JP6414697B2 - プリプレグ及びその製造方法、及びこれを用いた印刷回路基板及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、プリプレグ及びその製造方法、及びこれを用いた印刷回路基板及びその製造方法に関し、より詳細には、薄い厚さでも信頼性を有するプリプレグ及びその製造方法、及びこれを用いた印刷回路基板及びその製造方法に関する。

電子機器の製造技術が発達するに伴って、電子機器に必須に内蔵される印刷回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ：ＰＣＢ）に対しても低重量化、薄板化及び小型化が要求されている。印刷回路基板は、回路接続のための配線層と、配線層間の絶縁の役割をする絶縁層とが交互に積層されており、配線層は、主に銅（Ｃｕ）などの金属材質で形成され、絶縁層は、エポキシ（ｅｐｏｘｙ）などの高分子樹脂で形成される。

この際、印刷回路基板は、薄型化のために絶縁層の厚さを薄く維持する必要があるが、絶縁層の厚さが薄くなるほど歪み（ｗａｒｐａｇｅ）に対する特性の調節が難しいという問題点があった。すなわち、金属材質の配線層と絶縁層とは、熱膨脹係数（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ：ＣＴＥ）、ガラス転移温度（ｇｌａｓｓ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；Ｔｇ）、モジュラス（ｍｏｄｕｌｕｓ）等の様々な物性値において互いに異なる値を有するので、印刷回路基板の特性を調節することが難しい。このため、電気的、熱的及び機械的特性が低下する。

これにより、印刷回路基板が薄型化されるほど、印刷回路基板の品質が不安定になり、誘電定数、誘電損失などが低下して高周波領域での信号伝送不良が発生することがあり、電子部品を実装する際に、歪み（ｗａｒｐａｇｅ）により接続不良が生じることがある。

このような問題点を解決するために、印刷回路基板は、中央部のコア（ｃｏｒｅ）層のガラス転移温度、モジュラス及び剛性（ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）を高めるために、ファブリッククロス（ｆｅｂｒｉｃ ｃｌｏｔｈ）またはガラスクロス（ｇｌａｓｓ ｃｌｏｔｈ）の心材が備えられた厚い銅張積層板（Ｃｏｐｐｅｒ Ｃｌａｄ Ｌａｍｉｎａｔｅ：ＣＣＬ）が適用され、樹脂材によるビルドアップ（ｂｕｉｌｄ−ｕｐ）層が形成されて、歪みが防止され、そして寸法安定性が付与される。

この際、物理的特性をさらに向上させるために、多量の無機フィラー（ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｆｉｌｌｅｒ）を樹脂材に含浸させるが、この場合、配線層を形成する銅との密着力が低下して、配線層の安定性や信頼性が低下する。

韓国公開特許第２０１３−０１１９６４３号公報

本発明が解決しようとする課題は、高いモジュラスを維持し、そして低い熱膨脹係数を有するプリプレグを提供することにある。

本発明が解決しようとする他の課題は、高いモジュラスを維持し、そして低い熱膨脹係数を有するプリプレグの製造方法を提供することにある。

本発明が解決しようとするまた他の課題は、高いモジュラスを維持し、そして低い熱膨脹係数を有するプリプレグを含む印刷回路基板を提供することにある。

本発明が解決しようとするまた他の課題は、高いモジュラスを維持し、そして低い熱膨脹係数を有するプリプレグを含む印刷回路基板の製造方法を提供することにある。

本発明が解決しようとする課題は、以上で言及した課題に限定されず、言及されていないまた他の課題は、以下の記載から当業者に明確に理解されることができる。

上記課題を達成するために、本発明はプリプレグを提供する。

このプリプレグは、１０〜１００ｎｍ範囲の厚さを有するナノ繊維で構成された心材と、心材の互いに対向する上部面及び下部面にそれぞれ備えられた上部絶縁層及び下部絶縁層と、を含むことができる。

心材は、アラミド系の有機材料、ナイロン、シリカ系無機材料またはチタニア系無機材料を含むことができる。

上部絶縁層または下部絶縁層の一部が心材に含浸されてもよい。

ナノ繊維は、中空繊維であってもよい。上部絶縁層または下部絶縁層の一部が中空繊維の空洞に含浸されてもよい。

上部絶縁層及び下部絶縁層は互いに異なる厚さを有することができる。

また、上記の他の課題を達成するために本発明は、プリプレグの製造方法を提供する。この製造方法は、下部面に銅箔層が備えられた下部絶縁層を準備するステップと、下部面と対向する下部絶縁層の上部面上に電気紡糸（ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ）方式により紡糸されたナノ繊維で構成された心材を形成するステップと、心材上に上部絶縁層を形成するステップと、を含むことができる。

ナノ繊維は、１０〜１００ｎｍ範囲の厚さを有するように形成されることができる。

心材は、アラミド系の有機材料、ナイロン、シリカ系無機材料またはチタニア系無機材料を含むことができる。

心材上に上部絶縁層を形成し、上部絶縁層の一部が心材に含浸されてもよい。

ナノ繊維は、中空繊維であってもよい。

心材上に上部絶縁層を形成することにより上部絶縁層の一部が中空繊維の空洞に含浸されてもよい。

上部絶縁層は、下部絶縁層と異なる厚さを有するように形成されてもよい。

これに加えて、上記のまた他の課題を達成するために、本発明は印刷回路基板を提供する。この印刷回路基板は、上述したプリプレグと、上部絶縁層及び下部絶縁層のうちの少なくとも一つの上に備えられた基材と、を含むことができる。

基材は、銅箔層であることができる。

さらに、上記のまた他の課題を達成するために、本発明は、印刷回路基板の製造方法を提供する。この方法は、上述した方法によりプリプレグを製造するステップと、下部絶縁層及び上部絶縁層のうちの少なくとも一つの上に基材を形成するステップと、を含むことができる。

基材は、銅箔層であることができる。

本発明の一実施例に係る印刷回路基板を説明するための断面図である。 本発明の一実施例に係る印刷回路基板の製造方法を説明するための一工程を示す断面図である。 図２の工程の次の工程を示す断面図である。 図３の工程の次の工程を示す断面図である。 図４の工程の次の工程を示す断面図である。 本発明の一実施例に係る印刷回路基板に適用された心材のナノ繊維に対する平面投射電子顕微鏡写真である。

以下、添付された図面に基づいて本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は、添付される図面と共に詳細に後述する実施例を参照するとより明確になるであろう。しかし、本発明は、ここで説明する実施例に限定されず、異なる形態に具体化されることもできる。ここで例示する実施例は、開示された内容が徹底かつ完全になるように、また当業者に本発明の思想が充分に伝達されるようにするために提供されるものであり、本発明は請求項の範疇によって定義されるべきである。

明細書の全文にかけて同一の参照符号は同一の構成要素を意味する。よって、同一の参照符号または類似の参照符号は、当該図面で言及または説明されていなくても、他の図面を参照して説明されることができる。また、参照符号が表示されていなくても、他の図面を参照して説明されることができる。

本明細書で用いられる用語は、実施例を説明するためのものであって、本発明を限定するものではない。本明細書において、単数形は文章で特に言及しない限り複数形も含む。また、本明細書で用いられる「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及び／または「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、言及された構成要素、ステップ、動作及び／または素子が一つ以上の他の構成要素、ステップ、動作及び／または素子の存在または追加を排除する意味ではない。また、好ましい実施例によるものであるので、説明の順により提示される参照符号は、必ずしもその順に限定されることではない。これに加えて、本明細書において、ある膜が他の膜または基板上にあると言及された場合、それは、他の膜または基板上に直接形成されるか、あるいはそれらの間に第３の膜が介在されることもできることを意味する。

一つの構成要素（ｅｌｅｍｅｎｔ）が他の構成要素と「接続された（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｔｏ）」または「結合した（ｃｏｕｐｌｅｄ ｔｏ）」との記載は、他の構成要素と直接的に接続された場合または結合した場合、あるいは中間に他の構成要素が介在された場合をすべて含む。

一方、一つの構成要素が他の構成要素と「直接的に接続された（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｔｏ）」または「直接的に結合した（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｔｏ）」との記載は、中間に他の構成要素が介在されていないことを意味する。「及び／または」とは、言及されたアイテム（ｉｔｅｍ）のそれぞれ、及び一つ以上のすべての組み合わせを含む。

空間的に相対的な用語である「下（ｂｅｌｏｗ）」、「下方（ｂｅｎｅａｔｈ）」、「下部（ｌｏｗｅｒ）」、「上（ａｂｏｖｅ）」、「上部（ｕｐｐｅｒ）」などは、図面に示すように、一つの素子または構成要素と、他の素子または構成要素との相関関係を容易に記述するために使用することができる。空間的に相対的な用語は、図面に示す方向に加えて使用時または動作時に、素子の互いに異なる方向を含む用語として理解しなければならない。例えば、図面に示されている素子を逆にする場合、他の素子の「下（ｂｅｌｏｗ）」または下方（ｂｅｎｅａｔｈ）」と記述された素子は、他の素子の「上（ａｂｏｖｅ）」に置かれることになる。よって、例示的な用語である「下」は、下と上の方向をすべて含むことができる。素子は他の方向に配向可能であり、これにより空間的に相対的な用語は、配向により解釈されることができる。

また、本明細書で記述する実施例は、本発明の理想的な例示図である断面図及び／または平面図を参考にして説明する。図面において、膜及び領域の厚さは、技術的な内容を効果的に説明するために誇張されたものである。したがって、製造の技術及び／または許容誤差などにより例示図の形態は変形され得る。したがって、本発明の実施例は、図示された特定形態に限定されず、製造工程により生成される形態の変化も含む。例えば、直角に示されたエッチング領域は、ラウンドされたり（ｒｏｕｎｄｅｄ）、所定の曲率を有する形態であり得る。したがって、図面に例示された領域は概略的な属性を有し、図面に例示された領域の形態は、素子の領域の特定形態を例示するためのものであり、発明の範囲を限定するものではない。

図１は、本発明の一実施例に係る印刷回路基板を説明するための断面図である。

図１を参照すると、本実施例に係る印刷回路基板１００は、紡糸層からなる心材１１０と、心材１１０の両面に形成された絶縁層１２０ａ、１２０ｂと、絶縁層１２０ａ、１２０ｂのそれぞれの上に形成された基材１４０ａ、１４０ｂとを含む。

心材１１０は、電気紡糸（ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ）によりナノ繊維（ｎａｎｏ ｆｉｂｅｒ）が紡糸され、ナノ繊維からなる紡糸層で構成されることができる。この際、紡糸層は、有機物または無機物が溶解された溶解液を用いて、電気紡糸方式により紡糸することにより形成されることができ、アラミド（ａｒａｍｉｄ） 系の有機材料、ナイロン（ｎｙｌｏｎ）、シリカ（ｓｉｌｉｃａ）系の無機材料またはチタニア（ｔｉｔａｎｉａ）系の無機材料を使用することができる。

アラミド系の有機材料が使用される場合、本実施例に係る印刷回路基板１００に高い剛性及び高いモジュラスを付与でき、歪みを低減することができる。ナイロンが使用される場合、中空繊維（ｈｏｌｌｏｗ ｆｉｂｅｒ）を容易に形成でき、空気により誘電率（Ｄｋ）及び損失率（Ｄｆ）が低くなり得る。

シリカ系の無機材料またはチタニア系の無機材料が使用される場合、印刷回路基板１００に低い熱膨脹係数及び高いモジュラスを付与でき、添加物により誘電率（Ｄｋ）及び損失率（Ｄｆ）が低くなり得る。

心材１１０は、約１０ｎｍから１００ｎｍ範囲の厚さを有するナノ繊維で構成されるが、ナノ繊維が物理的に絡み合っている状態の多孔性ナノ繊維構造体で構成されるので、心材１１０の薄型化が可能であり、印刷回路基板１００のモジュラスを向上しながらも、低い熱膨脹係数を維持することができる。

ここで、ナノ繊維の厚さが１０ｎｍ未満であると、心材１１０に要求されるモジュラスを得るのに十分な網構造のネットワーク（ｎｅｔｗｏｒｋ）を形成できず、ナノ繊維の厚さが１００ｎｍを超えると、ナノ繊維の厚さにより、心材１１０と絶縁層１２０ａ，１２０ｂとの間の密着性が低下することになる。このため、心材１１０を構成するナノ繊維は、１０ｎｍ〜１００ｎｍ範囲内の厚さを有するように電気紡糸を行うことが好ましい。

心材１１０の電気紡糸は、５〜２５ｋＶの高電圧にて行われ、電気紡糸後の熱処理は、１０〜３０℃から３００〜４００℃まで、分当たり２〜６℃の速度で昇温させながらイミド化（ｉｍｉｄｉｚａｔｉｏｎ）を行うことができる。

心材１１０の上部面及び下部面には、それぞれ絶縁層１２０ａ、１２０ｂが積層され、絶縁層１２０ａ、１２０ｂの積層によりプリプレグ１３０（ＰｒｅＰｒｅＧ：ＰＰＧ）が形成される。絶縁層１２０ａ、１２０ｂは、心材１１０の上部面及び下部面にエポキシなどの絶縁樹脂が積層され硬化されることにより形成される。ここで、絶縁層１２０ａ、１２０ｂは、ガラスクロス（ｇｌａｓｓ ｃｌｏｔｈ）またはファブリッククロス（ｆｅｂｒｉｃ ｃｌｏｔｈ）に絶縁樹脂が含浸され形成できるが、この場合、本実施例に係る印刷回路基板１００のモジュラスがさらに向上することができる。

このように構成されたプリプレグ１３０は、機械的、熱的及び電気的特性を維持しながらも心材１１０の厚さを薄板化することができる。

絶縁層１２０ａ、１２０ｂ上には、基材を積層することができる。基材１４０ａ、１４０ｂは、本実施例に係る印刷回路基板１００の種類に応じて、銅箔（Ｃｕ ｆｏｉｌ）で形成されてもよく、絶縁層１２０ａ、１２０ｂと同じ材質または異なる材質の絶縁樹脂で構成されてもよい。

また、絶縁層１２０ａ、１２０ｂは、互いに異なる厚さを有するように形成されてもよい。すなわち、プリプレグ１３０に形成される絶縁層間の厚さの比が互いに異なってもよい。これは、本実施例に係る印刷回路基板１００の歪みを制御するためでもある。

そして絶縁層１２０ａ、１２０ｂは、各絶縁層が熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂で構成されることができる。ここで、各絶縁層１２０ａ、１２０ｂのうちの一つの絶縁層は、熱硬化性樹脂で構成され、他の絶縁層は光硬化性樹脂で構成されることができる。

基材１４０ａ、１４０ｂが銅箔で構成される場合は、プリプレグ１３０の両表面に銅箔層の形成された銅張積層板で構成され、銅張積層板の銅箔層は、後に配線層として形成されることが可能である。また、基材１４０ａ、１４０ｂが絶縁樹脂で構成される場合は、多層印刷回路基板のビルドアップ層として形成されることができる。

一方、心材１１０を構成するナノ繊維は、中空繊維形態に構成されることができる。ナノ繊維が中空繊維形態に構成される場合、中空繊維の内部空洞に空気が入り込むので、心材１１０の誘電率が低くなり得る。これにより、本実施例に係る印刷回路基板１００は、高周波及び高速伝送に有利である。

図２から図５は、本発明の一実施例に係る印刷回路基板の製造方法を説明するための工程断面図であり、図６は、本発明の一実施例に係る印刷回路基板に適用された心材のナノ繊維に対する平面投射電子顕微鏡写真である。

図２を参照すると、下部絶縁層１２０ａが積層された下部基材１４０ａを準備する。下部基材１４０ａは、銅箔または絶縁樹脂が硬化された絶縁板で構成できる。下部絶縁層１２０ａは、基材１４０ａ上に数μｍの厚さで積層されることができる。

図３を参照すると、下部絶縁層１２０ａ上には、ナノ繊維で構成された心材１１０が形成されることができる。心材１１０は、電気紡糸方式により紡糸されたナノ繊維が絡み合った状態で積層された紡糸層で構成できる。

電気紡糸方式は、電場を用いて最小ｎｍ規模（ｓｃａｌｅ）の直径を有する連続状のナノ繊維を実現することができる。ナノ繊維がノズルを介して一定の速度に吐出され紡糸されることにより、図６に示すように、ナノ繊維が無作為に配列された心材１１０を得ることができる。

このような電気紡糸により得られるナノ繊維は、約１０ｎｍから１００ｎｍの厚さに形成されることができる。これにより、心材１１０は、単位体積当たりに高い比表面積を有することができ、硬化度の高い絶縁層で構成されることができる。

また、心材１１０は、電気紡糸によりナノ繊維が積層されるとき、空隙を調節することができるが、たとえば、ナノ繊維を形成するための電気紡糸装置に注入される高分子溶液に、異なる溶解度を有する高分子を混合してナノ繊維を無作為に配列した後、選択的に一つの成分を溶かして除去することにより、心材１１０の空隙の大きさや空隙率を調節することができる。

一方、下部絶縁層１２０ａ上に塗布される心材１１０は、心材１１０を構成するナノ繊維が中空繊維形態に形成されて、塗布されることができる。中空繊維形態のナノ繊維は、電気紡糸装置に備えられたノズルを二重構造に形成することにより製作可能であり、中空繊維形態のナノ繊維の内部空洞により空気層が形成されることで、誘電率を改善することができる。

図４を参照すると、下部絶縁層１２０ａ上に積層された心材１１０上には、上部絶縁層１２０ｂがさらに積層されて、中央部に心材１１０が備えられたプリプレグ１３０が製作される。プリプレグ１３０は、心材１１０の高いモジュラス及び低い熱膨脹係数により、主に印刷回路基板１００のコアとして適用され、歪みの防止が主な目的である多層印刷回路基板のビルドアップ層にも適用されることができる。

図５を参照すると、上部絶縁層１２０ｂ上に、図２に示された下部基材１４０ａと同じ材質の上部基材１４０ｂが積層され、銅張積層板または両面印刷回路基板のビルドアップ層が形成されることができる。

このような構成と製造方法により製作される本実施例の印刷回路基板は、中央部を構成する心材１１０が電気紡糸により屈曲性の低下された比較的平坦な表面を有するようにすることができる。これにより、心材１１０の上部面及び下部面に積層される絶縁層１２０ａ、１２０ｂは、比較的平坦な表面を有することができる。これにより、絶縁層１２０ａ、１２０ｂ上に、追加の絶縁層を積層するときや、絶縁層１２０ａ、１２０ｂ上にメッキ層形成するときに、不良率を低減することができる。

一方、心材１１０を形成するステップにおいて、無機物のナノ繊維が無作為に配列された心材１１０と絶縁層１２０ａ、１２０ｂとの間に有機物のナノ繊維層を追加的に形成することができる。これにより、心材１１０の上部面及び下部面に積層される絶縁層１２０ａ、１２０ｂとの接合性能が向上されることができる。すなわち、心材１１０に積層される絶縁層１２０ａ、１２０ｂは、有機物絶縁樹脂で構成されるので、心材１１０の両表面上に絶縁層１２０ａ、１２０ｂと同じ材質の有機物ナノ繊維層を形成することにより、同じ材質の接合親和力による接合性能の向上を図ることができる。

以上、添付された図面を参照して本発明の実施例を説明したが、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者は、本発明を、その技術的思想や必須の特徴を変更することなく、他の具体的な形態に実施できることを理解できよう。したがって、以上で説明した実施例は、すべての面において例示的なものであって、限定的ではないことを理解しなければならない。

１００ 印刷回路基板
１１０ 心材
１２０ａ、１２０ｂ 絶縁層
１３０ プリプレグ
１４０ａ、１４０ｂ 基材

Claims (17)

1. １０〜１００ｎｍ範囲の厚さを有するナノ繊維で構成された心材と、
   前記心材の互いに対向する第１面及び第２面にそれぞれ備えられた第１絶縁層及び第２絶縁層と、
   を含むプリプレグ。
2. 前記心材は、アラミド系の有機材料、ナイロン、シリカ系無機材料またはチタニア系無機材料を含む請求項１に記載のプリプレグ。
3. 前記第１絶縁層及び／または前記第２絶縁層の一部が、前記心材に含浸された請求項１又は請求項２に記載のプリプレグ。
4. 前記ナノ繊維は、中空繊維である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプリプレグ。
5. 前記第１絶縁層及び／または前記第２絶縁層の一部が、前記中空繊維の空洞に含浸された請求項４に記載のプリプレグ。
6. 前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層は、互いに異なる厚さを有する請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のプリプレグ。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のプリプレグと、
   前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層のうちの少なくとも一つの上に備えられた基材と、
   を含む印刷回路基板。
8. 前記基材は、銅箔層である請求項７に記載の印刷回路基板。
9. 第１面に銅箔層が備えられた第１絶縁層を準備するステップと、
   前記第１面に対向する前記第１絶縁層の第２面上に電気紡糸方式により紡糸されたナノ繊維で構成された心材を形成するステップと、
   前記心材上に第２絶縁層を形成するステップと、
   を含むプリプレグの製造方法。
10. 前記ナノ繊維は、１０〜１００ｎｍ範囲の厚さを有するように形成される請求項９に記載のプリプレグの製造方法。
11. 前記心材は、アラミド系の有機材料、ナイロン、シリカ系無機材料またはチタニア系無機材料を含む請求項９又は請求項１０に記載のプリプレグの製造方法。
12. 前記心材上に第２絶縁層を形成することにより前記第２絶縁層の一部が前記心材に含浸される請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載のプリプレグの製造方法。
13. 前記ナノ繊維は、中空繊維である請求項９から請求項１２のいずれか１項に記載のプリプレグの製造方法。
14. 前記心材上に第２絶縁層を形成することにより前記第２絶縁層の一部が前記中空繊維の空洞に含浸される請求項１３に記載のプリプレグの製造方法。
15. 前記第２絶縁層は、前記第１絶縁層と異なる厚さを有するように形成される請求項９から請求項１４のいずれか１項に記載のプリプレグの製造方法。
16. 請求項９から請求項１５のいずれか１項に記載のプリプレグの製造方法によりプリプレグを製造するステップと、前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層のうちの少なくとも一つの上に基材を形成するステップと、を含む印刷回路基板の製造方法。
17. 前記基材は、銅箔層である請求項１６に記載の印刷回路基板の製造方法。