JP2003258025A - バンプの形成方法 - Google Patents

バンプの形成方法

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JP2003258025A JP2002058103A JP2002058103A JP2003258025A JP 2003258025 A JP2003258025 A JP 2003258025A JP 2002058103 A JP2002058103 A JP 2002058103A JP 2002058103 A JP2002058103 A JP 2002058103A JP 2003258025 A JP2003258025 A JP 2003258025A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 連続回流印刷中の安定したバンプ高さを保
持し、高い硬度、割れ、配線パターンとの接続不良のな
いバンプを形成することのできる導電性ペ−ストの印刷
方法とその方法を用いたプリント配線板を提供する。 【解決手段】 少なくともメラミン樹脂、フェノ−ル樹
脂及びエポキシ樹脂のいずれか一つ以上から選ばれる樹
脂と導電粉末、溶剤及び2価アルコ−ル及び/又は3価
アルコ−ルを含有する導電性ペ−ストを使って、基板上
にバンプを形成する方法であって、15〜25℃の範囲
の温度で、溶剤とアルコール合計量中の該アルコ−ルの
濃度が1〜50質量%になるように制御して導電性ペー
ストを印刷することを特徴とするバンプの形成方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、導電性ペ−ストを
用いたバンプの形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】導電性ペ−スト組成物は、エレクトロニ
クス分野において、IC回路用、導電性接着剤、電磁波
シ−ルド等多くの用途に使用されている。特に最近で
は、少なくとも一方の面の所定位置に導電性ペ−ストで
作った円錐状導電バンプが設けられた第一の基板と、少
なくとも一方の面に配線パタ−ンが設けられた第二の基
板とを、前記導電バンプが設けられた面および前記配線
パタ−ンが設けられた面を内側にして対向させ、前記第
一の基板と前記第二の基板との間に絶縁体層を配置して
積層体を構成し、該積層体を積層プレスすることにより
絶縁体層の厚さ方向に前期バンプを貫通させて導電配線
部を形成するプリント配線板の製造方法が提案されてい
る。(特開平6−350258)
【0003】上記の導電バンプの形成には例えばメラミ
ン樹脂、フェノ−ル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹
脂等のバインダ−成分と例えば銀、金、 銅、半田粉等
の導電性粉末又はこれらの合金粉末を混合して調整した
導電性ペースト組成物が使用されている。
【0004】
【発明が解決しようする課題】上記プリント配線基板の
製造において上記導電性ペ−スト組成物を使用した場合
以下の課題があった。
【0005】円錐状バンプを形成するために印刷機によ
りメタルマスク等を介して印刷することで形成され、目
標のバンプ高さを達成する為に、数回印刷を繰り返す。
製造設備の制約から10枚単位で数回印刷するのを1回
流としてバンプを形成する。数回流を同一の導電性ペー
ストで印刷するのが一般的である。しかし、該バンプの
高さが印刷の回流を増すごとに前の回流の高さより徐々
にバンプ高さが上がってくるという問題がある。これに
伴いバンプ高さのバラツキも同時に大きくなることより
絶縁体層の貫通不良が発生し、接続不良が発生する。本
発明はこれらの問題点を解決することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決すべく鋭意研究を重ね、本願発明を完成した。即
ち本願発明は、 (1)少なくともメラミン樹脂、フェノ−ル樹脂及びエ
ポキシ樹脂のいずれか一つ以上から選ばれる樹脂と導電
粉末、溶剤及び2価アルコ−ル及び/又は3価アルコ−
ルを含む導電性ペ−ストを使って、バンプを形成する方
法であって、15〜25℃の範囲の温度で、溶剤とアル
コール合計量中の該アルコ−ルの濃度が1〜50質量%
になるように制御して導電性ペーストを印刷することを
特徴とするバンプの形成方法。 (2)溶剤とアルコール合計量中の該アルコールの濃度
を1〜20質量%に制御して印刷することを特徴とする
(1)に記載のバンプの形成方法。 (3)導電性ペースト塗布面上の空気の流れを0.1m
/秒以下に制御して印刷することを特徴とする(1)又
は(2)に記載のバンプの形成方法。 (4)2価アルコ−ル及び/又は3価アルコ−ルが18
0℃以上の沸点を有することを特徴とする(1)に記載
のバンプの形成方法。 (5)メラミン樹脂、フェノ−ル樹脂及びエポキシ樹脂
を含有する導電性ペーストを使用することを特徴とする
(1)に記載のバンプの形成方法。 (6)エポキシ樹脂の軟化点が80〜130℃であるこ
とを特徴とする(5)に記載のバンプの形成方法。 に関する。
【0007】
【実施の具体的態様】本発明は、導電ペ−ストを印刷機
により印刷することで円錐状のバンプを形成する方法に
関する。印刷機で印刷する場合にはフ−ド状のもので覆
うことで、塵混入防止し、フ−ド内の温度、湿度の管理
をすることで該バンプ高さを制御するのが一般的である
が、この温度及び湿度管理の為に調温と調湿をした空
気、即ちエアコンパッケ−ジを該フ−ド内に吹き込む方
法が取られている。このような状態の中で導電性ペ−ス
トをスキ−ジ−を介して印刷物に繰り返し印刷した場合
には、該ペ−スト中の溶剤が徐々に揮散し、銀ペ−スト
の粘度が徐々に上がるということが各種の配合組み合わ
せより明らかになった。本発明は、この溶剤揮散による
粘度増加に着目し鋭意検討した結果、以下の方法を取る
ことで解決することを見出した。即ち、本発明は、15
〜25℃の温度範囲で導電性ペ−スト中の溶剤と2価及
び/又は3価アルコールの合計量の該アルコ−ル濃度を
1〜50質量%、好ましくは1〜20質量%に制御し、
メタルマスク版を介して該ペ−ストを印刷し円錐状バン
プを形成させる。バンプは、位置合わせ用のカメラを装
備した印刷機により数回印刷を行い形成させる。導電性
ペースト中の溶剤より蒸気圧の低いアルコールを使用す
ることが好ましく、この場合印刷中に溶剤とアルコール
合計量中のアルコール濃度が低下するので、この濃度変
化を抑える為に、導電性ペースト塗布面上の空気の流れ
を0.1m/秒以下、更に好ましくは0.01m/秒以
下に制御して印刷するのが好ましい。本発明では2価及
び/または3価アルコールを含有する導電性ペーストを
使用するのが好ましい。これは2価及び3価アルコール
はバンプ高さを高くする作用を持っており、印刷当初は
この作用によりバンプ高さを高くすることができる。印
刷中には溶剤と2価及び/又は3価アルコールが揮発す
ることによりペ−ストの粘度が徐々に上昇してバンプ高
さを上昇させることことになるが、2価及び/又は3価
のアルコ−ルも同時に揮発するため、印刷当初のバンプ
高さを高くする効果は少なくなっており、両効果により
印刷中においてバンプの高さを一定に保つことが可能と
なる。本願発明者らは印刷条件を鋭意検討した結果、1
5〜25℃の温度範囲で、導電性ペ−ストの印刷面の空気
の流れを0.1m/秒以下に抑制し、好ましくは0.0
1m/秒以下、更に溶剤とアルコールの合計量中の該ア
ルコールの濃度を1〜50質量%、好ましくは1〜20質量
%更に好ましくは1〜12質量%に制御することが上記
バランスを取るのに最もよいことを見出した。本発明に
用いるエポキシ樹脂は、METTLER FP−90自
動軟化点測定装置で測定した軟化点が80℃以上130
℃以下のエポキシ樹脂が好ましく、より好ましくは95
℃以上125℃以下のエポキシ樹脂である。エポキシ樹
脂の軟化点がこの範囲にあると、バンプの絶縁体貫通性
が良好でバンプの割れがなく、且つバンプと銅箔の接着
力が大きい点から好ましい。
【0008】これらのエポキシ樹脂としてはビスフェノ
−ル型エポキシ樹脂、トリスグリシジル型エポキシ樹
脂、テトラグリシジル型エポキシ樹脂、ノボラック型エ
ポキシ樹脂を使用できるが、好ましくは、固形ビスフェ
ノ−ル型エポキシ樹脂単独、又は固形ビスフェノ−ル型
エポキシ樹脂とノボラック型エポキシ樹脂の混合が好ま
しい。固形ビスフェノ−ル型エポキシ樹脂とノボラック
型エポキシ樹脂の混合の場合も軟化点が80〜130℃
の範囲であることが好ましい。ノボラック樹脂の単独使
用はバンプ硬度が高くなるが接着力が低下する欠点があ
るので好ましくない。
【0009】メラミン樹脂とフェノール樹脂及びエポキ
シ樹脂のいずれか一つ以上から選ばれる樹脂を使用する
ことが好ましく、メラミン樹脂とフェノ−ル樹脂にエポ
キシ樹脂を配合する割合はメラミン樹脂及びフェノ−ル
樹脂100質量部に対しエポキシ樹脂300〜800質
量部が好ましく、特に好ましくは500〜700質量部
が好ましい。エポキシ樹脂が多くなるとバンプの硬度が
不足し、また少なすぎると接着力が不足し、且つ脆くな
る場合がある。フェノ−ル樹脂100質量部に対してメ
ラミン樹脂の割合が10〜100質量部が好ましく、更
に好ましくは30〜70質量部が好ましい。
【0010】本発明において、バンプ性能が低下しない
範囲内でエポキシ樹脂の潜在性硬化剤となる硬化剤(以
下硬化剤という)を使用しても良い。これら硬化剤とし
てはジシアンジアミド、ジアミノジフェニルスルホン、
フェノ−ル樹脂潜在性のイミダゾール等が挙げられる。
硬化剤は単独使用あるいは2種以上併用できる。硬化剤
の選定に当たってはポットライフが長いこと、バンプ硬
化度の制御が容易であること、プリント配線板成形温度
と同等の硬化温度であること、ボイドの原因となるよう
な副生成物の発生が極めて少ないことが考慮される。
【0011】本発明においては、導電粉末としては例え
ば銀、金、銅、半田粉等の金属粉末、これらの合金粉末
もしくは混合金属粉末を使用できるが、硬度の点で銀、
銅が好ましい。使用される導電金属粉量は樹脂の合計量
100質量部に対して、300以上1500質量部以
下、好ましくは450以上1000質量部以下の割合で
用いられる。
【0012】上記の導電金属粉の割合が樹脂の合計量1
00質量部に対して、300部より少ない場合は、良好
な導電性が得られない場合がある。また該金属粉の割合
が1500質量部を超える場合は、ペ−ストの流動性が
低下し、印刷性が悪くなるだけでなく、得られる硬化体
の金属粉の結合力が弱まり、バンプの割れ、バンプ先端
部の飛びが生じ易くなり接続不良、短絡が発生し好まし
くない場合がある。
【0013】本発明で用いるアルコールは、沸点が18
0℃以上で2価アルコ−ル及び/又は3価アルコ−ルの
中から選ばれるものが好ましい。例えば、2価アルコ−
ルとしては、プロピレングリコ−ル、ジプロピレングリ
コ−ル、トリプロピレングリコ−ル、1,3ブチレング
リコ−ル、1,4ブチレングリコ−ル、トリメチレング
リコ−ル、1,7ヘプタンジオ−ル等が挙げられる。3
価アルコ−ルとしては、グリセリンが挙げられる。 本
発明の該アルコールの配合量は、メラミン樹脂、フェノ
−ル樹脂及びエポキシ樹脂の合計量100質量部に対し
て1〜20質量部で、好ましくは1〜10質量部の割合
で用いる。本発明で用いるアルコールは、樹脂を溶解さ
せるためのその他の溶剤と併用して使用する。樹脂溶解
用の溶剤と該アルコ−ルの合計量に対して該アルコール
は1〜50質量%で、好ましくは1〜20質量%更に好
ましくは1〜12質量%の割合で用いる。該アルコ−ル
が50質量部を越えると印刷時にメタルマスク版の穴を
塞ぐこととなり印刷が不可能となる。その他の溶剤とし
ては、2価、または3価アルコール以外の公知のものが
特に制限なく使用できる。例えば、酢酸エチル、酢酸ブ
チル等のエステエル類、エチルセロソルブ、ブチルセロ
ソルブ等のセロソルブ類、エチルカルビト−ル、ブチル
カルビト−ル等のカルビト−ル類、イソプロパノ−ル、
ブタノ−ル等のアルコ−ル類が挙げられる。上記溶剤は
単独あるいは2種類以上を混合して使用しても良いが、
メタルマスク版による印刷あるいはスクリ−ン印刷でバ
ンプを形成する場合は版かわきを考慮してカルビト−ル
類及びセロソルブ類が好ましい。これら溶剤の中に2価
及び/又は3価のアルコールを添加することにより従来
の導電性ペ−スト組成物から形成した円錐状バンプのよ
うに尖らせることなく、円錐状のバンプの高さ(平均
値)を約10μm高く形成することができる。また印刷
して形成した円錐状のバンプの分布は、3σで従来は2
5μm以上であったものが20μm以下に制御できる。
さらに、バンプ高さの最高値と最低値の幅を狭く抑える
ことが可能である。又、連続回流印刷時に安定した高さ
のバンプを形成させることが可能である。これにより絶
縁体層の貫通不良を防止し、貫通時及び積層プレス時に
バンプが割れることによる接続不良、バンプ先端部の飛
びによる回路のショ−トが起きることを防止することが
できる。 その他の溶剤の使用量は、メラミン樹脂、フ
ェノ−ル樹脂及びエポキシ樹脂合計量100質量部に対
して35〜80質量部が好ましい。更に40〜70質量
部の割合で用いる。
【0014】本発明において、その特性を著しく低下さ
せない範囲で公知の添加剤を配合しても良い。かかる添
加剤としては、例えば、チクソトロピ−付与剤、消泡
剤、分散剤、防錆剤、還元剤等が挙げられる。
【0015】本発明の導電性ペーストの製造方法は特に
制限されないが、上記メラミン樹脂、フェノ−ル樹脂、
エポキシ樹脂、硬化剤、導電性金属粉及び該樹脂溶解用
の溶剤と2価及び/又は3価のアルコ−ルを予備混合
し、三本ロ−ルミルを用いて混練し、ペ−ストを得て真
空下脱泡する方法が挙げられる。あるいは、プロペラレ
ス攪拌器を用いて脱法を兼ねた混廉方法が挙げられる。
特に、プロペラレス攪拌器での使用は、印刷する直前に
行うとバンプ高さのばらつきをより安定化させる為には
有効である。
【0016】本発明において、マルコム社製スパイラル
粘度計で10回転/min、25℃で測定した粘度は10
0Pa・s〜200Pa・sであり、好ましくは110
Pa・s乃至150Pa・sが適当である。また lo
g(10rpmの粘度/5rpmの粘度)/log(1
0rpm/5rpm)で計算するチクソ比は0.3以上
1.0以下であり、 好ましくは0.4以上0.9以下
が適当である。上記性状を外れるとメタルマスク版ある
いはスクリ−ン版への濡れが悪かったり、版の穴を通り
難くなったり、更に印刷ができても十分なバンプ高さが
得られない場合がある。
【0017】本発明において、微小硬度計で測定したバ
ンプの硬度は50以上が好ましい。硬度が40未満であ
れば、絶縁体の貫通はできてもプレス工程中にバンプが
潰されることにより銅箔との接着が不安定となる。従っ
て、信頼性試験を行っている際に、導通不良が発生する
可能性がある。
【0018】本発明のバンプ形成はスクリ−ン印刷、メ
タルマスク印刷、ディスペンサ−等の公知の方法でする
ことができる。基板は、たとえば2層板についはバンプ
付き銅箔(ペ−ストを銅箔に印刷したもの)をプリプレ
グと合わせて、貫通機に通した後、さらに銅箔を合わせ
た後、プレス機により加圧、加熱して製造される。4層
板ついては、バンプ付き銅箔を回路形成した内層材の上
面と下面にそれぞれ合わせ、プレス機により加圧、加熱
して製造される。
【実施例】以下実施例を用いて本発明を具体的に説明す
るが、本発明はこれらの実施例により限定されるもので
はない。なお、配合割合は質量部であり、評価や測定は
次の方法に従った。
【0019】(1)軟化点 エポキシ樹脂を熔融し、METTLER FP−90自
動軟化点測定装置で、1℃/分の昇温速度で測定した。
【0020】( 2)硬度 ペーストを銅箔のM面(電解法銅箔で電解液側光沢のな
い面)に200μm厚みに塗布した後、160℃で20
分乾燥しサンプルとした。硬度は微少硬度計MX−T5
0(松沢精機(株))で、試験温度23℃、試験荷重2
5kgf、荷重保持時間15秒で測定した。
【0021】(3)銅箔引き剥がし強さ ペーストを銅箔のM面に200μm厚みに塗布した後、
160℃で20分乾燥した。塗布面にM面を下にして銅
箔を載せ、プレスで180℃、60分間硬化しサンプル
とした。JIS C6481に準じて銅箔引き剥がし強
さ(N/cm)を測定した。
【0022】(4)プリプレグ貫通性、バンプの割れ・
欠け 厚さ18μmの電解銅箔に、直径0.3mmの孔を所定の
位置に穿設してなる厚さ0.3mmのメタルマスク板を通
して、導電性ペ−ストを印刷した。印刷した導電性ペ−
ストを、160℃で10分間乾燥処理した後、同一メタ
ルマスク板を用いて、同一位置に印刷、乾燥処理を4回
繰り返した。5回目印刷後は160℃20分乾燥し、円
錐状の導電性バンプを形成した。その後、導電性バンプ
を設けた電解銅箔にエポキシ樹脂をガラスクロスに含浸
したFR4タイププリプレグを載せ、専用の貫通機を通
してバンプをプリプレグに貫通させた。貫通後の状態を
20倍光学顕微鏡で観察し、プリプレグ貫通性、バンプ
の割れ、欠けを判定した。 a) 貫通性 良好:全てがプリプレグを通過している。 不良:プリプレグを貫通していないバンプがある。 b)バンプの割れ、欠け 良好:プリプレグを貫通し、突き出たバンプ部分が円錐
状になっている。 不良:突き出たバンプの先端が欠け落ちていたり、割
れ、ひびが入っている。
【0023】(実施例1)メラミン樹脂を35部、フェ
ノール樹脂を35部、ビスフェノールA型エポキシ樹脂
( 軟化点;125℃)8部、ナフタレンノボラック型
エポキシ樹脂(軟化点96℃)18部をブチルカルビト
−ルアセテ−ト50部、プロピレングリコ−ル(沸点1
86℃)4部に溶解した。ジアミノジフェニルスルフォ
ン13部、2−フェニルー4,5ジヒドロキシメチルイ
ミダゾール0.2部、 銀粉600部、及びアエロジル
13部を加え、万能混合器で30分予備混合する。その
後三本ロールで混練して導電性ペーストを得た。
【0024】ビスフェノールA型エポキシ樹脂とナフタ
レンノボラック型エポキシ樹脂混合物の軟化点は115
℃であった。印刷機の条件としては、真空ポンプ及びブ
ロワ−並びにトランスフォ−マ−を外付けにした状態に
し、印刷機下部にとりつけているファンを作動し、フ−
ド内をエアコンパッケ−ジで21℃にした後、エアコン
パッケ−ジを停止し、メタルマスク版上の風速が0.1
m/s以下であることを確認後、得られた導電性ペース
トで5回印刷を行い,バンプ高さ及び3σは1回流〜1
0回流まで安定した値を示した。使用した該導電性ペ−
ストの粘度を測定した結果、粘度が120Pa・s/2
5℃、チクソ比が0.5、印刷した銅箔上のバンプ硬度
が45、銅箔引き剥がし強度が2N/cmであり、プリ
プレグの貫通性は良好でかつ、バンプの折れ・欠けは発
生しなかった。
【0025】(実施例2〜7)表1のような配合組成を
有し、実施例1と同様の操作で得た、実施例2〜7の導
電性ペーストの評価結果を表1に示した。
【表1】
【0026】(比較例1)メラミン樹脂を35部、フェ
ノール樹脂を35部、ビスフェノールA型エポキシ樹脂
( 軟化点;125℃)8部、ナフタレンノボラック型
エポキシ樹脂(軟化点96℃)18部をブチルカルビト
−ルアセテ−ト54部、プロピレングリコ−ル(沸点1
86℃)0.5部に溶解した。ジアミノジフェニルスル
フォン13部、2−フェニルー4,5ジヒドロキシメチ
ルイミダゾール0.2部、 銀粉600部、及びアエロ
ジル13部を加えた以外は、 実施例1と同様に混合
し、導電性ペ−ストを得た。得られた導電性ペ−ストに
ついてエア−パッケ−ジを停止しないで印刷した以外
は、実施例と同一の方法による。この時のメタルマスク
版上の風速は、0.10m/s以上であり、フ−ド内の
温度は21℃であった。印刷の結果、バンプの高さ及び
3σが1回流から10回流目で増加することが分かっ
た。溶剤とアルコ−ルの合計量中のアルコ−ル濃度は、
印刷開始前で1%未満であり、1回流から10回流と濃
度は低下している。上記記載の方法で測定した結果、粘
度が120Pa・s/25℃、チクソ比が0.5、硬度
が45、銅箔引き剥がし強度が2N/cm、プリプレグ
の貫通性は不良であり、バンプの割れ・欠けが発生し
た。結果を表2に示す。
【0027】(比較例2〜4)表1のような配合組成お
よび比較例1と同様の操作で得た、比較例2〜4の導電
性ペ−ストの評価結果を表2に示した。
【表2】
【0028】表中の略号は、それぞれ次を意味する。 エポキシ樹脂A:BPA型固形エポキシ樹脂(軟化点;1
25℃) エポキシ樹脂B:BPA型固形エポキシ樹脂(軟化点;1
00℃) エポキシ樹脂C:BPA型固形エポキシ樹脂(軟化点;7
5℃) エポキシ樹脂D:ナフタレンノボラック型エポキシ樹脂
(軟化点;96℃) フェノール樹脂:パラヒドロキシスチレン樹脂 メラミン樹脂:サイメル350 DDS:ジアミノジフェニルスルホン 2PHZ:2−フェニル−4,5-ジヒドロキシメチルイ
ミダゾール
【0029】
【発明の効果】本発明の方法で、印刷したものはバンプ
高さ及び3σは10回流の印刷の間で変わらず安定した
バンプを提供する。又、ハンプに関しては、プリプレグ
貫通性が良好、且つ貫通時及びプレス時に折れ、欠けを
発生せず、更に貫通後のバンプと配線パターンとの接着
力が大きいバンプを作成することができる。この結果、
貫通型の導電配線部を有するプリント配線板製造におい
て、歩留まりが向上するとともに接続信頼性が向上す
る。
【0030】
フロントページの続き Fターム(参考) 5E319 AA03 AB05 AC01 BB11 BB16 CC61 CD29 GG15 GG20 5F044 KK18 KK19

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくともメラミン樹脂、フェノ−ル樹
    脂及びエポキシ樹脂のいずれか一つ以上から選ばれる樹
    脂と導電粉末、溶剤及び2価アルコ−ル及び/又は3価
    アルコ−ルを含有する導電性ペ−ストを使って、基板上
    にバンプを形成する方法であって、15〜25℃の範囲
    の温度で、溶剤とアルコール合計量中の該アルコ−ルの
    濃度が1〜50質量%になるように制御して導電性ペー
    ストを印刷することを特徴とするバンプの形成方法。
  2. 【請求項2】 溶剤とアルコール合計量中の該アルコー
    ルの濃度を1〜20質量%に制御して印刷することを特徴
    とする請求項1に記載のバンプの形成方法。
  3. 【請求項3】 導電性ペースト塗布面上の空気の流れを
    0.1m/秒以下に制御して印刷することを特徴とする
    請求項1又は2に記載のバンプの形成方法。
  4. 【請求項4】2価アルコ−ル及び/又は3価アルコ−ル
    が180℃以上の沸点を有することを特徴とする請求項
    1に記載のバンプの形成方法。
  5. 【請求項5】 メラミン樹脂、フェノ−ル樹脂及びエポ
    キシ樹脂を含有する導電性ペーストを使用することを特
    徴とする請求項1に記載のバンプの形成方法。
  6. 【請求項6】 エポキシ樹脂の軟化点が80〜130℃
    であることを特徴とする請求項5に記載のバンプの形成
    方法。
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