(57)【要約】【課題】カーボンシートに内蔵されるボイドに起因する被覆樹脂層の破裂や銅板腐食の問題のないカーボンシートを提供すること。【解決手段】充填容器１内の被充填体設置棚２に置かれたカーボンシートＣＳが十分に真空乾燥された後、充填液供給容器４と充填容器１とが連通するように開閉コック６１を開いて充填液供給容器４内で脱気された未硬化のエポキシ樹脂などの充填液を充填容器１内に、カーボンシートＣＳが十分に浸漬状態となるように供給し、次いで開閉コック６１により充填容器１内に大気を導入して大気圧し、大気圧によりカーボンシートＣＳ内のボイドに充填液を充填する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンシート内に含まれているボイドが樹脂により充填されていることを特徴とする樹脂充填カーボンシート。
【請求項２】
上記樹脂は、反応硬化樹脂であることを特徴とする請求項1に記載の樹脂充填カーボンシート。
【請求項３】
上記反応硬化樹脂は、エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項２に記載の樹脂充填カーボンシート。
【請求項４】
上記カーボンシートは、厚さ１０μm〜１０００μmの黒鉛シートであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか1項に記載の樹脂充填カーボンシート。
【請求項５】
プリント配線板の放熱用に使用されるものである請求項1〜請求項４のいずれか１項に記載の樹脂充填カーボンシート。
【請求項６】
カーボンシートを真空処理する第一工程、真空下において上記カーボンシートに含まれているボイド内に液状の反応硬化性樹脂を充填する第二工程を含むことを特徴とする樹脂充填カーボンシートの製造方法。
【請求項７】
上記ボイド内の反応硬化性樹脂を半硬化あるいは硬化する第三工程を含むことを特徴とする請求項６に記載の樹脂充填カーボンシートの製造方法。
【請求項８】
１枚または複数枚のプリント配線基板を含む内層体の片側または両側に、放熱用として請求項１〜５のいずれか一項記載の樹脂充填カーボンシートを有することを特徴とするプリント配線板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂充填カーボンシート、その製造方法およびプリント配線板に関し、特に放熱用として有用な樹脂充填カーボンシート、その製造方法、およびセラミックパッケージ、例えばＣＢＧＡ（Ceramic  Ball  Grid  Array）等の低熱膨張実装部品が半田接合性されるプリント配線板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プリント配線板の放熱用としてアルミニウムなどの熱伝導性の良い金属板が採用されていたが、金属板は高重量であるので電子機器の重量増大を招く問題があることに鑑みて、後記する特許文献１では、金属板より軽重量でありながら熱伝導性に優れたカーボンシートを使用する提案がなされている。
【０００３】
【特許文献１】再公表特許  ＷＯ００／０７９８４８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
プリント配線板の放熱用として使用されるカーボンシートは、一般的に機械的強度が然程高くないので、通常、その両面にエポキシ樹脂などの樹脂層を設けたり、銅板を接着して補強して使用される。ところで市販のカーボンシートは、当該シートの表面に連通する多数の空泡やス（以下、それらをボイドと総称する。）を内蔵しているので、ボイドは上記樹脂層によりカーボンシート内に閉じ込められる。このためにプリント配線板製造の過程で加熱されると、当該ボイド内の気体が熱膨脹して上記樹脂層が破裂して周囲に破片が飛散し、種々の問題を惹起する。また別の問題として、カーボンシートの表面に接着された銅板をエッチング処理やメッキ処理を施す過程においてエッチング液やメッキ液が上記ボイド内に浸透して残留し、それが経時的に銅板を腐食する問題もある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記した問題を解決するために、カーボンシート内に含まれているボイドが樹脂により充填されていることを特徴とする樹脂充填カーボンシート、並びにカーボンシートを真空処理する第一工程、真空下において上記カーボンシートに含まれているボイド内に液状の反応硬化性樹脂を充填する第二工程を含むことを特徴とする樹脂充填カーボンシートの製造方法、並びに１枚または複数枚のプリント配線基板を含む内層体の片側または両側に、放熱用として請求項１〜５のいずれか一項記載の樹脂充填カーボンシートを有することを特徴とするプリント配線板を提供するものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係る樹脂充填カーボンシートによれば、それに含まれていたボイドは樹脂により充填されているので、前記した破裂問題、およびエッチング液やメッキ液の浸透・残留の問題が解消する。本発明に係る樹脂充填カーボンシートの製造方法によれば、第一工程でカーボンシートを真空処理し、第二工程で真空下において上記カーボンシートに液状の樹脂を充填するので、前記ボイドは樹脂により良好に充填される。本発明に係るプリント配線板によれば、上記した破裂問題およびエッチング液やメッキ液の浸透・残留の問題のない樹脂充填カーボンシートを放熱用として使用しているので、軽量でしかも製造が容易であり、機械的および電気的性能の長期安定性に優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
実施の形態１．
実施の形態１は、本発明に係る樹脂充填カーボンシートの製造方法例に関し、図１は、真空充填装置の1部断面図を含む説明図であって、当該装置は、充填容器１、被充填体設置棚２、加温ヒータ３、充填液供給容器４、真空ポンプ５、開閉コック６、および連結管７から構成されている。充填容器１は、ガラス製であって、上下に分離可能な下部容器１１と上部蓋体１２からなり、両者の合わせ面は擦り合わせにより平坦加工されていて、真空用シリコン・グリスの施与により気密に合わせられる。下部容器１１内には被充填体設置棚２が、また下部容器１１の外部には電熱式のヒータ３が、それぞれ設置されている。被充填体設置棚２には、複数のステンレス網（点線で示す。）が上下方向に間隔を置いて設けられいて、ステンレス網上には樹脂未充填のカーボンシートＣＳが置かれる。被充填体設置棚２は、その全体が下部容器１１から取り出し可能なように設置されている。開閉コック６は、開閉コック６１〜６４を含み、連結管７は、連結管７１〜７４を含む。なお開閉コック６１〜６４のうちの開閉コック６２〜６４は二方コックであるが、開閉コック６１のみは大気に通じる口を有する三方コックとなっている。
【０００８】
充填液供給容器４は、充填容器１の上部に位置し、開閉コック６１を含む連結管７１により充填容器１の上部蓋体１２と接続されており、また開閉コック６４を含む連結管７４を介して充填液の補充が可能となっている。真空ポンプ５は、開閉コック６２を含む連結管７２により充填容器１の上部蓋体１２と接続されており、また開閉コック６３を含む連結管７３により充填液供給容器４とも接続されている。
【０００９】
本発明において用いられる充填液としては、前記ボイド内を充填可能であって、少なくとも充填状態においては化学的に安定な物質であれば特に制限はないが、充填性の良好な低粘度液体、例えば室温における粘度が０．１Pａ・ｓ以下、特に０．０５Pａ・ｓ以下の低粘度であって、硬化性の樹脂、例えばエポキシ樹脂が好ましい。
【００１０】
次に、上記真空充填装置の動作に就き説明する。先ず、被充填体設置棚２の各棚に被充填対象のカーボンシートＣＳを置く。カーボンシートＣＳを置いた被充填体設置棚２を下部容器１１内に入れ、その上に上部蓋体１２を真空用シリコン・グリスを介して被せ、図１に示す状態とする。
【００１１】
次いで加温ヒータ３にて充填容器１を加温し、充填液供給容器４に充填液を注入し、開閉コック６２と開閉コック６３とを開とし、開閉コック６１を閉とした状態で真空ポンプ５を稼動して充填容器１と充填液供給容器４とを真空にする。この真空により、充填容器１内のカーボンシートＣＳは、真空加熱により乾燥され、含有するボイド内が脱気される。一方、充填液供給容器４内を真空とすることにより、充填液に溶解している空気やその他の気体や揮発性物が除去される。なお、その際の充填容器１および充填液供給容器４の各真空度は、高度真空であれば好ましいことは勿論であるが、市販の通常の真空ポンプで到達可能な程度、例えば１．３３〜１３３Pａ程度でも良好な結果が得られる。また真空処理時間は、１０〜６０分程度で良い。加温ヒータ３による充填容器１の加温は、カーボンシートＣＳを乾燥すること並びに充填液の粘度を低下して充填性を良好にする点からは好ましいが、充填液が熱硬化性である場合には、硬化反応により粘度上昇する問題が生じるので注意が必要であって、例えば充填液がエポキシ樹脂である場合には、充填容器１の加熱温度は、４０〜６０℃程度が好ましい。
【００１２】
本発明で用いられるカーボンシートＣＳとしては、特に制限はなく、天然産や人造のカーボンを斯界で採用されている従来周知の方法でシート化したもの、例えば原料カーボンを少量のバインダーを用いてシート状に成形し、次いで焼成したものでよい。例えば前記特許文献１に記載されたものも好適である。就中、プリント配線基板の放熱用に使用される場合は、厚さ１０μm〜１０００μm、特に１００μm〜５００μmの黒鉛シートが好ましい。充填容器１内のカーボンシートＣＳが十分乾燥された後、充填液供給容器４と充填容器１とが連通するように開閉コック６１を開いて充填液供給容器４内の充填液を充填容器１内に、カーボンシートＣＳが十分に浸漬状態となるように供給し、次いで開閉コック６１により充填容器１内に大気を導入して大気圧とする。かくすると、大気圧によりカーボンシートＣＳ内のボイドは充填液により充填される。
【００１３】
実施の形態２．
実施の形態２では、前記実施の形態１を一層具体化した例を述べる。図１に示す真空充填装置を用い、原料黒鉛シートとして、東洋炭素社製品（商品名；ＡＸ−０３２、密度；１．８８ｇ／ｃｍ３、厚さ；０．４ｍｍ、曲げ強度；５０MPａ、熱膨脹係数；４．６１０−６／℃、熱伝導率；１９０W／ｍ・K）を、また充填液としてジャパンエポキシレジン社のエポキシ樹脂（商品名；８２８と反応性希釈剤、硬化剤を調製したもので、２０℃の粘度が０．０５Pａ・ｓ）を用い、充填容器１を加温ヒータ３により約４０℃に保持して上記黒鉛シートを真空度約１３Pａ下で約３０分間保持し、同時に充填液供給容器４内の上記エポキシ樹脂も同真空度で脱気し、次いで開閉コック６１を開として、充填液供給容器４内のエポキシ樹脂を充填容器１に注入し、次いで充填容器１内に大気を導入して黒鉛シートにエポキシ樹脂を充填した。
【００１４】
その後、充填容器１から黒鉛シートを取り出し、当該シートの表面に付着しているエポキシ樹脂を厚み制御スキージを用いて黒鉛シート厚より１００μｍ厚となる程度に除去し、次いで１７０℃で２時間加熱して充填されているエポキシ樹脂を硬化し、かくして本発明の樹脂充填黒鉛シートを得た。
【００１５】
１０ｃｍ角の上記の樹脂充填黒鉛シートと、比較例としての同サイズの未充填の上記原料黒鉛シートとに就き、下記の条件並びに方法にて、断面観察試験、半田耐熱試験、および銅板腐食試験を行った。
断面観察試験：被試験シートをエポキシ樹脂モールド硬化後、研磨を行い、顕微鏡観察により断面観察し、樹脂含浸性を調べる。
半田耐熱試験：被試験シートの表面に厚さ１００〜２００μmの上記エポキシ樹脂を塗布硬化した後、２６０℃の半田浴に１０秒間フロートさせ、塗布されたエポキシ樹脂層が膨れ上がる個数を計測する。
銅板腐食試験：被試験シートを硫酸銅６水塩７０〜８０ｇ／リットル、硫酸１６０〜２００ｇ／リットルの組成を有する、２０℃の電解メッキ液に７２時間浸漬し、その後取り出して表面に付着している電解メッキ液を蒸留水で洗浄除去し、１００℃で１時間乾燥し後、当該被試験シートの両面に表面が清浄な２枚に銅板で圧着する様に挟み、その状態で２０℃で７日間放置した後、銅板を剥離して当該銅板の被試験シートと接触した面における腐食の有無を目視観察する。
【００１６】
以上の試験の結果、樹脂充填黒鉛シートは、断面観察試験においてボイドは確認されず、、半田耐熱試験においては樹脂膨れは生じず、また銅板腐食試験では銅板の腐食は見られなかった。これに対して、原料黒鉛シートは、断面観察試験においてボイドが確認され、半田耐熱試験においては３個の樹脂膨れが生じ、銅板腐食試験では銅板が黒変した。このことから、上記三試験に対して原料黒鉛シートと本発明の樹脂充填黒鉛シートとは、極めて明白な差異があって、当該充填黒鉛シートは上記三試験において優れた成績を示すことが明らかである。なお、上記樹脂充填黒鉛シートを有する基板にセラミックスパッケージのＣＢＧＡを実装後、冷熱衝撃試験（−６５℃／１５分⇔１２５℃／１５分）条件下で３００サイクルを実施した結果。半田接合部にクラックは認められず、半田接合信頼性を確認した。
【００１７】
実施の形態３．
実施の形態３は、本発明に係るプリント配線板例に関し、図２は当該プリント配線板の製造工程を説明する断面図であり、図３はプリント配線板の断面図である。実施の形態３においては、樹脂充填カーボンシートの一例として前記実施の形態２で得られたエポキシ樹脂を充填した樹脂充填黒鉛シートが用いられる。図２（ａ）に示す樹脂充填黒鉛シート８は、平板状のものであって、先ず図２（ｂ）に示すように、プリント配線板におけるスルーホールとなる個所に、当該スルーホールより０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度大き目の貫通孔８１が所望個（図２以下では、２個を例示）穿孔される。
【００１８】
次に、黒鉛粉の飛散に基づく板の絶縁性低下を防止するために、樹脂充填黒鉛シート８の表裏面および貫通孔８１の穴壁面に、図２（ｃ）に示すようにエポキシ樹脂などの樹脂層８２を形成し、さらに図２（ｄ）に示すように、樹脂層８２の上のみならず貫通孔８１を埋めるように熱伝導性樹脂層８３を設け、かくして樹脂充填黒鉛シート８、樹脂層８２、および熱伝導性樹脂層８３からなる黒鉛入り放熱シートＡが得られる。熱伝導性樹脂層８３としては、例えばエポキシ樹脂にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を添加して熱伝導性を高めたものが用いられる。
【００１９】
樹脂層８２を施す前に、樹脂充填黒鉛シート８と樹脂層８２との密着性を良好とするために、樹脂充填黒鉛シート８にサンドブラストなどの凹凸付与処理を施して、当該シート８の表裏両面および貫通穴８１の穴壁面に凹凸を付ける。樹脂充填黒鉛シート８と樹脂層８２との密着性並びに樹脂層８２と熱伝導性樹脂層８３との密着性を良好とする観点からは、上記凹凸の大きさは樹脂層８２の厚みを越えて熱伝導性樹脂層８３に達する程度とすると良い。但し、上記凹凸の先端が熱伝導性樹脂層８３の外面に露出すると、プリント配線板の電気特性を低下する問題がある。よって上記凹凸の高さは、樹脂層８２の厚みより高く、樹脂層８２と熱伝導性樹脂層８３との合計厚みより低くすることが好ましい。
【００２０】
一般的に樹脂層８２の膜厚は、２μｍ〜３０μｍ、好ましくは５μｍ〜１５μｍであり、貫通孔８１以外の個所における熱伝導性樹脂層８３の厚みは、一般的に８０μｍ〜２５０μｍ、好ましくは１００μｍ〜１５０μｍであるので、両層の合計厚を顧慮して樹脂充填黒鉛シート８に設ける凹凸の高さを決定するとよい。
【００２１】
図３に示すプリント配線板９は、複数枚（図３では２枚を例示）のプリント配線基板９１１を含む内層体９１、接着剤層９２、２枚の黒鉛入り放熱シートＡ、外層体９３、スルーホール９４、およびスルーホールランド９５から構成されている。接着剤層９２は、接着剤層９２１〜９２３を含み、内層体９１中のプリント配線基板９１１同士は接着剤層９２１により接着されており、内層体９１と黒鉛入り放熱シートＡとは接着剤層９２２により接着されており、黒鉛入り放熱シートＡと外部絶縁体層９３とは接着剤層９２３により接着されている。
【００２２】
接着剤層９２１、接着剤層９２２、接着剤層９２３としては、必要な接着機能を奏し得る限り特に制限はないが、ガラス繊維、ガラスクロス、あるいはその他の電気絶縁性の補強材を含むエポキシ樹脂などの硬化性のものが好ましい。外層体９３は、最外面に所望の電気回路（図示せず）とスルーホールランド９５とが設けられた板体であるが、スルーホールランド９５のみを有するものであってもよい。
【００２３】
次に、図３に示すプリント配線板９の製造方法を説明する。先ず、内層体９１の両面上にそれぞれ未硬化の接着剤層９２２、黒鉛入り放熱シートＡ、未硬化の接着剤層９２３、および外層体９３を順次積層し、次いで当該積層物の両側を適度に加圧した状態で加熱して上記各接着剤層を硬化させて一体板体物を得る。次いでスルーホール９４を形成し、その内壁面に銅などの導電性金属をメッキし、必要に応じて外層体９３の外面に周知の方法で電気回路およびスルーホールランド９５を形成する。なおプリント配線板９の熱膨張度を低下する上で、プリント配線板９における樹脂充填黒鉛シート８の厚みをプリント配線板９の総板厚の少なくとも１０％、特に少なくとも３０％とすることが好ましい。このことは、後記する実施の形態４についても当て嵌まる。
【００２４】
実施の形態４．
実施の形態４は、本発明に係るプリント配線板の他の例に関し、図４は当該プリント配線板の製造工程を説明する断面図であり、図５はプリント配線板の断面図である。実施の形態４においては、樹脂充填カーボンシートの一例として前記実施の形態２で得られたエポキシ樹脂を充填した樹脂充填黒鉛シート８が用いられる点は前記実施の形態３と同じであるが、樹脂充填黒鉛シート８の両表面に存在するエポキシ樹脂層が未硬化あるいは半硬化の状態にあるときに、図４（ａ）に示すように、当該シート８の表裏に銅箔８４を重ねて加熱真空積層成形を施すことにより、両面銅張黒鉛シートを得る。
【００２５】
次に上記両面銅張黒鉛シートの両面の銅箔８４上に図５（ｂ）に示すように、銅めっきにより銅めっき層８５を形成し、さらに図５（ｃ）に示すように、プリント配線板におけるスルーホールとなる個所に、当該スルーホールより０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度大き目の貫通孔８１を所望個（図５（ｃ）以下では２個）穿孔する。
【００２６】
次に両面の銅めっき層８５にドライフィルムレジストをラミネート後、ランド形成のマスクを用い、露光、現像、銅エッチングを施し、スルホールランドの形成と貫通孔８１以外の箇所はエッチングにて図４（ｄ）に示すように、銅めっき層８５の銅の1部を除去する。さらに前記図２（ｄ）の場合と同様にして、貫通孔８１をも埋めるように熱伝導性樹脂層８３を設け、かくして樹脂充填黒鉛シート８、銅箔８４、銅めっき層８５、および熱伝導性樹脂層８３からなる黒鉛入り放熱シートＢが得られる。図５に示すプリント配線板９は、図３に示す前記プリント配線板９とは、放熱シートＡに換えて放熱シートＢが採用されている点が異なるだけである。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、プリント配線板の製造に利用される可能性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施の形態１における真空充填装置の1部断面図を含む説明図である。
【図２】実施の形態３におけるプリント配線板の製造工程を説明する断面図である。
【図３】実施の形態３におけるプリント配線板の断面図である。
【図４】実施の形態４におけるプリント配線板の製造工程を説明する断面図である。
【図５】実施の形態４におけるプリント配線板の断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１；充填容器、１１；下部容器１１、１２；上部蓋体、２；被充填体設置棚、
３；加温ヒータ、４；充填液供給容器、５；真空ポンプ、６；開閉コック、７；連結管、
８；樹脂充填黒鉛シート、８１；貫通孔、８２；樹脂層、８３；熱伝導性樹脂層、
８４；銅箔、８５；銅めっき層、９；プリント配線板、９１；内層体、
９１１；プリント配線基板、９２１〜９２３；接着剤層、９３；外層体、
９４；スルーホール、９５；スルーホールランド、Ａ；黒鉛入り放熱シート、
Ｂ；黒鉛入り放熱シート。
【図１】
2008187132.tif 000003
【図２】
2008187132.tif 000004
【図３】
2008187132.tif 000005
【図４】
2008187132.tif 000006
【図５】
2008187132.tif 000007