(57)【要約】【課題】配線導体と貫通導体とが電気的に良好に接続された配線基板を提供すること。【解決手段】主面に銅箔から成る配線導体２が転写埋入された樹脂系の電気絶縁材料から成る絶縁層１が複数積層されて成るとともに、各絶縁層１を挟んで上下に位置する配線導体２同士が各絶縁層１に形成された貫通孔１ａ内に充填された導体ペーストの硬化物から成る貫通導体３により電気的に接続されて成る配線基板において、貫通導体３は、熱硬化性樹脂と、この熱硬化性樹脂の硬化温度で溶融する半田粒子３ａと、熱硬化性樹脂の硬化温度で溶融しない金属粒子とから成り、前記金属粒子は、粒径が５μｍ以下の微粒子および粒径が１０μｍ以上の粗粒子を含み、微粒子が銀微粒子２ｃＳから成るとともに粗粒子が銀コート銅粗粒子２ｂから成る。【選択図】図１
2018093008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面に銅箔から成る配線導体が転写埋入された樹脂系の電気絶縁材料から成る絶縁層が複数積層されて成るとともに、前記各絶縁層を挟んで上下に位置する前記配線導体同士が前記各絶縁層に形成された貫通孔内に充填された導体ペーストの硬化物から成る貫通導体により電気的に接続されて成る配線基板において、前記貫通導体は、熱硬化性樹脂と、該熱硬化性樹脂の硬化温度で溶融する半田粒子と、前記硬化温度で溶融しない金属粒子とから成り、前記金属粒子は、粒径が５μｍ以下の微粒子および粒径が１０μｍ以上の粗粒子を含み、前記微粒子が銀微粒子から成るとともに前記粗粒子が銀コート銅粗粒子から成ることを特徴とする配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子等を搭載するため等に用いられる配線基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図９に示すように、半導体素子Ｓを搭載するために用いられる配線基板として、表面に銅箔から成る配線導体１２が転写埋入された樹脂系の電気絶縁材料から成る絶縁層１１が複数積層されて成るとともに、各絶縁層１１を挟んで上下に位置する配線導体１２同士が各絶縁層１１に形成された貫通孔１１ａ内に充填された導体ペーストの硬化物から成る貫通導体１３により電気的に接続されて成る配線基板が知られている。なお、配線基板の上下面には、ソルダーレジスト層１４が配線導体１２の一部を露出させるようにして被着されている。
【０００３】
配線導体１２は、電解銅箔から成り、マット面Ｍと化学的エッチングにより粗化されたシャイニー面Ｓとを有している。マット面Ｍは、電解銅箔の成長が終了する側の面であり、銅の結晶塊が突起状に成長した微細な凸部が疎に形成された凹凸面である。化学的エッチングにより粗化されたシャイニー面Ｓは、電解銅箔の成長が開始する側の面の銅の結晶粒界に沿って厚み方向にエッチングが進んだ面であり、微細な凸部が密に形成された凹凸面である。配線導体１２は、例えばマット面Ｍが絶縁層１１の一方の主面と略同一の高さになるようにシャイニー面Ｓ側が絶縁層１１の一方の主面に埋入されている。
【０００４】
貫通孔１１ａは、絶縁層１１の他方の主面側から一方の主面側に向けてレーザ加工を行うことにより形成されている。貫通孔１１ａは、その径がレーザの入射側で大きく、出射側で小さい形状となる。貫通孔１１ａの直径は、レーザの入射側で１００〜１５０μｍ、レーザの出射側で８０〜１３０μｍ程度である。
【０００５】
貫通導体１３は、半田粒子１３ａと銀コート銅粒子１３ｂとを含んでいる。半田粒子１３ａおよび銀コート銅粒子１３ｂの粒度分布は、０．５〜３０μｍ程度である。半田粒子１３ａは、粒径が１０μｍ以上の半田粗粒子１３ａＬと粒径が５μｍ以下の半田微粒子１３ａＳとを含んでおり、銀コート銅粒子１３ｂは、粒径が１０μｍ以上の銀コート銅粗粒子１３ｂＬと粒径が５μｍ以下の銀コート銅微粒子１３ｂＳとを含んでいる。
【０００６】
貫通導体１３は、貫通孔１１ａにおけるレーザの入射側から貫通孔１１ａ内に充填されている。そして、半田粒子１３ａおよび銀コート銅粒子１３ｂのうち、粒径が５μｍ以下の半田微粒子１３ａＳおよび粒径が５μｍ以下の銀コート銅微粒子１３ｂＳが貫通孔１１ａにおける貫通導体１３の埋め込み開始側であるレーザの入射側に偏在している。また、貫通孔１１ａにおける貫通導体１３の埋め込み終了側であるレーザの出射側には、半田粒子１３ａおよび銀コート銅粒子１３ｂのうち、粒径が１０μｍ以上の半田粗粒子１３ａＬおよび粒径が１０μｍ以上の銀コート銅粗粒子１３ｂＬが複数存在している。
【０００７】
そして、例えば電解銅箔から成る配線導体１２のマット面Ｍが、貫通導体１３の埋め込み開始側に偏在する半田微粒子１３ａＳおよび銀コート銅微粒子１３ｂＳと接触しており、化学的に粗化されたシャイニー面Ｓが貫通導体１３の埋め込み終了側に複数存在する半田粗粒子１３ａＬおよび銀コート銅粗粒子１３ｂＬと接触している。
【０００８】
そして、この従来の配線基板によれば、貫通導体１３に含有される半田粒子１３ａおよび銀コート銅粒子１３ｂと配線導体１２との接触により、貫通導体１３と配線導体１２との電気的接続が形成される。また、配線導体１２における貫通導体１３との接触面には、半田粒子１３ａを構成する金属の一部が配線導体１２に拡散した拡散層が形成され、この拡散層により配線導体１２と貫通導体１３との電気的接続が強化される。さらに半田粒子１３ａと銀コート銅粒子１３ｂとが濡れて結合することにより貫通導体１３の導電性が強化される。
【０００９】
この従来の配線基板においては、上述したように、例えば、配線導体１２のマット面Ｍには、半田粒子１３ａおよび銀コート銅粒子１３ｂのうち、粒径が５μｍ以下の半田微粒子１３ａＳおよび銀コート銅微粒子１３ｂＳが接触している。しかしながら、粒径が５μｍ以下の銀コート微粒子１３ｂＳは、銅の表面をコートする銀の厚みが薄いものとなりやすい。銀コート銅微粒子１３ｂＳの銀の厚みが薄い場合、銀コート銅微粒子１３ｂＳと配線導体１２との接触抵抗が高くなるとともに、銀コート銅微粒子１３ｂＳと半田粒子１３ａとの濡れ性が低下して貫通導体１３の電気抵抗が高いものとなる。そのため、配線導体１２と貫通導体１３との電気的な接続が不十分なものとなりやすいという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１１−２５４０９８号公報
【特許文献２】特許第４８４６２４８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、表面に銅箔から成る配線導体が転写埋入された樹脂系の電気絶縁材料から成る絶縁層が複数積層されて成るとともに、各絶縁層を挟んで上下に位置する配線導体同士が各絶縁層に形成された貫通孔内に充填された導体ペーストの硬化物から成る貫通導体により電気的に接続されて成る配線基板において、配線導体と貫通導体とが電気的に良好に接続された配線基板を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の配線基板は、主面に銅箔から成る配線導体が転写埋入された樹脂系の電気絶縁材料から成る絶縁層が複数積層されて成るとともに、前記各絶縁層を挟んで上下に位置する前記配線導体同士が前記各絶縁層に形成された貫通孔内に充填された導体ペーストの硬化物から成る貫通導体により電気的に接続されて成る配線基板において、前記貫通導体は、熱硬化性樹脂と、該熱硬化性樹脂の硬化温度で溶融する半田粒子と、前記硬化温度で溶融しない金属粒子とから成り、前記金属粒子は、粒径が５μｍ以下の微粒子および粒径が１０μｍ以上の粗粒子を含み、前記微粒子が銀微粒子から成るとともに前記粗粒子が銀コート銅粗粒子から成ることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の配線基板によれば、貫通導体に含まれる粒径が５μｍ以下の金属微粒子が銀微粒子から成るとともに粒径が１０μｍ以上の金属粗粒子が銀コート銅粗粒子から成ることから、銀微粒子と配線導体との接触抵抗が低いものとなる。また、銀微粒子と半田粒子との濡れ性が良好であり、貫通導体の電気抵抗が低いものとなる。したがって、配線導体と貫通導体とが電気的に良好に接続された配線基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の配線基板の実施形態例を示す概略断面図である。
【図２】図２は、図１に示す配線基板の製造方法の工程の一つを説明するための概略断面図である。
【図３】図３は、図１に示す配線基板の製造方法の工程の一つを説明するための概略断面図である。
【図４】図４は、図１に示す配線基板の製造方法の工程の一つを説明するための概略断面図である。
【図５】図５は、図１に示す配線基板の製造方法の工程の一つを説明するための概略断面図である。
【図６】図６は、図１に示す配線基板の製造方法の工程の一つを説明するための概略断面図である。
【図７】図７は、図１に示す配線基板の製造方法の工程の一つを説明するための概略断面図である。
【図８】図８は、図１に示す配線基板の製造方法の工程の一つを説明するための概略断面図である。
【図９】図９は、従来の配線基板を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明の配線基板の実施形態例を添付の図面を参照して説明する。
【００１６】
図１に、本発明の配線基板の実施形態例の概略断面図を示す。本例の配線基板は、絶縁層１と、配線導体２と、貫通導体３と、ソルダーレジスト層４とから成る。この配線基板は、表面に銅箔から成る配線導体２が転写埋入された樹脂系の電気絶縁材料から成る絶縁層１が複数積層されて成るとともに、各絶縁層１を挟んで上下に位置する配線導体２同士が各絶縁層１に形成された貫通導体３により電気的に接続されている。また、その上下面には、ソルダーレジスト層４が配線導体２の一部を露出させるようにして被着されている。
【００１７】
絶縁層１は、例えばガラス繊維の束を縦横に織ってシート状にした耐熱性繊維基材にアリル変性ポリフェニレンエーテル樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させた樹脂系の電気絶縁材料から成る。絶縁層１は、複数層が上下に積層されている。各絶縁層１の厚みは、１００〜２００μｍである。なお、この例では、５層の絶縁層１が積層された場合を示しているが、絶縁層１は、４層以下または６層以上の複数層が積層されていてもよい。
【００１８】
配線導体２は、各絶縁層１の表面に埋入されている。配線導体２は、電解銅箔から成り、マット面Ｍと化学的エッチングにより粗化されたシャイニー面Ｓとを有している。マット面Ｍは、電解銅箔の成長が終了する側の面であり、銅の結晶塊が突起状に成長した微細な凸部が疎に形成された凹凸面である。化学的エッチングにより粗化されたシャイニー面Ｓは、電解銅箔の成長が開始する側の面の銅の結晶粒界に沿って厚み方向にエッチングが進んだ面であり、微細な凸部が密に形成された凹凸面である。配線導体２は、例えばマット面Ｍが絶縁層１の一方の主面と略同一の高さになるようにシャイニー面Ｓ側が絶縁層１の一方の主面に埋入されている。配線導体２の厚みは、１０〜２０μｍ程度である。
【００１９】
貫通孔１ａは、絶縁層１の他方の主面側から一方の主面側に向けてレーザ加工を行うことにより形成されている。貫通孔１ａは、その径がレーザの入射側で大きく、出射側で小さい形状となる。貫通孔１ａの直径は、レーザの入射側で１００〜１５０μｍ、レーザの出射側で８０〜１３０μｍ程度である。
【００２０】
貫通導体３は、熱硬化性樹脂と半田粒子３ａおよび銀コート銅粒子３ｂおよび銀粒子３ｃとから成る。熱硬化性樹脂としては、トリアジン系の熱硬化性樹脂が用いられる。半田粒子３ａとしては、錫−銀−ビスマス−銅合金から成る低融点半田が用いられる。半田粒子３ａは、貫通導体３に含有される熱硬化性樹脂の硬化温度で溶融する。銀コート銅粒子３ｂおよび銀粒子３ｃは、貫通導体３に含有される熱硬化性樹脂の硬化温度では溶融しない。貫通導体３における熱硬化性樹脂の含有量は５〜２０重量％程度である。
【００２１】
貫通導体３に含有される半田粒子３ａは、粒径が５μｍ以下の半田微粒子３ａＳと粒径が１０μｍ以上の半田粗粒子３ａＬとを含んでいる。銀コート銅粒子３ｂは、粒径が１０μｍ以上の銀コート銅粗粒子３ｂＬを含んでおり、粒径が５μｍ以下の微粒子を含まない。銀粒子３ｃは、粒径が５μｍ以下の銀微粒子３ｃＳを含んでおり、粒径が１０μｍ以上の粗粒子を含まない。
【００２２】
貫通導体３は、貫通孔１ａにおけるレーザの入射側から貫通孔１ａ内に充填されている。
そして、半田粒子３ａおよび銀コート銅粒子３ｂおよび銀粒子３ｃのうち、粒径が５μｍ以下の半田微粒子３ａＳおよび粒径が５μｍ以下の銀微粒子３ｃＳが貫通導体１ａにおける貫通導体３の埋め込み開始側であるレーザの入射側に偏在している。また、貫通孔１ａにおける貫通導体３の埋め込み終了側であるレーザの出射側には、半田粒子３ａおよび銀コート銅粒子３ｂおよび銀粒子３ｃのうち、粒径が１０μｍ以上の半田粗粒子３ａＬおよび粒径が１０μｍ以上の銀コート銅粗粒子１３ｂＬが複数存在している。
【００２３】
そして、例えば電解銅箔から成る配線導体２のマット面Ｍが、貫通導体３の埋め込み開始側に偏在する半田微粒子３ａＳおよび銀微粒子３ｃＳと接触しており、化学的に粗化されたシャイニー面Ｓが貫通導体３の埋め込み終了側に多数存在する半田粗粒子３ａＬおよび銀コート銅粗粒子３ｂＬと接触している。
【００２４】
ソルダーレジスト層４は、最表層の絶縁層１および配線導体２の表面に、配線導体２の一部を露出させるようにして被着されている。ソルダーレジスト層４は、絶縁層１および配線導体２の保護層であり、アクリル変性エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂から成る。
【００２５】
そして、本例の配線基板によれば、貫通導体３に含有される半田粒子３ａおよび銀コート銅粒子３ｂおよび銀粒子３ｃと配線導体２との接触により、貫通導体３と配線導体２との電気的接続が形成される。また、配線導体２における貫通導体３との接触面には、半田粒子３ａを構成する金属の一部が配線導体２に拡散した拡散層が形成され、この拡散層により配線導体２と貫通導体３との電気的接続が強化される。さらに半田粒子３ａと銀コート銅粒子３ｂおよび銀粒子３ｃとが濡れて結合することにより貫通導体３の導電性が強化される。
【００２６】
本例の配線基板によれば、貫通導体３に含有される熱硬化性樹脂の硬化温度で溶融しない金属粒子のうち、粒径が５μｍ以下の微粒子が銀微粒子３ｃＳから成るとともに粒径が１０μｍ以上の粗粒子が銀コート銅粗粒子３ｂＬから成ることから、銀微粒子３ｃＳと配線導体２との接触抵抗が低いものとなる。また、銀微粒子３ｃＳと半田粒子３ａとの濡れ性が良好であり、貫通導体３の電気抵抗が低いものとなる。したがって、配線導体２と貫通導体３とが電気的に良好に接続された配線基板を提供することができる。
【００２７】
なお、貫通導体３に含有される熱硬化性樹脂の硬化温度で溶融しない金属粒子の全てを銀粒子とした場合、本例と同様に、配線導体２と貫通導体３とが電気的に良好に接続された配線基板を提供することができる。しかしながら、この場合、高価な銀を多用することになり、安価な配線基板を提供することが困難となる。これに対し、本例では、熱硬化性樹脂の硬化温度で溶融しない金属粒子の粗粒子として銀コート銅粗粒子３ｂＬを用いたことから、安価な配線基板を提供することができる。また、粒径が１０μｍ以上の銀コート粗粒子３ｂＬは、銅をコートする銀の厚みを十分に確保して配線導体２と貫通導体３との良好な電気的接続を保つことができる。
【００２８】
次に、上述の配線基板を製造する方法を添付の図面を参照して説明する。
【００２９】
まず、図２に示すように、ガラスクロスに熱硬化性樹脂前駆体を含浸させたシート状の未硬化の絶縁層１Ｐを複数枚準備する。各絶縁層１Ｐの厚みは、１００〜２００μｍ程度である。
【００３０】
次に、図３に示すように、各絶縁層１Ｐにレーザ加工により貫通孔１ａを形成する。レーザは各絶縁層１Ｐの何れか一方の主面側から入射し、他方の主面側に出射する。このとき、貫通孔１ａは、その径がレーザの入射側で大きく、出射側で小さい形状となる。貫通孔１ａの直径は、レーザの入射側で１００〜１５０μｍ、レーザの出射側で８０〜１３０μｍ程度である。
【００３１】
次に、図４に示すように、各絶縁層１Ｐに形成した貫通孔１ａ内に導体ペースト３Ｐをスクリーン印刷で充填する。導体ペースト３Ｐは、低融点半田粒子および銀コート銅粒子および銀粒子ならびに熱硬化性樹脂前駆体から成る。半田粒子は、粒径が５μｍ以下の半田微粒子と粒径が１０μｍ以上の半田粗粒子とを含んでいる。銀コート銅粒子は、粒径が１０μｍ以上の銀コート銅粗粒子を含んでおり、粒径が５μｍ以下の微粒を含まない。銀粒子は、粒径が５μｍ以下の銀微粒子を含んでおり、粒径が１０μｍ以上の粗粒を含まない。導体ペースト３Ｐの充填は、貫通孔１ａの径が大きなレーザ入射側から行う。充填により、半田粒子および銀コート銅粒子および銀粒子のうち、粒径が５μｍ以下の半田微粒子および銀微粒子を貫通孔１ａ内の充填開始側（レーザ入射側）に偏在させるようにする。貫通孔１ａ内の充填終了側（レーザ出射側）には、粒径が１０〜２０μｍの半田粗粒子および銀コート銅粗粒子が多く含まれる。
【００３２】
次に、図５に示すように、耐熱性樹脂から成る支持フィルム５の表面に電解銅箔から成る配線導体２が剥離可能に支持された転写シート６を準備する。電解銅箔は、一方の主面がシャイニー面であり、他方の主面がマット面である。シャイニー面は、電解銅箔が成長を開始する側の面であり、光沢を有する平滑面である。マット面は、電解銅箔が成長を終了する側の面であり、突起状に成長した銅の結晶塊が複数林立する凹凸面である。転写シート６は、表層の配線導体２用と内層の配線導体２用とで、電解銅箔の結晶粒径が異なっているとともに支持フィルム５に支持される面が異なっている。表層の配線導体２用の電解銅箔の結晶粒径は、０．２〜１．０μｍ程度である。これに対して、内層の配線導体２用の電解銅箔の結晶粒径は、０．６〜１．８μｍ程度である。表層の配線導体２用の電解銅箔の結晶粒径を小さなものとすることによって、表層の配線導体２を微細配線に加工しやすいものとしている。また、表層の配線導体２用の転写シート６は、電解銅箔のシャイニー面が支持フィルム５に支持されており、露出するマット面および側面が化学的エッチングにより粗化されている。他方、内層の配線導体２用の転写シートは、電解銅箔のマット面が支持フィルム５に支持されており、露出するシャイニー面および側面が化学的に粗化されている。
【００３３】
次に、図６に示すように、貫通孔１ａ内に導体ペースト３Ｐが充填された絶縁層１Ｐの表面に、転写シート６の配線導体２側をプレスにて圧接し、配線導体２を絶縁層１Ｐに埋入するとともに配線導体２と貫通孔１ａ内の導体ペースト３Ｐとを接続させる。ここで、内層の絶縁層１Ｐの一つには、その両面に配線導体２を埋入する。その他の絶縁層１Ｐには、レーザ出射側の面に配線導体２を埋入する。これにより、各配線導体２の化学的エッチングにより粗化された面と導体ペースト３Ｐとが接続することとなる。
【００３４】
次に、図７に示すように、各絶縁層１Ｐから支持フィルム５を剥離した後、図８に示すように、配線導体２が埋入された各絶縁層１Ｐを積層して配線基板用の積層体を形成する。これにより、各配線導体２の化学的エッチングにより粗化されていないマット面と貫通孔１ａ内の導体ペースト３Ｐとが接触することとなる。なお、この場合、貫通孔１ａ内の導体ペースト３Ｐにおける半田粒子および銀コート銅粒子および銀粒子のうち、粒径が５μｍ以下の半田微粒子および銀微粒子が偏在する側が化学的エッチングにより粗化されていないマット面と接触することとなる。
【００３５】
最後に、配線基板用の積層体を１８０〜２００℃の温度で数分〜数時間、熱プレスを用いて加熱および加圧し、絶縁層および導体ペースト中の熱硬化性樹脂前駆体を硬化一体化させた後、上下面にソルダーレジスト層４を被着することにより、配線導体２と貫通導体３とが電気的に良好に接続された配線基板を得る。
【符号の説明】
【００３６】
１    絶縁層
１ａ    貫通孔
２    配線導体
３    貫通導体
３ａ    半田粒子
３ａＬ    半田粗粒子
３ａＳ    半田微粒子
３ｂ    銀コート銅粒子
３ｂＬ    銀コート銅粗粒子
３ｃ    銀粒子
３ｃＳ    銀微粒子
【図１】
2018093008.tif 000003
【図２】
2018093008.tif 000004
【図３】
2018093008.tif 000005
【図４】
2018093008.tif 000006
【図５】
2018093008.tif 000007
【図６】
2018093008.tif 000008
【図７】
2018093008.tif 000009
【図８】
2018093008.tif 000010
【図９】
2018093008.tif 000011