説明

多層積層体の製造方法

【課題】回路形成工程において、最外層の銅箔がエッチング等により除去され、銅箔の支えを失った樹脂が収縮することにより応力を開放しようとするのを抑制する、すなわち基板内部応力を緩和することで、回路成形後の反りを軽減し、製品歩留まりを向上できる多層積層体を提供する。
【解決手段】プリプレグと金属箔のシート状材料を重ね合わせ、これを加熱及び加圧して積層体を製造する方法において、プリプレグの厚みが0.8mm以下であり、プリプレグの片面又は両面に前記金属箔を積層すると共に、当該金属箔の線熱膨張率よりも1.2倍以上大きく、厚みが10倍以上であるプレス板を、前記プリプレグに重ね合わせ、加熱及び加圧することを特徴とする多層積層体の製造方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、プリプレグと金属箔の矩形のシート状材料を重ね合わせて多層積層体とする際に、プリプレグ重合の際の収縮による歪みを除去し、積層体の反りの発生を抑制した多層積層体の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
多層積層体の代表的な例は、プリント回路板である。一般に、プリント回路板は、合成樹脂板、ガラス板、ガラス不織布、紙などの基材に合成樹脂を含浸させて得た「プリプレグ(Prepreg)」と称する誘電材を基本的な構成としている。また、プリプレグと相対する側には電気伝導性を持った銅又は銅合金箔等のシートが接合されている。このように組み立てられた積層物を、一般に2層CCL(Copper Clad Laminate)材料と呼んでいる。
銅又は銅合金箔の替りに、アルミニウム、ニッケル、亜鉛などの箔を使用する場合もある。これらの厚さは5〜200μm程度である。
【0003】
4層基板の製造工程においては、図4に示すように、厚さが0.2〜2mmのプレス面が平滑なステンレス製のプレス板(通称、「鏡面板」と言う。)の上に、銅箔、所定枚数のプリプレグ、次に内層コアと称する2層CCL材料に回路を形成したプリント回路基板、次にプリプレグ、銅箔、プレス板の順に重ねることにより、1組の4層基板材料からなる組み立てユニットが完成する。
なお、プレス板は、通常表面が平滑である(鏡面の)板を使用することが多いが、本願発明で規定する以外の材料特性に、特に制限を受けるものではない。
次に、これらのユニット(通称「ページ」)を10回程度繰り返して重ね、プレス組立体(通称「ブック」)を構成する。
【0004】
その後、上記ブックをホットプレス機内の熱板上にセットし、所定の温度及び圧力で加圧成型することにより、積層板を製造する。4層以上の基板についても、内層コアの層数を上げることで、同様の工程で生産することが可能である。前記成型加工に使用される上下のプレス板は、繰り返し使用する目的で硬い金属板を用いることが多い。通常、SUS304、 SUS301、 SUS630 等のステンレス製が用いられている。
【0005】
具体的には、プリント配線板に使用される各種材料の線膨張係数(常温)は下記の通りであり、それぞれ銅箔の線膨張に合った値となっている。すなわち、いずれも線膨張が近似した値になっていることが分かる。
・銅箔:16.5(×10-6/°C)
・SUS304:17.3×10-6/°C
・SUS301:15.2×10-6/°C
・SUS630:11.6×10-6/°C
・プリプレグ(Cステージ):12〜18×10-6/°C
【0006】
しかしながら、プリプレグについては積層時に物性が大きく変化する。すなわちプリプレグに使用されている樹脂は、積層前後においてBステージ(モノマー)からCステージ(ポリマー)への変化を伴う。
そして、この際プリプレグは樹脂の重合によりその体積が数パーセント収縮する。また、結果的にこの収縮力は、応力として開放されることが無いので、基板内部に残留することとなる
【0007】
この後、回路形成工程において最外層の銅箔がエッチング等により除去されると、上記応力を開放すべく、反りが発生する。つまりこれは銅箔の支えを失った樹脂が収縮することで、応力を開放しようとするので、銅箔が除去された側の面には凹方向の反りを生じることになる。
【0008】
この反りは、特にプリプレグが薄い場合に顕著であり、0.06t程度の極薄基板を回路形成した場合には、基板全体がコイル状に変形する場合がある。
この場合、この基板は後工程への投入が不可能となるという大きな問題を生ずる。
【特許文献1】特許第3100983号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明は、これらの事象に鑑みてなされたものであり、回路形成工程において、最外層の銅箔がエッチング等により除去され、銅箔の支えを失った樹脂が収縮することにより応力を開放しようとするのを抑制する、すなわち基板内部応力を緩和することで、回路成形後の反りを軽減し、製品歩留まりを向上できる多層積層体を得ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、プリント配線板に使用される片面又は両面多層積層板の製造方法において、線膨張係数の大きい材料をプレス板として使用し、積層後の基板の内部応力を低減することにより、回路形成後の基板の反りを防止することが有効であるとの知見を得た。
この知見に基づき、本発明は
1)プリプレグと金属箔のシート状材料を重ね合わせ、これを加熱及び加圧して積層体を製造する方法において、プリプレグの厚みが0.8mm以下であり、プリプレグの片面又は両面に前記金属箔を積層すると共に、当該金属箔の線熱膨張率よりも1.2倍以上大きく、厚みが10倍以上であるプレス板を、前記プリプレグに重ね合わせ、加熱及び加圧することを特徴とする多層積層体の製造方法、を提供する。
【0011】
また、本発明は、
2)プレス板を、プリプレグに直接接触させるか又は前記金属箔を介して積層することを特徴とする上記1記載の多層積層体の製造方法
3)前記積層体が、プリント回路基板であることを特徴とする上記1又は2記載の多層積層体の製造方法
4)前記金属箔が、銅箔又は銅合金箔であることを特徴とする上記1〜3のいずれか一項に記載の多層積層体の製造方法
5)前記プレス板が、アルミニウム又はアルミニウム合金であることを特徴とする上記1〜4のいずれか一項に記載の多層積層体の製造方法
6)前記金属箔が1〜100μm厚であり、プレス板が10μm〜1mmの厚みを有することを特徴とする上記1〜5のいずれか一項に記載の多層積層体の製造方法
7)プリプレグの厚みが0.8mm以下であることを特徴とする上記1〜6のいずれか一項に記載の多層積層体の製造方法
8)前記加圧板の線熱膨張率が、金属箔の線熱膨張率よりも1.4倍以上大きいことを特徴とする上記1〜7のいずれか一項に記載の多層積層体の製造方法、を提供する。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、プリプレグと金属箔のシート状材料を重ね合わせ、これを加熱及び加圧して積層体を製造する際に、プリプレグの厚みが0.8mm以下とし、プリプレグの片面又は両面に前記金属箔を積層すると共に、該金属箔の線熱膨張率よりも1.2倍以上大きく、厚みが10倍以上であるプレス板を前記プリプレグに接触又は前記金属箔を介して積層し、加熱及び加圧することにより、回路形成工程において、最外層の銅箔がエッチング等により除去され、銅箔の支えを失った樹脂が収縮することにより応力を開放しようとするのを抑制することができる、すなわち基板内部応力を緩和することで、回路成形後の反りを軽減し、製品歩留まりを向上できる多層積層体を得ることができるという優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
アルミニウム製プレス板の表裏に銅箔が接着された構造を有するCAC(Cu−Al−Cu)を用いた4層基板の製造工程について説明すると、CACの上に、所定枚数のプリプレグを、次に内層コアと称する2層プリント回路基板を、次にプリプレグを、さらにCACを、順に重ねることにより、矩形(長方形)の1組の4層シート材料の組立てが完成する。
【0014】
次に、これらのユニット(通称「ページ」)を、10回程度繰り返し、プレス用組み立て材(通称「ブック」)を構成する。4層以上の基板についても、一般的には内層コアの層数を上げることで、同様の工程で生産することが可能である。このようにして作製した材料を、図1に示すように、プレス機の上下アルミニウム製熱板の間に挟んで、プレスし積層板とする。通常、熱板は50mm程度の厚板を使用するが、厚さに制限を受けるものではない。
【0015】
プレス板及び熱板に使用するアルミニウム板(JIS#5182)の線膨張係数は23.8×10-6/°Cと、基板の構成材料である銅箔(16.5×10-6/°C)及び重合後のプリプレグ(Cステージ:12〜18×10-6/°C)に比べて大きい。上記から、アルミニウム板(JIS#5182)の線膨張係数は銅箔の約1.4倍、プリプレグの約1.3〜2倍である。
プリプレグに使用されている樹脂は、積層前後においてBステージ(モノマー)からCステージ(ポリマー)への変化を伴い、樹脂の重合によりその体積が数パーセント収縮する。
【0016】
この際、線熱膨張係数が大きいアルミニウムをプレス板及び熱板として使用することにより、プリプレグに熱収縮という内部応力が消滅するか又は減少するのであるが、この理由は必ずしも明確ではない。
しかし、線熱膨張係数が大きいアルミニウム製プレス板及び熱板は、プリプレグの樹脂の重合時の加熱により、一旦熱膨張するが、冷却時には収縮する。この結果、プリプレグの樹脂の重合により、その体積が数パーセント収縮するという熱収縮を超えた収縮が発生する。
【0017】
樹脂の重合によりプリプレグ中に収縮力(応力)が残留し、その後の回路設計の段階で、銅箔が除去され拘束力が無くなった場合に、残留した収縮力(応力)が復活するというのは、あくまで弾性的な内部応力と考えられる。
しかし、この弾性的な内部応力を超える変形(塑性変形)を与えることにより、収縮力(応力)が残留することがなくなると考えられる。そして、大きな線熱膨張係数を有するアルミニウム製プレス板及び熱板による熱収縮が、この役割を担っていると考えられる。
なお、この場合、熱板自体がアルミニウム製なので、アルミニウム製プレス板と同等の機能を持つが、アルミニウム製プレス板が存在することで、目的を達成することができる。すなわち、アルミニウム製プレス板の存在は必須要件であるが、アルミニウム製熱板を用いることは、より好ましい付加的な条件であることは理解されるべきことである。
【0018】
結果として、この収縮力は開放され基板内部に応力が残留することがない。これによって、回路形成工程において、最外層の銅箔がエッチング等により除去され、銅箔の支えを失った樹脂が収縮し、応力を開放しようとする現象が著しく減少するか又は消滅する。
プレス板の材質はアルミニウムに限るものではなく、線膨張係数が銅よりも大きい例えば亜鉛(30.2×10-6/°C)、スズ(22.0×10-6/°C)、鉛(28.9×10-6/°C)等をプレス板として使用しても、同様の効果がある。以上によって、積層時に物性が大きく変化するプリプレグの形状変化に追従することが可能になるという大きな効果を有する。
【0019】
本発明の多層積層体の製造方法においては、プリプレグと金属箔のシート状材料を重ね合わせ、これを加熱及び加圧して積層体を製造するのであるが、金属箔としては、銅又は銅合金箔、アルミニウム箔、ニッケル箔、亜鉛箔などの既存の箔が使用できる。一般に、多く用いられているのは、銅又は銅合金箔であるが、この種類には特に制限はない。
最近、プリプレグは薄くなる傾向にあるが、このプリプレグが薄くなるほど、回路形成後の反りが発生し易くなっているのが現状である。したがって、プリプレグの厚みが0.8mm以下である場合に、本願発明の製造方法は、特に有効である。
【0020】
本願発明は、上記のプリプレグの片面又は両面に前記金属箔を積層し、この金属箔の線熱膨張率よりも1.2倍以上大きく、厚みが10倍以上であるプレス板を積層体の両側に重ね合わせ、加熱及び加圧するものである。
これが本発明の大きな特徴の一つである。通常、金属箔が1〜100μm厚であり、プレス板が10μm〜1mmの厚みを有するものが使用される。
しかし、上記数値を満たすものであれば、金属箔及びプレス板の厚さを任意に選定できるものである。
【0021】
また、プレス板は、前記金属箔の種類に拠らず、金属箔の線熱膨張率よりも1.2倍以上大きく、厚みが10倍以上であるプレス板であれば、いずれも使用できる。実用的かつ好適なプレス板としては、アルミニウム又はアルミニウム合金である。CAC及びプリプレグを積層し、かつプレス機のアルミニウム製の上下熱板で挟み、積層した様子の代表例を図1に示す。
【0022】
プリプレグ及びCACを多層に積層した積層体は高圧で加圧されるため、CACに用いるアルミニウム製プレス板は、十分な強度が必要となる。このため、実験から厚みが金属箔の10倍以上であれば、プレス板としての機能を発揮できる。一方、プレス機の熱板については、プリプレグに直接接触させるか又は前記金属箔を介して積層する。例えば、CACを間に挟む場合には、必然的に銅箔を介して積層することになる。
【0023】
また、回路形成後のプリプレグの反りを防止させるためには、プレス板(及び好ましくは熱板)の十分な線熱膨張が必要とされる。これも同様に、実験から金属箔の線熱膨張率よりも1.2倍以上大きいことが必要である。プレス板の線熱膨張率が、金属箔の線熱膨張率よりも1.4倍以上大きいことが、より好ましい。これによって、例えば、この積層体をプリント回路基板に使用した場合には、銅の回路部を除去した場合でも、プリプレグの反りを生ずることがない。
【実施例】
【0024】
次に、本発明の具体的な実施例を説明する。なお、以下の実施例は、本願発明の理解を容易にするためのものであり、これに制限されるものではない。すなわち、本願発明の技術思想に基づく変形、実施態様、他の例は、本願発明に含まれるものである。
【0025】
(実施例1)
本発明の実施例を図1に基づいて説明する。2層CCL材の製造工程においては、アルミニウム板表裏に、銅箔が接着された構造を有するCACの上に、所望枚数のプリプレグ、CACの順に重ねることで、1枚の2層CCL材の材料組み立てを完成した。
以降は、これらのユニット(通称 ページ)を2回程度繰り返し、プレス組み立て物(通称、「ブック」と言う)が構成した。
【0026】
プレス板の選定に当たって、銅箔厚に対して略10倍以上の厚さを有するものを使用した。これは、プレス板の剛性が銅箔に劣った場合には、プレス板による矯正能力が不足することにより、本発明が意図する残留応力回避が困難になるからである。本実施例1では、銅箔の厚さは0.018mmt 、CACのアルミニウム板の厚さは0.4mmt(JIS#5182)を使用した。なお、プリプレグの厚さは0.06tであった。
【0027】
なお、プレス組み立て物(通称、「ブック」と言う)の最上部、および最下部のページが接する部分の線熱膨張を、プレス板のそれに等しくすることが好ましいことから、プレス機内部の熱板についても、アルミニウム合金(#5182)を使用した。
これを、所定のプレスプログラムによりホットプレス加工を行い、冷却後に解体して2層CCL材を得た。その後、2層CCL材の片面に回路形成を行った。すなわち片面の銅箔の一部をエッチングにより除去したが、図2に示すように反りは生じることが無かった。
【0028】
(実施例2)
実施例1と同様にして、70μm銅箔を1mm厚のアルミニウム製中間加圧板を用い、プリプレグ(0.1t)と積層してプレスし、表裏2層の銅箔からなるCCL材を作製した。但し、プレス機の上下の熱板にSUSを用いた。
実施例1と同様に、冷却後に解体して2層CCL材を得た。その後、2層CCL材の片面に回路形成を行った。この結果、アルミニウム製加圧板により熱膨張の影響を受けたプリプレグについては、樹脂の片面の銅箔の一部もしくはほぼ全部を除去しても、積層板にそりは発生しなかった。
しかし、プレス機の上下のSUS製熱板に接してプレスされたCCL板には反りが発生した。これは、上下の熱板の線熱膨張率が不足した結果と考えられた。
【0029】
(実施例3)
9μm銅箔に、0.1mmアルミニウムを備えたCACを用い、プリプレグ(0.06t)と共にユニットとし、上下にアルミニウム製熱板を配置してプレスし、積層板を作製した。
実施例1と同様に、冷却後に解体して2層CCL材を得た。その後、2層CCL材の片面に回路形成を行った。この結果、回路を形成した基板の樹脂の片面の銅箔の一部もしくはほぼ全部を除去しても、基板にそりは発生しなかった。
【0030】
(実施例4)
35μm銅箔とプリプレグ(0.1t)をユニットとして、プレス機の上下熱板と鏡面板とを、JIS#5182組成のアルミニウム合金を用い、プレスし積層板を作製した。他の条件は、実施例1と同様である。
実施例1と同様に、冷却後に解体して2層CCL材を得た。その後、2層CCL材の片面に回路形成を行った。
この結果、回路を形成した基板の樹脂の片面の銅箔の一部もしくはほぼ全部を除去しても、基板にそりは発生しなかった。
【0031】
(実施例5)
70μm銅箔とプリプレグ(0.8t)をユニットとして、上下熱板と鏡面板を実施例4と同じアルミニウム合金製の1mm板としてプレスを行い、積層板を作製した。他の条件は、実施例1と同様である。
実施例1と同様に、冷却後に解体して2層CCL材を得た。その後、2層CCL材の片面に回路形成を行った。
この結果、回路を形成した基板の樹脂の片面の銅箔の一部もしくはほぼ全部を除去しても、基板にそりは発生しなかった。
【0032】
(比較例1)
一方、比較のためステンレスを熱板として使用した場合の例を示す。この場合も、同様に2層CCL材の製造工程において、SUS304の加熱板の上にSUS鏡面板、銅箔、所望枚数のプリプレグ、銅箔及びSUS304のプレス板を順に重ねることで、1枚の2層CCL材の材料組み立てを完成した。
以降は、これらのユニット(通称、「ページ」と言う)を10回繰り返し、プレス組み立て物(通称、「ブック」という)を構成した。
これを所定のプレスプログラムにより、ホットプレス加工を行い、冷却後に解体して、2層CCL材を得た。
その後、この2層CCL材の片面に回路形成を行ったところ、図3に示すように、銅箔を除去した部分に、反りが発生した。これは、SUS製プレス板の熱膨張が不足した結果と考えられた。
【0033】
(比較例2)
次に、18μm銅箔に、3mm厚SUS板をプレス板として、プリプレグ(0.06t)と積層してプレスし、CCL材を作成した、このCCL材を用いてプリント回路板を作製した。回路形成に当たっては、不必要な銅箔部分については、エッチングにより除去した。この結果、樹脂の片面の銅箔の一部もしくはほぼ全部を除去したとき、図3に示すように、基板にそりが発生した。これは、SUS製プレス板の線熱膨張係数が不足した結果と考えられた。
【0034】
(比較例3)
70μm銅箔とプリプレグ(1.2t)を積層し、上下熱板とプレス板をSUSの3mm板としてプレスを行い、CCL材を作製した。
このCCL材を用いてプリント回路板を作製した。回路形成に当たっては、不必要な銅箔部分については、エッチングにより除去した。樹脂の片面の銅箔の一部もしくはほぼ全部を除去した部分については、図3に示すように、基板に反りが発生した。これは、SUS製上下熱板とプレス板の線熱膨張係数が不足した結果と考えられた。
【0035】
(比較例4)
70μm銅箔とプリプレグ(0.8t)と積層して、上下熱板とプレス板に、SUS301の1mm板を用いてプレスを行い、CCL材を作製した。
次に、このCCL材を用いてプリント回路板を作製した。回路形成に当たっては、不必要な銅箔部分については、エッチングにより除去した。
樹脂の片面の銅箔の一部もしくはほぼ全部を除去した部分については、図3に示すように、基板に反りが発生した。これは、SUS製熱板とプレス板の線熱膨張係数が不足した結果と考えられた。
【0036】
以上の実施例から明らかなように、アルミニウム製のプレス板及び又は熱板を用いてプレスしCCL材を作成した場合、図2に示すように、プレス板又は熱板に接触している部位については、いずれも回路形成した樹脂に反りの発生は全く認められなかった。アルミニウム板(JIS#5182)の線膨張係数(16.5×10-6/°C)は、銅箔の線熱膨張係数(16.5×10-6/°C)約1.4倍、Cステージのプリプレグ(12〜18×10-6/°C)の約1.3〜2倍であることが強く影響していることが分かる。
【0037】
したがって、銅箔の線熱膨張係数に対して線熱膨張係数が高い亜鉛(30.2×10-6/°C)、スズ(22.0×10-6/°C)、鉛(28.9×10-6/°C)等をプレス板又は熱板として使用しても、同様の効果があることは、容易に理解されるべきものである。
これに対して、ステンレス(SUS304)の線膨張係数(17.3×10-6/°C)は、銅箔の線熱膨張係数(16.5×10-6/°C)約1.05倍、Cステージのプリプレグ(12〜18×10-6/°C)の約0.96〜1.44倍であり、これが回路形成した樹脂に反りの発生の原因と考えられる。
【産業上の利用可能性】
【0038】
本発明は、プリント回路板等に使用する積層体を製造する際に、プリプレグの厚みを0.8mm以下とし、プリプレグの片面又は両面に前記金属箔を積層すると共に、該金属箔の線熱膨張率よりも1.2倍以上大きく、厚みが10倍以上であるプレス板又は熱板を、前記プリプレグに直接接触させるか又は前記金属箔を介して積層し、加熱及び加圧することにより、回路基板を構成する最外層の銅箔がエッチング等により除去され、銅箔の支えを失った場合であっても、樹脂の収縮(応力を開放)を抑制することができる。
このように、回路基板内部の応力を緩和することで、回路成形後の反りを軽減するか又は消滅させることにより、製品歩留まりを向上できる多層積層体を製造できるという優れた効果を有する。したがって、本願発明により得られる積層体のメリットは大きく、特にプリント回路板の製造に有用である。
【図面の簡単な説明】
【0039】
【図1】CAC、プリプレグを、順に重ねることにより、矩形(長方形)の1組の4層シート材料の組立てを作製し、このシート材料を、上下のアルミニウム製熱板の間に挟んで、CCL材とする概念説明図である。
【図2】プリプレグの両面に銅箔が貼り付けられ、片面の銅箔の一部がエッチングにより除去された様子を示す図であり、反りが発生していない様子を示す説明図である。
【図3】プリプレグの両面に銅箔が貼り付けられ、片面の銅箔の一部がエッチングにより除去された様子を示す図であり、反りが発生した様子を示す説明図である。
【図4】SUSプレス板の間に、CCL材を配置した説明図である。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
プリプレグと金属箔のシート状材料を重ね合わせ、これを加熱及び加圧して積層体を製造する方法において、プリプレグの厚みが0.8mm以下であり、プリプレグの片面又は両面に前記金属箔を積層すると共に、当該金属箔の線熱膨張率よりも1.2倍以上大きく、厚みが10倍以上であるプレス板を、前記プリプレグに重ね合わせ、加熱及び加圧することを特徴とする多層積層体の製造方法。
【請求項2】
プレス板を、プリプレグに直接接触させるか又は前記金属箔を介して積層することを特徴とする請求項1記載の多層積層体の製造方法。
【請求項3】
前記積層体が、プリント回路基板であることを特徴とする請求項1又は2記載の多層積層体の製造方法。
【請求項4】
前記金属箔が、銅箔又は銅合金箔であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の多層積層体の製造方法。
【請求項5】
前記プレス板が、アルミニウム又はアルミニウム合金であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の多層積層体の製造方法。
【請求項6】
前記金属箔が1〜100μm厚であり、プレス板が10μm〜1mmの厚みを有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の多層積層体の製造方法。
【請求項7】
プリプレグの厚みが0.8mm以下であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の多層積層体の製造方法。
【請求項8】
前記プレス板の線熱膨張率が、金属箔の線熱膨張率よりも1.4倍以上大きいことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の多層積層体の製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2009−269376(P2009−269376A)
【公開日】平成21年11月19日(2009.11.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−124387(P2008−124387)
【出願日】平成20年5月12日(2008.5.12)
【出願人】(591007860)日鉱金属株式会社 (545)
【Fターム(参考)】