JPH06322157A

JPH06322157A - 層間接着用高誘電率プリプレグ

Info

Publication number: JPH06322157A
Application number: JP10713593A
Authority: JP
Inventors: Takao Sugawara; 隆男菅原; Katsuhiro Onose; 勝博小野瀬; Masami Arai; 正美新井
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1993-05-10
Filing date: 1993-05-10
Publication date: 1994-11-22

Abstract

(57)【要約】【目的】寸法安定性や接着性に優れた多層板層間接着
用高誘電率プリプレグを提供すること。【構成】１７０℃よりも高い融点またはガラス転移温
度を有する熱可塑性樹脂１００重量部に高誘電率のセラ
ミックス粉末１００〜６００phrを混合したワニスをガ
ラスクロス繊維基材に含浸乾燥して得られるプリプレグ
を、さらにエポキシ樹脂で被覆した構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多層板の層間接着用の
高誘電率プリプレグに関する。

【０００２】

【従来の技術】電子機器の小形化・高密度化により、プ
リント配線板には多層板が多く使用されるようになって
きた。この多層板の内層に高誘電率の層を設けることに
より、導体幅をさらに小さくすることができ、これによ
り配線密度を高くすることができる。また、この層をコ
ンデンサとして積極的に利用し、例えば回路導体のスト
レーキャパシティによりバイパスコンデンサとして高周
波成分をグランド層に流したり、導体をコンデンサ
（Ｃ）やインダクタンス（Ｌ）としてさらに印刷抵抗に
より抵抗（Ｒ）を形成し、Ｃ，Ｌ，Ｒを内層表面に形成
し実装密度を向上させることができる。多層板の内層に
高誘電率の層を設けるには、特開昭５５ー５７２１２号
公報、特開昭６１ー１３６２８１号公報、特開昭６１ー
２８６１２９号公報にみられるようにエポキシ樹脂やポ
リテトラフルオロエチレン樹脂などの樹脂組成物中に例
えばチタン酸バリウムなどの高誘電率のセラミックスを
混合したワニスをガラスクロス繊維基材に含浸し乾燥し
て得られたプリプレグを複数枚重ね、最外層に銅箔を積
層しプレスにより圧縮成形し銅張り積層基板を製造す
る。そして得られた基板をエッチングにより回路形成し
て回路基板（以下、銅張り積層基板を回路加工した基板
を回路基板と称す）として用いプリプレグを介して積層
し多層板を製造する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】高誘電率の基板を回路
基板として使用する例は多いが、最近、高誘電率のプリ
プレグを多層板の層間接着用に使用する要求が強くなっ
てきた。このプリプレグに要求されることは、回路基板
の導体回路をプリプレグで埋めなければならないことで
ある。この特性を内層回路充填性と称す。また内層基板
の樹脂と導体との接着性が良くなければならない。とこ
ろが、高誘電率のプリプレグは樹脂に高誘電率のセラミ
ックスを多量に添加してあるため樹脂分が少なく、流動
性が悪くなり、回路基板の導体回路を埋めきれずボイド
が発生する内層回路充填性に劣ったり、回路基板の導体
や樹脂との接着性に劣る問題点があった。これらの対策
としてセラミックスの添加量を下げ流動性を確保すれば
よいが、添加量を下げると、誘電率が下がるのでさらに
誘電率の高いセラミックスを使用しなければならなくな
る。

【０００４】しかしながら、誘電率の高いセラミックス
は誘電正接が高く、また温度変化に対して誘電率の変化
が大きくなり、使用にあったては誘電率が多少変動して
も差し支えないようなところに制限されて使用されるの
みであり、回路にＬ，Ｃ，Ｒを部品と同じように使用す
る場合には、誘電率の変動は許されないものであり温度
にたいして誘電率の変化が少なくまた誘電正接の低いセ
ラミックスを使用しなければならない。さらに多層板の
回路にＬ，Ｃ，Ｒを設けるので最外層に設ける場合と異
なりトリミングによりＣを調整することができず、回路
基板に精度よくコンデンサを形成できるものでなければ
ならない。そして、多層板にさらに要求されるのは、高
寸法安定性である。接着性を向上させるには高い圧力で
成形した方が接着強さが高くなるため高い圧力で成形し
た方がよいが、そのとき回路基板の導体回路によりガラ
スクロス基材が変形されてしまい、得られた多層板は寸
法安定性が悪くなりねじれやそりを生じたりする欠点が
あった。本発明はかかる状況に鑑みなされたものであっ
て、寸法安定性や接着性に優れた多層板の層間接着用高
誘電率プリプレグを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、１７
０℃よりも高い融点またはガラス転移温度を有する熱可
塑性樹脂１００重量部に高誘電率のセラミックス粉末１
００〜６００phrを混合したワニスをガラスクロス繊維
基材に含浸乾燥して得られるプリプレグを、さらにエポ
キシ樹脂で被覆した構成とした層間接着用高誘電率プリ
プレグである。第１図を用いて本発明を説明する。第１
図はプリプレグの断面図である。１はガラスクロス繊維
基材であり、２は１７０℃よりも高い融点、ガラス転移
温度を有する熱可塑性樹脂であり、３は高誘電率のセラ
ミックスである。そして、４は１、２、３から構成され
るプリプレグ（１）（以下１、２、３で構成されるプリ
プレグをプリプレグ（１）と称す。）を被覆したエポキ
シ樹脂であり、被覆するエポキシ樹脂４中に高誘電率の
セラミックスを１５０phr以下添加してもよい。１、
２、３、４で構成されるプリプレグをプリプレグ（２）
とする。

【０００６】熱可塑性樹脂の融点またはガラス転移温度
を１７０℃以上としたのは、被覆するエポキシ樹脂の成
形温度で樹脂を軟化させたり、流動させないためであ
る。被覆するエポキシ樹脂の成形温度は、通常１７０℃
であり高くとも１８０℃である。この熱可塑性樹脂は、
溶剤に可溶なものの方がワニスを形成し高誘電率のセラ
ミックスを分散させるのに好都合であるが、ポリテトラ
フルオロエチレン樹脂のように界面活性剤を使用し液体
中に分散させるものでもよい。好適な樹脂を例示する
と、ポリサルフォン樹脂、ポリエーテルサルフォン樹
脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリフェニレン
エーテル樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテル
エーテルケトン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリテトラ
フルオロエチレン樹脂、ポリ４−フッ化エチレン６−フ
ッ化プロピレン共重合体樹脂である。これらの熱可塑
性樹脂は、溶剤に溶かしたり液体中に分散させて高誘電
率のセラミックスを分散させる。そしてガラスクロス繊
維基材に含浸後乾燥させてプリプレグ（１）を作製す
る。溶剤に溶解させた樹脂では、溶剤を飛散させるのみ
でよいが、例えば水に分散したポリテトラフルオロエチ
レン樹脂と高誘電率セラミックスのデスパージョンを使
用する場合、樹脂の融点付近まで加熱して溶融させる必
要がある。ただし多孔質状態でもよいが、セラミックス
粉がガラスクロス繊維基材から剥離して落ちない程度と
する。熱可塑性樹脂には、樹脂特性を改良するため架橋
性のポリマーやモノマー、過酸化物、カップリング剤、
着色剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤等を添加してもよ
い。

【０００７】高誘電率のセラミックスとして、ルチル型
の二酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸ストロン
チウム、チタン酸カルシウム、チタン酸鉛、チタン酸ビ
スマス、チタン酸マグネシウム、ジルコン酸バリウム、
ジルコン酸鉛系セラミックスをあげることができる。こ
の中でも二酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、チタ
ン酸カルシウム、及びこれらの混合物が好適に用いら
れ、誘電率の温度変化を小さくするために温度係数が＋
１００〜−５０００ppm／℃のセラミックスを用いるの
が特によい。セラミックスは乾燥して用いことが重要で
ある。乾燥しないと水の影響により誘電正接が特に高く
なる。セラミックスの添加量は１００phr以下では誘電
率を高くすることができなく、６００phr以上では添加
量が多すぎてセラミックスの隙間を樹脂で埋めることが
できずボイドとなり、このボイドにより誘電率が低下し
てしまうためである。このボイドは、被覆するエポキシ
樹脂で埋めることができない。６００phr以下の添加量
でのボイドは樹脂に余裕があるため埋めることができ
る。セラミックスの平均粒子径は０．１〜１０μｍが良
く、幅広い分布を持つものがよい。

【０００８】被覆に用いるエポキシ樹脂は、基板に通常
用いられているものをそのまま使用することができる
が、多層板の層間接着用であるので硬化剤の添加量を少
し減らし硬化速度を遅くして流動性を向上させるように
するとよい。エポキシ樹脂で、被覆する方法としてプリ
プレグ（１）をエポキシ樹脂ワニス中に通し、余分なワ
ニスをしごき落とし乾燥して得たり、フィルム基材上に
エポキシ樹脂ワニスを一定厚みに流延して乾燥させたフ
ィルム状エポキシ樹脂をプリプレグ（１）にラミネート
して得る方法がある。前者の場合、エポキシ樹脂がプリ
プレグ（１）中の空隙に含浸して、その空隙を埋めるの
でボイドの少ないプリプレグが得られる。被覆するエポ
キシ樹脂の厚みは、薄い方がプリプレグ（２）の誘電率
を被覆するエポキシ樹脂で低下させる割合が少ないので
よいが、薄すぎると回路基板の導体回路を埋めきれなく
なってしまう。導体箔の厚み、残導体率（導体回路等の
導体が、基板面積に占める割合）により異なるが、導体
箔厚みが厚くなるほど厚くする。エポキシ樹脂には、流
動性を阻害しない１５０phr以下の高誘電率セラミック
スを添加するとプリプレグ（２）の誘電率の低下が少な
くできて良好となる。１５０phr以上の添加では樹脂の
粘度が高くなり、流動性に劣り内層回路充填性が悪化し
てしまう。

【０００９】

【作用】１７０℃より高い融点またはガラス転移温度を
有する熱可塑性樹脂１００重量部に高誘電率セラミック
ス１００〜６００phr混合したワニスをガラスクロス繊
維基材に含浸させ乾燥して得られるプリプレグ（１）を
さらにエポキシ樹脂で被覆した構成とする多層板層間接
着用プリプレグ（２）は、第２図に示すようにエポキシ
樹脂の成形温度で多層板を作製するためプレスにより圧
縮成形したとき、エポキシ樹脂は流動し回路板の導体回
路を埋めてしまうが、プリプレグ（１）中の熱可塑性樹
脂はエポキシ樹脂の成形温度では流動することなくその
形状を保持する。そしてプリプレグ（１）で導体回路が
止められてしまうので、回路基板間の厚みが均一となり
誘電率のばらつきが少なくなる。一方、第３図に示すよ
うに、エポキシ樹脂ワニスに高誘電率のセラミックスを
分散させて得たプリプレグのエポキシ樹脂で被覆したプ
リプレグは、エポキシ樹脂の成形温度で回路板の導体回
路がガラスクロス基材まで達し、これを変形させた状態
で硬化することになり内部歪を残した状態になる。従っ
て、第３図に示した状態で硬化させた多層板は、この後
の工程で表面実装部品などを装着し、はんだつけ工程で
加熱されるとこの歪が解放されそりやねじれ、寸法変化
を生じることになる。第２図に示した本発明の構成で
は、ガラスクロス繊維基材が変形されず歪が僅かなので
そりやねじれ、寸法変化は僅かとなる。また被覆する樹
脂がエポキシ樹脂であるので回路板の導体回路や樹脂と
の接着性が良好となる。熱可塑性樹脂との接着性は、プ
リプレグ（１）を作製するとき溶剤が飛散するときの通
路となった穴やプリプレグ表層ではセラミックス粒子表
面に被覆された樹脂が多孔質状態になっており、その多
孔質に被覆するエポキシ樹脂が入り込むのでアンカー効
果あるいは穴や多孔質による表面積増大による接触面積
増大効果により接着性が良くなる。

【００１０】

【実施例】

［実施例１］ポリサルフォン樹脂、ユーデルＰ１８００
ＮＴ（アモコ社商品名）のＮ，Ｎ−ジメチルフォルムア
ミド１５ｗｔ％溶液を調整し、この溶液６６７ｇに、二
酸化チタンＣＲＥＬ（石原産業（株）商品名）４００ｇ
（４００phr）、チタネート系カップリング剤ＫＲ３８
Ｓ（味の元（株）商品名）１ｇ（１phr)を混合してワニ
スを得た。このワニスにガラスクロス繊維基材（厚み６
０μｍ，坪量４７．５ｇ／ｍ²）を用いて含浸乾燥さ
せ、プリプレグ厚み１２０μｍのプリプレグ（１）を得
た。このプリプレグ（１）を単独でプレスにより圧縮成
形（３００℃）したとき８０μｍの厚みを示した。プリ
プレグ（１）にエポキシ樹脂として表１に示した配合を
準備し、プリプレグ（１）の両面に厚み１５μｍとなる
ようエポキシ樹脂を塗工し乾燥させて厚み１５０μｍの
プリプレグ（２）を得た。次に多層板を作製するため、
回路基板として厚み３５μｍの銅箔を最外層に積層した
厚み０．２ｍｍのエポキシ樹脂銅張り積層基板をエッチ
ングにより最大導体回路幅１ｍｍ、最小導体回路幅０．
１ｍｍを有する銅箔回路を形成した。これを回路基板と
し、この基板２枚の間にプリプレグ（２）を挟み１７０
℃、９０分、２０Ｋｇ／ｃｍ²で加熱加圧して４層基板
を得た。この基板数カ所を切断し、エポキシ樹脂で注型
後研磨して基板断面を電子顕微鏡により観察した。回路
基板の３５μｍ銅箔回路は、プリプレグ（２）により完
全に埋まりボイドは観察されなかった。また銅箔の先端
は、プリプレグ（１）のポリサルフォン樹脂と二酸化チ
タン層にまで達していた。またプリプレグ（２）の両面
に厚み５０μｍのＴＰＸフィルム（三井石油化学工業
（株）商品名）を離型フィルムとし１７０℃、９０分、
１０Ｋｇ／ｃｍ²でプレスにより圧縮成形し離型フィル
ムを剥し、空胴共振器法により１２ＧＨｚで誘電特性を
測定したところ、誘電率７．４、誘電正接０．０１４で
あった。プリプレグ（２）の両面に厚み３５μｍの銅箔
を積層し１７０℃、９０分、１０Ｋｇ／ｃｍ²でプレス
により圧縮成形し銅張り積層基板を得た。これを１０ｍ
ｍ幅の銅箔が残るようエッチングし銅箔引きはがし強さ
を測定したところ１．５Ｋｇ／ｃｍであった。

【００１１】

【表１】

【００１２】［実施例２］実施例１と同様にして得たプ
リプレグ（１）に、表１に示したエポキシ樹脂配合に二
酸化チタン１５０phrを加えてプリプレグ（１）の両面
に厚み１５μｍとなるようにエポキシ樹脂を塗工し乾燥
させて厚み１５０μｍのプリプレグ（２）を得た。プリ
プレグ（２）を用いて実施例１と同様にして４層板を作
製して、回路基板の断面の銅箔回路を観察したところ、
回路はプリプレグ（２）により完全に埋まりボイドは観
察されなかった。実施例１と同様に誘電特性を測定した
ところ誘電率１２．７、誘電正接０．０１１のものが得
られた。被覆するエポキシ樹脂にセラミックスを添加し
てあるので誘電率の低下は少なくなり、誘電正接は樹脂
よりも低いセラミックスを使用しているのでさらに低く
なる。実施例１と同様に銅箔引きはがし強さを測定した
ところ、１．３Ｋｇ／ｃｍであった。被覆するエポキシ
樹脂にセラミックスを添加してあるので少し低下するが
実用上は問題ない値である。

【００１３】［実施例３］エポキシ樹脂配合に二酸化チ
タン５０phrを加えること以外実施例２と同様にプリプ
レグ（２）を作製した。４層板を同様にして作製し、回
路基板の断面銅箔回路を観察したところ、回路はプリプ
レグ（２）により完全に埋まりボイドは観察されなかっ
た。誘電特性を測定したところ誘電率９．３、誘電正接
０．０１３であった。銅箔引きはがし強さは１．４Ｋｇ
／ｃｍであった。

【００１４】［比較例１］表１のエポキシ樹脂１００重
量部（ワニス重量１９７ｇ）に二酸化チタンＣＲＥＬ４
００phr（４００ｇ）、チタネート系カップリング剤Ｋ
Ｒ３８Ｓ１phr（１ｇ）を混合しエポキシ樹脂ワニスを
得た。これに実施例１と同じガラスクロス繊維を用いて
含浸乾燥させ厚み１２０μｍのプリプレグ（１）を得
た。実施例１と同様、プリプレグ（１）を１７０℃、９
０分、２０Ｋｇ／ｃｍ²でプレスにより圧縮成形して得
られた厚みは８０μｍであった。プリプレグ（１）に表
１に示したエポキシ樹脂ワニスを用いてプリプレグ
（１）の両面に厚み１５μｍとなるよう塗工、乾燥させ
厚み１５０μｍのプリプレグ（２）を得た。プリプレグ
（１）は、表面がざらざらした状態であったが、エポキ
シ樹脂で被覆したプリプレグ（２）の表面は平滑であっ
た。これを実施例１と同様にして４層板を作製し、回路
基板の３５μｍ銅箔回路を観察したところ、回路はプリ
プレグ（２）により完全に埋まりボイドは観察されなか
った。銅箔回路の先端は、ガラスクロス層まで達してい
た。実施例１、比較例１で得られた多層板を２００ｍｍ
角に切断し、その内部に１００ｍｍ角の正方形の頂点に
ドリルで穴をあけ各辺の長さを測定し加熱寸法測定用基
準位置とした。次にこの基板を２６０℃のはんだ浴に２
０秒フロートさせ冷却してから各寸法を同様にして測定
したところ、実施例１で寸法収縮率は平均して０．００
３％であったが、比較例１では０．０６０％収縮した。
本発明では、寸法収縮の少ない基板が得られる。［比較例２］表１のエポキシ樹脂配合に二酸化チタン１
７５phrを加えること以外実施例２と同様にしてプリプ
レグ（２）を作製した。同様にして４層板を作製し回路
基板の断面銅箔回路を観察したところ、回路の所々にプ
リプレグ（２）で充填されてないボイドが観察された。［比較例３］ポリサルフォン樹脂ユーデルＰ１８００Ｎ
Ｔ（アモコ社商品名）１００重量部に、ガラス単繊維Ｆ
ＦＧ−０１０（富士ファイバーグラス（株）商品名）４
３phr、二酸化チタンＣＲＥＬ（石原産業（株）商品
名）４００phrを混合し、ラボプラストミル押出し機
（Ｌ／Ｄ＝２０，（株）東洋精機製作所商品名）を用い
てバレル温度３００℃で押しだそうとしたところ、混練
トルクが高くシートに押し出すことができなかった。添
加する二酸化チタンの量を減らし安定してシートを押し
出すには、２００phr付近が良かった。押し出し成形で
は、二酸化チタン２００phrまでしか添加できないが実
施例１では４００phr添加することができる。同様にし
て実験したところ６００phrまで添加することができ
た。

【００１５】比較例３に示したように、熱可塑性樹脂、
ポリサルフォン樹脂にガラス単繊維、二酸化チタンを混
合しシートに押し出し成形できるのはガラス単繊維を含
め２４３phr付近までであった。ところが実施例１に示
したようにポリサルフォン樹脂を溶剤に溶かしワニスに
してセラミックスを添加すると４００phrでも混合する
ことができ、誘電率が高く誘電正接の低い誘電体を得る
ことができる。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、ガラスクロス繊維基材
が変形することがないので寸法変化が小さく、またエポ
キシ樹脂で被覆してあるので接着強さの良好で誘電率の
低下が少ない多層板の層間接着用高誘電率プリプレグの
提供が可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高誘電率プリプレグの断面図である。

【図２】本発明の高誘電率プリプレグを使用した４層板
の部分断面図である。

【図３】比較例のプリプレグを使用した４層板の部分断
面図である。

【符号の説明】

１ガラスクロス繊維基材２熱可塑性樹脂３セラミックス粒子４エポキシ樹脂５回路基板の誘電体６回路基板の回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１７０℃よりも高い融点またはガラス転
移温度を有する熱可塑性樹脂１００重量部に、高誘電率
のセラミックス粉末１００〜６００phrを混合したワニ
スをガラスクロス繊維基材に含浸乾燥して得たプリプレ
グを、さらにエポキシ樹脂で被覆してなることを特徴と
する層間接着用高誘電率プリプレグ。
【請求項２】エポキシ樹脂が１５０phr以下の高誘電
率セラミックス粉末を混合したものである請求項１記載
の層間接着用高誘電率プリプレグ。