JP2003347737A - 配線基板およびこれを用いた電子装置 - Google Patents
配線基板およびこれを用いた電子装置Info
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Abstract
と貫通導体との接続信頼性に優れた配線基板を提供する
こと。 【解決手段】 耐熱性繊維基材に熱硬化性樹脂を含浸さ
せて成る絶縁層1と銅箔から成る配線導体2とを交互に
複数層積層するとともに、絶縁層1を挟んで上下に位置
する配線導体2同士を絶縁層1に設けた貫通孔3を錫を
主成分とする金属粉末5および熱硬化性樹脂を含む導電
性材料で充填して成る貫通導体4により電気的に接続し
て成る配線基板において、配線導体2は、貫通導体4と
接続する銅箔の表面に錫が拡散して形成された拡散層6
が、貫通孔3の開口8に対して、開口8の端より開口8
の直径の1〜30%の範囲で外側に広がるようにして形成
されている。
Description
導体が複数交互に積層され、上下の配線導体間を貫通導
体により電気的に接続して成り、配線導体と貫通導体と
の接続信頼性に優れた配線基板およびこれを用いた電子
装置に関する。
を搭載するために用いられる配線基板として、ガラス基
材および熱硬化性樹脂から成る絶縁層と銅箔等から成る
配線導体とを交互に複数積層して成るプリント基板が知
られている。このようなプリント基板は、表面に配線導
体が形成された絶縁層を複数枚、積層圧着して多層化す
ることにより製作されている。しかしながら、このプリ
ント基板は、絶縁層表面の配線導体が形成された部分と
その他の部分との段差により表面が凹凸状態となること
から、絶縁層に若干の可塑性を持たせた絶縁シートを用
い、絶縁シートを積層する際に絶縁シートの配線導体に
当接する部位を配線導体の厚みに対応して塑性変形させ
ることにより配線導体を絶縁シート中に埋入させ積層・
硬化することにより、プリント基板表面に凹凸が形成さ
れないようにしている。なお、プリント基板の上下の配
線導体は、絶縁層に形成された貫通導体を介して接続さ
れている。
材に熱硬化性樹脂前駆体を含浸させた絶縁シートの配線
基板領域にレーザで貫通孔を形成した後、この貫通孔内
に金属粉末および熱硬化性樹脂前駆体から成る導体ペー
ストをスクリーン印刷(圧入)で埋め込み貫通導体を形
成し、他方、耐熱性樹脂から成る転写シートの表面に銅
箔を被着し、所定のパターンにエッチングして絶縁シー
トの各配線基板領域に対応する位置に配線導体を形成
し、しかる後、貫通導体が形成された絶縁シートに配線
導体が形成された転写シートを圧接して配線導体を絶縁
シートに転写埋入するとともに貫通導体と接続させ、さ
らに、絶縁シートから転写シートを剥離した後、配線導
体が埋入された絶縁シートを複数積層して熱プレスを用
いて熱硬化性樹脂前駆体を硬化一体化させることにより
製作される。
体を形成する方法は、従来のめっき法により貫通導体を
形成するのに対して、貫通導体を任意の箇所に設けるこ
とができるために、特に高密度配線化に適した方法とし
て注目されている。
ーストの充填によって貫通導体を形成した従来の配線基
板は、貫通導体の金属粉末と配線導体の銅箔との接続が
異種金属間の接続であることおよび単に接触することに
より接続していることから、長期の熱負荷を繰返して印
加した場合、両者間の導通抵抗が高くなってしまい貫通
導体と配線導体との接続部で断線してしまうという問題
点を有していた。
完成されたものであり、その目的は、長期の熱負荷を繰
返して印加しても、配線導体と貫通導体との接続信頼性
に優れた配線基板を提供するものである。
熱性繊維基材に熱硬化性樹脂を含浸させて成る絶縁層と
銅箔から成る配線導体とを交互に複数層積層するととも
に、絶縁層を挟んで上下に位置する配線導体同士を絶縁
層に設けた貫通孔を錫を主成分とする金属粉末および熱
硬化性樹脂を含む導電性材料で充填して成る貫通導体に
より電気的に接続して成る配線基板において、配線導体
は、貫通導体と接続する銅箔の表面に錫が拡散して形成
された拡散層が、貫通孔の開口に対して開口の端より開
口の直径の1〜30%の範囲で外側に広がるようにして形
成されていることを特徴とするものである。
板の表面に電子部品を実装するとともに、この電子部品
の電極を配線導体または貫通導体に電気的に接続して成
ることを特徴とするものである。
続する銅箔の表面に錫が拡散して成る拡散層が形成され
ていることから、貫通導体の金属粉末と配線導体の銅箔
とが異種金属でありながら両者が結合した拡散層を介し
て接続され、両者の接合が強固なものとなり、その結
果、配線基板に長期の熱負荷を繰返し印加した場合にお
いても、両者間の導通抵抗が高くなることはなく、配線
導体と貫通導体との間で断線することのない接続信頼性
に優れた配線基板とすることができる。また、拡散層
が、貫通孔の開口に対して開口の端より開口の直径の1
〜30%の範囲で外側に広がるようにして形成されている
ことから、貫通導体の金属粉末と配線導体の銅箔との結
合をより強固なものとすることができ、より信頼性の高
い配線基板とすることができる。
配線基板の表面に電子部品を実装するとともに、この電
子部品の電極を配線導体または貫通導体に電気的に接続
したことから、銅箔に形成された拡散層を介して配線導
体と貫通導体とが強固に接続され、その結果、電子装置
に長期の熱負荷を繰返し印加しても配線導体と貫通導体
との導通抵抗が高くなることはなく、配線導体と貫通導
体との間で断線することのない接続信頼性に優れた電子
装置とすることができる。
子装置を添付の図面に基づいて詳細に説明する。図1
は、本発明の配線基板に半導体素子等の電子部品を搭載
した電子装置の実施の形態の一例を示す断面図であり、
図2はその要部拡大断面図である。これらの図におい
て、1は絶縁層、2は配線導体、3は貫通孔、4は貫通
導体、5は金属粉末、6は拡散層、7は電子部品、8は
開口である。なお、本例では、絶縁層1を4層積層して
配線基板を製作した場合の例を示している。
硬化性樹脂を含浸させて成る絶縁層1および銅箔から成
る配線導体2とを交互に複数層積層するとともに、絶縁
層1を挟んで上下に位置する配線導体2同士を絶縁層1
に設けた貫通孔3内に充填させた錫を主成分とする金属
粉末5および熱硬化性樹脂を含む導電性材料から成る貫
通導体4で接続することにより形成されている。また、
絶縁層1の一方の最外層表面に形成された配線導体2の
一部は、電子部品7の各電極に導体バンプ11を介して接
合される電子部品7接続用の実装用電極2aを形成し、
さらに絶縁層1の他方の最外層表面に形成された配線導
体2の一部は、外部電気回路基板(図示せず)の各電極
に導体バンプ11を介して接続される外部接続用の実装用
電極2bを形成している。そして、最外層の絶縁層1お
よび実装用電極に2a・2bには、必要に応じて実装用
電極2a・2bの中央部を露出させる開口を有する耐半
田樹脂層12が被着されている。
基板の表面に電子部品7を実装するとともに、電子部品
7の電極を配線導体2または貫通導体4に電気的に接続
することにより形成されている。
り、配線導体2を支持するとともに上下に位置する配線
導体2間の絶縁を保持する機能を有し、ガラスクロスや
アラミド繊維・全芳香族エステル繊維等の耐熱性繊維基
材にエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂・変
性ポリフェニレンエーテル樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸
させて成る。なお、絶縁層1の厚みが50μm未満である
と配線基板の剛性が低下して、配線基板が撓みやすくな
る傾向があり、150μmを超えると絶縁層1の厚みが不
要に厚いものとなり配線基板の軽量化が困難となる傾向
がある。従って、絶縁層1は、その厚みを50〜150μm
とすることが好ましい。
埋入されている。配線導体2は、銅の金属箔から成り、
配線基板に搭載される半導体素子等の電子部品7の各電
極を外部電気回路基板(図示せず)に電気的に接続する
導電路の一部としての機能を有し、幅が20〜200μm、
厚みが5〜50μmである。配線導体2の幅が20μm未満
となると配線導体2の変形や断線が発生しやすくなる傾
向があり、200μmを超えると高密度配線が形成できな
くなる傾向がある。また、配線導体2の厚みが5μm未
満になると配線導体2の強度が低下し変形や断線が発生
しやすくなる傾向があり、50μmを超えると絶縁層1へ
の埋入が困難となる傾向がある。従って、配線導体2
は、その幅を20〜200μm、厚みを5〜50μmとするこ
とが好ましい。
導体4との密着性・接合性を高めるために、その表面に
平均表面粗さ1〜3μmの凹凸を形成しておくことが好
ましい。このような凹凸は、蟻酸および塩酸処理するこ
とにより形成される。なお、表面粗さが1μm未満であ
ると絶縁層1との密着強度が低下し配線導体2が絶縁層
1から剥がれ易くなってしまう傾向があり、3μmを超
えると配線導体2と金属粉末5との接合点が少なくなる
ため、錫が充分に拡散せず拡散層6が良好に形成されな
いという傾向がある。従って、平均表面粗さは1〜3μ
mの範囲が好ましい。
面にかけて貫通導体4が複数個配設されている。これら
の貫通導体4は、絶縁層1の上下に位置する配線導体2
間を電気的に接続する機能を有し、その直径が30〜200
μmであり、絶縁層1に設けた貫通孔3に錫を主成分と
する金属粉末とトリアジン系熱硬化性樹脂等とから成る
ペーストを埋め込み熱硬化することにより形成されてい
る。なお、貫通導体4の直径が30μm未満になるとその
加工が困難となる傾向があり、200μmを超えると高密
度配線が形成できなくなる傾向がある。従って、貫通導
体4は、その直径を30〜200μmとすることが好まし
い。
〜95重量%が好ましい。金属粉末5の含有量が80重量%
より少ないと、トリアジン系熱硬化性樹脂により金属粉
末5同士の接続が妨げられ導通抵抗が上昇してしまう傾
向があり、95重量%を超えるとペーストの粘度が上がり
過ぎて良好に埋め込みできない傾向がある。従って、ペ
ーストの金属粉末5の含有量は80〜95重量%が好まし
い。
ス・銅等の合金から成り、錫を70〜90重量%含有してい
る。錫の含有量が70重量%より少ないと、後述する配線
導体2を形成する銅箔に良好に錫の拡散層6を形成でき
なくなる傾向があり、90重量%を超えると銅箔への錫の
拡散量が増加し、錫の含有量の多い拡散層6は銅箔より
も導通抵抗が大きいので、配線導体2と貫通導体4との
導通抵抗が大きなものとなってしまう傾向がある。
が好ましい。平均粒径が5μmより小さいとペーストの
粘度が上がり過ぎて良好に埋め込みできない傾向があ
り、10μmより大きいと金属粉末5を高充填できず金属
粉末5間の接触点が少なくなり、導通抵抗が高くなって
しまう傾向がある。従って、金属粉末5の平均粒径は5
〜10μmが好ましい。
レート・トリアリルイソシアヌレート・トリスエポキシ
プロピルイソシアヌレート・トリス(2−ヒドロキシエ
チル)イソシアヌレート等のトリアジン系熱硬化性樹脂
が好ましい。
と接続する銅箔の表面に錫が拡散して形成された拡散層
6が、貫通孔3の開口8に対して、開口8の端より開口
8の直径の1〜30%の範囲で外側に広がるようにして形
成されている。また、このことが重要である。なお、こ
こで拡散層6が、貫通孔3の開口8に対して、開口8の
端より開口8の直径の1〜30%の範囲で外側に広がるよ
うにして形成されているとは、拡散層6が銅箔の貫通導
体4と対向する部分およびその周辺部で開口8の直径の
1〜30%外側の部分に形成されていることを意味するも
のである。
接続する配線導体2の銅箔の表面に錫が拡散して成る拡
散層6が形成されていることから、貫通導体4の金属粉
末5と配線導体2の銅箔とが異種金属でありながら両者
が結合した拡散層6を介して接続され、両者の接合が強
固なものとなり、その結果、配線基板に長期の熱負荷を
繰返し印加した場合においても、両者間の導通抵抗が高
くなることはなく、配線導体2と貫通導体4との間で断
線することのない接続信頼性に優れた配線基板とするこ
とができる。また、拡散層6が、貫通孔3の開口8に対
して開口8の端より開口8の直径の1〜30%の範囲で外
側に広がるようにして形成されていることから、貫通導
体4の金属粉末5と配線導体2の銅箔との結合をより強
固なものとすることができ、より信頼性の高い配線基板
とすることができる。
合、金属粉末5と配線導体2との結合が弱いものとな
り、配線基板に長期の熱負荷を繰返し印加した場合にお
いて両者間の導通抵抗が高くなる傾向があり、30%を超
えると、後述する絶縁層1を金属粉末5を高温で溶融す
る際に、熱硬化性樹脂が熱劣化を起こし絶縁層1の絶縁
性が低下してしまう傾向がある。従って、貫通導体4と
接続した配線導体2表面の拡散層6の広がりは、1〜30
%であることが好ましい。
4との接合強度・接続信頼性の観点からは貫通孔3の開
口8に対して同心円状に形成されることが好ましいが、
貫通導体4内の金属粉末5の分布状態によっては、楕円
形や外周が波うった状態の略円形状・略楕円形状で形成
されることもある。また、このような場合、拡散層6の
外周の、開口8の端に一番近い箇所が開口8の直径の1
%以上離れていればよく、開口8の端に一番遠い箇所が
開口8の直径の30%以内に位置していれば良い。
は、上述した表面粗さが1〜3μmの凹凸があるため、
錫を主成分とする金属粉末5から錫が銅箔表面に容易に
拡散でき、広がりが1〜30%の拡散層6が良好に形成で
きる。
により製作される。まず、例えばガラスクロスやアラミ
ド繊維等の耐熱性繊維基材にエポキシ樹脂や変性ポリフ
ェニレン樹脂等から成る熱硬化樹脂前駆体を含浸させて
半硬化することにより絶縁シートを製作し、次に、絶縁
シートの所定の位置に炭酸ガスレーザやYAGレーザ等
の従来周知の方法を採用して直径が30〜200μmの貫通
孔3を穿設する。そして、貫通孔3に従来周知のスクリ
ーン印刷法を採用して、錫を主成分とする金属粉および
トリアジン系樹脂等の熱硬化性樹脂前駆体を含むペース
トをスクリーン印刷法(圧入)で充填することによって
貫通導体4を形成する。その後、別途準備した、表面に
銅箔から成る配線導体2を絶縁シート上に所定のパター
ンに被着形成した、ポリエチレンテレフタレート(PE
T)樹脂等の耐熱性樹脂から成るる転写シートを絶縁シ
ートに、所定の貫通導体4と配線導体2とが接続するよ
うに位置合わせして重ね合わせ、これらを熱プレス機を
用いて100〜150℃の温度で数分間プレスすることにより
転写シートを絶縁シートに圧接して、配線導体2を絶縁
シートに転写埋入させる。しかる後、転写シートを絶縁
シートから剥離するとともに転写シートを剥離した絶縁
シートを複数枚上下に重ね合わせ、熱プレス機を用いて
150〜240℃の温度で数時間加熱プレスすることにより、
金属粉末5の錫が貫通導体4と接触した配線導体2表面
に拡散し、広がりが1〜30%の拡散層6が形成された配
線基板となる。
された配線導体2の一部は、電子部品7の各電極に導体
バンプ11を介して接合される電子部品7接続用の実装用
電極2aを形成し、絶縁層1の他方の最外層表面に形成
された配線導体2の一部は、外部電気回路基板(図示せ
ず)の各電極に導体バンプ11を介して接続される外部接
続用の実装用電極2bを形成している。
その酸化腐蝕を防止するとともに導体バンプ11との接続
を良好とするために、半田との濡れ性が良好で耐腐蝕性
に優れたニッケル−金等のめっき層が被着されている。
2a・2bには、必要に応じて実装用電極2a・2bの
中央部を露出させる開口を有する耐半田樹脂層12が被着
されている。耐半田樹脂層12は、その厚みが10〜50μm
であり、例えば、アクリル変性エポキシ樹脂等の感光性
樹脂と光開始剤等とから成る混合物に30〜70重量%のシ
リカやタルク等の無機粉末フィラーを含有させた絶縁材
料から成り、隣接する実装用電極2a・2b同士が導体
バンプ11により電気的に短絡することを防止するととも
に、実装用電極2a・2bと絶縁層1との接合強度を向
上させる機能を有する。
と光開始剤と無機粉末フィラーとから成る未硬化樹脂フ
ィルムを最外層の絶縁層1表面に被着させる、あるい
は、熱硬化性樹脂と無機粉末フィラーとから成る未硬化
樹脂ワニスを最外層の絶縁層1表面に塗布するとともに
乾燥し、しかる後、露光・現像により開口部を形成し、
これをUV硬化および熱硬化させることにより形成され
る。
板の表面に電子部品7を実装するとともに、導体バンプ
11を介して電子部品7の各電極と配線基板の実装用電極
2a・2bとを電気的に接続することにより製作され
る。なお、本発明の電子装置においては電子部品7と貫
通導体4とを導体バンプ11を介して直接接続してもよ
い。
記の配線基板の表面に電子部品7を実装するとともに、
この電子部品7の電極を配線導体2または貫通導体4に
電気的に接続したことから、銅箔に形成された拡散層6
を介して配線導体2と貫通導体4とが強固に接続され、
その結果、電子装置に長期の熱負荷を繰返し印加しても
配線導体2と貫通導体4との導通抵抗が高くなることは
なく、配線導体2と貫通導体4との間で断線することの
ない接続信頼性に優れた電子装置とすることができる。
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば
種々の変更は可能であり、例えば上述の実施例では絶縁
層を4層積層した場合を例示したが、5層以上であって
もかまわない。
金属粉末(平均粒径5μm、錫含有量77重量%)90重量
%と、熱硬化性樹脂および重合開始剤を用いた熱硬化性
樹脂成分を10重量%の割合で調合し、これを混合して導
体ペーストに調整した。次に、ポリフェニレンエーテル
樹脂を含有するプリプレグを準備し、未硬化のプリプレ
グに炭酸ガスレーザを用いて直径が100μmの貫通孔を
形成し、その貫通孔内に上述の導体ペーストをスクリー
ン印刷によって充填した。また、厚さ12μmの銅箔を接
着した転写シートの銅箔に対してフォトレジスト法によ
って微細な配線導体を形成した。しかる後、貫通導体を
形成した絶縁層の表面および裏面に転写シートを位置合
わせして重ね合わせ、120℃の温度および50×105Paの
圧力を印加して、配線導体を、配線導体と貫通導体とが
接続するように絶縁層に加熱圧着した。また、同様にし
て、貫通導体を形成した絶縁シートの片面のみに配線導
体を形成した絶縁シートを、絶縁シートの上下面に位置
合わせして積層した後、表1の条件で硬化して配線基板
を作製した。
り(%)、配線基板を168時間、温度130℃、湿度85%、
2.33×105Pa下でプレッシャークッカーテスト(PC
T)試験後の導通抵抗変化率および配線基板を1000時
間、温度85℃、湿度85%、電圧5.5V下の絶縁性テスト
(HHBT)後の絶縁抵抗の値を、表1に示す。
広がりが1%未満の試料No.1,2では、PCT試験
後の導通抵抗変化率が30%以上と大きく、接続信頼性の
低いものであった。また、拡散層の広がりが30%を超え
る試料No.8,9では、260℃の硬化温度によって熱
硬化性樹脂が熱劣化し、HHBT試験後の絶縁抵抗が10
9以下に低下することがわかった。これらの比較例に対
して、本発明の試料は、いずれもPCT試験後の導通抵
抗変化率10%以下、HHBT試験後の絶縁抵抗が1013以
上で、接続信頼性に優れたものであった。なお、この表
で拡散層の広がりは、その広がりが一番大きい部分の値
を記載した。
接続する銅箔の表面に錫が拡散して成る拡散層が形成さ
れていることから、貫通導体の金属粉末と配線導体の銅
箔とが異種金属でありながら両者が結合した拡散層を介
して接続され、両者の接合が強固なものとなり、その結
果、配線基板に長期の熱負荷を繰返し印加した場合にお
いても、両者間の導通抵抗が高くなることはなく、配線
導体と貫通導体との間で断線することのない接続信頼性
に優れた配線基板とすることができる。また、拡散層
が、貫通孔の開口に対して開口の端より開口の直径の1
〜30%の範囲で外側に広がるようにして形成されている
ことから、貫通導体の金属粉末と配線導体の銅箔との結
合をより強固なものとすることができ、より信頼性の高
い配線基板とすることができる。
配線基板の表面に電子部品を実装するとともに、この電
子部品の電極を配線導体または貫通導体に電気的に接続
したことから、銅箔に形成された拡散層を介して配線導
体と貫通導体とが強固に接続され、その結果、電子装置
に長期の熱負荷を繰返し印加しても配線導体と貫通導体
との導通抵抗が高くなることはなく、配線導体と貫通導
体との間で断線することのない接続信頼性に優れた電子
装置とすることができる。
搭載して成る電子装置の実施の形態の一例の断面図であ
る。
Claims (2)
- 【請求項1】 耐熱性繊維基材に熱硬化性樹脂を含浸さ
せて成る絶縁層と銅箔から成る配線導体とを交互に複数
層積層するとともに、前記絶縁層を挟んで上下に位置す
る前記配線導体同士を、前記絶縁層に設けた貫通孔を錫
を主成分とする金属粉末および熱硬化性樹脂を含む導電
性材料で充填して成る貫通導体により電気的に接続して
成る配線基板において、前記配線導体は、前記貫通導体
と接続する前記銅箔の表面に前記錫が拡散して形成され
た拡散層が、前記貫通孔の開口に対して該開口の端より
開口の直径の1〜30%の範囲で外側に広がるようにし
て形成されていることを特徴とする配線基板。 - 【請求項2】 請求項1記載の配線基板の表面に電子部
品を実装するとともに、該電子部品の電極を前記配線導
体または前記貫通導体に電気的に接続して成ることを特
徴とする電子装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002155535A JP2003347737A (ja) | 2002-05-29 | 2002-05-29 | 配線基板およびこれを用いた電子装置 |
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