(57)【要約】      （修正有）【課題】低熱膨張係数を有するガラス組成物、ガラス繊維、印刷回路基板の絶縁層、及び印刷回路基板の提供。【解決手段】４０〜６０重量部の酸化ケイ素と、２０〜４０重量部の酸化アルミニウムと、５〜２０重量部の酸化リチウムと、を含むガラス組成物。ガラス組成物を用いて製造されたガラス繊維１０３とガラス繊維が含浸された高分子樹脂１０２とを含む、印刷回路基板の絶縁層１００。及び印刷回路基板の絶縁層上に形成された回路パターンとを含む、印刷回路基板。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
４０〜６０重量部の酸化ケイ素と、
２０〜４０重量部の酸化アルミニウムと、
５〜２０重量部の酸化リチウムと、
を含む、ガラス組成物。
【請求項２】
酸化バリウム、酸化マグネシウム、及び酸化亜鉛からなる群より選択される少なくとも一つの酸化物をそれぞれ０．２〜６重量部さらに含む、請求項１に記載のガラス組成物。
【請求項３】
酸化ホウ素及び酸化ビスマスからなる群より選択される少なくとも一つの酸化物をそれぞれ０．５〜５重量部さらに含む、請求項１または２に記載のガラス組成物。
【請求項４】
酸化カリウムを０．３〜１重量部さらに含む、請求項１から３のいずれか１項に記載のガラス組成物。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載のガラス組成物を用いて製造された、ガラス繊維。
【請求項６】
請求項５に記載のガラス繊維と、
前記ガラス繊維が含浸された高分子樹脂と、
を含む、印刷回路基板の絶縁層。
【請求項７】
請求項６に記載の印刷回路基板の絶縁層と、
前記印刷回路基板の絶縁層上に形成された回路パターンと、
を含む、印刷回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低熱膨張係数（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｏｆ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ、ＣＴＥ）を有するガラス組成物、及びこれを用いたガラス繊維、印刷回路基板の絶縁層、並びに印刷回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化に伴い、主要部品の一つである印刷回路基板の需要がますます増加している。このような印刷回路基板は、主な機能を担う能動集積回路（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ、ＩＣ）同士の接続や集積回路と受動部品との間の接続のために用いられる。また、所定の使用条件や過酷な条件下で、集積回路が正しく動作するように集積回路を固定させる役割を担っている。
【０００３】
このような役割を行うために印刷回路基板は電気的、機械的、熱的に安定した状態を維持する必要があった。重要な機械的物性としては、強度、反り、熱による寸法安定性などがあり、低誘電率ダイの開発、加速化される基板の薄型化、３次元パッケージング技術の実装技術、及び印刷回路基板の高密度化などに求められる低熱膨張係数の技術はもう選択事項ではなく、必須事項となっている。
【０００４】
印刷回路基板は絶縁層と銅（Ｃｕ）を含む回路パターンとで構成されており、銅の熱膨張係数は１７ｐｐｍ／℃である。印刷回路基板の絶縁層は高分子樹脂が多く占めていて、銅に比べて熱膨張係数が非常に大きい。銅と印刷回路基板の絶縁層との間の熱膨張係数の差を克服するために、ガラス繊維や充填剤などを添加した低熱膨張係数を有する印刷回路基板の絶縁層が、例えば、集積回路、印刷回路基板、またはボードなどに用いられる。
【０００５】
印刷回路基板を製作する際に、銅と類似の熱膨張係数を有する印刷回路基板の絶縁層を使用すれば、印刷回路基板の製作後の残留応力を低減することができ、剥離などの欠点をなくすことができる。使用されるガラス繊維の種類または充填剤の添加量により、印刷回路基板の絶縁層の熱膨張係数は調節可能である。
【０００６】
ここで、ガラス繊維の種類は、現在用いられているＥガラス繊維からＳガラス繊維またはＴガラス繊維に変更されることができる。上記変更によれば、印刷回路基板の熱膨張係数を低くすることができる。Ｓガラス繊維に変更する場合、熱膨張係数を低くすることができる反面、別の問題が生じる恐れがある。上記別の問題とは、ビアまたはスルーホール間のピッチが狭くなる場合、ドリル加工時のガラス繊維の破損により、例えばメッキなどの工程で液がホールに流れ込んでショートを起こすなどの問題である。
【０００７】
また、充填剤添加量を増やすことは安価の方法であるが、ドリル加工の場合にはドリルの摩耗を、レーザー加工の場合には残渣をもたらすなどの問題点がある。上記問題点は工程コストの上昇に繋がり、製品不良の原因となることがある。また、印刷回路基板の絶縁層と回路パターンとの間の剥離強度を低下させることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
こうした問題点を解決するために、本発明は、低熱膨張係数を有するガラス組成物を提供することをその目的とする。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、低熱膨張係数を有するガラス組成物を用いて製造されたガラス繊維、印刷回路基板の絶縁層、及び印刷回路基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一構成によれば、４０〜６０重量部の酸化ケイ素と、２０〜４０重量部の酸化アルミニウムと、５〜２０重量部の酸化リチウムと、を含むガラス組成物が提供される。
【００１１】
上記ガラス組成物は、酸化バリウム、酸化マグネシウム、及び酸化亜鉛からなる群より選択される少なくとも一つの酸化物をそれぞれ０．２〜６重量部さらに含むことができる。
【００１２】
上記ガラス組成物は、酸化ホウ素及び酸化ビスマスからなる群より選択される少なくとも一つの酸化物をそれぞれ０．５〜５重量部さらに含むことができる。
【００１３】
上記ガラス組成物は、酸化カリウムを０．３〜１重量部さらに含むことができる。
【００１４】
本発明の他の構成によれば、上記ガラス組成物を用いて製造されたガラス繊維が提供される。
【００１５】
本発明のまた他の構成によれば、上記ガラス組成物を用いて製造されたガラス繊維及び上記ガラス繊維が含浸された高分子樹脂を含む印刷回路基板の絶縁層が提供される。
【００１６】
本発明のまた他の構成によれば、上記ガラス組成物を用いて製造されたガラス繊維が含浸された高分子樹脂を含む印刷回路基板の絶縁層及び上記印刷回路基板の絶縁層上に形成された回路パターンを含む印刷回路基板が提供される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、従来のガラス組成物に比べて熱膨張係数が低いガラス組成物を得ることができ、これを用いて低熱膨張係数を有するガラス繊維、印刷回路基板の絶縁層、及び印刷回路基板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の好ましい一実施例による印刷回路基板の絶縁層の断面図である。
【図２】本発明の好ましい一実施例による印刷回路基板の絶縁層内のガラス繊維の断面図である。
【図３】本発明の好ましい一実施例による印刷回路基板の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は多様な変換を加えることができ、様々な実施例を有することができるため、特定の実施形態を図面に例示し、詳細に説明する。しかし、本発明がこれらの特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるあらゆる変換、均等物及び代替物を含むものとして理解されるべきである。本発明を説明するに当たって、係る公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨をかえって不明にすると判断される場合、その詳細な説明を省略する。
【００２０】
本願で用いた用語は、ただ特定の実施例を説明するために用いたものであって、本発明を限定するものではない。単数の表現は、文の中で明らかに表現しない限り、複数の表現を含む。本願において、「含む」または「有する」などの用語は明細書上に記載された特徴、数字、工程、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものの存在を指定するものであって、１つまたはそれ以上の他の特徴や数字、工程、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除するものではないと理解しなくてはならない。
【００２１】
以下、本発明による低熱膨張係数を有するガラス組成物、ガラス繊維、印刷回路基板の絶縁層、及び印刷回路基板の実施例を添付図面に基づいて詳しく説明し、添付図面を参照して説明するに当たって、同一であるか対応する構成要素は同一の図面番号を付し、これに対する重複される説明は省略する。
【００２２】
図１は、印刷回路基板の絶縁層の断面図である。印刷回路基板の絶縁層１００は、高分子樹脂１０２、充填剤１０１、及びガラス繊維１０３を含む。高分子樹脂１０２は、例えばエポキシ樹脂であって、エポキシ樹脂の熱膨張係数は７０〜１００ｐｐｍ／℃である。
【００２３】
図２は、図１のＡ部分の拡大図であって、ガラス繊維１０３の断面図である。ガラス繊維１０３は、ユークリプタイト２００と、ガラス組成物からユークリプタイト２００を生成してから残った残余ガラス組成物２０１とを含む。
【００２４】
図３は、印刷回路基板３００の断面図である。印刷回路基板３００は、回路パターン３０１、高分子樹脂３０２、及びガラス繊維３０３を含む。
【００２５】
図１のガラス繊維１０３は図３のガラス繊維３０３と同じ構成要素である。
【００２６】
図１の高分子樹脂１０２は図３の高分子樹脂３０２も同じ構成要素であり、充填剤１０１を含んでも、含まなくてもよい。
【００２７】
本発明の好ましい実施例では、温度が増加すると熱膨張係数が低くなるユークリプタイト２００を用いて熱膨張係数を低くする方法を提示する。本発明の好ましい実施例は、費用上昇、ドリル摩耗、剥離強度の弱化などをもたらす充填剤１０１の含有量を増加することなく、印刷回路基板の絶縁層１００の熱膨張係数を低くすることができる方法である。
【００２８】
また、本発明の好ましい実施例の酸化物は通常の粉末合成法で製造され、７００〜１１００℃での熱処理により融解する。
【００２９】
ガラス組成物の構成物質の重量部に応じて、ガラス繊維１０３の熱膨張係数は−５〜０ｐｐｍ／℃の範囲になることができる。上記熱膨張係数の測定温度範囲は３０〜３００℃である。
【００３０】
本発明の好ましい実施例では、印刷回路基板の絶縁層１００の熱膨張係数を低くするために、従来のガラス繊維の代わりに酸化ケイ素、酸化アルミニウム、及び酸化リチウムが結晶化されたユークリプタイト（ＬｉＡｌＳｉＯ４）２００を含むガラス組成物をガラス繊維１０３にして使用する。
【００３１】
ガラス組成物をガラス繊維１０３にするために、上記ガラス組成物の構成物質の重量部及びユークリプタイト２００の重量部が決められる。酸化ケイ素（例えばＳｉＯ２）、酸化リチウム（例えばＬｉ２Ｏ）、及び酸化アルミニウム（例えばＡｌ２Ｏ３）はユークリプタイト（ＬｉＡｌＳｉＯ４）２００になるようなモル比で使用され、上記酸化物の残余重量部はガラス繊維１０３の残余ガラス組成物２０１として存在することになる。
【００３２】
通常、ガラス繊維は、ガラス組成物が１０００℃以上で融解された後にノズルを通過する過程で作製される。ユークリプタイト２００は通常結晶化されたガラスであるため、ガラス繊維化はかなり難しい。結晶化されたガラスの融解のためには２０００℃以上の高温を要するからである。
【００３３】
本発明の好ましい実施例では、１２００℃以内の温度で融解することができる、結晶化されたユークリプタイト２００を含むガラス組成物を得て、上記ガラス組成物をガラス繊維１０３化する。温度が１２００℃を超えると、ガラス組成物をガラス繊維化するために高温及び炉の断熱のための費用が多くかかって効果的ではない。
【００３４】
本発明の好ましい実施例では、ガラス組成物が４０〜６０重量部の酸化ケイ素、２０〜４０重量部の酸化アルミニウム、及び５〜２０重量部の酸化リチウムを含む。上述したように、上記ガラス組成物から２０〜８０重量部のユークリプタイト２００が上記酸化物のモル比により生成される。２０重量部未満のユークリプタイト２００が生成されると熱膨張係数を低くすることが効率的ではなく、８０重量部を超えるユークリプタイト２００が生成されるとガラス組成物の融解温度が非常に高くて、ガラス組成物をガラス繊維１０３化することが困難である。
【００３５】
上記ガラス組成物は、好ましくは４０〜６０重量部の酸化ケイ素を含む。酸化ケイ素の含量が上記範囲より多いとガラス組成物の熱膨張係数は低くなるが、ガラス組成物の融解温度が高くなるため好ましくなく、酸化ケイ素の含量が上記範囲より少ないとガラス組成物内のユークリプタイト２００の含量が減少して所望するガラス組成物の熱膨張係数を得ることができなくなるため好ましくない。より好ましくは４５〜５５重量部である。
【００３６】
上記ガラス組成物は、好ましくは２０〜４０重量部の酸化アルミニウムを含む。酸化アルミニウムの含量が上記範囲より多いとガラス組成物の熱膨張係数は低くなるが、ガラス組成物の融解点が高くなるため好ましくない。また、酸化アルミニウムの含量が上記範囲より少ないとガラス組成物の耐水性に劣るため好ましくない。より好ましくは２５〜３８重量部である。
【００３７】
上記ガラス組成物は、好ましくは５〜２０重量部の酸化リチウムを含む。酸化リチウムの含量が上記範囲より多いとガラス組成物の熱膨張係数は低くなるが、ガラス組成物の結晶化度が高くなってガラス組成物の融解温度が高くなり、上記範囲より少ないとガラス組成物内のユークリプタイト２００の含量が減少して所望するガラス組成物の熱膨張係数を得ることができなくなるため好ましくない。より好ましくは６〜１８重量部である。
【００３８】
本発明の一実施例によれば、上記ガラス組成物は酸化バリウム、酸化マグネシウム、及び酸化亜鉛からなる群より選択される少なくとも一つの酸化物をさらに含むことができる。酸化バリウムは放射線に対してガラス組成物を安定させるとともにガラス組成物の融解を助ける役割をする。また酸化マグネシウムもガラス組成物の融解を助ける役割をする。酸化亜鉛はガラス組成物の粘度を減少させ、ガラス組成物の耐加水分解性を高めることに役立つ。
【００３９】
このような酸化バリウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛は単独で使用しても、２種以上を混合して使用してもよく、それぞれ０．２〜６重量部の範囲にすることが好ましい。酸化バリウムを過量使用するとガラス組成物の重量が著しく増加され、酸化マグネシウム例えば、通常アルカリ土金属酸化物を過量使用するとガラス組成物の耐久性を低下させ、酸化亜鉛を過量使用すると、ガラス組成物の単価が高くなるため、このような副作用を避けて所望する効果を得るためにはそれぞれ０．２〜６重量部の範囲が好ましい。
【００４０】
また、一実施例によれば、上記ガラス組成物は酸化ホウ素及び酸化ビスマスからなる群より選択される少なくとも一つの酸化物をそれぞれ０．５〜５重量部さらに含むことができる。
【００４１】
酸化ホウ素は、ガラス組成物の放射線安定性を助けて高放射率のガラスを提供し、また、融解剤としても有用である。しかし、過量の酸化ホウ素はガラス組成物の耐久性を低下させる恐れがある。酸化ビスマスはガラス組成物の融解点を下げるが、過量存在するとガラス組成物の熱膨張係数が高くなる。したがって、酸化ホウ素、酸化ビスマスはそれぞれ０．５〜５重量部範囲内で含まれることが好ましく、より好ましくはそれぞれ１〜３重量部である。
【００４２】
また、一実施例によれば、上記ガラス組成物は酸化カリウムを０．３〜１重量部さらに含むことができる。アルカリ金属酸化物は、ガラス組成物の融解剤として有用であるが、過量使用されると、ガラス組成物の耐久性に悪影響を及ぼす可能性があるため、酸化カリウムを０．３〜１重量部範囲で添加することが好ましい。より好ましくは０．３〜０．５重量部である。
【００４３】
本発明の他の実施形態によれば、上記ガラス組成物を用いて製造されたガラス繊維１０３が提供される。上述したように、上記ガラス組成物１０３は融解温度が低いため、上記ガラス組成物からガラス繊維１０３を製造することは容易である。
【００４４】
本発明のまた他の実施形態によれば、上記ガラス繊維１０３が含浸された高分子樹脂３０２及び上記ガラス繊維１０３を含む印刷回路基板の絶縁層１００が提供される。
【００４５】
本発明のまた他の実施形態によれば、上記印刷回路基板の絶縁層１００及び上記印刷回路基板の絶縁層１００上に形成された回路パターン３０１を含む印刷回路基板３００が提供される。
【００４６】
上記ガラス繊維１０３は、従来のＥガラス繊維に比べて熱膨張係数が低いため、従来の印刷回路基板工程の便宜性を維持すると共に、印刷回路基板の絶縁層１００及び印刷回路基板３００の熱膨張係数を低くすることができる。
【実施例】
【００４７】
＜実施例１〜５＞
実施例１では、４６．０重量部の酸化ケイ素、３８．０重量部の酸化アルミニウム、１１．０重量部の酸化リチウム、３．０重量部の酸化ホウ素、０．３重量部の酸化バリウム、０．２重量部の酸化マグネシウム、０．２重量部の酸化亜鉛、１．０重量部の酸化ビスマス、及び０．３重量部の酸化カリウムを含む組成物を用いてガラス繊維を製造した。上記実施例の融解点は９６０℃であり、４０重量部のユークリプタイト２００が得られた。実施例１より製造されたガラス繊維の熱膨張係数は−２ｐｐｍ／℃であった。
【００４８】
実施例２では、５６．０重量部の酸化ケイ素、２５．５重量部の酸化アルミニウム、６．２重量部の酸化リチウム、５．２重量部の酸化バリウム、０．６重量部の酸化マグネシウム、２．７重量部の酸化亜鉛、３．３重量部の酸化ビスマス、及び０．５重量部の酸化カリウムを含む組成物を用いてガラス繊維を製造した。上記実施例の融解点は９８０℃であり、５３重量部のユークリプタイト２００が得られた。実施例２より製造されたガラス繊維の熱膨張係数は−３ｐｐｍ／℃であった。
【００４９】
実施例３では、４７．８重量部の酸化ケイ素、３２．１重量部の酸化アルミニウム、１８．１重量部の酸化リチウム、１．５重量部の酸化バリウム、及び０．５重量部の酸化マグネシウムを含む組成物を用いてガラス繊維を製造した。上記実施例の融解点は９３０℃であり、６５重量部のユークリプタイト２００が得られた。実施例３より製造されたガラス繊維の熱膨張係数は−４ｐｐｍ／℃であった。
【００５０】
実施例４では、４８．０重量部の酸化ケイ素、３８．０重量部の酸化アルミニウム、１１．０重量部の酸化リチウム、０．５重量部の酸化ホウ素、０．５重量部の酸化バリウム、０．５重量部の酸化マグネシウム、１．０重量部の酸化亜鉛、及び０．５重量部の酸化ビスマスを含む組成物を用いてガラス繊維を製造した。上記実施例の融解点は１０２０℃であり、２５重量部のユークリプタイト２００が得られた。実施例４より製造されたガラス繊維の熱膨張係数は０ｐｐｍ／℃であった。
【００５１】
実施例５では、４５．５重量部の酸化ケイ素、３９．０重量部の酸化アルミニウム、１１．０重量部の酸化リチウム、１．５重量部の酸化バリウム、１．５重量部の酸化亜鉛、及び１．５重量部の酸化ビスマスを含む組成物を用いてガラス繊維を製造した。上記実施例の融解点は１０７０℃であり、８０重量部のユークリプタイト２００が得られた。実施例５より製造されたガラス繊維の熱膨張係数は−５ｐｐｍ／℃であった。
【００５２】
上述した実施例のガラス組成物の組成比及び特性を下記の表１にまとめた。
【００５３】
【表１】
2009280487.tif 000003
【００５４】
＜比較例１〜４＞
比較例１では、５２〜５６重量部の酸化ケイ素、１２〜１６重量部の酸化アルミニウム、５〜１０重量部の酸化ホウ素、１６〜２５重量部の酸化カルシウム、０〜６重量部の酸化マグネシウム、０〜２重量部の酸化ナトリウムと酸化カリウムとの混合物、及び０〜１．５重量部の酸化チタニウムを含む組成物を用いてＥガラス繊維を製造した。上記Ｅガラス繊維の熱膨張係数は５．５ｐｐｍ／℃であった。
【００５５】
比較例２では、６４．３重量部の酸化ケイ素、２４．８重量部の酸化アルミニウム、０．０１を超える重量部の酸化ホウ素、０．０１を超える重量部の酸化カルシウム、１０．３重量部の酸化マグネシウム、及び０．２７重量部の酸化ナトリウムと酸化カリウムとの混合物を含む組成物を用いてＴガラス繊維を製造した。上記Ｔガラス繊維の熱膨張係数は２．９ｐｐｍ／℃であった。上記Ｔガラス繊維は、比較例のうちで最も小さな熱膨張係数を有している。上記Ｔガラス繊維を用いれば、１０ｐｐｍ／℃以下の熱膨張係数を有する印刷回路基板の絶縁層を製造することができる。しかし、上記Ｔガラス繊維は砕け易いため、ドリル加工時にガラス繊維が破損し易かった。上記Ｔガラス繊維の破損は、例えばメッキなどの工程にてホール間ショートの原因となった。
【００５６】
比較例３では、５８．２重量部の酸化ケイ素、１１．３重量部の酸化アルミニウム、２２．０重量部の酸化カルシウム、２．７重量部の酸化マグネシウム、０．１重量部の酸化ナトリウム、０．５重量部の酸化カリウム、２．２重量部の酸化チタニウム、及び２．７重量部の酸化亜鉛を含む組成物を用いてＮＣＲガラス繊維を製造した。上記ＮＣＲガラス繊維の熱膨張係数は６．０ｐｐｍ／℃であった。
【００５７】
比較例４では、５２〜５６重量部の酸化ケイ素、１０〜１５重量部の酸化アルミニウム、１５〜２０重量部の酸化ホウ素、０〜１０重量部の酸化カルシウム、０〜５重量部の酸化マグネシウム、０〜１重量部の酸化チタニウム、及び０．５〜５重量部の酸化亜鉛を含む組成物を用いてＮＥガラス繊維を製造した。上記ＮＥガラス繊維の熱膨張係数は３．３ｐｐｍ／℃であった。
【００５８】
上述した比較例のガラス組成物の組成比及び特性を下記の表２にまとめた。
【００５９】
【表２】
2009280487.tif 000004
【００６０】
上記では本発明の好ましい実施例を参照して説明したが、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載した本発明の思想及び領域から脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更させることができることを理解できよう。
【００６１】
前述した実施例の他、多くの実施例が本発明の特許請求の範囲内に存在する。
【符号の説明】
【００６２】
１００：印刷回路基板の絶縁層
１０１：充填剤
１０２：高分子樹脂
１０３：ガラス繊維
２００：ユークリプタイト
２０１：残余ガラス組成物
３００：印刷回路基板
３０１：回路パターン
３０２：高分子樹脂
３０３：ガラス繊維
【図１】
2009280487.tif 000005
【図２】
2009280487.tif 000006
【図３】
2009280487.tif 000007