JP4934334B2 - 両面銅張板 - Google Patents
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Description
複数の多層(6層〜8層)プリント配線板のビア間の接続と層間の接着を直接ALIVH(Any Layer IVH)技術の導電性ペーストを充填したプリプレグで接続させたプリント配線板である。この方式を採用することにより、今まで困難だった高多層プリント配線板のビアを小径化することが容易となる。さらに、多層プリント配線板のビア穴埋め・銅めっきを施すことにより、高多層(20層〜40層)プリント配線板のスタックビアが容易に実現できる。なお、「スタックビア」とは、三層以上の層間が垂直に形成されたビアのことをいう。
全層フィルドビア構造をもつ複数の多層(6層〜8層)プリント配線板である。前述と同様な方法で、12層を越える全層の層間で自由に接続のできる全層フィルドビア構造の高多層プリント配線板が可能となる。なお、「フィルドビア」とは、導電体で埋められたビアをいう。
フィルドビア構造の複数の両面プリント配線板を必要数準備し、ALIVH技術の導電性ペーストを充填したプリプレグを交互に組み合わせ積層プレスすることにより全層フィルドビア構造の一括積層ビルドアップ配線板が実現できる。一括積層することにより製造工程を削減することができ、納期を短縮することができる。
浦西泰弘、「全層IVH構造「ALIVH」」、エレクトロニクス実装技術、株式会社 技術調査会、2005年3月号、Vol.21 No.3
図1(c)〜(g)に本発明の両面銅張板100A、100Bの製造工程の概要を示した。まず、図1(c)に示すように、第1絶縁基材22および銅箔30からなる片面銅張板を作製する。この際、第1絶縁基材22と銅箔30との間の線膨張係数の差から、片面銅張板に反りが生じるが、片面銅張板をしごいて平坦にすることによって、銅箔30と絶縁基材22との間に生じた内部応力を解消することができる。
本発明の両面銅張板100は、多層配線基板300を作製するために使用される。図2(a)〜(d)に両面銅張板100Aを、配線基板100Cとする工程を示した。まず、図2(b)に示すように、銅箔30および絶縁基材20Aを貫くビアホールが形成される。ビアホールは、レーザーによって形成することができる。ここで、両面銅張板100においては、銅箔30を貫くビアホールを形成する必要があるため、銅箔30としては、レーザーにより穿孔加工可能であるLD銅箔が使用される。
第1絶縁基材22を構成する熱可塑性樹脂組成物は、結晶融解温度が260℃以上の結晶性熱可塑性樹脂、ガラス転移温度が260℃以上の非晶性熱可塑性樹脂、液晶転移温度が260℃以上の液晶ポリマーのいずれかであることが好ましい。
第2の絶縁基材24は、アルケニルフェノール化合物およびマレイミド類の混合物からなる層である。アルケニルフェノール化合物としては、分子中に少なくとも2個のアルケニル基を有するアルケニルフェノール化合物、つまり、芳香環の水素原子の一部がアルケニル基に置換されたフェノール系化合物を挙げることができる。また、具体的には、このようなアルケニルフェノール化合物としては、ビスフェノールAまたはフェノール性水酸基含有ビフェニル骨格にアルケニル基が結合した化合物を挙げることができる。さらに具体的には、3,3´−ビス(2−プロペニル)−4,4´−ビフェニルジオール、3,3´−ビス(2−プロペニル)−2,2´−ビフェニルジオール、3,3´−ビス(2−メチル−2−プロペニル)−4,4´−ビフェニルジオール、3,3´−ビス(2−メチル−2−プロペニル)−2,2´−ビフェニルジオール等のジアルケニルビフェニルジオール化合物;2,2−ビス[4−ヒドロキシ−3−(2−プロペニル)フェニル]プロパン、2,2−ビス[4−ヒドロキシ−3−(2−メチル−2−プロペニル)フェニル]プロパン(以下、「ジメタリルビスフェノールA」という。)等のジアルケニルビスフェノール化合物を挙げることができる。この中でも、原料コストが安く、安定供給が可能であるという点から、アルケニルフェノール化合物としては、ジメタリルビスフェノールAを使用することが好ましい。ジメタリルビスフェノールAの構造式を式1に示す。
銅箔30としては、レーザーによって穿孔可能なLD銅箔(ジャパンエナジー社製)を使用することができる。厚さは特に限定されないが、高密度配線形成の点から、9〜18μmであることが好ましい。
多層配線基板300を作製する際に、本発明の両面銅張板100と積層する他の配線基板200について、以下説明する。他の配線基板200は、熱可塑性樹脂からなる絶縁基材26の片面に銅箔36が形成されており、絶縁基材26にはビアホールが形成され、このビアホールには導電性ペースト組成物70が充填されている。
絶縁基材26を構成する熱可塑性樹脂組成物としては、上記した第1の絶縁基材22を構成する熱可塑性樹脂組成物と同様のものを使用することができる。
銅箔36としては、電界銅箔や圧延銅箔を用いることができる。厚さは特に限定されないが、高密度配線形成の点から、9〜18μmであることが好ましい。
導電性ペースト組成物70は、導電粉末、および、バインダー成分を含むものである。
導電粉末は、第1の合金粒子と第2の金属粒子とから構成される。第1の合金粒子は、180℃以上260℃未満の融点を有する非鉛半田粒子である。このような非鉛半田粒子としては、例えば、Sn−Cu、Sn−Sb、Sn−Ag−Cu、Sn−Ag−Cu−Bi、Sn−Ag−In、Sn−Ag−In−Bi、Sn−Zn、Sn−Zn−Bi、および、Sn−Ag−Biを挙げることができる。これらの非鉛半田粒子は、錫を金属拡散させるという効果において信頼をおけるものである。また、第1の合金粒子としては、これらの非鉛半田粒子の二種以上の混合物を使用することもできる。
ここで、熱可塑性樹脂組成物からなる絶縁基材26の温度に対する弾性率の挙動について説明する。熱可塑性樹脂組成物として、結晶融解ピーク温度が260℃以上の結晶性熱可塑性樹脂からなる組成物を用いた場合であって、この結晶性熱可塑性樹脂として、ポリエーテルエーテルケトンおよび非晶性ポリエーテルイミド樹脂の混合組成物を用いた場合における、絶縁基材26の弾性率の温度に対する挙動を図5に示した。
他の配線基板200の製造方法について説明する。まず、銅箔36上に絶縁基材26が形成される。形成方法は特に限定されないが、例えば、Tダイを用いて銅箔36上に、絶縁基材26を構成する樹脂組成物を押出ラミネートすることにより形成する方法が、安定生産性等の点から好ましい。
(両面銅張板100Aの作製)
ポリエーテルエーテルケトン樹脂(PEEK450G、Tm=335℃)40質量%と、非晶性ポリエーテルイミド樹脂(Ultem 1000)60質量%とからなる樹脂混合物100質量部に対して、平均粒径5μm、平均アスペクト比50の合成マイカを39質量部混合して得られた熱可塑性樹脂組成物を溶融混練し、この混合物を、銅箔(厚さ:12μm、LD銅箔(ジャパンエナジー社製))上にTダイを用いて、設定温度380℃にて押出ラミネートし、急冷製膜することにより、銅箔30上に厚さ50μmの第1絶縁基材22を形成したもの(図1(c)の片面銅張板22、30に対応する。)を二つ作製した。なお、片面銅張板22、30は、作製後、平坦な形状に加工され、銅箔30と第1絶縁基材22との間の線膨張係数差に起因する内部応力が解消される。
次いで、ジメタリルビスフェノールA50質量%およびビス(4−マレイミドフェニル)メタン50質量%の割合で混合した重合性単量体の混合物80質量部、γブチロラクトン20質量部を混合した溶液を、上記で作製した一方の片面銅張板22、30における絶縁基材22の表面にバーコーターを用いて塗布し、100℃45分間乾燥して、厚さ10μmの第2絶縁基材24を第1絶縁基材22の表面に形成した(図1(d)の片面銅張板24、22、30に対応する。)。
そして、第2絶縁基材24が、第1絶縁基材22と重なるようにして、上記で作製した片面銅張板22、30と片面銅張板24、22、30とを、190℃、5Pa、30分間の条件で熱圧着積層した。
上記で作製した両面銅張板100Aの所望の位置に、レーザーを使用して銅箔30、第1絶縁基材22、および第2絶縁基材24を貫通する直径100μmのビアホール50を形成した。次いで、フォトリソグラフ法によって、銅箔30に導体パターンを形成した。なお、形成したビアおよび配線パターンは、100μmビア、150μmピッチの高密度パターンである(以下における、ビア、導体パターンも同様の高密度パターンである。)。そして、ビアホール50の内側以外の部分にマスクを施して、ビアホール50の内側に電解メッキにより銅メッキを施した。そして、スルーホール50にエポキシ樹脂を充填して、配線基板100Cを作製した。
他の配線基板200Aとしては、厚さ12μmの銅箔上にエポキシ樹脂組成物を塗布して、50μmのBステージのエポキシプリプレグ層を形成した。そして、レーザーを使用してエポキシプリプレグ層を貫通する直径100μmのビアホールを形成した。そして、導電性ペースト組成物を、このビアホールにスクリーン印刷により充填した。充填後、125℃、45分間加熱し、溶剤を揮発させて導電性ペーストを乾燥固化して、他の配線基板200Aを作製した。なお、導電性ペースト組成物としては、以下の方法により調整したものを用いた。
Sn−Ag−Cu合金粒子(平均粒径5.55μm、融点220℃、Sn:Ag:Cu(質量比)=96.5:3:0.5)76質量%およびCu粒子(平均粒径5μm)24質量%の割合で混合した導電粉末97質量部に対して、ジメタリルビスフェノールA50質量%およびビス(4−マレイミドフェニル)メタン50質量%の割合で混合した重合性単量体の混合物3質量部、ならびに溶剤としてγブチロラクトン7.2質量部、を添加して、3本ロールで混練して導電性ペースト組成物を調製した。
上記で作製した配線基板100Cを一枚、他の配線基板200Aを二枚用意した。図3(a)に示したように、積層した際に銅箔が表面および裏面となるようにして、配線基板100Cの上下に他の配線基板200Aを重ねて、200℃、5MPa、30分の条件で熱圧着積層した。形成した図3(b)に示す多層配線基板に対して、フォトリソグラフ法により、上下の銅箔に導体パターンを形成した。そして、図3(d)に示すように、積層した際に銅箔が表面および裏面となるようにして、この導体パターンを形成した多層配線基板の上下に他の配線基板200Aを重ねて、230℃、5MPa、30分間の条件で熱圧着積層して、図3(f)に示すような多層配線基板を作製した。
第2絶縁基材24の厚みを5μmとした以外は、実施例1と同様にして、片面銅張板24、22、30を一つ作製した。そして、図1(f)に示すように、この片面同張板の第2絶縁基材24上に銅箔30を、190℃、5Pa、30分間の条件で熱圧着積層し両面銅張板100Bを作製した。そして、実施例1と同様にしてビアホール、導体パターンを形成し、スルーホール内にメッキを施し、エポキシ樹脂を充填して、配線基板を作製した。そして、実施例1と同様にして、他の配線基板200Aと逐次積層して、多層配線基板を作製した。
実施例1と同様にして配線基板100Cを作製した。また、実施例1において両面銅張板100Aの作製に使用した片面銅張板22、30に対して、レーザーを使用して第1絶縁基材22を貫通する直径100μmのビアホールを形成し、導電性ペースト組成物をこのビアホールにスクリーン印刷により充填して、125℃、45分間加熱し、溶剤を揮発させて導電性ペースト組成物を乾燥固化し、フォトリソグラフ法により銅箔に導体パターンを形成して、他の配線基板200Bを作製した。導電性ペースト組成物としては、実施例1と同様のものを用いた。
ポリエーテルエーテルケトン樹脂(PEEK450G、Tm=335℃)40質量%と、非晶性ポリエーテルイミド樹脂(Ultem 1000)60質量%とからなる樹脂混合物100質量部に対して、平均粒径5μm、平均アスペクト比50の合成マイカを39質量部混合して得られた熱可塑性樹脂組成物を溶融混練し、この混合物を、Tダイを用いて、設定温度380℃にて押出してフィルムとしながら、このフィルムの両側に銅箔(厚さ:12μm、LD銅箔(ジャパンエナジー社製))を投入して、キャストロール部にてフィルムと銅箔とをラミネートして両面銅張板(銅箔:12μm、樹脂層:50μm)を作成した。
その後は、実施例1と同様にして、配線基板200Aを作製し、他の配線基板200Aを逐次積層して、多層配線基板を作製した。
ガラスクロスに熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂を含浸させて、厚さ100μmの半硬化状態(Bステージ)のプレプリグを用意した。このプレプリグの両面に銅箔(厚さ:12μm、LD銅箔(ジャパンエナジー社製))を熱プレスにより貼り付けて、両面銅張板を作製した。
その後は、実施例1と同様にして、配線基板を作製し、他の配線基板200Aを逐次積層して、多層配線基板を作製した。
実施例2において、第2絶縁基材を構成する重合性単量体を、ジメタリルビスフェノールA20質量%およびビス(4−マレイミドフェニル)メタン80質量%の割合にて混合したものを使用した以外は、実施例2と同様にして、両面銅張板、配線基板を作製し、他の配線基板200Aと逐次積層して、多層配線基板を作製した。
実施例2において、第2絶縁基材を構成する重合性単量体を、ジメタリルビスフェノールA80質量%およびビス(4−マレイミドフェニル)メタン20質量%の割合にて混合したものを使用した以外は、実施例2と同様にして、両面銅張板、配線基板を作製し、他の配線基板200Aと逐次積層して、多層配線基板を作製した。
実施例1において、第2絶縁基材の厚さを15μmとして両面銅張板を作製した以外は、実施例1と同様にして、配線基板を作製し、他の配線基板200Aと逐次積層して、多層配線基板を作製した。
実施例2において、第2絶縁基材の厚さを10μmとして両面銅張板を作製した以外は、実施例2と同様にして、配線基板を作製し、他の配線基板200Aと逐次積層して、多層配線基板を作製した。
作製した多層配線基板に対して、以下の評価を行った。得られた評価を表1にまとめた。
(両面銅張板の反りの評価)
形成した両面銅張板の一方の面の銅箔を、エッチングによりすべて除去した。その際において、両面銅張板に反りが生じるか否かを以下の基準により評価した。
○:反りが10mm未満であった。
×:反りが10mm以上であった。
多層配線基板上に表出した導体パターン部に針金を半田付けし、この針金を上に引き上げ、導体パターン部を剥がした時の強度を測定した。
○:強度が1N/mm以上であった。
×:強度が1N/mm未満であった。
得られた多層配線基板を、125℃で4時間乾燥する。そして、30℃、湿度85%の恒温恒湿槽に96時間おいて、その後、ピーク温度250℃のリフロー炉で加熱する処理を二度繰り返した。得られた多層配線基板を以下の基準により評価した。
○:基板間の積層界面に剥がれがなく、ビアホール中に膨れが生じていない。
×:基板間の積層界面に剥がれ生じ、および/または、ビアホール中に膨れが生じた。
恒温恒湿槽中で、熱衝撃試験として、−25℃において9分、125℃において9分というサイクルを1000回繰り返した。熱衝撃試験前および試験後の多層配線基板の抵抗を測定して、抵抗変化率を求めた。なお、抵抗変化率は、「|試験前抵抗値−試験後抵抗値|/試験前抵抗値」×100(%)で表される値である。層間接続信頼性は、以下の基準により評価した。
○:抵抗変化率が、常温時および恒温時(25℃)ともに、20%未満である。
×:抵抗変化率が、常温時あるいは恒温時(25℃)のいずれかにおいて、20%以上である。
22 第1絶縁基材
24 第2絶縁基材
30 銅箔
32 導体パターン
50 ビアホール
100、100A、100B 両面銅張板
100C 配線基板
200、200A、200B 他の配線基板
36 銅箔
26 絶縁基材
70 導電性ペースト組成物
300 多層配線基板
Claims (7)
- 絶縁基材の両面に銅箔を積層してなる両面銅張板であって、
前記絶縁基材が、熱可塑性樹脂組成物からなる第1絶縁基材、その上に積層されたアルケニルフェノール化合物およびマレイミド類の混合物からなる第2絶縁基材、さらにその上に積層された第1絶縁基材の3層構造であり、
前記第2絶縁基材の厚みが、前記絶縁基材全体の厚みの1/10未満である、両面銅張板。 - 前記第1絶縁基材が無機充填材を含有しており、その含有量が、第1絶縁基材全体を100質量%として、20〜50質量%である、請求項1に記載の両面銅張板。
- 前記無機充填材が、平均粒径が15μm以下、アスペクト比が30以上の鱗片状の無機充填材である、請求項2に記載の両面銅張板。
- 前記アルケニルフェノール化合物がジメタリルビスフェノールAで、前記マレイミド類がビスマレイミドである、請求項1〜3のいずれかに記載の両面銅張板。
- 前記熱可塑性樹脂組成物が、結晶融解温度260℃以上の結晶性熱可塑性樹脂、ガラス転移温度が260℃以上の非晶性熱可塑性樹脂、または、液晶転移温度が260℃以上の液晶ポリマーのいずれかである、請求項1〜4のいずれかに記載の両面銅張板。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の両面銅張板に導体パターンを形成し、スルーホールを形成する工程、
熱圧着により、他の配線基板と逐次積層あるいは一括積層する工程、
を有する多層配線基板の製造方法。 - 導体パターンおよびスルーホールが形成された請求項1〜5のいずれかに記載の両面銅張板、および、他の配線基板を有し、該両面銅張板と他の配線基板とが逐次積層あるいは一括積層されている多層配線基板。
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