(57)【要約】【課題】長期の熱負荷を繰返し印加しても、配線導体と貫通導体との接続信頼性に優れた配線基板を提供すること。【解決手段】耐熱性繊維基材に熱硬化性樹脂を含浸させて成る絶縁層１と銅箔から成る配線導体２とを交互に複数層積層するとともに、絶縁層１を挟んで上下に位置する配線導体２同士を絶縁層１に設けた貫通孔３を熱硬化性樹脂および平均粒径が４〜６μｍの金属粉末５を含む導電性材料で充填して成る貫通導体４により電気的に接続して成る配線基板において、配線導体２は貫通導体４と接続された表面に金属粉末５との結合点が１０００μｍ２当たり１０〜３０個有する。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐熱性繊維基材に熱硬化性樹脂を含浸させて成る絶縁層と銅箔から成る配線導体とを交互に複数層積層するとともに、前記絶縁層を挟んで上下に位置する前記配線導体同士を前記絶縁層に設けた貫通孔を平均粒径が４〜６μｍの金属粉末を含む導電性材料で充填して成る貫通導体により電気的に接続して成る配線基板において、前記配線導体は前記貫通導体と接続された表面に前記金属粉末との結合点を１０００μｍ２当たり１０〜３０個有することを特徴とする配線基板。
【請求項２】
請求項１記載の配線基板に電子部品を搭載するとともに前記配線導体と前記電子部品の電極とを半田を介して電気的に接続して成ることを特徴とする電子装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁層および配線導体を複数交互に積層するとともに、上下の配線導体間を金属粉末を含む導電性材料で充填して成る貫通導体により電気的に接続して成る配線基板およびこれを用いた電子装置に関し、特に配線導体と貫通導体との接続信頼性に優れた配線基板およびこれを用いた電子装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子や抵抗器等の電子部品を搭載するために用いられる配線基板として、ガラス繊維基材等の耐熱性繊維基材および熱硬化性樹脂から成る絶縁層と銅箔等から成る配線導体とを交互に複数層積層するとともに、絶縁層を挟んで上下に位置する配線導体同士を、絶縁層に形成された貫通導体により電気的に接続して成る配線基板が知られている。
【０００３】
このような配線基板は、耐熱性繊維基材に熱硬化性樹脂前駆体を含浸させて成る絶縁層用の絶縁シートにレーザで貫通孔を形成した後、この貫通孔内に金属粉末および熱硬化性樹脂前駆体から成る貫通導体用の導体ペーストをスクリーン印刷（圧入）法で埋め込み、他方、耐熱性樹脂から成る転写シートの表面に銅箔を被着させるとともにこれを所定のパターンにエッチングして転写シート上に配線導体を形成し、しかる後、導体ペーストが充填された絶縁シートの表面に、配線導体が形成された転写シートを圧接して配線導体を絶縁シートに転写埋入させるとともに配線導体と導体ペーストとを接続させ、次に、絶縁シートから転写シートを剥離した後、配線導体が埋入された複数枚の絶縁シートを積層するとともに絶縁シートおよび導体ペースト中の熱硬化性樹脂前駆体を熱プレスして硬化することにより製作される。なおこの時、導体ペーストを貫通孔に絶縁シートの表面より盛りあがった形状で埋め込むとともにその上から配線導体が形成された転写シートを圧接することにより、導体ペーストを貫通孔へ密に充填している。
【０００４】
このような配線基板として、貫通導体の金属粉末の充填率を６５％以上とし、貫通導体の低抵抗化を実現した配線基板が特開平１０−３３５５２６号公報に提案されている。この配線基板は、金属粉末と結合剤と溶剤とから成る導体ペーストを貫通孔に充填し、絶縁層の熱硬化性樹脂を熱プレスで完全硬化させる際に、絶縁層の上下から高圧力を付与することにより貫通導体内の金属粉末の充填率を高めるとともに、金属粉末間の間隙を絶縁層から浸入した熱硬化性樹脂によって充填・硬化させることにより貫通導体の低抵抗化を実現している。なお、このような配線基板は、金属粉末同士、および金属粉末と配線導体との導通が、それらの接触により確保されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この配線基板は貫通導体の低抵抗化は実現できるものの、金属粉末と配線導体との導通が両者の単なる接触による導通となっていることから、配線基板に例えば温度サイクル試験等の長期の熱履歴が繰り返し印加された場合には、熱膨張係数の異なる配線導体と貫通導体との間で金属粉末と配線導体との接触が離れてしまい易く、導通抵抗が増加し易いという問題点を有していた。
【０００６】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、配線導体と金属粉末の結合点の数量を確保し、長期の熱履歴を繰り返し印加しても配線導体と貫通導体との間の導通抵抗が増加しない、接続信頼性に優れた配線基板を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線基板は、耐熱性繊維基材に熱硬化性樹脂を含浸させて成る絶縁層と銅箔から成る配線導体とを交互に複数層積層するとともに、絶縁層を挟んで上下に位置する配線導体同士を絶縁層に設けた貫通孔を平均粒径が４〜６μｍの金属粉末を含む導電性材料で充填して成る貫通導体により電気的に接続して成る配線基板において、配線導体は貫通導体と接続された表面に金属粉末との結合点を１０００μｍ２当たり１０〜３０個有することを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の電子装置は、上記の配線基板に電子部品を搭載するとともに配線導体と電子部品の電極とを半田を介して電気的に接続して成ることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の配線基板によれば、配線導体が貫通導体と接続された表面に、金属粉末の金属原子が配線導体中に拡散することにより形成された、配線導体と金属粉末とが結合して成る結合点を１０００μｍ２当たり１０〜３０個有することから、配線導体と貫通導体との結合が単なる接触による導通に比較して強固なものとなり、その結果、配線基板に例えば温度サイクル試験等の長期の熱履歴を繰り返し印加した場合においても配線導体と金属粉末との結合点が容易に離れることはなく、配線導体と貫通導体との間の導通抵抗が増加することのない接続信頼性に優れた配線基板とすることができる。
【００１０】
また、本発明の電子装置によれば、上記の配線基板に電子部品を搭載するとともに配線導体と電子部品の電極とを半田を介して電気的に接続して成ることから、温度サイクル試験等の長期の熱履歴を繰り返し印加した場合においても配線導体と貫通導体との導通抵抗が上昇しない接続信頼性に優れた電子装置とすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の配線基板およびこれを用いた電子装置を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の配線基板に半導体素子等の電子部品を搭載して成る電子装置の実施の形態の一例を示す断面図であり、図２はその要部拡大断面図である。これらの図において、１は絶縁層、２は配線導体、３は貫通孔、４は貫通導体、５は金属粉末、６は結合点、７は電子部品であり、主に絶縁層１と、配線導体２と、貫通導体４とで本発明の配線基板が構成され、配線基板と電子部品７とで本発明の電子装置が構成される。なお、本例では、絶縁層１を４層積層して配線基板を製作した場合の例を示している。
【００１２】
本発明の配線基板は、耐熱性繊維基材に熱硬化性樹脂を含浸させて成る絶縁層１および銅箔から成る配線導体２とを交互に複数層積層するとともに、絶縁層１を挟んで上下に位置する配線導体２同士を絶縁層１に設けた貫通孔３内に充填させた金属粉末５を含む導電性材料から成る貫通導体４で接続することにより形成されている。また、絶縁層１の一方の最外層表面に形成された配線導体２の一部は、電子部品７の各電極に導体バンプ１１を介して接合される電子部品接続用の実装用電極２ａを形成し、さらに絶縁層１の他方の最外層表面に形成された配線導体２の一部は、外部電気回路基板（図示せず）の各電極に導体バンプ１１を介して接続される外部電気回路接続用の実装用電極２ｂを形成している。さらに、最外層の絶縁層１および実装用電極２ａ・２ｂには、必要に応じて実装用電極２ａ・２ｂの中央部を露出させる開口を有する耐半田樹脂層１２が被着されている。
【００１３】
また、本発明の電子装置は、上記の配線基板の表面に電子部品７を実装するとともに、電子部品７の各電極を配線導体２に電気的に接続することにより形成されている。
【００１４】
絶縁層１は、その厚みが５０〜１５０μｍであり、配線導体２を支持するとともに上下に位置する配線導体２間の絶縁を保持する機能を有し、ガラスクロスやアラミド繊維・全芳香族エステル繊維等の耐熱性繊維基材にエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂・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て成る。なお、絶縁層１の厚みが５０μｍ未満であると配線基板の剛性が低下して、配線基板が撓みやすくなる傾向があり、１５０μｍを超えると絶縁層１の厚みが不要に厚いものとなり配線基板の軽量化が困難となる傾向がある。従って、絶縁層１は、その厚みを５０〜１５０μｍとすることが好ましい。
【００１５】
このような絶縁層１は、例えばガラスクロスやアラミド繊維等の耐熱性繊維基材にエポキシ樹脂や変性ポリフェニレン樹脂等から成る熱硬化性樹脂前駆体を含浸させて半硬化することにより絶縁シートを製作し、これを硬化することにより形成される。
【００１６】
さらに、各絶縁層１には、その上面から下面にかけて貫通導体４が複数個配設されている。これらの貫通導体４は、絶縁層１の上下に位置する配線導体２間を電気的に接続する機能を有し、その直径が３０〜２００μｍであり、絶縁層１に設けた貫通孔３に金属粉末と熱硬化性樹脂とから成るペーストを埋め込み熱硬化することにより形成されている。なお、貫通導体４の直径が３０μｍ未満になるとその加工が困難となる傾向があり、２００μｍを超えると高密度配線が形成できなくなる傾向がある。従って、貫通導体４は、その直径を３０〜２００μｍとすることが好ましい。
【００１７】
また、ペーストの金属粉末５の含有量は８０〜９５重量％が好ましい。金属粉末５の含有量が８０重量％より少ないと、熱硬化性樹脂により金属粉末５同士の接続が妨げられ導通抵抗が上昇してしまう傾向があり、９５重量％を超えるとペーストの粘度が上がり過ぎて良好に埋め込みできない傾向がある。従って、ペーストの金属粉末５の含有量は８０〜９５重量％が好ましい。このような金属粉末５は、錫・銀・ビスマス・銅の合金から成り、錫を含有していることが好ましい。
【００１８】
また、金属粉末５の平均粒径は４〜６μｍであることが重要である。平均粒径が４μｍより小さいとペーストの粘度が上がり過ぎて良好に埋め込みできない傾向があり、６μｍより大きいと金属粉末５が高充填できず金属粉末５同士の接触点が減少し貫通導体４の導通抵抗が高くなってしまう傾向がある。従って、金属粉末５の平均粒径は４〜６μｍが好ましい。
【００１９】
なお、熱硬化性樹脂は、トリアリルシアヌレート・トリアリルイソシアヌレート・トリスエポキシプロピルイソシアヌレート・トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌレート等のトリアジン系熱硬化性樹脂が好ましい。
【００２０】
このような貫通孔３は、絶縁シートの所定の位置に炭酸ガスレーザやＹＡＧレーザ等の従来周知の方法を採用することにより、直径３０〜２００μｍの大きさに形成される。そして、貫通孔３に従来周知のスクリーン印刷法を採用して、錫を主成分とする金属粉末およびトリアジン系樹脂等の熱硬化性樹脂前駆体を含むペーストをスクリーン印刷法（圧入）で充填することによって形成される。
【００２１】
また、各絶縁層１の表面には配線導体２が埋入されている。配線導体２は、配線基板に搭載される半導体素子等の電子部品７の各電極を外部電気回路基板に電気的に接続する導電路の一部としての機能を有し、幅が２０〜２００μｍ、厚みが５〜５０μｍで、銅やアルミニウム・ニッケル・銀・金等の金属箔から成り、特に加工性および安価という観点からは銅箔から成ることが好ましい。配線導体２の幅が２０μｍ未満となると配線導体２の変形や断線が発生しやすくなる傾向があり、２００μｍを超えると高密度配線が形成できなくなる傾向がある。また、配線導体２の厚みが５μｍ未満になると配線導体２の強度が低下し変形や断線が発生しやすくなる傾向があり、５０μｍを超えると絶縁層１への埋入が困難となる傾向がある。従って、配線導体２は、その幅を２０〜２００μｍ、厚みを５〜５０μｍとすることが好ましい。
【００２２】
このような配線導体２は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂等の耐熱性樹脂から成る転写シートの表面に被着した銅箔を所定のパターンにエッチング形成し、転写シートを絶縁シートに、所定の貫通導体４と配線導体２とが接続するように位置合わせして重ね合わせ、これらを熱プレス機を用いて１００〜１５０℃の温度で数分間プレスすることにより転写シートを絶縁シートに圧接して、絶縁シートに転写埋入される。そして、転写シートを絶縁シートから剥離するとともに転写シートを剥離した絶縁シートを複数枚上下に重ね合わせ、熱プレス機を用いて１５０〜２４０℃の温度および３〜５×１０６Ｐａで数時間加熱プレスして絶縁シートを硬化することにより配線基板が製作される。
【００２３】
そして、本発明の配線基板においては、配線導体２は貫通導体４と接続された表面に、金属粉末５と配線導体２との結合点６を１０００μｍ２当たり１０〜３０個有している。また、本発明の配線基板においては、このことが重要である。
【００２４】
本発明の配線基板によれば、配線導体２が貫通導体４と接続された表面に、金属粉末５と配線導体２との結合点６を１０００μｍ２当たり１０〜３０個有していることから、配線導体２と貫通導体４との結合が単なる接触による導通に比較して強固なものとなり、その結果、配線基板に例えば温度サイクル試験等の長期の熱履歴を繰り返し印加した場合においても配線導体２と金属粉末５との結合点６が容易に離れることはなく、配線導体２と貫通導体４との間の導通抵抗が増加することのない接続信頼性に優れた配線基板とすることができる。
【００２５】
なお、本発明において結合点６とは、金属粉末５を構成する金属原子が配線導体２中に拡散することにより配線導体２と金属粉末５とが結合して成る箇所を指し、点に限らず平面であってもよい。
【００２６】
このような結合点６は、転写シートを絶縁シートから剥離するとともに転写シートを剥離した絶縁シートを複数枚上下に重ね合わせ、熱プレス機を用いて１５０〜２４０℃の温度および３〜５×１０６Ｐａで数時間加熱プレスすることにより配線基板を製作した後、この配線基板を大気圧下の酸化雰囲気下で１００〜１５０℃の温度でさらに数時間熱処理することにより、配線導体２の銅箔表面が微量酸化されることにより貫通導体４の金属粉末５との反応が促進され、１０００μｍ２当たり１０〜３０個形成される。このような酸化雰囲気下の熱処理は大気圧下、１００〜１５０℃の温度のクリーンオーブンで数時間加熱することにより行なわれ、熱処理時間が長いほど結合点６も多くなる。なお、加熱時間・温度は用いる金属粉末５の種類によって決めればよく、金属粉末５に低融点金属である錫を含有させることにより、より低温・短時間で処理することが可能となり、絶縁層１の熱による劣化を低減することができる。従って、金属粉末５に錫を含有させておくことが好ましい。
【００２７】
なお、結合点６が１０００μｍ２当たり１０個より少ないと長期の熱履歴を繰り返し印加した場合、結合点６に印加される応力により配線導体２と金属粉末５が剥離して、導通抵抗が高くなってしまう傾向があり、３０個を超えると酸化雰囲気下の熱処理時間を余計に長くする必要がり、絶縁層１が酸化劣化して、絶縁層１の絶縁抵抗が低下してしまう傾向にある。従って、貫通導体４の金属粉末５と配線導体２との結合点６が、１０００μｍ２当たり１０〜３０個とすることが重要である。
【００２８】
また、絶縁層１の一方の最外層表面に形成された配線導体２の一部は、電子部品７の各電極に導体バンプ１１を介して接合される電子部品７接続用の実装用電極２ａを形成し、絶縁層１の他方の最外層表面に形成された配線導体２の一部は、外部電気回路基板（図示せず）の各電極に導体バンプ１１を介して接続される外部接続用の実装用電極２ｂを形成している。
【００２９】
なお、実装用電極２ａ・２ｂの表面には、その酸化腐蝕を防止するとともに導体バンプ１１との接続を良好とするために、半田との濡れ性が良好で耐腐蝕性に優れたニッケル−金等のめっき層が被着されている。
【００３０】
また、最外層の絶縁層１および実装用電極２ａ・２ｂには、必要に応じて実装用電極２ａ・２ｂの中央部を露出させる開口を有する耐半田樹脂層１２が被着されている。耐半田樹脂層１２は、その厚みが１０〜５０μｍであり、例えばアクリル変性エポキシ樹脂等の感光性樹脂と光開始剤等とから成る混合物に３０〜７０重量％のシリカやタルク等の無機粉末フィラーを含有させた絶縁材料から成り、隣接する実装用電極２ａ・２ｂ同士が導体バンプ１１により電気的に短絡することを防止するとともに、実装用電極２ａ・２ｂと絶縁層１との接合強度を向上させる機能を有する。
【００３１】
このような耐半田樹脂層１２は、感光性樹脂と光開始剤と無機粉末フィラーとから成る未硬化樹脂フィルムを最外層の絶縁層１表面に被着させる、あるいは、熱硬化性樹脂と無機粉末フィラーとから成る未硬化樹脂ワニスを最外層の絶縁層１表面に塗布するとともに乾燥し、しかる後、露光・現像により開口部を形成し、これをＵＶ硬化および熱硬化させることにより形成される。
【００３２】
かくして、本発明の配線基板によれば、熱プレスによる熱硬化の後に酸化雰囲気下の熱処理することで配線導体２の銅箔表面が微量酸化されることにより貫通導体４の金属粉末５との反応が促進され、確実に接合される結合点の数量が確保されることで、貫通導体４の金属粉末５と配線導体２との結合点が１０００μｍ２当たり１０〜３０個とすることができることから、その結果、配線基板に例えば温度サイクル試験等の長期の熱履歴を繰り返し印加して結合点６の一部が剥離した場合でも、導通抵抗が上昇しない接続信頼性に優れる配線基板とすることができる。
【００３３】
また、本発明の電子装置は、配線基板の表面に電子部品７を実装するとともに、導体バンプ１１を介して電子部品７の電極と配線基板の実装用電極２ａ・２ｂとを電気的に接続することにより製作される。
【００３４】
本発明の電子装置によれば、上記の配線基板に電子部品７を搭載するとともに配線導体２と電子部品７の電極とを半田を介して電気的に接続して成ることから、配線導体２と金属粉末５との反応により確実に接合される結合点６の数量が確保され、その結果、電子部品７を長期に作動させて結合点６の一部が剥離しても、導通抵抗が上昇しない接続信頼性に優れる電子装置とすることができる。
【００３５】
なお、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能であり、例えば上述の実施例では絶縁層を４層積層した場合を例示したが、５層以上であってもかまわない。
【００３６】
【実施例】
錫・銀・ビスマス・銅の合金（平均粒径５μｍ、錫含有量７７質量％）９０質量％と、熱硬化性樹脂および重合開始剤を用いた熱硬化性樹脂成分を１０質量％の割合で調合し、これを混合して導体ペーストに調整した。
【００３７】
一方、ポリフェニレンエーテル樹脂を含有するプリプレグを準備し、未硬化のプリプレグに対して、炭酸ガスレーザによって直径が１００μｍの貫通孔を形成し、その貫通孔内に前記のようにして調整した導体ペーストをスクリーン印刷によって充填した。
【００３８】
その後、厚さ１２μｍの銅箔を接着した転写シートの銅箔に対してフォトレジスト法によって微細な配線導体を形成した。その後、貫通導体を形成した絶縁層の表面および裏面に転写シートを位置合わせして重ね合わせ、１２０℃の温度および５×１０６Ｐａの圧力を印加して加熱圧着した。
【００３９】
また、同様にして、貫通導体を形成した絶縁シートの片面のみに配線導体を形成した絶縁シートを、絶縁シートの上下面に位置合わせして積層した後、２４０℃の温度および５×１０６Ｐａで３時間熱プレスして硬化した後、さらに、表１の条件で酸化雰囲気下の熱処理を行って配線基板を作製した。
【００４０】
得られた配線基板における結合点を研磨して電子走査型顕微鏡で貫通導体と配線導体との接続を観測して算出し、結果は表１に示した。また、作製した配線基板の絶縁抵抗と、−５５℃に３０分、および１２５℃に３０分を１サイクルとして温度サイクルテスト（ＴＣＴ）を行い、１０００サイクル後の抵抗変化率の結果を表１に示した。
【００４１】
【表１】
2004031814.tif 000003
【００４２】
表１の結果から明らかなように、結合点が１０個より少ない試料Ｎｏ．１では、絶縁抵抗は高いが、導通抵抗変化率が４０％と大きく、接続信頼性の低いものであった。さらに、結合点が３０個より多い試料Ｎｏ．５では、絶縁抵抗が低くなってしまった。これらの比較例に対して、本発明の試料は、いずれも絶縁抵抗が高く、ＴＣＴ試験後の導通抵抗変化率が１０％以下であり、接続信頼性と絶縁性に優れたものであった。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の配線基板によれば、配線導体が貫通導体と接続された表面に、金属粉末を構成する金属原子が配線導体中に拡散することにより配線導体と金属粉末とが結合して成る結合点を１０００μｍ２当たり１０〜３０個有することから、配線導体と貫通導体との結合が単なる接触による導通に比較して強固なものとなり、その結果、配線基板に例えば温度サイクル試験等の長期の熱履歴を繰り返し印加した場合においても配線導体と金属粉末との結合点が容易に離れることはなく、配線導体と貫通導体との間の導通抵抗が増加することのない接続信頼性に優れた配線基板とすることができる。
【００４４】
また、本発明の電子装置によれば、上記の配線基板に電子部品を搭載するとともに配線導体と電子部品の電極とを半田を介して電気的に接続して成ることから、配線導体と貫通導体との導通抵抗が上昇しない接続信頼性に優れた電子装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板に半導体素子等の電子部品を搭載して成る電子装置の実施の形態の一例の断面図である。
【図２】図１の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・絶縁層
２・・・・・・配線導体
３・・・・・・貫通孔
４・・・・・・貫通導体
５・・・・・・金属粉末
６・・・・・・結合点
７・・・・・・電子部品
【図１】
2004031814.tif 000004
【図２】
2004031814.tif 000005