JPH11505184A - ポリイミドベンズオキサゾール誘電層を有するプリント配線板及びその製造 - Google Patents

ポリイミドベンズオキサゾール誘電層を有するプリント配線板及びその製造

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Abstract

(57)【要約】 少なくとも1面に接着した導電層を有し、200MPaより高い引張強度を有するポリイミドベンズオキサゾール(PIBO)のフィルム。少なくとも1つの誘電層及び少なくとも1つの回路層を有し、この少なくとも1つの誘電層がPIBOフィルムであるプリント回路板。少なくとも1つのポリイミドベンズオキサゾール(PIBO)誘電層を有し、少なくとも1つの薄い誘電ベース材料層、少なくとも1つの薄い導体、少なくとも1つのせまい導体幅及び少なくとも1つの小さな直径のバイアを有するプリント回路板(PWB)。

Description

【発明の詳細な説明】 ポリイミドベンズオキサゾール誘電層を有するプリント配線板及びその製造 本発明は、プリント配線板、及びプリント配線板の製造に用いるパネルにおけ る基板材料としてのポリマーの使用に関する。 プリント配線板は通常、パネルと呼ばれる少なくとも1種の基本的構成単位よ り製造されている。パネルは誘電層の1面もしくは両面に接着しかつ完全に覆う 導電層からなる特定のサイズのシートである。パネルは通常、長さ300 〜700mm 、厚さ0.3mm 未満の薄い正方形もしくは長方形である。一体となった導電層は通 常クラッドと呼ばれる。このパネル誘電層は通常ベース材料層と呼ばれる。この クラッドの厚さは通常17〜50μm である。ベース材料層の厚さは通常75〜150 μ m である。ベース材料としては通常エポキシ含浸ガラス繊維マット(ガラス−エ ポキシ)が用いられる。クラッドには通常銅が用いられる。 プリント配線板(PWB)は特定の形状及び大きさのシートであり、電気部品 が取りつけられ、コンピュータメモリモジュールのような電子装置を構成する。 PWBは、コンデンサー、抵抗器及び集積回路チップ(IC)のような取りつけ られた電気部品を電気的に接続し、かつ機械的に保持する。PWBは前記部品を 電源、接地、及びコンピュータのようなより大きな装置に接続する手段も提供す る。少なくとも2つのICを有するPWBはマルチチップモジュール(MCM) と呼ばれる。 プリント配線板には3つのタイプ、すなわちシングルサイド、ダブルサイド、 及び多層、がある。シングルサイドPWBは1つの誘 電ベース材料層及び1つの回路層を有する。回路層は取りつけられた部品を接続 する及び/又はコンピュータのようなより大きな装置の接地もしくは電源に接続 する1以上の電気回路を含むPWBの導電層である。ダブルサイドPWBは1つ の誘電ベース材料層及び2つの回路層を有する。多層プリント配線板は誘電層と 回路層を交互に有する積層体であり、誘電層は誘電ベース材料層もしくは誘電接 着層となることができる。誘電接着層は通常、多層PWBの製造に用いられる多 くの層を互いに接着するために用いられる。積層する前に、フィルムの形状の誘 電接着層は通常プレプレグと呼ばれる。 回路層はプリント回路(すなわち電気回路)を形成する、いわゆる導体の特徴 パターンを有している。導体はプリント配線板層上の導電性の領域である。導体 の例は、ライン(ワイヤと類似)、ランド(IC、コンデンサ、及び抵抗器のよ うな電気部品がPWBに接続されている領域)、バイア(少なくとも2つの回路 層をつなぐ金属めっきされた穴)及び環状リングを含む。環状リングは回路層上 のバイアを囲む導体である。 回路層の特徴パターンはその寸法によっても説明される。例えば、導体の間隔 は2つの隣接する導体部材の間の最も近い端から端までの距離であり、ピッチは 1つの導体ラインの中心から隣接するラインの中心までの距離であり、導体の幅 は個々の導体の1つの端から向かいあった端までの距離である。 通常、PWB回路層は、フォトレジスト/エッチング法によりパネルのクラッ ドに形成される。通常、パネルは1以上のシングルサイドもしくはダブルサイド PWBに切断される。少なくとも1つのPWB回路層をその表面に有する誘電層 は、以後加工パネルと呼び、この回路層は電気部品を受け入れる状態ではないが 、多層PWBの製造において他の加工されたパネルと積層することができる。フ ォトレジスト/エッチング法を用いて銅クラッドパネルからダブルサイドPWB を製造する通常の方法は、Printed Circuit Board Basics 2 、M.Flatt,Mill er Freeman,San Francisco,1992 に記載されている。 通常の多層プリント配線板は、両側に回路層を有する2つの加工されたパネル を積層することによって形成される。この加工されたパネルは通常プレプレグを 用いて互いに積層される。ガラス−エポキシベース材料を含むPWBの形成にお いて、プレプレグは通常一部硬化したガラス−エポキシフィルムである。プレプ レグへの回路層の接着を促進する化合物により回路層を処理することにより、積 層用の加工されたパネルがさらに製造される。加工されたパネルとプレプレグの 層が交互にダイに入れられる。加工されたパネル及びプレプレグに加えて、ダイ に底層と上層としてプレプレグ及び金属ホイル層(通常銅)が入れられる。プレ プレグ、加工されたパネル及び金属ホイルはダイに熱及び圧力を加えることによ って積層される。積層後、プレプレグとホイルは積層体上に外部クラッドを形成 する。次いでこの積層体は上記ダブルサイドPWB法もしくは同様の方法を用い て加工され、多層PWBを形成する。 コンピュータ及び携帯電話のような電子装置において、大きさを小さくしかつ 計算速度及び能力を高めるために、プリント配線板は回路密度を高めかつ体積を 小さくしなければならない。PWB回路密度は部品を接続する導線の数に比例し 、PWB表面の平方インチに結びつく。PWB回路密度を高めかつ体積を小さく するためには、より薄い誘電ベース材料層、より薄いクラッド層、より近い導体 の間隔、よりせまい導体の幅、及びより小さな直径のバイアの穴を用いることが 必要である。 回路密度の高いマルチチップモジュール(MCM)の開発が進み 、直接表面設置チップ技術、例えばタブ導線フレーム、ワイヤボンド及びフリッ プチップ設置がますます用いられるようになり、チップはICチップ用に小さく なっている。チップは直接表面設置され、MCMは熱サイクルに付されるため、 配線板−チップの熱膨張係数(CTE)が一致しないことによってチップが破壊 し又はチップとPWBとの接続が不良になる。従って、XY面におけるCTEは 、使用の間のチップの破壊を防ぎ及び/又は板とチップの間の接続の不良を避け るためにチップのCTEに近いことが必要である。XY面はPWB回路とベース 材料層により規定される面と同じである。このことは、ベース材料層がシリコン をベースとするICチップのCTEに近いXY面のCTEを有することが必要で あることを意味する。 PWBの形成において重要な点は、バイアのような回路の特徴パターンがPW Bの他の特徴パターンに対してその使用しようとする位置に適合する程度である 。使用しようとする位置への適合度はレジストレーションと呼ばれる。レジスト レーションが適していないことから生ずるPWB欠陥は、しばしば積層する間に おこる。永久的なベース材料の変形及び誘発される応力によって、積層する間の レジストレーションは不正確になる。この誘発される応力はベース材料と回路層 の間の熱膨張係数(CTE)が一致しないことより生ずる。従って、ベース材料 層が反りのような応力によって誘発されるレジストレーションの欠陥に耐える充 分な強度及び剛性を有することが有利である。また、ベース材料が示す積層工程 の間の収縮のよう永久的な変形が最小であることも有利である。 市販入手可能な誘電ベース材料は、さらなるPWBサイズの低下、PWB回路 密度の増加、及びPWB高周波信号伝達速度の増加を制限しはじめている。ガラ ス−エポキシベース材料層は、強化ガラ ス繊維マットに伴う断続的な粗さを示す。この粗さは、回路の薄さを決定するベ ース材料及びクラッドの薄さを制限する。さらに、ガラス−エポキシ層は通常、 XY面において12〜17ppm/℃の間の一次熱膨張係数(CTE)を有し、一方、シ リコンより製造されたICは3ppm/℃のオーダーのCTEを有する。この不適合 はチップもしくはチップとPWBの結合の破壊を引き起こす。ガラス−エポキシ ベース材料は4.5 の高い誘電率を有する。この高い誘電率は高周波回路の信号伝 達をかなり遅くする。さらに、ガラス強化のため、ガラス−エポキシベース材料 は高分子ベース材料よりもドリルビット磨耗を速くする。 さらに最近のベース材料は、ガラス−エポキシベース材料に伴う問題を解決す ることが試みられた。例えば、繊維強化(ケブラー(Kevlar)及びグラファイト強 化)ポリイミドベース材料が開発された。しかしながら、これらの材料は、水分 吸収性が高く、コストが高く、誘電率が高く(>3)、そしてケブラーは銅クラ ッグに対する接着性が低いといった欠点を有している。 ガラス−エポキシベース材料の問題(例えば高い誘電率)を解決するために充 填材入りポリテトラフルオロエチレン(PTFE)も用いられた。充填材はその 固有の剛性が低いため、PTFEにおいて必要である。PTFE充填材は、ガラ ス−エポキシベース材料層においてガラス強化に問題を引き起こす傾向にある。 PTFEベース材料は温度に対してXY面において大きな潜在的変形を示す。P TFEの大きな潜在的変形は多層PWBにおいて達成できるレジストレーション を制限する。 液晶ポリマー(LCP)ベース材料が最近開発された。LCPは通常、固くて 強いポリマーであり、しばしば3未満の誘電率を有する。しかしながら、LCP は金属クラッドに対する接着性が低い。 また、LCPは通常不均等な熱膨張係数(CTE)を示す。特に、LCPは、銅 のCTEよりもかなり高いZ方向のCTEを示す傾向にある。このZ方向はXY 面に対して垂直な方向である。MCM操作の間の熱サイクルのため、銅−LCP の間のCTEの不適合は応力を引起し、バイアの銅めっきを破壊する。バイアの 直径が小さくなると、バイアの直径の逆二乗によりバイアの銅めっき応力が高く なる。従って、LCPベース材料層を有する多層PWBにおいてバイアの直径を 小さくすることは困難である。 従って、回路密度が高くかつ高周波信号伝達が速いシングルサイド、ダブルサ イド、もしくは多層PWBに形成することができるパネルを提供することが望ま しい。本発明のPWB、特に多層PWBは、薄いベース材料層、薄い回路層、せ まい導体幅、密な導体間隔及び小さな直径バイアを有するものとすることができ る。 本発明の態様は、少なくとも一面に導電層が接着している、25℃において200M Paよりも高い引張強度を有するポリイミドベンズオキサゾール(PIBO)のフ ィルムである。この引張強度はASTM D-638-87Bにより測定したものである。導電 層が結合したPIBOフィルムは、パネル、シート、もしくは加工パネルとする ことができる。 本発明の他の態様は、少なくとも1つの誘電層と少なくとも1つの回路層を有 し、少なくとも1つの誘電層がASTM D-638-87Bにより測定し25℃において200MPa よりも高い引張強度を有するPIBOフィルムであるプリント配線板である。本 発明のこの態様は前記PWBの製造に用いることができる。 本発明によれば、ガラス−エポキシ法と比較して、誘電ベース材料層がより薄 く、導体がより薄く、導体間隔がより密であり、導体幅がよりせまく、そしてバ イアの直径がより小さなPWBを製造す ることができる。従って、本発明を用いて、期待されているサイズの減少並びに 現在及び将来の電子装置の計算要件を満たすことのできる、小さな、回路密度の 高い、信号伝達の速いMCMを製造できるであろう。 本発明の第一の態様において、1もしくは2つの導電層に接着しているPIB Oフィルムは、例えば長いシート、パネルもしくは加工パネルとすることができ る。この長いシートはロールにしてもよい。切り取りすることを最小にするため 、クラッドが形成されたPIBOシートの幅は好ましくは特定のパネルと同じ幅 である。 導電層はどのような導電性金属であってもよい。好ましくは、この金属は銅、 アルミニウムもしくはこれらの合金である。 導電層の厚さは好ましくは50μm 未満、より好ましくは17μm である。 小さな回路密度の高いPWBを形成するため、薄いクラッドもしくは薄い回路 層に結合した薄いベース材料を有することが有利である。ベース材料層として用 いられるPIBOフィルムの好ましい厚さは125 μm 未満であり、最も好ましく は50μm 未満である。PIBOの剛性、高い強度、及び表面の滑らかさのため、 25μm 以下の薄いベース材料層が可能である。しかしながら、PIBOフィルム は少なくとも5μm の厚さを有することが好ましい。 PIBOフィルムは、ガラス繊維及びセラミックス粒子のような充填材を含ん でいてもよい。しかし、充填材を含まないPIBOを用いることが好ましい。充 填材を含まないベース材料層は、充填材を含むベース材料と比較して滑らかな表 面を有する。滑らかな表面はより薄い回路層を可能にする。 あらゆるPIBOポリマーをフィルムとしてよく、PWB誘電層として機能す る。PIBOは以下の物性、高い剛性、高い強度、低 い誘電率、シリコンのCTEに近いXY面のCTE、100ppm/ ℃未満のZ面のC TE、及び300 ℃まで加熱した際の低い熱変形、の少なくとも1つを有すること が好ましい。1以上の好ましい特性を達成するために充填材を用いてもよいが、 充填材を含まないPIBOが好ましい特性をみたすことが好ましい。 ポリイミドベンズオキサゾールは通常、二無水物モノマーとジアミノベンズオ キサゾールモノマーの反応生成物であるポリアミド酸をイミド化することにより 製造される。イミド化はポリアミド酸のアミド酸結合の縮合反応であり、結果と してポリイミドベンズオキサゾールのイミド結合を形成する。1994年10月31日出 願の同時継続出願No.331,775 の「ポリアミド酸及びポリイミドヘンズオキサゾ ールフィルムへのポリアミド酸の転化方法」、及び1995年4月24日出願(出願番 号はまだ不明)の「ポリマー酸前駆体並びに高分子量ポリアミド酸及びポリイミ ドベンズオキサゾールの製造方法」において、PIBOフィルムを形成するため の方法及び反応体が記載されている。PIBOフィルムが形成される好ましいポ リアミド酸は、ピロメリット酸二無水物と5-アミノ-2-(p-アミノフェニル)ベン ズオキサゾール、ピロメリット酸二無水物と2,6-(4,4'-ジアミノジフェニル)ベ ンゾ[1,2-d:5,4-d']ビスオキサゾール、ピロメリット酸二無水物と2,2'-p- フェ ニレンビス(5- アミノベンズオキサゾール)の反応生成物である。 特に硬質PWBに対して、固くかつ強力なベース材料層を有することが有利で あるため、0.5GPa以上の弾性率を示すPIBOフィルムが好ましい。ASTM D-638 -87Bにより測定した、250MPa以上の引張強度も好ましい。5MPa より高い弾性率 を有するPIBOフィルムがより好ましい。300MPaより高い引張強度を有するP IBOフィルムもより好ましい。 表面に設置されたICチップの破壊を最小にするため、ベース材料層として用 いられるPIBOフィルムは、−55℃〜125 ℃において1〜7ppm/℃のXY面一 時CTEを有することが好ましい。このPIBOフィルムは−55℃〜125 ℃にお いて100ppm/ ℃未満のZ方向CTEを有することが好ましい。 高い周波数において信号伝達を速くするため、PIBOフィルムは1MHz 〜1 GHz において2〜3.3 の誘電率を有することが好ましい。このPIBOフィルム の誘電正接は、テストIPC 650 2.5.8Aにより測定し、最大0.01であることが好ま しい。 位置合わせの問題を最小にするため、IPC 650 2.2.4Aにより測定して0.02パー セント未満の永久横方向変形率を有するPIBOフィルムも好ましい。 本発明の第一の態様の実施において、PIBOフィルムを形成しなければなら ない。通常、PIBOフィルムを製造するため、二無水物モノマーとジアミノベ ンズオキサゾールを溶媒中で反応させることによりポリアミド酸を製造する。得 られるポリアミド酸は通常この溶媒に可溶である。このポリアミド酸/溶媒をポ リアミド酸溶液と呼ぶ。このポリアミド酸溶液又はポリアミド酸を溶液中でイミ ド化することにより形成されるPIBO溶液をフィルムに成形する。ポリアミド 酸溶液をフィルムに成形した場合、これはその後イミド化されてPIBOフィル ムを形成する。このPIBOフィルムをその後熱処理し、残留溶媒をすべて除去 し、フィルム特性を高めてもよい。 通常、二無水物モノマー及びジアミノベンズオキサゾールモノマーは溶媒中で 反応される。この溶媒は通常極性の、非プロトン性溶媒、例えばN,N-ジメチルア セトイミド、N-メチルピロリジノン、1,3-ジメチル-5- イミダゾリジノン、N,N- ジメチルホルムアミド、1, 1,3,3-テトラメチルウレア、又はN-シクロヘキシルピロリジノンである。1種以 上の極性非プロトン性液体の混合物も溶媒として用いてよい。ポリアミド酸溶液 の成形前に、熱を加えることにより、もしくはポリアミド酸に対して非溶媒であ る溶媒を用いて前記溶媒を除去することにより、又はこの両者の組合せにより前 記溶媒の一部を除去してもよい。溶媒を除去するための温度は、好ましくはポリ アミド酸のイミド化を起こす温度より低いことが好ましい。ポリアミド酸は通常 イミド化するまで溶媒の一部と結合し、従って蒸発により10重量パーセント未満 まで溶媒レベルを低下させることは困難である。 ポリアミド酸PIBOイミド化生成物はポリアミド酸溶液の溶媒に不溶であり 、好ましくはイミド化前のポリアミド酸溶液がフィルムに形成される。押し出し のような剪断を含む方法を用いて、支えられていないフィルムを形成してもよい 。ポリアミド酸溶液を適当な基材上にコーティング、キャスティング、デッピン グもしくはスプレーすることによってポリアミド酸溶液を成形しフィルムを形成 してもよい。適当な基材は、ガラス、アルミニウム、ステンレススチール、シリ コン、銅、ポリイミドフィルム、テトラフルオロエチレンフルオロカーボンポリ マー(商標テフロンとして市販されている)を含む。基材からのフィルムの剥離 を容易にするため、フッ素化ポリマーもしくはシリコーンオイルのような剥離剤 を用いてもよい。 ポリアミド酸PIBOイミド化生成物がポリアミド酸溶液の溶媒に可溶である 場合、ポリアミド酸溶液をフィルムに形成することが通常必要なく、望ましくな いかもしれない。従って、ポリアミド酸溶液中のポリアミド酸を、まずイミド化 し、次いで上記のようにしてフィルムに形成する。 形成方法にかかわらず、PIBOへのポリアミド酸のイミド化は、加熱するこ とによりもしくは触媒を用いることにより、又はこの組合せにより行ってよい。 ポリアミド酸はポリアミド酸溶液又は溶媒の一部を除去した後のポリアミド酸溶 液を加熱することによりPIBOにイミド化される。ポリアミド酸溶液又は溶媒 の一部を除去した後のポリアミド酸溶液に触媒を加えてもよい。用いてよい触媒 は、無水酢酸、無水プロピオン酸、ケテン及びイソ酪酸二無水物のような脱水剤 を含む。これらの触媒は単独で用いてもよいが、最も好ましくは、有機塩基、好 ましくは無機塩を形成しないものと共に用いられる。その例は、ピコリン、ピリ ジン、イソキノリン、トリエチルアミン、ルチジン又はこれらの混合物である。 フィルムを形成する前もしくは形成後に熱を加えても、又は触媒を添加してもよ い。 本発明において、ポリアミド酸をPIBOにイミド化するために熱を使用する ことが好ましい。驚くべきことに、高い引張強度及び伸び率を有するPIBOフ ィルムを与える加熱工程を用いることがさらに好ましい。通常、この方法は以下 の加熱工程を含む。まず、185 ℃〜280 ℃、より好ましくは185 ℃〜240 ℃、最 も好ましくは230 ℃において少なくとも5分間、かつ90分以下、より好ましくは 10〜80分間、最も好ましくは15〜75分間、好ましくは水分を含まない空気中もし くは不活性雰囲気中で、フィルムをイミド化する。その後、イミド化されたフィ ルムを、好ましくは250 ℃以上、好ましくは300 ℃以上、600 ℃未満かつ得られ るPIBOのガラス転移温度以下の温度で少なくとも10秒間加熱することによっ てさらに熱処理してPIBO特性を向上させる。より好ましくは、このさらなる 熱処理は250 ℃〜350 ℃の低い温度において空気中もしくは不活性雰囲気中で行 われ、次いで350 ℃〜500 ℃の第二の高い温度におい て空気中もしくは不活性雰囲気中で行われる。この不活性雰囲気は最も好ましく は窒素である。 PIBOフィルムを製造後、導電層を前記PIBOフィルムに接着して、例え ばシート、パネルもしくは加工パネルを形成しなければならない。次いで、導電 層が接着したPIBOフィルムをPWBに加工してもよい。 導電層は、導電性ホイル上にポリアミド酸フィルムを直接形成し、次いでポリ アミド酸溶液をイミド化してPIBOフィルムを形成することによってPIBO フィルムに接着してもよい。好ましくは、このホイルは銅、アルミニウムもしく はこれらの合金である。このホイルは本発明のPIBOフィルムの導電層として 機能する。このホイルへのPIBOフィルムの接着は、3-アミノプロピルトリエ トキシシランのような接着促進剤の使用によって促進される。 導電層は、蒸着、無電解めっき、電気めっき、スパッタリング及びこれらの組 合せのような方法によってPIBOフィルムに接着してもよい。蒸着、スパッタ リング、及び電気めっきは、Electronic Packaging and Production,1992 年5 月、p.74-76 に記載されている。蒸着、スパッタリング、電気めっき、及び無電 解めっきは、Handbook of Tribology Materials,Coatings,and Surface Treat ments,B.Bhushan & B.K.Gupta.Chapter 9 - 10,McGraw-Hill,Inc.,1991 に 詳細に記載されている。 その後の層の接着を促進するために、種金属/金属酸化物層をPIBOフィル ムに設けてもよい。種金属/金属酸化物の例は、ニッケル、クロム、チタン、鉄 、モリブデンもしくはジルコニウムを含み、銅のようなその後の金属の付着を促 進するために最初に用いてよい。種層は、無電解めっき、スパッタリング及び蒸 着のような種々の方法により設けることができる。PIBOの表面への導電層も しくは種層の接着を促進するためにPIBOフィルム表面を化学処理、プラズマ 処理、もしくはイオン処理してもよい。 蒸着において、抵抗加熱、レーザー、及びプラズマのような熱源により、真空 下において材料を蒸発させ、次いでこの材料をPIBOフィルム上で凝縮させる 。この方法は比較的速いが、好ましくは0.2 μm の層の厚さに制限される。蒸着 した層上に電気めっきもしくは無電解めっきすることによりさらに厚い層を形成 することができる。PIBOフィルムの接着は上記のような処理により促進され る。 スパッタリングはPIBOフィルムを真空チャンバーに入れることを含み、こ の真空チャンバー内で付着される材料は真空チューブ内でカソードとして機能す る。このカソードにはガスからのイオンが衝突し、続いて放出された材料のイオ ンがPIBO上に付着する。この付着法により通常、PIBOフィルム上に500n m 以下のコーティングが形成される。付着された層上に無電解めっきにより、さ らに厚い導電層が形成される。PIBO表面を上記のようにして事前に処理して もよい。 PIBOフィルム上への金属フィルムの電気めっきにおいて、この方法は通常 、PIBOフィルムの化学処理、プラズマ処理及びイオン事前処理のような表面 処理により開始し、次いで上記のような方法により薄い種金属/金属酸化物バリ アが付着される。次いで種金属層上に金属を所望の厚さまで連続的に電気めっき する。通常、この金属は、付着される元素(金属)のイオンを含む塩の水溶液か ら、この水溶液に電流を通すことによってめっきされる。ここでPIBOはカソ ードとして機能し、アノードは付着される金属である。PIBOフィルムの長い ロールをひろげ、このフィルムを水溶液に通すことによって金属が連続的に電気 めっきされる。 PIBOフィルムに導電層を接着するために無電解めっき法(化学還元付着) を用いてもよい。PIBOを上記のように前処理してもよい。導電層、好ましく は銅、を通常水溶液である槽からPIBO上にめっきする。この槽は通常金属塩 、還元剤、錯体形成剤、緩衝剤、促進剤及び抑制剤を含む。この金属塩は金属の 源である。還元剤は、金属塩を水に溶解することにより形成される金属イオンの 還元からの電子を供給する。錯体形成剤は反応に有効な遊離金属を制御する。緩 衝剤は工程の間の槽のpHを維持する。促進剤は反応速度を高めることを促進す る。抑制剤は還元反応を制御する。この工程を促進するため通常加熱も用いられ る。通常、硫酸銅(CuSO4)が塩として用いられ、ホルムアルデヒドが還元剤と して用いられる。 導電層、好ましくは銅、アルミニウムもしくはこれらの合金、をPIBOフィ ルムに接着するために用いてよい他の方法は、接着剤を用いて前記金属のホイル をPIBOフィルムに結合させることである。好適な接着剤は、エポキシ、シア ネートエステル、ポリイミド、及びポリアミド酸を含む。この接着剤は液体、粉 末もしくはフィルムの形態であってよい。この接着剤は金属ホイル、PIBOフ ィルムもしくはこの両者に塗布してよい。この接着剤はキャスティング、ディッ ピング、スプレーもしくはプレスによって塗布してよい。PIBO及び金属ホイ ルは熱及び圧力を加えることにより前記ホイルとフィルムを積層することにより 互いに接着される。 PIBOフィルムを導電層に接着した後、PIBOフィルム及び接着された層 を特定の大きさに切り取り、例えばパネルもしくは加工パネルを形成する。この 切り取りは、レーザーカッティング、機械のこ引き及び水流カッテッィングのよ うな方法により行ってよい。 少なくとも1つのPIBO誘電層を有するPWBはシングルサイド、ダブルサ イド又は多層PWBであってよい。シングルサイド及びダブルサイドPWBにお いて、このPWBはPIBO誘電層及び1もしくは2つの回路層を有する。この 回路層は部材の設置及び/又は相互連絡手段、及び外部デバイス、電源、及び/ 又は設置への接続手段を与える。PIBO誘電層は、回路層及び/又は回路層パ ターンの間を絶縁する手段を与え、かつPWBを機械的に支持する。 本発明のPWBは硬質でも可撓性であってもよい。通常、PIBO誘電層を有 する多層PWBは実質的に硬質である。PIBO誘電層を有するシングルサイド 及びダブルサイドPWBは可撓性であってもよい。 本発明のPWBはPIBO誘電層を含むため、回路層の厚さを50μm 未満、好 ましくは17μm 未満にすることができる。同じ理由のため、本発明は、回路層に 1以上のより望ましい回路パターン、例えば100 μm 未満の幅の少なくとも1つ の導体ライン、100 μm 未満の少なくともIつの導体間隔、200 μm 〜ランドの ない環状穴リング(0μm)の少なくとも1つの環状穴リング及び200 μm 未満の 直径の少なくとも1つのバイアを有することを可能にする。前記回路層及び/又 はパターンは好ましくは前記PIBO層に接着される。好ましくは、この回路層 は銅、アルミニウムもしくはこれらの合金である。 本発明のシングルもしくはダブルサイドPWBは従来の方法により形成してよ い。例えば、前記シングルもしくはダブルサイドPWBは、シングルサイドPW Bを形成するためにほとんど改良しないでダブルサイドPWBについての前記の フォトレジスト/エッチング法により製造してよい。本発明のシングルもしくは ダブルサイド PWBは、これらを製造するための特定の方法に限定されない。 本発明の多層PWBにおいて、このPWBは、少なくとも1つのバイアにより 接続された多くの誘電層と回路層が交互に配置されて構成されている。最も簡単 な多層PWBは3つの回路層及び2つの誘電ベース材料層を有する。より多くの 層を有するPWBが一般的となってきており、本発明により達成される。 本発明の多層PWBにおいて、PWBの外面を含む回路層は、ICチップ、抵 抗及びコンデンサーのような電子部品を取りつける面を提供し、前記部品を電気 的に接続する。PWBの内部の回路層は通常、取りつけた部品、外部デバイス、 電源及び接地の間を電気的に接続する。ベース材料層は通常PWBに剛性を与え 、回路層の間を絶縁し、そして回路層の導体の間を絶縁する。誘電接着層は通常 回路層の間を結合し、回路層の間を絶縁し、そして回路層の導体の間を絶縁する 。 PIBOは熱硬化性もしくは熱可塑性ポリマーではないので、通常接着誘電層 としては用いられない。従って、本発明の多層PWBにおいて、このPWBは通 常ベース材料層となり、他の材料が接着誘電層となる。しかしながら、イミド化 されるとPIBOとなるポリアミド酸を多層PWBの製造の間に接着剤として用 いてよく、その後PIBO接着誘電層を形成する。接着剤がコートされたPIB Oフィルムを用いて多層PWB工程において層を積層し、その後PIBO誘電接 着層を形成してもよい。誘電接着層は積層後に回路層とPIBO層に接着する材 料であればよい。好ましくは、この接着誘電層はPIBO層の誘電率に近い、好 ましくは4.5 未満の誘電率を有する。エポキシ、シアネートエステル、及びポリ イミドのような接着剤より形成される誘電接着層を用いてもよい。前記接着層は セラミックス粒子もしくは繊維のような充填材を有していてもよい 。好ましくは、2つのPIBO加工パネルを厚さ130 μm 未満、より好ましくは 50μm 未満の接着層により接着する。 本発明のPWBは望ましくはIPC 650 2.6.6Bテストに耐え、これは−55〜125 ℃のPWB熱サイクルの信頼性を示す。 本発明の多層プリント回路板は、両面に回路層を有する2以上の加エパネル( この加工パネルのPIBOベース材料層を有する)を積層することを含む方法に より形成される。加工されたパネルは通常上記接着剤を用いて積層される。この 接着剤は乾燥粉末、液体、フィルムもしくはペーストであってよい。好ましくは 、この接着剤はフィルム(プレプレグ)の形態である。PIBO加工パネルは接 着層の接着を促進するために処理してもよい。この処理は、軽石、プラズマ、化 学処理もしくはコーティング処理により洗浄することを含む。加工パネルとプレ プレグの交互の層はダイに入れられる。加工パネル及びプレプレグに加え、ダイ 中の底及び上層としてプレプレグに次いで金属ホイル層(通常銅)を有すること が一般的である。このプレプレグ、加工パネル及び金属ホイルはダイに熱及び圧 力を加えることによって積層される。積層後、このプレプレグ及びホイルは積層 体上に外部クラッドを形成する。この積層体は次いで適当な方法いより加工され 、電気部品を容易に設置することのできる外部回路層を形成する。この外部層の 形成は、バイアを形成することを含み、これは、機械的ドリル、レーザードリル 、もしくはプラズマアブレーションのような方法により行われる。最後に、積層 された加工パネルが1以上の多層PWBを含む場合、このPWBは、加工パネル を切り取る方法により積層された加工パネルを切り取ることによって仕上げられ る。 本発明の好ましい実施態様は、PIBOである少なくとも1つの誘電層を有す るPWBであり、このPWBは少なくとも160 リード /平方インチの回路密度を有する。他の最も好ましい態様は、表面設置された電 子部品(IC)を有するMCMであり、PWBは少なくとも1つのPIBO誘電 層を有し、このPWBの回路密度は160 リード/平方インチより高い。 本発明の実施例を以下に示すが、これは本発明を限定するものではない。 実施例 PIBOフィルムの形成及びPIBOフィルムへの導電層の接着例1A 冷却器を有するDean-Starkトラップ及び攪拌手段を取りつけた三口の25mlのフ ラスコに、230ml のN-メチルピロリジノン(NMP)及び40mlのトルエンを加えた。 フラスコを窒素で穏やかにパージした。トルエンを蒸発させた。室温において攪 拌しながら12.976g の5-アミノ-2-(p-アミノフェニル)ベンズオキサゾール(pDA MBO)及び10.0mlの無水DMAcで洗浄した12.565g の二無水ピロメリット酸(PMDA )を加えた。室温において68時間後、得られたポリアミド酸をN-メチルピロリジ ノン(NMP)で希釈し、これは3.75g/dLのインヘレント粘度を有していた。 攪拌手段、入口アダプター及び出口アダプターを備えた、窒素雰囲気の乾燥し た三口の250ml の丸底フラスコに80g の上記ポリアミド酸溶液を加えた。60体積 パーセントの1,3-ジメチルイミダゾリジノンと40体積パーセントのN-メチルピロ リジノンの混合物(DMI/NMP)12.1ml をフラスコに加え、室温において一晩攪拌し た。氷浴でフラスコを冷却し、アスピレータにより脱気した。フラスコを窒素に より大気圧に戻した。 得られたポリアミド酸の12.5重量パーセント溶液を25ミクロンフ ィルムとしてガラス上にキャストした。このフィルムを対流オーブンにおいて60 ℃で45分間加熱し、ガラスから剥がし、アルミニウムフレームに固定した。次い で対流オーブンに入れ、225 ℃に20分間、300 ℃に20分間加熱し、そして300 ℃ に1時間保持し、次いで室温に冷却した。そして窒素雰囲気において30℃で27分 間、400 ℃に75分間加熱し、400 ℃に12時間保持し、次いで室温に冷却した。 上記方法を繰り返して51μm のフィルムを製造した。 このフィルムの引張強度は308MPaであり、その引張弾性率は11GPa であり、そ してその破断伸び率は8.5 パーセントであった。 例1B 以下の方法を用いて一面に厚さ9μm の銅クラッドを有するPIBOフィルムを製 造した。例1Aの方法により製造した25μm のPIBOフィルムを、45重量パーセン ト水酸化カリウム、10重量パーセントエチレンジアミン、及び10重量パーセント エチレングリコールを有する均質な水溶液中で45〜75秒間化学処理した。この方 法はフィルムの厚さを10パーセント低下させ、フィルムの表面を容易に湿らせて 、その後に付着される槽の接着を促進する。厚さ数ミクロンのニッケルの種層を 化学処理したPIBOフィルムに設けた。ニッケル種層を設けた後、硫酸銅槽中でニ ッケル種層上に30amps/ft2で45分間電気めっきにより銅層を付着させた。 例1Bの方法を繰り返して一面上に厚さ17μm の銅クラッドを有する厚さ25μ m のPIBOフィルムを製造した。例1Bの方法を繰り返して一面上に厚さ35μm の 銅クラッドを有する厚さ25μm のPIBOフィルムを製造した。例1Bの方法を繰り 返して一面上に厚さ9μm の銅クラッドを有する厚さ51μm のPIBOフィルムを製 造した。例1Bの方法を繰り返して一面上に厚さ17μm の銅クラッドを有する厚 さ51μm のPIBOフィルムを製造した。例1Bの方法を繰り返して一 面上に厚さ35μm の銅クラッドを有する厚さ51μm のPIBOフィルムを製造した。 例1Bの方法を繰り返して両面上に厚さ9μm の銅クラッドを有する厚さ25μ m のPIBOフィルムを製造した。例1Bの方法を繰り返して両面上に厚さ17μm の 銅クラッドを有する厚さ25μm のPIBOフィルムを製造した。例1Bの方法を繰り 返して両面上に厚さ35μm の銅クラッドを有する厚さ25μm のPIBOフィルムを製 造した。例1Bの方法を繰り返して両面上に厚さ9μm の銅クラッドを有する厚 さ51μm のPIBOフィルムを製造した。例1Bの方法を繰り返して両面上に厚さ17 μm の銅クラッドを有する厚さ51μm のPIBOフィルムを製造した。例1Bの方法 を繰り返して両面上に厚さ35μm の銅クラッドを有する厚さ51μm のPIBOフィル ムを製造した。 例1C 以下の方法を用いて一面に厚さ9μm の銅クラッドを有するPIBOフィルムを製 造した。その後付着される層の接着を促進するため、例1AのPIBOフィルムを、 500 ワットのRFパワーにおいて5〜30分間75〜125 ミリトル圧力で75標準立方セ ンチメートル/分(SCCM)のアルゴンもしくはアルゴン/酸素ガス流を用いてMRC 603 スパッタリングシステムにより発生させたプラズマを用いて処理した。厚さ 1000オングストロームの銅の種層をこのプラズマ処理したPIBOフィルム上にスパ ッタリングにより付着させた。30amps/ft2で45分間、0.5 オンス/ft2において 標準硫酸銅槽内での電気めっきにより、銅のより厚い層(9μm)をスパッタリン グされた銅の層上に付着させた。 例1Cの方法を繰り返して一面上に厚さ17μm の銅クラッドを有する厚さ25μ m のPIBOフィルムを製造した。例1Cの方法を繰り返して一面上に厚さ35μm の 銅クラッドを有する厚さ25μm のPIBOフ ィルムを製造した。例1Cの方法を繰り返して一面上に厚さ9μm の銅クラッド を有する厚さ51μm のPIBOフィルムを製造した。例1Cの方法を繰り返して一面 上に厚さ17μm の銅クラッドを有する厚さ51μm のPIBOフィルムを製造した。例 1Cの方法を繰り返して一面上に厚さ35μm の銅クラッドを有する厚さ51μm の PIBOフィルムを製造した。 例1Cの方法を繰り返して両面上に厚さ9μm の銅クラッドを有する厚さ25μ m PIBOフィルムを製造した。例1Cの方法を繰り返して両面上に厚さ17μm の銅 クラッドを有する厚さ25μm のPIBOフィルムを製造した。例1Cの方法を繰り返 して両面上に厚さ35μm の銅クラッドを有する厚さ25μm のPIBOフィルムを製造 した。例1Cの方法を繰り返して両面上に厚さ9μm の銅クラッドを有する厚さ 51μm のPIBOフィルムを製造した。例1Cの方法を繰り返して両面上に厚さ17μ m の銅クラッドを有する厚さ51μm のPIBOフィルムを製造した。例1Cの方法を 繰り返して両面上に厚さ35μm の銅クラッドを有する厚さ51μm のPIBOフィルム を製造した。 上記例のクラッドはすべてIPC-TM-650,方法2.4.9 の接着テストに合格した。 PIBO多層PWBの製造 例2 4つの回路層及び3つの誘電層を有する63.5mm×48mm×0.18mmのPWB を製造し た。ここで誘電層はPIBOである。この多層PWB は、幅76μm の導体、幅76μm の 導体間隔、ピッチ152 μm、 直径203、305 及び508 μm のバイアホール、を含 む。 このPWB は以下の方法により形成した。例1Bの厚さ9μm の銅のシングルフ ェースクラッドを有する厚さ25μm のPIBOフィルム2つをDuPont Riston 9015( 商標)フォトレジストをコートし、アー トワークフォトツールでマスクし、紫外線に露光した。2重量パーセント炭酸ナ トリウム水溶液中でレジストを現像した。このフォトレジストにより保護されて いない銅を過酸化硫酸溶液によりエッチングによって除去した。残っているフォ トレジストを苛性溶液を用いてエッチングにより除去し、次いで表面を軽石を用 いて洗浄した。各PIBOフィルムは回路層を有する面を1つ有している(PIBO−回 路フィルム)。 2つのPIBO−回路フィルム、2つの銅ホイル及び3つのプラズマエッチングさ れたPIBOフィルム(各面はエポキシ接着フィルムに結合している(PIBOエポキシ接 着フィルム))を積層ジグに入れた。以下のようにして層を積層ジグ内で重ねた。 (第一の層)銅ホイル、(第二の層)PIBOエポキシ接着フィルム、(第三の層) PIBO−回路フィルム、(第四の層)PIBOエポキシフィルム、(第五の層)PIBO− 回路フィルム、(第六の層)PIBOエポキシ接着フィルム、(第七の層)銅ホイル 。PIBO−回路フィルムの回路層はこの積み重ね中で第四の層と面している。この ジグ及び積み重ねを排気した弾性バッグ内に入れた。この排気されたバッグを事 前に加熱したプレスに入れ、340 °F において400psiで1時間プレスすることに より積み重ねを積層させた。 110,000rpmで回転するドリルを用いて、この積層体に穴を開けた。直径203、3 05 及び508 μm の穴を開けた。305 及び508 μm の穴については、積層体をア ルミニウム/フェノール材料でカバーし、ドリルを入れる際の積層体に対するダ メージを最小にした。次いでこの穴をプラズマエッチングし、破壊屑を除去し、 エポキシ接着剤を剥がした。この穴に銅を無電解めっきによりバイアを形成し、 次いで厚さ2.5 μm に銅を電気めっきした。 外部銅層にDupontフォトレジストをコートし、他のフォトツール でマスクし、紫外線に露光した。2重量パーセントの炭酸ナトリムを用いてフォ トレジストを現像し、露出された銅の領域を残した。この露出した銅に電気めっ きにより3μm の銅をめっきし、次いで2.5 μm のニッケルからなるエッチレジ ストを重ね、次いで電気めっきにより0.25μm の金を付着させた。過酸化硫黄に よりフォトレジストを有する銅を除去した。エッチレジストでコートされた銅は 残っており、外部回路層を構成する。この外部回路層にハンダマスクを加え、ラ インのような電気部品の取付けに用いられない外部回路パターンを保護した。 例2の方法により、同じ多層PWB を形成し、例1Cの厚さ9μm のシングルフ ェース銅クラッドを有する厚さ25μm のPIBOフィルム2つについて繰り返した。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.少なくとも一面に接着された導電層を有し、25℃において20OMPaより高い 引張強度を有するポリイミドベンズオキサゾール(PIBO)フィルム。 2.前記PIBOフィルムの厚さが150 μm 未満である、請求項1記載のポリ イミドベンズオキサゾール(PIBO)フィルム。 3.前記PIBOフィルムの厚さが50μm 未満である、請求項1記載のポリイ ミドベンズオキサゾール(PIBO)フィルム。 4.前記導電層の厚さが50μm 未満である、請求項1記載のポリイミドベンズ オキサゾール(PIBO)フィルム。 5.前記導電層の厚さが17μm 未満である、請求項4記載のポリイミドベンズ オキサゾール(PIBO)フィルム。 6.前記導電層が、銅、アルミニウムもしくはこれらの合金からなる群より選 ばれる、請求項1記載のポリイミドベンズオキサゾール(PIBO)フィルム。 7.前記ポリイミドベンズオキサゾール(PIBO)フィルムが a) 二無水ピロメリット酸と5-アミノ-2-(p-アミノフェニル)ベンズオキサゾ ールとの反応生成物、 b) 二無水ピロメリット酸と2,6-(4,4'-ジアミノジフェニル)ベンゾ[1,2-d:5, 4-d']ビスオキサゾールとの反応生成物、及び c) 二無水ピロメリット酸と2,2'-p- フェニレンビス(5-アミノベンズオキサ ゾール)との反応生成物 からなる群より選ばれる、請求項1記載のポリイミドベンズオキサゾール(PI BO)フィルム。 8.前記ポリイミドベンズオキサゾール(PIBO)フィルムが25℃において 0.5GPaより高い弾性率を有する、請求項1記載のポリ イミドベンズオキサゾール(PIBO)フィルム。 9.前記ポリイミドベンズオキサゾール(PIBO)フィルムが25℃において 250MPaより高い引張強度を有する、請求項1記載のポリイミドベンズオキサゾー ル(PIBO)フィルム。 10.前記ポリイミドベンズオキサゾール(PIBO)フィルムが25℃において 300MPaより高い引張強度を有する、請求項9記載のポリイミドベンズオキサゾー ル(PIBO)フィルム。 11.前記ポリイミドベンズオキサゾール(PIBO)フィルムがIPC 650 2.2. 4Aにより測定して0.02パーセント未満の永久横方向変形率を有する、請求項1記 載のポリイミドベンズオキサゾール(PIBO)フィルム。 12.前記ポリイミドベンズオキサゾール(PIBO)フィルムが−55〜125 ℃ においてXY方向に1〜7ppm/℃の熱膨張係数(CTE)を有する、請求項1記 載のポリイミドベンズオキサゾール(PIBO)フィルム。 13.前記ポリイミドベンズオキサゾール(PIBO)フィルムが−55〜125 ℃ においてZ方向に100ppm/ ℃未満の熱膨張係数(CTE)を有する、請求項1記 載のポリイミドベンズオキサゾール(PIBO)フィルム。 14.前記ポリイミドベンズオキサゾール(PIBO)フィルムが25℃において 5GPa より高い弾性率を有する、請求項1記載のポリイミドベンズオキサゾール (PIBO)フィルム。 15.前記導電層がPIBOフィルムに直接結合している、請求項1記載のポリ イミドベンズオキサゾール(PIBO)フィルム。 16.前記導電層が接着剤によりPIBOフィルムに接着している、請求項1記 載のポリイミドベンズオキサゾール(PIBO)フィルム。 17.パネルもしくは加工パネルである、請求項1記載のポリイミドベンズオキ サゾール(PIBO)フィルム。 18.少なくとも1つの誘電層及び少なくとも1つの回路層を有し、前記少なく とも1つの誘電層が25℃において少なくとも200MPaの引張強度を有するPIBO フィルムである、プリント配線板。 19.前記プリント配線板がシングルサイドプリント配線板である、請求項18記 載のプリント配線板。 20.前記プリント配線板がダブルサイドプリント配線板である、請求項18記載 のプリント配線板。 21.前記プリント配線板が多層プリント配線板である、請求項18記載のプリン ト配線板。 22.前記誘電層がPIBOであり、前記誘電層の厚さが150 μm 未満である、 請求項18記載のプリント配線板。 23.前記誘電層がPIBOであり、前記誘電層の厚さが50μm 未満である、請 求項22記載のプリント配線板。 24.少なくとも1つの回路層の厚さが50μm 未満である、請求項18記載のプリ ント配線板。 25.少なくとも1つの回路層の厚さが17μm 未満である、請求項18記載のプリ ント配線板。 26.少なくとも1つの回路層が、銅、アルミニウム又はこれらの合金からなる 群より選ばれる、請求項18記載のプリント配線板。 27.前記誘電層が1khZ 〜1GHz の周波数範囲において2〜3.3の誘電率を有 する、請求項18記載のプリント配線板。 28.前記少なくとも1つの回路層が100 μm 未満のライン幅を有する少なくと も1つの導体を有する、請求項18記載のプリント配線板。 29.少なくとも1つの回路層が100 μm 未満の導体間隔を有する 少なくとも2つの導体を有する、請求項18記載のプリント配線板。 30.少なくとも2つの導電性回路層が200 μm 未満の直径を有する少なくとも 1つの相互に連結するバイアを有する、請求項18記載のプリント配線板。 31.少なくとも1つの回路層が0〜200 μm の幅を有する少なくとも1つの環 状の穴リングを有する、請求項18記載のプリント配線板。 32.多層プリント回路板が少なくとも1つの誘電接着層を有し、 この誘電接着層が a)エポキシ、 b)ポリイミド、 c)シアネートエステル、 d)ポリアミド酸、及び e)少なくとも1面に結合した接着剤を有するPIBOフィルム からなる群より選ばれる接着剤又はこの接着剤より誘導されるものである、請求 項21記載のプリント配線板。 33.前記プリント配線板がIPC 650 2.6.6Bの加熱サイクルテストに合格する、 請求項18記載のプリント配線板。 34.160 リード/平方インチより高い回路密度を有する、請求項21記載のプリ ント配線板。 35.マルチチップモジュール(MCM)がICが設置された少なくとも2つの 面を有する、請求項34記載のプリント配線板。
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