(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱硬化性樹脂成分としてトリアリルイソシアネートを５〜１０重量％と、７７．５Ｓｎ−２Ａｇ−０．５Ｃｕ−２０Ｂｉを５０重量％および銅粉末を４０〜４５重量％と、からなることを特徴とする導体ペースト。
【請求項２】
少なくともポリフェニレンエーテル樹脂を含有する未硬化あるいは半硬化状態の絶縁シートにビアホールを形成する工程と、該ビアホール中に、請求項１に記載の導体ペーストを充填してビアホール導体を形成する工程と、前記ビアホール導体形成部を含む前記絶縁シートの表面に配線回路層を形成する工程と、該絶縁シートを２００℃〜２４０℃の温度に加熱して硬化する工程とを具備する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、絶縁基板表面や内部に配線層やビアホール導体等の配線回路層を形成した配線基板における配線回路層用として好適な導体ペーストおよびそれを用いた配線基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を含む絶縁基板の表面に配線回路層を形成した、いわゆるプリント基板が回路基板や半導体素子を搭載したパッケージ等に適用されている。このようなプリント基板において配線回路層を形成する方法としては、絶縁基板の表面に銅箔を接着した後、これをエッチングして配線パターンを形成する方法、または配線パターンに形成された銅箔を絶縁基板に転写する方法、絶縁基板の表面に金属メッキ法によって配線パターンを形成する方法等が用いられている。
【０００３】
また、配線の多層化に伴い、異なる層間の配線回路層をビアホール導体によって電気的に接続することも行われているが、このビアホール導体は多層配線基板の絶縁基板の所定の箇所にドリル等でビアホールを開けた後に、ビアホール内の内壁にメッキ等を施すのが一般的である。
【０００４】
ところが、上記のような方法では化学的なメッキ処理を施すのに用いられる薬品が高価であり、処理時間も長いなど生産性と経済性に難がある。また、内壁にメッキを施したビアホール導体は、多層構造における任意の層間に形成することが難しく、配線回路層の密度を向上できないという問題がある。
【０００５】
このような問題に対して、最近では配線回路層を銀、銅、ハンダなどの金属粉末と熱硬化性樹脂や活性剤とを混合した導体ペーストを用い、これを絶縁基板の表面に塗布したり、ビアホール内に充填し、積層して多層化する方法が、特許第２６０３０５３号公報、特公平５−３９３６０号公報、特開昭５５−１６００７２号公報等にて開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の導体ペーストの充填によるビアホール導体を形成する方法では、導電性ペースト中の熱硬化性樹脂成分の量が多く、またビアホール導体中において金属粉末間の接触性が充分でないために、ビアホール導体の導電率が低いという問題があった。
【０００７】
このような問題に対して、ペースト中に銅などの粉末とともに、Ｐｂ−Ｓｎなどの低融点金属を含有させて銅粉末間を低融点金属によって接続させてビアホール導体の導電率を高めることも提案されている。
【０００８】
しかしながら、配線基板のビアホール導体中の低融点金属成分が完全に溶融する前に、ビアホール導体中の熱硬化性樹脂が硬化を始めた場合、ビアホール導体中の導体粉末間の接続および銅箔などからなる配線層とビアホール導体の接続状態が悪くなり、ビアホール導体の導電率が低下したり、配線層との接続信頼性が低くなるという問題があった。
【０００９】
従って本発明はこのような欠点を解消し、高い導電性を有するビアホール導体の形成が可能な導体ペーストと、これを用いて少なくとも熱硬化性樹脂を含有する絶縁基板を具備してなる配線基板に対して、配線層同士を電気的に接続するビアホール導体の導電性を高めるとともに、配線層との接続信頼性の高い配線基板を製造するための方法を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の導体ペーストは、熱硬化性樹脂成分としてトリアリルイソシアネートを５〜１０重量％と、７７．５Ｓｎ−２Ａｇ−０．５Ｃｕ−２０Ｂｉを５０重量％および銅粉末を３４０〜４５重量％と、からなることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の配線基板の製造方法は、少なくともポリフェニレンエーテル樹脂を含有する未硬化あるいは半硬化状態の絶縁シートにビアホールを形成する工程と、該ビアホール中に、上記の導体ペーストを充填してビアホール導体を形成する工程と、前記ビアホール導体形成部を含む前記絶縁シートの表面に配線回路層を形成する工程と、該絶縁シートを２００℃〜２４０℃の温度に加熱して硬化する工程と、を具備することを特徴とするものである。
【００１４】
本発明によれば、導体成分として、７７．５Ｓｎ−２Ａｇ−０．５Ｃｕ−２０Ｂｉを５０重量％および銅粉末を４０〜４５重量％と、熱硬化性樹脂成分としてトリアリルイソシアネートを５〜１０重量％とからなる導体ペーストにおいて、導体成分中に低融点金属を含有させるととともに、その低融点金属の溶融開始温度が熱硬化性樹脂であるトリアリルイソシアネートの熱硬化開始温度よりも低くなるように低融点金属および熱硬化性樹脂を組み合わせることによって、熱硬化性樹脂が硬化する前に、低融点金属が溶融してペースト中の導体成分同士が結合して導電路を形成することができる。
【００１５】
したがって、配線基板を製造するにあたり、未硬化の絶縁シートに上記の導体ペーストを充填したビアホール導体を形成した後、配線回路層を形成し、絶縁シートを熱硬化する際に、２００℃〜２４０℃の温度に加熱して硬化することによって、ビアホール導体の導電率を高めることができるとともに、配線層とビアホール導体との接続信頼性を高めることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の導体ペーストは、基本的な成分として、熱硬化性樹脂成分としてトリアリルイソシアネートを５〜１０重量％と、７７．５Ｓｎ−２Ａｇ−０．５Ｃｕ−２０Ｂｉを５０重量％および銅粉末を４０〜４５重量％とを含有するものである。なお、熱硬化性樹脂成分であるトリアリルシアヌレートの含有量が５重量％より少ないか、あるいは導体成分である低融点金属および銅粉末量が９５重量％よりも多いと、ペーストの粘度が高すぎてビアホール内への埋込み性が悪くなり、導体配線の抵抗が増加するためである。また、熱硬化性樹脂成分が１０重量％より多いか、あるいは導体成分が９０重量％よりも少ないと、ペーストとしての粘度が低く保形性が低下して絶縁基板の表面からペーストがにじむおそれがあるとともに、抵抗が増大する。
【００１７】
また、本発明の導体ペーストは、導体成分として、溶融開始温度Ｔ１（℃）が熱硬化性樹脂成分であるトリアリルイソシアネートの熱硬化開始温度Ｔ２（℃）よりも１０℃以上低い低融点金属を含有するものであり、Ｔ１≦Ｔ２−１０を満足するものである。
【００１８】
低融点金属の溶融開始温度Ｔ１が熱硬化性樹脂成分であるトリアリルイソシアネートの熱硬化開始温度Ｔ２に対して、Ｔ１＞Ｔ２−１０の場合には、低融点金属が溶融して導電性粉末間さらには導電性粉末と銅箔等の配線間との接続が行われる前に熱硬化樹脂が硬化してしまい、接続信頼性が低くなってしまうためである。このため、特に、溶融開始温度Ｔ１と熱硬化開始温度Ｔ２とは、Ｔ１≦Ｔ２−１５、さらにはＴ１≦Ｔ２−２０であることが上記の効果を発揮させる上で望ましい。
【００１９】
また、この低融点金属の含有量はペースト全量中において、５０重量％の割合で含まれることが必要である。
【００２０】
本発明における導体成分は、上記の低融点金属と他の金属との混合物であるものがよい。他の金属は銅である。
【００２１】
特に、絶縁基板へのマイグレーション抑制およびコストの点で銅が好ましく、化学的安定性を考慮すると銀を被覆した銅粉末が最適である。また、錫を含有する低融点金属を添加した場合には、Ｃｕ3Ｓｎを析出させて耐熱性を高めることが望ましい。
【００２７】
導体ペースト中には、粘度調整のために、例えば、イソプロピルアルコール、テオピネオール、２−オクタール、ブチルカルビトールアセテート等を微量添加することもできるが、絶縁基板および導体配線を熱硬化させる際に溶剤成分が揮発し、導体配線中の充填密度が低下するとともに、揮発気体により絶縁層間に膨れを生じる等の問題があるために、溶剤を実質的に含有しないことが望ましい。
【００２８】
導体ペーストを調製する場合には、熱硬化性樹脂成分であるトリアリルイソシアネートと、溶融開始温度がトリアリルイソシアネートの熱硬化開始温度よりも１０℃以上低い７７．５Ｓｎ−２Ａｇ−０．５Ｃｕ−２０Ｂｉの組成を有する低融点金属と、銅粉末との組成物を攪拌脱泡機、プラネタリーミキサ、回転ミルや３本ロール等で混練することにより所定粘度の導体ペーストを作製する。
【００２９】
また、上記の混合方法により混合された導体ペーストの粘度については、印刷した時にダレ、にじみが生じずファインピッチのビアホール導体を形成することができ、また、導体ペーストをビアホール内への埋込充填性を高める上で、せん断速度＝１００ｓ−１において２０〜１０００Ｐａ・ｓであることが望ましい。
【００３０】
次に、上記導体ペーストを用いて配線基板を作製する方法について説明する。まず、図１（ａ）に示すように、未硬化または半硬化状態の軟質の絶縁シート１１に対して、レーザー加工やマイクロドリルなどによってビアホール１２を形成する。
【００３１】
配線基板１は、少なくとも熱硬化性樹脂を含む絶縁材料から構成されるが、具体的には、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合成樹脂およびそれらの混合物が使用可能であるが、とりわけ誘電特性がよく、吸水率が低い点でＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）を含有することが望ましい。
【００３２】
また、この有機樹脂の中には、基板全体の強度を高めるために、フィラーを複合化させることもできる。フィラーとしては、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＢａＴｉＯ3、ＳｒＴｉＯ3、ゼオライト、ＣａＴｉＯ3等の無機質フィラーが好適に使用される。また、ガラスやアラミド樹脂からなる不織布、織布等に上記樹脂を含浸させて用いてもよい。このようにフィラーと複合化する場合、有機樹脂とフィラーとは体積比率で３０：７０〜７０：３０の比率で複合化することが望ましい。
【００３３】
そして、図１（ｂ）に示すように、そのビアホール１２内に、前述したようにしてせん断速度＝１００ｓ−１において、２０〜１０００Ｐａ・ｓに調製された本発明の導体ペーストをスクリーン印刷等によって充填してビアホール導体１３を形成する。このような粘度の導体ペーストによれば、ビアホールからの導体ペーストの流出を防止し、ビアホールへの導体ペーストの埋込充填性を高めることができる。
【００３４】
また、導体ペーストの粘度が上記範囲であれば、ビアホール内へ充填した導体ペーストの上面の一部が絶縁基板表面に対して突出するように形成でき、これを後述する配線回路層の形成時または絶縁基板の積層時に圧縮することによってビアホール導体と配線回路層との接続性を高めることもできる。
【００３５】
そして、導体ペーストの充填後に、所望により、有機バインダの融点以下に冷却することにより、ビアホール内の導体ペーストの粘度を、せん断速度＝１００ｓ−１において、７６０〜２５００Ｐａ・ｓに高めることによりビアホール中の導体ペーストの保形性を高め、導体ペーストのビアホールからのダレの発生やにじみを防止できる。
【００３６】
次に、ビアホール導体１３を形成した絶縁シート１１の表面に、配線回路層１４を形成する。配線回路層１４としては、銅、アルミニウム、金、銀のうちから選ばれる少なくとも１種、または２種以上の合金、特に、銅あるいは銅を含む合金からなる厚さ５〜４０μｍの金属箔によって形成することにより、ビアホール導体１３を両端を封止して外気の影響を防止でき、しかも導体ペーストを充填して形成したビアホール導体１３との電気的な接続性に優れることから最も望ましい。
【００３７】
この金属箔による配線回路層１４の形成は、ａ）絶縁シートの表面に金属箔を貼り付けた後、エッチング処理して回路パターンを形成する方法、ｂ）絶縁シート表面にレジストを形成して、メッキにより金属箔層を形成する方法、ｃ）転写シート表面に金属箔を貼り付けた後、エッチング処理して回路パターンを形成した後、この金属箔の回路パターンを絶縁シート表面に転写させる方法、等が挙げられるが、この中でも、絶縁シートをエッチングやメッキ液などに浸漬する必要がなく、ビアホール導体内への薬品の侵入を防止する上では、ｃ）の転写法が最も望ましい。
【００３８】
そこで、ｃ）転写法による配線回路層を例にして以下に説明する。
【００３９】
図１（ｃ）に示すように、転写シート１５の表面に、金属箔からなる配線回路層１４を形成する。この配線回路層１４は、転写シート１５の表面に金属箔を接着剤によって接着した後、この金属箔の表面にレジストを回路パターン状に塗布した後、エッチング処理およびレジスト除去を行って形成される。この時、金属箔からなる配線回路層１４露出面は、エッチング等により表面粗さ（Ｒａ）０．１〜５μｍ、特に０．２〜４μｍ程度に粗化されていることが望ましい。
【００４０】
次に、図１（ｄ）に示すように、配線回路層１４が形成された転写シート１５を前記ビアホール導体１３が形成された軟質の絶縁シート１１の表面に位置合わせして加圧積層した後、転写シート１５を剥がして配線回路層１４を絶縁シート１１に転写させることにより配線層ａが形成される。
【００４１】
この時、絶縁シート１１が軟質状態であることから、配線回路層１４は、絶縁シート１１の表面に埋設され、実質的に絶縁シート１１表面と配線回路層１４の表面が同一平面となるように加圧積層する。この時の加圧積層条件としては、圧力２ＭＰａ以上、温度６０〜２４０℃が適当である。
【００４２】
このようにして作製した配線層を後述する硬化処理によって１層の絶縁層の片面または両面に配線回路層を形成した配線基板を作製することができるが、以下、多層配線基板を作製する場合について以下に述べる。
【００４３】
上記のようにして作製された一単位の配線層ａに対して、同様にして作製された一単位の配線層ｂ、ｃを図１（ｅ）に示すように積層圧着する。
そして、この積層体を絶縁シート中の熱硬化性樹脂が硬化する温度に加熱して完全硬化する。
【００４５】
なお、上記の転写シートからの回路転写によって配線回路層を形成する方法では、絶縁シートへのビアホール形成や積層化と、金属箔のパターン化による配線回路層の形成工程を並列的に行うことができるために、配線基板における製造時間を大幅に短縮することができる。
【００４７】
また、上記の製造方法では、絶縁シートの完全硬化およびビアホール導体の加熱処理を多層化後に一括して行ったが、この加熱処理は、積層前に個々の絶縁シートに対して施して硬化した後、積層して多層化することも可能である。
【００４８】
また、上記導体ペーストは、上記の製造方法では、ビアホール導体形成用として用いたが、本発明の導体ペーストはこれに限定されるものではなく、配線基板における配線層用として用いることもでき、この場合でも、配線層の保形性を高めるという効果がある。
【００４９】
【実施例】
まず、平均粒径が５．３μｍのＡｇ被覆Ｃｕ粉末（銀含有量３重量％）と、表１の組成物および融点（溶融開始温度）からなる低融点金属と、表１の熱硬化温度（熱硬化開始温度）を有する熱硬化性樹脂とを表１に示す割合で調合し、３本ロールで混練して導体ペーストを調製した。
【００５０】
一方、ポリフェニレンエーテル樹脂４０体積％と、シリカを６０体積％からなるＢステージの絶縁シートに対して、マイクロドリルによって直径が２００μｍのビアホールをビアホールの中心間の間隔５００μｍで２つ形成し、そのビアホール内に前記のようにして調製した導体ペーストを充填した。
【００５１】
そして、導体ペーストを埋め込んだＢステージ状態の絶縁シートの両面に、厚さ１２μｍの銅箔からなる配線回路層を転写法により前記ビアホール導体の両端を挟持するように貼り合わせた後、２００〜２４０℃で、２ＭＰａの圧力で、６０分間硬化処理を行い、単層の配線基板を作製した。
【００５２】
得られた配線基板におけるビアホール導体の体積固有抵抗率（表中ではビア抵抗と記載）を測定し、表１に示した。なお、この体積固有抵抗の測定は、ビアホール導体を両側から挟持する金属箔からなる配線回路層間の抵抗を測定したものである。
【００５３】
さらに、８５℃、８５％相対湿度において１０００時間経過後の導通抵抗（テスト１）と、９５％相対湿度中、−５５〜＋１２５℃の温度範囲において１０００サイクル後の導通抵抗（テスト２）を測定し、さらに、１５０℃、１０００時間経過後の導通抵抗（テスト３）を測定し、それぞれの条件における（初期抵抗とテスト後の抵抗差／初期抵抗）×１００（％）で表される抵抗変化率を計算し、それぞれ表１に示した。
【００５４】
また、硬化後の配線基板を２００℃に加熱、冷却した後、絶縁基板のビアホール導体形成部周囲について外観検査を行い、配線基板の膨れやボイドの発生、絶縁基板間に存在する不要な導電性粒子の有無を確認した。
【００５５】
【表１】
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【００５６】
表１の結果から明らかなように、低融点金属の溶融開始温度が熱硬化性樹脂の熱硬化温度よりも高い従来の試料Ｎｏ．１０〜１３、１９、２０および２１では、導電率が低く、接続信頼性も低いものであった。なお、熱硬化性樹脂成分であるエポキシ樹脂の含有量が５重量％よりも少ない試料Ｎｏ．１、エポキシ樹脂の含有量が２０重量％よりも多い試料Ｎｏ．１６では、いずれも初期抵抗が高いものであった。
【００５７】
これに対して、導体ペースト中における低融点金属の溶融開始温度が熱硬化性樹脂成分であるトリアリルイソシアネートの熱硬化開始温度よりも１０℃以上低い場合、配線基板における例えばビアホール内に導体ペーストを充填して形成したビアホール導体の導電率が高まるとともに、ビアホール導体およびビアホール導体と配線回路層との接続信頼性を高めることができた。
【００５８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の導体ペーストによれば、低融点金属が十分に溶融して導電路を形成した後に熱硬化性樹脂が硬化することにより、ビアホール導体の導電率を向上させることができるとともに、配線回路層との接続信頼性の高い配線基板を製造するための方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板の製造方法を説明するための工程図である。
【符号の説明】
１      配線基板
１１    絶縁シート
１２    ビアホール
１３    ビアホール導体
１４    配線回路層
１５    転写シート
【図１】
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