JPH0397292A - 銅張積層板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は電子産業分野で利用される、半導体素子や電子
部品を実装するプリント配線板のベースとなる銅張積層
板に関するものであり、さらに詳しくは高密度プリント
配線板においてショートの原因の１つとなるマイグレー
ション現象および電解腐食現象の防止効果が大きいプリ
ント配線板のベースとなる銅張積層板を提供するもので
ある。

（従来の技術） 電子素子や電子部品を実装するプリント配線板は水の存
在下において、絶縁された金属導体間に電圧が印加され
ることにより、導体を構威している金属がイオン化して
、絶縁材料の表面あるいは内部を通って負の電位にある
導体の方向に移行し、負の電位にある導体上で金属が析
出するマイグレーション現象、並びに洩れ電流や迷走電
流によって導体が腐食する電解腐食現象がしばしζＩ発
生する。

マイグレーションや電解腐食（以下「電食」と総称する
。）現象が発生する金属は、銀、金、銅、スズ、鉛、白
金、パラジウムおよびアルミニウム等、プリント配線板
の導体あるいは導体形或時に使用されている金属の殆ど
が該当し、これらの金属は、水分が存在しかつ電圧が印
加された常態でイオン化し、電食するものと、更にそこ
にハロゲン等の不純物イオンが加わることによって電食
するものとがある。

このような電食現象を防止する方法としては従来より次
の方法が試みられてきた。

■プリント配線板の導体金属のイオン化を防止する。

■発生したイオンが移動しないように還元する。

■発生したイオンを沈澱形或剤で不溶化する。

■発生したイオンをキレート剤やコンプレックス形威剤
で固定する。

■積層板用素材の表面にある水酸基を失活させる。

ここで、■はイオン化電位を高くするために、プリント
配線板表面の導体金属を合金化する方法であり、例えば
、電極の銀を銀一パラジウムに代える方法がある。しか
し、十分な効果を得るためにはパラジウムの含有率を高
くする必要があるため高価となる欠点がある。また、銅
導体の場合には、すず一鉛の合金であるはんだめっきあ
るいはソルダコーティング等を行うこともあるが、銅は
く除去面上あるいは銅はく端部は完全に被覆できないた
めに十分な効果が得られない。

■はアルデヒド、ハイドロキノン、ビロガロール、ヒド
ラジン等をプリント配線板に塗る塗料中に添加する方法
であるが、これら添加剤は化学的に不安定で、熱や光で
分解し易いという欠点を有している。

■はステアリン酸、オレイン酸、パルミチン酸等を■と
同様に添加する方法であるが、近年アルミニウム配線腐
食では遊離の有機酸が関与しているとの報告があり、実
装上好ましくない。

■はトリアジン類、ベンジジン、卵アルブミン等のキレ
ート形威やコンプレックス形戊を行う有機物を添加する
方法である。しかしこれらの化合物の持つ官能基は大体
１　０　０　”Ｃを超えると分解し失活するものが大部
分である。従って、通常の使用条件では問題がないが、
高集積化により内部発熱だけで１００゜Ｃを超えるおそ
れのある場合や、ますまず電子化が進むと考えられる自
動車等は使用環境そのものが１　０　０　’Ｃを超える
ことも十分予想され、将来的にキレート形戒剤やコンプ
レックス形或剤を使用することには限界がある。

■は積層板の材料であるガラス繊維や、塗料のフィラー
として用いる石英等をシランカップリング剤で処理する
方法であるが、対策としては部分的なもので、十分では
ない。

また最近のように、電子機器の多機能、高容量化の二−
ズを受けて、プリント配線板の高集積化、高密度化、高
多層化が急速に進む中で、プリント配線板の導体間げき
が０．１５ｍｍ以下さらには０．　１０ｍｎ＋以下のも
のが実用化されつつある。このような中で高密度プリン
ト配線板の絶縁信頼性が重要な課題となってきた。

従来の０．１５ｍｍよりも導体間げきが大きいプリント
配線板では一部の金属例えば銀、スズ等を除けば、電食
はそれほど問題にならなかったが、このような高密度プ
リント配線板の場合には、銅を始め多くの金属で高温・
多湿条件で電食が発生し、導体間の絶縁劣化さらにはシ
ョート不良に至るという問題が生してきた。

一方、半導体素子をプリント配線板に実装する方法は多
数提案されており、また実用化されている。例えば、−
Ｃ的にはワイアボンディング（Ｗｔｒｅ　Ｂｏｎｄｉｎ
ｇ）方式、Ｔ　Ａ　Ｂ　（Ｔａｐｅ　Ａｕｔｏｍａｔｅ
ｄ　ＢｏｎｄｉＢ）方式、フリンプチップ（Ｆｌｉｐ　
Ｃｈｉｐ）方式等がある。半導体素子と絶縁基板との熱
膨張・収縮のストレスを回避できる点ではワイアボンデ
ィング方式およびＴＡＢ方式等が適しているが、絶縁基
板上の接合ランドパターンとしては１００μｍ程度が最
低必要であり、それ以上の高密度化が要求される場合に
は難がある。

フリップチップ方式では、より高密度化が可能であるが
、絶縁基板との熱膨張・収縮の整合を図るために、アル
ミナ、ベリリア等のセラミックスが使用されており、こ
れらは大寸法のプリント回路板には不向きである。また
、さらに膨張・収縮の整合を図る目的で、最近ではケプ
ラーボ１．１イミド、銅クランドインバー、銅カーボン
複合材料等の新たな絶縁基板の開発、検討がされている
が、いずれも高価であることから特殊な分野のみ一部使
用されているだけにとどまっている。

（発明が解決しようとする課Ｂ） 積層板の内部あるいは表面に介在するイオン性不純物は
吸湿、電荷等の各種要因が複雑に関与して悪影響を及ぼ
すといわれている。

イオン性不純物の中でもアルカリ金属イオン（Ｌｉ゛、
Ｎａ”、Ｋ゛等）およびハロゲン化物イオン（Ｆ＼Ｃｌ
−，　Ｂｒ一等）の影響は無視できず、これらは数ｐｐ
ｍでも絶縁低下を起こす。

特に、安価なガラス−エポキシ樹脂からなるブリプレグ
または絶縁基板の構或或分であるエポキシ樹脂中にはＮ
ａ’等の不純物イオンが存在する可能性が大きい。

これらのイオン性不純物は積層板製造プロセスにおいて
完全に除去すれば良いのであるが、実際上、極微量のも
のまで取り除くことは工程上もまた経済上も極めて大き
な負担となる。さらにこれらイオン性不純物の移動によ
り、プリント配線板上の銅、はんだ等の導体回路の腐食
が生じることもある。

本発明の解決しよ・うとする課題はこれらイオン不純物
の影響を取り除き、電食現象を防止した安価な銅張積層
板を提供することである。

また、上述のようにシリコン、サファイア、ガリウム／
ヒ素、インジウム／リン等からなる半導体素子のペアチ
ップを、安価であるが熱膨張係数の相違する絶縁基板（
ガラスーエポキシ積層板）に、高信頼性で実装可能とし
たプリント配線板のベースとなる銅張積層板を提供する
ことである。

（課題を解決するための手段） 上記課題は、本発明の銅張積層板を用いること乙こより
解決される。

すなわち、本発明は片面が粗面化された銅はくの粗面化
面と、ガラス−エポキシ樹脂からなるプリプレグまたは
絶縁基板を、フェノール樹脂からなる接着剤を介して熱
圧着させてなる銅張積層板である。

本発明で使用する接着剤は、熱硬化性樹脂であるフェノ
ール樹脂を主或分とするものである。

本発明において、熱硬化性樹脂を使用する理由は、フロ
ーソルダリング、リフローソルダリング、ペーパーフエ
イズソルダリング等はんだ付けを行う時の熱に対する抵
抗力を与えるものである。

フェノール樹脂は、フェノール、レゾルシノール、クレ
ゾールまたはキシレノールとアルデヒドまたはフルフラ
ールを共重合物して得られるもので、レゾール型とノボ
ラック型があるが、レゾール型フェノール樹脂の方が耐
熱性がよく好ましい。

接着剤或分として、この熱硬化性樹脂に、柔軟性接着性
樹脂であるブタジエンーアクリロニトリル共重合体を混
合使用したものを使用すると、耐熱衝撃性および絶縁基
板との密着性が向上し更に好ましい。

ブタジエンーアクリロニトリル共重合物は、ゴム弾性を
有する柔軟性接着性樹脂であり、本発明では特にアクリ
ロニトリルの含有量の大きいブタジエンーアクリロニト
リル共重合物、例えば一般に高アクリロニトリルーブタ
ジエンゴムと言われるアクリロニトリル含有量が３６％
以上の共重合体を使用すると、絶縁基板との密着性が更
に向上するので好ましい。

フェノール樹脂とブタジエンーアクリ口ニトリル共重合
体の好ましい配合割合は、前者をｌ００重量部とした場
合、後者が２０〜４００重量部である。

本発明で用いるプリプレグまたは絶縁基板としては、安
価で汎用性が高いガラス−エポキシ樹脂を構或或分とす
るものが用いられる。

本発明で用いる銅はく、は、銅張積層板用として・通常
用いる厚みが１２〜３５μｍのものが好ましく、接着が
容易でかつピンホール等の少ない１８〜３５μｍのもの
が更に好ましい。

銅張積層板の製造方法は、銅はくの片面にある粗面化面
上に接着剤を塗布した後、上記接着剤付き洞はくをプリ
ブレグあるいは絶縁基板に熱圧着する方法、並びにプリ
プレグあるいは絶縁基板上に、上記接着剤を塗布した後
、銅はくの粗面化面を上記接着剤面上に重ねて熱圧着す
る方法とが挙げられる。

銅はくあるいはプリプレグまたは絶縁基板上に接着剤を
塗布する方法としては、ディップ法、カーテンコート法
、ロールコート法、金属または絶縁フィルム等からなる
キャリアに接着剤を貼付または圧着する転写法、スクリ
ーン法等があり、いずれの方法も使用できる。

接着剤層の厚さは、２０〜１００μｍが好ましい。２０
μｍ未満では十分な密着強度が得られず、しかも熱膨張
・収縮のストレスが吸収されにくく、また１００μｍを
超えると柔軟性が高くなり過ぎるためにかえって、パタ
ーン形或時の接着剤の変動が大きくなりファインパター
ンの形或が困難になる。

（作用） 一般に、合或樹脂を用いたプリプレグまたは絶縁基板に
は、不純物としてアルカリ金属イオンおよび過水分解さ
れ易い塩素が存在する。さらにクロメート処理銅はくを
使用した場合には、そのエッチング面にクロムが残留し
ている。

プリプレグまたは絶縁基板を加湿状態におくと、樹脂の
加水分解がおこり、ＣＩ−イオンが発生する。

この加水分解は、樹脂中に存在しているアルカリ金属イ
オンおよび残留Ｃｒが存在することにより促進される。

残留Ｃｒは加水分解により絶縁基板の表面に、Ｃｒ錯体
を含む吸湿性の被膜を形戒する。この被膜内に脱離した
ＣＩ−イオンを含む電解液が形成され、その中で電解析
出が行われ、長時間を経過すると銅が陰極より樹技状に
成長し、最終的にはショートとなる。

本発明で用いるプリブレグまたは絶縁基板はガラスーエ
ポキシ樹脂からなるもので、これは安価ではあるが加湿
状態においてＮａ＋イオン等の不純物イオンを放出する
可能性の大きな材料でもある。

本発明によれば、不純物イオンを含有するエポキシガラ
ス積層板と銅はくの間に、フェノール樹脂、特にブタジ
エンーアクリ口ニトリル共重合体およびレゾール型フェ
ノール樹脂を主或分とする接着剤を介在させることによ
り、絶！！基板中または表面に存在する不純物イオンの
作用による導体を形成する金属の電食を著しく低滅させ
ることができる。

またブタジエンーアクリロニトリル共重合体およびレヅ
ール型フェノール樹脂を主或分とする接着剤を使用する
と、信頼性が高い実装プリント配線板のベースとなる銅
張積層板が得られるという効果も得られる。

すなわち、この接着剤層はゴム弾性を有しているため、
例えばシリコン等よりなるＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子
と、安価，で汎用性が高いが熱膨張係数の大きく相違す
るガラスエポキシ積層板を接着した場合も、半導体素子
や絶縁基板に加わる熱膨張、収縮、吸湿等のストレスは
、このゴム弾性接着剤が緩衝材となって吸収するため、
半導体素子の破損や接合部分の破壊がなくなるのである
。

例えば、ガラスエボキシ積層板上にブタジエンーアクリ
ロニトリル共重合物およびフェノール樹脂を主或分とす
る接着剤を数十μｍ塗布した絶縁基板のランドに最大１
０ｍｍピンチの電極を有する半導体ペアチップいわゆる
フリップチップを搭載し、実際上最も過酷なストレスで
あるはんだ付け時に約２　５　０　’Ｃまで加熱し、常
温の２０゜Ｃまで冷却したとすると、積層板の収縮は１
０ｎｖ＋の長さで約３０μｍとなる。そしてフリップチ
ップの電極部にストレスが均等に分散されたと仮定した
場合、両端の電極部における収縮の差は各々１５μｍと
なる。この１５μｍの挙動ストレスを接着剤が吸収でき
るように接着剤の組成を管理し、弾性率の制御と接着剤
厚の制御をすればフリップチップの絶８！基板への接合
における信頼性を高く確保することが可能となる。

ブタジエンーアクリロニトリル共重合物およびフェノー
ル樹脂からなる接着剤は、アディティブ法によるプリン
ト配線板を製造する際、無電解で金属析出を生じせしめ
る時の触媒と混合して用いられる例がある。

例えば特公昭４５−９８４３号公報には、アクリロニト
リルブタジエンゴムとフェノール樹脂に無電解めっきの
シード剤となる塩化パラジウム、塩化錫、塩化銅、塩化
金、硝酸銀等を混入させた溶液を絶縁基材の上に印刷し
、その上に無電解めっきを施す方法が開示されている。

しかしながら、この場合接着剤が吸湿するとボ合してい
るシード剤から電食を促進させる塩素イオンまたは硝酸
イオンが放出され、さらにパラジウム、錫、銅、金等も
イオン化して絶縁劣化の原因となると共に電食やマイグ
レーションの発生を促進させることになる。特にＩＣピ
ン間３本以上すなわち導体間げきが約０．１５１ｌｌＩ
Ｉ＋以下にする場合には、これらの接着剤の使用は顕著
に問題となる．また米国特許第４１５２４７７号公報で
は、ブタジエンーアクリロニトリル共重合物およびフェ
ノール樹脂からなる接着剤を絶縁基板上に形威した後、
めっき金属との密着性を確保するため、すなわち物理的
な投錨効果と化学的な極性基の形戒をするために、クロ
ム酸溶液、過マンガン酸カリウム溶液等の強力な酸化剤
で表面の活性化処理を施した後、化学めっきを行ってプ
リント配線板を製造している。

アディティブ法を利用したプリント配線板の製造方法と
しては、直接導体パターンを無電解金属めっきで形或す
るフルアディティブ法と、下地に無電解金属めっきを行
い、めっきレジストを形威した後にパターンめっきを行
い、膜はぎ、クイックエッチングを行うセミアディティ
ブ法があるが、いずれも上記の酸化剤の処理液が接着剤
表面に残留したりあるいはめっき液が接着剤に浸透する
ために電食の発生が起こり易い。

これらの一例としては高萩等が昭和６３年電気学会全国
大会で報告している（昭和６３年電気学会全国大会予稿
集題５５０頁）。

本発明では上述のようなアディティブ法ではなく、サブ
トラクティプ法によりプリント配線板を形成する際のベ
ースとなる銅張積層板に関するもので、サブトラクティ
ブ法では、接着剤中に塩化パラジウム、塩化錫、塩化銅
、塩化金、硝酸銀等のイオン性の無機物質を混入させな
いし、また接着剤表面の化学的な改質のための酸化剤の
処理を必要とせず、さらに導体パターン形或部分に直接
めっき液が接触することもない。

すなわち本発明では銅はくの凹凸のみを利用して銅はく
を接着剤に接着させることができるため、不純物イオン
の影響を受けにくくなり、またエボキシ樹脂等の積層板
の内部あるいは表面に介在するイオン性不純物の影響を
接着剤が遮蔽することから、電食現象も発生しにくくな
る。

（実施例） 以下、本発明の実施例について説明する。

実施例１および比較例１ 高アクリロニトリルタイプのアクリロニトリルプタジエ
ンゴム（日本ゼオン■製Ｎｉｐｏｌ　　１００１、以下
ＮＢＲという）３重量部を熱ローラーで約２０回素練り
し、これをメチルエチルケトン（以下ＭＥＫという）１
２重量部に溶解させてＮＢＲ−ＭＥＫ溶液を作威した。

このＮＢＲ−ＭＥＫ溶液１５重量部に熱硬化性レゾール
型フェノール樹脂５重量部およびＭＥＫＩＯ重量部を混
合し、更に混合物全体に対し０．　２重景％のレベリン
グ剤（信越シリコン社製ＫＰ３２１）を添加し、ＮＢＲ
−フェノール樹脂系接着剤溶液を得た。

以下、第１図を参考にしつつ説明する。

上記接着剤溶液をカーテンコート法で片面が粗面化処理
された２枚の銅はく３の粗面化面に塗布し、１００℃、
・３０分間予備乾燥した後、１．　５　ｍｍ厚のガラス
ーエポキシ樹脂積層板からなる絶縁基板２の両面に銅は
く３の接着剤塗布側を重ね、３５ｋｇ／ｃｎ＋”、１６
５゜Ｃで６０分間加熱し、第１図にその断面図を示すよ
うに厚さ３０〜５０μｍのゴム弾性を有する接着剤層１
を設仝ナたガラスエポキシ銅張積Ｎ仮６を作威した． 該銅張積層板の銅はくと基材との引きはがし強さは１．
　５　〜２．　５　ｋｇ／ｃｍで、はんだ耐熱（７ｔ）
−１−）は２６０゜Ｃ，１２０秒でも異常がなかった。

上記で得られたガラスエボキシ銅張積層板６および従来
のＡＮＳ　ＩグレードＦＲ−４のガラスエポキシ樹脂銅
張積層板を周知のサブトラクティブ法で、プリント配線
板を作製し、第３図に示す導体間隙８および導体幅９が
、７５μｍおよび１５０μｍの対抗電極を有するくし形
テストパターン７のプリント配線ｖｉ１０を得た。

次に、前記くし形テストパターンの対抗電極に１００Ｖ
の負荷をかけて、リード線をはんだ付けし、プレッシャ
ークッカーテスト（以下ＰＣＴという）を１２１℃、２
気圧の条件で行って、初期値、４８、７２および９６時
間後における絶縁抵抗を測定した結果を第４図（実施例
１）及び第５図（比較例１）に示す。

第４図および第５図から明らかなように、従来のエボキ
シガラス銅張積層板によるプリント配線板は、９６時間
で殆どが絶縁劣化しているが本発明のエボキシガラス銅
張積層板によるプリント配線板は絶縁劣化がないことが
分かる。

なお試験後にテストパターンを観察した結果、従来のエ
ポキシガラス銅張積層板によるプリント配線板には明か
な銅のマイグレーションが発生していたが、本発明のエ
ボキシガラス鋼張積層板によるプリント配線板は銅のマ
イグレーションが見られなかった。

実施例２ 以下、第２図を参考にしつつ説明する。

実施例１で作或した接着剤溶液をロールコート法で１．
　５　ｍｍ厚のガラスーエポキシ樹脂からなるブノプレ
グ上に、１　０　０　’Ｃ、３０分間の条件で予備乾燥
させて、厚さ３０〜５０μｍの接着剤１１が塗布された
ブリブレグ｛４を作威した。

次に、別途用意した０．２ｍｍ厚のプリブレグ１５を４
枚重ね、その両面に前記の接着剤付きブリプレグを接着
剤層が外側になるように置き、さらにその両面に片面が
粗面化処理された銅はく１３の粗而化面を接着剤１１上
に重ね、１　６　５　”Ｃ、３５ｋｇ／ｃｍ２の条件で
６０分間熱プレスすることによりガラスエボキシ銅張積
層板■６を得た。

該銅張積層板の銅は《と基材との引きはがし強さは１．
　５　〜２．　５　ｋｇ／　ｃｍで、はんだ耐熱（７［
：ｌ−１）は２６０゜ＣＩ２０秒でも異常がなかった。

（発明の効果） 本発明の銅張積層板は、電食現象が防止された安価で信
頼性の高いものであり、またこれを元に作製したプリン
ト配線板は、熱膨張係数の異なる半導体のペアチップも
実装可能であり、更に高密度配線パターンを有する場合
も、高温多湿条件において高い信頼性を確保することが
できるもので、工業上の利用価値の極めて高いものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明で製造した銅張積層板の
断面図であり、第３図はこの銅張積層板を回路形威して
なるくし形テストパターンを有するプリント配線板の平
面図であり、第４図は、実施例１で得られた銅張積層板
を回路形威してなるプリント配線板のＰＣＴによる絶縁
抵抗変化を表した図であり、第５図は、従来の銅張積層
板より得られたプリント配線板のＰＣ丁による絶縁抵抗
変化を表した図（比較例１）である。 １．１１−一一接着剤層　　２−一一絶縁基板３　　．
１３−−一　銅はく ４，　　５，　１４．　１５−一一プリブレグ６．１６
−一一銅張積Ｎ板 ７−−−＜Ｌ形テストパターン ８一一一導体間隙　　　　９−一一導体幅１０−一一プ
リント配線板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．片面が粗面化された銅はくの粗面化面と、ガラス−
   エポキシ樹脂からなるプリプレグまたは絶縁基板を、フ
   ェノール樹脂からなる接着剤を介して熱圧着させてなる
   銅張積層板。