CN1794902B - 电路形成基板的制造方法及电路形成基板的制造用材料 - Google Patents

Abstract

为实现电路形成基板中层间连接的高可靠性，在本发明的电路形成基板的制造方法中，采用以下之一的构成。A)在热压工序限制树脂流动。B)将增强纤维一起融着或接着。C)在充填工序后使基板材料的厚度减少。D)以混存于基板材料的填料形成低流动层。此外，在本发明的电路形成基板的制造用材料中，在热压工序添加可控制树脂流动的物理参数、或含有在充填工序后可有效减少基板材料厚度的挥发成分。

Description

电路形成基板的制造方法及电路形成基板的制造用材料

技术领域

本发明涉及在各种电子机器中的电路形成基板的制造方法及电路形成基板的制造用材料。

背景技术

随着近年电子机器的小型化·密集化，搭载电子元件的电路形成基板也从采用单层基板发展到采用多层基板，能集成更多电路及元件的高密度基板被研制开发。(例如，日刊工业新闻社发行的“表面实装技术”1997年7月号、高木清：“惊人的合成多层PWB的开发动向”)。

利用图6A～6G，对以往的技术进行说明。

如图6A所示的基板材料61，是通过在用于电路形成基板的玻璃纤维织布上含浸热硬化性的环氧树脂、干燥等方法做成B级状态的聚酯胶片。在基板材料61上用热辊等的层压法将胶片62贴合在两面。

如图6B所示，采用激光等加工法在基板材料61形成通孔63。此外，如图6C所示，将铜粉等的导电性粒子与热硬化性树脂、硬化剂、溶剂等混合而成的糊状的导电糊64充填入通孔63。此后，如剥离薄膜2，成为如图6D所示那样的导电糊64突出的形状。在其两面配置铜箔65，通过热压装置(未图示)加热加压，如图6E所示，使基板材料61热硬化，导电糊64被压缩，使表里的铜箔65被电气连接。此时，基板材料61上含浸的环氧树脂流动，向外侧流，形成流出部66。然后，切去端部的多余部分，做成6F那样的形状，再用腐蚀等方法将铜箔65加工成期望的图形，成为电路67，得到如图6G所示的两面的电路形成基板。

但是，在前述的制造方法中，电路形成基板的表里间有时电气连接不充分。此外，按照前述那样的制造方法形成多层电路形成基板时，有时在表层与里层也会发生同样的问题。

其主要原因是由于发生了如图6E所示的导电糊64中的导电性粒子流出到通孔63的外部的流出粒子610。要实现理想的电气连接，必须使导电糊64在图6E的上下方向进行压缩，使导电糊中的导电性粒子有效地牢固接触，使铜箔65也牢固接触。但是，在图6D～图6E的工序中，由于形成流出部66，基板材料61中的热硬化性树脂向外侧流动。此时，导电糊64中的导电性粒子被挤流到图6E的横向，结果不能有效地实现导电糊64的压缩，导电糊4引起的电气连接不稳定。在以上的说明中，说的是采用玻璃织布与热硬化性树脂的基板材料的情况，但采用不是玻璃的无机纤维及芳族聚酰胺等的有机纤维、织布以外的不织布的增强材料时也一样。

但是，在使用织布时，特别是由于织布中的流动电阻小，前述热硬化性树脂的流动显著，用导电糊进行的电气连接困难。此外，构成织布的纤维的偏离的现象也会产生不良影响。使用图7A～图7C对这一现象进行说明。如图7A所示，在采用玻璃纤维织布68的基板材料61上用激光形成通孔63。该部分从上面看，如图7B所示，切断玻璃纤维织布68，加工通孔63。然后，实施图6C～图6E中说明的工序。观察其后的电路形成基板的通孔63，如图7C所示，由于热压时的加压力及含浸树脂的流动使导电糊64扩展到周围，使玻璃纤维织布68也按当初的正确配列向通孔的外侧方向移动。如发生这样的现象，使导电糊64的压缩难以奏效。这样的现象，由于电气连接的电阻值离散及可靠性不高，便成了这样的电路形成基板制造上的课题。

近年，人们期望电路形成基板作成薄型基板，所以多用薄的玻璃纤维织布。但用这样的材料，由于玻璃纤维的充填度低，纤维间的间隙比较大，所以，前述的问题突出。特别对玻璃纤维织布厚度小于100μm时，前述现象成为大问题。

此外，决定导电糊4的压缩量的主要因素，是图6D～图6E中热压工序中基板材料61在厚度方向上的压缩量、以及图6D中导电糊64从基板材料61突出的量。由于在高密度电路形成基板中，通过通孔63，进行层间连接处是膨胀的点数，所以，除了要控制前述2个主要因素，还必须在导电糊64上加上压缩作用的要素。

发明内容

在本发明的电路形成基板的制造方法中，对热压工序中的树脂流动进行限制。这样，可有效地通过导电糊等的层间连接部进行电气连接。

此外，在本发明的电路形成基板的制造方法中，采用控制热压工序中的流动的树脂。这样，可有效地通过导电糊等的层间连接部进行电气连接。

作为以上结果，可提供大幅提高使用导电糊等的层间的电气连接的可靠性、高密度的质优的电路形成基板。

附图说明

图1A～图1G是表示本发明的第1实施形态的电路形成基板的制造方法的工艺剖视图。

图2A～图2E是表示本发明的第2实施形态的电路形成基板的制造方法的工艺剖视图。

图3A是表示本发明的第3实施形态的电路形成基板的制造方法的通孔形成工艺的断面模式图。

图3B是表示本发明的第3实施形态的电路形成基板的制造方法的导电糊充填前的通孔部上面图。

图3C是表示本发明的第3实施形态的电路形成基板的制造方法的导电糊充填后的通孔部上面图。

图4A～图4H是表示本发明的第4实施形态的电路形成基板的制造方法的工艺剖视图。

图5A是表示本发明的第5实施形态的电路形成基板的制造方法的通孔形成工艺的断面模式图。

图5B是表示本发明的第5实施形态的电路形成基板的制造方法的导电糊充填前的通孔部上面图。

图5C是表示本发明的第5实施形态的电路形成基板的制造方法的导电糊充填后的通孔部上面图。

图6A～图6G是表示以往技术的电路形成基板的制造方法的工艺剖视图。

图7A是表示以往技术的电路形成基板的制造方法的通孔形成工艺的断面模式图。

图7B是表示以往技术的电路形成基板的制造方法的导电糊充填前的通孔部上面图。

图7C是表示以往技术的电路形成基板的制造方法的导电糊充填后的通孔部上面图。

具体实施形态

以下，参照附图对本发明的实施形态进行说明。此外，对同样的构成带上同样的标号，说明从略。

(实施形态1)

图1A～图1G，是展示本发明第1实施形态的电路形成基板的制造方法及电路形成基板的制造用材料的工艺剖视图。

如图1A所示，首先，将玻璃纤维织布作为增强纤维，在由含浸热硬化性环氧树脂的厚度为100μm的聚脂胶片构成的基板材料11的两面贴合厚度为20μm的胶片2。胶片12使用聚对苯二甲酸乙二酯(PET)。根据必要，在胶片12上可涂复环氧树脂等的热硬化性树脂。

然后，如图1B所示，用碳酸气体激光加工直径约20μm的通孔13。

然后，如图1C所示，用网印等方法将导电糊14充填到通孔13。导电糊14用约5μm的铜粉及热硬化性树脂及硬化剂混合而成。可通过在导电糊4中添加溶剂调整粘度。

下面，如图1D所示，如剥离基板材料11两面的胶片12，从基板材料11有相当于胶片12厚度的导电糊14突出。在其两面配置铜箔15。

下面，在图中上下方向实施加热加压的热压工序，成为如图1E所示的形状。此时，基板材料11中的热硬化性树脂流出，形成流出部16。

下面，如图1F所示，对基板材料11的周边部按要求的尺寸切断。用腐蚀铜箔15等方法形成图形，形成电路17，获得如图1G所示的两面电路形成基板。

通过以上工序，将热压工序中流动、在基板材料11的周边流出的树脂的质量，即亦图1E的流出部16的质量，相对于热压前基板材料11的质量之比例，作为树脂流量。在技术背景中所述、为了解决导电糊14引起的电气连接不充分的课题，树脂流量至少应低于20％。

在表1展示发明人对树脂流量的研究实验结果。表11中包含以下测定结果。

1)热压工序前后的基板材料厚度

2)通过热压工序在周边部发生的流出部的重量与按照热压工序前的基板材料重量算出的树脂流量

3)根据500个通孔的基板表里的铜箔构成串联电路的试验图形电路的电气电阻值求得的每1个通孔的连接电阻值(平均值)

在实验序号1的样品中，树脂流量为22.8％，通孔的连接电阻为几十～几百Ω不等，也包括电气不连接的通孔。

此外，对实验序号1的样品观察通孔部的断面时，有导电糊4中的导电性粒子流出。

但是，树脂流量要小，在研究热压条件等的实验序号2～7的样品中。使通孔的连接电阻低、控制在20％以下的树脂流量，可获得实用的通孔连接电阻值。

此外，将样品长期保存在高温高湿中，在测定通孔连接电阻的经时变化等的可靠性评估中，20％以下的树脂流量时展示良好的特性。

此外，从表1结果可知，可得到10％以下的树脂流量的初期的通孔连接电阻值。此时，可靠性方面可获得更好的结果。

要使电气连接更好，进一步减低树脂流量是有效的，另外，从实验序号7的结果可知，在热压工序中使基板材料1良好成型，需要1％以下的树脂流量。在表1记载埋入性不良的结果如下。在热压工序后的实验序号7的基板有见白部分，如扩大，可看到气泡及基板材料凹凸状的部位。这是由于树脂流动少，未埋入内层电路的凹凸，导致产生气泡及凹凸，被称为印刷线路板等的制造中的白化现象的不良方式。当防上白化时，铜箔剥落，使强度及焊接耐热性等特性降低。

表1

实验序号	热压前基板材料厚度(μm)	热压后基板材料厚度(μm)	树脂流量(％)	通孔连接电阻值(m Ω)	备注
						1	130	85	22.8	差异
2	130	90	20.3	18
						3	130	100	15.2	10
4	130	110	10.1	5
						5	130	120	5.1	4
6	130	125	2.5	4
						7	130	129	0.5	3	埋入性不良

作为达到前述20％以下的树脂流量的手段，在热压工序的温度图中，控制在每分钟升温速度低于3℃是有效的。

但是，热压工序需要的时间非常长，过分降低升温速度对树脂的成型性影响并不好，所以，最好升温速度取每分钟大于0.5℃。

此外，考虑含于基板材料11的树脂等加温时的粘度变化，在热压工序中，旧机在流动性高的范围的时间区控制升温速度在每分钟低于3℃，其他时间区可按更快的速度升温。

此外，控制基板材料11的特性，以获得前述效果。为此，对未硬化的环氧树脂进行加热干燥，通过加热温度、时间对挥发成分、残留溶剂量、热硬化进度进行控制，使硬化时间变化。用这样的方法，将表示热压时的基板材料的溶融及硬化特性的硬化时间减低到110秒以下。通过使用含这样的树脂材料的基板材料、使树脂流量在20％以下，使使用导电糊的层间电气连接良好。

此外，为了避免前述埋入性不良的发生，硬化时间最好取10秒以上。此外，从图1E中的铜箔与基板材料间的接着性、或吸收树脂量的差异等角度看，最好大于50秒。

(实施形态2)

实施形态1是两面电路形成基板的例，如图2A～2E所示那样制造多层电路形成基板时，本发明也能同样适用。

首先，准备如图2A所示的两面电路形成基板。然后，如图2B所示，对充填导电糊14的基板材料11与铜箔定位配置于两面电路形成基板的表里，并用热压装置加热加压。这样，如图2C所示，使基板材料11成型、硬化。此时，流动的基板材料1的成分形成流出部26。

在这样的工序中，用实施形态1说明的方法，流出部26的重量相对于2张的基板材料11的重量(树脂流量)低于20％。

然后，切断周边的多余部分，得到如图2D所示的形状后，用腐蚀铜箔15等方法形成图形，形成电路27，获得如图2E所示的4层电路形成基板。

即使在这样的多层电路形成基板的制造中，由于适用本发明的电路形成基板的制造方法及电路形成基板的制造用材料，层间的电气连接可良好地形成。

此外，为了埋入制造多层电路形成基板时的内层电路形成基板的电路凹凸，1％以上的树脂流量是必要的。此外，在通过含于基板材料11的树脂的硬化时间的控制使树脂流量在20％以下时，如考虑内层电路的埋入性，硬化时间最好大于50秒小于110秒。

此外，在本实施形态中使用的两面电路形成基板也是实施形态1中说明的基板，用通常的电镀法等形成层间连接的基板也行。此外，在如图2B所示的工序中，在两面电路形成基板上临时压上基板材料11的构成也可以。

(实施形态3)

用图3A～图3C对本发明的第3实施形态作如下说明。

如图3A所示，在用玻璃纤维织布38的聚脂胶片状态的基板材料11上，用激光形成通孔13。

从该部分上面看，如图3B所示，切断玻璃纤维织布38，加工通孔13。此时，通过特定的加工方法形成如图3B所示的熔敷部39。

熔敷部39形成后，在通孔13中充填导电糊14，实施热压工序时，如图3C所示，可防止导电糊14向通孔13周围扩展。因此，导电糊14形成的层间的电气连接良好。

熔敷部39的形成，在通过钻加工形成通孔13时，由于加工磨擦等，会使基板材料11中的树脂成分变质固化，即使将玻璃纤维织布38固定在通孔13周边，也能实现。这样，熔敷部39不必要仅用玻璃纤维等增强材料构成，基板材料11中的树脂成分等由于加工时发热而硬化或变质，在后面的热压工序中如果没有流动性，也能得到同样效果。但是，使用激光形成通孔13时，使玻璃纤维织布38溶融或变质，所以，最好形成以玻璃纤维织布38为主体的熔敷部39。

表2中展示发明者的研究结果。

用3种激光发生器在不同条件下进行通孔13的加工，制作两面电路形成基板，与实施形态1中说明的内容相同，列举出通孔连接电阻值的比较结果。

从结果看出，通孔连接电阻值与激光的波长有关。如果详细观察加工通孔13的基板材料，用10.6μm的振动波长时熔敷部的形成被确认，用9.4μm的振动波长时熔敷部不被确认。

表2

实验序号	激光发生器	振动波长(μm)	加工孔径(μm)	通孔连接电阻值(mΩ)
					8	A	10.6	200	3
9	A	10.6	150	5
					10	B	9.4	200	10
11	B	9.4	150	25
					12	C	10.6	200	2.5

在使用激元激光、YAG高频波、碳酸气体激光等各种激光时，可根据加工条件形成熔敷部，但是，由于激元激光等的加热会导致擦伤，所以，最好用碳酸气体激光的加热加工形成熔敷部。

此外，如前所述，用10μm以上的波长的激光形成熔敷部是高效率的。实用中，使用碳酸气体激光，对加工速度，成本都有利。此外，A)加工效率，振动效率，B)在发生的激光束中含有多个振动波长，C)从适用微细加工即亦光学系的集光性等观点出发，最好采用10～11μm范围的激光为主体的加工方法。

(实施形态4)

参照图4A～图4H，对实施形态4进行说明。

如图4A所示，基板材料11以玻璃纤维织布作为增强材料，是在两面贴合由聚对苯二甲酸乙二酯(PET)构成的厚度为20μm的胶片12的厚度为100μm的聚脂胶片。根据必要，在胶片12上可涂复环氧树脂等的热硬化性树脂。该基板材料41与实施形态1中的基板材料不同，在制造聚脂胶片时残留的挥发成分较多。从160℃、1小时的干燥前后的重量变化看，挥发成分为3％。

然后，图4B～图4D的工序与实施形态1同样。

下面，在真空干燥装置(未图示)导入基板材料41，在133Pa左右的真空中干燥1小时。干燥中，为了防止基板材料41的温度减低，将50℃的温风导入真空干燥装置内，重复3次实施减压工序。在该工序中，如图4E所示，基板材料41的厚度减少，其减少量约2μm。作为结果，干燥前约20μm的、导电糊14从基板材料41的突出部的高度，在基板材料的表里各增加约1μm，成为22μm左右。

下面，如图4F所示，在基板材料41的两面配置铜箔15，在图中上下方向实施加热加压的热压工序，切断周边部，成为如图4G所示的形状。

此外，用腐蚀铜箔15等方法形成图形，形成电路17，获得如图1H所示的两面电路形成基板。

通过以上工序制造电路形成基板时，使热压前导电糊14的突出部增加仅2μm，但导电糊形成的层间的电气连接良好。

通常的热压工序，由于采用真空加压，基板材料中的大部分挥发成分都能在热压工序中除去。用这样的制造方法，热压工序中基板材料的成分流动量较大，在基板厚度方向压缩导电糊，在电气连接方面是不利的。

在本实施形态，在热压工序前，基板材料41中的挥发成分通过真空干燥被除去，控制热压时的流动。此外，由于挥发成分的除去，使导电糊14从基板材料41的突出高度增加，使有效的压缩量增加。这样，通过导电糊14的热压工序使压缩极见效，使电路形成基板表里的电路17的电气连接很充分。

前述的方法，适用于在制造实施形态2中说明的多层电路形成基板时的基板材料21。

本实施形态的效果，从实验结果看，基板材料41的挥发成分为0.5％以上时明显见效，但有时挥发成分过多会减低基板材料41的保存性，所以，最好取5％以上为好。

此外，作为挥发成分，在基板材料41的制作过程中，最好含有BCA(丁基乙醚醋酸盐)等高沸点的溶剂。

此外，使基板材料41的厚度减少的工序，用真空干燥法说明，在基板材料41物性不发生问题的条件下，可采用与加热一起进行的干燥方法。

此外，使基板材料厚度减少的工序中，通过采用等离子及激元激光的干式或湿式的腐蚀法对基板材料进行有选择性的腐蚀的方法，使层间连接部能确保基板材料的突出量。此外，此时还有使基板材料的厚度减少量稳定等效果。

(实施形态5)

用图5A～图5C对本发明的第5实施形态作如下说明。

如图5A所示，在使用玻璃纤维织布38的聚脂胶片状态的基板材料51上，用激光形成通孔13。基板材料51中，作为固形成分含有填料510。

通常的基板材料，采用玻璃纤维织布38中，在含浸用溶剂等稀释热硬化性树脂的称为清漆的液体材料后、通过干燥工序使溶剂等挥发成分挥发、调整热硬化性树脂的硬化度的方法制造。在这种清漆中，预先使填料分散，制造在本实施形态使用的基板材料51。在本实施形态，采用直径约1～2μm的二氧化硅的硅系填料。

如图5A所示，在通孔13的周围，形成低流动层511。该低流动层511，通过在激光加工时、加工能量被转换成由填料510吸收的热、使周围的热硬化性树脂变性的现象，以及变性的热硬化性树脂以作为固形成分的填料为核心成层的现象形成。与无填料510时比较，其形成效率高。此外，在低流动层511，玻璃纤维织布38作为成分含有是自然的。

低流动层511形成后，在通孔13充填导电糊14，实施热压工序时，如图5C所示，可防止导电糊14向通孔13周围扩展。因此，导电糊14形成的层间的电气连接良好。

低流动层511的形成，用钻加工形成通孔13时的摩擦热等导致基板材料51中的树脂成分变质，可实现与填料510一起被固形化。但是，用激光形成通孔13时，最好在填料510吸收能量进行热转换，形成低流动层511。

此外，关于该工序中使用的激光的波长，对碳酸气体激光使9μm以上的振动波长时，低流动层511的形成见效。此外，作为填料510的材质也可采用硅以外的材料，滑石粉，石膏粉等或金属的氢氧化物等(氢氧化铝)等也有同样效果。

在前述所有的实施形态中，基板材料，在玻璃纤维织布含浸热硬化性树脂，作为B级化的材料进行说明，代替玻璃纤维织布、用不织布也可以。不用玻璃纤维、采用芳族聚酰胺等有机纤维也行。

此外，在本发明的实施形态1，2，4中，基板材料中采用B级状态胶片取代聚脂胶片也可以。

此外，织将布与不织布的混成材料、例如将2张的玻璃纤维间夹入玻璃纤维不织布那样的材料作为增强材料使用也可以。

此外，在本发明的所有实施形态的热硬化性树脂，作为环氧系树脂进行说明，也可采用以下的材料。环氧·三聚氰氨系树脂、不饱和聚酯系树脂、酚系树脂、聚亚胺系树脂、氰基系树脂、氰酸酯系树脂、萘系树脂、尿素系树脂、氨基系树脂、醇系树脂、硅系树脂、呋喃系树脂、尿烷系树脂、氨基醇酸系树脂、丙烯基系树脂、氟素系树脂、聚苯基乙醚系树脂、氰酯系树脂等单独、或2种以上混合的热硬化性树脂组成物或经热可塑树脂变性的热硬化性树脂组成物。根据必要，也可添加些阻燃剂及无机充填剂。

此外，在支持体上可用金属箔等构成的电路代替铜箔。

此外，作为层间连接部，用铜粉等导电性粒子与硬化剂与热硬化性树脂混合成的导电糊进行说明。反之，热压时在基板材料排出的适当粘度的高分子材料与导电性粒子的混合物、或添加溶剂的等多种组成都可用。此外，除导电糊以外，通过电镀形成的柱状导电性突起、以及将不糊化的比较大沥径的导电性粒子单独作为层间连接部使用也可以。

工业上的实用性

在本发明的电路形成基板的制造方法中，采用以下任一朝构成。A)热压工序中限制树脂流动。B)增强纤维彼此熔敷或接着。C)充填工序后使基板材料的厚度减少。D)用混存在基板材料的填料形成低流动层。此外，在本发明的电路形成基板的制造用材料中，通过热压工序加上可控制树脂流动的物理参数、或含有在充填工序后可使基板材料的厚度有效现象的挥发成分的构成。按照本发明，可有效地进行由导电糊等层间连接部形成的电气连接。

特别是，在基板材料的增强材料中用织布时，具有织布尺寸的稳定性等的优点，同时，层间的连接也稳定。这是由于对采取局部防止纤维变动的处理与孔加工同时实施、或使基板材料的厚度减少等的处理的结果。

作为以上的结果，可提供能提高采用导电糊等的层间连接部的层间的电气连接的可靠性、高品质的高密度的电路形成基板。

Claims (4)

1.一种电路形成基板的制造方法，其特征在于，包括

至少叠层含B级状态基板材料的基板材料的叠层工序，

形成在所述B级状态基板材料形成层间连接部用的孔的孔形成工序，以及

使所述B级状态基板材料的厚度减少的叠层准备工序。

2.如权利要求1所述的电路形成基板的制造方法，其特征在于，还包括

在所述孔中充填导电性物质的充填工序，

在充填工序后实施所述所述叠层准备工序。

3.如权利要求1所述的电路形成基板的制造方法，其特征在于，

在所述叠层准备工序中，使所述B级状态基板材料中的挥发成分挥发。

4.如权利要求1所述的电路形成基板的制造方法，其特征在于，

在所述叠层准备工序中，对所述B级状态基板材料腐蚀。

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