(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層を介して配置された配線間を、絶縁層に開けた穴において接続するための導電材料であって、熱溶融可能な導電性粒子と熱硬化性樹脂とゴム弾性有機質粒子を含有し、
前記導電性粒子が、当該導電材料を用いる配線板の製造工程で加えられる温度以下で且つ１００℃以上の固相溶融温度を有することを特徴とする絶縁層を介する配線間の接続用導電材料。
【請求項２】
導電性粒子の平均粒径が、１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の絶縁層を介する配線間の接続用導電材料。
【請求項３】
ゴム弾性有機質粒子の平均粒径が５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の絶縁層を介する配線間の接続用導電材料。
【請求項４】
熱硬化性樹脂１００重量部に対して、ゴム弾性有機質粒子の含有量が、２重量部以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の絶縁層を介する配線間の接続用導電材料。
【請求項５】
シート状繊維基材に熱硬化性樹脂を含浸乾燥して得たプリプレグの所定位置に貫通穴を開け、当該穴に請求項１〜４のいずれかに記載の接続用導電材料を充填する工程、
前記プリプレグの両側に金属箔を載置し加熱加圧成形により両面金属箔張り積層板を製造し、前記加熱加圧により接続用導電材料中の熱溶融可能な導電性粒子を溶融させ圧縮すると共に熱硬化性樹脂を硬化させて、前記プリプレグが硬化してなる絶縁層を貫通する導体を形成する工程、
両面金属箔張り積層板の金属箔をエッチング加工して所定の配線回路を形成する工程を経て、
絶縁層を介して配置された配線間を前記導体により接続したことを特徴とするプリント配線板の製造法。
【請求項６】
シート状繊維基材に熱硬化性樹脂を含浸乾燥して得たプリプレグの所定位置に貫通穴を開け、当該穴に請求項１〜４のいずれかに記載の接続用導電材料を充填する工程、
前記プリプレグの両側に金属箔を載置し加熱加圧成形により両面金属箔張り積層板を製造し、前記加熱加圧により接続用導電材料中の熱溶融可能な導電性粒子を圧縮すると共に熱硬化性樹脂を硬化させて、前記プリプレグが硬化してなる絶縁層を貫通する導体を形成する工程、
両面金属箔張り積層板の金属箔をエッチング加工して所定の配線回路を形成する工程及び熱溶融可能な導電性粒子を溶融させる工程を経て、
絶縁層を介して配置された配線間を前記導体により接続したことを特徴とするプリント配線板の製造法。
【請求項７】
シート状繊維基材に熱硬化性樹脂を含浸乾燥して得たプリプレグの所定位置に貫通穴を開け、当該穴に請求項１〜４のいずれかに記載の接続用導電材料を充填する工程、
別途準備した配線板の両側又は片側に、前記プリプレグを介して金属箔を載置し加熱加圧成形により金属箔張り積層板を製造し、前記加熱加圧により接続用導電材料中の熱溶融可能な導電性粒子を溶融させ圧縮すると共に熱硬化性樹脂を硬化させて、前記プリプレグが硬化してなる絶縁層を貫通する導体を形成する工程、
金属箔張り積層板の金属箔をエッチング加工して所定の配線回路を形成する工程を経て、
絶縁層を介して配置された配線間を前記導体により接続したことを特徴とするプリント配線板の製造法。
【請求項８】
シート状繊維基材に熱硬化性樹脂を含浸乾燥して得たプリプレグの所定位置に貫通穴を開け、当該穴に請求項１〜４のいずれかに記載の接続用導電材料を充填する工程、
別途準備した配線板の両側又は片側に、前記プリプレグを介して金属箔を載置し加熱加圧成形により金属箔張り積層板を製造し、前記加熱加圧により接続用導電材料中の熱溶融可能な導電性粒子を圧縮すると共に熱硬化性樹脂を硬化させて、前記プリプレグが硬化してなる絶縁層を貫通する導体を形成する工程、
金属箔張り積層板の金属箔をエッチング加工して所定の配線回路を形成する工程及び熱溶融可能な導電性粒子を溶融させる工程を経て、
絶縁層を介して配置された配線間を前記導体により接続したことを特徴とするプリント配線板の製造法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント配線板の絶縁層を介して配置された配線間を、絶縁層に開けた穴において接続したり、ＣＳＰ（Chip Size Package）のインタポーザにおける絶縁層上下の電極間を絶縁層に開けた穴において接続するための導電材料に関する。また、このような導電材料を使用して、絶縁層を介して配置された配線間や絶縁層上下の電極間を、絶縁層に開けた穴において接続するプリント配線板やＣＳＰの製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の軽薄短小化が強く求められるに伴って、電子機器を構成する電子部品及びプリント配線板に対する軽薄短小化の要求が益々強く、この要求に応えるために、高密度実装技術の開発が急がれている。
実装部品の高密度化の代表としては、シリコンチップをフェイスダウン実装するＣＳＰがあり、次世代技術として精力的に開発されている。一方、高密度実装を実現する上で、プリント配線板の高密度化も重要なポイントである。現在、高密度プリント配線板として、ビルドアップ基板が広く知られている。これは、一般的なガラスエポキシ基板（又は多層基板）を用い、次のようにして製造される。まず、前記基板上に絶縁層となる樹脂層を重ね、当該樹脂層にレーザ光もしくは紫外線により微小な電気接続用穴を開ける。そして、この電気接続用穴に銅メッキを施して、樹脂層を介してその上下に位置する配線間の接続を行なうものである。
【０００３】
近年、上記ビルドアップの技術を発展させて、アラミド繊維不織布プリプレグを絶縁層に用いる技術が注目されている。この技術は、前記プリプレグの所定箇所にレーザ光により電気接続用穴を開け、銅粒子と液状樹脂を主体としたペースト状導電材料を充填しておく。そうすると、アラミド繊維不織布プリプレグが硬化して形成された絶縁層の所定位置にはペースト状導電材料が固化してできた導体が配置されることになり、この導体によって、絶縁層を介してその上下に位置する配線間の接続をする（特開平５−１７５６５０号公報、特開平７−１７６８４６号公報等）。
この技術によれば、絶縁層を介してその上下に位置する配線間の接続を、完全なＩＶＨ（Interstitial Via Hole)によって実現した多層プリント配線板を製造でき、ガラスエポキシ基板上に樹脂層を重ねて絶縁層を形成し、銅メッキを施すビルドアップ基板より一層高密度化が可能である。なぜなら、ペースト状導電材料が固化してできた導体の直上にさらにＩＶＨを形成できるからである。しかし、銅粒子と液状樹脂を主体としたペースト状導電材料が硬化した導体は、銅粒子同士の表面接触によって導電性を維持しているため、ＩＶＨの小径化を図る（導体を細くする）ことと、当該導体の導電性を確保する（低電気抵抗にする）こととは、目的が互に矛盾し双方を同時に実現することは非常に難しい。銅粒子の含有率を上げて導体の導電性を高めようとすると、ペースト状導電材料の粘度が上がり電気接続用穴への充填が難しくなるばかりでなく、その導体とプリント配線との接着力が低下するため、部品実装時にプリント配線(ランド)の剥離が発生しやすくなる。
【０００４】
この問題点を解決するため、特開平１０−１４４１３９号公報に開示された技術では、銅粒子などの導電性粒子の全部又は一部を液体金属に置き換えている。これにより、ペースト状導電材料の粘度を上げることなく、ペースト状導電材料が固化した導体の導電性を上げることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、液体金属を含有した上記導体は、銅箔などからなるプリント配線との接着が弱く、部品実装時の層間剥離を防止することができない。さらに、液状の樹脂と液体金属を混練して導電性ペーストを調製するため、液体金属が十分に導電性粒子表面に付着せず、十分な導通信頼性を得ることができなかった。
本発明が解決しようとする課題は、絶縁層を介する配線間の接続を、当該絶縁層に開けた穴に充填した導電材料で行なう構成において、この導電材料を用いたプリント配線板の接続信頼性を高めることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る接続用導電材料は、熱溶融可能な導電性粒子と熱硬化性樹脂とゴム弾性有機質粒子を含有する。この熱溶融可能な導電性粒子が、当該導電材料を用いる配線板の製造工程で加えられる温度以下で且つ１００℃以上の固相溶融温度を有することを特徴とする。
【０００７】
このような接続用導電材料を用いて、次のような工程でプリント配線板を製造する。
まず、シート状繊維基材に熱硬化性樹脂を含浸乾燥して得たプリプレグの所定位置に貫通穴を開け、当該穴に上記の接続用導電材料を充填する。このプリプレグの両側に金属箔を載置し加熱加圧成形により両面金属箔張り積層板を製造する。このとき、前記加熱加圧により接続用導電材料中の熱溶融可能な導電性粒子を溶融させ圧縮すると共に熱硬化性樹脂を硬化させ導体とする。この導体は、前記プリプレグが硬化してなる絶縁層を貫通する導体となる。
図１（ａ）は参考例であり、積層板成形前のプリプレグ１に開けた穴２に接続用導電材料を充填した状態を示している。導電性粒子３は、互いの表面が単に接触した状態にある。また、図示していないが、導電性粒子間には硬化前の熱硬化性樹脂が存在している。４はプリプレグの両側に載置した金属箔である。図１（ｂ）は、積層板成形後の状態を示している。導電性粒子は積層板成形時の熱で溶融し圧力で圧縮され互いが結合して良好な導電性の導体５を形成している。この導体５は、プリプレグが硬化して形成された絶縁層６を貫通しており、両面の金属箔４に接着している。接着は、接続用導電材料に含まれる熱硬化性樹脂の硬化により達成される。この熱硬化性樹脂は、導体５中で海島構造（熱硬化性樹脂が島）の状態で存在している。そして、図２は、接続用導電材料としてゴム弾性有機質粒子を含有するものを用いた本発明を示している。図から明らかなように、ゴム弾性有機質粒子７は絶縁層６と導体５の間や導体５中に存在し、温度変化に伴う導体５の熱応力を緩和する機能を果たしている。
そして、前記成形した両面金属箔張り積層板の金属箔をエッチング加工して所定の配線回路を形成し、絶縁層を介して配置された配線間が前記導体により接続されたプリント配線板とする。
【０００８】
上記のプリント配線板の製造では、接続用導電材料に含まれる導電性粒子の固相溶融温度を積層板成形時の加熱温度以下に設定して、導電性粒子が積層板成形時の加熱により溶融し導体を形成するようにしている。しかし、接続用導電材料中の導電性粒子は、プリント配線板に部品実装をして完成品となるまでに溶融すればよいので、導電性粒子の固相溶融温度を、部品実装のための半田付け温度など積層板成形時の温度より高い温度に設定することは差し支えない。本発明に係る接続用導電材料においては、導電性粒子の固相溶融温度を、配線板の製造工程で加えられる最も高い温度以下に設定すればよいわけである。尚、導電性粒子の固相溶融温度を低く設定しすぎると、プリント配線板使用時に加わる熱ストレスによって、導体５を構成する金属の結晶粒界粗大化が著しく、接続信頼性が低下することになる。従って、導電性粒子５の固相溶融温度を１００℃以上に設定する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明に係る接続用導電材料は、導電性粒子と熱硬化性樹脂を混練してペースト状に調製する。
導電性粒子は、固層溶融温度が３１０℃以下の金属単独もしくは固層溶融温度が３１０℃以下になるよう、２種類以上の金属を組み合せた合金が望ましい。固層溶融温度が３１０℃を越えると、導電材料を溶融する際、熱硬化性樹脂が劣化する場合がある。固相溶融温度１００℃以上で、且つ、配線板製造工程において加えられる熱により溶融する導電性の材料であれば特に限定するものではないが、溶融したときに、配線を構成する金属に対して濡れが良好で、導体を形成した後には靱性を有する材料を選択するのがよい。
導電性粒子と共に配合する熱硬化性樹脂は、特に限定するものではないが、無溶剤でペースト状の接続用導電材料を調製でき、且つ、硬化時に水やアンモニアなどの揮発成分が発生しないものが望ましい。常温で液状の熱硬化性樹脂は好ましいものである。この熱硬化性樹脂には、一般的に知られている硬化剤や硬化促進剤を配合する場合が多い。
本発明に係る接続用導電材料は、スクリーン印刷等により穴に充填する。分散剤を添加することにより、印刷等の条件に併せて導電材料の粘度挙動を制御することができる。導電材料には、シリカ等の無機充填材、着色剤などを必要に応じて添加することを妨げない。
【００１０】
導電性粒子は、平均粒径が好ましくは１００μｍ以下である。これによって、導電材料をスクリーン印刷等により径３００μｍ以下の穴に支障なく充填することができる。
また、導電材料には、ゴム弾性有機質粒子を配合する。ゴム弾性有機質粒子は、導電材料で構成された導体が熱ストレスを受けたときに金属の結晶粒界粗大化により脆弱化するのを抑制する。脆弱化の抑制は、接続信頼性の向上につながる。脆弱化抑制の効果を十分に発揮させるためには、熱硬化性樹脂１００重量部に対してゴム弾性有機質粒子の含有量を２重量部以上にするのが望ましい。導体の導電性を十分に確保する上では、ゴム弾性有機質粒子の平均粒径を５０μｍ以下にするのが望ましい。
ゴム弾性有機質粒子は、アクリル系ゴム微粒子、ニトリル系ゴム微粒子、シリコーン系ゴム粒子、コア−シェル系ゴム粒子などである。
【００１１】
プリント配線板の製造は、上記の接続用導電材料を用いて、次のような工程で実施する。
まず、シート状繊維基材に熱硬化性樹脂を含浸乾燥して得たプリプレグの所定位置にドリルもしくはレーザ光の照射により貫通穴を開け、当該穴に上記の接続用導電材料を充填する。シート状繊維基材は、ガラス繊維織布、ガラス繊維不織布、有機繊維不織布などである。
このプリプレグの両側に金属箔（銅箔やニッケル箔）を載置し加熱加圧成形により両面金属箔張り積層板を製造する。このとき、前記加熱加圧により接続用導電材料中の熱溶融可能な導電性粒子を溶融し圧縮すると共に熱硬化性樹脂を硬化させる。この導体は、前記プリプレグが硬化してなる絶縁層を貫通する導体となる。
上記成形した両面金属箔張り積層板の金属箔をエッチング加工して所定の配線回路を形成し、絶縁層を介して配置された配線間が前記導体により接続されたプリント配線板とする。
【００１２】
上記の接続用導電材料を用いるプリント配線板の別の製造方法は、まず、シート状繊維基材に熱硬化性樹脂を含浸乾燥して得たプリプレグの所定位置に貫通穴を開け、当該穴に接続用導電材料を充填する。別途準備した配線板の両側又は片側に、前記プリプレグを介して金属箔を載置し加熱加圧成形により金属箔張り積層板を製造し、前記加熱加圧により接続用導電材料中の熱溶融可能な導電性粒子を溶融し圧縮すると共に熱硬化性樹脂を硬化させて、前記プリプレグが硬化してなる絶縁層を貫通する導体を形成する。次に、金属箔張り積層板の金属箔をエッチング加工して所定の配線回路を形成する工程を経て、絶縁層を介して配置された配線間を前記導体により接続したプリント配線板とする。
このように作製されたプリント配線板上に、部品を搭載し半田付けをするためにフロー半田付け装置やリフロー半田付け装置でプリント配線板を加熱し、部品を実装すると同時に接続用導電材料を再度溶融して接続を確実にする。
尚、導電性粒子の溶融を上記の金属箔張り積層板の製造工程では行なわず（導電性粒子の圧縮だけをする）、前記半田付け工程において初めて導電性粒子の溶融を行なうようにしてもよい。
この発明の実施の形態では、別途準備した配線板上に形成する絶縁層を、プリプレグで構成しているが、シリコーンゴムフィルム、ポリイミドフィルムなどの有機フィルムで構成することもできる。この場合、有機フィルムの所定箇所に穴を開けて接続用導電材料を充填する。
【００１３】
【実施例】
以下に具体的な実施例を用いて本発明を詳しく説明する。
実施例１〜４と参考例１〜６と比較例１
表１に示した合金の成分組成と固相溶融温度と平均粒径を有する各種導電性粒子を準備した。また、常温で液状のエポキシ樹脂（エポキシ当量１９０，油化シェル製「Ｅｐ−８２８」）５５重量部と硬化剤として無水メチルナジック酸（日立化成製）４４重量部と硬化促進剤として２−エチル−４−メチルイミダゾール１重量部を配合したエポキシ樹脂組成物を準備した。さらに、平均粒径が３μｍ，１０μｍ，１２μｍの各シリコーン系ゴム粒子（東レ・ダウコーニング・シリコーン製）を準備した。
上記各導電性粒子とエポキシ樹脂組成物と必要に応じてシリコーン系ゴム粒子を、表２に示す各配合割合で３本ロールミルにより混練し、揮発性の溶剤を含まないペースト状導電材料を調製した。
次に、アラミド繊維不織布にエポキシ樹脂を含浸乾燥して製造した１４０μｍ厚のプリプレグの所定箇所にレーザ光を照射して２００μｍ径の電気接続用穴を形成し、この電気接続用穴に表２に示した各配合組成のペースト状導電材料を充填した。そして、このプリプレグの両側に銅箔を重ね、表２に示した各積層温度と４０kg／cm２の圧力で加熱加圧成形して両面銅張り積層板を製造した。両面の銅箔を所定の配線回路にエッチング加工し、前記加熱加圧成形の工程でペースト状導電材料が固化した導体により両面の配線が接続されているプリント配線板を製造した。このプリント配線板をリフロー半田付け装置に通し加熱した。
実施例４では、リフロー半田付け装置に通したときに初めて導電性粒子が溶融する。他の実施例と比較例１では、両面銅張り積層板の製造工程で導電性粒子が溶融し、リフロー半田付け装置に通したときに再度溶融する。
【００１４】
従来例１
導電性粒子として銅粒子（平均粒径２０μｍ）を用い、これと上記実施例で用いたエポキシ樹脂組成物を表２に示す配合割合で３本ロールミルにより混練し、揮発性の溶剤を含まないペースト状導電材料を調製した。
このペースト状導電材料を用いて、以下、上記の実施例と同様にプリント配線板を製造した。尚、銅張り積層板成形の積層温度を１７０℃、圧力を４０kg／cm２とした。
【００１５】
従来例２
導電性粒子として銅粒子（平均粒子径２０μｍ）を用い、これと上記実施例で用いたエポキシ樹脂組成物と液体金属（Ｇａ−Ｓｎ合金）を表２に示す配合割合で３本ロールミルにより混練し、揮発性の溶剤を含まないペースト状導電材料を調製した。
このペースト状導電材料を用いて、以下、上記の実施例と同様にプリント配線板を製造した。尚、銅張り積層板成形の積層温度を１７０℃、圧力を４０kg／cm２とした。
【００１６】
上記各例のプリント配線板において、ペースト状導電材料が固化してなる導体によって接続された配線の接続信頼性を評価した結果を表２示す。この評価試験は熱衝撃試験であり、ペースト状導電材料が固化してなる導体によって両面の配線を順次直列接続した配線パターン（導体１００００個による直列接続）を形成し、−５０℃と８０℃の冷熱サイクルを５０００サイクル行なった後に、試験前の抵抗値と試験後の抵抗値に基づいて、抵抗変化量を次の（式１）で計算した。
【００１７】
【数１】
0003678015.tif 000002
【００１８】
【表１】
0003678015.tif 000003
【００１９】
【表２】
0003678015.tif 000004
【００２０】
【発明の効果】
以上の結果より、配線板の製造工程で加えられる温度以下で熱溶融可能な導電性粒子の固相溶融温度を１００℃以上にすることにより、熱衝撃に強い接続信頼性の高い導体を形成できる（参考例１〜４と比較例１の対照）。
熱溶融可能な導電性粒子の平均粒子径を１００μｍ以下にすれば、接続信頼性をさらに高めることができる（参考例３，５と参考例６の対照）。
上記の前提の下に、本発明に係る導電材料は、ゴム弾性有機質粒子を含有させると、接続信頼性を高めることができる（実施例１〜５と参考例３の対照）。そして、ゴム弾性有機質粒子の配合量が２重量部以上のときに接続信頼性の効果が顕著になる（実施例２，３と実施例１の対照）。さらに、ゴム弾性有機質粒子の平均粒子径が５０μｍ以下のときに接続信頼性の効果が顕著になる（実施例３，４と実施例５の対照）。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の参考例に係る接続用導電材料を用いてプリント配線板を製造するときに、当該接続用導電材料がどのように変化するかを示す断面説明図である。
【図２】  本発明に係る別の接続用導電材料を用いてプリント配線板を製造するときに、当該接続用導電材料がどのように変化するかを示す断面説明図である。
【符号の説明】
１はプリプレグ
２は穴
３は導電性粒子
４は金属箔
５は導体
６は絶縁層
７はゴム弾性有機質粒子
【図１】
0003678015.tif 000005
【図２】
0003678015.tif 000006