(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を錫を主成分とする金属粉末５および熱硬化性樹脂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錫が拡散して形成されたＣｕ３Ｓｎを含有する拡散層６が形成されている。【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錫を主成分とする金属粉末および熱硬化性樹脂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錫が拡散して形成されたＣｕ３Ｓｎを含有する拡散層が形成されていることを特徴とする配線基板。
【請求項２】
請求項１記載の配線基板の表面に電子部品を実装するとともに、該電子部品の電極を前記配線導体または前記貫通導体に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が複数交互に積層され、上下の配線導体間を貫通導体により電気的に接続して成り、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積層して成るプリント基板が知られている。このようなプリント基板は、表面に配線導体が形成された絶縁層を複数枚、積層圧着して多層化することにより製作されている。しかしながら、このプリント基板は、絶縁層表面の配線導体が形成された部分とその他の部分との段差により表面が凹凸状態となることから、絶縁層に若干の可塑性を持たせた絶縁シートを用い、絶縁シートを積層する際に絶縁シートの配線導体に当接する部位を配線導体の厚みに対応して塑性変形させることにより配線導体を絶縁シート中に埋入させ積層・硬化することにより、プリント基板表面に凹凸が形成されないようにしている。なお、プリント基板の上下に位置する配線導体は、絶縁層に形成された貫通導体を介して電気的に接続されている。
【０００３】
このようなプリント基板は、耐熱性繊維基材に熱硬化性樹脂前駆体を含浸させた絶縁シートの配線基板領域にレーザで貫通孔を形成した後、この貫通孔内に銀等の金属粉末および熱硬化性樹脂前駆体から成る導体ペーストをスクリーン印刷（圧入）で埋め込み貫通導体を形成し、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し、所定のパターンにエッチングして絶縁シートの各配線基板領域に対応する位置に配線導体を形成し、しかる後、貫通導体が形成された絶縁シート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するとともに貫通導体と電気的に接続させ、さらに、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絶縁シートを複数積層して１８０〜２００℃の温度で数分〜数時間、熱プレスを用いて熱硬化性樹脂前駆体を硬化一体化させることにより製作される。
【０００４】
なお、導体ペーストの充填によって貫通導体を形成する方法は、従来のめっき法により貫通導体を形成する方法に対して、貫通導体を任意の箇所に設けることができるために、特に高密度配線化に適した方法として注目されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−４４５９０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、導体ペーストの充填によって貫通導体を形成した従来の配線基板は、貫通導体の金属粉末と配線導体の銅箔との接続が異種金属間の接続であることおよび単に接触することにより接続していることから、配線基板に長期の熱負荷を繰返して印加した場合、両者間の導通抵抗が高くなってしまい貫通導体と配線導体との接続部で断線してしまうという問題点を有していた。
【０００７】
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、長期の熱負荷を繰返して印加しても、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ものである。
【０００８】
【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、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錫を主成分とする金属粉末および熱硬化性樹脂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錫が拡散して形成されたＣｕ３Ｓｎを含有する拡散層が形成されてい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、貫通導体と接続する銅箔の表面に錫が拡散して形成されたＣｕ３Ｓｎを含有する拡散層が形成されていることから、貫通導体の金属粉末と配線導体の銅箔とが異種金属でありながら、導電性の高いＣｕ３Ｓｎから成る銅錫化合物を含有した拡散層を介して接続されるので、両者の接合が強固なものとなり、その結果、配線基板に長期の熱負荷を繰返し印加した場合においても、両者間の導通抵抗が高くなることはなく、配線導体と貫通導体との間で断線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、本発明の電子装置は、上記の配線基板の表面に電子部品を実装するとともに、この電子部品の電極を配線導体または貫通導体に電気的に接続して成ることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の電子装置によれば、上記の配線基板の表面に電子部品を実装するとともに、この電子部品の電極を配線導体または貫通導体に電気的に接続したことから、銅箔に形成された導電性の高いＣｕ３Ｓｎから成る銅錫化合物を含有した拡散層を介して配線導体と貫通導体とが強固に接続され、その結果、電子装置に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導通抵抗が高くなることはなく、配線導体と貫通導体との間で断線することのない接続信頼性に優れた電子装置とすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の配線基板および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た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は拡散層、７は電子部品である。なお、図１の例では、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。
【００１３】
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内に充填させた錫を主成分とする金属粉末５および熱硬化性樹脂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７接続用の実装用電極を形成し、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接続用の実装用電極を形成している。そして、最外層の絶縁層１および実装用電極には、必要に応じて実装用電極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。
【００１４】
さらに、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の電極を配線導体２または貫通導体４に電気的に接続することにより形成されている。
【００１５】
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・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。
【００１６】
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、銅の金属箔から成り、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である。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。
【００１７】
なお、配線導体２の表面は、後述する貫通導体４との密着性・接合性を高めるために、その表面に平均表面粗さ１〜３μｍの凹凸を形成しておくことが好ましい。このような凹凸は、蟻酸および塩酸処理することにより形成される。なお、表面粗さが１μｍ未満であると絶縁層１との密着強度が低下し配線導体２が絶縁層１から剥がれ易くなってしまう傾向があり、３μｍを超えると配線導体２と金属粉末５との接合点が少なくなるため、錫が充分に拡散せず拡散層６が良好に形成できなくなる傾向がある。従って、平均表面粗さは１〜３μｍの範囲が好ましい。
【００１８】
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に錫を主成分とする金属粉末とトリアジン系熱硬化性樹脂等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。
【００１９】
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、トリアジン系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。
【００２０】
このような金属粉末５は、錫や錫・ビスマス・銅等の合金から成り、錫を７０〜９０重量％含有している。錫の含有量が７０重量％より少ないと、後述するように配線導体２を形成する銅箔に金属粉末５中の錫が拡散して形成されるＣｕ３Ｓｎを含有する拡散層６を良好に形成できなくなる傾向があり、９０重量％を超えると銅箔への錫の拡散量が増加し、錫の含有量の多い拡散層６は銅箔よりも導通抵抗が大きいので、配線導体２と貫通導体４との導通抵抗が大きなものとなってしまう傾向がある。
【００２１】
また、金属粉末５の平均粒径は５〜１０μｍが好ましい。平均粒径が５μｍ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くなる傾向があり、１０μｍより大きいと金属粉末５を高充填できず金属粉末５間の接触点が少なくなり、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５〜１０μｍが好ましい。
【００２２】
また、熱硬化性樹脂は、トリアリルシアヌレートや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。
【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と接続する銅箔の表面に錫が拡散して形成されたＣｕ３Ｓｎを含有する拡散層が形成されており、このことが重要である。
本発明の配線基板によれば、貫通導体４と接続する銅箔の表面に錫が拡散して形成されたＣｕ３Ｓｎを含有する拡散層が形成されていることから、貫通導体４の金属粉末５と配線導体２の銅箔とが異種金属でありながら、導電性の高いＣｕ３Ｓｎを含有した拡散層６を介して接続されるので、両者の接合が強固なものとなり、その結果、配線基板に長期の熱負荷を繰返し印加した場合においても、両者間の導通抵抗が高くなることはなく、配線導体と貫通導体との間で断線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。さらに、拡散層６のＣｕ３Ｓｎから成る銅錫化合物は、導電性が高いため、貫通導体４と配線導体２との接合部を低抵抗化できる。
【００２４】
なお、このようなＣｕ３Ｓｎを含有した拡散層６は、銅から成る配線導体２と錫を主成分とする金属粉末５および熱硬化性樹脂を含む導電性材料で充填して成る貫通導体４とを接合後、錫の融点（約２３２℃）以上の温度で数分〜数時間熱処理を施すことにより形成され、形成される銅錫化合物としてはＣｕ３ＳｎおよびＣｕ６Ｓｎ５がある。Ｃｕ３Ｓｎは銅と錫とが３：１の比率からなる結晶性化合物であり、拡散層６がＣｕ３Ｓｎを含有することにより、貫通導体４の金属粉末５と配線導体２の銅箔との接合が強固なものとなり、その接合部を低抵抗化できる。なお、拡散層６には、Ｃｕ６Ｓｎ５がＣｕ３Ｓｎとともに存在しても良いが、その場合、Ｃｕ３Ｓｎの比率が５％以上であることが好ましい。また、充分な量のＣｕ３Ｓｎの拡散層６を形成するためには、配線基板を錫の融点（約２３２℃）以上の温度で１時間以上熱処理することが好ましい。
【００２５】
このような拡散層６のＣｕ３ＳｎやＣｕ６Ｓｎ５・Ｃｕ等の成分比率は、配線基板の断面の走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ写真）によって定量化できる。このＳＥＭ写真によれば、Ｃｕ３ＳｎやＣｕ６Ｓｎ５・Ｃｕはそれぞれの色の濃度によって判別でき、色の濃さはＣｕ３Ｓｎが一番濃く、次にＣｕ６Ｓｎ５、次にＣｕの順序で黒くなっている。
【００２６】
なお、錫が拡散して形成された拡散層６の厚みが１μｍより薄いと、導通抵抗が高くなってしまう傾向があり、５μｍより厚いと、錫−銅合金の抵抗が銅箔の抵抗より高いため導通抵抗が高くなってしまう傾向がある。従って、貫通導体４と接続した配線導体２表面の錫が拡散して形成された拡散層６の厚みは、１〜５μｍであることが好ましい。
【００２７】
また、貫通導体４と接続した配線導体２表面の拡散層６の広がりは、貫通導体４の開口に対して、１〜３０％であることが好ましい。拡散層６の広がりが１％未満の場合、金属粉末５と配線導体２との結合が弱いものとなり、配線基板に長期の熱負荷を繰返し印加した場合において両者間の導通抵抗が高くなる傾向があり、３０％を超えると、後述する金属粉末５を高温で溶融する際に、熱硬化性樹脂が熱劣化を起こし絶縁層１の絶縁性が低下してしまう傾向がある。従って、貫通導体４と接続した配線導体２表面の拡散層６の広がりは、貫通導体４の開口に対して、１〜３０％であることが好ましい。
【００２８】
かくして、本発明の配線基板によれば、貫通導体４と接続する銅箔の表面に錫が拡散して形成されたＣｕ３Ｓｎから成る銅錫化合物を含有する拡散層が形成されていることから、貫通導体４の金属粉末５と配線導体２の銅箔とが異種金属でありながら、導電性の高いＣｕ３Ｓｎから成る銅錫化合物を含有した拡散層６を介して接続されるので、両者の接合が強固なものとなり、その結果、配線基板に長期の熱負荷を繰返し印加した場合においても、両者間の導通抵抗が高くなることはなく、配線導体と貫通導体との間で断線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。
【００２９】
このような配線基板は、以下に述べる方法により製作される。まず、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、次に、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して直径が３０〜２００μｍの貫通孔３を穿設する。
【００３０】
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貫通導体４を形成する。その後、別途準備した、表面に銅箔から成る配線導体２を絶縁シート上に所定のパターンに被着形成した、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る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、配線導体２を絶縁シートに転写埋入させる。
【００３１】
しかる後、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錫の軟化点以上の温度で１時間以上加熱プレスすることにより、金属粉末５の錫が貫通導体４と接触した配線導体２表面に拡散し、Ｃｕ３Ｓｎから成る銅錫化合物を含有する拡散層６が形成された配線基板となる。
【００３２】
なお、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、前述したように電子部品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を介して接続される外部接続用の実装用電極を形成している。そして、実装用電極の表面には、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。
【００３３】
また、最外層の絶縁層１および実装用電極には、前述したように必要に応じて実装用電極の中央部を露出させる開口を有する耐半田樹脂層１２が被着されており、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。
【００３４】
また、本発明の電子装置は、上述の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の各電極と配線基板の実装用電極とを電気的に接続することにより製作される。なお、本発明の電子装置においては電子部品７と貫通導体４とを導体バンプ１１を介して直接接続してもよい。
【００３５】
かくして、本発明の電子装置によれば、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、この電子部品７の電極を配線導体２または貫通導体４に電気的に接続したことから、銅箔に形成されたＣｕ３Ｓｎから成る銅錫化合物を含有する拡散層６を介して配線導体２と貫通導体４とが強固に接続され、その結果、電子装置に長期の熱負荷を繰返し印加しても配線導体２と貫通導体４との導通抵抗が高くなることはなく、配線導体２と貫通導体４との間で断線することのない接続信頼性に優れた電子装置とすることができる。
【００３６】
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。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の配線基板によれば、貫通導体と接続する銅箔の表面に錫が拡散して形成されたＣｕ３Ｓｎを含有する拡散層が形成されていることから、貫通導体の金属粉末と配線導体の銅箔とが異種金属でありながら、導電性の高いＣｕ３Ｓｎを含有した拡散層を介して接続されるので、両者の接合が強固なものとなり、その結果、配線基板に長期の熱負荷を繰返し印加した場合においても、両者間の導通抵抗が高くなることはなく、配線導体と貫通導体との間で断線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。
【００３８】
また、本発明の電子装置によれば、上記の配線基板の表面に電子部品を実装するとともに、この電子部品の電極を配線導体または貫通導体に電気的に接続したことから、銅箔に形成された導電性の高いＣｕ３Ｓｎを含有した拡散層を介して配線導体と貫通導体とが強固に接続され、その結果、電子装置に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導通抵抗が高くなることはなく、配線導体と貫通導体との間で断線することの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・・・・・・拡散層
７・・・・・・電子部品
【図１】
2004179362.tif 000003
【図２】
2004179362.tif 000004