JP2008201124A

JP2008201124A - 電気絶縁用積層材料及びこの積層材料を用いたプリント配線板

Info

Publication number: JP2008201124A
Application number: JP2007292049A
Authority: JP
Inventors: Hironori Suzuki; 宏典鈴木; Hiroyuki Fukai; 弘之深井; Hiroshi Shimizu; 浩清水
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2007-01-24
Filing date: 2007-11-09
Publication date: 2008-09-04
Also published as: JP5725074B2; JP2013173368A

Abstract

【課題】比誘電率の異なる絶縁材料を組み合わせ、かつ特定の組合わせ方をすることによって、任意の比誘電率の電気絶縁用積層材料及びこの積層材料を用いたプリント配線板を提供する。
【解決手段】絶縁層の上下に導体層を備える積層材料であって、前記絶縁層は２以上の比誘電率の異なる絶縁層から構成され、前記導体層と接する絶縁層と前記導体層と接しない絶縁層との比誘電率が異なることを特徴とする積層材料。
【選択図】なし

Description

本発明は、電気絶縁用積層材料及びこの積層材料を用いたプリント配線板に関する。

昨今の電気・電子機器の多様化、技術的課題の多様化に伴い、電気・電子用材料の分野でも要求仕様が大きく変化しており、従来セラミックスなどに代表される無機材料が使用されていた分野にまで、有機材料が採用されるようになるなど、電気絶縁用積層材料は多種・多様な分野へ展開してきている。

これに伴い、電気絶縁用積層材料に対する要求も、機械特性、電気特性、物理特性、化学特性等々多岐にわたり多様化してきている。電気特性の中では誘電特性（比誘電率・誘電正接等）に関しても様々な要求があり、多種多様な比誘電率の電気絶縁用積層材料の提供の要求がある。

中でも、特殊な誘電特性を有する電気絶縁用積層材料は、一般的な電気絶縁用積層材料に比べて非常に高価であるが、より安価に提供することが求められている。

特許文献１〜７には、誘電率の異なる２以上の材料を用いて比誘電率を調整することが開示されている。例えば、特許文献１では、使用するプリプレグの一部に、酸化チタンを添加したプリプレグを用いることで比誘電率を調整することを試みている。

この手法で用いているプリプレグのうち、酸化チタンを添加する際にベースとして用いる樹脂として、一般的な電気絶縁用積層材料用の樹脂を用いた場合、樹脂は比較的安価に入手できる。また、使用するプリプレグのうち酸化チタンを添加しないプリプレグについても、一般的な電気絶縁用積層材料を用いることが可能であるため、比較的安価に電気絶縁用積層材料を作れる可能性はある。

しかし、上記の特許文献１〜７は、材料の配置については指定していない。材料の配置によっては、プリント配線板の比誘電率は大きく異なる場合がある。

よって、作製した電気絶縁用積層材料は、同じプリプレグを用いても、そのプリプレグの構成によっては、同様の効果が得られない場合がある。

特許第２９８５６４２号公報特開２０００−２３８１６２特開２０００−３１３８１８特開２００１−１８１４６０特開２００１−３４７６００特開平０５−０５７８５２特開平０５−０６３３２３

本発明は、比誘電率の異なる絶縁材料を組み合わせ、かつ特定の組合わせ方をすることによって、任意の比誘電率の電気絶縁用積層材料及びこの積層材料を用いたプリント配線板を提供することを目的とするものである。

そこで、既存の比誘電率の異なる基材を少なくとも２種類積層し、導体に接する材料によって積極的に誘電率を制御した構造をとることで、任意の比誘電率の電気絶縁用積層材料を完成するに至った。

つまり、本発明は、絶縁層の上下に導体層を備える積層材料であって、絶縁層は２以上の比誘電率の異なる絶縁層から構成され、導体層と接する絶縁層と導体層と接しない絶縁層との比誘電率が異なることを特徴とする積層材料に関する。導体層と接する絶縁層の比誘電率は、導体層と接しない絶縁層の２倍以上又は３/４倍以下であることが好ましい。導体層と接する絶縁層の比誘電率が、１０〜５０又は１．５〜３であることが好ましい。また、さらに、本発明は積層材料を含むプリント配線板に関する。

本発明によれば、少なくとも比誘電率の異なる２種類以上の絶縁材料を用いるので、用いた電気絶縁用積層材料各々の持つ比誘電率の最大値と最小値の範囲内で、任意の比誘電率を有する積層用材料及びプリントの配線板を容易に提供することができる。

以下、発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。本発明は、比誘電率の異なる絶縁材料を少なくとも２種類積層し、かつ導体に接する部分に配した材料によって積極的に誘電率を制御することによって得られる電気絶縁用積層材料であり、絶縁材料の組合せを変更することによって得られる任意の比誘電率を有する電気絶縁用積層材料及びプリント配線板として良好な特性を獲得する。

本発明の積層材料は、絶縁層と、その上下に導体層とを備える。絶縁層は、製造される電気絶縁用積層材料及びプリント配線板としての要求特性を著しく損なわない絶縁材料から形成された物であれば、特に制限はない。絶縁材料としては、例えば、塗工布、塗工紙、プリプレグ、接着シート、樹脂付銅箔等の電気絶縁用積層材料を用いてもよい。

絶縁材料に樹脂が含まれる場合には、樹脂としては、熱硬化樹脂、熱可塑樹脂等特に制限はないが、好ましくはエポキシ樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂等であり、中でもエポキシ樹脂を主硬化系に用いることが特に好ましい。これらを単独又は複数組合せて用いることもできる。

上記エポキシ樹脂については、特に制限はないが、例えばビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレンジオール型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡノボラック型エポキシ樹脂、環状脂肪族エポキシ樹脂、グリシジルエステル樹脂、グリシジルアミン樹脂、複素環式エポキシ樹脂（トリグリシジルイソシアヌレート、ジグリシジルヒダントイン等）及びこれらを種々の材料で変性した変性エポキシ樹脂等が使用できる。

また、これらの臭素化物、塩素化物等のハロゲン化物も使用できる。さらに、これらのエポキシ樹脂を２種類以上適宜組合せて使用することもできる。特に、電気電子材料用途に適用できる高い耐熱性や信頼性を絶縁層に付与できることから、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡノボラック型エポキシ樹脂又はこれらのハロゲン化物を用いることが望ましい。

エポキシ樹脂の添加量は、特に制限はないが、十分な硬化物を得るためには、フィラーを除く樹脂組成物中の１６〜９５重量％の範囲が好ましい。

また、加工性改良、添加した樹脂の硬化促進等の目的で、硬化剤を添加してもよい。硬化剤には、フェノール系、アミン系、シアネート系、酸無水物系、ジヒドロベンゾオキサジン環を有する化合物等の、公知の硬化剤を単独または複数組合せて用いることができる。

具体的には、フェノールノボラック、クレゾールノボラック、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳ、メラミン変性ノボラック型フェ−ノール樹脂等のフェノール性水酸基を有するフェノール系硬化剤又はこれらのハロゲン化された硬化剤、ジシアンジアミド等アミン系硬化剤等が挙げられる。

また、上記ジヒドロベンゾオキサジン環を有する化合物は、メチルエチルケトンなどの適当な溶媒中で、フェノール類、アミン類、アルデヒド類を、加熱反応させ、溶剤及び水を除去することで容易に合成できる。

上記フェノール類としてはフェノール、クレゾール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ等を用いることができ、アミン類としてはアニリン、ジアミノベンゼン等を用いることができ、上記アルデヒド類では、ホルムアルデヒド、パラホルム等を用いることができる。

具体的には、フェノール１当量に対して、アニリンを１当量及びホルムアルデヒドを２当量の割合で配合し、還流させ、任意の反応率の点で冷却し、さらに、溶剤及び水分、場合によっては未反応物質を除去することにより所望のジヒドロベンゾオキサジン環を有する樹脂を得ることができる。

また、本発明で用いるエポキシ樹脂及び硬化剤を、事前に適宜反応させてから用いることもできる。硬化剤の添加量は、樹脂組成物の硬化反応を著しく阻害しない範囲であればよく、特に制限はないが、好ましくは、フィラーを除く樹脂組成物中の２〜７３重量％の範囲である。

また、１種又は複数種のフィラーを、比誘電率を高める目的の他に、高剛性化、低熱膨張化等の目的で添加することができ、これらは無機・有機に特に制限はない。上記無機フィラーとしては、特に制限はないが、例えば、酸化モリブデン、酸化亜鉛、珪酸マグネシウム等の金属酸化物、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等の金属水酸化物、アルミナ、シリカ、タルク、マイカ、ケイ酸カルシウム、ケイ酸カリウム、焼成クレー、酸化チタン、硫酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸バリウム、酸化アルミニウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウム等が挙げられ、この他にも、モリブデン、亜鉛、カルシウム、リン、アルミニウム、カリウム、珪素、マグネシウム等の複数の元素からなる酸化物等の化合物であってもよく、上記の化合物を複数組合せて用いてもよい。

さらに、上記樹脂組成物には、公知の顔料、染料、接着助剤、酸化防止剤、硬化促進剤、難燃剤、難燃助剤、有機溶剤等をプリント配線板としての特性を損なわない範囲で添加することができる。
絶縁層は２以上の比誘電率の異なる絶縁層から構成され、絶縁層の比誘電率は、導体に接する絶縁層の比誘電率と導体に接しない絶縁層の比誘電率とが異なっていれば特に制限されないが、導体層と接する絶縁層の比誘電率は、導体層と接しない絶縁層の２倍以上又は３/４倍以下であることが好ましい。
導体層と接しない絶縁層の比誘電率は、一般的な有機絶縁材料の比誘電率である４〜５が好ましい。具体的には、要求特性を損なわなければ特に制限されないが、コスト等を勘案した場合、ガラスエポキシ絶縁材料が好ましく、中でも比誘電率は４〜５であるＦＲ−４基材が挙げられる。
導体層と接しない絶縁層の比誘電率について、導体層と接する絶縁層の比誘電率が導体層と接しない絶縁層の２倍以上の場合は、高誘電材料の比誘電率である１０〜５０が好ましく、２０〜５０がより好ましい。また、導体層と接する絶縁層の比誘電率が導体層と接しない絶縁層の３/４倍以下の場合は、低誘電材料の比誘電率である１．５〜３が好ましく、２〜３がより好ましい。具体的には、要求特性を損なわなければ特に制限されないが、例えば、ＭＣＦ−ＨＤ−４５、ＭＣＦ−ＨＤ−３０、ＭＣＦ−ＨＤ−２０、ＭＣＦ−７０００ＬＸ（日立化成工業株式会社製、それぞれ比誘電率４５、３０、２０、２．８（１ＭＨｚ））、ＧＤＮ−６７Ｎ（日立化成工業株式会社製、比誘電率１０．２〜１０．６（１ＭＨｚ））、ＢＣ１２ＴＭ，ＢＣＴ１６Ｔ（三井金属株式会社製、それぞれ比誘電率１０、３０（１ＭＨｚ））等の樹脂付銅箔の樹脂層が挙げられる。
導体間の絶縁材料の厚さ及び、その中に占める絶縁層に接する部分の同一の絶縁材料の占める割合は、所望の要求特性を獲得できれば特に制限されないが、積層材料の絶縁層全体厚に対し１％以上４０％以下であり、より好ましくは、３％以上３０％以下であり、さらに好ましくは５％以上２０％以下である。

導体層は、その材質は特に制限はないが、銅、アルミ、鉄等が好ましく、これらのうち銅がもっとも好ましい。また、この絶縁材料と金属箔を組合わせ、適宜加熱加圧成形して得た金属張積層板の、金属箔の不要な部分をエッチング除去することによってプリント配線板を製造することもできる。
また、一般的な金属張積層板から作製したプリント配線板を用い、その外側に少なくとも２種類の誘電率の異なるプリプレグ等の絶縁材料、樹脂付き金属箔、もしくは接着フィルム等の絶縁材料を複数組み合わせて、必要に応じて金属箔を積層し、適宜積層し、加熱、加圧することにより、本発明でいう導体に接する部分の材料によって積極的に誘電率を制御した絶縁層を少なくとも一層有するプリント配線板を作製することも出来る。

必要に応じてこれらプリント配線板と、プリプレグ、樹脂付き金属箔又は接着フィルム及び金属箔を単独又は複数組合せて適宜積層し、加熱、加圧することにより、多層化したプリント配線板を製造することもできる。これらプリプレグ、積層板、樹脂付き銅箔、接着フィルム、プリント配線板の製造においては、当該業界における通常の塗工、積層、回路加工工程を適用することができる。

以下、実施例及び比較例により、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に制限するものではない。実施例及び比較例において配線板材料は下記のものを用いた。
（プリプレグ：日立化成工業株式会社製）
・ＧＥＡ−６７ＢＥ（ＪＡＪＨ）比誘電率４．９（１ＭＨｚ）公称厚０．１ｍｍ本文略称ＪＡＪＨ
・ＧＥＡ−６７ＢＥ（ＪＲＰＪ）比誘電率４．９（１ＭＨｚ）公称厚０．０６ｍｍ本文略称ＪＲＰＪ

（樹脂付銅箔：日立化成工業株式会社製）
絶縁層厚２０μｍ使用銅箔ロープロファイル箔１２μｍ
・ＭＣＦ−ＨＤ−４５比誘電率４５（１ＭＨｚ）本文略称ＨＤ４５
・ＭＣＦ−ＨＤ−３０比誘電率３０（１ＭＨｚ）本文略称ＨＤ３０
・ＭＣＦ−ＨＤ−２０比誘電率２０（１ＭＨｚ）本文略称ＨＤ２０
・ＭＣＦ−７０００ＬＸ比誘電率２．８（１ＭＨｚ）本文略称７０００ＬＸ

実施例１〜６、比較例１〜５
表１に示す構成で各種材料を重ね合わせた後、真空度４０ｈＰａ、熱板温度１８５℃及び製品圧力３ＭＰａの条件で８０分間加熱加圧成形して評価基板を作製した。ただし、評価基板の構成上、樹脂付銅箔を複数積層するために、層間に銅が入る可能性がある場合は、１度、銅箔が最外層になる構成までプレスし、銅箔をエッチング除去して樹脂のみとした後、さらに外層部分を積層し加熱加圧成形した。また、表１に示す材料を重ね合わせた積層体が最外層に銅箔を有しない場合には、最外層に銅箔を積層して評価基板とした。銅箔としては、厚み１２μｍの銅箔（古河サーキットフォイル株式会社製、Ｆ２−ＷＳ）を用いた。
誘電率の測定は、ＪＩＳ法とトリプレート法によって実施した。ＪＩＳ法では、１ＭＨｚの誘電特性を測定し、トリプレート法では、１，３，５ＧＨｚの誘電特性を測定した。ＪＩＳ法の測定は、次の手順で実施した。ＪＩＳＣ６４８１１９９６に準拠し，主電極直径３０mm,常態,１ＭＨｚの条件で，ＬＣＲメーター（日本ヒューレットパッカード製４２８４Ａ）にて測定した。

トリプレート法の測定は、次の手順で実施した。測定装置は、ベクトル型ネットワークアナライザ（日本ヒューレットパッカード製のＨＰ−８７２２Ｃ）を用い、トリプレート構造直線線路共振法によって測定した。測定用のサンプルの作製は、次の手順で行った。

先ず、１枚の積層板（上記の評価基板）の片面の銅箔を０．８ｍｍの直線線路（ライン長２０ｍｍ）を残して除去し、裏面は全面に銅を残しグランド層とした。もう１枚の積層板は片面の銅箔を全面エッチングし、裏面はグランド層とした。ついで、これら２枚の積層板のグランド層を外側にして重ね合わせストリップ線路とし、これを試験片とした。なおいずれの測定も２５℃で行った。

表１に示されるように、実施例１〜６と比較例１〜５より、単純に比誘電率の異なる有機絶縁材料を組合わせることによって、異なる比誘電率を有する基材を製造できることが明らかである。

また、実施例１及び２の試験結果から、導体に接する部分の材料の層の厚さを調整することで、比誘電率が異なる基材を製造することが出来ることが明らかである。さらに、実施例１と実施例６を比較することにより、同じ材料を用いても、導体と接する絶縁層に特徴的な比誘電率の材料、つまり、導体層と接しない絶縁層の比誘電率の２倍以上又は３／４倍以下である絶縁層を使用した場合は、その効果が高いことが確認できた。
詳細には、実施例１と実施例６において、全体の比誘電率を測定するＪＩＳ法では、同じ値となったが、トリプレート法では違いが生じた。トリプレート法は、電流や信号の流れる場合の材料の影響をより正確に測定できていると考えられ、実際の電気・電子回路を作製した際の、電気信号の絶縁材料から受ける影響をＪＩＳ法よりも正確に表していると考えられる。つまり、全体としては、同じとして測定される比誘電率であっても、導体に接する部分に特徴的な比誘電率の材料を使用する場合、その効果が非常に高いことが確認できた。

本発明によれば、導体に接する部分に用いる材料の配置によって、比誘電率を所望の値に変更できる。かつ構成の一部にいわゆる一般的なＦＲ−４用プリプレグなど、比較的安価な電気絶縁用積層材料を用いることで、製造コストの低減も可能である。よって、本発明の優位性は明らかである。

Claims

絶縁層の上下に導体層を備える積層材料であって、前記絶縁層は２以上の比誘電率の異なる絶縁層から構成され、前記導体層と接する絶縁層と前記導体層と接しない絶縁層との比誘電率が異なることを特徴とする積層材料。
前記導体層と接する絶縁層の比誘電率は前記導体層と接しない絶縁層の比誘電率の２倍以上である請求項１の積層材料。
前記導体層と接する絶縁層の比誘電率は前記導体層と接しない絶縁層の比誘電率の３/４倍以下である請求項１の積層材料。
前記導体層と接する絶縁層の比誘電率が１０〜５０である請求項２の積層材料。
前記導体層と接する絶縁層の比誘電率が１．５〜３である請求項３の積層材料。
請求項１〜６のいずれかの積層材料を含むプリント配線板。