(57)【要約】【課題】本発明は、薄めであり、低い熱膨脹係数、及び高い放熱特性を有する複合材料の製造方法、その製造方法によって製造された複合材料、及びその複合材料を用いた銅箔積層板に係り、さらに詳細には、一方向炭素纎維プリプレグを用いた複合材料の製造方法、その製造方法によって製造された複合材料、及びその複合材料を用いた銅箔積層板に関する。【解決手段】本発明による一方向炭素纎維プリプレグ織物を用いた複合材料は、一方向炭素纎維プリプレグを製造する工程と、製造された一方向炭素纎維プリプレグを所定の幅に切断する工程と、所定の幅に切断された一方向炭素纎維プリプレグを織物として製織する工程と、製織された一方向炭素纎維プリプレグ織物を成形する工程とにより製造される一方向炭素纎維プリプレグ織物を用いたことを特徴とする。【選択図】図３
2013170344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向炭素纎維プリプレグを製造する工程と、
製造された一方向炭素纎維プリプレグを所定の幅に切断する工程と、
所定の幅に切断された一方向炭素纎維プリプレグを織物として製織する工程と、
製織された一方向炭素纎維プリプレグ織物を成形する工程とにより製造される一方向炭素纎維プリプレグ織物を用いた複合材料。
【請求項２】
一方向炭素纎維プリプレグの製造に使用される炭素纎維は、１Ｋ、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋまたは２４Ｋ炭素纎維であることを特徴とする請求項１に記載の一方向炭素纎維プリプレグ織物を用いた複合材料。
【請求項３】
請求項１に記載の一方向炭素纎維プリプレグ織物を用いた複合材料の上面及び下面、または上面及び下面のうち何れか一つに積層されて一体に成形された銅箔層を備える銅箔積層板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄めであり、低い熱膨脹係数（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｏｆ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ：ＣＴＥ）、及び高い放熱特性を有する複合材料の製造方法、その製造方法によって製造された複合材料、及びその複合材料を用いた銅箔積層板に係り、さらに詳細には、一方向炭素纎維プリプレグ（Ｕｎｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ｃａｒｂｏｒｎ  Ｆｉｂｅｒ  Ｐｒｅｐｒｅｇ）を用いた複合材料の製造方法、その製造方法によって製造された複合材料、及びその複合材料を用いた銅箔積層板に関する。
【背景技術】
【０００２】
印刷回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｂｏａｒｄ：ＰＣＢ）として広く使用される銅でコートされた薄い積層板である銅箔積層板（Ｃｏｐｐｅｒ  Ｃｌａｄ  Ｌａｍｉｎａｔｅ：ＣＣＬ）は、一般的に２つの銅層の間に絶縁層が形成された構造を有する。銅箔積層板の基礎材料として使用される絶縁層の素材である樹脂は、電気絶縁性に優れているが、機械的強度が低く、温度による寸法の変化が金属に比べて少ないという欠点がある。
【０００３】
このような樹脂層の欠点を補完するために、紙、ガラス繊維または不織布が樹脂層の強度を高めるとともに、温度による寸法の変化を低減させるための補強基材として使用される。
【０００４】
銅箔積層板は、ガラス繊維にエポキシ樹脂を浸透させたガラス繊維／エポキシ（Ｇｌａｓｓ／Ｅｐｏｘｙ）銅箔積層板、印刷回路基板の製造のための紙／フェノール（Ｐａｐｅｒ／Ｐｈｅｎｏｌ）銅箔積層板、２種類以上の補強基材を有する複合銅箔積層板、情報処理分野で使用される低い誘電率を有する補強基材を用いた高周波用の銅箔積層板、及び柔軟性が高いポリエステルまたはポリイミドフィルムと銅箔とからなるフレキシブル銅箔積層板に分けられる。
【０００５】
携帯用移動通信端末のように、電子製品の移動性（ｐｏｒｔａｂｉｌｉｔｙ）が要求されるにつれて、電子製品を構成する印刷回路基板は、小型化、薄板化、高集積化とともに、高性能及び高機能が要求されている。その結果、電子製品に利用される印刷回路基板での素子パッケージ密度が上昇し、実装される層数が多層化されるとともに、印刷回路基板は単面から両面に変化する傾向を示している。
【０００６】
通常、使用されるＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）パッケージ工法、またはＳｉＰ（Ｓｙｓｔｅｍ  ｉｎ  Ｐａｃｋａｇｅ）及びＭＣＭ（Ｍｕｌｔｉ  Ｃｈｉｐ  Ｍｏｄｕｌｅ）などの場合、主基板（Ｍａｉｎ  Ｂｏａｒｄ）と副基板（Ｓｕｂ  Ｂｏａｒｄ）との間、またはチップとチップとの間には相互間の熱膨脹係数の差によって反り（Ｗａｒｐａｇｅ）が発生する恐れがあり、その結果、チップとチップとの間、及び基板間の連結にクラックが発生する恐れがある。
【０００７】
すなわち、通常、使用される印刷回路基板の熱膨脹係数は約１２〜２０ｐｐｍ（半導体パッケージ用ＦＲ−４、エポキシ／ガラス繊維）であり、それに対し、Ｓｏｌｄｅｒ  Ｂａｌｌを介して基板上に実装されるチップ（半導体、シリコーンウェーハ）の熱膨脹係数は２〜５ｐｐｍである。したがって、製品の使用時に発生する熱によって半田ボールの疲労寿命が低下するとともに、基板が水平的に膨脹して変形してしまう。その結果、特に、薄板製品の場合には、熱膨脹係数の敏感性が高く、取り扱いまたは使用中に小さな外部の衝撃に対しても敏感であり、不良品を出すような問題が発生して、製品の信頼性が低下してしまう。
【０００８】
印刷回路基板と、その上に実装されるチップとの間の熱膨脹係数の差による問題を解消するための従来の技術として、特許文献１の「印刷回路基板のための炭素纎維補強材」がある。この従来の技術は、図８に示されるように、横方向及び縦方向に互いに製織タイプに縺れた炭素繊維布（Ｃａｒｂｏｒｎ  Ｆｉｂｅｒ  Ｃｌｏｔｈ）と炭素纎維粉砕粒子のうち何れか一つまたは両方を溶剤、触媒、硬化剤及びエポキシを含むポリマー溶体に含浸させ、多数のロール（Ｒｏｌｌ）によって所望する厚さに加工した後、６０〜１４０℃で乾燥製作して形成した印刷回路基板のための炭素纎維補強材を開示する。また、この従来の技術では、図９に示されるように、印刷回路基板のための炭素纎維補強材の上下面に銅箔を形成した銅箔積層板を開示する。
【０００９】
しかし、このような炭素纎維織物を用いた印刷回路基板用補強材は、炭素纎維そのものを製織することによって縮小可能な厚さが限定されており、織物に空隙（ギャップ）が生じるという欠点がある。すなわち、現在、生産されている炭素纎維の最も細い纎維は１Ｋ（ここで、「Ｋ」は、炭素纎維を構成するフィラメント束の数であって、１，０００本を意味する）であり、１，０００本の炭素纎維フィラメント束（Ｙａｒｎ）からなっており、織物として製織する場合、製織された炭素纎維織物の厚さに限界があり、最大約１４０μｍが限界であるという欠点がある。
【００１０】
また、炭素纎維を製織した後、樹脂に含浸させて製作するため、いくら炭素纎維織物を横糸と縦糸との交差部に隙間を形成せずに製織するとしても、樹脂を含浸させる際に、含浸工程の張力によって横糸方向の幅が縮小する現象や、樹脂によって横糸及び縦糸の幅が縮小して、隙間ができる問題が発生して、印刷回路基板のビアホール加工の際に、所定のパワーを有するレーザーを照射してホールを所定の深さに加工する場合、空隙（ギャップ）によって空隙の部位と炭素纎維の部位との強度の差によって一定でないビアホールが形成される。例えば、炭素纎維の部位を加工するために、所定のパワーを有するレーザーを照射すれば、空隙の部位（樹脂のみの部位）は過剰に加工されて、ビアホールは所望の深さより過剰に加工されてしまう。それを防止するために、レーザーパワーを弱く照射すれば、炭素纎維の部位は、所望する深さより少なめに加工されるという問題がある
。
【００１１】
また、織物として製織する場合に発生する炭素纎維の横糸と縦糸との張力の差及び樹脂含浸工程中に発生する張力の問題のため、Ｘ軸及びＹ軸の熱膨脹係数の差が発生するという問題がある。
【００１２】
本発明は、前述のような従来の技術の問題点を解決するためになされたものであって、下記のような目的を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】韓国特許登録第８４７００３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、一方向炭素纎維プリプレグ織物を用いることによって、従来の技術が有する厚さの限界を克服した複合材料の製造方法を提供することである。
【００１５】
本発明の他の目的は、印刷回路基板を備えて、コンピュータ、通信機器、制御機械、発電機、変圧器、モーターまたは配電板のような多様な電気機器や電子機器に使用されて、低い熱膨脹係数と高い放熱特性を与える複合材料の製造方法、その製造方法によって製造される複合材料、及びその複合材料を用いた銅箔積層板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明による一方向炭素纎維プリプレグ織物を用いた複合材料は、一方向炭素纎維プリプレグを製造する工程と、製造された一方向炭素纎維プリプレグを所定の幅に切断する工程と、所定の幅に切断された一方向炭素纎維プリプレグを織物として製織する工程と、製織された一方向炭素纎維プリプレグ織物を成形する工程とにより製造される一方向炭素纎維プリプレグ織物を用いたことを特徴とする。
【００１７】
このとき、一方向炭素纎維プリプレグの製造に使用される炭素纎維は、１Ｋ、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋまたは２４Ｋ炭素纎維であることを特徴とする。
【００１８】
本発明による銅箔積層板は、一方向炭素纎維プリプレグを製造し、製造された一方向炭素纎維プリプレグを所定の幅に切断した後、所定の幅に切断された一方向炭素纎維プリプレグを織物として製織し、製織された一方向炭素纎維プリプレグ織物の上下面に銅箔を積層して一体に成形したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、一方向炭素纎維プリプレグを製造した後、それを製織した一方向炭素纎維プリプレグ織物を用いることによって炭素纎維束を製織した従来の技術に比べて、さらに薄めであり、樹脂が含浸された状態のプリプレグを製織したものであって、製織状態で別途の樹脂含浸工程が不要であるため、含浸工程での隙間の発生を防止することができ、Ｘ方向及びＹ方向の張力の差が大きくないため、Ｘ方向及びＹ方向の熱膨脹係数の差が小さい。
【００２０】
また、従来使用されている印刷回路基板の素材に比べて、さらに低い熱膨脹係数を有し、炭素纎維の高い熱伝導率によって印刷回路基板に潜在する熱を迅速に発散させることができる熱伝導体としての役割を行うことができるため、基板の寿命が延び、また、熱による変形が防止されて、製品の寿命を延ばすことができる。
【００２１】
また、従来使用されている炭素纎維の最も細い纎維である１Ｋで製織された織物と同じ厚さの織物を、一方向炭素纎維プリプレグ織物では安価な１２Ｋで製織することができるため、同じ厚さの織物ではさらに経済的である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
本明細書で添付される図面は、本発明の好ましい実施形態を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに、本発明の技術思想をさらに理解させる役割を行うものであるため、本発明は、添付図面に記載された事項にのみ限定されて解釈されてはならない。
【００２３】
【図１】本発明による超薄板複合材料の製造工程を示すフローチャートである。
【図２】本発明による一方向炭素纎維プリプレグの製造工程を示す図である。
【図３】製造された一方向炭素纎維プリプレグを利用して一方向炭素纎維プリプレグ織物を製造する工程を示す写真である。
【図４】一方向炭素纎維プリプレグ織物の成形工程を示す写真である。
【図５】炭素纎維織物及び一方向炭素纎維プリプレグ織物の製織方法を模式的に示す図である。
【図６】炭素纎維織物と一方向炭素纎維プリプレグ織物との厚さの差を確認するために断面を撮影した写真である。
【図７】従来の技術による炭素纎維織物及び本発明による一方向炭素纎維プリプレグ織物の空隙の発生を確認するために撮影した写真である。
【図８】従来の技術による印刷回路基板用の炭素纎維補強材を示す断面図である。
【図９】従来の技術による印刷回路基板用の炭素纎維補強材を用いた銅箔積層板を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付図面に提示された実施形態を参照して本発明を詳細に説明するが、提示された実施形態は、本発明の明確な理解のための例示的なものであり、本発明がこれに限定されるものではない。
【００２５】
図１及び図２は、本発明による超薄板複合材料の製造工程及び一方向炭素纎維プリプレグの製造工程をそれぞれ示す図である。
【００２６】
図１に示されるように、本発明による複合材料の製造方法は、一方向炭素纎維プリプレグを製造する工程と、製造された一方向炭素纎維プリプレグを所定の幅に切断する工程と、所定の幅に切断された一方向炭素纎維プリプレグを織物として製織する工程と、製織された一方向炭素纎維プリプレグ織物を成形する工程とを含む。
【００２７】
本発明による複合材料を製造するために、まず、一方向炭素纎維プリプレグが製造される。一方向炭素纎維プリプレグはシート型であり、一方向炭素纎維に樹脂を含浸させて製造することができ、その具体的な過程は図２に示されている。
【００２８】
図２に示されるように、一方向炭素纎維プリプレグを製造するために、まず、クリール（Ｃｒｅｅｌ）によって一方向炭素纎維Ｆが剥離紙（Ｒｅｌｅａｓｉｎｇ  Ｐａｐｅｒ：Ｒ／Ｐ）とともに熱板１１に供給される。剥離紙Ｒ／Ｐは、炭素纎維に含浸する量に該当する樹脂がコートされた紙であって、供給ローラー１２によって供給されることができる。一方向炭素纎維Ｆは、この分野で公知の任意の方法によって製造されることができる。樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂またはフェノール樹脂のように、この分野で公知の任意の樹脂であってもよい。炭素纎維Ｆに含浸する樹脂は、必要によって銅箔に対する接着力を高めるためのシランカップリング剤を含むことができる。熱板１１を通過しつつ溶融した樹脂は、一対のローラー１３ａ、１３ｂによって一方向炭素纎維Ｆに含浸することができる。炭素纎維Ｆに樹脂が含浸すれば、第１分離ローラー１４によって剥離フィルムＰが除去されつつ、新しい剥離フィルムＰ’が第２供給ローラー１５によって供給され、そして、冷却ローラー１６ａ、１６ｂによって冷却される炭素纎維プリプレグ工程が行われる。冷却ローラー１６ａ、１６ｂは、炭素纎維Ｆに含浸した樹脂を冷却させ、それと同時に所定の圧力を加えて炭素纎維Ｆをシート型に製作する。このような工程によって一方向炭素纎維プリプレグＰＳが製造され、前記製造された一方向炭素纎維プリプレグは、供給ローラー１７によって供給される背面剥離フィルムＰ１とともに巻き取りローラーＲに巻かれる。図２に示された一方向炭素纎維プリプレグの製造方法は例示的なものであって、本発明はこれに制限されるものではない。
【００２９】
図３には、このように製造された一方向炭素纎維プリプレグを用いて一方向炭素纎維プリプレグ織物を製造する工程を示す。
【００３０】
図３に示されるように、製造された一方向炭素纎維プリプレグは、次の工程のために所定の幅に切断される。製織のための一方向炭素纎維プリプレグの切断幅は特別に制限されるものではなく、本実施形態では１０ｍｍの幅に切断した。そして、切断された一方向炭素纎維プリプレグの一つの幅は横糸方向に、他の幅は縦糸方向に交差するように配置し、平織りで製織する。
【００３１】
製織が完了すれば、図４に示されるようなオートクレーブ（Ａｕｔｏｃｌａｖｅ）装置を利用して成形し、成形が完了すれば、本発明による超薄板複合材料が製造される。成形条件は、樹脂の種類によって変わり得るが、本実施形態では、１３０℃の温度、３ｋｇｆ／ｃｍ２で１時間３０分間成形した。一方、本実施形態では、オートクレーブ装置を利用して成形することを例として説明したが、この分野で公知の他の方法によって成形してもよい。
【００３２】
以上のように、一方向炭素纎維プリプレグを製織した一方向炭素纎維プレプレグ織物を用いた複合材料は、炭素纎維織物を製織した後、樹脂を含浸させて製造した従来の補強材に比べて、厚さをさらに薄めにすることができるという利点を有する。すなわち、従来の炭素纎維織物を製造するためには、製織用１Ｋ、３Ｋ、６Ｋ炭素纎維が必要であるが、一方向炭素纎維プレプレグ織物は、一般的な１Ｋ、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋ及び２４Ｋ炭素纎維を使用して製造することができる。また、一方向炭素纎維プレプレグ織物は、炭素纎維織物が有する厚さの限界である１４０μｍより約３倍薄い５０μｍまで製織が可能であるという利点を有する。
【００３３】
このように、炭素纎維織物に比べて薄く製織できる理由は、一方向炭素纎維プリプレグを製造する工程中に炭素纎維束を広く広げることができるためであり、２タイプの方法による製織方法及びそれによる厚さの差の発生は、図５を参照すれば容易に確認することができる。図５において、上側の図は炭素纎維織物を示し、下側の図は一方向炭素纎維プリプレグ織物を示す。
【００３４】
図６は、炭素纎維織物と一方向炭素纎維プリプレグ織物との厚さの差を確認するために断面を撮影した写真であって、上側の炭素纎維織物の厚さより、下側の一方向炭素纎維プリプレグ織物の厚さがはるかに薄いということが確認可能である。
【００３５】
図７は、従来の技術による炭素纎維織物及び本発明による一方向炭素纎維プリプレグ織物の空隙の発生を確認するために撮影した写真である。上側の炭素纎維織物では、炭素纎維束の間に空隙（ギャップ）が発生したことが分かる。空隙が発生すれば、前述のように、その空隙に含浸した樹脂に気泡が発生する恐れがあり、以後に銅箔との結合のための高圧のプレス過程において水分の浸透によってショートが発生する恐れがある。また、ホール加工の際に、空隙によって複合材料に変形が発生する恐れがある。本発明による下側の一方向炭素纎維プリプレグ織物では、空隙が全く発生しないことが確認できる。したがって、本発明によれば、空隙により発生し得る諸般の問題点が解消されることができる。
【００３６】
また、一方向炭素纎維プレプレグ織物は、一方向炭素纎維を用いて製作するため、製品の厚さ及び単位重量を比較的容易に設計して製造することができるため、従来の炭素纎維織物に比べて、厚さ、重量及び価格的な利点を有する。
【００３７】
そして、一方向炭素纎維プレプレグ織物を用いて製造された印刷回路基板は、従来使用されている印刷回路基板の素材に比べてさらに低い熱膨脹係数を有し、炭素纎維の高い熱伝導率に起因して、印刷回路基板に潜在する熱を迅速に発散させることができる熱伝導体としての役割を行うことができるため、
基板の寿命が延び、また、熱による変形が防止されて、製品の寿命を延ばすことができる。
【００３８】
また、従来の炭素纎維織物は、生産の特性上、横糸と縦糸との張力の差によってＸ方向及びＹ方向の熱膨脹係数が異なるが、本発明による一方向炭素纎維プレプレグ織物は、一方向炭素纎維プリプレグを製造した後に製織が行われるため、横糸と縦糸との張力の差が従来の炭素纎維織物に比べて小さいという利点を有する。
【００３９】
一方、前述のように製造された一方向炭素纎維プリプレグ織物の上面及び下面、または上面及び下面のうち何れか一つに銅箔を積層して一体に成形することによって、銅箔積層板を製造することができる。一方向炭素纎維プレプレグ織物を用いた銅箔積層板の場合、一方向炭素纎維プリプレグに樹脂層が均一に形成されて水分の発生が防止され、それにより、ショートの発生が抑制されることができ、収縮及び膨脹が均一に行われて、寸法安定性が高まるという利点を有する。
【００４０】
以上、本発明は、提示された実施形態を参照して詳細に説明されたが、この分野で通常の知識を有する者は、提示された実施形態を参照して本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で多様な変形及び修正が可能である。本発明は、このような変形及び修正によって制限されず、但し、特許請求の範囲によって制限される。
【符号の説明】
【００４１】
１１  熱板
１２  供給ローラー
１３ａ、１３ｂ  ローラー
１４  第１分離ローラー
１５  第２供給ローラー
１６ａ、１６ｂ  冷却ローラー
【図１】
2013170344.tif 000003
【図２】
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【図５】
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【図８】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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