JPH0664090A - 銅張積層板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】表面実装用のプリント配線板に用いられる銅張
積層板において、基板の熱膨張係数を低くして接続部品
とプリント配線板との接続信頼性を向上させるととも
に、従来の銅張積層板と同様のプリント配線板加工が可
能な銅張積層板を提供することを目的とする。 【構成】繊維基材として、アラミド繊維不織布を用いた
プリプレグと、溶射によって形成したセラミック層を有
する銅箔とを熱圧成形して一体化した銅張積層板。

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
られる銅張積層板及びその製造方法に関するものであ
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実装タイプのＴＳＯＰ（Thin
Small Outline Package）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１５〜１７×１０^-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、温度変化が生じるとその大きな熱
膨張係数差によって、その接続部分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、より実装される部品に近い膨張係数、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
や窒化アルミニユ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。ところがこれらについてみ
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
扱性が悪い、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欠点がある。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悪
く、しかも高価である。また、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。さらに面内の熱膨張係数が低くな
る反面、厚さ方向の熱膨張係数が従来のガラス繊維基材
の積層板に比べて高く、スルーホール接続信頼性に乏し
い欠点もある。

【０００６】アラミド繊維の機械加工性を改良するため
に最近、アラミド繊維のクロスに代ってアラミド繊維の
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
の問題は解決されない。しかも、クロスに比べて樹脂含
有率が高くなり、熱膨張基板として十分な高価が得られ
ない。また、これを多層板に用いた場合、内層のグラン
ド層をを形成する熱膨張係数の高い銅箔（熱膨張係数
は、約１７×１０^-6／℃）の影響により、さらに基板の
熱膨張係数が高くなる。これは、アラミド繊維強化エポ
キシ樹脂の弾性係数がガラス繊維強化エポキシ樹脂より
も低く、銅箔の影響をより大きく受けるためである。し
かも、クロスに代えて不織布を用いるとさらに弾性係数
が低くなり、銅箔の存在により基板の熱膨張係数はクロ
スを用いた場合よりも高くなる。このようなことから、
これらの繊維基材は広く用いられるには到っていない。

【０００７】一方、本発明者らはセラミックと有機系基
板とを複合化することによって、このような要求に対応
することを考え、特開昭６２ー１５２７４２号公報に示
すように、銅箔とガラス布基材エポキシ樹脂などの有機
系基板との間にセラミック溶射層を設けた基板を開発し
た。この基板は、熱膨張係数の低いセラミック層の存在
により、面内の熱膨張係数が従来のガラス布基材エポキ
シ樹脂積層板などの有機系基板に比べて低くなり、実装
する部品との接続信頼性の向上に有効である。ところ
が、最近では部品の薄型化や高密度化からさらに進んで
きており、部品の熱膨張係数はより低くなる傾向にあ
る。そのため、基板に対する低熱膨張化の要求もさらに
厳しくなってきている。したがって、上記の基板にもさ
らに低熱膨張化の要求が強くなってきている。このよう
な要求に対して、上記のように溶射により形成したセラ
ミック層と従来のガラス布基材エポキシ樹脂などの積層
板を複合化しても、従来のガラス布基材エポキシ樹脂の
熱膨張係数が高いために基板全体の熱膨張係数をセラミ
ック層の存在によって低く抑えるのに限界があることが
わかった。

【０００８】本発明は、かかる問題点を解決し、有機系
基板をベースにして従来の銅張積層板と同様な取扱が可
能で、しかも熱膨張係数が十分に低く、部品を表面実装
した場合その接続信頼性に優れる基板を提供するもので
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】即ち本発明は、銅箔とア
ラミド繊維不織布を基材とするプリプレグ層との間にセ
ラミック溶射層を設けたもので、その製造方法として
は、銅箔の片面にセラミックを溶射してセラミック層を
形成し、該セラミック層と接するようにアラミド繊維不
織布を基材とするプリプレグを積層して熱圧成形するこ
とを特徴とするものである。

【００１０】セラミック層は、銅箔の片面にプラズマ溶
射やガス溶射によりセラミックを溶射することにより形
成する。溶射するセラミックはアルミナ、チタニア、ジ
ルコニア、マグネシア、ムライト、スピネル、ジルコ
ン、コージェライト、ステアタイト、フォルステライ
ト、チタン酸アルミニウム等の電気絶縁性のセラミック
を用いることができるが、その中でも熱膨張係数の低い
コージェライトが基板の低熱膨張化の点から好適であ
る。また、コージェライトはセラミックの中では比較的
硬度が低く、これを用いると基板のドリル加工性などの
機械加工性を大きく損なうことがないという特徴もあ
る。溶射によって形成するセラミックの厚さは、本発明
の範囲を限定するものではないが、１０〜３００μｍの
範囲が好ましい。溶射セラミックの厚さが１０μｍより
薄いと基板の低熱膨張化への効果が十分でないため実装
部品との接続信頼性向上への効果が少なくなり、３００
μｍより厚いとドリル加工性などの機械加工性が低下す
るためである。

【００１１】なお、プリプレグの繊維としてアラミド繊
維の不織布を用いるのは、アラミド繊維の熱膨張係数が
約−５×１０^-6／℃と負の値を示し、ガラス繊維（約５
×１０^-6／℃）に比べて熱膨張係数が極めて低いためで
ある。アラミド繊維を用いることにより従来のガラス繊
維を用いた場合よりもさらに基板の熱膨張係数を低くす
ることができる。なお、アラミド繊維でもクロスではな
く不織布を用いるのは、機械加工性を考慮してのことで
ある。すなわち、アラミド繊維のクロスは極めて機械加
工性が悪く、通常のプリント配線板加工時に行われるド
リルによる穴あけ、シャー切断あるいは打抜加工等が困
難である。これに比べて不織布を用いると、これらの機
械加工性が大幅に改善される。

【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、メラミン樹脂、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

【００１３】なお、プリプレグの樹脂に無機質充填剤を
添加すると、アラミド不織布基材樹脂の樹脂含有率を低
くすることが容易で、しかも弾性係数を高くすることが
できる。そのため、特に多層板にした場合銅箔の影響を
受けにくくなり、熱膨張係数をさらに低くすることがで
きる。樹脂に添加する充填剤としてはシリカ、アルミ
ナ、コージェライト、ムライト、ジルコン、スピネル、
チタニア、ステアタイト、フォルステライト、ジルコニ
ア、カルシア、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウムな
どの粉末状物質、あるいはガラス繊維粉、炭化珪素やチ
タン酸カリウムなどのウィスカなどの繊維状物質を用い
ることができる。その添加量は、樹脂に対して２０重量
％以上が好適である。２０重量％未満では、基板の低熱
膨張化と弾性係数の増加への効果が十分に発揮されない
ためである。

【００１４】

【作用】溶射によつて銅箔に形成されたセラミック層
は、プリプレグとの熱圧成形時にプリプレグの樹脂と強
固に固着し一体化する。このようにして得られるセラミ
ック層、有機系基板及び銅箔が複合化された基板の面内
の熱膨張係数は、複合則より次式から計算することがで
き、測定値もほぼ一致している。 α ：複合体の熱膨張係数 α_CE：セラミック層の熱膨張係数 α_M ：有機系基板の熱膨張係数 α_CO：銅箔の熱膨張係数 Ｅ_CE：セラミック層の弾性係数 Ｅ_M ：有機系基板の弾性係数 Ｅ_CO：銅箔の弾性係数 Ｖ_CE：セラミック層の体積分率 Ｖ_M ：有機系基板の体積分率 Ｖ_CO：銅箔の体積分率 上の式から明らかなよう、有機系基板に比べてセラミッ
ク層の熱膨張係数が低いためにこれらを複合した基板の
熱膨張係数は、有機系基板のそれに比べて低くなる。ま
た、上の式をみると、さらに基板の熱膨張係数を低くす
るには有機系基板の熱膨張係数を低くするのが有効であ
る。

【００１５】有機系基板の熱膨張係数を低くするには、
その構成成分のうち、繊維基材の熱膨張係数を低くする
のが最も有効である。すなわち、通常用いられているガ
ラス繊維よりも熱膨張係数の低いアラミド繊維を用いれ
ば全体の熱膨張係数をさらに低くすることができる。ま
た、このようにして得られた基板は、セラミック層が溶
射によって形成されたものであるため多孔質であり、そ
のために焼結体と比べて機械加工性に優れている。さら
に、アラミド繊維もクロスではなく不織布を用いている
ために、工具の寿命は若干劣るものの従来のガラス布基
材エポキシ樹脂積層板などと同様でプリント配線板の加
工が可能である。

【００１６】また、上の式からも明らかなように、各構
成成分の弾性係数も基板の熱膨張係数に大きく影響す
る。すなわち、基板全体の熱膨張係数を低くするには、
熱膨張係数の低い構成成分の弾性係数は高い方が有利
で、熱膨張係数の高い構成成分の弾性係数は低い方が有
利である。ところが、銅箔は熱膨張係数が高くしかも弾
性係数も約１１，０００Kgf／ｍｍ²と基板に比べて非常
に高い。したがって、多層板などで残銅率の高いグラン
ド層があると銅箔の影響が強くなり、基板の熱膨張係数
は高くなる。この傾向は、基板の弾性係数が低い程顕著
である。しかし、アラミド繊維を用いた積層板の弾性係
数は、ガラス繊維を用いた積層板よりも低いため銅箔の
影響が大きくなり、低熱膨張のアラミド繊維を用いる効
果は小さくなってしまう。また、不織布を用いると基板
の弾性係数はさらに低くなる。そのために、アラミド不
織布を用いた積層板で多層板を作製すると、銅箔の存在
により期待通りの低熱膨張係数が得られないのである。

【００１７】それに比べて、本発明のごとくセラミック
溶射層と複合するとこの欠点を改良することができる。
すなわち、セラミックの弾性係数が高いためにセラミツ
ク層とアラミド繊維不織布を基材とする樹脂層とを複合
すると、基板の弾性係数はセラミック層のないものと比
べて高くなる。そのために銅箔の影響を受けにくくな
り、多層板にした場合でも銅箔による熱膨張係数の上昇
を抑えることができ、アラミド繊維不織布の効果を十分
発揮することができる。また、プリプレグの樹脂に無機
質充填剤を添加すると、さらに基板の弾性係数を高くす
ることができ、より熱膨張係数を低くすることができ
る。

【００１８】ところで、アラミド繊維は機械加工性の他
に吸湿しやすく、吸湿時に絶縁特性が低下する、あるい
は吸湿により寸法が大きく変化するなどの欠点がある。
この点もアラミド繊維が不織布の開発によって機械加工
が改良されたにもかかわらず、広く用いられない原因で
ある。ところが、本発明のごとく溶射によって形成した
セラミック層と複合することでこの問題を解決すること
ができる。すなわち、セラミツクと複合することでアラ
ミド繊維不織布を基材とする層の表面は、セラミック層
で覆われることになる。溶射によって形成したセラミッ
ク層は、１０〜２０体積％の気孔を有する。ところがこ
の気孔は、プリプレグとのプレス成形時にプリプレグ中
の樹脂が低粘度化して含浸し、封孔される。したがっ
て、このセラミック層は、一般のガラス布基材エポキシ
樹脂層よりも吸湿しにくくなる。このようにアラミド繊
維不織布を基材とする樹脂層は、吸湿の少ないセラミッ
ク層で覆われるために吸湿しにくくなる。したがって、
アラミド繊維の欠点である吸湿しやすい点もセラミック
と複合することにより改善される。また、アラミド繊維
を用いると面内の熱膨張係数は低くなる反面、厚さ方向
の熱膨張係数がガラス繊維を用いた場合に比べて大きく
なる。そのために多層板に用いるとスルーホール接続信
頼性が悪くなる問題もある。しかし、本発明のようにセ
ラミック層と複合すると、セラミック層の熱膨張係数が
低いために全体として厚さ方向の熱膨張係数も低くな
り、この点も解消される。

【００１９】

【実施例】本発明の実施例を図１に基づき以下説明す
る。

【００２０】実施例１ 電解銅箔１の粗化面に溶射機によりコージェライトを溶
射して厚さ１００μｍのコージェライト層２を形成し、
片面にコージェライト層２を有する銅箔を得た。一方、
アラミド繊維不織布（テクノーラ、帝人株式会社製）に
エポキシ樹脂ワニスを含浸、乾燥してアラミド繊維不織
布基材エポキシ樹脂のプリプレグ３を得た。このように
して作製したプリプレグ３とコージェライト層２を有す
る銅箔１を用いて図１に示す構成の積層板を作製した。
銅箔の厚さは１８μｍ、セラミック層の厚さは１００μ
ｍ、中央のアラミド繊維不織布基材エポキシ樹脂層の厚
さは０．２ｍｍ、全体の厚さは０．４ｍｍである。この
ようにして得た積層板の銅箔付きのときの銅箔エッチン
グ後の面内の熱膨張係数と、銅箔エッチング後のプレッ
シャクッカ処理後のはんだ耐熱性との試験結果を表１に
示す。

【００２１】実施例２ アラミド繊維不織布に樹脂固形分に対して１００重量％
の溶融シリカ粉末を含有したエポキシ樹脂ワニスを含浸
してプリプレグを作製した。このプリプレグと実施例１
と同様なコージェライト溶射層を有する銅箔を用いて実
施例１と同様な構成の積層板を作製した。表１にこの積
層板の熱膨張係数とはんだ耐熱性との測定結果を示す。

【００２２】比較例１ セラミック層のない銅箔を用いて、アラミド繊維不織布
を基材としたプリプレグを用いてセラミック層のないア
ラミド繊維不織布だけの積層板を作製した。表１にこの
積層板の熱膨張係数とはんだ耐熱性との測定結果を示
す。

【００２３】比較例２ ガラス繊維クロスを基材としたプリプレグを用い、他は
実施例と同様にしてセラミック層を有するガラス繊維基
材エポキシ樹脂積層板を作製した。表１にこの積層板の
熱膨張係数とはんだ耐熱性との測定結果を示す。

【００２４】

【表１】 ※プレッシャクッカ（１２１℃，２気圧）で各時間処理
後、２８８℃のはんだ層に３０秒浸漬、○：以上なし、
×：ふくれ発生

【００２５】

【発明の効果】以上述べてきたように、本発明の方法に
よれば従来の銅張積層板と同様に取り扱うことができ、
しかも熱膨張係数が低く、表面実装部品との接続信頼性
に優れた基板を容易に得ることができる。また、アラミ
ド繊維は面内の熱膨張係数が低く、表面実装用の基板材
料として適しているが、機械加工性、吸湿時の特性劣化
あるいは厚さ方向の熱膨張係数が高いなどの欠点があ
り、広く用いられていなかった。さらに、熱膨張係数も
基板の弾性係数がガラス繊維基材積層板に比べて低いた
めに銅箔の影響を受けやすく、残銅率の高いグランド層
を有する多層板では、銅箔の存在によりアラミド繊維の
低熱膨張である特徴が十分に発揮されなかった。しか
し、本発明のように溶射によって形成したセラミック層
とアラミド繊維不織布とを複合することにより、これら
の欠点を改良することができ、しかも従来のセラミック
層とガラス繊維基材エポキシ樹脂とを複合した積層板の
熱膨張係数をさらに低くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における積層構成を示す断面模
式図である。

【符号の説明】

１．銅箔 ２．コージェライト ３．プリ
プレグ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 銅箔とアラミド繊維不織布プリプレグ層
   との間にセラミック溶射層を設けたことを特徴とする銅
   張積層板。
2. 【請求項２】 銅箔の片面にセラミックを溶射してセラ
   ミック溶射層を形成し、該セラミック溶射層と接するよ
   うにアラミド繊維不織布を基材とするプリプレグを積層
   して熱圧成形することを特徴とする請求項１記載の銅張
   積層板の製造方法。
3. 【請求項３】 プリプレグの樹脂が無機質充填剤を２０
   重量％以上含有したものであることを特徴とする請求項
   １、請求項２記載の銅張積層板及びその製造方法。
4. 【請求項４】 セラミック層がコージェライトを主体と
   するものであることを特徴とする請求項１、請求項２記
   載の銅張積層板及びその製造方法。
5. 【請求項５】 プリプレグの樹脂がエポキシ樹脂である
   ことを特徴とする請求項１、請求項２記載の銅張積層板
   及びその製造方法。