JP7342433B2 - プリント配線基板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
特許文献1には、金属板と、前記金属板上に設けられ有機樹脂からなる第1の絶縁層と、前記第1の絶縁層上に設けられ配線パターンに形成された第1の配線導体層と、有機樹脂からなる第2の絶縁層と、前記第2の絶縁層を介して前記第1の配線導体層の上に積層され配線パターンに形成された第2の配線導体層とを有し、前記第2の絶縁層が前記第1の配線導体層の各配線パターンの間の部位にも設けられている配線基板が記載されている。なお、前記第2の絶縁層中に、熱伝導性、熱膨張係数の制御を目的として無機フィラーを混合しても構わないと記載されている。
[1] 基材表面に形成された銅パターンのパターン間に、少なくとも前記銅パターン上面以上の厚みで、第一無機フィラーを含む液状の樹脂を充填し、乾燥して硬化率10~50%の半硬化状態のパターン間半硬化樹脂を形成する、パターン間半硬化樹脂形成工程と、
前記パターン間半硬化樹脂の上に、第二無機フィラーを含む硬化率10~50%の半硬化状態の半硬化樹脂シートを重ねて減圧雰囲気中でプレスを行う、真空プレス工程と
を有することを特徴とする、プリント配線基板の製造方法。
[2] 前記半硬化樹脂シートの硬化率は、前記銅パターン間半硬化樹脂の硬化率よりも5%以上高いことを特徴とする[1]に記載の、プリント配線基板の製造方法。
[3] 前記半硬化樹脂シートに含まれる前記第二無機フィラーの含有量は、前記銅パターン間半硬化樹脂に含まれる前記第一無機フィラーの含有量よりも5体積%以上多いことを特徴とする[1]または[2]に記載の、プリント配線基板の製造方法。
[4] 前記銅パターン間樹脂と前記半硬化樹脂シートが同じ樹脂成分であることを特徴とする[1]~[3]のいずれかに記載の、プリント配線基板の製造方法。
[5] 前記第一無機フィラー及び前記第二無機フィラーは、それぞれ独立に、アルミナ、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、及び酸化亜鉛からなる群から選ばれる少なくとも1種の無機フィラーであることを特徴とする[1]~[4]のいずれかに記載の、プリント配線基板の製造方法。
[6] [1]~[5]のいずれかに記載のプリント配線基板の製造方法で得られたプリント配線基板。
[7] 基材と、前記基材上に形成された銅パターンと、前記銅パターン間に充填されたパターン間硬化樹脂と、前記銅パターン上および前記パターン間硬化樹脂上に形成された硬化樹脂層とを有し、
前記硬化樹脂層が、硬化樹脂層上部と、硬化樹脂層下部と、前記硬化樹脂層上部及び硬化樹脂層下部の界面部とを含み、
前記硬化樹脂層下部が、前記パターン間硬化樹脂と同じ樹脂組成物の硬化物であり、
前記パターン間硬化樹脂が第一無機フィラーを含み、前記硬化樹脂層上部が第二無機フィラーを含み、前記硬化樹脂層下部が前記第一無機フィラーを含み、前記界面部が前記第一無機フィラーと前記第二無機フィラーとを含み、
前記界面部に含まれる前記第一無機フィラーと前記第二無機フィラーとの総含有量は、前記硬化樹脂層上部に含まれる前記第二無機フィラーの含有量と前記パターン間硬化樹脂層に含まれる第一無機フィラーの含有量との間であることを特徴とするプリント配線基板。
[8] 前記硬化樹脂層に含まれる前記第二無機フィラーの含有量は、前記パターン間硬化樹脂に含まれる前記第一無機フィラーの含有量よりも5体積%以上高く、
前記界面部に含まる前記第一無機フィラーと前記第二フィラーとの総含有量は、前記硬化樹脂層上部に含まれる前記第二無機フィラーの含有量より低く、かつ、前記パターン間硬化樹脂層に含まれる第一無機フィラーの含有量よりも高いことを特徴とする[7]に記載のプリント配線基板。
[9] 前記樹脂層中の前記無機フィラーの含有量が、30~60体積%であることを特徴とする[7]または[8]に記載のプリント配線基板。
[10] 前記銅パターン間樹脂中の前記無機フィラーの含有量が、30~60体積%であることを特徴とする[7]~[9]のいずれかに記載のプリント配線基板。
[11] 前記第一無機フィラー及び前記第二無機フィラーは、それぞれ独立に、アルミナ、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、及び酸化亜鉛からなる群から選ばれる少なくとも1種の無機フィラーであることを特徴とする[7]~[10]のいずれかに記載のプリント配線基板。
[12] 前記銅パターンがコイルパターンであることを特徴とする[7]~[11]のいずれかに記載のプリント配線基板。
[13] [6]~[12]のいずれかに記載のプリント配線基板を含む、多層プリント配線基板。
「プリント配線基板」
図1Aは、本実施形態のプリント配線基板の一例を示した概略断面図である。本実施形態のプリント配線基板10は、電源用多層基板などに好適に使用できるものである。本実施形態のプリント配線基板10は、基材1と、基材1上に形成された銅パターン2と、銅パターン2間に充填されたパターン間硬化樹脂4と、銅パターン2上およびパターン間硬化樹脂4上に形成された硬化樹脂層3とを有する。
前記硬化樹脂層上部3-1に含まれる前記第二無機フィラーの含有量は、前記パターン間硬化樹脂4に含まれる前記第一無機フィラーの含有量よりも高いことが好ましい。前記硬化樹脂層上部3-1に含まれる前記第二無機フィラーの含有量は、前記パターン間硬化樹脂4に含まれる前記第一無機フィラーの含有量よりも5体積%以上高いことがより好ましい。
次に、図2と3に示す本実施形態のプリント配線基板10の製造方法の一例を説明する。
本実施形態のプリント配線基板10の製造方法は、少なくとも以下の第一工程と第二工程とを含む。
第一工程は、基材1の表面に形成された銅パターン2のパターン間に、銅パターン上面2a以上の厚みで、第一無機フィラーを含む液状の樹脂(「パターン間液状樹脂」、「液状第一樹脂」ともいう)4Aを充填し、乾燥して硬化率10~50%の半硬化状態とするパターン間半硬化樹脂(半硬化第一樹脂ともいう)4B形成工程である(図2)。
第二工程は、パターン間半硬化樹脂4Bの上に、第二無機フィラーを含む硬化率10~50%の半硬化状態の半硬化樹脂シート(半硬化第二樹脂ともいう)3Aを重ねて減圧雰囲気中でプレスを行う真空プレス工程である(図3)。
半硬化樹脂シート3Aに含まれる第二無機フィラーの含有量は、前記パターン間液状樹脂4Aに含まれる第一無機フィラーの含有量よりも5体積%以上多いことが好ましい。
得られたBステージ(半硬化)状態のシートおよび硬化体をサンプリングし、示差走査熱量計(ティー・エイ・インスツルメント社製、「Q2000」)を用い、窒素雰囲気下、昇温速度10℃/分で25~300℃まで昇温させ、総発熱量C1(cal/g)を測定した。
次に、未硬化状態のエポキシ樹脂組成物を試料として、同条件にて示差走査熱量計の測定を行い、総発熱量C0(cal/g)を測定した。硬化率は、(C0-C1)/C0×100(%)より求めた。
図2が本実施形態の製造方法の第一工程を示す断面図である。
図1に示す最終のプリント配線基板10を製造するには、まず、基材1上に公知の方法により銅箔層を形成し、銅箔層を公知の方法によりコイルパターンの形状など所定の形状にパターニングし、銅パターン2を形成する。
パターン間液状樹脂4Aを充填する方法としては、例えば、ロールコータを用いる方法、ディスペンサーを用いる方法、スクリーン印刷法など、公知の方法を用いることができる。銅パターン間の充填量としては、例えば、一例として図2に示すように、銅パターン2上面2a以上の厚みで充填する。
樹脂組成物を、硬化率10~50%の半硬化状態を形成するための熱処理の温度、時間などの条件は、パターン間硬化樹脂4の厚み、パターン間硬化樹脂4となる樹脂の種類などに応じて適宜決定できる。
本実施形態の第一工程に用いるパターン間液状樹脂4Aとしては、例えば、上述した樹脂および第一無機フィラーと、硬化剤と溶媒とを含む液状のものなどが挙げられる。硬化剤および溶媒の種類は、上記の樹脂の種類に応じて適宜決定できる。また、硬化剤および溶媒の含有量は、樹脂の種類、無機フィラーの含有量などに応じて適宜決定できる。ここで、図1に示す最終のプリント配線基板10のパターン間硬化樹脂4中にボイドを発生させないために、樹脂として液状樹脂を用いた無溶剤の樹脂組成物を使用する。
液状エポキシ樹脂組成物:
・ビスフェノールF型エポキシ樹脂(商品名:830、DIC株式会社製)51.2質量%
・酸無水物系エポキシ樹脂硬化剤(商品名:HN2200、日立化成株式会社製)47.8質量%
・イミダゾール系硬化触媒(商品名:2E4MZ、四国化成工業株式会社製)1質量%
無機フィラー
・アルミナ 40体積%
図3が本実施形態の製造方法の第二工程を示す断面図である。
図1に示す最終のプリント配線基板10を製造するには、まず、第一工程で得られた半硬化状態の樹脂4Bを含む基板の上に、半硬化状態の半硬化樹脂シート3Aを重ねて積層体を形成する。そして、その積層体を減圧雰囲気中で加熱プレスを行い、半硬化状態の樹脂4Bと半硬化状態の半硬化樹脂シート3Aを軟化しながら、加熱硬化する。樹脂組成物を硬化させるための熱処理の温度、時間などの条件は、パターン間硬化樹脂4の厚み、パターン間硬化樹脂4となる樹脂の種類などに応じて適宜決定できる。
本実施形態の第二工程に用いる半硬化樹脂シート3Aとしては、例えば、上述した樹脂および第二無機フィラーと、硬化剤と溶媒とを含む半硬化状態のものなどが挙げられる。硬化剤および溶媒の種類は、上記の樹脂の種類に応じて適宜決定できる。また、硬化剤および溶媒の含有量は、樹脂の種類、無機フィラーの含有量などに応じて適宜決定できる。
エポキシ樹脂組成物:
・ビスフェノールF型エポキシ樹脂(商品名:830、DIC株式会社製)51.2質量%
・酸無水物系エポキシ樹脂硬化剤(商品名:HN2200、日立化成株式会社製)47.8質量%
・イミダゾール系硬化触媒(商品名:2E4MZ、四国化成工業株式会社製)1質量%
無機フィラー
・アルミナ 40体積%
「プリント配線基板」
図4は、本実施形態のプリント配線基板の一例を示した概略断面図である。本実施形態のプリント配線基板30は、電源用多層基板などに好適に使用できるものである。本実施形態のプリント配線基板30は、基材31と、基材31上に形成された銅パターン32と、銅パターン32間に充填されたパターン間硬化樹脂層34と、銅パターン32上およびパターン間硬化樹脂層34上に形成された硬化樹脂層33とを有する。
本実施形態において、図4に示すように、銅パターン32の上面32aにおいて、実質的に全面で第一樹脂34A由来の硬化物が形成されている点について、第一実施形態と異なる。その他については、第一実施形態と同じである。
次に、図5と6に示す本実施形態のプリント配線基板30の製造方法の一例を説明する。
本実施形態のプリント配線基板30の製造方法は、第一実施形態と同様に、第一工程及び第二工程を含む。
第一工程において、銅パターン32の間に、パターン間液状樹脂34Aを充填する際に、図5に示すように、銅パターン32上面32a上、全面において、パターン間液状樹脂34Aが形成されている。銅パターン32上面32a上に、銅パターン32が実質的に露出していないことが好ましい。すなわち、銅パターン32上面32aの全面積に対して、銅箔を漏出する部分の面積比は、例えば、30%以下であることが好ましく、20%以下であることがより好ましく、10%以下であることがさらに好ましい。
ガラスエポキシからなる基材1上に形成された銅箔層を、エッチングすることによりパターニングして、厚み100μm、隣接する銅パターン間の距離が1mmのコイルパターンである銅パターン2を形成した。
次に、銅パターン間に、以下に示す方法により、厚みが100μm以上又は100μm未満、幅が1mmであるパターン間半硬化樹脂4Bを形成した。厚みが100μm以上(銅パターン上面以上の厚み)である場合、表1と表2において「A」で示し(実施例1~6、比較例1~4,6、7)、厚みが100μm未満(銅パターン上面未満の厚み)である場合、表2において「B」で示した(比較例5)。
表1と表2に示す無機フィラーを秤量し、所定量の液状の無溶剤型エポキシ樹脂に添加して、三本ロールにて混錬することにより、パターン間硬化樹脂4の形成に使用するパターン間液状樹脂4Aの組成物を得た。上記無溶剤型エポキシ樹脂の組成は、ビスフェノールF型エポキシ樹脂(商品名:830、DIC株式会社製)51.2質量%、酸無水物系エポキシ樹脂硬化剤(商品名:HN2200、日立化成株式会社製)47.8質量%、イミダゾール系硬化触媒(商品名:2E4MZ、四国化成工業株式会社製)1質量%である。
以上の工程により実施例1~27、比較例1~6のプリント配線基板を得た。
表1と表2に示す無機フィラーを所定量含む無溶剤型エポキシ樹脂を用いた。上記無溶剤型エポキシ樹脂の組成は、ビスフェノールF型エポキシ樹脂(商品名:830、DIC株式会社製)51.2質量%、酸無水物系エポキシ樹脂硬化剤(商品名:HN2200、日立化成株式会社製)47.8質量%、イミダゾール系硬化触媒(商品名:2E4MZ、四国化成工業株式会社製)1質量%である。
走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて撮影したプリント配線基板の断面の画像において、銅パターン間樹脂の長さ20mmの範囲に含まれる無機フィラーの粒径から、100個以上の無機フィラーの体積を算出した。その平均値を、銅パターン間樹脂中に含まれる無機フィラーの含有量(体積%)とした。
同様に、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて撮影したプリント配線基板の断面の画像において、樹脂層の長さ20mmの範囲に含まれる無機フィラーの粒径から、100個以上の無機フィラーの体積を算出した。その平均値を、樹脂層中に含まれる無機フィラーの含有量(体積%)とした。
得られたBステージ(半硬化)状態のシートおよび硬化体をサンプリングし、示差走査熱量計(ティー・エイ・インスツルメント社製、「Q2000」)を用い、窒素雰囲気下、昇温速度10℃/分で25~300℃まで昇温させ、総発熱量C1(cal/g)を測定した。
次に、未硬化状態のエポキシ樹脂組成物を試料として、同条件にて示差走査熱量計の測定を行い、総発熱量C0(cal/g)を測定した。硬化率は、(C0-C1)/C0×100(%)より求めた。
プリント配線基板を樹脂に埋め込んで切断し、切断面を研磨した。切断面に露出した銅パターン間樹脂の表面について、走査型電子顕微鏡(SEM)画像を取得した。取得した画像上の銅パターン間樹脂について、長さ20mmの範囲内にボイドが形成されているか否かを目視により調べた。
「なし」:サイズ1μm以上のボイドが0個である。
「低頻度」:サイズ1μm以上のボイドが1~5個である。
「あり」:サイズ1μm以上のボイドが5個以上である。
ボイドのサイズは、SEMで観測したボイド1個当たりの平均直径である。
プリント配線基板の銅箔に、幅10mm、長さ100mmの矩形部分を囲む切込みをいれた。この矩形部分の一端を剥がして、つかみ具(ティー・エス・イー社製、オートコム型試験機「AC-50C-SL」)で掴んだ。前記矩形部分の長さ35mmの範囲を垂直方向に引き剥がし、この引き剥がし時の荷重(kgf/cm)を、ピール強度として測定した。前記の引き剥がしは、室温中にて、50mm/分の速度で行った。
プリント配線基板の熱伝導率λ(単位はW/(m・K))を、幅10mm×10mm×厚み0.5mmの大きさに切り出した測定用試料を用い、キセノンフラッシュアナライザ(LFA447NanoFlash、NETZSCH社製)によるレーザーフラッシュ法による熱拡散率α(単位はm2/秒)、比重測定キット(エー・アンド・デイ社製)を用いて測定した密度ρ(単位はkg/m3)、DSC測定装置(ThermoPlusEvo DSC8230、リガク社製)を用いて測定した比熱容量c(単位はJ/(kg・K))の各測定値から、λ=α×ρ×cとして求めた。
プリント配線基板の四隅、中心、四辺の中点、合計9箇所について、マイクロメータにて厚みを測定し、(最大値)-(最小値)=ばらつき とした。
プリント配線基板に対し、低温-40℃、高温155℃の条件で温度サイクル試験を行い、500サイクル後、1000サイクル後、3000サイクル後の回路基板について、それぞれ銅パターンの側面2bと銅パターン間樹脂層とが剥離しているか否かを調べた。剥離の有無は、回路基板を樹脂に埋め込んで切断し、切断面を研磨して、走査型電子顕微鏡(SEM)画像を取得し、目視により確認し、以下に示すように評価した。
「2000」:3000サイクル後の回路基板は剥離していたが、2000サイクル後の回路基板には剥離が見られなかった。
「1000」:2000サイクル後の回路基板は剥離していたが、1000サイクル後の回路基板には剥離が見られなかった。
「500」:1000サイクル後の回路基板は剥離していたが、500サイクル後の回路基板には剥離が見られなかった。
表3に示す無機フィラーを用いた以外は、実施例1~27と同様に、実施例28~30のプリント配線基板を得た。表3に示す。実施例1~27と同様な方法で評価し、結果を表3に示す。
基材表面に形成された銅パターンのパターン間に、前記銅パターン上面未満の厚み(表2の「B」)で、無機フィラーを含む液状の樹脂を充填する比較例6は、銅パターン間樹脂にボイドは形成されていた。
2、32:銅パターン、
2a、32a:銅パターンの表面、
2b、32b:銅パターンの側面、
3、33:硬化樹脂層、
3A、33A、:半硬化樹脂シート(第二樹脂)、
3c、33c:硬化樹脂層上部3-1と硬化樹脂層下部3-2との界面部、
3-1、33-1:硬化樹脂層上部(半硬化樹脂シート3Aの硬化物)、
3-2、33-2:硬化樹脂層下部(パターン間液状樹脂4Aの硬化物)、
4、34:パターン間硬化樹脂、
4A、34A::パターン間液状樹脂(第一樹脂)、
4B、34B:銅パターン間半硬化樹脂(第一樹脂)、
10、30…プリント配線基板、
21…側面。
Claims (4)
- 基材表面に形成された銅パターンのパターン間に、少なくとも前記銅パターン上面以上の厚みで、第一無機フィラーを含む液状の樹脂を充填し、乾燥して硬化率10~50%の半硬化状態のパターン間半硬化樹脂を形成する、パターン間半硬化樹脂形成工程と、
前記パターン間半硬化樹脂の上に、第二無機フィラーを含む硬化率10~50%の半硬化状態の半硬化樹脂シートを重ねて減圧雰囲気中でプレスを行う、真空プレス工程と、を有するプリント配線基板の製造方法であって、
前記半硬化樹脂シートの硬化率は、前記銅パターン間半硬化樹脂の硬化率よりも5%以上高いことを特徴とする、プリント配線基板の製造方法。 - 基材表面に形成された銅パターンのパターン間に、少なくとも前記銅パターン上面以上の厚みで、第一無機フィラーを含む液状の樹脂を充填し、乾燥して硬化率10~50%の半硬化状態のパターン間半硬化樹脂を形成する、パターン間半硬化樹脂形成工程と、
前記パターン間半硬化樹脂の上に、第二無機フィラーを含む硬化率10~50%の半硬化状態の半硬化樹脂シートを重ねて減圧雰囲気中でプレスを行う、真空プレス工程と、を有するプリント配線基板の製造方法であって、
前記半硬化樹脂シートに含まれる前記第二無機フィラーの含有量は、前記銅パターン間半硬化樹脂に含まれる前記第一無機フィラーの含有量よりも5体積%以上多いことを特徴とする、プリント配線基板の製造方法。 - 前記パターン間半硬化樹脂と前記半硬化樹脂シートが同じ樹脂成分であることを特徴とする請求項1または2に記載の、プリント配線基板の製造方法。
- 前記第一無機フィラー及び前記第二無機フィラーは、それぞれ独立に、アルミナ、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、及び酸化亜鉛からなる群から選ばれる少なくとも1種の無機フィラーであることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の、プリント配線基板の製造方法。
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