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JP2009155628A - COMPOSITE MATERIAL COMPRISING CARBON MATERIAL AND RESIN AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME - Google Patents

COMPOSITE MATERIAL COMPRISING CARBON MATERIAL AND RESIN AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME Download PDF

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JP2009155628A JP2008168272A JP2008168272A JP2009155628A JP 2009155628 A JP2009155628 A JP 2009155628A JP 2008168272 A JP2008168272 A JP 2008168272A JP 2008168272 A JP2008168272 A JP 2008168272A JP 2009155628 A JP2009155628 A JP 2009155628A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composite material comprising a carbon material and resin that can fully give the original characteristics of the carbon material, and a suitable producing method. <P>SOLUTION: The composite material comprises the carbon material having graphite or a graphite structure, and resin. The surface of the carbon material is modified, and the resin and the carbon material are chemically or physically bonded. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、配線基板のコア部を構成するプリプレグ等として利用される炭素素材と樹脂とからなる複合材料およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a composite material composed of a carbon material and a resin used as a prepreg or the like constituting a core portion of a wiring board and a method for manufacturing the same.

半導体素子を搭載する配線基板には、コア基板のコア部にカーボンファイバを含有する製品がある。コア部にカーボンファイバを含有するコア基板を使用した配線基板は、従来のガラスエポキシからなるコア基板を使用した配線基板と比較して低熱膨張率であり、半導体素子と熱膨張係数をマッチングさせることができ、半導体素子と配線基板との間で生じる熱応力を抑制することができ、信頼性の高い配線基板として提供される。   As a wiring board on which a semiconductor element is mounted, there is a product containing a carbon fiber in a core portion of a core board. The wiring board using the core substrate containing carbon fiber in the core part has a low thermal expansion coefficient compared with the wiring board using the core substrate made of the conventional glass epoxy, and matches the thermal expansion coefficient with the semiconductor element. The thermal stress generated between the semiconductor element and the wiring board can be suppressed, and the wiring board is provided with high reliability.

コア基板のカーボンファイバを含有するコア部は、カーボンファイバに樹脂を含浸させて形成したプリプレグを複数枚重ね合わせ、加熱および加圧して一体化することによって形成される。コア基板はこのコア部の両面に配線層を積層することによって形成され、コア基板の両面に、ビルドアップ法等により配線層を形成して配線基板とすることができる。
特開2003−273482号公報 特開平11−269362号公報
The core part containing the carbon fiber of the core substrate is formed by superposing a plurality of prepregs formed by impregnating carbon fiber with a resin, and heating and pressing to integrate them. The core substrate is formed by laminating wiring layers on both surfaces of the core portion, and a wiring layer can be formed on both surfaces of the core substrate by a build-up method or the like.
JP 2003-273482 A Japanese Patent Laid-Open No. 11-269362

上述したカーボンファイバを含有するコア部は、ガラスエポキシ基板等と比べて低熱膨張率にできる他に、高熱伝導率および高強度を備えるという特性を有する。この高熱伝導率および高強度という特性は配線基板を構成するコア基板の特性として有用である。
なお、低熱膨張率および高強度を有する有機材料には、たとえばアラミド繊維がある。しかしながら、アラミド繊維は弾性率が低いためにコア部に使用すると樹脂基材の熱膨張力に支配されてしまい、低熱膨張率であるという特性を発揮することができない。これに対して、カーボンファイバは高弾性率であることから、低熱膨張率であるという本来の特性を発揮することができ、強度および熱伝導性についても本来の特性を発揮することができるという特徴がある。
The core part containing the carbon fiber described above has a characteristic that it has a high thermal conductivity and a high strength in addition to having a low coefficient of thermal expansion compared to a glass epoxy substrate or the like. This characteristic of high thermal conductivity and high strength is useful as a characteristic of the core substrate constituting the wiring board.
Examples of the organic material having a low coefficient of thermal expansion and high strength include aramid fibers. However, since the aramid fiber has a low elastic modulus, if it is used in the core portion, it is dominated by the thermal expansion force of the resin base material and cannot exhibit the characteristic of low thermal expansion coefficient. On the other hand, since carbon fiber has a high elastic modulus, it can exhibit the original characteristics of low thermal expansion coefficient, and can also exhibit the original characteristics of strength and thermal conductivity. There is.

しかしながら、カーボンファイバを含有したプリブレグからコア部を構成するよう場合のように、樹脂基材とカーボンファイバとから構成される樹脂材料において、カーボンファイバの本来の特性が十分に発揮されるようにするためには、カーボンファイバと樹脂基材との密着性が問題となる。
本発明は、コア部にカーボンファイバを含有する配線基板を形成する場合のように、カーボンファイバ等の炭素素材の本来の特性を発揮させることができる炭素素材と樹脂とからなる複合材料およびその好適な製造方法を提供することを目的とする。
However, as in the case where the core portion is formed from a prepreg containing carbon fiber, the original properties of the carbon fiber are sufficiently exhibited in the resin material composed of the resin base material and the carbon fiber. Therefore, the adhesion between the carbon fiber and the resin base material becomes a problem.
The present invention provides a composite material composed of a carbon material and a resin that can exhibit the original characteristics of a carbon material such as carbon fiber, as in the case where a wiring substrate containing carbon fiber is formed in the core portion, and its preferred An object of the present invention is to provide a simple manufacturing method.

本発明は、上記目的を達成するため次の構成を備える。
すなわち、グラファイトあるいはグラファイト構造を備える炭素素材と樹脂とからなる複合材料であって、前記炭素素材の表面が改質され、前記樹脂と炭素素材とが化学的もしくは物理的に結合されていることを特徴とする。
なお、改質処理とは、炭素素材と樹脂との化学的な結合性を向上させるために、たとえば炭素素材に強アルカリ処理を施して炭素素材の表面に活性基を形成する方法、あるいは炭素素材にプラズマ処理やイオンビーム処理を施し、炭素素材の表面に凹凸を形成し、アンカー作用を利用して炭素素材と樹脂との結合性を向上させる方法をいう。
The present invention has the following configuration in order to achieve the above object.
That is, it is a composite material composed of graphite or a carbon material having a graphite structure and a resin, the surface of the carbon material is modified, and the resin and the carbon material are chemically or physically bonded. Features.
The reforming treatment is a method of, for example, applying a strong alkali treatment to the carbon material to form an active group on the surface of the carbon material in order to improve the chemical bond between the carbon material and the resin, or the carbon material. This is a method in which plasma treatment or ion beam treatment is performed to form irregularities on the surface of the carbon material, and the bondability between the carbon material and the resin is improved using an anchoring action.

前記炭素素材と樹脂とが化学的に結合されている態様としては、前記炭素素材の表面の炭素原子と、前記樹脂の分子とが化学的に結合されているもの、あるいは、前記炭素素材と前記樹脂とが、前記炭素素材の表面の炭素原子と化学的に結合した有機材料もしくは無機材料を介して結合しているものが有効に用いられる。
また、炭素素材としてカーボンファイバを用いた炭素素材と樹脂との複合材料は、低熱膨張率および高強度を有する点でとくに有用である。
As an aspect in which the carbon material and the resin are chemically bonded, a carbon atom on the surface of the carbon material and a molecule of the resin are chemically bonded, or the carbon material and the resin A resin in which the resin is bonded via an organic material or an inorganic material chemically bonded to the carbon atom on the surface of the carbon material is effectively used.
In addition, a composite material of a carbon material and a resin using a carbon fiber as a carbon material is particularly useful in that it has a low coefficient of thermal expansion and high strength.

また、炭素素材と樹脂との複合材料の製造方法として、グラファイトあるいはグラファイト構造を備える炭素素材の表面に、樹脂と化学的に結合する活性基あるいは樹脂と物理的に結合する部位を形成する改質処理を施す工程と、前記改質処理が施された炭素素材に樹脂を接触させて、炭素素材と樹脂との複合材料を形成する工程とを備えていることを特徴とする。
前記改質処理としては、炭素素材に強アルカリ処理を施す方法、炭素素材にプラズマ処理を施す方法が有効に利用できる。
In addition, as a method for producing a composite material of a carbon material and a resin, a modification that forms an active group chemically bonded to the resin or a site physically bonded to the resin on the surface of the carbon material having graphite or a graphite structure. And a step of forming a composite material of the carbon material and the resin by bringing the resin into contact with the carbon material subjected to the modification treatment.
As the reforming treatment, a method of subjecting the carbon material to strong alkali treatment and a method of subjecting the carbon material to plasma treatment can be used effectively.

本発明に係る炭素素材と樹脂とからなる複合材料は、炭素素材に改質処理を施すことによって炭素素材と樹脂との結合性が向上し、炭素素材と樹脂との界面における滑りを抑えることによって、炭素素材本来の特性を十分に備えた複合材料として提供することができる。   The composite material composed of the carbon material and the resin according to the present invention improves the bondability between the carbon material and the resin by applying a modification treatment to the carbon material, and suppresses slippage at the interface between the carbon material and the resin. In addition, it can be provided as a composite material having sufficient characteristics inherent to the carbon material.

図1は、カーボンファイバに樹脂を含浸させて形成したプリプレグの断面構造を示す電子顕微鏡写真である。図1において、左右に延びる繊維部分はカーボンファイバの長手方向に平行な断面を示し、小さな点が集合している部分はカーボンファイバの長手方向に垂直な断面を示す。カーボンファイバの中間に黒くあらわれている部分は樹脂部分である。なお、図の繊維部分は、カーボンファイバを多数本まとめて束状に形成されている。カーボンファイバから織布を形成する場合は、カーボンファイバを多数本まとめたカーボンファイバ束を使用する方法が一般的である。
図1に示すプリプレグは、カーボンファイバ束から織布を形成し、織布に樹脂を含浸させて形成したもので、隣り合ったカーボンファイバ束の中間に樹脂が充填されている。
FIG. 1 is an electron micrograph showing a cross-sectional structure of a prepreg formed by impregnating a carbon fiber with a resin. In FIG. 1, the fiber portion extending in the left-right direction shows a cross section parallel to the longitudinal direction of the carbon fiber, and the portion where small points are gathered shows a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the carbon fiber. The part that appears black in the middle of the carbon fiber is the resin part. In addition, the fiber part of a figure is formed in bundle shape by putting many carbon fibers together. When forming a woven fabric from carbon fibers, a method of using a carbon fiber bundle in which a large number of carbon fibers are collected is generally used.
The prepreg shown in FIG. 1 is formed by forming a woven fabric from carbon fiber bundles and impregnating the woven fabric with resin, and the resin is filled in the middle of adjacent carbon fiber bundles.

図2は、カーボンファイバからなる1本の繊維(カーボンファイバ束)を拡大した電子顕微鏡写真である。樹脂繊維を3000℃程度の高温で焼成してグラファイト化したカーボンファイバは、繊維の外表面に浅い溝が形成される程度で、繊維の外表面はきわめて滑らかである。したがって、カーボンファイバからなる織布に樹脂を含浸させてプリプレグを作成した場合、カーボンファイバと樹脂とは一見して密着していても、カーボンファイバと樹脂との機械的な結合は弱く、実際にはほとんど密着していない状態になる。また、グラファイト化したカーボンファイバは化学的に安定であり、樹脂と化学的に結合することもない。
このため、たとえばカーボンファイバに樹脂を含浸させて形成したプリプレグを複数枚、加熱および加圧して一体に形成したコア部は、カーボンファイバと樹脂との間のすべりによって、カーボンファイバが本来備えている低熱膨張率、高強度といった優れた特性を発揮できない。
FIG. 2 is an enlarged electron micrograph of a single fiber (carbon fiber bundle) made of carbon fibers. A carbon fiber obtained by baking resin resin at a high temperature of about 3000 ° C. and graphitizing is such that shallow grooves are formed on the outer surface of the fiber, and the outer surface of the fiber is extremely smooth. Therefore, when a prepreg is made by impregnating a woven fabric made of carbon fiber with a resin, even if the carbon fiber and the resin are in close contact with each other at first glance, the mechanical bond between the carbon fiber and the resin is weak. Is almost in close contact. In addition, the graphitized carbon fiber is chemically stable and does not chemically bond to the resin.
For this reason, for example, a plurality of prepregs formed by impregnating a carbon fiber with a resin, a core portion integrally formed by heating and pressing, is originally provided in the carbon fiber due to slippage between the carbon fiber and the resin. Excellent properties such as low coefficient of thermal expansion and high strength cannot be exhibited.

本発明の炭素素材と樹脂からなる複合材料の製造方法は、炭素素材に改質処理を施して炭素素材と樹脂との化学的な結合あるいは物理的な結合を向上させることによって、複合材料の特性として炭素素材の特性が反映されるようにするものである。
たとえば、炭素素材としてのグラファイト化したカーボンファイバについてみれば、カーボンファイバに改質処理を施し、カーボンファイバと樹脂とを化学的に結合しやすくさせ、あるいはカーボンファイバと樹脂との物理的(機械的)な結合力が向上するようにすることである。
The method for producing a composite material comprising a carbon material and a resin according to the present invention is characterized by improving the chemical or physical bond between the carbon material and the resin by subjecting the carbon material to a modification treatment. As a result, the characteristics of the carbon material are reflected.
For example, in the case of graphitized carbon fiber as a carbon material, a modification treatment is applied to the carbon fiber to facilitate chemical bonding between the carbon fiber and the resin, or the physical (mechanical) between the carbon fiber and the resin. ) To improve the bond strength.

図3は、グラファイト化したカーボンファイバと樹脂Rとが化学的に結合する状態を示している。このように、グラファイト化したカーボンファイバであっても、カーボンファイバと樹脂とを化学的に結合させることができれば、カーボンファイバと樹脂との界面における滑りが抑制され、カーボンファイバ自体が備える低熱膨張率、高強度といった特性を反映したカーボンファイバと樹脂との複合材料を得ることが可能である。   FIG. 3 shows a state in which the graphitized carbon fiber and the resin R are chemically bonded. As described above, even if the carbon fiber is graphitized, if the carbon fiber and the resin can be chemically bonded, the slip at the interface between the carbon fiber and the resin is suppressed, and the low thermal expansion coefficient of the carbon fiber itself is provided. It is possible to obtain a composite material of carbon fiber and resin reflecting characteristics such as high strength.

そして、これらの複合材料を、たとえば配線基板を構成するコア材として使用することによって、配線基板を低熱膨張率として配線基板に搭載する半導体素子との熱膨張係数をマッチングさせることができ、また配線基板を高強度とすることによって、配線基板の反り等の変形を防止し、配線基板、半導体パッケージ、半導体装置等の信頼性を向上させることができる。   Then, by using these composite materials as, for example, a core material constituting the wiring board, the thermal expansion coefficient of the wiring board can be matched with a semiconductor element mounted on the wiring board with a low thermal expansion coefficient. By increasing the strength of the substrate, it is possible to prevent deformation such as warping of the wiring substrate, and to improve the reliability of the wiring substrate, semiconductor package, semiconductor device, and the like.

以下では、炭素素材の例として、グラファイト化されたカーボンファイバに改質処理を施す具体的な処理例を示す。
(強アルカリ処理)
強アルカリ処理とは、グラファイト化したカーボンファイバに強アルカリを作用させ、カーボンファイバの表面に活性基として水酸基を導入する処理である。
例として、1〜3モル濃度(mol/m3)の水酸化ナトリウム、水酸化カリウム炭酸アンモニウムあるいは炭酸水素アンモニウム水溶液などの無機アルカリを電解液として使用し、カーボンファイバまたはカーボンファイバを束を陽極として浸し、2ボルト程度の電圧を印加しながら10分間処理することによって、グラファイト化したカーボンファイバの表面に部分的に水酸基を導入することができる。
Hereinafter, as an example of the carbon material, a specific processing example in which the reforming process is performed on the graphitized carbon fiber will be described.
(Strong alkali treatment)
The strong alkali treatment is a treatment in which a strong alkali is allowed to act on the graphitized carbon fiber to introduce a hydroxyl group as an active group on the surface of the carbon fiber.
As an example, an inorganic alkali such as sodium hydroxide, potassium hydroxide ammonium carbonate or ammonium hydrogen carbonate aqueous solution of 1 to 3 mol concentration (mol / m 3 ) is used as an electrolyte, and a carbon fiber or carbon fiber is used as an anode. By dipping and treating for 10 minutes while applying a voltage of about 2 volts, hydroxyl groups can be partially introduced into the surface of the graphitized carbon fiber.

また、別の方法として、1〜3モル濃度(mol/m3)の硫酸または硝酸の水溶液を電解液として使用し、カーボンファイバまたはカーボンファイバを束状にしたカーボンファイバ束を陽極として浸し、2ボルト程度の電圧を印加しながら10分間処理することによって、グラファイト化したカーボンファイバの表面に部分的に水酸基を導入することができる。
これらの、表面に水酸基が導入されたカーボンファイバに樹脂を接触させると、樹脂と水酸基とが化学的に結合し、カーボンファイバと樹脂との密着性、結合性を向上させることができる。
As another method, an aqueous solution of sulfuric acid or nitric acid having a concentration of 1 to 3 mol (mol / m 3 ) is used as an electrolyte, and carbon fiber or a bundle of carbon fibers in a bundle is immersed as an anode. By treating for 10 minutes while applying a voltage of about volts, hydroxyl groups can be partially introduced into the surface of the graphitized carbon fiber.
When the resin is brought into contact with the carbon fiber having a hydroxyl group introduced on the surface, the resin and the hydroxyl group are chemically bonded, and the adhesion and bonding property between the carbon fiber and the resin can be improved.

(プラズマ処理)
グラファイト化したカーボンファイバあるいはカーボンファイバ束をチェンバー内にセットし、減圧下でプラズマ放電する方法、チェンバー内にアルコール類あるいはアルデヒド類を導入してプラズマ放電する方法、チェンバー内を二酸化炭素雰囲気としてプラズマ放電する方法によるものである。プラズマ放電は室温から200℃程度の温度範囲で行う。
このプラズマ処理によって、カーボンファイバの表面に部分的に活性基としてケトン基、エーテル基、水酸基を導入することができる。
したがって、カーボンファイバにプラズマ処理を施すことによってカーボンファイバと樹脂とを化学的に結合することができ、カーボンファイバと樹脂との密着性、結合力を向上させることができる。
(Plasma treatment)
A method in which graphitized carbon fiber or carbon fiber bundle is set in a chamber and plasma discharge is performed under reduced pressure, a method in which alcohol or aldehyde is introduced into the chamber and plasma discharge is performed, and plasma discharge is performed in a carbon dioxide atmosphere in the chamber. It is by the method to do. Plasma discharge is performed in a temperature range from room temperature to about 200 ° C.
By this plasma treatment, a ketone group, an ether group, or a hydroxyl group can be partially introduced as an active group on the surface of the carbon fiber.
Therefore, by applying plasma treatment to the carbon fiber, the carbon fiber and the resin can be chemically bonded, and the adhesion and bonding force between the carbon fiber and the resin can be improved.

(イオンビーム処理)
イオン加速機(200keV、10μA)を用いて、減圧下で、室温にて、窒素、酸素等の原子を、フルエンス率1014/cm2〜1018/cm2として、グラファイト化したカーボンファイバあるいはカーボンファイバ束に照射することによって、カーボンファイバの表面を改質する。
イオン照射後、カーボンファイバの表面は、元の炭素原子のみからなるグラファイト構造から、部分的に、エーテル基C-O-C、カルボニル基C=O、酸素ラジカルが結合した炭素C-O・、アミノ基などが部分的に形成される。酸素ラジカルが結合した炭素C-O・は、大気中に取り出したときに水酸基C-OHとなり、カルボニル基と同様、基材樹脂の前駆体と反応して化学的な結合を作り、樹脂基材と反応性の高い構造が形成される。改質したカーボンファイバは、樹脂を含浸させ、プリント基板を形成する際の、加熱積層時に樹脂基材前駆体と反応して化学的に結合することで高い密着力を得ることができる。
(Ion beam processing)
Using ion acceleration apparatus (200 keV, 10 .mu.A), under vacuum, at room temperature, nitrogen, atoms such as oxygen, as fluence rate 1014 / cm 2 ~1018 / cm 2 , the carbon fibers or carbon fiber bundles were graphitized The surface of the carbon fiber is modified by irradiating the surface.
After the ion irradiation, the surface of the carbon fiber is partially composed of the graphite structure consisting only of the original carbon atoms, partially with ether group COC, carbonyl group C = O, carbon CO with oxygen radicals bonded, amino group, etc. Formed. Carbon CO, combined with oxygen radicals, becomes hydroxyl C-OH when taken out into the atmosphere, and reacts with the resin base material, reacting with the precursor of the base resin, like the carbonyl group. A highly structured structure is formed. The modified carbon fiber can be impregnated with a resin to react with the resin base material precursor during the heat lamination when forming the printed circuit board and chemically bond to obtain high adhesion.

(強アルカリを用いたインターカレーション)
グラファイト層間に、高温、高圧(例として300℃、10気圧)でリチウムイオン、カリウムイオンを侵入させ、常圧で加熱し、部分的に層剥離させることにより樹脂との物理的密着性を改善する。また、強アルカリイオンを含浸したのちの洗浄プロセスで一部、水酸基C-OHが形成され、これは、プリント基板を形成する際の、加熱積層時に樹脂基材前駆体と反応して化学的に結合することで高い密着力を得る。
(Intercalation using strong alkali)
Improve physical adhesion with the resin by allowing lithium ions and potassium ions to penetrate between the graphite layers at high temperature and high pressure (for example, 300 ° C, 10 atm), heating at normal pressure, and partially delaminating. . In addition, hydroxyl group C-OH is partially formed in the cleaning process after impregnation with strong alkali ions, which is chemically reacted with the resin base precursor during heating lamination when forming a printed circuit board. High adhesion is obtained by bonding.

(密着力試験)
上述した強アルカリ処理、プラズマ処理、イオンビーム処理、インターカレーション処理(混酸処理)を施したカーボン繊維を用いて織布(カーボン繊維織布)を作製し、カーボン繊維織布に樹脂基材の前駆体を含浸させてカーボン繊維プリプレグを作製した。このカーボン繊維プリプレグをプレス条件1MPa・200℃・120分により積層し、厚さ1mmの板状のサンプルを作製した。
密着力試験は、図4に示すように、直径10mmのアルミニウム製の治具6にサンプル5を挟んで接合し、剥離強度を測定することによって行った。板体状のサンプル5は接着樹脂7を介して治具6に接合した。
(Adhesion test)
Fabricate a woven fabric (carbon fiber woven fabric) using the carbon fiber that has been subjected to the above-mentioned strong alkali treatment, plasma treatment, ion beam treatment, and intercalation treatment (mixed acid treatment). A carbon fiber prepreg was prepared by impregnating the precursor. This carbon fiber prepreg was laminated under a press condition of 1 MPa / 200 ° C./120 minutes to prepare a plate-like sample having a thickness of 1 mm.
As shown in FIG. 4, the adhesion test was performed by sandwiching a sample 5 with an aluminum jig 6 having a diameter of 10 mm and measuring the peel strength. The plate-like sample 5 was joined to the jig 6 via the adhesive resin 7.

図5に密着力試験(引っ張り試験)を行った結果をグラフに示した。グラフ中において、処理なしとは、カーボン繊維に前述した強アルカリ処理やプラズマ処理をまったく施さずに樹脂基材の前駆体を含浸させて形成したサンプルについて試験した結果である。この無処理のサンプルと前記処理を施したサンプルとの密着強度を比較すると、前記処理を施したサンプルについては剥離強度が大きく向上することがわかる。   FIG. 5 is a graph showing the results of the adhesion test (tensile test). In the graph, “no treatment” means the result of testing a sample formed by impregnating a precursor of a resin base material without subjecting the carbon fiber to the above-described strong alkali treatment or plasma treatment at all. Comparing the adhesion strength between the untreated sample and the treated sample, it can be seen that the peel strength is greatly improved for the treated sample.

また、サンプルの剥離状態を観察したところ、無処理のサンプルは破断面がカーボンファイバの表面と樹脂との界面で生じ、処理を施したサンプルについては、樹脂の内部で破断していた。このことは、カーボンファイバに前記処理を施したことによってカーボンファイバと樹脂とが化学結合を形成し、カーボンファイバと樹脂との密着性が向上した結果によるものと考えられる。
この実験結果は、前記処理を施したカーボン繊維を用いて形成した基板は、配線基板に用いる基板として十分な強度を備え、配線基板用として好適に利用できることを示している。
When the peeled state of the sample was observed, the fracture surface of the untreated sample was generated at the interface between the surface of the carbon fiber and the resin, and the treated sample was broken inside the resin. This is considered to be due to the result that the carbon fiber and the resin form a chemical bond and the adhesion between the carbon fiber and the resin is improved by applying the above treatment to the carbon fiber.
This experimental result shows that the substrate formed using the carbon fiber subjected to the above treatment has sufficient strength as a substrate used for the wiring substrate and can be suitably used for the wiring substrate.

(カーボンファイバ樹脂材料の利用例)
上述した、樹脂との密着性、結合性を向上させる処理を施したカーボンファイバの繊維から織布を形成し、あるいはカーボンファイバの繊維を平行に揃えた状態で、たとえばエポキシ樹脂に含浸させ、乾燥させて半硬化のBステージ状態としてプリプレグを形成する。このプリプレグを、熱膨張係数あるいは強度等を勘案して所定枚数積層し、加熱および加圧して平板体とすることによって、配線基板のコア部分の構成材として使用することができる。
(Application example of carbon fiber resin material)
Form a woven fabric from carbon fiber fibers that have been treated to improve the adhesion and bonding properties with the resin described above, or impregnate, for example, epoxy resin in a state where the carbon fiber fibers are aligned in parallel, and then dried. Thus, a prepreg is formed as a semi-cured B-stage state. A predetermined number of the prepregs are laminated in consideration of the coefficient of thermal expansion or strength, and heated and pressed to form a flat plate, which can be used as a constituent material for the core portion of the wiring board.

図6はカーボンファイバの織布に樹脂を含浸させて形成した3枚のプリプレグ10a、10b、10cをコア部とする配線基板を形成する例を示す。
図6(a)は、プリプレグ10a、10b、10cとコア部の表面を被覆するフィラー入りのプリプレグ12を位置合わせして配置した状態である。この状態で、プリプレグ10a、10b、10cとプリプレグ12とを加圧および加熱することによってカーボンファイバを含むコア部10が形成される(図6(b))。カーボンファイバにあらかじめ樹脂基材との密着性を向上させる処理を施してプリプレグ10a、10b、10cを形成したことによって、コア部10はカーボンファイバ本来の低熱膨張率、高強度といった特性を発揮するものとなる。
FIG. 6 shows an example of forming a wiring board having three prepregs 10a, 10b, and 10c formed by impregnating a carbon fiber woven fabric with resin.
FIG. 6A shows a state in which the prepregs 10a, 10b, and 10c and the filler-containing prepreg 12 that covers the surface of the core portion are aligned and arranged. In this state, the core part 10 containing carbon fiber is formed by pressurizing and heating the prepregs 10a, 10b, 10c and the prepreg 12 (FIG. 6B). The core portion 10 exhibits characteristics such as the low thermal expansion coefficient and high strength inherent to the carbon fiber by forming the prepregs 10a, 10b, and 10c in advance by subjecting the carbon fiber to a treatment for improving the adhesion to the resin base material. It becomes.

図6(c)は、コア部10に導通スルーホールを貫通させるための下孔13を形成し、下孔13に電気的絶縁性の樹脂14を充填し、樹脂14に貫通孔を形成して、貫通孔の内壁面に導体層を形成する工程、貫通孔に樹脂17を充填し、コア部10の表面に導体層を形成した後、コア部10の表面の導体層をパターニングしてコア部10の表面に配線パターン18aを形成してコア基板を形成した状態を示す。貫通孔の内側面に形成された導体層が導通スルーホール18bとなる。
このコア基板の両面に、ビルドアップ法等により配線層を形成することによって配線基板が得られる。
FIG. 6C shows a case where a lower hole 13 is formed in the core portion 10 for penetrating a conductive through hole, an electrically insulating resin 14 is filled in the lower hole 13, and a through hole is formed in the resin 14. A step of forming a conductor layer on the inner wall surface of the through hole, filling the through hole with resin 17 and forming a conductor layer on the surface of the core portion 10, and then patterning the conductor layer on the surface of the core portion 10 10 shows a state in which a wiring pattern 18a is formed on the surface of 10 and a core substrate is formed. The conductor layer formed on the inner surface of the through hole becomes the conduction through hole 18b.
A wiring board is obtained by forming a wiring layer on both surfaces of the core board by a build-up method or the like.

こうして得られた配線基板はカーボンファイバを含有するコア部10が、カーボンファイバと樹脂基材との密着性が向上したことによって、カーボンファイバ自体の低熱膨張率、高強度という特性を十分に備えたものとなり、配線基板に半導体素子を搭載して得られる半導体装置の信頼性を向上させることができる。また、コア部が高強度に形成されることから、配線基板を薄型化して所要の強度を備えた製品として提供することができる。また、コア部の熱伝導性が良好であることから、熱放散性にすぐれた半導体装置として提供することができる。   The wiring board thus obtained has the core part 10 containing carbon fiber sufficiently provided with the characteristics of low thermal expansion coefficient and high strength of the carbon fiber itself due to improved adhesion between the carbon fiber and the resin base material. Thus, the reliability of the semiconductor device obtained by mounting the semiconductor element on the wiring board can be improved. In addition, since the core portion is formed with high strength, the wiring board can be thinned and provided as a product having a required strength. In addition, since the core portion has good thermal conductivity, it can be provided as a semiconductor device with excellent heat dissipation.

なお、本発明に係る炭素素材と樹脂とからなる複合材料は、多層配線基板のコア部に使用できる他、一般的なプリント配線基板、種々の形態の半導体パッケージ、パッケージの封止部材、半導体ウエハの評価用基板、電子機器用放熱基板等の各種電子機器に利用することができる。   The composite material composed of the carbon material and the resin according to the present invention can be used for the core portion of the multilayer wiring board, as well as a general printed wiring board, various forms of semiconductor packages, package sealing members, and semiconductor wafers. It can utilize for various electronic devices, such as a board | substrate for evaluation of this, and a thermal radiation board | substrate for electronic devices.

カーボンファイバからなる繊維に樹脂を含浸させたプリプレグの断面構造を示す電子顕微鏡写真である。3 is an electron micrograph showing a cross-sectional structure of a prepreg obtained by impregnating a fiber made of carbon fiber with a resin. カーボンファイバの構成を示す電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph which shows the structure of a carbon fiber. カーボンファイバと樹脂とが化学結合する状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state which a carbon fiber and resin chemically bond. 密着力試験に用いる治具の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the jig | tool used for an adhesive force test. 密着力試験の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of an adhesion test. カーボンファイバを含む樹脂材料を配線基板のコア部に使用して配線基板を形成する工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the process of forming a wiring board using the resin material containing a carbon fiber for the core part of a wiring board.

符号の説明Explanation of symbols

10 コア部
10a、10b、10c プリプレグ
18a 配線パターン
18b 導通スルーホール
10 core part 10a, 10b, 10c prepreg 18a wiring pattern 18b conduction through hole

Claims (9)

グラファイトあるいはグラファイト構造を備える炭素素材と樹脂とからなる複合材料であって、
前記炭素素材の表面が改質され、前記樹脂と炭素素材とが化学的もしくは物理的に結合されていることを特徴とする炭素素材と樹脂とからなる複合材料。
A composite material composed of graphite or a carbon material having a graphite structure and a resin,
A composite material comprising a carbon material and a resin, wherein a surface of the carbon material is modified and the resin and the carbon material are chemically or physically bonded.
前記炭素素材の表面の炭素原子と、前記樹脂の分子とが化学的に結合されていることを特徴とする請求項1記載の炭素素材と樹脂とからなる複合材料。   2. The composite material comprising a carbon material and a resin according to claim 1, wherein carbon atoms on the surface of the carbon material are chemically bonded to molecules of the resin. 前記炭素素材と前記樹脂とが、前記炭素素材の表面の炭素原子と化学的に結合した有機材料もしくは無機材料を介して、結合していることを特徴とする請求項1記載の炭素素材と樹脂とからなる複合材料。   The carbon material and the resin according to claim 1, wherein the carbon material and the resin are bonded via an organic material or an inorganic material chemically bonded to a carbon atom on the surface of the carbon material. A composite material consisting of 前記炭素素材がカーボンファイバであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載の炭素素材と樹脂とからなる複合材料。   The said carbon material is a carbon fiber, The composite material which consists of a carbon material and resin as described in any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. グラファイトあるいはグラファイト構造を備える炭素素材の表面に、樹脂と化学的に結合する活性基あるいは樹脂と物理的に結合する部位を形成する改質処理を施す工程と、
前記改質処理が施された炭素素材に樹脂を接触させて、炭素素材と樹脂との複合材料を形成する工程とを備えていることを特徴とする炭素素材と樹脂との複合材料の製造方法。
A step of modifying the surface of graphite or a carbon material having a graphite structure to form an active group chemically bonded to the resin or a site physically bonded to the resin;
A method of producing a composite material of a carbon material and a resin, comprising: bringing the resin into contact with the carbon material subjected to the modification treatment to form a composite material of the carbon material and the resin. .
前記改質処理として、強アルカリ処理を施すことを特徴とする請求項5記載の炭素素材と樹脂との複合材料の製造方法。   6. The method for producing a composite material of a carbon material and a resin according to claim 5, wherein a strong alkali treatment is performed as the modification treatment. 前記改質処理として、プラズマ処理を施すことを特徴とする請求項5記載の炭素素材と樹脂との複合材料の製造方法。   6. The method for producing a composite material of a carbon material and a resin according to claim 5, wherein a plasma treatment is performed as the modification treatment. 前記炭素素材としてカーボンファイバを使用することを特徴とする請求項5〜7のいずれか一項記載の炭素素材と樹脂との複合材料の製造方法。   Carbon fiber is used as said carbon material, The manufacturing method of the composite material of the carbon material and resin as described in any one of Claims 5-7 characterized by the above-mentioned. グラファイトあるいはグラファイト構造を備える炭素素材と樹脂とからなり、前記炭素素材の表面が改質され、前記樹脂と炭素素材とが化学的もしくは物理的に結合されて形成された炭素素材と樹脂とからなる複合材料を用いた電子デバイス。   Composed of graphite or a carbon material having a graphite structure and a resin, the surface of the carbon material is modified, and the resin and the carbon material are chemically or physically combined to form a carbon material and a resin. Electronic devices using composite materials.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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