JP2008147220A - 多層配線基板の製造方法及びそれにより得られる多層配線基板 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間で容易に製造でき、高導電率と高耐熱性を有する多層配線基板が得られる製造方法及びその多層配線基板を提供する。
【解決手段】（Ａ）エポキシ樹脂を含む樹脂成分と、（Ｂ）２種以上の金属からなる金属粉と、（Ｃ）硬化剤と、（Ｄ）フラックスとを含有してなり、加熱により樹脂成分が硬化し、かつ金属粉が溶融して合金化する導体ペーストを、多層配線基板の少なくとも片面のランド上に印刷し、印刷されたペーストどうしが相対向するように複数枚の多層配線基板を配し、これらの多層配線基板の間に貫通孔を有する絶縁性樹脂シートを配し、多層配線基板に印刷されたペーストの少なくとも先端部が貫通孔内に突出して相対向するように多層配線基板で絶縁性樹脂シートを挟んで複数の多層配線基板と絶縁性樹脂シートを重ね合わせ、（Ａ）樹脂成分が硬化し、かつ（Ｂ）金属粉が合金化する温度で加熱し、貫通孔内で相対向する導体ペーストを一体化させて硬化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は多層配線基板の製造方法及びそれにより得られる多層配線基板に関するものであり、より詳細には両面配線板以上の多層配線基板を重ね合わせることからなる多層配線基板の製造方法に関する。

近年、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含む絶縁基板の表面に導体配線層を形成した、いわゆるプリント基板が回路基板や半導体素子を搭載したパッケージ等に適用されている。配線の多層化に伴い、異なる層間の導体配線層をバイアホール導体によって電気的に接続することが行われているが、このバイアホール導体は多層配線基板の絶縁基板の所定の箇所にドリルやレーザ等でバイアホールを開けた後、バイアホール内壁にメッキ等を施すのが一般的であった。ところが、上記のような方法では化学的なメッキ処理を施すのに用いられる薬品が高価であり、処理時間も長いなど生産性と経済性に難があり、また、廃液処理等の環境的な側面でも難がある。また、内壁にメッキを施したバイアホール導体は、多層構造における任意の層間に形成することが難しく、導体配線層の密度を向上できないという問題がある。

上記のような問題に対して、銀、銅、ハンダなどの金属粉末と熱硬化性樹脂や活性剤とを混合した導体ペーストを用い、バイアホール内に充填、積層して導体配線層を多層化する方法や、銅箔および基板ランド上にハンダペーストを印刷し、絶縁性接着層を貫挿させ積層・多層化する方法が、特開昭５５−１６００７２号公報、特開平３−６００９６号公報、特開平７−１７６８４６号公報等にて開示されている。

しかしながら、導体ペーストをバイアホール内に充填し多層化する方法では逐次積層となるため、工程が長く、各工程での在庫が多くなり、完成品が出来るまでの時間が長くなるという問題がある。

また、基板ランド上にハンダペーストを印刷し、多層化する工法では、近年、環境負荷軽減への対応から鉛フリーハンダが必須となってきている。鉛フリーハンダで従来の高温ハンダ（Ｐｂ含有）と同等の特性を有する高温ハンダとしては金を含有するハンダがあるが、金の含有率が８０重量％程度でなければ２６０〜２８５℃という高融点を有するものとすることができず、非常に高価になってしまうため、特殊な用途でしか使用できない。また、金を含有しない高融点ハンダでは鉛フリー化が困難であり、融点が約２６０℃〜２８５℃の鉛フリー・ハンダは得られていない。この工法で現在得られている比較的低融点の鉛フリーハンダを使用すると、基板完成後部品実装する際にハンダリフロー温度で再溶融してしまい、接合性が不安定となるという不具合がある。
特開昭５５−１６００７２号公報 特開平３−６００９６号公報 特開平７−１７６８４６号公報

本発明は上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、短時間で多層配線基板が容易に製造できる製造方法であって、高導電率と高い耐熱性を有し、導体配線層との高い接続信頼性を有するバイアホール導体を具備する多層配線基板が製造できる製造方法及びその多層配線基板を提供することを目的とするものである。

本発明の多層配線基板の製造方法は、両面配線板以上の多層配線基板を複数枚重ね合わせることからなる製造方法であって、上記の課題を解決するために、（Ａ）エポキシ樹脂を含む樹脂成分と、（Ｂ）２種以上の金属からなる金属粉と、（Ｃ）硬化剤と、（Ｄ）フラックスとを含有してなり、加熱により前記樹脂成分が硬化し、かつ前記２種以上の金属からなる金属粉が溶融して合金化する導体ペーストを、多層配線基板の少なくとも片面のランド上に印刷する工程と、前記印刷されたペーストどうしが相対向するように複数枚の多層配線基板を配し、これらの多層配線基板の間に貫通孔を有する絶縁性樹脂シートを配し、前記多層配線基板に印刷されたペーストの少なくとも先端部が前記貫通孔内に突出して相対向するように多層配線基板で絶縁性樹脂シートを挟んで複数の多層配線基板と絶縁性樹脂シートを重ね合わせる工程と、前記（Ａ）樹脂成分が硬化し、かつ前記（Ｂ）金属粉が合金化する温度で加熱し、前記貫通孔内で相対向する導体ペーストを一体化させて硬化させることにより、複数の多層配線基板と絶縁性樹脂シートを重ね合わせた状態で固定する工程とを含むものとする。

上記において、導体ペーストとしては、（Ａ）エポキシ当量が２００〜６００の範囲内であり、かつ加水分解性塩素濃度が２００ｐｐｍ未満であるエポキシ樹脂２０重量部以上とこのエポキシ樹脂以外の樹脂８０重量部未満とからなる樹脂成分１００重量部に対し、（Ｂ）融点１８０℃以下の低融点金属少なくとも１種と融点８００℃以上の高融点金属少なくとも１種とを含む、２種以上の金属からなる金属粉２００〜１８００重量部、（Ｃ）硬化剤３〜２０重量部、及び（Ｄ）フラックス３〜７０重量部を含有してなるペーストを好適に用いることができる。

ここで（Ｂ）成分としては、低融点金属が、インジウム単独、又は錫、鉛、ビスマス及びインジウムからなる群から選択された１種又は２種以上の合金であり、高融点金属が、銀、銅、銀コート銅粉からなる群から選択された１種又は２種以上の金属粉からなる金属粉を用いることが好ましい。

また、多層配線基板に印刷された導体ペーストにプレヒート処理を施すことによりＢステージ状態に加工した後、前記複数の多層配線基板と絶縁性樹脂シートを重ね合わせる工程に進むこともできる。

また、絶縁性樹脂シートとしては、厚さが１０μｍ〜１００μｍであるシートを用いることが好ましい。

本発明の多層配線基板は、上記した本発明の製造方法により製造されたものとする。

本発明によれば、市販されている両面板や３層以上の多層板を利用して配線基板の多層化ができることから、歩留まり性が高く、短時間で容易に信頼性の高い高多層板を製造することが可能となる。

また、導体ペーストとして２種以上の金属が合金化するタイプのペーストを使用することにより、１６０〜１８０℃程度の低温でも硬化が可能であり、硬化後にはランド銅箔とペーストとが金属接合し、更に、ペースト内部でも低融点金属と銀及び銅等の金属が合金化することにより、鉛フリーハンダリフロー温度以上の融点に変化する。このため導電率及び耐熱性が非常に向上する。また、導体配線層との高い接続信頼性が実現可能となる。

特に所定のエポキシ当量と加水分解性塩素濃度を有するエポキシ樹脂を所定量含む樹脂成分を用い、かつ金属粉、硬化剤、フラックスを所定量用いたペーストを用いた場合、合金率が高くなり耐熱性がより向上した多層配線基板を得ることが可能となる。

本発明の多層配線基板の製造方法について図を用いて説明する。

図１及び２は、本発明の多層配線基板の製造方法の例を示す模式拡大断面図であり、図１は、多層配線基板を重ねて一体化する前の状態を示し、図２は重ね合わせた後の状態を示す。これらの図において、符号１０，２０は多層配線基板を、符号１１，１２，２１，２２は多層配線基板１０，２０上に形成された銅箔ランドを、符号１３，２３は銅箔ランド上に印刷された導体ペーストを、符号３０は絶縁性樹脂シートを、符号３１は絶縁性樹脂シートの貫通孔を、符号４０は硬化後の導体ペーストをそれぞれ示す。

多層配線基板１０，２０は、基板の両面に銅箔層等のランドが形成された両面配線板、又は３層以上の多層配線基板であり、積層数の上限は特にないが、通常は４層程度である。この多層配線基板は市販されているものを使用することもでき、公知の方法により製造することもできる。

絶縁性樹脂シート３０は、例えばガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させたものや、アルミナやシリカ等の粉体を分散させたエポキシ樹脂シート等の、半硬化状態の樹脂シートであって所定の場所に貫通孔５を設けたものである。樹脂シートの厚さは１０〜１００μｍ程度が好ましい。貫通孔５の位置、大きさ、形状、数等は、印刷される導体ペーストに合わせて決定されるが、例えば円形の孔であれば直径３００μｍ程度が好ましい。

本発明の製造方法では、図１に示すように、導体ペースト１３，２３を多層配線基板１０，２０の少なくとも片面のランド１２，２１上に印刷し、この印刷されたペースト１３，２３が相対向するように多層配線基板１０，２０を配し、これら多層配線基板１０，２０の間に貫通孔３１を有する絶縁性樹脂シート３０を配し、印刷されたペースト１３，２３の少なくとも先端部が貫通孔３１内に突出して相対向するように多層配線基板１０，２０で絶縁性樹脂シート３０を挟む。

好ましくは１０〜４０ｋｇ／ｃｍ^２程度の圧力をかけて挟んだ状態のまま、（Ａ）樹脂成分が硬化し、かつ（Ｂ）金属粉が合金化する温度で加熱することにより、貫通孔３１内で相対向する導体ペースト１３，２３が一体化して硬化するとともに、半硬化状態であった絶縁性樹脂シート３０が一旦溶融して硬化する。それによって２枚の多層配線基板１０，２０が絶縁性樹脂シート（硬化後）３０’を介して重ね合わされた状態で密着固定される。

なお、ここでは２枚の多層配線基板１０，２０を重ねる場合について述べたが、３枚以上の多層配線基板を重ねることも可能であり、その場合、逐次重ねても一度に重ねてもよい。

本発明で用いる上記導体ペーストは、高融点金属粉に低融点金属粉をブレンドしたものを含有し、加熱により金属粉同士が繋がり（以下、これを「メタライズ化」という場合がある）、導電性を発現するものである。

上記のような導体ペーストは、一定条件下で加熱することにより、樹脂が硬化するとともに、金属粉が融解してメタライズ化するので、金属粉同士とが繋がって一体化するとともに、金属粉とランド銅箔も金属接合する。従って、金属粉相互間又は金属粉とランド銅箔とが単に接触しているだけの場合と比較して高い導電性が得られ、銅箔ランドとの接合の信頼性が顕著に向上する。

上記ペーストとしては、例えば、（Ａ）エポキシ当量が２００〜６００の範囲内であり、かつ加水分解性塩素濃度が２００ｐｐｍ未満であるエポキシ樹脂２０重量部以上とこのエポキシ樹脂以外の樹脂８０重量部未満とからなる樹脂成分１００重量部に対し、（Ｂ）融点１８０℃以下の低融点金属少なくとも１種と融点８００℃以上の高融点金属少なくとも１種とを含む、２種以上の金属からなる金属粉２００〜１８００重量部、（Ｃ）硬化剤３〜２０重量部、及び（Ｄ）フラックス３〜７０重量部を含有してなるペーストを好適に用いることができる。

上記のように、エポキシ当量が２００〜６００の範囲内であり、かつ加水分解性塩素濃度が２００ｐｐｍ未満であるエポキシ樹脂２０重量部以上とこのエポキシ樹脂以外の樹脂８０重量部未満とからなる樹脂成分を用いることにより、副反応が抑制されて低融点金属が高融点金属と高率で合金化し、硬化後の耐熱性や、接着性、凝集性等が優れたものとなる。なお、同様の理由で樹脂全体の加水分解性塩素濃度が１０００ｐｐｍであることがより好ましい。

本発明で用いるエポキシ樹脂の具体例としては、エチレングリコール変性エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、臭素化エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、複素環式エポキシ樹脂等が挙げられる。

市販されているエポキシ樹脂の中にも上記エポキシ当量及び加水分解性塩素濃度の要件を満たすものがあり、適宜利用可能であるが、加水分解性塩素濃度がこれより高濃度のエポキシ樹脂の場合は蒸留等の精製処理を行うことにより所望の塩素濃度とすることができる。ただし、加水分解性塩素を完全に除去するのは実質的に不可能であり、濃度０の場合は含まない。

上記エポキシ当量と加水分解性塩素濃度の要件を満たすエポキシ樹脂以外の樹脂成分の好ましい例としては、上記要件を満たさないエポキシ樹脂、アルキド樹脂、メラミン樹脂、キシレン樹脂等が挙げられ、これらを１種又は２種以上、樹脂成分中８０重量％未満の割合で併用することができる。

次に、（Ｂ）金属粉は、融点が１８０℃以下の低融点金属１種以上と融点が８００℃以上の高融点金属１種以上とを含む２種以上の金属が何らかの形で含まれており、加熱によりメタライズ化が起こるものが好ましい。上記２種以上の金属の存在形態は限定されないが、例えば、ある種の金属粉を他の種類の金属からなる金属粉と混合したもの、又はある種の金属粉を他の種類の金属でコートしたもの、あるいはこれらを混合したものが挙げられる。

低融点金属及び高融点金属としては、単一の金属からなるもののほか、２種以上の金属の合金を使用することもできる。低融点金属の好ましい例としては、インジウム（融点：１５６℃）単独、又はスズ（融点：２３１℃）、鉛（融点：３２７℃）、ビスマス（融点：２７１℃）、及びインジウムのうちの１種又はこれらのうちの２種以上を合金にして融点１８０℃以下にしたものが挙げられる。また、高融点金属の好ましい例としては、銀（融点：９６１℃）、銅（融点：１０８３℃）、銀コート銅粉のうちの１種又は２種以上が挙げられる。

金属粉は、その形状には制限がないが、樹枝状、球状、リン片状等の従来から用いられているものが使用できる。また、粒径も制限されないが、通常は平均粒径で１〜５０μｍ程度である。

前記低融点金属としてはスズが含まれていることが好ましく、中でもスズ（Ｓｎ）とビスマス（Ｂｉ）の合金が好ましく、その合金比率がＳｎ：Ｂｉ＝８０：２０〜４２：５８であることが特に好ましい。

上記金属粉の配合量は、良好な印刷性（低粘度）を保持しつつ安定した導電性を得るため、（Ａ）樹脂成分１００部に対して２００〜１８００部が好ましく、より好ましくは１０００〜１６００部である。また、上記した低融点金属と高融点金属の配合比（重量比、以下同様）は、８：２〜２：８の範囲内であるのが好ましい。

次に、（Ｃ）硬化剤は、所望の特性が得られるように適宜選択され、使用可能な例としてはイミダゾール系硬化剤、フェノールノボラック系硬化剤、ナフトール系硬化剤が挙げられるが、これらに分類されないものにも使用可能なものがある。硬化剤は２種以上を併用することもできる。

イミダゾール系硬化剤とはイミダゾール及びその誘導体のうち硬化剤として使用可能なものであり、誘導体の例としては、２−ウンデシルイミダゾール、２−ヘプタデシルイミダゾール、２−エチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾール、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾリウムトリメリテイト等が挙げられる。

フェノールノボラック系硬化剤とは、フェノールノボラック及びその誘導体のうち硬化剤として使用可能なものであり、ナフトール系硬化剤とは、ナフトール及びその誘導体のうち硬化剤として使用可能なものである。

硬化剤の使用量は、良好な導電性、物性が得られることから、樹脂１００部に対して３〜２０部が好ましい。

さらに、（Ｄ）成分であるフラックスは、上記金属粉のメタライズ化を促進するものであり、例としては、塩化亜鉛、乳酸、クエン酸、オレイン酸、ステアリン酸、グルタミン酸、安息香酸、シュウ酸、グルタミン酸塩酸塩、アニリン塩酸塩、臭化セチルピリジン、尿素、ヒドロキシエチルラウリルアミン、ポリエチレングリコールラウリルアミン、オレイルプロピレンジアミン、トリエタノールアミン、グリセリン、ヒドラジン、ロジン等が挙げられる。これらの中では、室温付近の反応性が低く１６０℃付近に活性温度を有するため、ヒドロキシエチルラウリルアミンが好ましい。フラックスの使用量は、樹脂１００部に対して３〜７０部が好ましい。

なお、上記ペーストには、従来から同種の導電性ペーストに添加されることのあった添加剤を、本発明の目的から外れない範囲内で添加することもできる。その例としては、消泡剤、粘度調整剤、粘着剤等が挙げられる。

上記ペーストの硬化（加熱）条件としては、樹脂成分の硬化と金属粉のメタライズ化の双方に適した条件を選択するのが好ましく、具体的な条件は組成等により異なるが、通常は約１６０〜２００℃の温度範囲内で、約１５〜６０分間程度加熱すればよい。

以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこれによって限定されるものではない。

下記各成分を配合し、混合して導体ペーストを調製した。

エポキシ樹脂１：（株）ＡＤＥＫＡ製、ＥＰＲ４０３０（エポキシ当量３８０、加水分解性塩素濃度１００ｐｐｍ） ２５部
エポキシ樹脂２（２官能エポキシ樹脂）：ジャパンエポキシレジン（株）製、エピコート８２８ＥＬ（エポキシ当量１８０、加水分解性塩素濃度１０００ｐｐｍ） ６０部
エポキシ樹脂３（希釈剤）：（株）ＡＤＥＫＡ製、ＥＤ５２９（エポキシ当量１８０、加水分解性塩素濃度５００ｐｐｍ） １５部
金属粉：Ｓｎ−Ｂｉ合金金属粉（Ｓｎ：Ｂｉ＝４２：５８、融点１３８℃、粒径２０μｍ） １８００部
フラックス：ヒドロキシエチルラウリルアミン ５部

上記により得られた導体ペーストを図１に示すように、多層配線基板の銅箔ランド上に印刷した。厚さ６０μｍの樹脂シート（エポキシ樹脂含浸ガラスクロス）の所定の位置に孔径２００μｍの貫通孔を設けたものを用意し、その貫通孔と上記印刷されたペーストとが重なるように樹脂シートを２枚の多層配線基板で挟み、圧力２０ｋｇ／ｃｍ^２で加圧しながら１７５℃で９０分間加熱して硬化させることにより、図２に示すように、多層配線基板と樹脂シートが重ね合わされた状態で密着固定された多層配線基板を得た。

硬化後のペーストをＴＧ／ＤＴＡを用いて融点測定したところ、５００℃付近に融点の吸熱ピークが観察された。また、電子顕微鏡及びＸ線マイクロアナライザーによる観察において、ペースト中の金属粉がメタライズ化（合金化）し、さらにランド銅箔とも金属接合しているのが認められた。

多層配線基板を重ねる前の状態を示す模式拡大断面図である。 重ねた多層配線基板を示す模式拡大断面図である。

符号の説明

１０，２０……多層配線基板
１１，１２，２１，２２……銅箔ランド
１３，２３……導体ペースト
３０……絶縁性樹脂シート
３０’……絶縁性樹脂シート（硬化後）
３１……貫通孔
４０……硬化後の導体ペースト

Claims (6)

1. 両面配線板以上の多層配線基板を複数枚重ね合わせることからなる多層配線基板の製造方法であって、
   （Ａ）エポキシ樹脂を含む樹脂成分と、（Ｂ）２種以上の金属からなる金属粉と、（Ｃ）硬化剤と、（Ｄ）フラックスとを含有してなり、加熱により前記樹脂成分が硬化し、かつ前記２種以上の金属からなる金属粉が溶融して合金化する導体ペーストを、多層配線基板の少なくとも片面のランド上に印刷する工程と、
   前記印刷されたペーストどうしが相対向するように複数枚の多層配線基板を配し、これらの多層配線基板の間に貫通孔を有する絶縁性樹脂シートを配し、前記多層配線基板に印刷されたペーストの少なくとも先端部が前記貫通孔内に突出して相対向するように多層配線基板で絶縁性樹脂シートを挟んで複数の多層配線基板と絶縁性樹脂シートを重ね合わせる工程と、
   前記（Ａ）樹脂成分が硬化し、かつ前記（Ｂ）金属粉が合金化する温度で加熱し、前記貫通孔内で相対向する導体ペーストを一体化させて硬化させることにより、複数の多層配線基板と絶縁性樹脂シートを重ね合わせた状態で固定する工程とを含む
   ことを特徴とする多層配線基板の製造方法。
2. 前記導体ペーストとして、
   （Ａ）エポキシ当量が２００〜６００の範囲内であり、かつ加水分解性塩素濃度が２００ｐｐｍ未満であるエポキシ樹脂２０重量部以上とこのエポキシ樹脂以外の樹脂８０重量部未満とからなる樹脂成分１００重量部に対し、
   （Ｂ）融点１８０℃以下の低融点金属少なくとも１種と融点８００℃以上の高融点金属少なくとも１種とを含む、２種以上の金属からなる金属粉２００〜１８００重量部、
   （Ｃ）硬化剤３〜２０重量部、及び
   （Ｄ）フラックス３〜７０重量部
   を含有してなるペーストを用いることを特徴とする、請求項１に記載の多層配線基板の製造方法。
3. 前記（Ｂ）成分として、低融点金属が、インジウム単独、又は錫、鉛、ビスマス及びインジウムからなる群から選択された１種又は２種以上の合金であり、高融点金属が、銀、銅、銀コート銅粉からなる群から選択された１種又は２種以上の金属粉からなる金属粉を用いることを特徴とする、請求項２に記載の多層配線基板の製造方法。
4. 前記多層配線基板に印刷された導体ペーストにプレヒート処理を施すことによりＢステージ状態に加工した後、前記複数の多層配線基板と絶縁性樹脂シートを重ね合わせる工程に進むことを特徴とする、請求項１に記載の多層配線基板の製造方法。
5. 前記絶縁性樹脂シートとして、厚さが１０μｍ〜１００μｍであるシートを用いることを特徴とする、請求項１に記載の多層配線基板の製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の製造方法により製造された多層配線基板。

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