JP2002094242A

JP2002094242A - プリント多層基板の層間接続用材料およびこれを用いたプリント多層基板の製造方法

Info

Publication number: JP2002094242A
Application number: JP2000280489A
Authority: JP
Inventors: Susumu Echigo; 将愛知後; Tomoyuki Hiramatsu; 友幸平松; Hidehiro Mikura; 英弘三倉; Naoyuki Akita; 直幸秋田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-09-14
Filing date: 2000-09-14
Publication date: 2002-03-29

Abstract

(57)【要約】【課題】層間接続後の加熱工程で、層間接続の信頼性
が低下することを防止できる層間接続用材料およびこれ
を用いたプリント多層基板の製造方法を提供すること。【解決手段】ビアホール内に充填されたペースト５０
は、（ａ）に示すように、Ｓｎ４２重量％、Ｂｉ５８重
量％の第１の金属粒子５１と、銅粉である第２の金属粒
子５２とを有している。そしてペースト５０が１８０℃
に加熱されると、（ｂ）に示すように、第１の金属粒子
５１は融解して第２の金属粒子５２の外周部に拡散し、
銅とともに固相温度が２５０℃以上の合金層５３を形成
し、合金層５３同士の接合により層間接続を行なう。従
って、層間接続後の２３０℃程度の加熱工程では合金層
５３は融解しないため層間接続の信頼性が低下すること
が防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリント多層基板
の層間接続に用いる接続材料およびこの接続材料を用い
たプリント多層基板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術として、例えば特開平１−１８
１４９６号公報に開示された技術がある。この技術は、
プリント多層基板のビアホール内にはんだ材を充填した
後、加熱することによって、プリント多層基板の層間接
続を行なうものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術では、プリント多層基板上への部品実装をはん
だ付けで行なう際に、プリント基板が加熱されビアホー
ル内のはんだ材が再溶融する。すると、ビアホール内や
ビアホール近傍の絶縁層内に含まれるガス成分がビアホ
ール内の導体パターンとの接続部近傍に集まり、局部的
に導通不良を生じさせて、プリント多層基板の層間接続
の信頼性を低下させるという問題がある。

【０００４】本発明は上記点に鑑みてなされたもので、
プリント多層基板の層間接続の信頼性が低下することを
防止できる層間接続用材料およびこれを用いたプリント
多層基板の製造方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、第１の金属粒子（５
１）と、この第１の金属粒子（５１）と第１の金属粒子
（５１）の固相温度以上で熱処理を行なうことで外周面
に合金層（５３）を形成し、この合金層（５３）の固相
温度が、合金層（５３）形成以降にプリント多層基板
（１００）に対して行なわれる加熱工程の最高温度より
高くなる第２の金属粒子（５２）とを含有することを特
徴としている。

【０００６】これによると、第１の金属粒子（５１）を
構成する金属が熱処理により第２の金属粒子（５２）の
外周面に第２の金属粒子（５２）を構成する金属と合金
層（５３）を形成し、第２の金属粒子（５２）外周面の
合金層（５３）同士が接合する。そしてこの合金層（５
３）は、その後の加熱工程で再溶融することはない。従
って、ビアホール（２４、３４、４４）内でガス成分が
移動してビアホール（２４、３４、４４）内の導体パタ
ーン近傍（２２ａ、２５ａ、３２ａ、４２ａ）に集まる
ことはない。このようにして、プリント多層基板（１０
０）の層間接続の信頼性が低下することを防止できる。

【０００７】また、部品実装のはんだ付け時には、加熱
されたプリント多層基板（１００）はその自重等により
若干のたわみ等を発生することがある。このときに、層
間接続用材料（５０）が溶融しているとガス成分の移動
が一層起こりやすいが、本発明では再溶融しないため、
これも防止できる。

【０００８】さらに、部品実装のはんだ付け時に、加熱
されたプリント多層基板（１００）はその自重等により
若干のたわみ等を発生し、実装部品（４７）とプリント
多層基板（１００）のはんだ接続が完了し、プリント多
層基板（１００）が冷却されるときには、プリント多層
基板（１００）のたわみ等の変形が部品実装のはんだ付
け前の状態まで復元しようとする。

【０００９】このはんだ付け時に層間接続用材料（５
０）が溶融していると、プリント多層基板（１００）の
変形に伴ってビアホール（２４、３４、４４）形状も変
形する。このようにして変形したビアホール（２４、３
４、４４）内で、プリント多層基板（１００）の復元が
完了する前にビアホール（２４、３４、４４）内の層間
絶縁用材料（５０）が再凝固すると、部品実装後もプリ
ント多層基板（１００）の変形が残留するという問題が
あるが、本発明では層間接続用材料（５０）が再溶融し
ないため、これも防止できる。

【００１０】また、請求項２に記載の発明では、合金層
（５３）の形成後には、第１の金属粒子（５１）がすべ
て合金層（５３）内に取り込まれることを特徴としてい
る。

【００１１】これによると、熱処理により層間接続を完
了した後で、ビアホール（２４、３４、４４）内に第１
の金属粒子（５１）を構成する成分のみが単独で存在す
ることはない。従って、再溶融して流動することがない
ため、プリント多層基板（１００）の層間接続の信頼性
が低下することを一層確実に防止できる。

【００１２】また、請求項３に記載の発明では、第１の
金属粒子（５１）は、ＳｎおよびＢｉを含有することを
特徴としている。

【００１３】また、請求項５に記載の発明では、第１の
金属粒子（５１）は、ＳｎおよびＩｎを含有することを
特徴としている。

【００１４】これらのいずれかによると、第１の金属粒
子（５１）の固相温度を低くできるため、層間接続のた
めの熱処理温度を低くすることができる。

【００１５】また、請求項４に記載の発明では、第１の
金属粒子（５１）は、Ｓｎに対し１２０〜１８０重量％
のＢｉを含有するとともに、ＳｎおよびＢｉが第１の金
属粒子（５１）の９０重量％以上を占めることを特徴と
している。

【００１６】また、請求項６に記載の発明では、第１の
金属粒子（５１）は、Ｓｎに対し９０〜１２０重量％の
Ｉｎを含有するとともに、ＳｎおよびＩｎが第１の金属
粒子（５１）の８０重量％以上を占めることを特徴とし
ている。

【００１７】これらのいずれかによると、第１の金属粒
子（５１）の固相温度を約２００℃以下に低くできるた
め、層間接続のための熱処理温度を極めて低くすること
ができるとともに、合金層（５３）の脆性（もろさ）を
抑制することができる。

【００１８】また、請求項７に記載の発明では、第１の
金属粒子（５１）は、Ｐｂを含むことを特徴としてい
る。

【００１９】これによると、合金層（５３）の脆性を一
層抑制することができる。

【００２０】また、請求項８に記載の発明では、第１の
金属粒子（５１）が第２の金属粒子（５２）に対し重量
比で１／２０〜１／３含まれることを特徴としている。

【００２１】第１の金属粒子（５１）が第２の金属粒子
（５２）に対し１／２０未満であると、第２の金属粒子
（５２）外周面に均一な合金層（５３）が形成されず、
合金層（５３）同士の接合が安定して行なわれない。一
方第１の金属粒子（５１）が第２の金属粒子（５２）に
対し１／３を超えると、固相温度が低い第１の金属粒子
（５１）を構成する成分のみが単独で存在する領域が多
くなり、部品実装のはんだ付け工程等の層間接続後の加
熱工程で層間接続用材料（５０）が流動する可能性があ
る。従って、請求項８に記載の発明によれば、熱処理に
より良好な層間接続状態を形成することができる。

【００２２】また、請求項９に記載の発明では、少なく
とも有機溶剤を含有し、ペースト状であることを特徴と
している。

【００２３】これによると、ビアホール（２４、３４、
４４）内への層間接続用材料（５０）の充填が容易にな
る。

【００２４】また、請求項１０に記載の発明では、第１
の金属粒子（５１）は、平均粒径が０．１〜１０μｍの
略球状であり、第２の金属粒子（５２）は、平均粒径が
第１の金属粒子（５１）の平均粒径の４倍以上の略球状
であることを特徴としている。

【００２５】これによると、層間接続用材料ペースト
（５０）をビアホール（２４，３４，４４）内への充填
に適した粘度に調整し易くなるとともに、第１の金属粒
子（５１）が層間接続用材料（５０）中に偏在すること
を防止し、熱処理により均一な合金層（５３）を形成す
ることができる。

【００２６】また、請求項１１に記載の発明では、外周
に第１の金属からなる金属層（６１）を有し、第１の金
属の固相温度以上で熱処理を行なうことで外周面に第１
の金属との合金層（５３）を形成し、この合金層（５
３）の固相温度が、合金層（５３）形成以降にプリント
多層基板（１００）に対して行なわれる加熱工程の最高
温度より高くなる第２の金属からなる金属粒子（６２）
を含有することを特徴としている。

【００２７】これによると、第１の金属が熱処理により
第２の金属からなる金属粒子（６２）の外周面に第２の
金属と合金層（５３）を形成し、金属粒子（６２）外周
面の合金層（５３）同士が接合する。そしてこの合金層
（５３）は、その後の加熱工程で再溶融することはな
い。従って、請求項１に記載の発明と同様に、ビアホー
ル（２４、３４、４４）内でガス成分が移動してビアホ
ール（２４、３４、４４）内の導体パターン（２２ａ、
２５ａ、３２ａ、４２ａ）近傍に集まることはない。こ
のようにして、プリント多層基板（１００）の層間接続
の信頼性が低下することを防止できる。

【００２８】なお、請求項１１に記載の発明は、請求項
１に記載の発明が有する他の効果も同様に有する。

【００２９】また、請求項１２に記載の発明では、合金
層（５３）の形成後には、金属層（６１）がすべて合金
層（５３）内に取り込まれることを特徴としている。

【００３０】これによると、熱処理により層間接続を完
了した後で、ビアホール（２４、３４、４４）内に第１
の金属が単独で存在することはない。従って、再溶融し
て流動することがないため、プリント多層基板（１０
０）の層間接続の信頼性が低下することを一層確実に防
止できる。

【００３１】また、請求項１３に記載の発明では、第１
の金属は、ＳｎおよびＢｉを含有することを特徴として
いる。

【００３２】また、請求項１５に記載の発明では、第１
の金属は、ＳｎおよびＩｎを含有することを特徴として
いる。

【００３３】これらのいずれかによると、第１の金属の
固相温度を低くできるため、層間接続のための熱処理温
度を低くすることができる。

【００３４】また、請求項１４に記載の発明では、第１
の金属は、Ｓｎに対し１２０〜１８０重量％のＢｉを含
有するとともに、ＳｎおよびＢｉが第１の金属の９０重
量％以上を占めることを特徴としている。

【００３５】また、請求項１６に記載の発明では、第１
の金属は、Ｓｎに対し９０〜１２０重量％のＩｎを含有
するとともに、ＳｎおよびＩｎが第１の金属の８０重量
％以上を占めることを特徴としている。

【００３６】これらのいずれかによると、第１の金属の
固相温度を約２００℃以下に低くできるため、層間接続
のための熱処理温度を極めて低くすることができるとと
もに、合金層（５３）の脆性（もろさ）を抑制すること
ができる。

【００３７】また、請求項１７に記載の発明では、第１
の金属は、Ｐｂを含むことを特徴としている。

【００３８】これによると、請求項７に記載の発明と同
様に、合金層（５３）の脆性を一層抑制することができ
る。

【００３９】また、請求項１８に記載の発明では、第１
の金属からなる金属層（６１）が第２の金属からなる金
属粒子（６２）に対し重量比で１／２０〜１／３である
ことを特徴としている。

【００４０】第１の金属が第２の金属に対し１／２０以
下であると、第２の金属からなる金属粒子（６２）外周
面に均一な合金層（５３）が形成されず、合金層（５
３）同士の接合が安定して行なわれない。一方第１の金
属が第２の金属に対し１／３以上であると、固相温度が
低い第１の金属のみが単独で存在する領域が多くなり、
部品実装のはんだ付け工程等の層間接続後の加熱工程で
層間接続用材料（５０）が流動する可能性がある。従っ
て、請求項１８に記載の発明によれば、熱処理により良
好な層間接続状態を形成することができる。

【００４１】また、請求項１９に記載の発明では、少な
くとも有機溶剤を含有し、ペースト状であることを特徴
としている。

【００４２】これによると、請求項９に記載の発明と同
様に、ビアホール（２４、３４、４４）内への層間接続
用材料（５０）の充填が容易になる。

【００４３】また、請求項２０に記載の発明では、第２
の金属からなる金属粒子（６２）は、平均粒径が０．１
μｍ以上の略球状であることを特徴としている。

【００４４】これによると、層間接続用材料ペースト
（５０）をビアホール（２４、３４、４４）内への充填
に適した粘度に調整し易い。

【００４５】また、請求項２１に記載の発明では、絶縁
基材（２３、３３、４３）に複数の導体パターン層（２
２ａ、２５ａ、３２ａ、４２ａ）を形成する導体パター
ン層形成工程と、絶縁基材（２３、３３、４３）にビア
ホール（２４、３４、４４）を穴あけする穴あけ工程
と、ビアホール（２４、３４、４４）内に層間接続用材
料（５０）を充填する充填工程と、層間接続用材料（５
０）を加熱して複数の導体パターン層（２２ａ、２５
ａ、３２ａ、４２ａ）間を接続する層間接続工程を有す
るプリント多層基板の製造方法において、充填工程で
は、第１の金属粒子（５１）と、この第１の金属粒子
（５１）の固相温度以上で熱処理を行なうことで外周面
に第１の金属粒子（５１）との合金層（５３）を形成
し、この合金層（５３）の固相温度が、層間接続工程以
降にプリント多層基板（１００）に対して行なわれる加
熱工程の最高温度より高くなる第２の金属粒子（５２）
とを含有する層間接続用材料（５０）を充填するととも
に、層間接続工程では、第１の金属粒子（５１）の固相
温度以上に加熱することを特徴としている。

【００４６】これによると、充填工程でビアホール（２
４、３４、４４）内に充填された層間接続用材料（５
０）は、層間接続工程での加熱により第１の金属粒子
（５１）を構成する金属が第２の金属粒子（５２）の外
周面に第２の金属粒子（５２）を構成する金属と合金層
（５３）を形成し、第２の金属粒子（５２）外周面の合
金層（５３）同士が接合する。そしてこの合金層（５
３）は、その後の加熱工程で再溶融することはない。従
って、ビアホール（２４、３４、４４）内でガス成分が
移動してビアホール（２４、３４、４４）内の導体パタ
ーン（２２ａ、２５ａ、３２ａ、４２ａ）近傍に集まる
ことはない。このようにして、プリント多層基板（１０
０）の層間接続の信頼性が低下することを防止できる。

【００４７】また、請求項２２に記載の発明では、充填
工程では、外周に第１の金属からなる金属層（６１）を
有し、第１の金属の固相温度以上で熱処理を行なうこと
で外周面に第１の金属との合金層（５３）を形成し、こ
の合金層（５３）の固相温度が、層間接続工程以降にプ
リント多層基板（１００）に対して行なわれる加熱工程
の最高温度より高くなる第２の金属からなる金属粒子
（６２）を含有する層間接続用材料（５０）を充填する
とともに、層間接続工程では、第１の金属の固相温度以
上に加熱することを特徴としている。

【００４８】これによると、充填工程でビアホール（２
４、３４、４４）内に充填された層間接続用材料（５
０）は、層間接続工程での加熱により、第１の金属が第
２の金属からなる金属粒子（６２）の外周面に第２の金
属粒子（６２）を構成する金属と合金層（５３）を形成
し、金属粒子（６２）外周面の合金層（５３）同士が接
合する。そしてこの合金層（５３）は、その後の加熱工
程で再溶融することはない。従って、請求項２１に記載
の発明と同様に、ビアホール（２４、３４、４４）内で
ガス成分が移動してビアホール（２４、３４、４４）内
の導体パターン（２２ａ、２５ａ、３２ａ、４２ａ）近
傍に集まることはない。このようにして、プリント多層
基板（１００）の層間接続の信頼性が低下することを防
止できる。

【００４９】なお、上記各手段に付した括弧内の符号
は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を
示す。

【００５０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。

【００５１】（第１の実施形態）図１は、プリント多層
基板の製造工程を示す工程別断面図である。

【００５２】図１（ａ）において、２１は銅箔２２に絶
縁基材である絶縁層２３をコーティングした樹脂付銅箔
材であり、絶縁層２３側から炭酸ガスレーザを照射して
ビアホール２４を形成したものである。ビアホール２４
の形成には、炭酸ガスレーザ以外にエキシマレーザやＹ
ＡＧレーザ等が使用可能である。レーザ以外のドリル加
工等のビアホール形成方法も可能であるが、レーザビー
ムで穴あけ加工すると、微細な径で穴あけできるため好
ましい。

【００５３】ビアホールの形成は、炭酸ガスレーザの出
力と照射時間等を調整することで、銅箔２２に穴を開け
ないようにしている。また本例では、厚さ９μｍの銅箔
にＢステージ状態のエポキシ樹脂層をコーティングした
樹脂付銅箔材を用いている。ここで、樹脂付銅箔材を用
いることは、樹脂のみのプリプレグ等に穴あけしてから
後述するペースト充填を行ない、その後プリプレグ等の
両面に銅箔を配置して一体化する場合より、すでに片面
に銅箔が一体化しているため、ペースト充填を容易に行
なうことができる。

【００５４】図１（ａ）に示すように、ビアホール２４
の形成が完了すると、次に、図１（ｂ）に示すように、
ビアホール２４内に層間接続用材料であるペースト５０
を充填する。ペースト５０は、Ｓｎを４２重量％、Ｂｉ
を５８重量％の組成を持つ略球状の平均粒径１．２μｍ
の金属粒子（本実施形態の第１の金属粒子）１００ｇ
と、略球状の平均粒径５．１μｍの銅粉（本実施形態の
第２の金属粒子）５００ｇとに、有機溶剤であるセロソ
ルブアセテート１００ｇを加え、プラネタリーミキサに
よって混合しペースト化したものである。

【００５５】ペースト５０は、メタルマスクを用いたス
クリーン印刷機により、ビアホール２４内に印刷充填さ
れる。ビアホール２４内へのペースト５０の充填は、本
例ではスクリーン印刷機を用いたが、確実に充填ができ
るのであれば、他の方法を用いることも可能である。

【００５６】ビアホール２４内へのペースト５０の充填
が完了すると、図１（ｃ）に示すように、樹脂付銅箔材
２１の銅箔２２が設けられた側と反対側（図１（ｃ）中
上方側）に銅箔２５を配置し、樹脂付銅箔材２１と銅箔
２５とを真空加熱プレス機によりプレスする。これによ
り、絶縁層２３の硬化の進行に伴い銅箔２５は樹脂付銅
箔材２１の絶縁層２３に密着するとともに、ビアホール
２４内のペースト５０により、銅箔２２と銅箔２５とが
層間接続される。

【００５７】ここで、層間接続のメカニズムを図２に基
づいて説明する。図２はペースト５０内の金属粒子の状
態を示す部分拡大図である。ビアホール２４内に充填さ
れたペースト５０は、真空加熱プレス機により加熱され
る前には、図２（ａ）に示す状態にある。すなわち、第
１の金属粒子５１と第２の金属粒子５２とが混合された
状態にある。

【００５８】そして、このペースト５０が１８０℃に加
熱されると、第１の金属粒子５１の固相温度（本例では
融点）は１３９℃であるため、第１の金属粒子５１は融
解し、第２の金属粒子５２の外周を覆うように付着す
る。この状態で加熱が継続すると、第１の金属粒子５１
を構成する成分は、第２の金属粒子５２である銅粉の表
面から拡散を始め、図２（ｂ）に示すように、第２の金
属粒子５２の外周部に合金層５３が形成される。加熱が
継続している間は、この合金層５３に第１の金属粒子５
１を構成する成分と銅とがともに拡散をつづけ、合金層
５３は厚さを増していく。

【００５９】本例では、９０分間加熱を継続したとこ
ろ、第１の金属粒子５１はほぼすべて合金層５３内に取
り込まれ平均膜厚約０．７μｍの合金層５３が得られ
た。この合金層形成が進行していくときに、図２（ｂ）
に示すように、隣接する第２の金属粒子５２外周の合金
層５３同士が接合される。また、これと同様の合金層は
銅箔２２、２５のペースト５０に接触している部分でも
形成されるため、銅箔２２、２５に接触している第２の
金属粒子５２外周の合金層５３は、銅箔２２、２５と接
合される。このようにして、銅箔２２と銅箔２５との層
間接続が行なわれる。なお、形成された合金層５３の固
相温度は２５０℃以上となる。

【００６０】なお本例では、第１の金属粒子５１は、Ｓ
ｎを４２重量％、Ｂｉを５８重量％の組成を持つもので
あったが、Ｓｎに対し１２０〜１８０重量％のＢｉを含
有するとともに、ＳｎおよびＢｉが第１の金属粒子の９
０重量％以上を占めるものであればよい。また、Ｓｎに
対し９０〜１２０重量％のＩｎを含有するとともに、Ｓ
ｎおよびＩｎが前記第１の金属粒子の８０重量％以上を
占めるものであってもよい。

【００６１】ＢｉがＳｎに対し１２０重量％未満となっ
たり、ＩｎがＳｎに対し９０重量％未満となった場合に
は、第１の金属粒子５１の固相温度が約２００℃を超え
るため、層間接続時の加熱温度を高温にすることが必要
となってしまう。また、ＢｉがＳｎに対し１８０重量％
を超えたり、ＩｎがＳｎに対し９０重量％超えたりした
場合には、第１の金属粒子５１や合金層５３が脆くなる
という問題が発生する。特に合金層５３が脆くなると、
層間接続の信頼性が大きく低下する。

【００６２】ＳｎおよびＢｉが第１の金属粒子の９０重
量％未満の場合や、ＳｎおよびＩｎが第１の金属粒子の
８０重量％未満の場合にも、第１の金属粒子５１や合金
層５３が脆くなる。また、第１の金属粒子５１にＰｂを
含有させてもよい。これによると、第１の金属粒子５１
や合金層５３が脆くなることを一層抑制することができ
る。

【００６３】また本例では、第２の金属粒子５２を５０
０ｇに対し第１の金属粒子５１を１００ｇの割合で混合
したが、第１の金属粒子５１が第２の金属粒子５２に対
し重量比で１／２０〜１／３含まれていればよい。第１
の金属粒子５１が第２の金属粒子５２に対し１／２０未
満であると、第２の金属粒子５２外周面に均一な合金層
５３が形成されず、合金層５３同士の接合が安定して行
なわれないという不具合が発生し易い。

【００６４】また、第１の金属粒子５１の加熱溶融時
に、第２の金属粒子５２の位置移動が起き難いため、加
熱前に金属粒子間に含まれていた空気や有機溶剤が気化
し、ガスがビアホール２４の外部に排出され難くなると
いう不具合も発生し易い。これらの不具合は、層間接続
信頼性の低下をもたらす。

【００６５】一方、第１の金属粒子５１が第２の金属粒
子５２に対し１／３を超えると、固相温度が低い第１の
金属粒子５１を構成する成分のみが単独で存在する領域
が多くなり、後述する部品実装のはんだ付け工程等の層
間接続後の加熱工程で層間接続用材料が流動する可能性
がある。また、ビアホール２４内の層間接続用材料のク
リープ特性が大きくなり、プリント多層基板の使用環境
下での温度変化や機械的変形の繰り返しによる層間接続
信頼性の低下を招きやすい。

【００６６】また本例では、第１の金属粒子５１の平均
粒径は１．２μｍであり、第２の金属粒子５２の平均粒
径は５．１μｍであったが、第１の金属粒子５１は、平
均粒径が０．１〜１０μｍの略球状であり、第２の金属
粒子５２は、平均粒径が第１の金属粒子５１の平均粒径
の４倍以上の略球状であればよい。

【００６７】第１の金属粒子５１の平均粒径が０．１μ
ｍ未満であったり、略球状ではなく表面に凹凸を多数有
すると、第１の金属粒子５１の比表面積が大きくなり、
ビアホール充填に適した粘度にペースト化するためには
多量の有機溶剤を必要とする。多量の有機溶剤を含んだ
ペーストは、加熱されると多量のガスを発生するため、
ビアホール２４内にボイドが発生し易く、層間接続信頼
性を低下させる。

【００６８】一方、第１の金属粒子５１の平均粒径が１
０μｍを超えたり、、第２の金属粒子５２の平均粒径が
第１の金属粒子５１の平均粒径の４倍未満の場合には、
第２の金属粒子５２に対し、第１の金属粒子５１が偏在
しやすくなり、加熱しても均一な合金層５３を形成し難
く、層間接続信頼性を確保し難いという問題があり好ま
しくない。

【００６９】銅箔２２と銅箔２５の層間接続が完了する
と、次に、銅箔２２、２５のパターンエッチングを行な
い、図１（ｄ）に示すように、絶縁層２３の両面に導体
パターン２２ａ、２５ａを形成する。そして次に、図１
（ｅ）に示すように、導体パターン２２ａ、２５ａ形成
面に樹脂付銅箔材３１を絶縁層３３が内側になるように
配置し、真空加熱プレスして一体化する。本例では、こ
こでも厚さ９μｍの銅箔にエポキシ樹脂層をコーティン
グした樹脂付銅箔材を用い、１８０℃で加熱している。

【００７０】樹脂付銅箔材３１のプレス接合が完了する
と、次に、炭酸ガスレーザを用いて、図１（ｆ）に示す
ように、ビアホール３４を形成する。このとき、炭酸ガ
スレーザ以外を用いてもビアホール３４が形成可能であ
ることは、図１（ａ）に示す工程と同様である。本例で
は樹脂付銅箔材３１の銅箔３２の厚さは９μｍであった
ので炭酸ガスレーザの照射のみでビアホール３４を形成
したが、例えば銅箔が１８μｍと厚い樹脂付銅箔材を用
いた場合には、ビアホール形成部の銅箔をエッチングし
た後、樹脂付銅箔材の絶縁層のみをレーザ照射等により
穴あけし、ビアホールを形成することもできる。

【００７１】図１（ｆ）に示す工程でビアホール３４を
形成したら、次に、図１（ｇ）に示すように、ビアホー
ル３４内に、図１（ｂ）に示す工程で充填したものと同
じペースト５０を充填し、１８０℃で加熱プレスして、
導体パターン２２ａ、２５ａと銅箔３２とを層間接続す
る。このとき図１（ｃ）に示した工程時と同様のメカニ
ズムで層間接続が行なわれる。なおこのとき、プレスに
より加圧を行なわず、加熱のみでも層間接続は可能であ
る。

【００７２】導体パターン２２ａ、２５ａと複数の銅箔
３２との層間接続が完了すると、次に、銅箔３２のパタ
ーンエッチングを行ない、図１（ｈ）に示すように、絶
縁層３３の外側両面に導体パターン３２ａを形成する。
その後、図１（ｅ）から図１（ｈ）に示す工程と同様の
工程を繰り返すことで、図１（ｉ）に示すように、６層
のプリント多層基板１００が得られる。

【００７３】その後、図１（ｊ）に示すように、プリン
ト多層基板１００の最外層にある導体パターン４２ａの
外側両面の部品実装時はんだ付けを必要としない部分
に、ソルダーレジスト層４５をパターン形成する。そし
て、図１（ｋ）に示すように、導体パターン４２ａ上の
ソルダーレジスト層４５を形成していない部分に、はん
だペースト４６を印刷後、例えばチップサイズパッケー
ジのような実装部品４７をマウントし、リフロー炉で２
３０℃に加熱してはんだを溶融し、実装部品４７をプリ
ント多層基板１００上に実装する。なお、図１（ｋ）で
は、プリント多層基板１００の下面側の部品実装の図示
は省略している。

【００７４】層間接続工程以降の加熱工程の最高温度
は、リフロー炉での加熱温度である２３０℃であるが、
層間接続材料中に形成された合金層５３の固相温度は２
５０℃以上であるので、合金層５３が再溶融することは
ない。

【００７５】なお、上述の製造工程において、図１
（ｄ）、（ｈ）等に示す工程が、本実施形態における導
体パターン層形成工程であり、図１（ａ）、（ｆ）等に
示す工程が穴あけ工程、図１（ｂ）に示す工程および図
１（ｇ）に示す工程のペースト５０充填工程等が充填工
程、図１（ｃ）に示す工程および図１（ｇ）に示す工程
の加熱プレス工程等が層間接続工程である。

【００７６】上述の層間接続用材料およびこれを用いた
プリント多層基板の製造方法によれば、充填工程でビア
ホール内に充填された層間接続用材料であるペースト５
０は、層間接続工程での加熱により第１の金属粒子５１
を構成する金属が第２の金属粒子５２の外周面に第２の
金属粒子５２を構成する金属と合金層５３を形成し、第
２の金属粒子５２外周面の合金層５３同士が接合する。
そしてこの合金層５３は、その後の加熱工程で再溶融す
ることはない。従って、ビアホール２４、３４、４４内
でガス成分が移動してビアホール２４、３４、４４内の
導体パターン２２ａ、２５ａ、３２ａ、４２ａ近傍に集
まることはない。このようにして、プリント多層基板１
００の層間接続の信頼性が低下することを防止できる。

【００７７】また、図１（ｊ）に示すように、ビアホー
ル３４にビアホール４４を重ねて配置する所謂ビア・オ
ン・ビア接続等も可能であり、プリント多層基板の高密
度化に対応することができる。

【００７８】また、層間接続信頼性低下の防止対策とし
て、部品実装はんだ付け温度を超える温度でしか溶融し
ない高融点の金属成分をビアホール内に充填し、層間接
続に使用する方法もあるが、この場合には、層間接続時
には非常に高温に加熱する必要がある。そして、プリン
ト基板の絶縁層形成温度（例えば熱硬化性樹脂の硬化温
度）が層間接続温度より低いと、層間接続の熱処理ごと
に、絶縁層が収縮等を発生し、プリント基板が反りやね
じれ等の変形を生じるという問題がある。

【００７９】ところが、本実施形態によれば、層間接続
温度は第１の金属粒子５１の固相温度以上であればよい
ので、絶縁層形成温度以下に設定することができ、この
問題点も克服できる。

【００８０】（第２の実施形態）次に、第２の実施形態
について図に基づいて説明する。

【００８１】第２の実施形態では、第１の実施形態に対
し層間接続用材料であるペースト５０の構成が異なる。
プリント多層基板１００の製造方法は第１の実施形態と
同様である。なお、第１の実施形態と同様の部分につい
ては、同一の符号をつけ、その説明を省略する。

【００８２】本実施形態におけるペースト５０は、図３
（ａ）に示すように、略球状の平均粒径３．２μｍの第
２の金属である銅の粉末からなる金属粒子６２の外周面
に、Ｓｎを４２重量％、Ｂｉを５８重量％の組成を持つ
第１の金属からなる被覆金属層６１（本実施形態の金属
層）をめっきにより平均膜厚約０．２μｍコーティング
した粉末６０を５００ｇに対し、有機溶剤であるセロソ
ルブアセテート１２０ｇを加え、プラネタリーミキサに
よって混合しペースト化したものである。

【００８３】ここで、図１（ｃ）の工程における層間接
続のメカニズムを説明する。図３はペースト５０内の粉
末６０の状態を示す部分拡大図である。図１に示すビア
ホール２４内に充填されたペースト５０は、真空加熱プ
レス機により加熱される前には、図３（ａ）に示すよう
な状態である。

【００８４】そして、このペースト５０が１８０℃に加
熱されると、被覆金属層６１の固相温度（本例では融
点）は１３９℃であるため、被覆金属層６１は融解した
状態で、金属粒子６２の外周を覆っている。この状態で
加熱が継続すると、被覆金属層６１を構成する成分は、
金属粒子６２である銅粉の表面から拡散を始め、図３
（ｂ）に示すように、合金層５３が形成される。加熱が
継続している間は、この合金層５３に被覆金属層６１を
構成する成分と銅とがともに拡散をつづけ、合金層５３
は厚さを増していく。

【００８５】本例では、９０分間加熱を継続したとこ
ろ、被覆金属層６１はほぼすべて合金層５３内に取り込
まれ平均膜厚約０．４μｍの合金層５３が得られた。こ
の合金層形成が進行していくときに、図３（ｂ）に示す
ように、隣接する金属粒子６２外周の合金層５３同士が
接合される。また、これと同様の合金層は図１に示す銅
箔２２、２５のペースト５０に接触している部分でも形
成されるため、銅箔２２、２５に接触している金属粒子
６２外周の合金層５３は、銅箔２２、２５と接合され
る。このようにして、銅箔２２と銅箔２５との層間接続
が行なわれる。なお、形成された合金層５３の固相温度
は２５０℃以上となる。

【００８６】なお本例では、被覆金属層６１は、Ｓｎを
４２重量％、Ｂｉを５８重量％の組成を持つものであっ
たが、Ｓｎに対し１２０〜１８０重量％のＢｉを含有す
るとともに、ＳｎおよびＢｉが金属粒子６２の９０重量
％以上を占めるものであればよい。また、Ｓｎに対し９
０〜１２０重量％のＩｎを含有するとともに、Ｓｎおよ
びＩｎが金属粒子６２の８０重量％以上を占めるもので
あってもよい。また、被覆金属層６１にＰｂを含有させ
てもよい。それらの効果は、第１の実施形態における第
１の金属粒子５１の場合と同様である。

【００８７】また本例では、平均粒径３．２μｍの金属
粒子６２に平均膜厚約０．２μｍの被覆金属層６１をコ
ーティングした粉末６０を用いたが、被覆金属層６１が
金属粒子６２に対し重量比で１／２０〜１／３であれば
よい。その効果は、第１の実施形態における第１の金属
粒子５１と第２の金属粒子５２との関係と同様である。

【００８８】また本例では、金属粒子６２の平均粒径は
３．２μｍであったが、金属粒子６２は、平均粒径が
０．１以上の略球状であればよい。金属粒子６２の平均
粒径が０．１μｍ未満であったり、略球状ではなく表面
に凹凸を多数有すると、金属粒子６２の比表面積が大き
くなり、ビアホール充填に適した粘度にペースト化する
ためには多量の有機溶剤を必要とする。多量の有機溶剤
を含んだペーストは、加熱されると多量のガスを発生す
るため、ビアホール２４内にボイドが発生し易く、層間
接続信頼性を低下させる。

【００８９】層間接続のメカニズムは、ビアホール２４
以外のビアホール内においても同様である。

【００９０】上述の層間接続用材料およびこれを用いた
プリント多層基板の製造方法によれば、充填工程でビア
ホール内に充填された層間接続用材料であるペースト５
０は、層間接続工程での加熱により被覆金属層６１を構
成する金属が金属粒子６２の外周面に金属粒子６２を構
成する金属と合金層５３を形成し、金属粒子６２外周面
の合金層５３同士が接合する。そしてこの合金層５３
は、その後の加熱工程で再溶融することはない。従っ
て、ビアホール２４、３４、４４内でガス成分が移動し
てビアホール２４、３４、４４内の導体パターン２２
ａ、２５ａ、３２ａ、４２ａ近傍に集まることはない。
このようにして、プリント多層基板１００の層間接続の
信頼性が低下することを防止できる。

【００９１】また、図１（ｊ）に示すように、ビアホー
ル３４にビアホール４４を重ねて配置する所謂ビア・オ
ン・ビア接続等も可能であり、プリント多層基板を高密
度化することができる。

【００９２】また、層間接続信頼性低下の防止対策とし
て、部品実装はんだ付け温度を超える温度でしか溶融し
ない高融点の金属成分をビアホール内に充填し、層間接
続に使用する方法もあるが、この場合には、層間接続時
には非常に高温に加熱する必要がある。そして、プリン
ト基板の絶縁層形成温度（例えば熱硬化性樹脂の硬化温
度）が層間接続温度より低いと、層間接続の熱処理ごと
に、絶縁層が収縮等を発生し、プリント基板が反りやね
じれ等の変形を生じるという問題がある。

【００９３】ところが、本実施形態によれば、層間接続
温度は被覆金属層６１の固相温度以上であればよいの
で、絶縁層形成温度以下に設定することができ、この問
題点も克服できる。

【００９４】（他の実施形態）上記第１の実施形態にお
いて、第２の金属粒子５２を構成する金属は銅であり、
上記第２の実施形態において、第２の金属は銅であった
が、いずれも銅に限らず、第１の金属粒子５１もしくは
第１の金属と合金を形成し、この合金の固相温度がプリ
ント多層基板製造工程の層間接続工程以降の加熱工程の
最高温度より高くなる金属であればよい。例えば、Ａｇ
であってもよいし、ＡｇまたはＣｕを１０重量％以上含
有するとともに、ＡｇまたはＣｕ以外にはＳｎのみを含
有するものであってもよい。

【００９５】また、上記各実施形態において、層間接続
用材料はペースト５０であったが、ビアホール内に充填
が可能であれば、ペースト状ではなく粒状等であっても
よい。

【００９６】また、上記各実施形態において、プリント
多層基板１００は６層基板であったが、複数の導体パタ
ーン層を有するものであれば、層数が限定されるもので
はないことは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるプリント多層基板の製造工程を
示す工程別断面図である。

【図２】本発明の第１の実施形態におけるビアホール内
に充填されたペースト５０内の金属粒子の状態を示す部
分拡大図であり、（ａ）は熱処理前の状態、（ｂ）は熱
処理後の状態を示す。

【図３】本発明の第２の実施形態におけるビアホール内
に充填されたペースト５０内の金属粒子の状態を示す部
分拡大図であり、（ａ）は熱処理前の状態、（ｂ）は熱
処理後の状態を示す。

【符号の説明】

２１、３１樹脂付銅箔材２２、２５、３２銅箔２２ａ、２５ａ、３２ａ、４２ａ導体パターン２３、３３、４３絶縁層（絶縁基材）２４、３４、４４ビアホール５０ペースト（層間接続用材料）５１第１の金属粒子５２第２の金属粒子５３合金層６１被覆金属層（金属層）６２金属粒子１００プリント多層基板

フロントページの続き (72)発明者三倉英弘愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内 (72)発明者秋田直幸愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内Ｆターム(参考） 4E351 AA01 BB01 BB26 BB31 CC11 DD10 DD12 DD13 DD21 DD24 DD52 DD56 EE01 GG06 5E346 CC09 CC32 CC33 DD03 DD13 EE13 EE14 EE18 EE20 FF01 FF18 FF27 GG15 GG19 HH07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の金属粒子（５１）と、この第１の金属粒子（５１）と前記第１の金属粒子（５
１）の固相温度以上で熱処理を行なうことで外周面に合
金層（５３）を形成し、この合金層（５３）の固相温度
が、前記合金層（５３）形成以降にプリント多層基板
（１００）に対して行なわれる加熱工程の最高温度より
高くなる第２の金属粒子（５２）とを含有することを特
徴とするプリント多層基板の層間接続用材料。
【請求項２】前記合金層（５３）の形成後には、前記
第１の金属粒子（５１）がすべて前記合金層（５３）内
に取り込まれることを特徴とする請求項１に記載のプリ
ント多層基板の層間接続用材料。
【請求項３】前記第１の金属粒子（５１）は、Ｓｎお
よびＢｉを含有することを特徴とする請求項１または請
求項２に記載のプリント多層基板の層間接続用材料。
【請求項４】前記第１の金属粒子（５１）は、Ｓｎに
対し１２０〜１８０重量％のＢｉを含有するとともに、
ＳｎおよびＢｉが前記第１の金属粒子（５１）の９０重
量％以上を占めることを特徴とする請求項３に記載のプ
リント多層基板の層間接続用材料。
【請求項５】前記第１の金属粒子（５１）は、Ｓｎお
よびＩｎを含有することを特徴とする請求項１または請
求項２に記載のプリント多層基板の層間接続用材料。
【請求項６】前記第１の金属粒子（５１）は、Ｓｎに
対し９０〜１２０重量％のＩｎを含有するとともに、Ｓ
ｎおよびＩｎが前記第１の金属粒子（５１）の８０重量
％以上を占めることを特徴とする請求項５に記載のプリ
ント多層基板の層間接続用材料。
【請求項７】前記第１の金属粒子（５１）は、Ｐｂを
含むことを特徴とする請求項３ないし請求項６のいずれ
か１つに記載のプリント多層基板の層間接続用材料。
【請求項８】前記第１の金属粒子（５１）が前記第２
の金属粒子（５２）に対し重量比で１／２０〜１／３含
まれることを特徴とする請求項４、請求項６および請求
項７のいずれか１つに記載のプリント多層基板の層間接
続用材料。
【請求項９】少なくとも有機溶剤を含有し、ペースト
状であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のい
ずれか１つに記載のプリント多層基板の層間接続用材
料。
【請求項１０】前記第１の金属粒子（５１）は、平均
粒径が０．１〜１０μｍの略球状であり、前記第２の金
属粒子（５２）は、平均粒径が前記第１の金属粒子（５
１）の平均粒径の４倍以上の略球状であることを特徴と
する請求項９に記載のプリント多層基板の層間接続用材
料。
【請求項１１】外周に第１の金属からなる金属層（６
１）を有し、前記第１の金属の固相温度以上で熱処理を
行なうことで外周面に前記第１の金属との合金層（５
３）を形成し、この合金層（５３）の固相温度が、前記
合金層（５３）形成以降にプリント多層基板（１００）
に対して行なわれる加熱工程の最高温度より高くなる第
２の金属からなる金属粒子（６２）を含有することを特
徴とするプリント多層基板の層間接続用材料。
【請求項１２】前記合金層（５３）の形成後には、前
記金属層（６１）がすべて前記合金層（５３）内に取り
込まれることを特徴とする請求項１１に記載のプリント
多層基板の層間接続用材料。
【請求項１３】前記第１の金属は、ＳｎおよびＢｉを
含有することを特徴とする請求項１１または請求項１２
に記載のプリント多層基板の層間接続用材料。
【請求項１４】前記第１の金属は、Ｓｎに対し１２０
〜１８０重量％のＢｉを含有するとともに、Ｓｎおよび
Ｂｉが前記第１の金属の９０重量％以上を占めることを
特徴とする請求項１３に記載のプリント多層基板の層間
接続用材料。
【請求項１５】前記第１の金属は、ＳｎおよびＩｎを
含有することを特徴とする請求項１１または請求項１２
に記載のプリント多層基板の層間接続用材料。
【請求項１６】前記第１の金属は、Ｓｎに対し９０〜
１２０重量％のＩｎを含有するとともに、ＳｎおよびＩ
ｎが前記第１の金属の８０重量％以上を占めることを特
徴とする請求項１５に記載のプリント多層基板の層間接
続用材料。
【請求項１７】前記第１の金属は、Ｐｂを含むことを
特徴とする請求項１３ないし請求項１６のいずれか１つ
に記載のプリント多層基板の層間接続用材料。
【請求項１８】前記第１の金属からなる前記金属層
（６１）が前記第２の金属からなる前記金属粒子（６
２）に対し重量比で１／２０〜１／３であることを特徴
とする請求項１４、請求項１６および請求項１７のいず
れか１つに記載のプリント多層基板の層間接続用材料。
【請求項１９】少なくとも有機溶剤を含有し、ペース
ト状であることを特徴とする請求項１１ないし請求項１
８のいずれか１つに記載のプリント多層基板の層間接続
用材料。
【請求項２０】前記第２の金属からなる前記金属粒子
（６２）は、平均粒径が０．１μｍ以上の略球状である
ことを特徴とする請求項１９に記載のプリント多層基板
の層間接続用材料。
【請求項２１】絶縁基材（２３、３３、４３）に複数
の導体パターン層（２２ａ、２５ａ、３２ａ、４２ａ）
を形成する導体パターン層形成工程と、前記絶縁基材（２３、３３、４３）にビアホール（２
４、３４、４４）を穴あけする穴あけ工程と、前記ビアホール（２４、３４、４４）内に層間接続用材
料（５０）を充填する充填工程と、前記層間接続用材料（５０）を加熱して前記複数の導体
パターン層（２２ａ、２５ａ、３２ａ、４２ａ）間を接
続する層間接続工程を有するプリント多層基板の製造方
法において、前記充填工程では、第１の金属粒子（５１）と、この第
１の金属粒子（５１）の固相温度以上で熱処理を行なう
ことで外周面に前記第１の金属粒子（５１）との合金層
（５３）を形成し、この合金層（５３）の固相温度が、
前記層間接続工程以降に前記プリント多層基板（１０
０）に対して行なわれる加熱工程の最高温度より高くな
る第２の金属粒子（５２）とを含有する層間接続用材料
（５０）を充填するとともに、前記層間接続工程では、前記第１の金属粒子（５１）の
固相温度以上に加熱することを特徴とするプリント多層
基板の製造方法。
【請求項２２】絶縁基材（２３、３３、４３）に複数
の導体パターン層（２２ａ、２５ａ、３２ａ、４２ａ）
を形成する導体パターン層形成工程と、前記絶縁基材（２３、３３、４３）にビアホール（２
４、３４、４４）を穴あけする穴あけ工程と、前記ビアホール（２４、３４、４４）内に層間接続用材
料（５０）を充填する充填工程と、前記層間接続用材料（５０）を加熱して前記複数の導体
パターン層（２２ａ、２５ａ、３２ａ、４２ａ）間を接
続する層間接続工程を有するプリント多層基板の製造方
法において、前記充填工程では、外周に第１の金属からなる金属層
（６１）を有し、前記第１の金属の固相温度以上で熱処
理を行なうことで外周面に前記第１の金属との合金層
（５３）を形成し、この合金層（５３）の固相温度が、
前記層間接続工程以降に前記プリント多層基板（１０
０）に対して行なわれる加熱工程の最高温度より高くな
る第２の金属からなる金属粒子（６２）を含有する層間
接続用材料（５０）を充填するとともに、前記層間接続工程では、前記第１の金属の固相温度以上
に加熱することを特徴とするプリント多層基板の製造方
法。