JP6948623B2 - プリプレグ、金属張積層板及びプリント配線板 - Google Patents

プリプレグ、金属張積層板及びプリント配線板 Download PDF

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Description

本開示は、一般にプリプレグ、金属張積層板及びプリント配線板に関する。本開示は、詳細には織布基材と樹脂組成物の半硬化物とを備えたプリプレグ、前記プリプレグの硬化物と金属層とを備えた金属張積層板、及び、前記プリプレグの硬化物と導体パターンとを備えたプリント配線板に関する。
従来、プリプレグは、熱硬化性樹脂を含有する樹脂組成物を織布基材に含浸させると共に、半硬化状態となるまで加熱乾燥して形成されている(例えば、特許文献1−3参照)。そして、このようにして形成されたプリプレグに金属箔を積層して加熱加圧成形することによって金属張積層板を製造することができる。さらにこの金属張積層板の金属箔の不要部分を除去して導体パターンを設けることによってプリント配線板を製造することができる。その後、このプリント配線板に半導体素子を実装して封止することによってパッケージが製造されている。
近年、スマートフォン及びタブレットPCに多く用いられるパッケージとしてPoP(パッケージ・オン・パッケージ,Package on Package)が挙げられる。このPoPは複数のサブパッケージを積層する形態であるため、サブパッケージの実装性及びサブパッケージごとの電気的な導通信頼性が重要となる。そして、この実装性及び導通信頼性はパッケージ(サブパッケージも含む)の室温での反りの絶対値が小さければ小さいほど、また室温から260℃まで雰囲気温度を変化させたときの反りの変化量が少なければ少ないほど向上する。したがって、現在、パッケージの反りが小さくなる基板材料の開発が盛んに行われている。
現在、パッケージの反りを小さくする基板材料として提案されているのは、高剛性及び低熱膨張率という方向性で開発した材料である。すなわち、剛性が高ければ高いほど、及び、熱膨張率(CTE:coefficient of thermal expansion)が低ければ低いほど、パッケージの反りが小さくなるという提案である。
しかし、このような高剛性及び低熱膨張率の材料は、特定のパッケージ形態には反りを低減する効果が確認されているものの、パッケージ形態が変わると全く異なる反り挙動となるため、汎用性に欠けるという課題があった。
また従来の基板材料の多くは、エポキシ樹脂及びフェノール樹脂を主成分とするため、硬化物の電気特性(例えば誘電特性)の更なる向上が期待できない。特に誘電正接が高いため、信号の伝送損失が大きくなるという課題があった。そこで、基板材料にシリカなどの無機充填材を多量に添加して誘電正接を低下させることも考えられる。しかしながら、無機充填材を多量に添加すると、上述のような高剛性及び低熱膨張率の材料となりやすくなり、パッケージ形態によらずに反りを低減することが難しくなる。
特開2006−137942号公報 特開2007−138152号公報 特開2008−007756号公報
本開示の目的は、パッケージの反りを低減することができ、低誘電率及び低誘電正接を実現することができるプリプレグ、金属張積層板及びプリント配線板を提供することにある。
本開示の一態様に係るプリプレグは、織布基材と、前記織布基材に含浸された樹脂組成物の半硬化物と、を備えたプリプレグである。前記樹脂組成物は、(A)マレイミド樹脂と、(B)アクリル樹脂と、(C)フェノール樹脂とを含有する。前記(B)成分は、下記式(b1)、下記式(b2)及び下記式(b3)のうちの少なくとも下記式(b2)及び下記式(b3)で表される構造を有し、重量平均分子量が20万以上85万以下の範囲内である。
Figure 0006948623
式(b1)中のx、式(b2)中のy及び式(b3)中のzは、次の関係式を満たす。x:y:z(モル分率)=0:0.95:0.05〜0.2:0.6:0.2(ただし、x+y+z≦1、0≦x≦0.2、0.6≦y≦0.95、0.05≦z≦0.2)である。式(b2)中、R1は水素原子又はメチル基、R2は、水素原子、アルキル基、グリシジル基及びエポキシ化されたアルキル基のうち、少なくともグリシジル基及びエポキシ化されたアルキル基のうちの1つを含む。式(b3)中、R3は水素原子又はメチル基、R4はPh(フェニル基)、−COOCHPh又は−COO(CHPhである。
本開示の一態様に係る金属張積層板は、前記プリプレグの硬化物と、前記硬化物に設けられた金属層と、を備える。
本開示の一態様に係るプリント配線板は、前記プリプレグの硬化物と、前記硬化物に設けられた導体パターンと、を備える。
図1は、本開示の一実施形態に係るプリプレグを示す概略断面図である。 図2は、同上のプリプレグを構成する織布基材を示す概略平面図である。 図3は、本開示の一実施形態に係る金属張積層板を示す概略断面図である。 図4は、本開示の一実施形態に係るプリント配線板を示す概略断面図である。 図5A〜図5Gは、セミアディティブ法の一連の工程を示す概略断面図である。 図6Aは、セミアディティブ法の実施後に、内層パターンとめっきとの間に樹脂スミアが残っていない状態を示す概略断面図である。図6Bは、セミアディティブ法の実施後に、内層パターンとめっきとの間に樹脂スミアが残っている状態を示す概略断面図である。 図7A〜図7Gは、モディファイドセミアディティブ法の一連の工程を示す概略断面図である。 図8Aは、モディファイドセミアディティブ法の実施後に、内層パターンとめっきとの間に樹脂スミアが残っていない状態を示す概略断面図である。図8Bは、モディファイドセミアディティブ法の実施後に、内層パターンとめっきとの間に樹脂スミアが残っている状態を示す概略断面図である。
[プリプレグ]
図1に本実施形態のプリプレグ1を示す。プリプレグ1は、シート状である。プリプレグ1は、織布基材5と、織布基材5に含浸された樹脂組成物の半硬化物4と、を備えている。1枚のプリプレグ1は、1枚の織布基材5を備えていてもよいし、2枚以上の織布基材5を備えていてもよい。
ここで、樹脂組成物の半硬化物4とは、硬化反応の中間段階にある樹脂組成物を意味する。中間段階とは、Bステージとも呼ばれ、ワニス状態のAステージと、完全に硬化した状態のCステージとの間の段階である。この段階にある樹脂組成物を更に加熱すると一度溶融した後、完全に硬化して硬化物となる。なお、プリプレグ1は半硬化状態であるが、これはプリプレグ1を構成する樹脂組成物が半硬化状態であることを意味する。またプリプレグ1の硬化物は、プリプレグ1を構成する樹脂組成物が完全硬化状態であることを意味する。
樹脂組成物について説明する。樹脂組成物は、(A)マレイミド樹脂と、(B)アクリル樹脂と、(C)フェノール樹脂と、を含有する。以下、樹脂組成物を構成する各成分について順に説明する。
(A)成分であるマレイミド樹脂について説明する。(A)成分は、高剛性成分である。(A)成分は、1分子中に少なくとも2つ以上のマレイミド基を有するプレポリマーである。このプレポリマーには、モノマーのみが含まれていてもよいし、オリゴマーのみが含まれていてもよいし、モノマー及びオリゴマーの混合物が含まれていてもよい。マレイミド基は、(A)成分を特徴付ける官能基である。(A)成分のマレイミド基の当量は、好ましくは100g/eq以上500g/eq以下の範囲内であり、より好ましくは130g/eq以上400g/eq以下の範囲内である。マレイミド基の当量とは、1当量のマレイミド基を含む(A)成分の質量を意味する。マレイミド基の当量が小さければマレイミド基の濃度が高く、マレイミド基の当量が大きければマレイミド基の濃度が低い。
(A)成分の重量平均分子量は、好ましくは200以上8000以下の範囲内であり、より好ましくは300以上3000以下の範囲内であり、さらに好ましくは800以上1200以下の範囲内である。重量平均分子量の有効数字は2桁である。重量平均分子量は、例えば、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC:Gel Permeation Chromatography)により測定することができる。
(A)成分は誘電特性に優れているので、プリプレグ1の材料である樹脂組成物に(A)成分が含有されていることで、プリント配線板3の低誘電率及び低誘電正接を実現することができる。これにより、信号の伝播速度を高速にすることができ、使用電波の周波数が高周波帯へ移行しても信号の伝送損失を抑制することができる。また(A)成分は耐熱性に優れているので、プリント配線板3の耐熱性も高めることができる。さらに(A)成分はエポキシ樹脂に比べて難燃性に優れているので、プリント配線板3の難燃性も高めることができる。
好ましくは(A)成分は、フェニルメタン骨格、アルキル化フェニルメタン骨格及びビフェニル骨格からなる群より選ばれた1種以上の骨格を含んでいる。
フェニルメタン骨格を含む(A)成分について説明する。フェニルメタン骨格には、モノフェニルメタン骨格、ジフェニルメタン骨格、トリフェニルメタン骨格及びテトラフェニルメタン骨格が含まれる。例えば、ジフェニルメタン骨格を含む(A)成分は、ジフェニルメタン骨格を構成している2つのベンゼン環の各々の水素原子がマレイミド基に置換された構造をしている。
このように、(A)成分がフェニルメタン骨格を含んでいる場合、後述のワニスを調製する際の溶剤への溶解性が向上する。特に低沸点の溶剤への溶解度が良好であるため、高沸点の溶剤を使用する必要がなくなる。高沸点の溶剤を使用する代わりに低沸点の溶剤を使用することで、金属張積層板2及びプリント配線板3中の残留溶剤を低減することができる。なお、以下では、金属張積層板2及びプリント配線板3をまとめて基板という場合がある。
これについて沸点の異なる2種の溶剤の具体例を挙げて説明する。フェニルメタン骨格を含む(A)成分は、メチルエチルケトン(MEK)(沸点79.5℃)又はN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)(沸点153℃)のいずれにも溶解させることができるが、この場合はメチルエチルケトン(MEK)に溶解させてワニスを調製することが好ましい。これによりN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)を使用する場合に比べて、基板中の残留溶剤を低減することができ、さらに作業環境の安全性も向上させることができる。
アルキル化フェニルメタン骨格を含む(A)成分について説明する。アルキル化フェニルメタン骨格には、アルキル化モノフェニルメタン骨格、アルキル化ジフェニルメタン骨格、アルキル化トリフェニルメタン骨格及びアルキル化テトラフェニルメタン骨格が含まれる。例えば、アルキル化ジフェニルメタン骨格を含む(A)成分は、ジフェニルメタン骨格を構成している2つのベンゼン環の各々の水素原子がマレイミド基に置換され、さらにこれらのベンゼン環の少なくともいずれかの水素原子がアルキル基に置換された構造をしている。アルキル基の具体例としてC1〜C4の低級アルキル基が挙げられる。C1〜C4の低級アルキル基の具体例としてメチル基及びエチル基が挙げられる。
このように、(A)成分がアルキル化フェニルメタン骨格を含んでいる場合、誘電特性を更に向上させることができる。具体的には誘電正接はあまり変化しないが、誘電率が低下するので、結果的に信号の伝播速度を高速にすることができ、さらに信号の伝送損失を抑制することもできる。
ビフェニル骨格を含む(A)成分について説明する。ビフェニル骨格は、2つのベンゼン環が単結合で結合した構造をしている。(A)成分がビフェニル骨格を含んでいる場合、上述の(A)成分がフェニルメタン骨格を含んでいる場合と同様の効果が得られる。しかも(A)成分がビフェニル骨格を含んでいる場合、誘電特性は、(A)成分がフェニルメタン骨格又はアルキル化フェニルメタン骨格を含んでいる場合に比べて更に良好となる。
(B)成分であるアクリル樹脂について説明する。(B)成分は、下記式(b1)、下記式(b2)及び下記式(b3)のうちの少なくとも下記式(b2)及び下記式(b3)で表される構造を有する。(B)成分は、低弾性成分である。(B)成分の具体例としてエポキシ変性アクリル樹脂が挙げられる。
Figure 0006948623
式(b1)中のx、式(b2)中のy及び式(b3)中のzは、次の関係式を満たす。x:y:z(モル分率)=0:0.95:0.05〜0.2:0.6:0.2(ただし、x+y+z≦1、0≦x≦0.2、0.6≦y≦0.95、0.05≦z≦0.2)である。式(b2)中、R1は水素原子又はメチル基、R2は、水素原子、アルキル基、グリシジル基及びエポキシ化されたアルキル基のうち、少なくともグリシジル基及びエポキシ化されたアルキル基のうちの1つを含む。式(b3)中、R3は水素原子又はメチル基、R4はPh(フェニル基)、−COOCHPh又は−COO(CHPhである。
(B)成分の主鎖は、式(b1)、式(b2)及び式(b3)のうちの少なくとも式(b2)及び式(b3)で表される構造を有している。
(B)成分の主鎖が式(b1)、式(b2)及び式(b3)で表される構造を有する場合、式(b1)、式(b2)及び式(b3)で表される構造の配列順序は特に限定されない。この場合、(B)成分の主鎖において、式(b1)で表される構造同士が連続していても連続していなくてもよく、また式(b2)で表される構造同士が連続していても連続していなくてもよく、また式(b3)で表される構造同士が連続していても連続していなくてもよい。
(B)成分の主鎖が式(b2)及び式(b3)で表される構造を有する場合も、式(b2)及び式(b3)で表される構造の配列順序は特に限定されない。この場合、(B)成分の主鎖において、式(b2)で表される構造同士が連続していても連続していなくてもよく、また式(b3)で表される構造同士が連続していても連続していなくてもよい。
ここで、式(b2)中のR2が、水素原子、アルキル基、グリシジル基及びエポキシ化されたアルキル基のうち、少なくともグリシジル基及びエポキシ化されたアルキル基のうちの1つを含むことの意味について補足説明する。前提として、1つの式(b2)で表される構造におけるR2は1つである。(B)成分が、式(b2)で表される構造を1つのみ有する場合と、2つ以上有する場合とに分けて説明する。
前者の場合、すなわち(B)成分が1つの式(b2)で表される構造を有する場合、R2は、グリシジル基又はエポキシ化されたアルキル基である。
後者の場合、すなわち(B)成分が2つ以上の式(b2)で表される構造を有する場合、少なくとも1つの式(b2)で表される構造におけるR2は、グリシジル基又はエポキシ化されたアルキル基であり、残りの式(b2)で表される構造におけるR2は、水素原子又はアルキル基である。少なくとも1つの式(b2)で表される構造におけるR2が、グリシジル基又はエポキシ化されたアルキル基であるから、全部の式(b2)で表される構造におけるR2が、グリシジル基又はエポキシ化されたアルキル基でもよい。
式(b3)で表される構造は、Ph(フェニル基)、−COOCHPh、−COO(CHPhを有している。Ph、−COOCHPh、−COO(CHPhは熱的に安定であるため、プリプレグ1の硬化物の強度が高められる。したがって、プリプレグ1を材料として製造された基板の吸湿耐熱性を向上させることができる。
(B)成分は、隣り合う炭素原子間に不飽和結合(二重結合又は三重結合)を有しないことが好ましい。すなわち、(B)成分の隣り合う炭素原子同士は飽和結合(単結合)により結合されていることが好ましい。これにより、経時的な酸化を低減することができるので、弾性を失って脆くなることを抑制することができる。
(B)成分は、重量平均分子量(Mw)が20万以上85万以下の範囲内である。重量平均分子量の有効数字は2桁である。3桁目(千の位)を四捨五入して20万又は85万となる数値も、上記の20万以上85万以下の範囲内に含まれる。(B)成分の重量平均分子量が20万より小さいと、耐薬品性が悪くなるおそれがある。逆に(B)成分の重量平均分子量が85万より大きいと、成形性が悪くなるおそれがある。(B)成分の重量平均分子量(Mw)は、好ましくは20万以上50万以下の範囲内であり、より好ましくは30万以上50万以下の範囲内である。
(B)成分が樹脂組成物に含有されていると、プリプレグ1の硬化物が吸湿しにくくなることによって、基板の耐湿性を高めることができ、絶縁信頼性を向上させることができる。またプリプレグ1の硬化物が吸湿したとしても、この硬化物を構成する樹脂の破断強度が高められているので、基板の吸湿耐熱性を向上させることができる。特に絶縁層の厚みが0.2mm以上の厚物のプリント配線板の場合であっても、吸湿耐熱性が高められているので、はんだ付けなどの加熱による絶縁層の膨れを抑制することができる。もちろん絶縁層の厚みが0.2mm未満の薄物のプリント配線板の場合も吸湿耐熱性は高められている。
(B)成分は、1分子中に少なくとも1つ以上のエポキシ基を有するプレポリマーである。エポキシ基は、(B)成分が有する官能基の1種である。(B)成分のエポキシ基の当量は、好ましくは1250g/eq以上100000g/eq以下の範囲内であり、より好ましくは2500g/eq以上7000g/eq以下の範囲内である。エポキシ基の当量とは、1当量のエポキシ基を含む(B)成分の質量を意味する。エポキシ基の当量が小さければエポキシ基の濃度が高く、エポキシ基の当量が大きければエポキシ基の濃度が低い。
ここで、(A)成分及び(C)成分と(B)成分とは、樹脂組成物の半硬化状態及び硬化状態において、相溶しないで相分離していることが好ましい。これにより、プリプレグ1の硬化物のガラス転移温度(Tg)の低下が抑制され、基板及びパッケージの耐熱性(例えばはんだ耐熱性)を高めることができる。
(B)成分のエポキシ価は0.01eq/kg以上0.80eq/kg以下の範囲内であることが好ましい。エポキシ価は、(B)成分1kg中に存在するエポキシ基の当量数である。(B)成分のエポキシ価が上記の範囲内であると、(A)成分及び(C)成分と(B)成分とが相溶しにくくなり、これによりプリプレグ1の硬化物のガラス転移温度(Tg)の低下が抑制され、基板及びパッケージの耐熱性を高めることができる。(B)成分のエポキシ価は、より好ましくは0.06eq/kg以上0.40eq/kg以下の範囲内であり、さらに好ましくは0.14eq/kg以上0.28eq/kg以下の範囲内である。
(C)成分であるフェノール樹脂について説明する。(C)成分は、高剛性成分である。(C)成分は、(A)成分及び(B)成分の硬化剤として機能し得る。すなわち、(C)成分は、(A)成分及び(B)成分の各々と反応し得る。
(C)成分は、ノボラック樹脂及びレゾール樹脂を含む。ノボラック樹脂は、フェノール類及びホルムアルデヒドを原料として酸触媒下において合成された樹脂である。レゾール樹脂は、フェノール類及びホルムアルデヒドを原料としてアルカリ触媒下において合成された樹脂である。フェノール類は、ベンゼンの少なくとも1つ以上の水素原子がヒドロキシ基で置換された有機化合物を含む。フェノール類の具体例として、フェノール及びクレゾールが挙げられる。
(C)成分は、1分子中に少なくとも2つ以上のヒドロキシ基(ヒドロキシル基、水酸基又はフェノール性水酸基ともいう)を有する。ヒドロキシ基は、(C)成分が有する官能基の1種である。(C)成分のヒドロキシ基の当量は、好ましくは100g/eq以上500g/eq以下の範囲内であり、より好ましくは150g/eq以上400g/eq以下の範囲内である。ヒドロキシ基の当量とは、1当量のヒドロキシ基を含む(C)成分の質量を意味する。ヒドロキシ基の当量が小さければヒドロキシ基の濃度が高く、ヒドロキシ基の当量が大きければヒドロキシ基の濃度が低い。
(C)成分の重量平均分子量は、好ましくは200以上8000以下の範囲内であり、より好ましくは300以上3000以下の範囲内である。重量平均分子量の有効数字は2桁である。
好ましくは(C)成分は、ナフタレン骨格含有フェノール樹脂、ナフタレン骨格含有クレゾール樹脂、ビフェニル骨格含有フェノール樹脂、ビフェニル骨格含有クレゾール樹脂及びアリルフェノール樹脂からなる群より選ばれた1種以上の樹脂を含んでいる。
(C)成分が、ナフタレン骨格含有フェノール樹脂、ナフタレン骨格含有クレゾール樹脂、ビフェニル骨格含有フェノール樹脂、ビフェニル骨格含有クレゾール樹脂のうちの少なくともいずれかを含んでいると、プリプレグ1の硬化物の耐熱性(例えばはんだ耐熱性)を高めることができる。プリプレグ1は、金属張積層板2、プリント配線板3及びパッケージの材料となるので、これらの耐熱性も高めることができる。(C)成分が、アリルフェノール樹脂を含んでいると、(A)成分のマレイミド基と(C)成分のヒドロキシ基との反応だけでなく、(A)成分のマレイミド基と上記のアリルフェノール樹脂のアリル基との反応も起こるため、プリプレグ1の硬化物のガラス転移温度(Tg)を更に高めることができる。
好ましくは(C)成分は、リン含有フェノール樹脂を含む。これにより、プリプレグ1の硬化物の難燃性を高めることができる。プリプレグ1は、金属張積層板2、プリント配線板3及びパッケージの材料となるので、これらの難燃性も高めることができる。
樹脂組成物における(A)成分、(B)成分及び(C)成分の配合比について説明する。好ましくは(A)成分及び(B)成分の合計当量と(C)成分の当量との比が1:0.8〜1:1.2の範囲内である。言い換えると、好ましくは(A)成分及び(B)成分の合計当量に対する(C)成分の当量の割合が0.8以上1.2以下の範囲内である。(A)成分及び(B)成分の合計当量は、(A)成分のマレイミド基の当量と(B)成分のエポキシ基の当量との合計である。(C)成分の当量は、(C)成分のヒドロキシ基の当量である。(A)成分及び(B)成分の合計当量1に対して、(C)成分の当量が0.8以上であることによって、(A)成分の自己重合を抑制して、(A)成分と(C)成分との反応を増加させることができるので、電気特性(特に誘電特性)を更に向上させることができる。(A)成分及び(B)成分の合計当量1に対して、(C)成分の当量が1.2以下であることによって、(C)成分などの未反応物を低減して、耐熱性を更に高めることができる。
好ましくは樹脂組成物は、(D)無機充填材を更に含有する。
(D)成分である無機充填材について説明する。無機充填材は、無機物の微粒子の集合体である。無機充填材の具体例として、球状シリカ、硫酸バリウム、酸化ケイ素粉、破砕シリカ、焼成タルク、チタン酸バリウム、酸化チタン、クレー、アルミナ、マイカ、ベーマイト、ホウ酸亜鉛、スズ酸亜鉛、その他の金属酸化物及び金属水和物が挙げられる。
好ましくは、平均粒子径45μm以上の無機充填材が樹脂組成物に実質的に含有されていない。「実質的に含有されていない」という意味は、厳密に全く含有されていない場合と、不純物などとして意図せずにごくわずか含有されている場合と、を含む。上記のような粗粒子が実質的に含有されていると、特に薄物の材料(プリプレグ1、金属張積層板2及びプリント配線板3)では絶縁信頼性が低下するおそれがある。なお、平均粒子径は、レーザー回折・散乱法によって求めた粒度分布における積算値50%での粒径を意味する。
好ましくは(D)成分は、(D1)成分を含む。(D1)成分は、下記式(d1)で表されるシランカップリング剤で無機充填材を表面処理して得られた充填材である。以下では、式(d1)で表されるシランカップリング剤を「第1シランカップリング剤」という場合がある。また、第1シランカップリング剤で表面処理される無機充填材を「第1無機充填材」という場合がある。さらに、第1シランカップリング剤で第1無機充填材を表面処理して得られた充填材を「第1充填材」という場合がある。すなわち、第1無機充填材は微粒子の集合体であり、個々の微粒子の表面に、第1シランカップリング剤がその反応基(メトキシ基又はエトキシ基が加水分解したことにより生成するシラノール)によって結合している。このようにして、(D1)成分である第1充填材が形成されている。
Figure 0006948623
式(d1)中、R5はメトキシ基又はエトキシ基であり、R6は炭素数3以上18以下の脂肪族アルキル基の末端にイソシアネート基、グリシジル基又はアミノ基を有する。
第1シランカップリング剤は、特定の官能基(イソシアネート基、グリシジル基又はアミノ基)を末端に有する特定炭素数の脂肪族アルキル基がケイ素原子に結合した三官能アルコキシシランである。
脂肪族アルキル基の末端にイソシアネート基を有するシランカップリング剤の具体例として、3−イソシアネートプロピルトリエトキシシランが挙げられる。
脂肪族アルキル基の末端にグリシジル基を有するシランカップリング剤の具体例として、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン及び3−グリシドキシオクチルトリメトキシシランが挙げられる。
脂肪族アルキル基の末端にアミノ基を有するシランカップリング剤の具体例として、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン及びN−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシランが挙げられる。
第1シランカップリング剤で第1無機充填材が表面処理されると、第1充填材を構成する個々の微粒子の表面には特定炭素数の脂肪族アルキル基が存在することになる。この脂肪族アルキル基の末端には、イソシアネート基、グリシジル基又はアミノ基が結合しており、これらの反応基は、(A)成分のマレイミド樹脂及び(C)成分のフェノール樹脂との親和性が高い。したがって、これらの反応基によって、(D1)成分の第1充填材と(A)成分のマレイミド樹脂及び(C)成分のフェノール樹脂とが結合することになる。なお、(B)成分は、エポキシ変性されているが(式(b2)参照)、量的には少ないので、(D1)成分との親和性は低い。そのため、(A)成分及び(C)成分と(B)成分とは、樹脂組成物の半硬化状態及び硬化状態において、相溶しないで相分離した構造をとりやすい。
第1シランカップリング剤における反応基R6の脂肪族アルキル基の炭素数は3以上18以下である。脂肪族アルキル基の炭素数が3未満であると、プリプレグ1の硬化物の弾性が大きくなり過ぎる。
好ましくは(D)成分は、(D2)成分を含む。(D2)成分は、下記式(d2)で表されるシランカップリング剤で無機充填材を表面処理して得られた充填材である。以下では、式(d2)で表されるシランカップリング剤を「第2シランカップリング剤」という場合がある。また、第2シランカップリング剤で表面処理される無機充填材を「第2無機充填材」という場合がある。さらに、第2シランカップリング剤で第2無機充填材を表面処理して得られた充填材を「第2充填材」という場合がある。すなわち、第2無機充填材は微粒子の集合体であり、個々の微粒子の表面に、第2シランカップリング剤がその反応基(メトキシ基又はエトキシ基)によって結合している。このようにして、(D2)成分である第2充填材が形成されている。
Figure 0006948623
式(d2)中、R7はメトキシ基又はエトキシ基であり、R8は炭素数3以上18以下の脂肪族アルキル基の末端にメタクリロイル基又はビニル基を有する。
第2シランカップリング剤は、特定の官能基(メタクリロイル基又はビニル基)を末端に有する特定炭素数の脂肪族アルキル基がケイ素原子に結合した三官能アルコキシシランである。なお、メタクリロイル基の慣用名はメタクリル基である。
脂肪族アルキル基の末端にメタクリロイル基を有するシランカップリング剤の具体例として、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン及び3−メタクリロキシオクチルトリメトキシシランが挙げられる。
脂肪族アルキル基の末端にビニル基を有するシランカップリング剤の具体例として、ビニルトリメトキシシラン及びビニルトリエトキシシランが挙げられる。
第2シランカップリング剤で第2無機充填材が表面処理されると、第2充填材を構成する個々の微粒子の表面には特定炭素数の脂肪族アルキル基が存在することになる。この脂肪族アルキル基の末端には、メタクリロイル基又はビニル基が結合しており、これらの反応基は、(B)成分との親和性が高い。したがって、これらの反応基によって、(D2)成分と(B)成分とが結合することになる。
第2シランカップリング剤における反応基R8の脂肪族アルキル基の炭素数は3以上18以下である。脂肪族アルキル基の炭素数が3未満であると、プリプレグ1の硬化物の弾性が大きくなり過ぎる。
より好ましくは、(D)成分は、(D1)成分及び(D2)成分の両方を含む。その理由は、以下のとおりである。
一般に、樹脂及び無機充填材を含有する樹脂組成物の硬化物において、無機充填材に比べて樹脂の方が吸湿しやすい。そのため、樹脂組成物の硬化物において、無機充填材の分散が不均一であると、無機充填材の疎らな部分には樹脂が多く存在するため、吸湿される水分も多くなり、逆に無機充填材の密な部分には樹脂があまり存在しないため、吸湿される水分も少なくなる。つまり、無機充填材の分散が不均一であると、吸湿される水分の分散も不均一となる。このような樹脂組成物の硬化物について吸湿耐熱性試験を行うと、水分が偏在し、この部分の水分が蒸発して、膨れが発生することになる。
これに対して、(D)成分が(D1)成分及び(D2)成分の両方を含むと、吸湿耐熱性を向上させることができる。すなわち、(D1)成分は、(A)成分及び(C)成分と親和性が高く、(D2)成分は、(B)成分と親和性が高い。そのため、(D)成分の全体が、(A)成分及び(C)成分の近くに片寄ったり、あるいは(B)成分の近くに片寄ったりしにくくなる。つまり、(D)成分の全体が樹脂組成物の硬化物において均一に分散するようになる。これにより、水分も均一に分散して吸湿されることとなる。その結果、水分の偏在が低減し、膨れの発生が抑制されて、吸湿耐熱性を向上させることができる。
また(D1)成分の第1充填材及び(D2)成分の第2充填材が樹脂組成物に含有されていると、基板の寸法安定性を高めることができる。
以下、(D1)成分の第1充填材及び(D2)成分の第2充填材に共通する事項について説明する。なお、単に「充填材」といえば、第1充填材及び第2充填材の両方を意味する。また単に「無機充填材」といえば、第1無機充填材及び第2無機充填材の両方を意味する。また単に「シランカップリング剤」といえば、第1シランカップリング剤及び第2シランカップリング剤の両方を意味する。
脂肪族アルキル基は、硬化後のプリプレグ1が熱膨張又は熱収縮する際に発生する応力を緩和させる機能を有する。シランカップリング剤で無機充填材が表面処理されると、脂肪族アルキル基に起因する応力緩和層が無機充填材の表面に形成される。応力緩和層を有する充填材が、(A)成分、(C)成分及び(B)成分中に存在することで、(A)成分、(C)成分及び(B)成分に対して、熱膨張又は熱収縮による応力緩和作用が発揮される。その結果、充填材を含有する硬化後のプリプレグ1は熱変形が起こりにくくなる。このことから、基板の吸湿耐熱性を更に向上させることができる。充填材の表面に脂肪族アルキル基が存在することによって応力緩和作用が生じる理由としては、いくつか考えられる。その理由の一つは、アルキル基の単結合が自由回転できることにより、(A)成分、(C)成分及び(B)成分の熱膨張又は熱収縮と共に充填材のアルキル基も熱膨張又は熱収縮することができるためである。
さらに脂肪族アルキル基は、プリプレグ1を材料として形成された金属張積層板2の穴あけ後のデスミア処理(デスミアエッチング)の中で、エッチング量を少なくする機能を有する。
ここで、デスミア処理は、次の2つの処理のうちの少なくともいずれかの処理を含む。1つ目の処理は、レーザ加工又はドリル加工での穴あけの際に発生した樹脂スミアをケミカルホールクリーニングなどで除去する処理である。2つ目の処理は、セミアディティブ法(SAP:Semi Additive Process)において、シード層(無電解めっき層)を形成する前の絶縁層の表面を粗面化する処理(粗化処理)である。粗化処理で絶縁層の表面に凹凸が形成され、アンカー(投錨)効果によってシード層と絶縁層との密着性が向上する。なお、セミアディティブ法については後述する。
具体的なデスミア処理として過マンガン酸処理が挙げられる。過マンガン酸処理では、アルカリ性過マンガン酸カリウムを主成分としたデスミア液が用いられる。
上述のエッチング量とは、デスミア処理によって削られる樹脂の量を意味する。エッチング量が多い場合には、次のような問題がある。第一に、穴あけで形成した穴の内径が拡大するおそれがある。第二に、絶縁層の表面の表面粗さが大きくなり、幅の細い導体パターン(微細パターン)を狭ピッチで形成することが難しくなるおそれがある。そのため、エッチング量は可能な限り少ない方が好ましい。
上述のように充填材の表面に脂肪族アルキル基が存在すると、樹脂組成物の硬化物の内部へのデスミア液の浸透を抑制することができるので、エッチング量を少なくすることができる。このようにして、デスミア処理を行っても、穴の内径の拡大を抑制することができる。
脂肪族アルキル基は、末端にイソシアネート基、グリシジル基、アミノ基、メタクリロイル基又はビニル基を有しており、これらの官能基が(A)成分、(C)成分又は(B)成分と強固に結合するため、デスミア処理時のエッチング量を少なくすることができる。脂肪族アルキル基の末端にイソシアネート基、グリシジル基、アミノ基、メタクリロイル基及びビニル基のいずれの官能基も有しない場合に比べて、デスミア処理時のエッチング量を少なくすることができる。
無機充填材をシランカップリング剤で表面処理する方法としては、例えば、直接処理法、インテグラルブレンド法及びドライコンセントレート法を挙げることができる。無機充填材をシランカップリング剤で表面処理するにあたって、無機充填材に対するシランカップリング剤の添加量は、特に限定されない。無機充填材の表層全体にシランカップリング剤の単分子層を形成するのに必要なシランカップリング剤の量は、以下の式(1)で計算することができる。この計算値の0.1倍以上15倍以下の量が好ましいシランカップリング剤の添加量である。この場合、充填材による応力緩和の作用がより効率的に発揮される。
=W×S/S・・・(1)
:単分子層の形成に必要なシランカップリング剤の量(g)
:無機充填材の添加量(g)
:無機充填材の比表面積(m/g)
:シランカップリング剤の最小被覆面積(m/g)
好ましくは、(D1)成分又は(D2)成分は、平均粒子径が100nm以下のナノフィラーである。より好ましくは、(D1)成分又は(D2)成分は、平均粒子径が10nm以上100nm以下の範囲内のナノフィラーである。一般に絶縁層の穴あけ後には穴の内部(底など)に樹脂スミアが付着するが、この樹脂スミアは、穴の内径が微小であるほど除去されにくい。(D1)成分又は(D2)成分のいずれかの平均粒子径が100nm以下であれば、上記のように局所的に存在する樹脂スミアを容易に除去することができる。樹脂スミアの除去効果についてより詳しく説明する。樹脂スミアの主成分は、高分子量体の(B)成分であると考えられる。そして、第一の場合として、(D1)成分又は(D2)成分のいずれかが上記のナノフィラーである場合には、このナノフィラーが樹脂スミアの中に均一に分散することとなる。このような樹脂スミアは、デスミア処理によって容易に除去することができる。第二の場合として、(D1)成分及び(D2)成分がいずれも上記のナノフィラーでない場合には、樹脂スミアが、ほぼ樹脂成分のみで構成されてしまう。このような樹脂スミアは、第一の場合よりもデスミア処理の条件を激しくすれば除去し得るが、第一の場合と同じ条件のデスミア処理では除去しにくくなる。すなわち、デスミア処理の条件が同じであれば、(D1)成分及び(D2)成分の両方の平均粒子径が100nmを超える場合に比べて、(D1)成分又は(D2)成分のいずれかの平均粒子径が100nm以下である場合の方が、樹脂スミアを容易に除去することができる。この理由は、上述のように平均粒子径が100nm以下のナノフィラーが樹脂スミア内で均一に分散しているからであると考えられる。(D1)成分又は(D2)成分のいずれかの平均粒子径が10nm以上であれば、ワニス状態の樹脂組成物の増粘を抑制することができる。なお、以下において、単に「ナノフィラー」といえば、平均粒子径が100nm以下の第1充填材又は第2充填材を意味する。
(D)成分の含有量は、樹脂組成物の全量に対して80質量%以下であることが好ましく、50質量%以下であることがより好ましい。この場合の(D)成分の含有量は、無機充填材がシランカップリング剤で表面処理されているときは、シランカップリング剤も含む表面処理後の(D)成分の含有量である。(D1)成分と(D2)成分との比率(質量比)は、好ましくは98:2〜60:40であり、より好ましくは95:5〜80:20である。言い換えると、(D1)成分及び(D2)成分の合計100質量部に対して、(D2)成分の含有量は、好ましくは2質量部以上40質量部以下の範囲内であり、より好ましくは5質量部以上20質量部以下の範囲内である。
(D1)成分又は(D2)成分がナノフィラーである場合、(A)成分、(B)成分及び(C)成分の合計100質量部に対して、ナノフィラーは、好ましくは1質量部以上30質量部以下の範囲内であり、より好ましくは3質量部以上10質量部以下の範囲内である。ナノフィラーが1質量部以上であれば、絶縁層の穴あけ後の穴の内部に付着している樹脂スミアの除去効果を向上させることができる。より詳しく言えば、デスミア処理の条件が同じであれば、ナノフィラーが1質量部未満である場合に比べて、ナノフィラーが1質量部以上である場合の方が、樹脂スミアを容易に除去することができる。ナノフィラーが30質量部以下であれば、ワニス状態の樹脂組成物の増粘を抑制することができる。
樹脂組成物は添加剤を更に含有してもよい。添加剤の具体例として、リン系難燃剤が挙げられる。樹脂組成物がリン系難燃剤を含有することで、プリプレグ1の硬化物、基板、パッケージの難燃性を向上させることができる。なお、リン系難燃剤は吸湿しやすいが、(D1)成分及び(D2)成分を併用すると、吸湿耐熱性を向上させることができるので、リン系難燃剤の使用が可能となる。リン系難燃剤は、(D)成分の分散性にはほとんど影響を及ぼさない。樹脂組成物で小さな部品(例えばパッケージなど)を製造する場合には難燃性を付与する必要性は低いが、樹脂組成物で大きな部品(例えばマザーボードなど)を製造する場合には難燃性を付与する必要性が高い。したがって、後者の場合には樹脂組成物にリン系難燃剤を添加しておくことが好ましい。
樹脂組成物は硬化促進剤(触媒)を更に含有してもよい。硬化促進剤としては、例えば、イミダゾール類及びその誘導体、有機リン系化合物(例えばトリフェニルホスフィン)、オクタン酸亜鉛等の金属石鹸類、第二級アミン類、第三級アミン類、第四級アンモニウム塩を挙げることができる。
織布基材5について説明する。織布基材5は、図2に示すように縦糸51及び横糸52がほぼ直交するように織られたものであれば特に限定されない。織布基材5の織り方の具体例として、平織、綾織及び朱子織が挙げられる。織布基材5の具体例として、ガラスクロスのように無機繊維からなるもの、及び、アラミドクロスのように有機繊維からなるものが挙げられる。織布基材5の厚みは10μm以上200μm以下の範囲内であることが好ましい。
次に本実施形態のプリプレグ1の物性について説明する。
プリプレグ1の硬化物を試料として動的粘弾性測定(DMA:dynamic mechanical analysis)を行うと、損失正接(tanδ)のチャートが得られる。このチャート(tanδ曲線)において、好ましくは100℃以下の温度域と200℃以上の温度域とにそれぞれピークが1つずつ存在し、より好ましくは60℃以下の温度域と200℃以上の温度域とにそれぞれピークが1つずつ存在する。200℃以上の温度域のピークは、主分散ピークである。主分散ピークは、硬化物の分子構造の主鎖の運動に関連し、ガラス転移温度(Tg)に起因している。一方、100℃以下又は60℃以下の温度域のピークは、副分散ピークである。副分散ピークは、硬化物の分子構造の側鎖の運動に関連し、特に(B)成分の高分子量体に起因している。副分散ピークが、100℃以下から60℃以下へと、より低温側にシフトすることで、硬化物により高い伸び特性と、更なる低弾性とを付与することができる。
上記の動的粘弾性測定は、周波数を一定(例えば10Hz)にして行われる。損失正接(tanδ)は損失弾性率(E”)と貯蔵弾性率(E’)との比である。つまり、損失正接(tanδ)=損失弾性率(E”)/貯蔵弾性率(E’)である。損失正接(tanδ)のチャートは、縦軸に損失正接(tanδ)をとり、横軸に温度をとったチャートであり、損失正接(tanδ)の温度依存性を示している。
プリプレグ1は、硬化状態において、損失弾性率(E”)と貯蔵弾性率(E’)との比が、好ましくは100℃以下の温度域と200℃以上の温度域とにおいて0.05以上であり、より好ましくは60℃以下の温度域と200℃以上の温度域とにおいて0.05以上である。特に好ましくは100℃以下の温度域と200℃以上の温度域とにおける損失正接(tanδ)のピークの値がいずれも0.05以上であり、より好ましくは60℃以下の温度域と200℃以上の温度域とにおける損失正接(tanδ)のピーク値がいずれも0.05以上である。
損失正接(tanδ)のチャートにおいて、100℃以下の温度域と200℃以上の温度域とにそれぞれ0.05以上の値のピークが1つずつ存在していると、(A)成分及び(C)成分の高剛性成分と(B)成分の低弾性成分との両方の特徴を併せ持つことが可能となる。上述のように、副分散ピークが、100℃以下から60℃以下へと、より低温側にシフトすることで、硬化物により高い伸び特性と、更なる低弾性とを付与することができる。
またプリプレグ1は、硬化状態において、織布基材5の縦糸51又は横糸52に対して斜め45°方向(例えば図2の両矢印の方向)における引張り伸び率が5%以上であることが好ましい。引張り伸び率の測定には通常、1枚のプリプレグ1を硬化状態(Cステージ状態)としたものを試料として用いるが、縦糸51及び横糸52の方向がそれぞれ一致するように複数枚のプリプレグ1を積層して硬化状態としたものを試料として用いてもよい。
引張り伸び率の測定は、次のような引張り試験により行うことができる。まず、引張り試験前に縦糸51又は横糸52に対して斜め45°方向における試料の長さ(L)を測定する。このとき試料の幅は5mmに調整しておく。次に引張り試験機を用いて、速度5mm/分で縦糸51又は横糸52に対して斜め45°方向に試料を引張り、この試料が破断する直前の長さ(L)を測定する。そして、以下の式(2)によって引張り伸び率を算出することができる。
引張り伸び率(%)={(L−L)/L}×100・・・(2)
上記のようにして得られる引張り伸び率が5%以上であることによって、パッケージの反りを更に低減することができる。
[プリプレグの製造方法]
まず樹脂組成物のワニスを調製する。溶剤に(A)成分、(B)成分及び(C)成分を加えて溶解させた後、必要に応じて添加剤及び硬化促進剤を加えて配合することによってベースワニスを調製する。ここで、溶剤としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン及びシクロヘキサノン等のケトン系溶剤、トルエン及びキシレン等の芳香族系溶剤、並びに、ジメチルホルムアミド等の窒素含有溶剤を挙げることができる。
(D)成分を使用しない場合は、上記のようにして得られたベースワニスを樹脂組成物のワニスとして使用する。
(D)成分を使用する場合は、上記のベースワニスに(D)成分を加えて分散させることによって樹脂組成物のワニスを調製することができる。(D)成分を分散させる際には、ホモジナイザー、ディスパー及びビーズミルなどの分散機を使用してもよい。
次に、ワニス状態(Aステージ状態)の樹脂組成物を織布基材5に含浸させると共に、これを半硬化状態(Bステージ状態)となるまで加熱乾燥することによって、図1に示すようなプリプレグ1を製造することができる。
[金属張積層板]
本実施形態の金属張積層板2は、プリプレグ1の硬化物と、この硬化物に設けられた金属層6と、を備えている。具体的には、図3に示すようにプリプレグ1(より具体的には樹脂組成物の半硬化物4)が硬化して形成された絶縁層41の表面に金属層6が設けられて、金属張積層板2が形成されている。
金属層6の具体例として、金属箔が挙げられる。金属層6は、いわゆるキャリア付き極薄金属箔の極薄金属箔(例えば極薄銅箔)で構成されてもよい。キャリア付き極薄金属箔は3層構造である。すなわち、キャリア付き極薄金属箔は、キャリアと、キャリアの表面に設けられた剥離層と、剥離層の表面に設けられた極薄金属箔と、を備えている。極薄金属箔は、単独では取り扱うのが難しいほど極薄であり、もちろんキャリアよりも薄い。キャリアは、極薄金属箔を保護し支持する役割を有する金属箔(例えば銅箔)である。キャリア付き極薄金属箔は、ある程度の厚みを有しているので取り扱いやすい。極薄金属箔及びキャリアの厚さは特に限定されないが、例えば、極薄金属箔の厚さは1μm以上5μm以下の範囲内であり、キャリアの厚さは18μm以上35μm以下の範囲内である。極薄金属箔は、必要に応じてキャリアから剥離可能である。
金属層6は、物理的気相成長法(PVD)、化学的気相成長法(CVD)又は液相成長法(例えばめっき法)のいずれの方法で設けられてもよいが、以下では金属箔を用いて金属層6を設ける場合について説明する。
金属張積層板2を製造する場合、1枚のプリプレグ1の片面又は両面に金属箔を積層して成形してもよいし、複数枚のプリプレグ1を重ね、この片面又は両面に金属箔を積層して成形してもよい。半硬化状態のプリプレグ1は、加熱されることで、上述のように硬化状態の絶縁層41となる。絶縁層41の厚みT1が0.2mm未満の場合はもちろん、0.2mm以上の場合でも、金属張積層板2の吸湿耐熱性を向上させることができる。金属張積層板2の絶縁層41の厚みT1の上限は0.4mm程度である。金属箔としては、例えば、銅箔を挙げることができる。積層成形は、例えば多段真空プレス又はダブルベルトプレスを用いて加熱加圧して行うことができる。
金属張積層板2を製造する場合、キャリア付き極薄金属箔を使用してもよい。すなわち、1枚のプリプレグ1の片面又は両面にキャリア付き極薄金属箔を積層して成形してもよいし、複数枚のプリプレグ1を重ね、この片面又は両面にキャリア付き極薄金属箔を積層して成形してもよい。この場合、プリプレグ1の表面には、キャリア付き極薄金属箔の極薄金属箔を重ねる。積層成形後に、極薄金属箔からキャリアを剥離する。極薄金属箔は、プリプレグ1の硬化物である絶縁層41の表面に金属層6として接着されている。剥離層は、キャリアと共に剥離されて、極薄金属箔の表面に残らないことが好ましいが、残っていたとしても容易に除去可能である。絶縁層41の表面に接着している極薄金属箔は、モディファイドセミアディティブ法(MSAP:Modified Semi Additive Process)におけるシード層として利用可能であり(例えば図7A参照)、このシード層に電解めっき処理を行って導体パターンを形成することができる。なお、モディファイドセミアディティブ法については後述する。
金属張積層板2の絶縁層41は、(A)成分を含有する樹脂組成物の硬化物で形成されているので、低誘電率及び低誘電正接を実現することができる。
[プリント配線板]
本実施形態のプリント配線板3は、プリプレグ1の硬化物と、この硬化物に設けられた導体パターン7と、を備えている。導体パターン7は、金属張積層板2の金属層6の一部を除去して設けることができる。導体パターン7の形成は、例えばサブトラクティブ法により行うことができる。あるいは、金属層6が設けられていない絶縁層41の表面に、アディティブ法などにより、導体パターン7を設けてもよい。プリント配線板3の一例を図4に示す。このプリント配線板3は、サブトラクティブ法により導体パターン7が形成され、ビルドアップ法により多層化された多層プリント配線板である。絶縁層41の内部の導体パターン7は内層パターン71であり、絶縁層41の外部表面の導体パターン7は外層パターン72である。この場合の絶縁層41の厚みT2が0.2mm未満の場合はもちろん、0.2mm以上の場合でも、プリント配線板3の吸湿耐熱性を向上させることができる。プリント配線板3の絶縁層41の厚みT2の上限は0.4mm程度である。なお、図4において織布基材5は図示省略している。
導体パターン7を形成するにあたって、絶縁層41に層間接続のための穴あけを行う。層間接続は、異なる層の導体パターン7同士の電気的な導通を行うことである。穴は、プリント配線板3を貫通する貫通穴(スルーホール)でもよいし、貫通しない非貫通穴(ブラインドホール)でもよい。図4に示すように、貫通穴の内面にめっきを行うなどしてバイアホール8を形成することができ、非貫通穴の内面にめっきを行うなどしてブラインドバイアホール9を形成することができる。図示省略しているが、ベリードバイアホールを形成してもよい。穴の内径は例えば0.01mm以上0.20mm以下の範囲内である。穴の深さは例えば0.02mm以上0.80mm以下の範囲内である。穴あけはドリル加工又はレーザ加工により行うことができる。
プリント配線板3の絶縁層41は、(A)成分を含有する樹脂組成物の硬化物で形成されているので、低誘電率及び低誘電正接を実現することができる。これにより、導体パターン7によって信号を伝達する場合、信号の伝播速度を高速にすることができ、使用電波の周波数が高周波帯へ移行しても信号の伝送損失を抑制することができる。また(A)成分は耐熱性に優れているので、プリント配線板3の耐熱性も高めることができる。さらに(A)成分はエポキシ樹脂に比べて難燃性に優れているので、プリント配線板3の難燃性も高めることができる。
ここで、(D1)成分及び(D2)成分の充填材が絶縁層41に含有されていると、シランカップリング剤の脂肪族アルキル基の末端の官能基がイソシアネート基、グリシジル基、アミノ基、メタクリロイル基又はビニル基であるので、デスミア処理時のエッチング量を少なくすることができる。樹脂スミアが発生しても、穴内をケミカルホールクリーニングなどのデスミア処理で洗浄すれば、穴内の樹脂スミアを更に除去することができる。これにより、樹脂スミアに起因する導通不良を解消し、導通信頼性を向上させることができる。
さらに、(D1)成分及び(D2)成分の充填材が絶縁層41に含有されていると、シランカップリング剤の脂肪族アルキル基が応力緩和層として機能するので、プリント配線板3をその熱膨張率を小さくした上で低弾性にすることができ、高い伸び特性を付与することもできる。このことから、プリント配線板3の吸湿耐熱性を更に向上させることができる。
ここで、ブラインドバイアホール9の形成に利用し得る2種類の方法について説明する。2種類の方法は、セミアディティブ法及びモディファイドセミアディティブ法である。
まず図5A〜図5Gを示しながらSAPについて説明する。
図5Aは、内層パターン711を内部に有し、主面420を外部に有する絶縁層42を示す。
まず、図5Bに示すように、絶縁層42に穴あけを行って非貫通穴90を形成する。穴あけはレーザ加工により行うことができる。レーザLの具体例として、COレーザ及びUV−YAGレーザが挙げられる。非貫通穴90は絶縁層42の主面420の側において開口している。非貫通穴90の底面91は、内層パターン711の表面である。穴あけの際に樹脂スミア49が発生し、この樹脂スミア49は、非貫通穴90の底面91である内層パターン711の表面に付着する。
次に、上記の樹脂スミア49を除去するために、図5Cに示すようにデスミア処理を行う。この際、絶縁層42の主面420、非貫通穴90の内側面92及び底面91が粗化処理されるとともに、非貫通穴90の底面91及び内側面92から樹脂スミア49が除去される。
次に、図5Dに示すように、絶縁層42の主面420、非貫通穴90の底面91及び内側面92にかけて無電解めっき処理を行って、シード層60となる無電解めっき層61を形成する。
次に、図5Eに示すように、絶縁層42の主面420にめっきレジスト43を形成する。めっきレジスト43は、絶縁層42の主面420において外層パターン721を形成しない部分に形成する。
次に、図5Fに示すように、電解めっき処理を行って、めっきレジスト43でマスクされていない部分にめっき62を充填する。
その後、図5Gに示すように、めっきレジスト43を除去するとともに、めっきレジスト43と絶縁層42の主面420との間に介在していたシード層60をエッチングにより除去する。このようにして、内層パターン711と外層パターン721とを電気的に接続するブラインドバイアホール9が形成される。特にブラインドバイアホール9は、めっき62が充填されているので、フィルドバイアとも呼ばれる。
ここで、絶縁層42には、好ましくは(D1)成分及び(D2)成分の充填材の両方が含有されているが、これらの両方が含有されていなくてもよい。
後者の場合、すなわち、絶縁層42に(D1)成分及び(D2)成分の充填材の両方が含有されていない場合、図6Bに示すように、SAPの実施後に、内層パターン711と無電解めっき層61との間に樹脂スミア49が残ったフィルドバイアが形成されるおそれがある。この樹脂スミア49は、デスミア処理でも除去しきれずに残ったものである。
これに対して、前者の場合、すなわち、絶縁層42に(D1)成分及び(D2)成分の充填材の両方が含有されている場合、図6Aに示すように、SAPの実施後に、内層パターン711と無電解めっき層61との間に樹脂スミア49が残っていないフィルドバイアが形成され得る。つまり、樹脂スミア49は、デスミア処理により容易に除去することができる。これにより、樹脂スミア49に起因する導通不良を解消し、導通信頼性を向上させることができる。なお、樹脂スミア49が残っていないとは、全く残っていない場合のみならず、導通信頼性にほとんど影響を及ぼさない程度にごく微量残っている場合も含まれる。
次に図7A〜図7Gを示しながらMSAPについて説明する。
図7Aは、内層パターン711を内部に有し、主面420を外部に有する絶縁層42を示す。主面420には、第1シード層601となる非常に薄い金属箔63が設けられている。
まず、図7Bに示すように、第1シード層601も含めて絶縁層42に穴あけを行って非貫通穴90を形成する。穴あけはレーザ加工により行うことができる。レーザLの具体例として、COレーザ及びUV−YAGレーザが挙げられる。非貫通穴90は絶縁層42の主面420の側において開口している。非貫通穴90の底面91は、内層パターン711の表面である。穴あけの際に樹脂スミア49が発生し、この樹脂スミア49は、非貫通穴90の底面91である内層パターン711の表面に付着する。
次に、上記の樹脂スミア49を除去するために、図7Cに示すようにデスミア処理を行う。この際、絶縁層42の主面420に設けられた第1シード層601、非貫通穴90の内側面92及び底面91が粗化処理されるとともに、非貫通穴90の底面91及び内側面92から樹脂スミア49が除去される。
次に、図7Dに示すように、絶縁層42の主面420に設けられた第1シード層601、非貫通穴90の底面91及び内側面92にかけて無電解めっき処理を行って、第2シード層602となる無電解めっき層61を形成する。
次に、図7Eに示すように、絶縁層42の主面420にめっきレジスト43を形成する。めっきレジスト43は、絶縁層42の主面420において外層パターン721を形成しない部分に形成する。
次に、図7Fに示すように、電解めっき処理を行って、めっきレジスト43でマスクされていない部分にめっき62を充填する。
その後、図7Gに示すように、めっきレジスト43を除去するとともに、めっきレジスト43と絶縁層42の主面420との間に介在していた第1シード層601及び第2シード層602をエッチングにより除去する。このようにして、内層パターン711と外層パターン721とを電気的に接続するブラインドバイアホール9が形成される。
ここで、絶縁層42には、好ましくは(D1)成分及び(D2)成分の充填材の両方が含有されているが、これらの両方が含有されていなくてもよい。
後者の場合、すなわち、絶縁層42に(D1)成分及び(D2)成分の充填材の両方が含有されていない場合、図8Bに示すように、MSAPの実施後に、内層パターン711と無電解めっき層61との間に樹脂スミア49が残ったフィルドバイアが形成されるおそれがある。この樹脂スミア49は、デスミア処理でも除去しきれずに残ったものである。
これに対して、前者の場合、すなわち、絶縁層42に(D1)成分及び(D2)成分の充填材の両方が含有されていると、図8Aに示すように、MSAPの実施後に、内層パターン711と無電解めっき層61との間に樹脂スミア49が残っていないフィルドバイアが形成され得る。つまり、樹脂スミア49は、デスミア処理により容易に除去することができる。これにより、樹脂スミア49に起因する導通不良を解消し、導通信頼性を向上させることができる。なお、樹脂スミア49が残っていないとは、全く残っていない場合のみならず、導通信頼性にほとんど影響を及ぼさない程度にごく微量残っている場合も含まれる。
[パッケージ]
プリント配線板3に半導体素子を実装して封止することによって、FBGA(Fine pitch Ball Grid Array)等のパッケージを製造することができる。パッケージをサブパッケージとして用い、複数のサブパッケージを積層することによって、PoP(Package on Package)等のパッケージを製造することもできる。このように、様々な形態のパッケージを製造することができるが、いずれのパッケージについても、(A)成分、(C)成分及び(B)成分によって、反りが低減されていると共に吸湿耐熱性も高められている。すなわち、(A)成分及び(C)成分によって剛性を高め、(B)成分によって弾性を低下させて応力を緩和させることができるので、パッケージの形態に依存することなく、汎用的にパッケージの反りを低減することができる。さらに(A)成分、(C)成分及び(B)成分によってパッケージの吸湿耐熱性も高めることができる。
パッケージを構成するプリント配線板3の絶縁層41は、(A)成分を含有する樹脂組成物の硬化物で形成されているので、低誘電率及び低誘電正接を実現することができる。これにより、プリント配線板3の導体パターン7によって信号を伝達する場合、信号の伝播速度を高速にすることができ、使用電波の周波数が高周波帯へ移行しても信号の伝送損失を抑制することができる。また(A)成分は耐熱性に優れているので、プリント配線板3の耐熱性も高めることができる。さらに(A)成分はエポキシ樹脂に比べて難燃性に優れているので、プリント配線板3の難燃性も高めることができる。
以下、本開示を実施例によって具体的に説明するが、本開示は実施例に限定されない。
<ワニス配合>
(A)成分
・フェニルメタンマレイミド(大和化成工業株式会社製「BMI−2300」)
これは、ジアミノジフェニルメタン骨格を含む。マレイミド基の当量は181g/eqである。
・ビフェニル骨格含有マレイミド樹脂(日本化薬株式会社製「MIR−3000」)マレイミド基の当量は339g/eqである。
(B)成分
・アクリル樹脂(ナガセケムテックス株式会社製「PMS−12−107」)
これは、式(b1)、式(b2)及び式(b3)で表される構造を有し、隣り合う炭素原子間に不飽和結合を有さず、重量平均分子量が5万、エポキシ価が0.21eq/kg、エポキシ基の当量が4762g/eqである。
・アクリル樹脂(ナガセケムテックス株式会社製「PMS−12−105」)
これは、式(b1)、式(b2)及び式(b3)で表される構造を有し、隣り合う炭素原子間に不飽和結合を有さず、重量平均分子量が20万、エポキシ価が0.21eq/kg、エポキシ基の当量が4762g/eqである。
・アクリル樹脂(ナガセケムテックス株式会社製「PASR−001」)
これは、式(b1)、式(b2)及び式(b3)で表される構造を有し、隣り合う炭素原子間に不飽和結合を有さず、重量平均分子量が50万、エポキシ価が0.21eq/kg、エポキシ基の当量が4762g/eqである。
・アクリル樹脂(ナガセケムテックス株式会社製「SG−70L」)
これは、エポキシ基を含まず、重量平均分子量が90万である。
(C)成分
・ナフタレン骨格含有フェノール樹脂(DIC株式会社製「HPC−9500P」)
これは、ヒドロキシ基の当量が153g/eqである。
・アリルフェノール樹脂(明和化成株式会社製「MEH−8000H」)
これは、ヒドロキシ基の当量が140g/eqである。
・リン含有フェノール樹脂(DIC株式会社製「HPC−9080」)
これは、ヒドロキシ基の当量が249g/eqである。
・フェノールノボラック樹脂(DIC株式会社製「TD−2090」)
これは、ヒドロキシ基の当量が105g/eqである。
(D)成分
(D1)成分
・エポキシシラン処理シリカ
これは、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシランで表面処理された球状シリカ(株式会社アドマテックス製「SC2500SEJ」)であり、平均粒子径は0.5μm(500nm)である。
・イソシアネートシラン処理シリカ
これは、3−イソシアネートプロピルトリエトキシシランで表面処理された球状シリカ(株式会社アドマテックス製「SC2500GNO」)であり、平均粒子径は0.5μm(500nm)である。
(D2成分)
・メタクリルシラン処理シリカ
これは、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランで表面処理された球状シリカ(株式会社アドマテックス製「YA050C−MJE」)であり、平均粒子径は50nmである。
(その他の樹脂)
・ナフタレン骨格含有エポキシ樹脂(DIC株式会社製「HP−9500」)
これは、エポキシ価が4.35eq/kg、エポキシ基の当量が230g/eqである。
(硬化促進剤)
・2−エチル−4−メチルイミダゾール(四国化成工業株式会社製「2E4MZ」)
・トリフェニルホスフィン(和光純薬工業株式会社製「TPP」)
・テトラフェニルホスホニウムテトラ−p−トリルボレート(北興化学工業株式会社製「TPP−MK」)
(添加剤)
・リン系難燃剤(大塚化学株式会社製「SPB−100」)
(溶剤)
・メチルエチルケトン
<プリプレグ>
表1及び表2に示す配合量(質量部)で、溶剤に(A)成分、(B)成分、(C)成分及びその他の樹脂を加えて溶解させた後、さらに硬化促進剤及び添加剤を加えて配合し、次に(D)成分を加えて分散させることによって樹脂組成物のワニスを調製した。
次に、上記の樹脂組成物のワニスを織布基材(日東紡績株式会社製ガラスクロス「2116」)に含浸させると共に、これを半硬化状態となるまで130℃で5分間加熱乾燥することによって、厚みが100μmのプリプレグを製造した。
<金属張積層板>
上記のプリプレグを2枚重ね、この両面に金属箔として銅箔(厚み12μm)を積層して、真空条件下、3MPaで加圧しながら、220℃で60分間加熱して成形することによって、金属張積層板として銅張積層板(CCL)を製造した。金属張積層板の絶縁層の厚みは200μmであった。さらに金属張積層板の両面の金属箔をエッチングにより除去することによって、厚み0.2mmのアンクラッド板を製造した。
Figure 0006948623
Figure 0006948623
<基板特性>
以下の物性評価を行った。その結果を表3及び表4に示す。
(誘電率及び誘電正接)
上記のアンクラッド板を切断して試験片(大きさ2mm×100mm)を得た。この試験片の誘電率(比誘電率)及び誘電正接を空洞共振器法により測定した。測定周波数は10GHzである。
(パッケージ反り量)
上記のアンクラッド板を切断して基板(大きさ17mm×17mm)を用意した。
さらに大きさ15mm×15mm×厚み0.1mmの半導体チップを用意した。
そして、アンダーフィル用液状封止材(パナソニック株式会社製「CV5300AM」)を用いて、上記の基板に半導体チップを接着することによって、パッケージ反り量を測定するための簡易的なパッケージを製造した。
次に上記のパッケージについて、反り測定装置(AKROMETRIX社製「THERMOIRE PS200」)を用いてシャドウモアレ測定理論に基づいて反りを測定した。パッケージ反り量は、上記のパッケージを室温(約30℃)から260℃まで加熱し、その後25℃まで冷却したときのコプラナリティの最大値と最小値の差として求めた。
(tanδ≧0.05となるピークトップ温度)
上記のアンクラッド板を、織布基材の縦糸方向に対して斜め45°傾けた方向(バイアス方向)に5mm幅で短冊状に切り出して、長さ25mmの試料を作製した。この試料について、動的粘弾性測定装置(エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製「DMS6100」)を用いて、チャッキング間距離10mm、昇温速度5℃/分、周波数10Hz、引張モードの条件で動的粘弾性測定(DMA:dynamic mechanical analysis)を行った。この測定により得られた損失正接(tanδ)のチャートを読み取ることによって、tanδ≧0.05となるピークトップ温度を求めた。
(弾性率)
上記の測定により得られた損失正接(tanδ)のチャートから、室温(25℃)における貯蔵弾性率(E’)を読み取り、これを弾性率とした。
(熱膨張率)
上記のアンクラッド板を、織布基材の縦糸方向と平行に5mm幅で短冊状に切り出して、長さ25mmの試料を作製した。この試料について、熱機械分析装置(エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製「TMA6100」)を用いて、プローブ間距離15mm、引張荷重5mNの条件で測定を行った。この測定により得られた膨張曲線の50℃以上100℃以下の平均熱膨張率を熱膨張率(CTE)とした。この熱膨張率は、ガラス転移温度(Tg)以下における熱膨張率(α1)である。
(引張り伸び率)
上記のアンクラッド板を、織布基材の縦糸方向に対して45°傾けた方向(バイアス方向)に5mm幅で短冊状に切り出して、長さ80mmの試料を作製した。この試料について、引張試験機(株式会社島津製作所製「オートグラフAGS−X」)を用いて、標線間距離60mm、5mm/分の条件で引張試験を行った。引張試験は、室温(25℃)にて行った。そして、引張試験を行う前の初期の試料の長さ(L)と、引張試験により試料が破断する直前の長さ(L)とから、次の式によって引張り伸び率を算出した。
引張り伸び率(%)={(L−L)/L}×100
(引張り破断強度)
上記の引張試験において、試料が破断した際の荷重F(N)と、試料の断面積A(mm)とから、次の式によって引張り破断強度を算出した。
引張り破断強度(MPa)=F(N)/A(mm
(耐熱性)
上記の銅張積層板(CCL)を、所定温度に調整した恒温槽に入れて60分間保持した後、恒温槽から取り出し、デラミネーション(層間剥離)の有無を目視により確認した。この試験を、恒温槽の温度を変化させて繰り返し行い、銅張積層板(CCL)にデラミネーションが発生しない限界の温度を調べた。
(難燃性)
UL94規格により垂直燃焼試験を行った。
(デスミアエッチング量)
デスミアエッチング量は、次の式(3)及び(4)によって算出した。
(mg)=M(mg)−M(mg)・・・(3)
デスミアエッチング量(mg/cm)=M(mg)/S(cm)・・・(4)
:試料の初期質量(mg)
:試料のデスミア処理後の質量(mg)
:質量減少量(mg)
:試料の表面積(cm
具体的には、以下の工程を経て、デスミアエッチング量を算出した。
(1)試料の作製
10cm×10cmの大きさの金属張積層板の金属箔を除去して試料を作製した。
(2)初期乾燥、冷却及び初期質量の測定
試料を恒温乾燥器により130℃で30分乾燥させた後、ドライデシケータにより室温にて120分以上冷却した。その後、電子天秤により、試料の初期質量M(mg)を測定した。
(3)膨潤
初期質量測定後の試料を、膨潤液(アトテックジャパン社製「スウェリングディップセキュリガントP」500ml/L、水酸化ナトリウム水溶液3g/L)に60℃で5分間浸漬させた。
(4)マイクロエッチング
膨潤後の試料を、酸化剤(アトテックジャパン社製「コンセントレートコンパクトCP」580ml/L、水酸化ナトリウム水溶液40g/L)に80℃で10分間浸漬させた。
(5)中和
マイクロエッチング後の試料を、中和液(アトテックジャパン社製「リダクションソリューションセキュリガントP500」70ml/L、硫酸(98%)50ml/L)に40℃で5分間浸漬させた。
(6)処理後乾燥、冷却及び処理後質量の測定
中和後の試料を水洗し、ドライヤーにて乾燥させた。さらにこの試料を恒温乾燥器により130℃で30分乾燥させた後、ドライデシケータにより室温にて120分以上冷却した。その後、電子天秤により、試料のデスミア処理後の質量M(mg)を測定した。
Figure 0006948623
Figure 0006948623
表3及び表4から明らかなように、比較例1〜4に比べて、実施例1〜10では、パッケージの反りの低減と、誘電特性の向上とを両立させることができることが確認された。
実施例1と実施例8とを比べると、硬化促進剤として、2−エチル−4−メチルイミダゾールの代わりにテトラフェニルホスホニウムテトラ−p−トリルボレートを使用することで、tanδ曲線における主分散ピークが高温側にシフト(つまりTgが上昇)することが確認された。
実施例8と実施例9とを比べると、実施例8の樹脂組成物に(C)成分としてフェノールノボラック樹脂を追加することで、デスミアエッチング量が減少することが確認された。
1 プリプレグ
2 金属張積層板
3 プリント配線板
4 半硬化物
5 織布基材
6 金属層
7 導体パターン
51 縦糸
52 横糸

Claims (9)

  1. 織布基材と、
    前記織布基材に含浸された樹脂組成物の半硬化物と、を備えたプリプレグであって、
    前記樹脂組成物は、(A)マレイミド樹脂と、(B)アクリル樹脂と、(C)フェノール樹脂と、を含有し、
    前記(B)成分は、下記式(b1)、下記式(b2)及び下記式(b3)のうちの少なくとも下記式(b2)及び下記式(b3)で表される構造を有し、重量平均分子量が20万以上85万以下の範囲内である、
    プリプレグ。
    Figure 0006948623
    式(b1)中のx、式(b2)中のy及び式(b3)中のzは、次の関係式を満たす。x:y:z(モル分率)=0:0.95:0.05〜0.2:0.6:0.2(ただし、x+y+z≦1、0≦x≦0.2、0.6≦y≦0.95、0.05≦z≦0.2)である。式(b2)中、R1は水素原子又はメチル基、R2は、水素原子、アルキル基、グリシジル基及びエポキシ化されたアルキル基のうち、少なくともグリシジル基及びエポキシ化されたアルキル基のうちの1つを含む。式(b3)中、R3は水素原子又はメチル基、R4はPh(フェニル基)、−COOCHPh又は−COO(CHPhである。
  2. 前記(A)成分は、フェニルメタン骨格、アルキル化フェニルメタン骨格及びビフェニル骨格からなる群より選ばれた1種以上の骨格を含んでいる、
    請求項1に記載のプリプレグ。
  3. 前記(C)成分は、ナフタレン骨格含有フェノール樹脂、ナフタレン骨格含有クレゾール樹脂、ビフェニル骨格含有フェノール樹脂、ビフェニル骨格含有クレゾール樹脂及びアリルフェノール樹脂からなる群より選ばれた1種以上の樹脂を含んでいる、
    請求項1又は2に記載のプリプレグ。
  4. 前記(A)成分及び前記(B)成分の合計当量と前記(C)成分の当量との比は1:0.8〜1:1.2の範囲内である、
    請求項1〜3のいずれか1項に記載のプリプレグ。
  5. 前記樹脂組成物は、(D)無機充填材を更に含有する、
    請求項1〜4のいずれか1項に記載のプリプレグ。
  6. 硬化状態において、損失弾性率と貯蔵弾性率との比は100℃以下の温度域及び200℃以上の温度域において0.05以上である、
    請求項1〜5のいずれか1項に記載のプリプレグ。
  7. 硬化状態において、前記織布基材の縦糸又は横糸に対して斜め45°方向における引張り伸び率は5%以上である、
    請求項1〜6のいずれか1項に記載のプリプレグ。
  8. 請求項1〜7のいずれか1項に記載のプリプレグの硬化物と、
    前記硬化物に設けられた金属層と、を備える、
    金属張積層板。
  9. 請求項1〜7のいずれか1項に記載のプリプレグの硬化物と、
    前記硬化物に設けられた導体パターンと、を備える、
    プリント配線板。
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