JPH06260734A

JPH06260734A - プリント配線板用積層基板

Info

Publication number: JPH06260734A
Application number: JP4693393A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Nawa; 一成那和
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-03-08
Filing date: 1993-03-08
Publication date: 1994-09-16

Abstract

(57)【要約】【目的】プリプレグの積層成形により製造されるプリ
ント配線板用のリジッド基板の誘電率を低下させる。【構成】基板中に直径１０μｍ以下のマイクロボイド
を１０％以上の体積率で含有させる。このマイクロボイ
ドを有するリジッド基板は、縮合型熱硬化性樹脂をマト
リックス樹脂とするプリプレグ積層成形時の熱プレス
を、順次高くなる少なくとも２段階の温度で行い、第一
段と最終段との加熱温度差を５０℃以上とすることで製
造できる。縮合多環系芳香族樹脂の場合で、第一段100
〜120 ℃、第二段 140〜180 ℃、第三段 200〜260 ℃の
３段階の熱プレスで、上記マイクロボイドを形成でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、低誘電率性を特徴とす
る繊維強化樹脂製のリジッド型プリント配線板用積層基
板に関する。

【０００２】

【従来の技術】絶縁性の基板の表面に導体パターンを形
成したプリント配線板は、電子部品の実装基板として広
く利用されている。プリント配線板は、絶縁基板の片面
または両面に銅箔を接合した銅張積層基板に、イメージ
ング、エッチング、金属めっき加工を施して配線機能を
付与することにより製造される。

【０００３】樹脂質基板には、プリプレグ（補強用基材
に樹脂を含浸させたもの）の積層成形により形成される
硬質のリジッド基板と、樹脂単味のプラスチックフィル
ムから構成された軟質のフレキシブル基板とがあり、こ
れらから、それぞれリジッドプリント配線板およびフレ
キシブルプリント配線板が製造される。リジッド基板か
らは多層プリント配線板を製造することもできる。

【０００４】基板用の樹脂として最初に用いられたの
は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂などであったが、近
年のプリント配線板の配線の高密度化に伴い、基板に対
する低誘電率化の要求が高まってきた。その結果、樹脂
単味での誘電率が比較的低いポリイミド、ポリテトラフ
ルオロエチレン、ビスマレイミド−トリアジン(BT)樹脂
などを基板材料に用いて低誘電率基板を製造することが
試みられ、ポリイミド樹脂については、リジッド基板と
フレキシブル基板のいずれについても既に実用化されて
いる。

【０００５】本発明者らは、先に特願平５−9455号にお
いて、縮合多環系芳香族樹脂を用いたリジッド型および
フレキシブル型の基板を提案した。縮合多環系芳香族樹
脂は、縮合多環芳香族化合物または縮合多環芳香族化合
物と単環芳香族化合物との混合物からなる原料物質と、
少なくとも２個のヒドロキシメチル基またはハロメチル
基を有する芳香族化合物からなる架橋剤とを、酸触媒の
存在下で反応させて得られる熱硬化性樹脂である。

【０００６】この縮合多環系芳香族樹脂は、長期耐熱温
度が約260 ℃とポリイミド樹脂の長期耐熱温度約200 ℃
より高く、誘電率は樹脂単味で3.1 、リジッド基板とし
た時でも3.5 と低く、しかも吸水率が非常に低いといっ
た、絶縁性基板材料に非常に適した特性を有している。
従って、ポリイミド系基板を超える性能を示す低誘電率
基板を開発することが可能である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】これまでに提案された
一般に低誘電率基板と呼ばれる樹脂質基板は、なお誘電
率が 3.5〜4.5 程度と高く、また長期耐熱性も不十分で
あることから、超高密度配線が要求されるコンピュータ
用などの多層プリント配線板や、衛星放送等の高周波特
性が要求される分野には適用が困難であった。これらの
用途には、耐熱性と高周波波帯における誘電特性が樹脂
より優れているセラミック基板が多く使用されている
が、セラミック基板は樹脂質基板に比べて非常に高価で
ある上、セラミック基板自体の誘電率は樹脂質基板より
高いという難点もあった。

【０００８】従って、これらの用途の少なくとも一部に
も使用可能となるように、樹脂質基板の一層の低誘電率
化が求められている。

【０００９】本発明の目的は、上述したような樹脂質の
低誘電率基板の誘電率をさらに低下させることであり、
具体的にはプリプレグの積層成形により製造されるリジ
ッド基板の誘電率を低下させることが可能な手段を開発
することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】プリプレグの積層成形に
よるリジッド基板 (積層基板) の製造時に、熱プレスの
条件によっては基板中にボイドが生成することがある。
このようなボイドは、プリント配線板に電子部品を搭載
する際のはんだ付けによって「ふくれ」を生じ、銅箔
(配線) の基板からの剥離や、樹脂層間における剥離が
起こる原因となり、結果的にプリント配線板の性能や信
頼性を低下させる。そのため、リジッド基板の製造にお
いては、ボイドが生成しないような熱プレス条件を採用
し、ボイドの発生をできるだけ防いでいた。

【００１１】基板中のボイドは空気であるから、その誘
電率は1.0 である。一方、周囲のガラス繊維および樹脂
の誘電率は、それぞれ５〜６および３〜５程度である。
従って、基板中にボイドがあると基板全体の誘電率は下
がり、ボイド量が多いほど誘電率は低下することにな
る。

【００１２】本発明者らは、ボイドの持つこのような作
用に着目して、上述したボイドによる悪影響を避けつ
つ、ボイドを積極的に利用して低誘電率化を図るために
検討した結果、積層基板中のボイドを微細にすれば、ボ
イドに起因する「ふくれ」の発生を防ぐことができ、こ
のような微細なボイドでも基板の誘電率低下に寄与する
ことが判明した。また、積層成形時の熱プレスを、温度
を順次上昇させた少なくとも２段以上の多段熱プレスと
することにより、積層基板中に微細なボイドを形成でき
ることも知り、本発明を完成させた。

【００１３】１側面において、本発明は、直径10μｍ以
下のマイクロボイドを10％以上の体積率で含有する、繊
維強化樹脂製のプリント配線板用積層基板 (即ち、リジ
ッド基板) である。

【００１４】別の側面において、本発明は、プリプレグ
の積層成形により上記プリント配線板用積層基板を製造
する方法であって、積層成形時の熱プレスを順次高くな
る少なくとも２段階の温度で行い、第一段と最終段との
加熱温度差が50℃以上あることを特徴とする方法であ
る。

【００１５】本発明の好適態様において、積層基板 (リ
ジッド基板) のマトリックス樹脂が、前述した縮合多環
系芳香族樹脂からなる。この樹脂は安価に製造可能であ
るにもかかわらず、既に説明したように、ポリイミド樹
脂より長期耐熱性に優れ、しかも低誘電率かつ低吸水性
といった積層基板材料に有利な特性を備えているからで
ある。

【００１６】縮合多環系芳香族樹脂は、縮合多環芳香族
化合物または縮合多環芳香族化合物と単環芳香族化合物
との混合物からなる原料物質 (例、ナフタレン、または
ナフタレンとフェノールとの混合物) と、少なくとも２
個のヒドロキシメチル基またはハロメチル基を有する芳
香族化合物からなる架橋剤 [例、ジヒドロキシメチルベ
ンゼン (別名：キシリレングリコール)]とを、酸触媒
(例、原料または架橋剤と反応性または水不溶性のスル
ホン酸化合物) の存在下で反応させることにより得られ
る熱硬化性樹脂である。この反応は、溶融状態でも、ま
た溶液状もしくは分散液状で実施することもできる。

【００１７】リジッド積層基板を製造するには、上記反
応で生成した熱硬化性樹脂 (Ｂステージ樹脂) を補強用
繊維に含浸させてプリプレグを製造する。プリプレグの
製造は、溶剤法とホットメルト法のいずれの方法でも実
施できる。溶剤法は、樹脂を適当な有機溶媒に溶解した
樹脂溶液（ワニス）を補強用繊維に含浸させ、加熱によ
り脱溶媒してプリプレグを得る方法である。ホットメル
ト法は、少なくとも一方に加熱溶融した樹脂を塗工した
２枚の離型紙の間に補強用繊維を挟み、これを加熱ロー
ルの間に通して樹脂を溶融させ、繊維に含浸させる方法
である。

【００１８】補強用繊維としては、従来よりリジッド基
板の製造に用いられている任意の絶縁性繊維が使用でき
るが、通常はガラス繊維である。特に、低誘電率のガラ
ス繊維を使用することが好ましい。ガラス繊維の形態
は、クロス、マット、テープなどが可能であるが、普通
にはガラスクロスである。プリプレグ中の樹脂含有率は
20〜60重量％の範囲内が適当である。プリプレグ中に
は、縮合多環系芳香族樹脂と補強用繊維のほかに、難燃
剤、カップリング処理剤などの公知の各種の添加剤の１
種もしくは２種以上を含有させることもできる。

【００１９】マトリックス樹脂は、上記の縮合多環系芳
香族樹脂が好ましいが、ポリイミド樹脂、フェノール樹
脂などの他の縮合反応型の熱硬化性樹脂を使用すること
もできる。

【００２０】補強用繊維に熱硬化性樹脂を含浸させたプ
リプレグを５〜20枚程度積層し、熱プレス法により積層
体を熱圧着させると同時に樹脂を所望の程度まで硬化さ
せることにより積層成形すると、リジッド基板が得られ
る。この熱プレスは、通常は、積層体を２枚の銅箔の間
に挟み込んでから行う。それにより銅張りされたリジッ
ド基板が直接製造される。その後、銅箔表面にイメージ
ング、エッチング、金属めっき加工を施すと、リジッド
型のプリント配線板が製造される。

【００２１】

【作用】本発明においては、前記のプリプレグの積層成
形時の熱プレスを、順次高くなる少なくとも２段階の温
度で行い、かつ第一段と最終段との加熱温度差を50℃以
上とする。それにより、得られる積層体 (積層基板) 中
に直径10μｍ以下のマイクロボイドを形成することがで
きる。マイクロボイドの誘電率は1.0 であり、補強用繊
維や樹脂より誘電率が著しく低いことから、マイクロボ
イドを含む積層基板では、ボイドを含まない同じ積層基
板に比べて低誘電率化が実現される。

【００２２】多段での熱プレスによりマイクロボイドが
生成する正確な理由は不明であるが、現状では次のよう
に考えられる。縮合型樹脂の場合、従来のように高温で
急激に熱プレスした時には、反応が急激に進行し、縮合
水発生に伴って比較的大きな直径(100μｍ以上) のボイ
ドが発生し、このボイドがプレス成形終了時にも残存す
る。一方、本発明に従って熱プレスを多段で段階的に昇
温させつつ行う時には、縮合反応が緩やかに進行し、そ
の結果、直径の小さなボイドが数多く生成し、直径10μ
ｍ以下のマイクロボイドを10％以上の体積率で含む積層
成形体が得られるのではないかと考えられる。

【００２３】通常の最初から最後まで同一温度での熱プ
レスでは、加圧力や温度によってはボイドが全く発生し
ないか、または上記のように粗大なボイドが発生する。
第一段と最終段の熱プレスの加熱温度差が小さすぎる場
合も、同様に無ボイドまたは粗大ボイドとなったり、或
いはマイクロボイドが生成しても、その量が少なすぎた
りする。ボイドが粗大になると、低誘電率化は可能であ
っても、はんだ付けの際の「ふくれ」の原因となるの
で、本発明ではこのような「ふくれ」を生じないよう
に、直径10μｍ以下までボイド径を小さくする。

【００２４】マイクロボイドの量は多いほど積層基板の
誘電率が低くなるが、その量が体積率で10％未満では低
誘電率化の効果が顕著でないため、マイクロボイドの量
は10％以上とした。上限は特に限定されないが、多すぎ
ると強度低下が目立ってくるので、一般には体積率で30
％以下とすることが好ましい。

【００２５】熱プレスの段数は、通常は２〜４段で十分
であるが、最大は無限大 (即ち、最低加熱温度から最高
加熱温度まで連続的に次第に昇温させる方法) まで可能
で、特に制限はされない。各段での熱プレスの保持時間
は、２〜４段程度であれば10分以上とすることが通常は
好ましい。段数、各段での加熱温度および保持時間は、
樹脂種、積層基板中に生成させたいマイクロボイドの直
径や体積率などの条件に応じて、実験により決定すれば
よい。なお、各段での熱プレス時の加圧力が過大である
と、マイクロボイドの生成が阻害されるが、100 kgf/cm
²以下程度であればマイクロボイドを十分に生成させる
ことができ、圧力の影響はあまりない。加圧力は、各段
ごとに変更しても、同じにしてもよい。

【００２６】例えば、樹脂が縮合多環系芳香族樹脂であ
る場合、各段の熱プレスでの加圧力は20〜100 kgf/cm²
の範囲が適当であり、加熱温度が第一段100 〜120 ℃、
第二段 140〜180 ℃、第三段 200〜260 ℃という３段階
での熱プレスにより、本発明のマイクロボイドを有する
積層基板を製造することができる。

【００２７】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに具体的に
説明する。実施例において、部および％は、特に指定の
ない限り、重量部および重量％である。

【００２８】実施例１ナフタレン100 部、p-キシリレングリコール173 部、お
よび触媒のβ−ナフタレンスルホン酸 8.3部からなる混
合物を、110 ℃で３時間加熱・攪拌することにより付加
縮合反応させて、Ｂステージ状態の縮合多環系芳香族樹
脂を得た。この樹脂は外観が褐色透明であり、70℃にお
ける溶融粘度が16,500 cps、数平均分子量が580 であっ
た。この樹脂をテトラヒドロフランに溶解して、樹脂固
形分50％、常温粘度が50cps の樹脂ワニスを調製した。
この樹脂ワニスにＴガラスクロス(平織り、厚み0.1 m
m、嵩密度104.5 g/m²) を通過させることにより、ガラ
ス繊維に樹脂を含浸させた。その後、ガラスクロスを60
℃で１時間乾燥して溶媒を除去し、樹脂含有量約50％の
ガラスクロスプリプレグを作製した。

【００２９】このガラスクロスプリプレグを、1.6 mm厚
の成形体が得られる枚数だけ重ね合わせ、２枚の電解銅
箔 (各35μｍ厚) の間に挟み込み、25 kgf/cm²の圧力下
で、第一段が120 ℃で20分間、第二段が140 ℃で20分
間、第三段が230 ℃で20分間の３段階での熱プレスによ
り積層成形することにより、厚さ約1.6 mmの両面銅張リ
ジッド積層基板を得た。

【００３０】この積層基板の断面ＳＥＭ観察により、直
径１〜10μｍのマイクロボイドがガラスクロスと樹脂と
の界面において多数認められた。画像解析手法によりこ
のマイクロボイドの積層基板中の体積率を求めたとこ
ろ、約20％であった。この積層基板の誘電特性をJIS C6
481 に準じて測定した結果を次の表１に示す。

【００３１】なお、表１に比較例として示した積層基板
は、100 kgf/cm²の圧力下、230 ℃で60分間の１段の熱
プレスを行った以外は上記と同じ方法で作製したもので
あった。この積層基板は、断面ＳＥＭ観察においてボイ
ドが認められない無ボイドのものであった。その誘電特
性も表１に併せて示す。

【００３２】

【表１】

【００３３】表１に示したように、本実施例で得られた
リジッド積層基板は、従来の低誘電率基板である比較例
のものよりさらに低い3.1 という誘電率を示し、しかも
100MHz においてもこの低い誘電率を保持しており、高
周波帯における誘電特性も優れていることがわかった。

【００３４】本実施例の積層基板をはんだ付け時にさら
される温度である300 ℃に10分間加熱した後、銅箔表面
目視観察および断面ＳＥＭ観察を行ったところ、「ふく
れ」は認められなかった。

【００３５】

【発明の効果】本発明により、プリプレグの積層成形に
よる積層基板の製造において、熱プレスを順次昇温する
多段熱プレスにより行うことで、直径１０μｍ以下のマ
イクロボイドを体積率１０％以上含有する積層基板を得
ることができる。このような基板は、同じプリプレグか
ら作製した無ボイドのものに比べて誘電率が低く、高周
波特性に優れ、しかもボイド直径が１０μｍ以下であれ
ば、はんだ付け時に「ふくれ」の原因となることはな
い。従って、本発明により、低誘電率積層基板の一層の
低誘電率化が可能となり、従来は樹脂質リジッド基板が
適用できなかった超高密度配線や高周波特性が必要な用
途にも使用可能となり、安価な樹脂質リジッド基板の適
用範囲が拡大される。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直径10μｍ以下のマイクロボイドを10％
以上の体積率で含有する、繊維強化樹脂製のプリント配
線板用積層基板。
【請求項２】プリプレグの積層成形により請求項１記
載のプリント配線板用積層基板を製造する方法であっ
て、積層成形時の熱プレスを順次高くなる少なくとも２
段階の温度で行い、第一段と最終段との加熱温度差が50
℃以上あることを特徴とする方法。