％未満、ＳｒＯ１．５重量％未満、及びＢａＯ０．１重量％未満を含むことが好ましい。
（発明の効果）
本発明の銅箔基板及び銅箔基板の製造に用いる含浸液は、基板の硬度及び線膨張係数を向上させることができる。

本発明の一実施形態による銅箔基板の製造工程を示す模式図である。 本発明の一実施形態による銅箔基板において、フィラーを含まないときの穿孔工程能力及び穿孔ヘッドの損耗を示す特性図である。 本発明の一実施形態による銅箔基板において、二酸化ケイ素のフィラーを含むときの穿孔工程能力及び穿孔ヘッドの損耗を示す特性図である。 本発明の一実施形態による銅箔基板において、金属酸化物複合材料のフィラーを含むときの穿孔工程能力及び穿孔ヘッドの損耗を示す特性図である。 本発明の一実施形態による銅箔基板において、二酸化ケイ素のフィラーの割合を高くしたときの穿孔工程能力及び穿孔ヘッドの損耗を示す特性図である。 本発明の一実施形態による銅箔基板において、金属酸化物複合材料のフィラー割合を高くしたときの穿孔工程能力及び穿孔ヘッドの損耗を示す特性図である。

（一実施形態）
以下、本発明の一実施形態について図に基づいて説明する。なお、これによって本発明が限定されるものではない。
図１を参照する。図１は、本発明の一実施形態によるガラス繊維銅箔基板の製造工程を示す模式図である。図１に示すように、ガラス繊維銅箔基板の製造工程は、以下の工程を含む。まず、含浸液が入った含浸槽１２の中にガラス繊維織布１０を浸漬する。その後、加熱器１４により加熱した後、カッター１６により所定の寸法に切断し、複数のプリプレグ１８を形成する。続いて、所定の繊維の配向方向で所定数のプリプレグ１８を積層し、頂面及び底面のそれぞれに銅箔２０を配置し、熱プレス工程２２を行う。熱プレス工程を行ってから、適宜トリミング工程２４を行うと、中央部分がガラス繊維基板を有し、両側に銅箔を有する銅箔基板２６が形成される。これにより、銅箔基板２６全体の構造は、多数のプリプレグ１８と、少なくとも１つの銅箔２０とから構成される。各プリプレグ１８は、ガラス繊維織布１０及び含浸材（含浸液で硬化した後）からなる。

本発明の一実施形態の主な特徴は、銅箔基板と、その含浸液の成分にある。本発明の一実施形態の含浸液の主要成分は樹脂（本発明の一実施形態ではエポキシ樹脂が用いられている。）であり、５〜８０ＰＨＲ（Per Hundred Resin）のフィラー（即ち、樹脂とフィラーの重量％が１００：５〜８０である。）をさらに添加する。フィラーの主要成分は、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ及びＢａＯを含む。このフィラーは、上述の成分からなる非結晶性網目構造の複合材料である。二酸化ケイ素が占めるフィラー比率は５０〜８０重量％であり、各金属酸化物が占めるフィラー比率は２０〜５０重量％である。

本発明の一実施形態のフィラーの主な成分である二酸化ケイ素は、上述したように二酸化ケイ素の四面体網目構造型結晶により、基板の硬度を向上し、基板の線膨張係数を下げることができる。本発明の一実施形態のフィラーの残部は金属酸化物であり、この金属酸化物の金属は、ＩＩＡ族元素又はＩＩＩＡ族元素から選択してもよい。二酸化ケイ素の網目構造の中に金属酸化物を浸透させると、金属原子が網目構造の中のシリコン原子に位置するため、四面体網目構造が破壊され、非結晶型の金属酸化物と二酸化ケイ素との複合材料が形成される。本発明の一実施形態の非結晶型複合材料は、結晶型二酸化ケイ素及び非結晶型酸化ケイ素より硬度が低い。

本発明の一実施形態の実験結果から分かるように、上述の金属酸化物は、ＩＩＩＡ族元素のＡｌ₂Ｏ₃及びＢ₂Ｏ₃又はＩＩＡ族元素のＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ及びＢａＯからなる群から選ばれる一種以上を含み、硬度が低いため、穿孔ヘッドの損耗率を減らすことができる。実験結果から分かるように、上述した金属酸化物の中に、ＩＩＩＡ族元素のＡｌ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃またはＩＩＡ族元素のＣａＯ、ＭｇＯからなる群から選ばれる一種以上を含む金属酸化物を添加すると線膨張係数を下げることができる。

そのため、銅箔基板の応用上、上述のＩＩＩＡ族元素のＡｌ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃又はＩＩＡ族元素のＣａＯ、ＭｇＯの金属酸化物の成分が最適であるが、その他の性質（例えば、化学的耐久性、低誘電性などの条件）を考慮した場合、本実施形態のフィラーの重量比は、ＳｉＯ₂５０〜６２％、Ａｌ₂Ｏ₃１１〜１９％、Ｂ₂Ｏ₃４〜１３％、ＣａＯ６〜２７％、ＭｇＯ６％未満、ＳｒＯ１．５％未満、ＢａＯ０．１％未満であることが好ましい。
以下、上述の比率関係に基づき、本発明の一実施形態が採用するフィラーと、二酸化ケイ素をフィラーとする従来の銅箔基板との線膨張係数及び穿孔に関する比較結果を示す。

連番Ａで示す従来のフィラーを加えないときの樹脂成分は、表１に示す通りである。

含浸に使用するガラス繊維織布は７６２８型であり、含浸した後に１７０℃で３分間硬化し、５層を積層した後、プリプレグの両面を０．１５ｋｇ／ｍ²の銅箔で覆い、１７０℃で１時間加熱して硬化し、銅箔基板の厚さを０．９５ｍｍにする。上述の銅箔基板の試験結果は表２に示す通りである。

連番Ｂで示す上述の樹脂成分に二酸化ケイ素のフィラーを加えたときの配合割合は表３に示す通りである。

積層して銅箔を熱プレスした後に、その特性を試験した結果は表４に示す通りである。

連番Ａと連番Ｂとのデータを比較すると分かるように、２μｍの二酸化ケイ素を加えると、Ｔｇが増えて線膨張係数が下がる。
連番Ｃでは、連番Ｂと同じ割合に含浸液（樹脂フィラー）を維持し、フィラーを表５に示す成分の金属酸化物複合材料（Ｄ５０＝２μｍ）に変える。

積層して銅箔を熱プレスした後に、その特性を測定した結果は表６に示す通りである。

上述したことから分かるように、金属酸化物複合材をフィラーに用いると、二酸化ケイ素をフィラーに用いるよりも膨張係数が低い。

連番Ｄでは、上述のフィラーの成分比率を表７に示すように変更する。

積層して銅箔を熱プレスした後に、その特性を試験した結果は表８の通りである。

連番Ｅでは、連番Ｄと同じ割合に含浸液（樹脂フィラー）を維持し、上述のフィラーを表９に示す成分の金属酸化物複合材料（Ｄ５０＝２μｍ）に変える。

積層して銅箔を熱プレスした後に、その特性を試験した結果は表１０に示す通りである。

以上の結果を比べると分かるように、フィラーの割合が高いほど、膨張係数が低くなり、金属酸化物複合材をフィラーに使用したときの効果がより明確になる。
以下、上記で製作した銅箔基板の連番Ａ〜Ｅ（フィラーの成分比率は表１１参照）に対して同時に穿孔試験を行った結果を示す。

二酸化ケイ素の成分、金属酸化物複合材の成分、含浸工程及び銅箔の熱プレス工程は、上記と同じで、穿孔条件は表１２に示す通りである。

図２〜図６は、得られた連番Ａ〜Ｅの銅箔基板の穿孔能力及び穿孔ヘッドの損耗の比較表である。穿孔能力は、穿孔後の平均位置を原点とし、Ｘ軸及びＹ軸のプラスマイナス２ｍｍを上下限の規格にして穿孔能力を判断する。穿孔ヘッドの損耗レベルは、穿孔ヘッドの画像を観察して判断する。
図２〜図６に示すように、樹脂の配合比率に関わらず、穿孔の数が多い場合、穿孔ヘッドの画像から分かるように、穿孔ヘッドの損耗が増える。また、穿孔ヘッドのブレが大きくなるため、穿孔の精度が低下するとともにＣｐｋ値が小さくなる。

単一の二酸化ケイ素のフィラーが加えられる場合、二酸化ケイ素の硬度が高くなるため、穿孔の困難度が増し、上述の穿孔ヘッドの損耗がより酷くなる。さらに、穿孔する孔の数が多いほど、精度が低下する。また、二酸化ケイ素の添加量が多いほど、この現象が酷くなる。
本発明の一実施形態の金属酸化物複合材を加えた場合、それ自身が非結晶型の網目構造であるため、硬度が低く、単一の二酸化ケイ素と異なり、穿孔する孔の数が多いときの穿孔ヘッドの損耗はフィラーを加えないときの損耗と差がほとんど無い。そのため、穿孔する孔の精度を良好に保ち、良好な穿孔能力を得ることができる。フィラーの比率が高まると、単一の二酸化ケイ素と比べ、金属酸化物複合材は、穿孔ヘッドの損耗が減り、良好な穿孔工程を得ることができる。
当該分野の技術を熟知するものが理解できるように、本発明の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の主旨と領域を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の特許請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。

１０：ガラス繊維織布、１２：含浸槽、１４：加熱器、１６：カッター、１８：プリプレグ、２０：銅箔、２２：熱プレスプレート、２４：トリミング工程、２６：銅箔基板

Claims (2)

1. ガラス繊維織布を浸漬してプリプレグを製造し、前記プリプレグに銅箔を結合して加圧・加熱して銅箔基板を製作し、樹脂及び５〜８０ＰＨＲのフィラーを含み、
   前記フィラーは、二酸化ケイ素及び少なくとも１つの金属酸化物からなる非結晶性網目状構造複合材であり、前記二酸化ケイ素が占めるフィラー比率は５０〜８０重量％であり、前記金属酸化物が占めるフィラー比率は２０〜５０重量％であり、
   前記金属酸化物は、ＩＩＡ族元素の酸化物と、ＩＩＩＡ族元素の酸化物との組み合わせからなる群より選ばれ、
   前記ＩＩＩＡ族元素の金属酸化物は、Ａｌ ₂ Ｏ ₃ 及びＢ ₂ Ｏ ₃ からなる群から選ばれる一種以上を含み、
   前記ＩＩＡ族元素の金属酸化物は、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ及びＢａＯからなる群から選ばれる一種以上を含み、
   前記フィラーは、５０〜６２重量％のＳｉＯ ₂ 、１１〜１９重量％のＡｌ ₂ Ｏ ₃ 、４〜１３重量％のＢ ₂ Ｏ ₃ 、６〜２７重量％のＣａＯ、６重量％未満のＭｇＯ、１．５重量％未満のＳｒＯ、及び０．１重量％未満のＢａＯを含むことを特徴とすることを特徴とする銅箔基板の製造に用いる含浸液。
2. ガラス繊維基板と、前記ガラス繊維基板の少なくとも１つの側面上に結合された少なくとも１つの銅箔と、を備え、
   前記ガラス繊維基板は、ガラス繊維織布及び含浸材を有し、
   前記含浸材は、樹脂と、５〜８０ＰＨＲのフィラーとを含み、
   前記フィラーは、二酸化ケイ素及び少なくとも１つの金属酸化物からなる非結晶性網目状構造複合材であり、
   前記金属酸化物は、ＩＩＡ族元素の酸化物と、ＩＩＩＡ族元素の酸化物との組み合わせからなる群より選ばれ、
   前記ＩＩＩＡ族元素の金属酸化物は、Ａｌ ₂ Ｏ ₃ 及びＢ ₂ Ｏ ₃ からなる群から選ばれる一種以上を含み、
   前記ＩＩＡ族元素の金属酸化物は、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ及びＢａＯからなる群から
   選ばれる一種以上を含むことを特徴とする銅箔基板。

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