JPWO2008087972A1 - 絶縁樹脂シート積層体、該絶縁樹脂シート積層体を積層してなる多層プリント配線板 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2007年1月16日に、日本に出願された特願2007−006615号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
(1)本発明の第一の態様は、樹脂組成物よりなる絶縁樹脂層を、フィルムまたは金属箔上に形成してなる絶縁樹脂シート積層体であって、前記樹脂組成物がアクリル系界面活性剤を含むものであることを特徴とする。
(2)前記アクリル系界面活性剤は、アクリル酸ブチル、ポリアクリル酸ブチル、アクリル酸ブチルとアクリル酸2エチル−ヘキシルの共重合体、アクリル酸2エチル−ヘキシル、及びポリアクリル酸2エチル−ヘキシルよりなる群より選ばれる少なくとも1種類以上である(1)に記載の絶縁樹脂シート積層体である。
(3)前記アクリル系界面活性剤は、アクリル酸ブチルをアクリル系界面活性剤中に50重量%以上含むものである(1)または(2)に記載の絶縁樹脂シート積層体である。
(4)前記アクリル系界面活性剤は、前記樹脂組成物中に0.1〜10重量%含まれるものである(1)ないし(3)のいずれかに記載の絶縁樹脂シート積層体である。
(5)前記樹脂組成物は、エポキシ樹脂を含むものである(1)ないし(4)のいずれかに記載の絶縁樹脂シート積層体である。
(6)前記エポキシ樹脂は、アリールアルキレン型エポキシ樹脂である(5)に記載の絶縁樹脂シート積層体である。
(7)前記絶縁性樹脂層は、無機充填材を含むものである(1)ないし(6)のいずれかに記載の絶縁樹脂シート積層体である。
(8)前記無機充填材は、球状溶融シリカである(7)に記載の絶縁樹脂シート積層体である。
(9)前記樹脂組成物は、フェノール系硬化剤及び/又はイミダゾール硬化剤を含むものである(1)ないし(8)のいずれかに記載の絶縁樹脂シート積層体である。
(10)前記絶縁性樹脂層は、フェノキシ樹脂を含むものである(1)ないし(9)のいずれかに記載の絶縁樹脂シート積層体である。
(11)前記絶縁性樹脂は、シアネート樹脂及び/またはそのプレポリマーを含むものである(1)ないし(10)のいずれかに記載の絶縁樹脂シート積層体である。
(12)前記絶縁樹脂シート積層体のフィルムは、耐熱性を有する熱可塑性樹脂フィルムである(1)ないし(11)のいずれかに記載の絶縁樹脂シート積層体である。
(13)前記絶縁樹脂シート積層体の金属箔が、銅箔またはアルミ箔である(1)ないし(11)のいずれかに記載の絶縁樹脂シート積層体である。
(14)前記絶縁樹脂シート積層体の金属箔は、互いに剥離可能に積層された、厚さの異なる二層の金属箔からなり、厚さの薄い極薄金属箔側に前記絶縁樹脂層が形成されている(1)または(2)に記載の絶縁樹脂シート積層体である。
(15)前記絶縁樹脂層の厚みが50μm以下である(1)ないし(14)のいずれかに記載の絶縁樹脂シート積層体である。
(16)前記絶縁樹脂層は、基材を含むものである(1)ないし(15)のいずれかに記載の絶縁樹脂シート積層体である。
(17)(1)ないし(16)のいずれかに記載の絶縁樹脂シート積層体を積層してなる多層プリント配線板である。
2 金属箔付き絶縁樹脂シート
3 絶縁樹脂層
4 フィルム
5 金属箔
6 内層回路基板
7 内層回路
10 外装回路
11 開口部
12 開口部
13 導体ポスト
14 ソルダーレジスト
15 半導体装置
16 多層プリント配線板
17 接続用電極部
18 半導体素子
19 半田バンプ
20 液状封止樹脂
本発明のフィルムまたは金属箔付き絶縁樹脂シートは、フィルムまたは金属箔上に絶縁樹脂層を形成してなる。
本発明のフィルム付き絶縁樹脂シート1または金属箔付き絶縁樹脂シート2は、前記の樹脂組成物で構成される絶縁樹脂層3を、フィルム4または金属箔5上に積層してなるものである。前記樹脂組成物で構成される絶縁樹脂層は、回路段差の埋め込み性、および埋め込み後の平坦性、およびレーザー加工性に優れる。
これは、本発明の絶縁樹脂シート積層体は、絶縁樹脂組成物にアクリル系界面活性剤を含んでいるため、分散性の向上、樹脂組成物をワニス化しフィルムまたは金属箔上に塗布・塗工する際にフィルムまたは金属箔上への濡れ性の向上、および樹脂組成物層とフィルムまたは金属箔との密着性の向上が可能となる。そしてその結果、絶縁樹脂層とフィルムまたは金属箔との界面が均一な平面になったためと考えられる。界面が均一な平面になると、後続のフォトリソグラフィー加工工程において、露光時の焦点のズレがなくなり、それにより解像度が向上するものと考えられる。このように解像度が上がることにより、より微細配線を有する多層プリント配線板の製造にも対応できることとなる。
通常、キャリア箔付き極薄金属箔は、プレス成形後の積層板に回路パターン形成する前にキャリア箔を剥離する。
なお、本発明のフィルムまたは金属箔付き絶縁樹脂シートを製造するにあたっては、内層回路基板と接合される側の絶縁樹脂層表面の粗化形状は極力小さく、微細なものであることが好ましい。これにより、本発明の作用を効果的に発現させることができる。
前記絶縁樹脂層をフィルムまたは金属箔上に形成する方法は、特に限定されない。例えば、アクリル系界面活性剤を含む樹脂組成物を溶剤などに溶解・分散させて樹脂ワニスを調製して、各種コーター装置を用いて樹脂ワニスを基材に塗工した後、これを乾燥する方法、樹脂ワニスをスプレー装置にてフィルムまたは金属箔に噴霧塗工した後、これを乾燥する方法、などが挙げられる。
これらの中でも、コンマコーター、ダイコーターなどの各種コーター装置を用いて、樹脂ワニスをフィルムまたは金属箔に塗工した後、これを乾燥する方法が好ましい。これにより、ボイドが少なく、均一な絶縁樹脂層の厚みを有するフィルムまたは金属箔付き絶縁樹脂シートを効率よく製造することができる。
これにより、消泡性や脱泡性を向上し、フィルムまたは金属箔と絶縁樹脂層との濡れ性を制御することが出来る。またこれらの中でも、アクリル酸ブチル、ポリアクリル酸ブチル、アクリル酸ブチルとアクリル酸2エチル−ヘキシルの共重合体、アクリル酸2エチル−ヘキシル、及びポリアクリル酸2エチル−ヘキシルが好ましい。また、アクリル系界面活性剤は、アクリル酸ブチルをアクリル系界面活性剤中に50.0重量%以上含むものであることが好ましい。アクリル系界面活性剤の含有量は、樹脂組成物の0.1〜10.0重量%でることが好ましく、さらに好ましくは0.3〜5.0重量%であることが好ましい。
ここで、アクリル系界面活性剤の好ましい量を上記範囲としたのは、上限を上回ると、塗膜表面にアクリル系界面活性剤が偏析するため、絶縁不良、および導体回路との密着不良が起きる恐れがあり、下限を下回ると、塗膜にはじきやムラなどの欠陥が発生するため、微細回路配線加工が困難になるため、生産性低下する恐れがあるからである。これにより、ワニス中から微小な気泡を素早く消失することが出来る。また、フィルムまたは金属箔上に絶縁樹脂を塗工する際、ムラやハジキなく均一な厚さの絶縁樹脂層を形成することが出来る。
ここで、熱硬化性樹脂としては、一般に公知の熱硬化性樹脂が使用できる。例えば、エポキシ樹脂、シアネートエステル樹脂、熱硬化型ポリイミド樹脂、熱硬化型ポリフェニレンエーテル樹脂、フェノール樹脂などが挙げられ、1種類あるいは2種類以上組合され使用され、特に制限されない。その中でも、耐熱性、耐薬品性、および加工性等の面から汎用性の高いエポキシ樹脂を使用するのが好ましい。さらに耐熱性、および剛性を高めたい場合には、シアネートエステル樹脂を併用することができる。
これらエポキシ樹脂の中でも特にアリールアルキレン型エポキシ樹脂が好ましい。これにより、吸湿半田耐熱性および難燃性を向上させることができる。
無機充填材の含有量が、上記下限値未満であると、低熱膨脹性、低吸水性を付与する効果が低下する場合がある。また、上記上限値を超えると、樹脂組成物の流動性の低下により絶縁樹脂層の成形性が低下することがある。無機充填材の含有量を上記範囲内とすることにより、これらの特性のバランスに優れたものとすることができる。
ここで、フェノール系硬化剤又はイミダゾール硬化剤の好ましい添加量を上記範囲としたのは、上限を上回るとシェルフライフが悪化し高粘度化するため回路埋め込みが困難になったり、生産性が安定しない恐れがあり、下限を下回ると、硬化性が不十分となり機械強度が低下したり、絶縁信頼性が低下したりする恐れがあるからである。
また、ビスフェノールA骨格とビスフェノールF骨格とを有するフェノキシ樹脂を用いることも好ましい。これにより、多層プリント配線板の製造時に内層回路基板と絶縁樹脂層との密着性を向上させることができる。
フェノキシ樹脂の重量平均分子量が、上記下限値未満であると、製膜性を向上させる効果が充分でない場合がある。一方、上記上限値を超えると、フェノキシ樹脂の溶解性が低下する場合がある。フェノキシ樹脂の重量平均分子量を上記範囲内とすることにより、これらの特性のバランスに優れたものとすることができる。
フェノキシ樹脂の含有量が、上記下限値未満であると、製膜性を向上させる効果が充分でないことがある。一方、上記上限値を超えると、相対的にシアネート樹脂の含有量が少なくなるため、低熱膨張性を付与する効果が低下することがある。フェノキシ樹脂の含有量を上記範囲内とすることにより、これらの特性のバランスに優れたものとすることができる。
ここで、前記シアネート樹脂の好ましい添加量を上記範囲としたのは、上限を上回ると機械強度が低下したり、得られる製品の耐湿性が低下したりする恐れがあり、下限を下回ると、絶縁樹脂層と導体回路の密着性が低下したり、剛性が低下したり、また耐熱性が低下したりする恐れがあるからである。
カップリング剤の含有量が、上記下限値未満であると、前記絶縁樹脂層とフィルムまたは金属箔との密着性の向上効果が小さい場合があり、またエポキシ樹脂等の樹脂と無機充填材とを含む場合には、樹脂と無機充填材との濡れ性向上効果が小さい場合がある。一方、上記上限値を超えると、絶縁樹脂層の曲げ強度が低下することがある。カップリング剤の含有量を上記範囲内とすることにより、これらの特性のバランスに優れたものとすることができる。
また、前記樹脂組成物は、必要に応じて、顔料、染料、消泡剤、レベリング剤、紫外線吸収剤、発泡剤、酸化防止剤、難燃剤、イオン捕捉剤等の上記成分以外の添加物を添加しても良い。
前記樹脂ワニスに用いられる溶媒は、前記樹脂材料中の樹脂成分に対して良好な溶解性を示すことが望ましいが、悪影響を及ぼさない範囲で貧溶媒を使用しても構わない。良好な溶解性を示す溶媒は、例えばアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等が挙げられる。
上記樹脂ワニス中の固形分含有量は、特に限定されないが、30〜80重量%が好ましく、特に40〜70重量%が好ましい。
本発明のプリプレグは、上記の絶縁樹脂組成物を繊維基材に含浸させてなるものである。これにより、誘電特性、高温多湿下での機械的、電気的接続信頼性等の各種特性に優れたプリント配線板を製造するのに好適なプリプレグを得ることができる。
前記樹脂ワニス中の不揮発分濃度としては特に限定されないが、40〜80重量%が好ましく、特に50〜65重量%が好ましい。これにより、樹脂ワニスの粘度を好適な水準とすることができ、繊維基材への含浸性を更に向上させることができる。前記繊維基材に前記絶縁樹脂組成物を含浸させ、所定温度、例えば80〜200℃で乾燥させることによりプリプレグを得ることが出来る。
図2にフィルム付き絶縁樹脂シートを用いた多層プリント配線板を製造する方法を例示する。図2(a)は、コア基板(例えばFR−4の両面銅箔)に回路パターン形成を行った内層回路基板6である。ドリル機で開孔して開口部11を設けた後、無電解めっきにより、開口部11にメッキ処理を行い、内層回路基板6の両面の導通を図る。そして、前記銅箔をエッチングすることにより内層回路7を形成する。
なお、前記多層プリント配線板を得る際に用いられる内層回路板は、例えば、内層回路部分を黒化処理等の粗化処理したものを好適に用いることができる。また開口部11は、導体ペースト、または樹脂ペーストで適宜埋めることができる。
なお、レーザー照射後の樹脂残渣等は過マンガン酸塩、重クロム酸塩等の酸化剤などにより除去することが好ましい。また、平滑な絶縁樹脂層3の表面を同時に粗化することができ、続く金属メッキにより形成する導電配線回路の密着性を上げることができる。本発明の樹脂組成物から形成された樹脂層は、前記粗化工程において微細な凹凸形状を均一に施すことができる。また、樹脂層表面の平滑性が高いため微細な配線回路を精度よく形成することができる。
一方、銅箔表面の微細な凹凸が絶縁樹脂層表面に転写されることを利用し、銅箔を全面エッチングする場合は、フィルム付き絶縁樹脂シートを用いたときと同様にして多層プリント配線板を製造することもできる。これにより、絶縁樹脂層にできた微細な凹凸により回路と絶縁樹脂層との密着性を向上させることができる。
図4は、本発明の半導体装置15の一例を示す断面図である。
図4に示すように、多層プリント配線板16の片面は、複数の接続用電極部17が設けられている。この多層プリント配線板の接続用電極部に対応して設けられた半田バンプ19を有する半導体素子18は、半田バンプ19を介して、前記多層プリント配線板と接続される。そして、多層配線板16と半導体素子18との間には液状封止樹脂20を充填し、半導体装置を形成する。尚、多層プリント配線板16は、内層回路基板6上に内層回路7、絶縁樹脂層3、および外層回路10が形成されており、内層回路7と外層回路10とは導体ポスト13介して接続されている。また、最外層はソルダーレジスト14で覆われている。半田バンプ19は、錫、鉛、銀、銅、ビスマスなどからなる合金で構成されることが好ましい。半導体素子と多層プリント配線板の接続方法は、フリップチップボンダーなどを用いて基板上の接続用電極部と半導体素子の金属バンプの位置合わせを行ったあと、IRリフロー装置、熱板、その他加熱装置を用いて半田バンプを融点以上に加熱し、基板上の多層プリント配線板と半田バンプとを溶融接合することにより接続する。尚、接続信頼性を良くするため、あらかじめ多層プリント配線板上の接続用電極部に半田ペースト等、比較的融点の低い金属の層を形成しておいても良い。この接合工程に先んじて、半田バンプおよび、または多層プリント配線板上の接続用電極部の表層にフラックスを塗布することで接続性を向上させることもできる。
<実施例1>
(1)ワニスの調整
ノボラック型シアネート樹脂(ロンザジャパン社製、プリマセットPT−30、重量平均分子量7.0×102)35.0重量部、ビフェニルジメチレン型エポキシ樹脂(日本化薬社製、NC−3000、エポキシ当量275、重量平均分子量2.0×103)25.0重量部、フェノキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン社製、jER4275、重量平均分子量6.0×104)5.0重量部、イミダゾール化合物(四国化成工業社製、キュアゾール1B2PZ(1−ベンジル−2−フェニルイミダゾール)0.1重量部をメチルエチルケトンに溶解させた。ここに、第1の界面活性剤としてアクリル酸ブチルとアクリル酸2エチル−ヘキシルを含有するアクリル系界面活性剤(ビックケミー・ジャパン社製、BYK−361N)を樹脂に対して2.8重量部分散させた。さらに、無機充填材/球状溶融シリカ(アドマテックス社製、SO−25R、平均粒子径0.5μm)32.0重量部とカップリング剤/エポキシシランカップリング剤(GE東芝シリコーン社製、A−187)0.1重量部を添加して、高速攪拌装置を用いて10分間攪拌して、固形分50重量%の樹脂ワニスを調製した。
上記で得られた樹脂ワニスを、キャリアフィルムとしてポリエチレンテレフタレートフィルム(三菱化学ポリエステル社製、SFB−38、厚さ38μmm、幅480mm)を用い、コンマコーター装置を用いて乾燥後の絶縁樹脂層の厚さが30μmとなるように塗工し、160℃で10分間乾燥して、フィルム付き絶縁樹脂シートを製造した。
尚、内層回路基板は、下記のものを使用した。
・コア材:ハロゲンフリー FR-4材、厚さ0.4mm
・導体層:銅箔厚み18μm、L/S=120/180μm
・クリアランスホール1mmφ、3mmφ、スリット2mm
・上下回路の層間厚み20μm(設計値)
得られた多層プリント配線板の両端から4cmを抜き、8cm間隔で断面観察を行い、絶縁樹脂層の層間厚さ(内層回路の上部から外層回路の下部まで)を5点測定した。
2.成形性
得られた多層プリント配線板の表面を観察して樹脂層の成形性を評価した。各符号は、以下の通りである。
○:全サンプルにおいてハジキ、ムラがなく良好なもの
×:ハジキ、ムラが発生したもの
3.半田耐熱評価
PCT−121℃/100%、2時間で前処理した後、260℃の半田浴に30秒浸漬させ、膨れの有無を評価した。尚、得られた多層プリント配線板50mm四方に切断、#1200研磨紙で端面研磨したものを3つ用意しサンプルとした。
各符号は、以下の通りである。
○:全サンプルにおいて膨れ発生なく良好なもの
×:1つでも、膨れが発生したもの
4.絶縁信頼性
フィルム付き絶縁樹脂シートを用い、内外層に導体間隔50μmのくし形パターンを有する、絶縁信頼性試験用の4層プリント配線板を作製し、これらの絶縁抵抗を自動超絶縁抵抗計(ADVANTEST社製)で測定した後、HAST−130℃/85%の雰囲気中で、直流電圧50Vを印加、96時間経過後の絶縁抵抗を測定した。測定時の印加電圧は100Vで1分とし、絶縁抵抗が1×109Ω以上であるものを合格とした。
各符号は、以下の通りである。
○:絶縁抵抗が1×109Ω以上であるもの
×:絶縁抵抗が1×109Ω未満であるもの
表面粗さ(Ra、Rz)を非接触型3次元光干渉式表面粗さ計で測定した。(日本ビーコ社製、WYKO NT1100)尚、評価サンプルは、実施例1、および比較例1の絶縁樹脂シート積層体を用いた。得られた結果を、表2に示す。
表2の結果から明らかなように、実施例1の絶縁樹脂シート積層体絶縁樹脂層の表面粗さは、比較例1の絶縁樹脂層の表面粗さに対して三分の一程度と低く、平滑性が高いため半田耐熱性に優れる。
このように平滑性が高い(表面粗さが小さい)ことから、半田工程に供した場合、実施例1の評価サンプルは比較例1の評価サンプルに対してボイド発生量が小さく、従って、表1の結果が示すように、絶縁樹脂層と導体回路との間の高い密着性、ひいては高い絶縁信頼性が得られると考えられる。
絶縁樹脂層を形成する方法を、フィルム上でなく12μm銅箔上にした以外は、実施例1と同じにした。
絶縁樹脂層を形成する方法を、フィルム上でなくキャリア箔付き3μmの極薄銅箔上にした以外は、実施例1と同じにした。
樹脂組成物を、ガラス繊維布(IPC品番、#1015)に含浸し、フィルム上に温度125℃、圧力0.5MPaで張り合わせて積層した以外は、実施例1と同じにした。
比較例1は絶縁樹脂層の層間厚さが実施例に劣り誤差が大きかった。これは微小なハジキやムラが発生するため、成形性に問題があった。そのため多層プリント配線板の絶縁信頼性に関しても、絶縁信頼性試験で抵抗値が低下し絶縁性が劣る結果となった。
また、表2から明らかなように、絶縁樹脂シート積層体の絶縁樹脂層が不均一なため、導体回路への成形性が不十分であることが原因であった。 比較例2はフィルムに塗工する時点で大きなハジキが発生し、成膜すること自体が困難であった。そのため多層プリント配線板の絶縁信頼性に関しても、絶縁信頼性試験で抵抗値が低下し絶縁性が劣る結果となった。これは、導体回路への成形性が不十分であることに加え、フッ素系界面活性剤のため導体回路との密着性が低下し剥離していたことが原因であった。
Claims (17)
- 樹脂組成物よりなる絶縁樹脂層を、フィルムまたは金属箔上に形成してなる絶縁樹脂シート積層体であって、前記樹脂組成物がアクリル系界面活性剤を含むものであることを特徴とする絶縁樹脂シート積層体。
- 前記アクリル系界面活性剤は、アクリル酸ブチル、ポリアクリル酸ブチル、アクリル酸ブチルとアクリル酸2エチル−ヘキシルの共重合体、アクリル酸2エチル−ヘキシル、及びポリアクリル酸2エチル−ヘキシルよりなる群より選ばれる少なくとも1種類以上である請求項1に記載の絶縁樹脂シート積層体。
- 前記アクリル系界面活性剤は、アクリル酸ブチルをアクリル系界面活性剤中に50重量%以上含むものである請求項1または2に記載の絶縁樹脂シート積層体。
- 前記アクリル系界面活性剤は、前記樹脂組成物中に0.1〜10重量%含まれるものである請求項1または2に記載の絶縁樹脂シート積層体。
- 前記樹脂組成物は、エポキシ樹脂を含むものである請求項1または2に記載の絶縁樹脂シート積層体。
- 前記エポキシ樹脂は、アリールアルキレン型エポキシ樹脂である請求項5に記載の絶縁樹脂シート積層体。
- 前記樹脂組成物は、無機充填材を含むものである請求項1または2に記載の絶縁樹脂シート積層体。
- 前記無機充填材は、球状溶融シリカである請求項7に記載の絶縁樹脂シート積層体。
- 前記樹脂組成物は、フェノール系硬化剤及び/又はイミダゾール硬化剤を含むものである請求項1または2に記載の絶縁樹脂シート積層体。
- 前記樹脂組成物は、フェノキシ樹脂を含むものである請求項1または2に記載の絶縁樹脂シート積層体。
- 前記樹脂組成物は、シアネート樹脂及び/またはそのプレポリマーを含むものである請求項1または2に記載の絶縁樹脂シート積層体。
- 前記絶縁樹脂シート積層体のフィルムは、耐熱性を有する熱可塑性樹脂フィルムである請求項1または2に記載の絶縁樹脂シート積層体。
- 前記絶縁樹脂シート積層体の金属箔は、銅箔またはアルミ箔である請求項1または2に記載の絶縁樹脂シート積層体。
- 前記絶縁樹脂シート積層体の金属箔は、互いに剥離可能に積層された、厚さの異なる二層の金属箔からなり、厚さの薄い極薄金属箔側に前記絶縁樹脂層が形成されている請求項1または2に記載の絶縁樹脂シート積層体。
- 前記絶縁樹脂層の厚みは、50μm以下である請求項1または2に記載の絶縁樹脂シート積層体。
- 前記絶縁樹脂層は、基材を含むものである請求項1または2に記載の絶縁樹脂シート積層体。
- 請求項1または2に記載の絶縁樹脂シート積層体を積層してなる多層プリント配線板。
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