(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線が形成された基板が複数枚積層され、前記基板の層間を導通する導電材料を有する回路基板において、
前記導電材料は、Ａｇ２ＯとＶ２Ｏ５とＴｅＯ２とを含む無鉛の酸化物と、導電性物質とを含み、
前記酸化物が、酸化物換算で４７質量％≦Ｖ２Ｏ５＋ＴｅＯ２≦８２質量％かつ２０質量％≦ＴｅＯ２≦４０質量％であることを特徴とする回路基板。
【請求項２】
請求項１において、酸化物換算でＶ２Ｏ５＋ＴｅＯ２＋Ａｇ２Ｏ≧８５質量％であることを特徴とする回路基板。
【請求項３】
請求項１において、前記酸化物がＦｅ、Ｓｂ、Ｗ、Ｂａ、Ｋのいずれかを含むことを特徴とする回路基板。
【請求項４】
請求項１において、前記導電性物質がＡｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｉｎの少なくとも一種であることを特徴とする回路基板。
【請求項５】
請求項１において、前記酸化物は電磁波の照射によって軟化する性質を有することを特徴とする回路基板。
【請求項６】
請求項５において、前記電磁波の波長が２０００ｎｍ以下のレーザ又は０．１−１０００ｍｍのマイクロ波であることを特徴とする回路基板。
【請求項７】
配線が形成された基板が複数枚積層された回路基板の製造方法において、
前記基板に開けられた穴に、Ａｇ２ＯとＶ２Ｏ５とＴｅＯ２とを含む無鉛の酸化物と導電性物質とを供給する工程と、
前記酸化物と前記導電性物質に電磁波を照射し、穴内で軟化溶融させる工程と、を有し、
前記酸化物は、酸化物換算で４７質量％≦Ｖ２Ｏ５＋ＴｅＯ２≦８２質量％、２０質量％≦ＴｅＯ２≦４０質量％ことを特徴とする回路基板の製造方法。
【請求項８】
請求項７において、酸化物換算でＶ２Ｏ５＋ＴｅＯ２＋Ａｇ２Ｏ≧８５質量％であることを特徴とする回路基板の製造方法。
【請求項９】
請求項７において、前記導電性物質がＡｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｉｎの少なくとも一種であることを特徴とする回路基板の製造方法。
【請求項１０】
請求項７において、前記電磁波の波長が２０００ｎｍ以下のレーザ又は０．１−１０００ｍｍのマイクロ波であることを特徴とする回路基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、層間の電気的接続を図るために酸化物ガラスを用いた回路基板とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報機器や電子機器分野の発展に伴い、回路基板の小型化、高密度化が求められている。従来、回路基板の層間の電気的な接続は銅メッキが主流であった。銅メッキでは
スルーホールと呼ばれる貫通穴が必要となり、配線可能な領域を減少させるため、配線の高密度化が困難になりつつある。また銅メッキでは薬品使用量が多いことや、その薬品を洗浄するために多くの水を使用すること、排水中和汚泥などの産業廃棄物が排出され、地球環境負荷が大きいという問題があった。まためっき工程はエッチング、穴あけ、めっき、洗浄など複数の工程を経るため、製造効率の向上が求められている。そこで近年、銅メッキの工程短縮化、環境負荷低減を目的とした代替方法として、導電性ペーストをビアホールに充填して層間の電気的接続を得るプリント配線基板が開示されている。【０００３】
例えば特許文献１では、プリント基板のビアホール内に金属粒子とバインダ樹脂を含有する導電性ペーストを充填した後、加圧しながら、加熱することによって、プリント基板の層間の電気的接続を得るものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１７６８４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の従来方法では、プリント基板の層間の電気的な接続は、ビアホール内の金属粒子同士の接触によって導通が得られる。しかしながら、基板と金属粒子との密着力が十分ではなく、金属粒子同士の接触は不安定となり、安定した導通を得ることが困難である。またこの課題は回路基板の高密度化が進むとさらに深刻な問題となる。【０００６】
本発明の目的は、層間の導通を得るための材料と回路基板との密着力を向上させ、電気的接続に関して、安定して低抵抗を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、配線が形成された基板が複数枚積層され、前記基板の層間を導通する導電材料を有する回路基板において、前記導電材料は、Ｐ又はＡｇの何れかとＶとＴｅとを含む酸化物と、導電性物質とを含むことを特徴とする。【０００８】
また、配線が形成された基板が複数枚積層された回路基板の製造方法において、前記基板に開けられた穴に、Ｐ又はＡｇの何れかとＶとＴｅとを含む酸化物と導電性物質とを供給する工程と、前記酸化物と前記導電性物質に電磁波を照射し、穴内で軟化溶融させる工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、層間の導通を得るための材料と回路基板との密着力を向上させ、電気的接続に関して、安定して低抵抗を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】酸化物の示差熱分析で得られるＤＴＡ曲線の１例である。
【図２】酸化物の透過率曲線の１例である。
【図３】複合部材の断面概略図の１例である。
【図４】導電性酸化物ペーストを充填した樹脂基板の斜視図及び断面図である。
【図５】多層基板の作製手順の1例である。
【図６】多層基板の作製手順の1例である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
回路基板の層間の電気的接続を得るための酸化物は、Ｖ（バナジウム）、Ｔｅ（テルル）及びＰ（リン）を含む。または、Ｖ、Ｔｅ及びＡｇ（銀）を含む。これらの酸化物にはＰｂ（鉛）とＢｉ（ビスマス）を実質的に含まない。上述した酸化物に対し、例えば、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｉｎなどの導電性物質を混合することによって、層間の電気伝導性を得ることが可能である。
【００１２】
Ｖ、Ｔｅ及びＰを含む酸化物は、転移点Ｔgが３４０℃以下と比較的低温であるだけでなくレーザ吸収性が高いことによって、レーザの照射により容易に加熱されるので軟化流動しやすい。また、Ｖ、Ｔｅ及びＡｇを含む酸化物は、Ｖ、Ｔｅ及びＰを含む酸化物よりもレーザ吸収性は劣るが、転移点Ｔgが２７０℃以下と更に低いために、レーザの照射によって容易に軟化流動させることができる。これらの酸化物を使用すれば、樹脂などの基板であっても、樹脂を劣化させない温度範囲で酸化物が軟化するので、層間を接続することができる。軟化流動した後の酸化物は非晶質（ガラス）、結晶質の少なくとも何れかを含む。
【００１３】
これらの酸化物にＦｅ、Ｓｂ、Ｗ、Ｂａ、Ｋの何れかを更に含有させることによって、酸化物の構造をより安定に保つことが可能になる。特に、Ｆｅ又はＳｂを含む場合は、レーザ、マイクロ波の吸収が大きく発熱しやすいため、更に良く軟化流動させることができる。特にＷ、Ｂａ又はＫを含む場合は、結晶化を抑制することができる。
【００１４】
使用するレーザの波長としては、この酸化物が効率的に吸収する２０００ｎｍ以下が有効である。波長が２０００ｎｍ以下であると、酸化物がレーザを吸収し易いためである。
【００１５】
Ａｇが含まれていない酸化物の場合は、酸化物換算でＶ2Ｏ5が最も多く含有されるとよい。またＦｅ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3を含有させることによって２０００ｎｍの波長範囲のレーザを吸収しやすくなる。
【００１６】
ＴｅとＰはガラス化させるための成分であり、これらを含むことでレーザ照射によっても容易に軟化流動させることができる。Ｐは低熱膨張化にも有効であるが、酸化物換算でＰ2Ｏ5の含有量（質量％）をＴｅＯ2よりも多くすると転移点Ｔgが高くなりやすいので、Ｐ2Ｏ5の含有量をＴｅＯ2の含有量以下にするとよい。
【００１７】
酸化物の有効な組成範囲は、上記条件を満たした上で、次の酸化物換算でＶ2Ｏ5が１７〜５０質量％、ＴｅＯ2が２０〜３３質量％、Ｐ2Ｏ5が４〜１２質量％である。レーザ吸収特性が更に良くなる組成範囲として、Ｖ2Ｏ5が３７〜５０質量％、ＴｅＯ2が２０〜３２質量％、Ｐ2Ｏ5が６〜１２質量％、Ｆｅ2Ｏ3が１０〜１９質量％が好ましい。
【００１８】
または、Ｖ2Ｏ5が１７〜５０質量％、ＴｅＯ2が２５〜３５質量％、Ａｇ2Ｏが２０〜５０質量％であり、Ｖ2Ｏ5＋ＴｅＯ2＋Ａｇ2Ｏが８５質量％以上が好ましい。
【００１９】
上述した酸化物に対し、例えば、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｎｂ2Ｏ5、ＺｒＳｉＯ4、Ｚｒ2（ＷＯ4）（ＰＯ4）2、コージェライト、ムライト、ユークリプタイトなどの充填材を混合することで、基板の材質に応じて熱膨張係数を所定の値に調整して基板と酸化物との接着強度を高めたり、酸化物自体の強度を高めたりすることが可能である。接着する基板間に大きな熱膨張係数差がある場合、熱膨張係数の異なる酸化物を重ねることにより、接着強度を高めることが可能である。
【００２０】
ただし、ここで取り上げた実施例の記載に限定されることはなく、適宜組み合わせてもよい。
【実施例１】
【００２１】
本実施例では、基板にポリカーボネート基板、酸化物として次の酸化物換算で２０Ｖ2Ｏ5−３５ＴｅＯ2−４５Ａｇ2Ｏ（質量％）を用い、電磁波照射実験を行い、酸化物の樹脂基板への接着性の確認試験を行った。電磁波としては、波長が約４００ｎｍ、６００ｎｍ及び８００ｎｍのレーザを用いた。【００２２】
上記酸化物の作製は、(株)高純度化学研究所製試薬Ｖ2Ｏ5、ＴｅＯ2、Ａｇ2Ｏを用い、合計２００ｇになるように、所定量配合、混合し、白金ルツボに入れ、電気炉にて５〜１０℃／分の昇温速度で９００〜９５０℃まで加熱し、溶融した。この温度で均一にするために撹拌しながら１〜２時間保持した。その後、ルツボを取り出し、予め１５０℃程度に加熱しておいたステンレス板上に流し込んだ。【００２３】
ステンレス板上に流し込んだ酸化物は、平均粒子径（Ｄ50）が２０μｍ未満になるまで粉砕した。この酸化物を５℃／分の昇温速度で５５０℃まで示差熱分析（ＤＴＡ）することによって、転移点（Ｔg）、屈伏点（Ｍg）、軟化点（Ｔs）及び結晶化温度（Ｔcry）を測定した。なお、標準サンプルとしてアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）粉末を用いた。【００２４】
図１に酸化物の代表的なＤＴＡ曲線を示す。図１に示すように、Ｔgは第一吸熱ピークの開始温度、Ｍgはそのピーク温度、Ｔsは第二吸熱ピーク温度、Ｔcryは結晶化による顕著な発熱ピークの開始温度とした。本実施例の酸化物のＴgは１６３℃、Ｍgは１７２℃、Ｔsは２０８℃であった。Ｔcryは２６３℃までのＤＴＡでは認められなかった。【００２５】
酸化物の光学特性を、紫外可視分光光度計を用いて透過率によって評価した。評価サンプルは、酸化物をジェットミルで平均粒径（Ｄ50）が２μｍ以下になるまで粉砕し、その酸化物粉末に樹脂バインダー４％を溶解した溶剤を入れ、混合することによって、印刷用ペーストを作製した。ここで、樹脂バインダーにはエチルセルロース、溶剤にはブチルカルビトールアセテートを用いた。【００２６】
ペーストをスクリーン印刷にてスライド酸化物に塗布し、１５０℃で乾燥させた。その塗膜の平均厚みは、それぞれ約５μｍ、１０μｍ、２０μｍになるようにペーストの粘度や印刷方法をコントロールした。スライド酸化物に形成した塗膜を、紫外可視分光光度計を用いて３００〜２０００ｎｍの波長域における透過率曲線を測定した。その際、スライド酸化物のみの透過率曲線をベースラインとして差し引き、極力、酸化物の焼成塗膜のみの透過率曲線が得られるようにした。本実施例の酸化物の各膜厚における透過率曲線を図２に示す。この酸化物は、３００〜２０００ｎｍの波長域において、波長が小さいほど透過率が小さく、波長が４００ｎｍ未満の紫外線はほとんど透過しなかった。【００２７】
電磁波照射実験では、上記同様に酸化物をジェットミルで平均粒径（Ｄ50）が２μｍ以下になるまで粉砕した。その酸化物粉末に樹脂バインダー１％を溶解した溶剤を入れ、混合することによって、スプレー噴霧用のスラリーを作製した。ここで、樹脂バインダーにはエチルセルロース、溶剤にはブチルカルビトールアセテートを用いた。このスラリーをスプレーによってポリカーボネート基板へ均一に噴霧し、約７０℃で乾燥後した。その後、波長が約４００ｎｍ、６００ｎｍ、８００ｎｍの半導体レーザをそれぞれ照射した。図３に複合部材の断面概略図を示す。【００２８】
レーザヘッドを動かすことによって樹脂基板１上のスラリーにレーザ３を照射した。酸化物がレーザを吸収し加熱されることによって比較的低温で軟化流動するので、樹脂基板１を劣化させることなく樹脂基板１上に酸化物２の膜を形成することができた。しかもこの膜は強固に樹脂基板に接着、密着していた。酸化物はどの波長のレーザを照射しても、ポリカーボネート基板に強固に接着、密着していた。また、破線で示すレーザ３のように基板側からレーザを照射しても、樹脂基板を透過したレーザが酸化物に吸収されるので、同様な結果が得られた。
【実施例２】
【００２９】
本実施例においては、実施例１の酸化物、樹脂バインダー、溶剤に更に導電材を混合して導電性酸化物ペーストを作製し、該導電性酸化物ペーストを用いて回路基板のビアホールを充填し、導電性を評価した。図４は、ビアホールに導電性酸化物ペーストを充填した樹脂基板の斜視図及び断面図である。４はビアホール、５は金属粒子を示している。ビアホール内には酸化物２と金属粒子（導電性物質）が含まれる。
（導電性酸化物ペーストの作製）
金属粒子としては福田金属箔粉工業（株）製の銀粒子：ＡＧＣ−１０３（球状粒子、平均粒径１．４μｍ）を用いた。ペースト中の酸化物粉末の含有率は、銀粒子に対して１０体積％とした。また、ペースト中の固形分（銀粒子、酸化物粉末）の含有率は８０〜８５質量％とした。
（ペーストの充填及び電気的評価）
上述で用意したペーストを用いて、ポリカーボネート基板及びポリイミド基板上へ印刷法によりビアホールにペーストを充填した。１５０℃で乾燥した後、波長が約８００ｎｍの半導体レーザを用いて、ビアホール内にレーザ照射し、軟化・固化させた。導電性酸化物ペーストはビアホール内にしっかり密着していた。穴の抵抗値を測定した結果、平均０．４８ｍΩ/穴であり、優れた電気抵抗を示した。【００３０】
上記のペーストは、酸化物の軟化点が従来よりも低く（従来よりも低温で軟化流動する）、波長が２００〜２０００ｎｍのレーザを吸収することから、レーザによる局所加熱によりビアホールの導通を得ることができた。
【実施例３】
【００３１】
本実施例では、ポリアミドイミド、ポリアリレート、ポリサルホン、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、フッ素ゴム、シリコーンゴム、アクリルゴム等の基板やフィルム上にビアホールを形成し、実施例２の導電性酸化物ペーストを充填し、レーザを照射して軟化・固化させた。波長が約８００ｎｍの半導体レーザを使用した。導電性酸化物ペーストはビアホール内に密着しており、金属粒子をしっかりと固定していた。【００３２】
形成したビアホールの電気抵抗を測定した結果、平均０．５１ｍΩ/穴であり、優れた電気抵抗を示した。ペーストは、回路を形成する樹脂基板として、本実施例のように幅広い種類の樹脂に対しても、レーザ照射条件を調整することで適用可能であることを確認した。【００３３】
次に実施例２のペーストをフッ素樹脂基板のビアホールに充填した。四国計測(株)製μリアクターを用い２.４５ＧＨｚ帯（波長：１２５ｍｍ）のマイクロ波を照射し、導電性酸化物ペーストを軟化・固化させた。上記レーザの照射と同様に軟化流動でき、樹脂基板は劣化せず、ビアホール内にしっかり密着していた。形成したビアホールの電気抵抗を測定した結果、平均０．４８ｍΩ/穴であり、優れた電気抵抗を示した。酸化物は、半導体的な導電性を有しているために、２.４５ＧＨｚ帯（波長：１２５ｍｍ）のマイクロ波を吸収し、軟化させることができる。この結果より、波長が０.１〜１０００ｍｍの範囲にあるマイクロ波においても２.４５ＧＨｚ帯に代表されるように酸化物を軟化・固化できる。【００３４】
また他の金属粒子、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｉｎを入れてもＡｇ粒子を入れた場合と同様の結果が得られ、安定した導電性を有していた。
【実施例４】
【００３５】
本実施例では、基板にアルミナを用いて、アルミナ基板上に形成されたビアホールに、実施例２の導電性酸化物ペーストを充填し、レーザまたはマイクロ波を照射して軟化・固化させた。レーザは波長が約８００ｎｍの半導体レーザを用い、マイクロ波には四国計測(株)製μリアクターを使用して、２.４５ＧＨｚ帯（波長：１２５ｍｍ）のマイクロ波を照射した。レーザ及びマイクロ波、どちらの場合でも導電性酸化物ペーストはビアホール内に密着しており、金属粒子をしっかりと固定していた。【００３６】
形成したビアホールの電気抵抗を測定した結果、平均０．５１ｍΩ/穴であり、優れた電気抵抗を示した。ペーストは、セラミック基板に対しても有効であることを確認した。
【実施例５】
【００３７】
本実施例では、酸化物の組成と特性について検討した。検討した酸化物の組成と特性を表１に示す。酸化物原料には、高純度化学研究所製試薬Ｖ2Ｏ5、ＴｅＯ2、Ｐ2Ｏ5、Ｆｅ2Ｏ3、Ａｇ2Ｏ、ＷＯ3、Ｓｂ2Ｏ3、ＢａＯ、及びＫ2Ｏを用い、実施例１と同様にして酸化物を作製した。作製した酸化物の転移点は、実施例１と同様にしてＤＴＡにて測定した。作製した酸化物の軟化流動性は、酸化物粉末をハンドプレスにより圧粉成形し、そこにチタンサファイアレーザ（波長：８０８ｎｍ）、ＹＡＧレーザ（波長：１０６４ｎｍ）、及び２.４５ＧＨｚ帯（波長：１２５mm）のマイクロ波をそれぞれ照射した。【００３８】
酸化物を良く流動させることができた場合には「◎」、流動させることができた場合には「○」、流動も軟化もできなかった場合には「×」と評価した。酸化物Ｎｏ．１〜３５の実施例では、レーザ及びマイクロ波を良く吸収し、流動させることが可能であり、樹脂基板やセラミック基板を劣化させることなく固化することができた。また、これらの酸化物に導電材を含有させることで、ビアホールで導通を得ることが可能となった。
【実施例６】
【００３９】
本実施例では、実勢例２の導電性酸化物ペーストを用いて多層基板を作製した例を述べる。ペースト中の酸化物粉末の含有率が銀粒子に対して１０体積％のものをビアホールの充填材料として使用した。
図５に作製手順の例を示す。６は基板、７は銅箔、８は単層基板、９は多層基板を示している。基板にはガラスエポキシを用いた。
まず（a）基板６に対し、(b)のように所定の位置にレーザ３によりビアホール４を形成した。次いで、(c)銅箔７を圧着し、(d)導電性酸化物ペーストをスクリーン印刷により充填した。充填後、１２０℃で１０分間加熱し、溶剤を揮発させた。(e)充填したペーストに対し、波長が約８００ｎｍの半導体レーザ３を用いて、軟化・固化させた。次いで、（f）基板６上に銅箔７を圧着させ、（g）フォトリソグラフィ法により銅箔７に導体のパターンを形成した。(g)で作製した単層基板に対し、（ｈ）片側にのみ銅箔７を圧着した単層基板８を重ねて真空プレスにより多層化した。（i）フォトリソグラフィ法により銅箔７に導体パターンを形成した。【００４０】
このように本実施例では３層の多層基板９を作製した。また本実施例では熱源に半導体レーザを用いたが、マイクロ波を用いることも可能である。また本実施例では基板にガラスエポキシを用いたが、他の樹脂基板、セラミック基板でも同様に作製することができる。また本実施例では配線に銅箔を用いているが、アルミなどの他の金属でも可能である。また本実施例では、（ｂ）のレーザによりビアホールを形成した後、（ｃ）銅箔を圧着したが、銅箔の圧着前に導電性酸化物ペーストを充填し、乾燥させて、レーザを照射した後に、銅箔を圧着しても作製可能である。
【実施例７】
【００４１】
本実施例では、実勢例２の導電性酸化物ペーストを用いて多層基板を作製した例を述べる。ペースト中の酸化物粉末の含有率が銀粒子に対して１０体積％のものをビアホールの充填材料として使用し、基板にはガラスエポキシを用いた。【００４２】
図６に作製手順の例を示す。まず（ｉ）箔７が圧着された基板６に対し、（ｋ）のように所定の位置にレーザ７によりビアホール４を形成した。次いで、（ｌ）ビアホール４に導電性酸化物ペーストをスクリーン印刷により充填した。導電性酸化物ペーストは銅箔７に接するまで充填した。充填後、１２０℃で１０分間加熱し、溶剤を揮発させた。（ｍ）充填したペーストに対し、波長が約８００ｎｍの半導体レーザ３を用いて、軟化・固化させた。次いで、（ｎ）フォトリソグラフィ法により銅箔７に導体のパターンを形成した。（ｎ）で作製した単層基板に対し、（ｏ）片側にのみ銅箔７を圧着した単層基板８を重ねて真空プレスにより多層化した。（ｐ）フォトリソグラフィ法により銅箔７に導体パターンを形成した。このように本実施例では３層の多層基板９を作製した。また本実施例では熱源に半導体レーザを用いたが、マイクロ波を用いることも可能である。また本実施例では基板にガラスエポキシを用いたが、他の樹脂基板、セラミック基板でも同様に作製することができる。また本実施例では配線に銅箔を用いているが、アルミなどの他の金属でも可能である。【００４３】
【表１】
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【符号の説明】
【００４４】
１  樹脂基板
２  酸化物
３  レーザ
４  ビアホール
５  金属粒子（導電性物質）
６  基板
７  銅箔
８  単層基板
９  多層基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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