JP2004221433A - 回路基板および多層配線回路基板の層間接続方法 - Google Patents

Abstract

【課題】導電性ペーストと絶縁層または回路層との界面に生じようとする歪を吸収することで、導電性ペースト中のフィラーどうし間、および、フィラーと回路層との接触部分に生じる応力を減少させて電気的接続の信頼性を向上する。
【解決手段】回路基板（１）は、絶縁層（２）に形成した貫通孔（５）を挟んで絶縁層（２）の両面に配置される導体（８）（９）を、貫通孔（５）内に充填して硬化させた導電性ペースト（７）を介して相互に電気的に接続する。貫通孔（５）内には、絶縁層（２）、導体（８）（９）および硬化後の導電性ペースト（７）に比べてヤング率の小さい材料からなるコア部材（６）を設けてある。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば多層配線構造のプリント基板すなわち多層配線回路基板を構成するのに利用可能な回路基板と、多層配線回路基板の層間接続方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、多層配線回路基板の隣接する回路層間の接続を導電性樹脂を用いて行うペーストＩＶＨ（Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ Ｖｉａ Ｈｏｌｅ）は、従来のメッキ法（ＰＴＨ、ＬＶＨ）に比べて、低コストでかつ短納期で多層配線回路基板が製造できるうえ、ビア・オン・ビア（Ｖｉａ ｏｎ Ｖｉａ）、パッド・オン・ビア（Ｐａｄ ｏｎ Ｖｉａ）構造を可能とし、配線および実装の高密度化におおいに寄与している。
【０００３】
図１２に、ペーストＩＶＨを用いた多層配線回路基板２２０の製造プロセスの一例を示す。図１２に示すように、絶縁層２２２の片面に回路層２２３を備える積層板２２１の絶縁層２２２に回路層２２３を底面とする穴（ＩＶＨ）２２５をあけ、この穴（ＩＶＨ）２２５に導電性ペースト２２７を充填し、この穴どうしが上下に重なり合うように複数枚の積層板２２１を積層してプレスしながら加熱処理することで、各積層板２２１の導電性ペースト２２７を介して回路層２２３、２２３、…間の導通をとるものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２３７６７７号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平７−１４７４６４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような多層配線回路基板２２０は、穴（ＩＶＨ）２２５に充填して硬化させた導電性ペースト２２７と絶縁層２２２および回路層２２３との熱膨張係数が違うことから、製造プロセスや機器に搭載後の使用環境など温度条件の変動によって、導電性ペースト２２７と絶縁層２２２または回路層２２３との界面に歪が生じることが避けられない。そして、このような歪が生じると、導電性ペースト２２７中のフィラーどうしが分離したり、フィラーと回路層２２３との接触部分がずれたりすることで、電気的接続が不安定になるため、回路層２２３、２２３、…間の導通の信頼性が乏しいという問題があった。
【０００７】
この発明の課題は、上記従来のもののもつ問題点を排除して、導電性ペーストと絶縁層または回路層との界面に生じようとする歪を吸収することで、導電性ペースト中のフィラーどうし間、および、フィラーと回路層との接触部分に生じる応力を減少させて電気的接続の信頼性を向上することのできる回路基板および多層配線回路基板の層間接続方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記課題を解決するものであって、請求項１に係る発明は、絶縁層に形成した貫通孔を挟んで当該絶縁層の両面に配置される導体を、前記貫通孔内に充填して硬化させた導電性ペーストを介して相互に電気的に接続する回路基板において、前記貫通孔内に、前記絶縁層、導体および硬化後の導電性ペーストに比べてヤング率の小さい材料からなるコア部材を設けた回路基板である。
【０００９】
請求項２に係る発明は、片面に回路層を備える絶縁層に当該回路層の導体に接する貫通孔を形成して導電性ペーストを充填し、前記貫通孔の開放端に別の導体を重ねて前記導電性ペーストを硬化させることで当該導電性ペーストを介して前記両導体を電気的に接続する回路基板において、前記貫通孔内に、前記絶縁層、導体および硬化後の導電性ペーストに比べてヤング率の小さい材料からなる任意形状のコア部材を適宜個数設けた回路基板である。
【００１０】
請求項３に係る発明は、絶縁層の片面に回路層を備える積層板を少なくとも２層積層する多層配線回路基板の回路層間を接続する方法であって、前記積層板の絶縁層に、回路層に接して導電性ペーストが充填される貫通孔を形成し、前記貫通孔内に、前記絶縁層、回路層および硬化後の導電性ペーストに比べてヤング率の小さい材料からなるコア部材を設け、前記貫通孔に導電性ペーストをその上面が絶縁層の上面より高くなるまで充填し、前記貫通孔の開放端に別の積層板の回路層を積層し、両積層板をプレスしながら加熱処理することで、前記貫通孔内で硬化する導電性ペーストを介して回路層間を電気的に接続する多層配線回路基板の層間接続方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、この発明による回路基板の一実施の形態を示す説明図であり、この回路基板１は、絶縁層２に形成した貫通孔５を挟んでその絶縁層２の両面に配置される導体８、９を、貫通孔５内に充填して硬化させた導電性ペースト７を介して相互に電気的に接続するものであり、貫通孔５内に、絶縁層２、導体８、９および硬化後の導電性ペースト７に比べてヤング率の小さい材料からなるコア部材６を設けたものである。
【００１２】
具体的には図２、図３に示すように、回路基板１は、片面に回路層３を備える絶縁層２にその回路層３の導体８に接する貫通孔５を形成して導電性ペースト７を充填し、貫通孔５の開放端に別の導体９を重ねて導電性ペースト７を硬化させることで、導電性ペースト７を介して両導体８、９を電気的に接続するものであり、貫通孔５内に、絶縁層２、導体８、９および硬化後の導電性ペースト７に比べてヤング率の小さい材料からなる任意形状のコア部材６を適宜個数設けたものである。
【００１３】
導体８、９は銅などの金属製のものであり、また、硬化後の導電性ペースト７は実質的に、銀などの金属フィラーからなるものであるため、絶縁層２、導体８、９および硬化後の導電性ペースト７の中では、一般に絶縁層２のヤング率が最も小さいといえる。そのため、コア部材６としては、絶縁層２の材料に比べてヤング率の小さい材料を選べばよい。すなわち、絶縁層２の材料が例えばガラスエポキシの場合、コア部材６の材料には、例えばポリイミドを使用することができる。また、絶縁層２の材料が例えばポリイミドの場合、コア部材６の材料には、例えば感光性または熱硬化性のゴム系樹脂（熱硬化性シリコーンなど）を使用することができる。その他、絶縁層２の材料に応じて、コア部材６には適宜の材料を使用することが可能である。
【００１４】
このような材料からなるコア部材６は、例えば、図４に示すように、絶縁層２の厚さに実質的に等しい高さの円柱状に形成することができ、これを、適宜の加工によって絶縁層２に形成した貫通孔５内の所定位置において、回路層３に貼り付けて固定することが可能である。このとき、コア部材６を１個だけ設ける場合は、図３に示すように、貫通孔５の中央付近に設置することが好ましい。また、コア部材６を複数個（例えば２個）設ける場合は、図５、図６に示すように、各コア部材６が貫通孔５内にほぼ均等に配置されるように設置することが好ましく、また、例えば４個設ける場合も、図７、図８に示すように、各コア部材６が貫通孔５内にほぼ均等に配置されるように設置することが好ましい。このように、コア部材６は適宜個数設けることができ、何個であっても、それらが貫通孔５内にほぼ均等に配置されるように設置することが好ましい。さらに、コア部材６の形状は、例えば、図９に示すような任意の形状で、高さも絶縁層２の厚さより低く形成することが可能であり、このような場合は、コア部材６を設置した貫通孔５内に導電性ペースト７を充填したとき、図１０に示すように、コア部材６は導電性ペースト７内に完全に隠れるものである。
【００１５】
そして、貫通孔５に導電性ペースト７を充填する際には、図２に示すように、絶縁層２の上面およびコア部材６の上面にＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）製マスキングテープなどのフィルム１０を貼っておき、充填後にこのフィルム１０を剥がすことで、導電性ペースト７をその上面が絶縁層２の上面より高くなるまで充填する。このとき、コア部材６が、図９に示すように絶縁層２の厚さより低く形成されている場合は、コア部材６の上面にフィルム１０を貼ることは省略可能である。また、コア部材６が、図２、図５、図７に示すように、絶縁層２の厚さに実質的に等しい高さに形成されている場合も、必要に応じて、コア部材６の上面にフィルム１０を貼ることを省略可能である。そして、この導電性ペースト７の上面に別の導体９を重ねてプレスしながら、加熱処理することで導電性ペースト７を硬化させるものである。
【００１６】
このような回路基板１は単独で構成して、例えば電子部品の実装などに適用することができるほか、何層か積層することで多層配線回路基板を構成することができる。そこで、多層配線回路基板の層間接続方法について以下に説明し、併せて回路基板１の製造方法についても、図２を用いた上記記載と一部重複するが説明することとする。
【００１７】
図１１は、回路基板１を用いた多層配線回路基板の層間接続方法の一例を示す説明図であり、この多層配線回路基板２０は、回路基板１と実質的に同一の積層板２１を少なくとも２層積層するものである。
【００１８】
すなわち、積層板２１は、絶縁層２２の片面に回路層２３を備えるもので、まず、この積層板２１の絶縁層２２に、レーザなどの機械加工またはエッチングなどのケミカルな加工その他適宜の加工によって、貫通孔２５を形成する。つぎに、積層板２１の絶縁層２２および回路層２３、並びに、貫通孔２５内に充填して硬化される硬化後の導電性ペースト２７に比べてヤング率の小さい材料からなる所要個数（図では１個）のコア部材２６を、貫通孔２５内の所定位置に設ける。コア部材２６の形状、個数、設置位置などは、図３〜図１０に示すように任意に選定することができる。
【００１９】
回路層２３は銅などの金属製のものであり、また、硬化後の導電性ペースト２７は実質的に、銀などの金属フィラーからなるものであるため、絶縁層２２、回路層２３および硬化後の導電性ペースト２７の中では、一般に絶縁層２２のヤング率が最も小さいといえる。そのため、コア部材２６としては、絶縁層２２の材料に比べてヤング率の小さい材料を選べばよい。すなわち、絶縁層２２の材料が例えばガラスエポキシの場合、コア部材２６の材料には、例えばポリイミドを使用することができる。また、絶縁層２２の材料が例えばポリイミドの場合、コア部材２６の材料には、例えば感光性または熱硬化性のゴム系樹脂（熱硬化性シリコーンなど）を使用することができる。その他、絶縁層２２の材料に応じて、コア部材２６には適宜の材料を使用することが可能である。
【００２０】
つぎに、貫通孔２５に導電性ペースト２７をその上面が絶縁層２２の上面より高くなるまで充填する。具体的には、絶縁層２２の上面およびコア部材２６の上面に、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）製マスキングテープなどのフィルム３０を貼り、この状態で貫通孔２５に導電性ペースト２７を充填したのち、フィルム３０を剥がすことで、フィルム３０の厚さ相当分だけ絶縁層２２の上面より高く充填することができる。このとき、必要に応じて、コア部材６の上面にフィルム１０を貼ることを省略可能である。このことは、回路基板１の貫通孔２５に導電性ペースト７を充填する場合も同様である。
【００２１】
このようにして準備ができた積層板２１の上から、貫通孔２５の開放端に別の積層板２１の回路層２３を位置決めして積層し、両積層板２１、２１をプレスしながら加熱処理することで、貫通孔２５内で硬化する導電性ペースト２７を介して回路層２３、２３間を電気的に接続する。このことは、回路基板１の貫通孔２５の開放端に別の導体９を重ねて導電性ペースト７を介して両導体８、９を電気的に接続する場合も同様である。
【００２２】
そして、このような多層配線回路基板２０は、貫通孔２５に充填して硬化させた導電性ペースト２７と絶縁層２２および回路層２３との熱膨張係数が違うことから、製造プロセスや機器に搭載後の使用環境など温度条件の変動によって、導電性ペースト２７と絶縁層２２または回路層２３との界面に歪が生じようとするが、貫通孔２５内に設けられたコア部材２６がこの歪を吸収することができる。そのため、導電性ペースト２７中のフィラーどうし間、および、フィラーと回路層２３との接触部分に生じる応力を減少させることができ、これにより、回路層２３、２３間の電気的接続（層間接続）の信頼性が確実に向上する。このことは、回路基板１の導電性ペースト７による両導体８、９の電気的接続の場合も同様である。
【００２３】
また、回路層２３、２３間の電気的接続（層間接続）を実現するのに必要な導電性ペースト２７の量は、絶縁層２２の上面から突き出た導電性ペースト２７の高さ（すなわちフィルム３０の厚さ）によって決定されるから、用いるフィルム３０の厚さを適正に選択することで、回路層２３、２３の層間接続の確実性が保証される。このことは、回路基板１の絶縁層２の上面から突き出た導電性ペースト７の高さ（使用するフィルム１０の厚さ）、および、両導体８、９の電気的接続の確実性についても同様である。
【００２４】
なお、上記の実施の形態では、絶縁層２、２２に形成した貫通孔５、２５内に、まずコア部材６、２６を設置したのち、導電性ペースト７、２７を充填したが、これに限定するものでなく、例えば、コア部材６、２６の材質が、シリコンゲルなどのようにそれ自体では形状を維持できない材料の場合は、コア部材６、２６のない状態で貫通孔５、２５内にまず導電性ペースト７、２７を充填し、それから導電性ペースト７、２７内にシリコンゲルなどの材料を注入してコア部材６、２６とすることが可能である。すなわち、コア部材６、２６は、導電性ペースト７、２７の充填前または充填後硬化させる前に、貫通孔５、２５内に設けることができる。
【００２５】
また、上記の実施の形態では、絶縁層２、２２に形成した貫通孔５、２５内に、周囲の材質および硬化後の導電性ペーストに比べてヤング率の小さい材料からなるコア部材６、２６を設置して導電性ペースト７、２７を充填し、加熱処理することで硬化した導電性ペースト７、２７を介して、導体８、９または回路層２３、２３を電気的に接続することによって、導電性ペースト２７と絶縁層２２または回路層２３との界面に生じる歪をコア部材６、２６が吸収するように構成したが、これに限定するものでなく、例えば、ビアフィルメッキやＰＶＨの場合にも、同様にしてヤング率の小さい材料からなるコア部材を設置することによって、各部の界面に生じる歪をそのコア部材が吸収することが可能となる。
【００２６】
【発明の効果】
この発明は以上のように、絶縁層に形成した貫通孔を挟んで当該絶縁層の両面に配置される導体を、貫通孔内に充填して硬化させた導電性ペーストを介して相互に電気的に接続する回路基板において、貫通孔内に、絶縁層、導体および硬化後の導電性ペーストに比べてヤング率の小さい材料からなるコア部材を設けた構成としたので、導電性ペーストと絶縁層および回路層との界面に生じようとする歪をコア部材によって吸収することができ、それにより、導電性ペースト中のフィラーどうし間、および、フィラーと回路層との接触部分に生じる応力を減少させて、絶縁層の両面に配置される導体どうしの電気的接続の信頼性を向上することができる効果がある。
【００２７】
またこの発明は、絶縁層の片面に回路層を備える積層板の絶縁層に、回路層に接して導電性ペーストが充填される貫通孔を形成し、貫通孔内に、絶縁層、回路層および硬化後の導電性ペーストに比べてヤング率の小さい材料からなるコア部材を設け、貫通孔に導電性ペーストをその上面が絶縁層の上面より高くなるまで充填し、貫通孔の開放端に別の積層板の回路層を積層し、両積層板をプレスしながら加熱処理することで、貫通孔内で硬化する導電性ペーストを介して回路層間を電気的に接続するように構成したので、導電性ペーストと絶縁層および回路層との界面に生じようとする歪をコア部材によって吸収することができ、それにより、導電性ペースト中のフィラーどうし間、および、フィラーと回路層との接触部分に生じる応力を減少させて、回路層間の導通の信頼性を向上することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による回路基板の一実施の形態を一部展開した断面で示す説明図である。
【図２】図１の回路基板を製造プロセスとともに具体的に示す断面図である。
【図３】図２の回路基板の製造プロセスにおける平面図である。
【図４】コア部材の形成方法を示す断面図である。
【図５】コア部材の他の設置例を示す断面図である。
【図６】図５の要部の平面図である。
【図７】コア部材のさらに他の設置例を示す断面図である。
【図８】図７の要部の平面図である。
【図９】コア部材の異なる設置例を示す断面図である。
【図１０】図９に共通の要部の平面図である。
【図１１】この発明による多層配線回路基板の層間接続方法の一例を断面で示す説明図である。
【図１２】従来の多層配線回路基板の層間接続方法の一例を断面で示す説明図である。
【符号の説明】
１ 回路基板
２，２２ 絶縁層
３，２３ 回路層
５，２５ 貫通孔
６，２６ コア部材
７，２７ 導電性ペースト
８， ９ 導体
１０，３０ フィルム
２０ 多層配線回路基板
２１ 積層板

Claims (3)

1. 絶縁層に形成した貫通孔を挟んで当該絶縁層の両面に配置される導体を、前記貫通孔内に充填して硬化させた導電性ペーストを介して相互に電気的に接続する回路基板において、
   前記貫通孔内に、前記絶縁層、導体および硬化後の導電性ペーストに比べてヤング率の小さい材料からなるコア部材を設けたことを特徴とする回路基板。
2. 片面に回路層を備える絶縁層に当該回路層の導体に接する貫通孔を形成して導電性ペーストを充填し、前記貫通孔の開放端に別の導体を重ねて前記導電性ペーストを硬化させることで当該導電性ペーストを介して前記両導体を電気的に接続する回路基板において、
   前記貫通孔内に、前記絶縁層、導体および硬化後の導電性ペーストに比べてヤング率の小さい材料からなる任意形状のコア部材を適宜個数設けたことを特徴とする回路基板。
3. 絶縁層の片面に回路層を備える積層板を少なくとも２層積層する多層配線回路基板の回路層間を接続する方法であって、
   前記積層板の絶縁層に、回路層に接して導電性ペーストが充填される貫通孔を形成し、
   前記貫通孔内に、前記絶縁層、回路層および硬化後の導電性ペーストに比べてヤング率の小さい材料からなるコア部材を設け、
   前記貫通孔に導電性ペーストをその上面が絶縁層の上面より高くなるまで充填し、
   前記貫通孔の開放端に別の積層板の回路層を積層し、両積層板をプレスしながら加熱処理することで、前記貫通孔内で硬化する導電性ペーストを介して回路層間を電気的に接続する、
   ことを特徴とする多層配線回路基板の層間接続方法。

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