(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粘土粒子が配向して積層された粘土膜であって、前記粘土粒子の間がガラスで埋められた構造を有し、前記構造は前記粘土粒子の間を溶融したガラスで埋めることにより得られたものである、粘土膜。
【請求項２】
前記ガラスの含有量は、前記粘土膜全体に対して２０質量％以下である、請求項１に記載の粘土膜。
【請求項３】
前記ガラスの含有量は、前記粘土膜全体に対して５質量％以上で１５質量％以下である、請求項２に記載の粘土膜。
【請求項４】
前記ガラスの軟化点が４００℃以下である、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の粘土膜。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の粘土膜上に電極が形成された、配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、粘土膜およびそれを用いた配線基板に関し、特にたとえば、電子部品を搭載して電子回路を形成するための配線基板などに用いられる粘土膜と、それを用いた配線基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上に配線パターンが形成された配線基板に電子素子を搭載することにより回路基板が形成され、この回路基板が各種電子機器に用いられている。このような回路基板に用いられる基板として、耐熱性および電気絶縁性を有する粘土粒子を配向して積層させた粘土膜を用いることができる（特許文献１参照）。
【０００３】
また、このような粘土膜に接着剤を塗布し、この接着剤層に銅箔を貼付したのち、エッチング処理などによって銅箔の不要な部分を除去することにより、粘土膜上に配線パターンを形成した配線基板を得ることができる。ここで、自立膜としての機械的強度を向上させるために、粘土膜に樹脂などの添加物やグラスウールやセラミックス繊維などの補強材を添加することが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−４２６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、粘土膜では粘土粒子の層間で剥離が起こりやすい。すなわち、粘土膜に配線パターンを形成して電子部品を半田実装したとき、実装部直下の配線パターンが粘土膜ごと剥がれる場合がある。また、配線基板上に電子部品を実装する場合、例えばステップ半田付けなどのような高温半田を用いることがあり、さらに実装部品が熱を発することがあるため、例えば３５０℃以上の高温においても強度が低下しないという耐熱信頼性が求められる。
【０００６】
特許文献１のように、粘土膜にグラスウールやセラミックス繊維などの補強材を添加しても、層厚約１ｎｍ程度、粒子径１μｍ程度の微小な粘土粒子の間を埋めることができないため、粘土膜の剥離強度の補強にはつながらない。また、粘土膜に樹脂などの添加物を加えると粘土膜の剥離強度の補強になるが、高温によって樹脂成分が分解するため、耐熱信頼性を得ることができない。
【０００７】
それゆえに、この発明の主たる目的は、粘土膜の剥離強度が高く、かつ耐熱信頼性の高い粘土膜と、それを用いた配線基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、粘土粒子が配向して積層された粘土膜であって、粘土粒子の間がガラスで埋められた構造を有し、前記構造は粘土粒子の間を溶融したガラスで埋めることにより得られたものである、粘土膜である。
粘土粒子が配向して積層され、この粘土粒子の間がガラスで埋められることにより、緻密な構造を得ることができ、粘土膜の剥離を防止することができる。なお、このような粘土膜は、粘土と水とガラスとを混合して得られる粘土スラリーをシート状に成形し、このシートを熱処理して、粘土層内の水分を除去するとともに、ガラスを溶融させてシート内の空隙をガラスで埋めることにより得ることができる。
【０００９】
このような粘土膜において、ガラスの含有量は、粘土膜全体に対して２０質量％以下であることが好ましい。
特に、ガラスの含有量は、粘土膜全体に対して５質量％以上で１５質量％以下であることが好ましい。
また、ガラスの軟化点が４００℃以下であることが好ましい。
ガラスの含有量を粘土膜全体に対して２０質量％以下とすることにより、粘土粒子の間がガラスで埋められた緻密な構造を得ることができ、配線基板用の粘土膜として実装可能な剥離強度を得ることができる。
特に、ガラスの含有量を粘土膜全体に対して５質量％以上とすることにより、ガラスによる効果が顕著に表れ、粘土膜の剥離強度を大幅に向上させることができる。また、ガラスの含有量を粘土膜全体に対して１５質量％以下とすることにより、粘土膜においてガラスを均一に分散させることができる。
ガラスの軟化点が４００℃以下であると、ガスバリア性やフレキシブル性を低下させることなく、耐熱信頼性と剥離強度の高い粘土膜を得ることができる。
【００１０】
また、この発明は、上述のいずれかに記載の粘土膜上に電極が形成された、配線基板である。
上述の粘土膜においては、粘土膜の剥離強度が高く、また樹脂などを使用していないため、耐熱信頼性の高い粘土膜を得ることができる。このような粘土膜上に電極を形成することにより、信頼性の高い配線基板を得ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、粘土膜の剥離強度が高く、かつ耐熱信頼性の高い粘土膜を得ることができる。さらに、このような粘土膜を用いて配線基板を形成することにより、信頼性の高い配線基板を得ることができる。
【００１２】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための最良の形態の説明から一層明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の配線基板を示す断面図である。
【図２】図１に示す配線基板に用いられる粘土膜の内部構造を示す図解図である。
【図３】電極付き粘土膜の剥離試験の結果を示すグラフである。
【図４】電極付き粘土膜を４００℃の環境下に放置したのちに行った剥離試験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、この発明の配線基板を示す断面図である。配線基板１０は、粘土膜１２を含む。粘土膜１２の一方面上には、電極１４が形成される。電極１４は、例えば、接着剤層１６などによって粘土膜１２上に銅箔やアルミニウム箔などの金属箔を貼り付け、エッチング処理などによって形成された配線パターンで構成される。
【００１５】
粘土膜１２は、図２に示すように、粘土粒子２０が配向して積層された構造を有する。つまり、粘土膜１２は、粘土粒子２０の面の向きを揃えて層状に配置し、粘土粒子２０の層を積層した構造を有する。これらの粘土粒子２０の間は、ガラス２２で埋められている。なお、粘土膜１２を薄く形成することにより、ガラス２２が含まれていても、可撓性を有するフレキシブル粘土膜とすることができる。ここで、粘土粒子が配向して積層されたとは、扁平状の粘土粒子の平面を粘土膜の主面と平行な方向に敷き詰め、粘土膜の主面に垂直な方向に高い周期性をもたせることをいう。
【００１６】
粘土膜１２に用いられる粘土としては、天然粘土および合成粘土のどちらでもよく、例えば、雲母、タルク、カオリナイト、イライト、バーミキュライト、モンモリロナイト、鉄モンモリロナイト、バイデライト、サボナイト、ヘクトライト、スチーブンサイトおよびノントロナイトから選ばれる少なくとも１種を用いることができる。
【００１７】
また、粘土膜１２に用いられるガラスとしては、軟化温度が４００℃以下のものが用いられ、このような軟化温度を有するものであれば組成を選ばない。例えば、ガラスとして、ＳｎＯＺｎＯＰ2Ｏ5系、ＳｎＯＺｎＯ系、Ｂ2Ｏ3ＳｉＯ2系、Ｂ2Ｏ3ＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3ＰｂＯＺｎＯ、Ｂ2Ｏ3ＰｂＯ、ＳｉＯ2Ｂ2Ｏ3ＰｂＯ、ＳｉＯ2ＰｂＯ、ＳｎＯＰ2Ｏ5、ＰｂＯＰ2Ｏ5、Ｂ2Ｏ3ＺｎＯＢｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3Ｂｉ2Ｏ3系などのガラスから選ばれる少なくとも１種を用いることができる。
【００１８】
さらに、添加物として、エチレングリコール、グリセリン、ε−カプロラクタム、デキストリン、でんぷん、セルロース系樹脂、ゼラチン、寒天、小麦粉、グルテン、アルキド樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリビニル樹脂、ポリエチレングリコール、ポリアクリルアマイド、ポリエチレンオキサイド、たんぱく質、デオキシレボヌクレイン酸、リボヌクレイン酸、ポリアミノ酸、フェノール類、安息香酸類化合物およびシリコン樹脂から選ばれる少なくとも１種の少量の補強材を含んでいてもよい。
【００１９】
このような粘土１２を得るために、粘土を水に分散させて、粘土分散液が作製される。この粘土分散液に軟化点ガラスを混合することにより、粘土スラリーが得られる。得られた粘土スラリーをＰＥＴフィルムなどの基材の上に流し出し、乾燥させたのち、基材から剥がしてシートが得られる。このシートを熱処理して、粘土層内の水分を除去するとともに、ガラスを溶融させてシート内の空隙をガラスで埋めることにより、粘土膜１２が作製される。なお、使用する粘土について、予めＬｉとイオン交換しておくことにより、シート成膜後に熱処理を行って、耐水性を付与することができる。
【００２０】
この粘土膜１２では、粘土粒子２０が配向して積層するとともに、粘土粒子２０の間がガラス２２で埋められているため、緻密な構造を有する粘土膜１２が得られる。そのため、粘土膜１２の剥離強度を大きくすることができる。なお、ガラス２２の含有量は、粘土膜１２全体に対して２０質量％以下であることが好ましい。ガラス２２の含有量が粘土膜１２全体の２０質量％以下の範囲において、粘土粒子２０の間がガラス２２で埋められた緻密な構造を得ることができ、配線基板用の粘土膜として実装可能な剥離強度を得ることができる。
【００２１】
特に、ガラス２２の含有量は、粘土膜１２全体の５質量％以上で１５質量％以下であることが好ましい。ガラス２２の含有量が粘土膜１２全体の５質量％以上になると、ガラス２２を添加した効果が顕著に表れ、粘土膜１２の剥離強度を大幅に向上させることができる。また、ガラス２２の含有量が粘土膜１２全体の１５質量％以下であると、ガラス２２が均一に粘土膜１２全体に分散して、安定した特性を有する粘土膜１２を得ることができる。
【００２２】
また、ガラスの軟化温度は４００℃以下であることが好ましい。粘土膜は、６００℃程度で電荷のバランスが崩れ、構造中のＯＨ基がなくなって、結晶構造が崩れる。そのため、粘土膜のガスバリア性やフレキシブル性などが低下する。そこで、粘土膜の熱処理は５００℃程度以下で行われることが好ましい。ガラスの軟化点が４００℃を超えると、熱処理時におけるガラスの流動性が悪くなり、粘土基板に均一にガラスを分散させることが困難となる。ただし、ガスバリア性やフレキシブル性を必要としない用途に用いる場合には５００℃を超えて熱処理してもよく、その場合には軟化点が４００℃を超えるガラスを用いてもよい。
【００２３】
このように、粘土粒子２０の間をガラス２２で埋めることにより、粘土膜１２内に樹脂が存在しないか、または、補強材として樹脂を混入したとしても少量であるため、熱処理時における樹脂の分解などの影響が少なく、耐熱信頼性を向上させることができる。このように、粘土膜の剥離強度が大きく、耐熱信頼性の高い粘土膜１２を用いることにより、信頼性の高い配線基板１０を得ることができる。なお、配線基板１０としては、図１に示すように、単層の粘土膜１２上に電極１４を形成してもよいし、複数層の粘土膜１２を積層してその間に電極１４を形成することによって多層基板とすることもできる。
【実施例１】
【００２４】
粘土（クニミネ工業株式会社製のクニピア−Ｆ）５ｇを水９５ｇに分散させ、粘土分散液を作製した。この粘土分散液にガラスＡ（軟化点３５０℃の低融点ガラス、ＳｎＯＰ2Ｏ5系、ＳｎＯＺｎＯＰ2Ｏ5系）を入れ、ビーズミルで混合して、粘土スラリーを作製した。ガラスの投入量は、粘土膜を作製したときに、粘土膜全体に対して、５質量％、１０質量％、１５質量％、２０質量％となるようにした。
【００２５】
このようにして得られた粘土スラリーをＰＥＴフィルムからなる基材上に流し出し、５０℃で乾燥させて、シートを作製した。そして、得られたシートを基材から剥がし、４３０℃で熱処理を行って、粘土層間の水分を完全に除去するとともに、ガラスを溶融させてシート内空隙を減らし、強度を向上させた粘土膜を作製した。
【００２６】
得られた粘土膜上に接着剤を用いて銅箔を接着し、電極付きの粘土膜の試料を作製した。作製した試料の大きさは、２ｍｍ×２ｍｍの大きさである。この粘土膜上の電極に接着剤もしくは半田等でリード線を固定し、引張試験を行って、剥離が生じたときの圧力（剥離強度）を測定した。さらに、耐熱試験として、粘土膜を４００℃で放置したのちに、再度引張試験を行って、信頼性を調べた。
【００２７】
別の実施例として、粘土（クニミネ工業株式会社製のクニピア−Ｆ）５ｇを水９５ｇに分散させた粘土分散液にガラスＢ（軟化点４００℃の低融点ガラス）を加えて、ビーズミルで混合して、粘土スラリーを作製した。ガラスの投入量は、粘土膜を作製したときに、粘土膜全体に対して、５質量％、１０質量％、１５質量％、２０質量％となるようにした。
【００２８】
このようにして得られた粘土スラリーをＰＥＴフィルムからなる基材上に流し出し、５０℃で乾燥させて、シートを作製した。そして、得られたシートを基材から剥がし、４８０℃で熱処理を行って、粘土層間の水分を完全に除去するとともに、ガラスを溶融させてシート内空隙を減らし、強度を向上させた粘土膜を作製した。そして、上述のような方法で、これらの粘土膜に銅箔を接着して電極付きの粘土膜の試料を作製し、引張試験および耐熱試験を行った。
【００２９】
比較例として、粘土（クニミネ工業株式会社製のクニピア−Ｆ）１０ｇを水９０ｇに分散させた粘土分散液に、作製される粘土膜全体に対して２０質量％となるように、樹脂であるε−カプロラクタムを加えて混合して、粘土スラリーを作製した。このようにして得られた粘土スラリーをＰＥＴフィルムからなる基材上に流し出し、５０℃で乾燥させて、シートを作製した。そして、得られたシートを基材から剥がし、３５０℃で熱処理を行って、粘土層間の水分を完全に除去するとともに、樹脂の高分子化を進めた。そして、上述のような方法で、電極付きの粘土膜を作製した。この電極付きの粘土膜についても、引張試験および耐熱試験を行った。
【００３０】
これらの試料について、引張試験の結果を表１に示すとともに、図３のグラフに示した。また、粘土膜を４００℃で放置したのちに引張試験を行った耐熱試験の結果を表２に示すとともに、図４のグラフに示した。表１および表２において、引張試験によって測定された剥離強度について評価を示した。ここでは、配線基板に使用して実装する際に、問題なく使用できる範囲として、剥離強度が３（Ｎ／２ｍｍ□）以上のものに「△」印を付し、剥離強度が３（Ｎ／２ｍｍ□）未満のものに「×」印を付した。また、剥離強度が３（Ｎ／２ｍｍ□）以上のものについて、剥離強度が５（Ｎ／２ｍｍ□）以上と優れているものに「○」印を付し、特に、剥離強度が１０（Ｎ／２ｍｍ□）以上のものに「◎」印を付した。
【００３１】
【表１】
0005669266.tif 000002
【００３２】
【表２】
0005669266.tif 000003
【００３３】
表１からわかるように、引張試験においては、ガラスや樹脂を添加しない試料については、実装に耐えることができる剥離強度を得ることはできなかった。それに対して、ガラスを加えた試料および樹脂を加えた試料のいずれも、実装可能な剥離強度を得ることができた。これは、粘土粒子の間がガラスまたは樹脂で埋められたことにより、緻密な構造を有する粘土膜が得られたためであると考えられる。
特に、ガラスを加えた試料においては、粘土膜全体に対するガラスの添加量が５質量％以上で１５質量％以下の範囲にあるとき、この範囲外の添加量の場合に比べて、顕著に高い剥離強度を得ることができた。これは、粘土膜全体に対するガラスの添加量が５質量％以上で１５質量％以下のとき、ガラスの効果が十分に表れ、かつガラスが均一に粘土膜内に分散しているためであると考えられる。
【００３４】
粘土膜を４００℃で放置したのちに引張試験を行った場合、ガラスを加えた粘土膜については、放置前とほとんど変わらない剥離強度が得られた。これは、粘土膜を４００℃の高温下に放置しても、粘土粒子とガラスの構造がほとんど変化しないためであると考えられる。このように、ガラスを加えた粘土膜では、高温下で放置されても、粘土膜の形状や強度に劣化は見られず、高温信頼性が認められる。
【００３５】
それに対して、樹脂を加えた粘土膜の場合、４００℃の高温下に放置することにより、剥離強度の低下が見られた。これは、４００℃の高温下で樹脂の分解が進んだためであると考えられる。
【符号の説明】
【００３６】
１０  配線基板
１２  粘土膜
１４  電極
１６  接着剤層
２０  粘土粒子
２２  ガラス
【図１】
0005669266.tif 000004
【図２】
0005669266.tif 000005
【図３】
0005669266.tif 000006
【図４】
0005669266.tif 000007