JPH06237055A - 積層板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】アラミド繊維不織布を基材に用いた基板の、ア
ラミド繊維不織布と樹脂との接着性を改良することによ
って吸湿時の特性を改良し、熱膨張係数が低く、且つ部
品を表面実装した場合にその接続信頼性に優れる基板を
提供する。 【構成】アラミド繊維不織布に無機質充填剤、カップリ
ング剤、溶剤及び少量の樹脂バインダからなる混合物を
含浸、乾燥し、次に熱硬化性樹脂を含浸、乾燥してプリ
プレグとし、これを熱圧成形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プリント配線板に用い
られる積層板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、電子機器の小型化、高密度化が進
むにつれて、プリント配線板に実装される部品は従来の
挿入型から面付け型に移行してきている。そのため、プ
リント配線板への実装方式も表面実装方式が主流になり
つつある。したがって、プリント配線板として用いられ
る銅張積層板にも種々の要求が厳しくなってきている。

【０００３】すなわち、チップ等の部品をプリント配線
板に表面実装する場合、その接続信頼性の点から熱膨張
係数の整合が問題になる。たとえば、最近広く用いられ
るようになってきた薄型の表面実装タイプのＴＳＯＰ
（Ｔｈｉｎ Ｓｍａｌｌ Ｏｕｔｌｉｎｅ Ｐａｃｋａｇ
ｅ）の熱膨張係数は、約５×１０^-6/℃である。ところ
が、プリント配線板として一般に広く用いられているガ
ラス布基材エポキシ樹脂銅張積層板などの繊維強化プラ
スチック系の基板の熱膨張係数は、約１５乃至１７×１
０^-6/℃であり、実装される部品のそれに比べて非常に
高い。そのために、このように熱膨張係数が低い部品を
熱膨張係数の高いプリント配線板に表面実装した場合、
その大きな熱膨張係数差によつて、その接続部のはんだ
にクラックが発生しやすく、実用に耐える接続信頼性を
確保することができない。チップ部品との接続信頼性を
向上させるためには、実装される部品に近い熱膨張係
数、すなわち低熱膨張係数を有する基板が必要になって
くる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】熱膨張係数の低い基板
材料としては、上記の有機系基板とは異なったアルミナ
や窒化アルミニウムなどのセラミック基板、インバーや
４２合金などの低熱膨張金属をコアとして用いた金属コ
ア基板が利用されている。ところがこれについてみる
と、セラミック基板は非常に硬質なため有機系基板と同
様なドリル穴明けや切断などの機械加工ができない、大
型の基板ができない、有機系基板に比べて重いために軽
量化に不利である、靭性が乏しいために割れやすく取り
扱い性が悪い、あるいは回路加工や多層化の工程が煩雑
でコスト高になるなどの課題がある。また、低熱膨張金
属を芯にした金属コア基板は、重量が重く軽量化に対応
できない、スルホール形成時に金属芯の穴内に絶縁被覆
を施す必要があるなどの課題がある。したがって、従来
の加工性に優れた有機系基板で熱膨張係数の低い基板の
開発が望まれている。

【０００５】低熱膨張の有機系基板としては、以前から
石英繊維やアラミド繊維などの低熱膨張基材を用いたも
のが検討されている。しかし、石英繊維は機械加工性が
極めて悪く、しかも高価であるため実用化に到っていな
い。一方、アラミド繊維は石英繊維と同様に機械加工性
が悪く、しかも樹脂との接着性が低く、吸湿しやすいた
めに吸湿時の絶縁特性や寸法安定性の低下の問題があ
る。最近、アラミド繊維の機械加工性を改良するため
に、クロスに代って不織布が使われはじめている。クロ
スに比べて機械加工性は改善されるが、樹脂との接着性
や吸湿時の特性劣化の問題点は依然として解決されな
い。このようなことから、アラミド繊維不織布も広く用
いられるには到っていない。

【０００６】その解決方法として、特開昭６３ー２０９
８３６号公報に示されるように、予めカップリング剤で
処理したアラミド繊維不織布に樹脂を含浸する方法、あ
るいはアラミド繊維の表面を酸、アルカリ処理やプラズ
マ処理で活性化して樹脂との反応性を改良する方法等が
提案されているが、実用に耐え得るまでに十分な樹脂と
の接着性は得られていないのが現状である。

【０００７】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、アラミド繊維不織布を基材に用いた基板の、ア
ラミド繊維不織布と樹脂との接着性を改良することによ
って吸湿時の特性を改良し、熱膨張係数が低く、且つ部
品を表面実装した場合にその接続信頼性に優れる基板を
提供することを目的としたものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の構成を説明すると、本発明は、アラミド繊維
不織布に無機質充填剤、カップリング剤、溶剤及び少量
の樹脂バインダからなる混合物を含浸、乾燥し、次に熱
硬化性樹脂を含浸、乾燥してプリプレグとし、これを熱
圧成形する技術手段を講じている。

【０００９】無機質充填剤としては、シリカ、アルミ
ナ、コージェライト、ジルコニア、ムライト、スピネ
ル、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、カルシア、
マグネシアなどの各種セラミック粉末、ガラス短繊維、
ウィスカなどの繊維状物などを用いることができるが、
その中でも得られる基板の熱膨張係数を低くするには、
熱膨張係数の低い溶融シリカまたはコージェライトが好
適である。溶融シリカは安価であり、コージェライトは
硬度が低いために得られる基板の機械加工性が優れるな
どの長所もある。無機質充填剤の添加量は、特に制限し
ないがプリプレグ全体の５乃至５０体積％が好適であ
る。５体積％未満では吸湿時特性の改良効果が十分でな
く、５０体積％を越えるとプリプレグの成形性が大きく
損なわれるためである。

【００１０】カップリング剤としては、γークロルプロ
ピルリメトキシシラン、ビニルトリクロルシラン、ビニ
ルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ
ーメタクリロキシプロプルトリメトキシシラン、β
（３，４ーエポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキ
シシラン、γーグリシドキシプロプルトリメトキシシラ
ン、γーメルカプトプロピルトリメトキシシラン、γー
アミノプロピルトリエトキシシラン、ＮーＢー（アミノ
エチル）ーγーアミノプロピルトリメトキシシラン、γ
ーウレイドプロピルトリエトキシシラン等のシランカッ
プリング剤、チタンアシレート、チタンアルコラート、
チタニウムステアレート等チタネート系カップリング
剤、ステアリング酸ジルコニウムブチレート、ジルコニ
ウムアセチルアセトネート、アセチルアセトンジルコニ
ウムブチレート等のジルコニウム系カップリング剤等の
各種カツプリング剤を用いる樹脂と充填剤の組合せによ
って使い分けることができる。

【００１１】無機質充填剤、カップリング剤とともに混
合する樹脂バインダとしては、エポキシ樹脂、フェノー
ル樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹
脂、不飽和ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、尿素樹
脂、メラミン樹脂などが用いられる。

【００１２】アラミド繊維不織布に含浸する樹脂として
は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、
ビニエステル樹脂、シリコーン樹脂、メラミン樹脂、不
飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂や、ポリサル
フォン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケ
トン、ポリフェニレンオキサイドなどの熱可塑性樹脂を
用いることができるが、これらの中ではエポキシ樹脂が
アラミド繊維との接着性やその他の電気特性の点から最
も適している。なお、最初に無機質充填剤、カップリン
グ剤とともにアラミド繊維不織布に含浸する樹脂バイン
ダとその後に含浸するマトリックス樹脂は、それぞれの
密着性の観点から同種類のものであることが望ましい。

【００１３】

【作用】アラミド繊維は、負の熱膨張係数をもつ。した
がって、これを強化材に用いた積層板の面内の熱膨張係
数は、通常のガラス繊維を用いた積層板より低くなる。
ところが、アラミド繊維は吸湿しやすく、しかも樹脂と
の接着性が悪いためにプリント配線板用の基板として要
求されるはんだ耐熱性、特に吸湿時のはんだ耐熱性が不
十分であるという課題を有する。ガラス繊維等では、樹
脂との接着性を高めるのにシランカップリング剤処理等
の表面処理が行われており、大きな効果が得られてい
る。しかし、カップリング処理は、無機材料と有機材料
との接着性の改良には大きな効果があるが、アラミド繊
維も樹脂も共に有機材料であるために、カップリング処
理はほとんど効果がないのが現状である。

【００１４】本発明は、この課題を改良するものであ
る。すなわち、アラミド繊維不織布に樹脂を含浸してプ
リプレグとし、これを熱圧成形する積層板の製造方法に
おいて、アラミド繊維不織布へのマトリックス樹脂の含
浸に先立ち、アラミド繊維不織布に無機質充填剤、カッ
プリング剤、樹脂バインダ及び溶剤からなる組成物を含
浸、乾燥し、ついで熱硬化性樹脂組成物を含浸、乾燥し
てプリプレグとするものである。

【００１５】アラミド繊維不織布は、有機材料であるた
め、これを有機材料である樹脂と複合するとき、カップ
リング剤を加えてもカップリング剤は有機材料と無機材
料との接着性改善には有効であるが、有機材料と有機材
料との接着性の改良にはほとんど効果がないため、アラ
ミド繊維と樹脂との密着性はほとんど向上しない。そこ
で、本発明者らは、アラミド繊維と樹脂との密着性を向
上させるために、無機質充填剤を混合することを考え
た。すなわち、アラミド繊維、樹脂及び無機質充填剤の
三成分からなる系にカップリング剤を添加すると、カッ
プリング剤によって無機質充填剤と有機材料であるアラ
ミド繊維との密着性が向上し、一方、カップリング剤に
よつて無機質充填剤と樹脂との密着性も向上する。つま
り、無機質充填剤を中間材として、アラミド繊維ー無機
質充填剤ー樹脂という結合が得られ、結果的にアラミド
繊維と樹脂との密着性が向上するのである。

【００１６】ただし、これらアラミド繊維、樹脂及び無
機質充填剤の混合に当り、従来のカップリング処理で行
われているように、予め無機質充填剤をカップリング処
理してこれを樹脂に混合してアラミド繊維不織布に含浸
する方法や、無機質充填剤とカップリング剤とを樹脂に
混合した後にアラミド繊維不織布に含浸する、いわゆる
インテグラルブレンド法では十分な効果が得られない。
これは、アラミド繊維の表面の活性が樹脂に比べて低
く、カツプリング剤を樹脂とアラミド繊維にほぼ同じに
添加したのでは、カツプリング剤の無機材料との反応性
に富んだ官能基は無機質充填剤と反応するが、カップリ
ング剤のもう一方の有機材料との反応性に富んだ官能基
は、樹脂とアラミド繊維のうち、より表面の活性の高い
樹脂と反応してしまい、アラミド繊維とはほとんど反応
しない。よって、アラミド繊維と樹脂の密着性は殆ど改
善されない。

【００１７】これに対して、本発明のごとくアラミド繊
維への樹脂含浸に先だって、まず無機質充填剤とカップ
リング剤を中心とする系をアラミド繊維不織布に含浸す
る。なお、無機質充填剤とカップリング剤だけではアラ
ミド繊維不織布への含浸が困難であるので、無機質充填
剤とカップリング剤に溶剤と少量の樹脂バインダを添加
してアラミド繊維不織布への含浸を容易にする。樹脂バ
インダは、アラミド繊維への無機質充填剤の付着性を付
与する役割を果たす。つまり、アラミド繊維不織布に無
機質充填剤とカップリング剤とを含浸、乾燥しても無機
質充填剤が粉体であるため、アラミド繊維不織布に十分
に付着せず、その後の工程で容易に脱落してしまう。そ
こで、無機質充填剤とカップリング剤からなる系に樹脂
バインダを添加すると、樹脂バインダが無機質充填剤の
アラミド繊維への付着性を改良し、含浸、乾燥後の無機
質充填剤のアラミド繊維からの脱落を防止することがで
きるのである。ただし、樹脂バインダは少量であること
が必要である。これは前述のように、カップリング剤と
の反応性はアラミド繊維に比べて樹脂の方が高く、樹脂
バインダの量が多いとカップリング剤が選択的に樹脂と
反応してしまい、アラミド繊維とほとんど反応せず、し
たがってカップリング剤による密着性の向上効果が得ら
れないためである。添加する樹脂バインダの量は、アラ
ミド繊維不織布に対して３乃至１５重量部が望ましい。
３重量部未満では、無機質充填剤のアラミド繊維不織布
への付着性向上の効果が十分でなく、１５重量部を超え
るとカップリング剤とアラミド繊維不織布との反応の低
下が大きくなるためである。なお、溶剤の添加は混合系
の粘度を低下させてアラミド繊維不織布への無機質充填
剤、カップリング剤及び樹脂バインダの含浸性の向上に
効果がある。

【００１８】このようにして、アラミド繊維不織布に無
機質充填剤、カップリング剤、溶剤及び少量の樹脂バイ
ンダを含浸、乾燥したものは、すでにカップリング剤に
よってアラミド繊維と無機質充填剤間に結合が生じてい
るために、これにさらにマトリックス樹脂を含浸、乾燥
してプリプレグとし、これをプレス成形して得られる積
層板は、アラミド繊維、無機質充填剤及びマトリックス
樹脂の密着性が強固であり、従来のアラミド繊維不織布
を基材とした積層板に比べて吸湿時のはんだ耐熱性等の
特性が良好になる。

【００１９】さらに、このようにして得られる積層板
は、無機質充填剤を含有することによって積層板の弾性
率が高くなり、熱膨張係数は低くなる。したがって、ア
ラミド繊維の特徴である低熱膨張係数を有効に生かすこ
とができ、従来の充填剤のないアラミド繊維不織布基材
の積層板よりも低熱膨張係数の基板を得ることができ
る。また、アラミド繊維不織布を基材とした積層板は、
従来のガラス布を基材とした積層板に比べて弾性率が低
いために、基板そのものの熱膨張係数は、ガラス布を基
材とした基板に比べて低いが、熱膨張係数が高く、弾性
率の高い銅箔が存在すると全体の熱膨張係数が高くなっ
てしまう。これに対しても、本発明のように充填剤を添
加すると基板の弾性率が高くなるので銅箔の影響が少な
くなり、銅箔が存在しても全体の熱膨張係数は、従来よ
り低くすることができる。また、充填剤が存在すること
により、基板全体に占める樹脂の割合が低くなる。その
ため、基板の吸湿量が少なくなるため、吸湿時のはんだ
耐熱性や絶縁特性、あるいは寸法安定性等の特性も向上
する。

【００２０】

【実施例】本発明の実施例を以下説明する。 実施例 溶融シリカ粉末１００重量部、エポキシ樹脂２０重量
部、γーアミノプロピル・トリエトキシシラン５重量部
及びメチルエチルケトン４０重量部を混合し、これをア
ラミド繊維不織布（サーマウント２３０、デュポン社
製）に含浸し、温度１００℃で１０分間乾燥した。得ら
れたものは、アラミド繊維不織布７０重量％、溶融シリ
カ２５重量％、エポキシ樹脂５重量％からなるものであ
った。ついで、このようにして得られたものに、さらに
エポキシ樹脂を含浸させて、温度１６０℃で３分間乾燥
してプリプレグとした。このプリプレグは、アラミド繊
維不織布５５重量％、エポキシ樹脂２５重量％、溶融シ
リカ２０重量％及びγーアミノプロピル・トリエトキシ
シランからなるものであった。このプリプレグを８枚積
み重ね、その両面に厚さ３５μｍの銅箔を置いてプレス
成形して厚さ０．８ｍｍの積層板を得た。この積層板の
銅箔エッチング除去後の常態と煮沸後のはんだ耐熱性及
び銅箔があるときと銅箔エッチング除去後の熱膨張係数
の測定結果を表１に示す。

【００２１】比較例 比較のためにアラミド繊維不織布に充填剤もカップリン
グ剤も添加せずに、エポキシ樹脂のみを含浸したもの
（比較例１）、充填剤を用いずにアラミド繊維不織布を
γーアミノプロピル・トリエトキシシランで処理した
後、エポキシ樹脂を含浸したもの（比較例２）、エポキ
シ樹脂、溶融シリカ、γーアミノプロピル・トリエトキ
シシランを一回の塗工で同時にアラミド繊維不織布に含
浸して実施例と同様の組成としたもの（比較例３）をそ
れぞれ測定し、実施例と同様にそのはんだ耐熱性と熱膨
張係数を測定した。その結果を表１に示す。

【００２２】実施例の方法で得られた積層板は、はんだ
耐熱性についてみると煮沸５時間後でも異常がみられず
良好であり、熱膨張係数も比較例の充填剤のないものに
比べて、銅箔のない積層板自体の値も低く、さらに銅箔
が存在するときの値も低いものであった。なお、比較例
１及び比較例２では煮沸後のはんだ耐熱性が悪く、充填
剤がないために熱膨張係数も実施例に比べて高かった。
比較例３では、熱膨張係数は実施例と大差がなかった
が、煮沸後のはんだ耐熱性は十分でなかった。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【発明の効果】以上、述べてきたように本発明の方法に
よれば、アラミド繊維不織布を基材とする積層板におい
て、これまで最大の課題であったアラミド繊維と樹脂と
の接着性の低いことに起因するはんだ耐熱性等の耐熱衝
撃性、特に吸湿時の特性を改良することができる。しか
も同時に、充填剤を添加することによって、さらに基板
の低熱膨張化ができ、アラミド繊維のもつ低熱膨張係数
という特徴を十分に生かすことができる。したがって、
今後さらに進む半導体素子パッケージの小型化、高密度
化あるいはベアチップ化により要求される基板の低熱膨
張化に非常に有効である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２９Ｋ 105:06

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アラミド繊維不織布に無機質充填剤、カ
   ップリング剤、溶剤及び少量の樹脂バインダからなる混
   合物を含浸、乾燥し、次に熱硬化性樹脂を含浸、乾燥し
   てプリプレグとし、これを熱圧成形することを特徴とす
   る積層板の製造方法。
2. 【請求項２】 熱硬化性樹脂が、エポキシ樹脂であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の積層板の製造方法。
3. 【請求項３】 カップリング剤が、シランカップリング
   剤であることを特徴とする請求項１記載の積層板の製造
   方法。
4. 【請求項４】 無機質充填剤が、シリカを主成分とする
   ものであることを特徴とする請求項１記載の積層板の製
   造方法。
5. 【請求項５】 無機質充填剤が、コージェライトを主成
   分とするものであることを特徴とする請求項１記載の積
   層板の製造方法。