JP2002344139A

JP2002344139A - 非貫通ビアホールへの導電性ペーストの充填方法

Info

Publication number: JP2002344139A
Application number: JP2001147648A
Authority: JP
Inventors: Takashi Fukuchi; 崇史福地; Koji Ogura; 康志小倉
Original assignee: Asahi Kasei Corp
Current assignee: Asahi Kasei Corp
Priority date: 2001-05-17
Filing date: 2001-05-17
Publication date: 2002-11-29

Abstract

(57)【要約】【課題】プリント基板等の基板の非貫通ビアホールに導
電性ペーストを充填する際に、未充填部分を発生するこ
となく、容易に充填可能な方法を提供する。【解決手段】基板に設けられた非貫通ビアホールに導電
性ペーストを充填する際に、該非貫通ビアホール上に導
電性ペーストを印刷または塗布し、真空圧縮成型機で加
圧して前記非貫通ビアホールへ前記導電性ペーストを充
填し、さらに前記非貫通ビアホール上に前記導電性ペー
ストを印刷または塗布して真空加圧加熱により硬化させ
ることによって解決できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリント配線板等
の基板に設けられた非貫通ビアホールに導電性ペースト
を充填する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の小型、軽量化が急速に
進んでいる。それらに用いられている両面プリント配線
板や多層プリント配線板における層間の電気的接続材料
として、導電性ペーストが注目されている。これは、主
に導電性粉体と熱硬化性樹脂からなる混合物であり、絶
縁樹脂層に形成されたビアホールに充填することによ
り、従来の樹脂層上にめっき層を形成する方法では実現
できなかった、ビアホールの上にビアホールを形成する
ビア・オン・ビア構造や、実装用のパッドをビア上に形
成するパッド・オン・ビア構造が可能であり、小型化・
軽量化に有効な材料である。

【０００３】一方、ビルドアッププリント配線板を作製
する工法のひとつとして、樹脂付き銅箔法があり、最近
急速に普及してきている。この工法は以下のように行わ
れる。内層コア基板に樹脂付き銅箔を加熱プレスにより
積層した後、銅箔面のビア部分をエッチングし、続いて
レーザーで下の導電回路まで通じるビアホールを形成す
る。その表面に無電解めっき、続いて電解めっきを行
う、またはビアホール内に導電性ペーストを充填し、そ
の硬化物表面に電解めっきを施すといった方法で下の層
と表面の層との電気的接続をとり、その後パターンエッ
チングする。

【０００４】上記工程を繰り返すことによりビルドアッ
プ多層プリント配線板を製造する。この工法は樹脂部に
ガラスクロスがないためレーザーによるビア加工がしや
すい、フォトビア法に比べて工程管理が容易である、銅
箔とのピール強度が安定しやすいなどの特徴がある。樹
脂付き銅箔法で形成されるビアホールは、底のない状
態、すなわち非貫通ビアホールである。このビアホール
に導電性ペーストを空隙なく容易に充填する方法とし
て、ビアホールの開口部よりも小さい孔径のメタルマス
クでスクリーン印刷を行うことが知られている（例えば
特開２０００−６２１３６号公報記載）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のスクリ
ーン印刷のみによる充填方法では、樹脂付き銅箔のよう
な平面方向の圧縮変化を生じない絶縁基材の場合、加圧
加熱によって平面方向の圧縮変化が生じる、例えばガラ
スクロス入りのプリプレグのような多孔質基材に比べ
て、抵抗値ははるかに高かった。これは、導電性ペース
ト中の導電性粉どうしの圧縮が十分でなく、電気的接続
が取りにくいからである。

【０００６】この問題を解決するには、導電性ペースト
を高圧縮に充填し、その状態を保持したまま硬化させる
ことが必要不可欠であった。また、従来の方法ではビア
ホールの孔径が小さければ、メタルマスクの孔径はさら
に小さくする必要があるため、位置合わせが困難にな
り、メタルマスクの作製も含め限界が生じた。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで本発明者らは前記
問題点に鑑み、鋭意検討した結果、導電性ペーストを上
部に塗布した非貫通ビアホールを真空下で加圧すること
により、空隙を発生することがなく、かつ導電性粉体ど
うしの接触が非常に密である高圧縮充填工法を見出し、
本発明に至った。つまり、本発明の非貫通ビアホールへ
の導電性ペーストの充填方法は、基板に設けられた非貫
通ビアホールに導電性ペーストを充填する際に、該非貫
通ビアホール上に導電性ペーストを印刷または塗布し、
真空圧縮成型機で加圧して前記非貫通ビアホールへ前記
導電性ペーストを充填し、さらに前記非貫通ビアホール
上に前記導電性ペーストを印刷または塗布して真空加圧
加熱により硬化させることを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明について、以下に具体的に
説明する。本発明で用いられる充填方法は次のとおりで
ある。まず、絶縁基板などに設けられた非貫通ビアホー
ルの面に印刷を行う。導電性ペーストを印刷する方法と
しては、スクリーン印刷が一般的であるが、スクリーン
版を用いずに直接刷り込む方法や、ディスペンサー法等
がある。

【０００９】スクリーン印刷の場合、用いるスクリーン
版としては、例えばステンレスやポリエステル繊維から
なるメッシュスクリーン版や、ステンレスシートをエッ
チングして作製されるメタルマスク版などが挙げられ
る。マスクの孔径は、ビアホールの孔径と同じ、もしく
は大きいもので構わない。印刷または塗布された導電性
ペーストは基板表面より、ビアホールの厚さより盛り上
がっていると、後に行う常温での加圧により高圧縮充填
が可能になる。

【００１０】導電性ペーストにより印刷、または塗布さ
れた基板を、真空圧縮成型機により圧縮する。この際の
真空度は１ｋＰａ未満、成型機の室内温度は１０〜４０
℃、圧力は３０〜５０ｋｇｆ／ｃｍ²、加圧時間は５秒
以上であることが好ましい。真空状態にすることによ
り、非貫通ビアホール内の空気が脱気され、導電性ペー
ストの充填経路を確保できる。加圧後、圧力を０ｋｇｆ
／ｃｍ²にし、常圧になるまで急激にリークする。リー
クすることでビア上に存在するペーストがリークして導
入された空気によりビア内へ押され、底部まで充填でき
る。以上、印刷と加圧を複数回繰り返すことにより、空
隙なく導電性粉体どうしの圧縮が十分効いた充填が可能
である。

【００１１】ビアホールへ導電性ペーストを充填した
後、さらにビアホール上にペーストを印刷または塗布す
る。これは真空成型機による加熱プレスの際に、ビアホ
ール内のペーストの圧縮がより働いた状態で硬化される
ため、抵抗値の低い電気的接続が可能になる。導電性ペ
ーストの硬化は真空圧縮成型機により加圧加熱する。加
熱温度は導電性ペーストで使用している樹脂バインダー
や硬化剤の種類にもよるが、１３０〜２５０℃が一般的
である。

【００１２】加圧圧力の範囲は、１０〜２５０ｋｇ／ｃ
ｍ²が好ましい。１０ｋｇ／ｃｍ²未満であると、十分な
導電性が発現せず、２５０ｋｇ／ｃｍ²を超えると割れ
等が発生するため、好ましくない。硬化された基板表面
に残った過剰のペーストをバフロール等で除去すること
も必要に応じて可能である。本発明で用いる基板として
は、特に制限はないが、一般的に用いられる基材として
は、例えば紙基材−フェノール基板、ガラス基材−エポ
キシ基板、無機粉末と高分子化合物よりなるコンポジッ
ト基板、金属コア基板などのリジッド基材などがあげら
れる。これらの基材を用いた両面板、片面板、多層板な
どを用いることができる。これらの製造方法は公知の方
法で可能である。

【００１３】本発明に用いる非貫通ビアホールは例えば
以下の方法で製造できる。導体回路を有する絶縁基板上
に、液状またはドライフィルム状の感光性樹脂をスプレ
ーコートにより塗布または積層することにより、所望の
厚さの絶縁樹脂層を形成する。その後、スルーホールの
場所以外を露光、現像してビアホールを形成するなどで
ある。感光性絶縁樹脂の代わりに非感光性絶縁樹脂を用
いる場合には、レーザー照射により形成することができ
る。また、樹脂付き銅箔を真空プレス機で積層し、ビア
ホールの位置の銅をエッチングにより除去後、レーザー
照射する方法や、また、銅箔をエッチアウト後レーザー
照射による方法などがある。レーザーとしては、ＣＯ₂
レーザー、ＹＡＧレーザー、エキシマレーザーなどを用
いることができる。

【００１４】本発明で用いられる導電性ペーストとして
は、以下の特性を持つものが好ましい。導電性粒子の材
質は銀、銅、金、ニッケル、カーボン等、一般に使われ
ている公知の金属粒子を使用していればよい。例えば、
金属単独の粒子、二種以上の合金粒子、または金属粒子
を核とし、他の金属で被覆された粒子が挙げられる。導
電性粒子の形状としては、球状、多面体状、鱗片状、フ
レーク状等が挙げられ、これらを任意の比率で混合して
用いることができる。一般的には球状の方がペーストの
流動性に優れ、導電性粉末の含有率を上げることができ
るため好ましい。

【００１５】平均粒子径は０．１〜３０μmであり、
０．５〜１５μmが好ましい。好適の導電性粒子とし
て、銅粉、銀粉、銀めっき銅粉、銅合金粉等が挙げられ
る。銀粉は耐酸化性、導電性に優れているが、耐マイグ
レーション性に問題がある。また銅粉は耐マイグレーシ
ョン性に優れているが、酸化による導電性の低下が懸念
される。これらの問題を考慮に入れ、最適な導電性粒子
は不活性ガスアトマイズ法により作製された、銀銅合金
粉が挙げられる（特開平６−２６００１５号公報記
載）。この粉末の平均組成はＡｇ_XＣｕ_1-X（ただし、
０．０１≦Ｘ≦０．４、Ｘは原子比を表す）で表される
が、Ｘが０．０１未満では充分な耐酸化性が得られず、
０．４を越える場合には耐イオンマイグレーション性が
不十分である。粒子の表面の銀濃度が平均の銀濃度より
も高濃度という特徴があり、耐酸化性等の特性がより好
適に発現されるためには粉末表面の銀濃度が平均の銀濃
度の１．４以上であることが好ましい。この粉末表面お
よび表面近傍の銀濃度は英国ＶＧ社製Ｘ線光電子分光分
析装置ＥＳＣＡＬＡＢ２００−Ｘ型を用いて、表面から
の深さ５０オングストローム程度の表面銀濃度として求
めることができる。平均の銀濃度は資料を濃硝酸中で溶
解し、ＩＣＰ（高周波誘導結合型プラズマ発光分析計、
セイコー電子工業（株）製ＪＹ３８Ｐ−Ｐ２型）を用い
て測定したものである。

【００１６】本発明に用いられる導電性ペーストの樹脂
バインダー組成は、熱硬化性で導電性が得られるもので
あれば特に制限はない。一般的なものとしては、各種の
分子量のレゾール型フェノール樹脂、ノボラック型フェ
ノール樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ノボラッ
ク型エポキシ樹脂、および１分子中に１個以上のグリシ
ジル基を有する液状エポキシ化合物、例えばネオペンチ
ルグリコールジグリシジルエーテル、ビスフェノールＡ
ジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシ
ジルエーテル、ヘキサンジオールジグリシジルエーテル
などと、アミン、酸無水物等からなるエポキシ硬化剤と
の組み合わせが好ましい。その他のバインダー樹脂とし
て、メラミン樹脂、ユリア樹脂、キシレン樹脂、アルキ
ッド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポ
リイミド樹脂、フラン樹脂、ウレタン樹脂、ビスマレイ
ミド−トリアジン樹脂などが挙げられる。また、必要に
応じて熱可塑性樹脂や表面処理剤、分散剤などを添加す
ることができる。

【００１７】導電性粒子の比率が高い等の理由で印刷に
十分な流動性が得られない場合は粘度調整剤として有機
溶剤を添加してもよい。この溶剤は加熱プレスによるペ
ーストの硬化工程の際に蒸発するため、圧縮された導電
性粒子の充填性がより緻密になり高導電性を誘起するこ
とが可能である。ただし、ペースト硬化物内にボイドが
発生せず、また粘度も上記の範囲になるように、添加量
を調節しなければならない。好適な添加量は、ペースト
全体の３重量％以下である。

【００１８】本発明を実施例に基づいて説明する。

【００１９】

【実施例】（１）銅合金粉の作製銅粉（純度９９．９％）７２０ｇと銀粉（純度９９．９
％）１８０ｇを混合して黒鉛るつぼ（窒化ホウ素製ノズ
ル付き）に入れ、アルゴン雰囲気中で高周波誘導加熱に
より溶融し、１６００℃まで加熱した。この融液をアル
ゴン大気圧下でノズルより３０秒間で噴出した。同時
に、ボンベ入りアルゴンガス（ボンベ圧力１５０気圧）
４．２ＮＴＰｍ³ を噴出する融液に向かって周囲のノズ
ルより噴出した。得られた粉末を走査型電子顕微鏡で観
察したところ球状（平均粒径１９．６μｍ）であった。
この粉末表面の銀濃度を、ＸＰＳを用いて分析した結
果、Ａｇ／（Ａｇ＋Ｃｕ）（原子比）は０．４４９であ
った。また、濃硝酸に粒子を溶解しＩＣＰにより平均の
銀濃度を測定したところ、Ａｇ／（Ａｇ＋Ｃｕ）（原子
比）Ｘは０．１２８であった。従って粉末表面の銀濃度
は、平均の銀濃度の３．５倍であった。得られた銅合金
粉のうち、１０μｍ以下の径の粉を分級して抜き出しペ
ースト作製に使用した。

【００２０】（２）導電性ペーストの作製上記の銅合金粉１００重量部に、ノボラック型フェノー
ル樹脂５．４重量部と液状エポキシ樹脂３．６重量部、
ステアリン酸０．３重量部を加え、プラネタリミキサー
または三本ロールにて混練した。このペーストに潜在性
硬化剤ノバキュアー（旭化成エポキシ（株））重量部を
加えて撹拌して導電性ペーストを得た。粘度はシェアレ
ート１ｓ^-1での値が４８００ポイズで、構造粘性指数は
３、揮発分は１．５％であった。（３）導電性の評価方法ガラスエポキシ基材上に銅回路パターンを形成後、樹脂
つき銅箔（日立化成工業（株）ＭＣＦ−６０００、絶
縁層厚み６０μｍ、銅箔厚み１８μｍ）を真空プレ
スで積層した。銅箔上にドライフィルムレジスト（旭化
成（株）ＡＱ−３０３６）をラミネートし、ビアの位
置の銅箔が露出するようにパターンを形成し、露出した
銅箔部分をエッチング液で完全に除去した。ドライフィ
ルムレジストを剥離後、露出した絶縁樹脂部分をＣＯ₂
レーザーにて照射してビアホールを形成した（直径５
０μｍ）。

【００２１】図１に導電性ペーストの印刷充填方法を示
す。ビアホール上にスクリーン印刷機で２００μｍ径の
メタルマスクを介して導電性ペーストを印刷した（図１
ａ）。ビアホール上に剥離可能なポリエステル樹脂系の
フィルムを置き、真空プレス機にて室温、真空度を１．
０ｋＰａ未満、圧力を５０ｋｇｆ／ｃｍ²の条件で５秒
間加圧した（図１ｂ、ｃ）。ビアホール上にはみ出たペ
ーストを拭き取り（図１ｄ）、ａ〜ｄの工程を計３回行
った。この後、さらにビアホール上に導電性ペーストを
印刷し（図１ｅ）、真空プレス機を用いて加熱加圧硬化
した。表面をバフロールで研磨し、はみ出た導電性ペー
ストを除去した後、電解銅めっきで５μｍの銅層を形成
した。ドライフィルムレジストを用いてエッチングによ
り銅回路を形成し、プリント配線板を作製した。ビアホ
ール１穴あたりの体積抵抗率は０．６×１０^-5Ωｃｍで
あり、良好であった。光学顕微鏡により断面観察を行っ
た結果、ビア内のボイドは認められなかった。

【００２２】

【比較例】実施例と同様の積層板と導電性ペーストを用
いて孔径５０μｍの非貫通ビアホールに５０μｍ径のメ
タルマスクでスクリーン印刷を１０回行って充填し、抵
抗値を測定した結果、完全にオープンであった。光学顕
微鏡を用いた断面観察により、ビア内にボイドが認めら
れた。

【００２３】

【発明の効果】基板上に作製した非貫通ビアホールに導
電性ペーストを充填する際、ビアホール上にビアホール
開口部の直径より大きい径を有するメタルマスクでスク
リーン印刷または直接塗布し、真空圧縮成型機で常温に
て加圧することにより、未充填部分を発生することな
く、容易に充填可能である。また、導電性ペーストを加
熱加圧硬化する際、ビアホール上に導電性ペーストを印
刷することにより導電性粉末が密に圧縮され、導電性の
高い層間接続を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における導電性ペーストの充填方法の一
例を示す。

【符号の説明】

１．導電性ペースト２．銅箔層３．絶縁樹脂層４．導電回路５．剥離可能なフィルム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板に設けられた非貫通ビアホールに導電
性ペーストを充填する際に、該非貫通ビアホール上に導
電性ペーストを印刷または塗布し、真空圧縮成型機で加
圧して前記非貫通ビアホールへ前記導電性ペーストを充
填し、さらに前記非貫通ビアホール上に前記導電性ペー
ストを印刷または塗布して真空加圧加熱により硬化させ
ることを特徴とする非貫通ビアホールへの導電性ペース
トの充填方法。