JP7265102B1 - プリント回路基板用材料 - Google Patents
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Abstract
Description
本開示の実施形態における誘電材料は一般に、ポリマー組成物を含んでいる。本開示の誘電材料は本願で記載するように誘電体フィルム、誘電体層、または誘電体シートを含んでいるが、これらに限定されるものではない。
本開示のひとつの実施形態において、本願に記載の誘電体ポリマーフィルムは架橋されたポリマー組成物を含んでいる。幾つかの実施形態において、架橋されたポリマー組成物は誘電体ポリマーフィルム中に、フィルムの合計重量に基づいて約50重量%、55重量%、60重量%、65重量%、70重量%、75重量%、80重量%、85重量%、90重量%、95重量%、または99重量%の量で存在する。本願に記載の前記架橋されたポリマー組成物は、幾つかの実施形態において、熱硬化性樹脂の架橋生成物を含んでいてよい。前記の熱硬化性ポリマーは、他の反応性基と架橋して架橋したポリマー組成物を生成することのできる、1つまたはより多くの官能基を含んでいる。
幾つかの実施形態において、誘電材料のガラス転移温度Tgは、約5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、105、110、115、120、125、または130℃までである。幾つかの実施形態において、誘電材料のTgは約130℃に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電材料のTgは約120℃に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電材料のTgは約110℃に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電材料のTgは約100℃に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電材料のTgは約90℃に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電材料のTgは約80℃に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電材料のTgは約70℃に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電材料のTgは約60℃に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電材料のTgは約50℃に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電材料のTgは約40℃に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電材料のTgは約30℃に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電材料のTgは約25℃に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電材料のTgは約20℃に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電材料のTgは約10℃に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電材料のTgは約5℃に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電材料のTgは約90℃から130℃である。幾つかの実施形態において、誘電材料のTgは約90℃から120℃である。幾つかの実施形態において、誘電材料のTgは約80℃から110℃である。幾つかの実施形態において、誘電材料のTgは約70℃から100℃である。幾つかの実施形態において、誘電材料のTgは約60℃から90℃である。幾つかの実施形態において、誘電材料のTgは約50℃から80℃である。幾つかの実施形態において、誘電材料のTgは約40℃から70℃である。幾つかの実施形態において、誘電材料のTgは約30℃から60℃である。幾つかの実施形態において、誘電材料のTgは約25℃から50℃である。幾つかの実施形態において、誘電材料のTgは約20℃から50℃である。幾つかの実施形態において、誘電材料のTgは約10℃から40℃である。幾つかの実施形態において、誘電材料のTgは約5℃から40℃である。
幾つかの実施形態において、誘電材料の50から250℃の熱膨張係数(CTE)は、約50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290または300ppm/℃までである。幾つかの実施形態において、CTEは誘電材料のTg未満で約20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290または300ppm/℃までである。幾つかの実施形態において、CTEは誘電材料のTg超で約80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、240、250、260、270、280、290または300ppm/℃までである。幾つかの実施形態において、CTEは約50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290または300ppm/℃までである。幾つかの実施形態において、CTEは硬化した熱硬化性組成物のTg未満で約20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290または300ppm/℃までである。幾つかの実施形態において、熱膨張係数は硬化した熱硬化性組成物のTg超で約80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290または300ppm/℃までである。幾つかの実施形態において、誘電材料のCTEは誘電材料のTg未満で220ppm/℃に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電材料のCTEは誘電材料のTg未満で200ppm/℃に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電材料のCTEは誘電材料のTg未満で180ppm/℃に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電材料のCTEは誘電材料のTg未満で160ppm/℃に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電材料のCTEは誘電材料のTg未満で140ppm/℃に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電材料のCTEは誘電材料のTg未満で120ppm/℃に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電材料のCTEは誘電材料のTg未満で100ppm/℃に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電材料のCTEは誘電材料のTg未満で約90から約120ppm/℃である。幾つかの実施形態において、誘電材料のCTEは誘電材料のTg未満で約120から約150ppm/℃である。幾つかの実施形態において、誘電材料のCTEは誘電材料のTg未満で約70から約100ppm/℃である。幾つかの実施形態において、誘電材料のCTEは誘電材料のTg未満で約60から約90ppm/℃である。幾つかの実施形態において、誘電材料のCTEは誘電材料のTg未満で約20から約60ppm/℃である。幾つかの実施形態において、誘電材料のCTEは誘電材料のTg未満で約10から約50ppm/℃である。幾つかの実施形態において、誘電材料のCTEは実質的に等方性である。
幾つかの実施形態において、誘電体層または誘電体フィルムのような本願に記載の誘電材料の誘電率は、約1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、または2.8である。幾つかの実施形態において、本願で開示する実施形態の硬化した熱硬化性組成物の誘電率は約1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、または2.8である。幾つかの実施形態において、誘電率は2.8に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電率は2.7に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電率は2.6に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電率は2.5に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電率は2.4に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電率は2.3に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電率は2.2に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電率は2.1に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電率は2に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電率は1.9に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電率は1.8に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電率は1.7に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電率は1.6に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電率は1.5に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電率は1.4に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電率は1.3に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電率は1.2に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電率は1.1に等しいかそれ未満である。
幾つかの実施形態において、誘電材料の散逸率は約0.01、0.009、0.008、0.007、0.006、0.005、0.004、0.005、0.004、0.003、0.002、または0.001までである。幾つかの実施形態において、誘電材料の散逸率は0.005に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電材料の散逸率は0.004に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電材料の散逸率は0.003に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電材料の散逸率は0.002に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電材料の散逸率は0.001に等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、誘電材料の散逸率は約0.001から約0.005である。幾つかの実施形態において、誘電材料の散逸率は約0.0015から約0.0025である。幾つかの実施形態において、誘電材料の散逸率は約0.002から約0.005である。幾つかの実施形態において、誘電材料の散逸率は約0.003から約0.005である。幾つかの実施形態において、誘電材料の散逸率は約0.004から約0.005である。
幾つかの実施形態において、誘電材料および/またはポリマー組成物のヤングモジュラス(引張モジュラスまたは弾性モジュラスともいう)は約0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.5、2、3、4、5、または6GPaである。幾つかの実施形態において、本願で開示される実施形態における硬化した熱硬化性組成物のヤングモジュラスは約0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.5、2、3、4、5、または6GPaである。幾つかの実施形態において、ヤングモジュラスは約6GPaに等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、ヤングモジュラスは約5GPaに等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、ヤングモジュラスは約4GPaに等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、ヤングモジュラスは約3GPaに等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、ヤングモジュラスは約2GPaに等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、ヤングモジュラスは約1GPaに等しいかそれ未満である。幾つかの実施形態において、ヤングモジュラスは約0.1GPaから約6GPaである。幾つかの実施形態において、ヤングモジュラスは約0.1GPaから約5GPaである。幾つかの実施形態において、ヤングモジュラスは約0.1GPaから約3GPaである。幾つかの実施形態において、ヤングモジュラスは約0.1GPaから約2GPaである。幾つかの実施形態において、誘電材料のヤングモジュラスは実質的に等方性である。
幾つかの実施形態において、少なくとも1つの誘電体層はさらに充填剤を含んでいる。幾つかの実施形態において、充填剤は、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、カオリン、タルク、ハイドロタルサイト、ケイ酸カルシウム、酸化ベリリウム、窒化ホウ素、ガラスパウダー、シリカパウダー、ホウ酸亜鉛、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、カーボランダム、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、ムライト、酸化チタン、チタン酸カリウム、中空ガラスマイクロビーズ、チタン酸カリウム繊維、カーボランダム単結晶フィラメント、窒化ケイ素繊維、アルミナ単結晶繊維、ガラス短繊維、ポリテトラフルオロエチレンパウダー、ポリフェニレンサルファイドパウダー、ポリスチレンパウダー、およびこれらの組み合わせからなる群より選択される。幾つかの実施形態において、誘電体層はさらに難燃性添加剤を含む。幾つかの実施形態において、難燃性添加剤は非ハロゲン化難燃性添加剤である。幾つかの実施形態において、非ハロゲン化難燃剤は、リン系難燃性添加剤、無機系難燃性添加剤、およびこれらの組み合わせからなる群より選択される。幾つかの実施形態において、少なくとも1つの誘電体層はさらに、熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、ラジカル安定剤、帯電防止剤、防腐剤、接着促進剤、強化剤、ゴム粒子、顔料、染料、潤滑剤、離型剤、発泡剤、殺菌剤、可塑剤、加工助剤、酸捕捉剤、染料、顔料、安定剤、発泡剤、核剤、ナノチューブ、湿潤剤、分散剤、共力剤、鉱物充填剤、補強剤、ウィスカー、無機充填剤、発煙抑制剤、およびこれらの組み合わせからなる群より選択される助剤を含む。幾つかの実施形態において、少なくとも1つの誘電体層はさらに、誘電体層を貫通する1つまたはより多くの金属充填マイクロビアを含む。
幾つかの実施形態において、本願に記載の誘電体ポリマーフィルムの平均厚みは約0.1ミルから約6.0ミル(例えば、約0.1ミルから約1.0ミル、約0.1ミルから約2.0ミル、約0.1ミルから約3.0ミル、約0.1ミルから約4.0ミル、または約0.1ミルから約5.0ミル)である。幾つかの実施形態において、本願に記載の誘電体ポリマーフィルムの平均厚みは約0.25ミルから約2.5ミルである。幾つかの実施形態において、本願に記載の誘電体ポリマーフィルムの平均厚みは約0.5ミルから約2.0ミルである。幾つかの実施形態において、本願に記載の誘電体ポリマーフィルムの平均厚みは約3.0ミルから約5.0ミルである。幾つかの実施形態において、本願に記載の誘電体ポリマーフィルムの平均厚みは約0.5ミルである。幾つかの実施形態において、本願に記載の誘電体ポリマーフィルムの平均厚みは約1ミルである。幾つかの実施形態において、本願に記載の誘電体ポリマーフィルムの平均厚みは約1.5ミルである。幾つかの実施形態において、本願に記載の誘電体ポリマーフィルムの平均厚みは約5ミルから約125ミルである。幾つかの実施形態において、本願に記載の誘電体ポリマーフィルムの平均厚みは約0.1ミル、0.2ミル、0.3ミル、0.4ミル、0.5ミル、0.6ミル、0.7ミル、0.8ミル、0.9ミル、1.0ミル、1.1ミル、1.2ミル、1.3ミル、1.4ミル、1.5ミル、1.6ミル、1.7ミル、1.8ミル、1.9ミル、2.0ミル、3.0ミル、3.3ミル、3.5ミル、4.0ミル、5.0ミル、または6.0ミルである。
幾つかの実施形態において、接着表面上(例えば、金属積層物上)のフィルムの平均剥離強度は約1~10lb/in(ポンド/インチ)、2~10lb/in、3~10、4~10、5~10、6~10、7~10、8~10、または9~10lb/inである。幾つかの実施形態において、接着表面上(例えば、金属積層物上)のフィルムの平均剥離強度は約3~6lb/in、4~6lb/in、または5~6lb/inである。
ここに提示されるのは、上述した誘電材料の製造方法である。ここに提示される幾つかの実施形態は、誘電材料のシートまたはフィルムを製造するための方法である。幾つかの実施形態において、本願に記載のシートおよびフィルムを作成するための方法は、溶媒(溶液)流延法、溶融押し出し法、積層法、およびコーティング法を含んでいる。溶媒流延法、溶融押し出し法、積層法、およびコーティング法の非限定的な例は、例えば米国特許出願公開第US2009/0050842号、第US2009/0054638号、および第US2009/0096962号に見出すことができ、それらの内容はこの参照によって本願に取り入れられる。フイルムを形成するための溶媒流延法、溶融押し出し法、積層法、およびコーティング法のさらなる例、例えば米国特許第4,592,885号および第7,172,713号、並びに米国特許出願公開第US2005/0133953号および第US2010/0055356号に見出すことができ、それらの内容はこの参照によって本願に取り入れられる。
本願に提示されるひとつの実施形態は、本願に記載の組成物(例えば、誘電体ポリマーフィルム)で形成された1つまたはより多くの伝送路を含むプリント回路基板である。
本願に提示されるひとつの実施形態は、1つまたはより多くの絶縁層(本願ではまた「誘電体層」、「誘電材料」、または「誘電体フィルム」ともいう)を含むプリント回路基板であり、そこにおいて絶縁層は本願に記載の組成物を含む。
によって与えられ、式中σCuはz軸方向における銅に対する引張応力、αEqおよびαCuは等価な材料(誘電体と銅を合わせた)および純銅のそれぞれについてのz軸方向の熱膨張係数、TassemおよびTambはそれぞれ組立温度および雰囲気温度、そしてECuはz軸方向における銅についてのヤングモジュラスである。
として与えられ、式中EDi、ECuおよびEEqは誘電材料、銅、および等価材料のそれぞれについてのz軸方向におけるモジュラスであり、αDi、αCuおよびαEqは誘電材料、銅、および等価材料のそれぞれについてのz軸方向における熱膨張係数であり、そしてVDiおよびVCuは回路基板において影響を受ける領域における誘電材料および銅のそれぞれについての体積分率である。
と書き換えることができ、式中下付き文字bはTg未満を表し、下付き文字aはTg超を表し、下付き文字eは弾性を示し、下付き文字pは可塑性を示し、そしてTyieldは銅の応力が銅の降伏応力を超える温度である。
a)上限がTyield超であるがTg未満であるとき:
b)動作条件の上限がTyeild未満であるとき:
a)ひずみが塑性ひずみであるとき:
式中εCuは銅のひずみでありσY,Cuは銅についての降伏応力である。
b)ひずみが弾性ひずみであるとき:
ひとつの実施形態において、プリント回路基板のための積層物を形成するための手順は次のような操作を包含する:
別途定義しない限り、本願で使用されるすべての技術的および科学的な用語は、本開示が属する技術分野の当業者によって通常理解されるのと同じ意味を有している。
低Tg、低モジュラス、低誘電率、および低散逸率が組み合わさった誘電体フィルムの具体例およびそれらの幾つかの性質が表1に示されている。組成物は、1)成分を溶融ミキサー装置で混ぜ合わせること(すなわち、無溶媒法);または2)高速回転ミキサーで溶媒中で混ぜ合わせ均一に分散させてワニスとすることの何れかによって得られ;次いでバーを用いてワニスを2ミルのPETフィルム上にゆっくりと流下させ、そして保持溶媒が<1%のレベルまでオーブン中で乾燥して、組成物を約1~3ミル厚みのフィルムとして生成する。物理的および電気的なデータは、誘電体フィルムの層をスタックし、6×6インチの水圧プレスを250Psiの圧力で使用して強固化し、続いて華氏330度(166℃)で30分間硬化して0.6mmの厚みを有するフィルムを形成することによって得た。Ricon257は、トータルグループ(米国)によって製造されている低分子量、高ビニル含量のブタジエン-スチレンコポリマーである。Ricon154はトータルグループ(米国)によって製造されている低分子量、高ビニル含量のポリブタジエン樹脂である。KR05はイネオス社(ドイツ国)によって製造されている高分子量の、主として1,4-付加のスチレンブタジエンコポリマーである。SR8983はライオンエラストマー社(米国)によって製造されている高分子量の、主として1,4-付加のスチレンブタジエンコポリマーである。SA9000はサビック社(米国)によって製造されているメタクリレート末端ポリフェニレンエーテルである。GMI5100はシンエーティーアンドシー社(韓国)によって製造されているビスマレイミドである。充填剤およびリン系難燃剤OP935はクラリアント社(欧州)によって製造されているExolit(登録商標)である。GBはスリーエム社(米国)によって製造されているガラス微小球である。溶融シリカはイメリスリフラクトリーミネラルズ(米国)によって製造されているteco-sil-10である。PTFEパウダーはシャムロックテクノロジーズ(米国)によって製造されているSST-4MGである。AGEはシグマアルドリッチ社(米国)からのアリルグリシジルエーテルである。Dicup-R(登録商標)はアルケマ社(米国)によって製造されている過酸化物触媒である。報告されているDk(誘電率)およびDf(散逸率)の値は、5GHzにおいてスプリットポスト誘電体共振器により得られている。報告されているCTE値は、熱機械分析器(TMA)を使用して得られている。報告されているヤングモジュラスおよびTgの値は、動的機械分析器(DMA)を使用して得られている。剥離強度の測定値は、1オンスの銅の重量値に相当する。
表2は本技術分野で公知のフィルムと比較して、改善されたPCB挙動をもたらす、本願に開示の実施形態における誘電体フィルムの改良された性質を示している。改良された性質には、以下でさらに詳細に説明するように、挿入損失(表2における「16GHzでの挿入損失dB/インチ」)の低減および誘電率(表2における「Dk」)の低減が含まれる。改良された性質にはまた、ビアに対する応力(表2における「塑性応力」)の低減、したがってPCBの信頼性の向上が含まれる。
表2における速度データは、アビシュテック社のGauss2DおよびGaussStackのような市販の電子設計自動化ソフトウェアを使用して生成した(例えば、計算により)。
式中Rm=√(ωμ/2σ)であり、ωは角周波数、μは透磁率(例えば、銅については4π×10-7H/mに等しい)、σは導電率(銅については5.88×107S/mに等しい)、wは線幅、Z0は特性インピーダンス、そしてεは材料の誘電率である。
銅充填ビアを備えたHDIプリント回路基板について想定した銅の性質および寸法を表3に提示する。
当業者は、単に型通りの実験を用いることによって、本願に具体的に記載された特定の実施形態に対する多くの均等物を認識し、または確認可能である。そうした均等物は、以下の特許請求の範囲に包含されることが意図されている。
Claims (9)
- プリント回路基板において基材層として構成される誘電体熱硬化性フィルムであって、前記誘電体熱硬化性フィルムが:
(i)135℃未満のガラス転移温度;
(ii)2.8未満の誘電率;および
(iii)前記誘電体熱硬化性フィルムの平均温度が前記誘電体熱硬化性フィルムのガラス転移温度(Tg)未満である場合に3GPaに等しいかそれ未満の引張モジュラスを有し;前記引張モジュラスが実質的に等方性である、誘電体熱硬化性フィルム。 - 前記誘電体熱硬化性フィルムが約0.01未満の散逸率を有する、請求項1の誘電体熱硬化性フィルム。
- 前記誘電体熱硬化性フィルムが約0.006未満の散逸率を有する、請求項1の誘電体熱硬化性フィルム。
- 前記誘電体熱硬化性フィルムの前記ガラス転移温度が約130℃未満である、請求項1の誘電体熱硬化性フィルム。
- 前記誘電体熱硬化性フィルムの平均温度が前記誘電体熱硬化性フィルムのガラス転移温度(Tg)未満である場合に引張モジュラスが2GPa未満である、請求項1の誘電体熱硬化性フィルム。
- アルケン含有ポリマーを含む、請求項1の誘電体熱硬化性フィルム。
- 請求項1の誘電体熱硬化性フィルムを含むプリント回路基板。
- プリント回路基板であって:
(i)コア層;
(ii)前記コア層の第1の側上に配置された請求項1の誘電体熱硬化性フィルム;および
(iii)前記誘電体熱硬化性フィルムを貫通する1つまたはより多くのビアを含む、プリント回路基板。 - 前記コア層がガラス繊維を基礎とするコア層である、請求項8のプリント回路基板。
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