(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも有機樹脂を含む絶縁層表面に、低抵抗金属粒子を主体とする導体組成物を含む配線層を形成して成る配線基板において、前記配線層が前記絶縁層側から前記導体組成物と前記絶縁層中の有機樹脂とからなる第１層と、前記導体組成物からなる第２層とを具備し，前記第１層の厚みが前記低抵抗金属粒子の平均粒径の０．３倍以上であり、前記第２層よりも薄いことを特徴とする配線基板。
【請求項２】
少なくとも有機樹脂を含み、先端が半球状で直径３００μｍの針を１００ｇｆで押し込んだ時の侵入深さが１０〜１００μｍの絶縁層に、低抵抗金属粒子を主体とする導体組成物を印刷して配線層を形成した後、圧力を印加して前記絶縁層中の有機樹脂を前記配線層に侵入させ、前記絶縁層側から前記導体組成物と前記絶縁層中の有機樹脂とからなる第１層と、前記導体組成物からなる第２層とを具備し、前記第１層の厚みが前記低抵抗金属粒子の平均粒径の０．３倍以上であり且つ前記第２層よりも薄い配線層を形成したことを特徴とする配線基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機樹脂を含む絶縁層の表面に銅などの低抵抗金属粒子を主体とする配線層を形成してなる配線基板とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来より、配線基板、例えば、半導体素子を収納するパッケージに使用される多層配線基板として、アルミナなどの絶縁層とＷ，Ｍｏなどの高融点金属からなる配線層とを具備した多層セラミック配線基板が多用されているが、このようなセラミック多層配線基板は、硬くて脆い性質を有することから、製造工程または搬送工程において、セラミックスの欠けや割れ等が発生しやすく、また、焼結前のグリーンシートにメタライズインクを印刷して、印刷後のシートを積層して焼結する場合、焼成により得られる基板に反り等の変形や寸法のばらつき等が発生しやすいという問題があり、回路基板の超高密度化やフリップチップ等のような基板の平坦度の厳しい要求に対して、十分に対応できないという問題があった。
【０００３】
そこで、最近では、有機樹脂を含む絶縁層表面に銅箔を接着した後、これをエッチングして微細な回路を形成した基板や、銅などの金属粉末を含むインクを絶縁シートに印刷して配線層を形成した後、これを積層し、あるいは積層後に、所望位置にマイクロドリルやパンチング等によりビア用の孔明けを行い、そのビア内壁にメッキ法により金属を付着させて配線層を接続して多層化することが行われている。また、絶縁層としては、その強度を高めるために、有機樹脂に対して、球状あるいは繊維状の無機質フィラーを分散させた基板も提案されており、これらの複合材料からなる絶縁層上に多数の半導体素子を搭載したマルチチップモジュール（ＭＣＭ）等への適用も検討されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、プリント基板の配線層の形成技術において、銅粉末等より作成されたインクで配線パターンを印刷した場合、インク中には配線パターンの印刷性や接着剤として有機成分を含むために銅箔や銅メッキによって配線層を形成した場合に比較して配線層の電気抵抗が高いという問題がある。電気抵抗を下げるには、配線層中の樹脂量を低減して金属含有量を多くすることが考えられるが、樹脂分が少なくなると、配線層と絶縁層との密着強度が大きく低下し、その配線層に電子部品を半田実装した場合に信頼性試験において半田部が剥がれる等の問題がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題について検討を重ねた結果、絶縁層と低抵抗金属粒子を含有する配線層との接着構造において、例えば絶縁層中に含まれる有機樹脂を低抵抗金属粒子を含む配線層側に侵入させて、配線層の絶縁層側に有機樹脂と導体組成物からなる混合層を所定の厚みで形成することにより配線層の低抵抗化と絶縁層との密着強度の向上を同時に満たすことができる事を見出し本発明に至った。
【０００６】
即ち、本発明の配線基板は、少なくとも有機樹脂を含む絶縁層表面に、低抵抗金属粒子を主体とする導体組成物を含む配線層を形成して成る配線基板において、前記配線層が前記絶縁層側から前記導体組成物と前記絶縁層中の有機樹脂とからなる第１層と、前記導体組成物からなる第２層とを具備し、前記第１層の厚みが前記低抵抗金属粒子の平均粒径の０．３倍以上であり、且つ前記第２層よりも薄いことを特徴とするものである。
【０００７】
また、かかる配線基板の製造方法として、少なくとも有機樹脂を含み、先端が半球状で直径３００μｍの針を１００ｇｆで押し込んだ時の侵入深さが１０〜１００μｍの絶縁層に、低抵抗金属粒子を主体とする導体組成物を印刷して配線層を形成した後、圧力を印加して前記絶縁層中の有機樹脂を前記配線層に侵入させ、前記絶縁層側から前記導体組成物と前記絶縁層中の有機樹脂とからなる第１層と、前記導体組成物からなる第２層とを具備し、前記第１層の厚みが前記低抵抗金属粒子の平均粒径の０．３倍以上であり且つ前記第２層よりも薄い配線層を形成することを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の配線基板おいて、絶縁層は、少なくとも有機樹脂を含む絶縁材料からなるもので、有機樹脂としては例えば、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）、ＢＴレジン（ビスマレイミドトリアジン）、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂が使用できるが、とりわけ原料として室温で液体の熱硬化性樹脂であることが望ましい。
【０００９】
また、上記の絶縁層中には、絶縁層あるいは配線基板全体の強度を高めるために、有機樹脂に対して無機質フィラーを複合化させるのが望ましい。有機樹脂と複合化される無機質フィラーとしては、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ゼオライト、ＣａＴｉＯ３、ほう酸アルミニウム等の公知の材料が使用できる。フィラーの形状は平均粒径が２０μｍ以下、特に１０μｍ以下、最適には７μｍ以下の略球形状の粉末の他、平均アスペクト比が２以上、特に５以上の繊維状のものや平板状のもの、さらには、織布物も使用できる。なお、有機樹脂と無機質フィラーとの複合材料においては、有機樹脂：無機質フィラーとは、体積比率で１５：８５〜５０：５０の比率で複合化されるのが適当である。また、配線層は、低抵抗金属粒子、具体的には銅、アルミニウム、金、銀の群から選ばれる少なくとも１種、または２種以上の合金を主体とする導体組成物からなり、低抵抗金属としては、特に、銅または銅を含む合金が最も望ましい。また、場合によっては、導体組成物として回路の抵抗調整のためにＮｉ−Ｃｒ合金などの高抵抗の金属を混合、または合金化してもよい。さらには、配線層の低抵抗化のために、前記低抵抗金属よりも低融点の金属、例えば、半田、錫などの低融点金属を導体組成物中の金属成分中にて５〜２０重量％の割合で含むことが望ましい。
【００１０】
配線層を構成する導体組成物中の低抵抗金属は平均粒径５μｍ以下の粉末が好適に用いられ、最適には３μｍ以下がよい。また、金属粒子として銀をコーティングした銅粉末や銅と銀との合金が使用できる。この様な銀を含む粒子を用いると金属粒子の酸化が抑制され取扱が容易になる。また、金属成分として低抵抗金属粒子の他に、半田、錫など低融点の金属を混合することにより、配線層の抵抗をさらに下げることができる。
【００１１】
本発明によれば、図１に示すように、絶縁層１の表面に形成された配線層が２、導体組成物３と絶縁層１中の有機樹脂４とからなる第１層５と、導体組成物３からなる第２層６とを具備するものである。ここで、第１層５は、幾分かの導電路を形成すると同時に第２層６と絶縁層１との密着性を向上させる役目を担うものであり、第２層は、低抵抗の導体組成物による導体路として、電気信号の伝達等の役目を担うものである。
【００１２】
上記第１層は、その厚みが、導体組成物中の低抵抗金属粒子の平均粒径の０．３倍以上であることが重要である。この厚みが、０．３倍未満では、配線層全体としての絶縁層への密着強度が弱く、配線層に実装された電子部品の実装の信頼性が低下する。望ましくは、０．５倍以上、２倍以下である。
【００１３】
また、この第１層の厚みは、第２層の厚みよりも小さいことが重要であり、第１層の厚みが第２層よりも厚いと、配線層全体としての電気抵抗が高くなり、配線層として望ましくない。
【００１４】
さらに、上記第２層中の金属成分量は、導体路を形成するために６０体積％以上であることが望ましく、一方、第１層中の金属成分量は、絶縁層中の有機樹脂成分の侵入によって第２層よりも少なくなる結果、４５〜６０体積％となる。
【００１５】
上記のような配線層の層構成は、特に配線基板の表層に形成される配線層に対して施すことが望ましい。これは、多層配線基板において絶縁層内部に形成された配線層は、絶縁層内に挟持されているために、絶縁層との密着不良を生じることが少ないが、表層に形成された配線層では、特に密着不良が発生しやすく、密着不良によって電子部品の実装の信頼性を大きく損ねてしまうためである。
【００１６】
具体的に、上記配線基板における配線層の全体厚みは、１０〜２０μｍであることが望ましく、特に前記第１層は１〜５μｍ、第２層は、５〜１０μｍで且つ前記条件を満足することが望ましい。
【００１７】
上記のように、配線層として、絶縁層側に絶縁層中に含まれる有機樹脂と導体組成物からなる第１層を形成することにより、第１層中の有機樹脂分がいわゆるアンカー的作用をなすことにより配線層と絶縁層との密着性を高めることができる。その結果、第１層の表面に形成される第２層として導体組成物の含有量を高めることができる結果、配線層としての低抵抗化も実現できる。
【００１８】
次に、本発明の配線基板の製造方法について具体的に説明する。少なくとも有機樹脂を含む絶縁層の表面に配線層が形成された配線基板は、絶縁層の表面に、低抵抗金属粒子を主体とする導体組成物を含むインクをスクリーン印刷、グラビア印刷などの印刷法によって配線パターン状に印刷することによって形成される。このインクには、導体組成物と、印刷性を高めるために、セルロース、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレングリコールなどの有機樹脂０．２〜５重量％、溶剤３０重量％以下が配合される。
【００１９】
本発明によれば、前述したように、配線層を前記第１層と第２層によって構成するには、まず、絶縁層の表面に、導体組成物と絶縁層中の有機樹脂成分とを含むインクを第１層として印刷し、次に、導体組成物を含むインクを第１層の表面に印刷することにより形成できる。ただし、かかる方法では、第１層の印刷と第２層の印刷位置を高精度に整合させることが必要がある。
【００２０】
そこで、好適な方法としては、インクを印刷する前の絶縁層として、針侵入硬度が１〜１０ｍｍの軟質な絶縁層を用いる。このような針侵入硬度を有する絶縁層としては、基板中に含まれる有機樹脂がＢステージ状態、即ち、樹脂が半硬化した状態、および／または０．５〜５重量％の割合で有機溶剤量を調整することによって針侵入硬度を上記の範囲に調整されたものであり、ドクターブレード法、カレンダーロール法、圧延法などの周知のシート成形法によりシート状に成形したものである。
【００２１】
なお、上記針侵入硬度とは、先端が半球状で直径３００μｍの針を荷重１００ｇｆで押し込んだ時の侵入深さである。
【００２２】
そして、上記のような針侵入硬度が１０μｍの絶縁層に前記導体組成物を含むインクを印刷した後、所定の圧力を印加することにより絶縁層中の有機樹脂分を配線層に侵入させることができる。
【００２３】
この時、絶縁層の針侵入硬度が１０μｍより小さいと、絶縁層中の有機樹脂が配線層に侵入できず、前述したような有機樹脂と導体組成物との複合体からなる第１層の配線層が形成されず、配線層の絶縁層との密着強度が向上しない。また針侵入硬度が１００μｍを越えると、絶縁層中の有機樹脂の配線層への侵入が大きくなり、配線層における第１層の厚みが第２層の厚みよりも大きくなってしまい、配線層の電気抵抗が増大してしまうという問題がある。
【００２４】
印加する圧力は一般に高いほど導体層が緻密になり電気抵抗が低下するが余り高いと樹脂が導体層の中心部まで侵入し電気抵抗が増大する傾向がある。最適な圧力は絶縁層の針侵入硬度によって変化するが、２０〜３００ｋｇｆ／ｃｍ２  の範囲で印加して樹脂の基板への侵入量を上述のように制御すればよい。
【００２５】
また、インク中の導体組成物中に、融点が２５０℃以下の半田等の低融点金属を含む場合には、上記加圧処理後、または加圧処理時に低融点金属が軟化または溶融する温度で加熱処理を行うことにより、低抵抗金属粒子間の導電性接着剤として作用し配線層の抵抗を下げることができる。
【００２６】
また、インク中に配合する有機樹脂として低温での分解可能なセルロースなどの樹脂を配合すれば、加圧処理時、または加圧処理後に樹脂が分解する温度で加熱処理することによって配線層のうち第２層中の樹脂分の含有量を低減させ、第２層の低抵抗化をさらに図ることができる。この加熱温度は、２００〜３００℃が最適である。
【００２７】
このようにして、絶縁層中の有機樹脂分の配線層への侵入処理を行った後、この基板を絶縁層中の有機樹脂が硬化する温度に加熱処理して完全に硬化することより、高硬度の絶縁層の表面に配線層が強固な接着強度で形成された配線基板を作製することができる。また、この時の加熱時間等を調整して上記のインク中の樹脂分の分解や低融点金属の融解による低抵抗化を図ることもできる。
【００２８】
また、上記の配線基板による多層化を行う場合には、上記と同様にして針侵入硬度が１〜１０ｍｍの絶縁層の表面に配線層を形成した後、所望によっては、スルーホールやビアホールなどを形成しホール内に導体組成物を充填した後、それらを複数層積層し、場合によっては層間に接着材を介して密着させた後に樹脂の硬化温度に加熱処理して完全硬化処理を行うことにより多層配線基板を作製することができる。
【００２９】
この多層配線基板においては、基板の最表面に形成された配線層のみを図１に示したような第１層や第２層を具備する配線層により構成すればよく、その場合には、最表層の絶縁層と配線層間において前述したような処理を施して、他の絶縁層と積層処理してもよい。
【００３０】
【実施例】
配線層を形成する導体組成物として、平均粒径が１〜６μｍの銅粉やＡｇを表面に被覆した銅粉を用い、さらには低融点金属として鉛を含まないＳｎ−Ａｇ系半田や、さらにはセルロース及び溶剤を用いて、表１に示す導体組成物を調合した。
【００３１】
【表１】
0003597952.tif 000002
【００３２】
一方、絶縁層として、有機樹脂としてＢＴレジン樹脂を用い、さらに無機フィラーとして球状シリカを用い、これらを有機樹脂：無機フィラーが体積比で３０〜７０となる組成の絶縁層を作製した。なお、この絶縁層には、針侵入硬度調整のために、溶剤としてメチルエチルケトンを０．５〜５重量％の割合で添加し、のちの加圧処理時の針侵入硬度が表２の基板を作製した。
【００３３】
そして、絶縁層および配線層形成用の組成物として表１のＡ〜Ｄの組成物を用いてスクリーン印刷法によって印刷を行った。その後、表２の条件で圧力を印加して絶縁層中の有機樹脂分を配線層中に侵入させた。
【００３４】
得られた基板の断面を観察して樹脂分が侵入した第１層の厚みおよび第２層の厚みを測定し、第１層については配線層中の低抵抗金属粒子の平均粒径に対する比率を算出し表２に示した。そして、配線層については比抵抗を４端子法により測定した。さらに、配線層に対して金属金具を半田付けし、金具を垂直に引張り配線層が剥がれた時の応力を表２に示した。
【００３５】
【表２】
0003597952.tif 000003
【００３６】
表１および表２の結果から明らかなように、試料Ｎｏ．１、１４の配線基板では、絶縁層の針侵入硬度が１０μｍよりも小さく、第１層の厚みが低抵抗金属粒子の平均粒径に対して０．３倍未満となり配線層の密着性が低いものであった。、また、また針侵入硬度が１００μｍよりも大きいと第１層の厚みが第２層よりも厚くなり（試料Ｎｏ．４、５、９、１０、１８、２１）、配線層の比抵抗が大きくなった。
【００３７】
これらの比較例に対して、本発明の配線基板は、第１層の厚みを低抵抗金属粒子の平均粒径の０．３倍以上で、第２層よりも薄くすることにより比抵抗１×１０−５Ω−ｃｍ以上、密着強度１．０ｋｇｆ／ｍｍ２  以上の高い導電性と高い密着性が達成された。
【００３８】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の配線基板によれば、配線層と絶縁層との間に所定の厚みで導体組成物と絶縁層中の有機樹脂とからなる中間層を形成することにより、配線層の絶縁層への密着強度を向上させ、配線層への電子部品実装時の接続信頼性を向上させるとともに、配線層としての電気抵抗を低下させることを可能にし、チップ部品の実装に適した高精度な配線基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板における配線層の構造を説明するための概略図である。
【符号の説明】
１  絶縁層
２  配線層
３  導体組成物
４  有機樹脂
５  第１層
６  第２層
【図１】
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