JP2009147026A - 回路基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安価で高信頼性を確保したＩＶＨ構造の多層回路基板や、ＩＶＨ技術を用いた部品内蔵基板を提供する。
【解決手段】ＩＶＨ構造の回路基板（１００ａ）において、電極（１１４）と導電性ペースト（１１２）との間に、厚みが導電性ペースト（１１２）に含まれる導電粒子の平均粒子径以下のはんだ層（１２１ａ〜１２１ｃ）を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、インナービアホール構造を有する回路基板およびその製造方法に関する。

近年、電子機器の小型・軽量化および高機能化に伴い、電子装置を構成する電子部品を実装する多層回路基板の小型・軽量化および信号処理の高速化、さらには高密度実装化が要求されている。このような要求に応えるためには、回路基板のさらなる多層化、スルーホールの小径化および回路パターンのファイン化等を急速に進展させる必要がある。

しかし、スルーホール構造によって層間の電気接続がなされる従来の多層回路基板では、これらの要求を満足させることは限界に近づいている。そのために新しい層間電気接続構造を備えた多層回路基板やその製造方法が開発されている。

その代表例の一つに、従来の多層回路基板の層間電気接続の主流となっていたスルーホール構造に変わって、導電性ペーストにより層間電気接続を確保した完全インナービアホール（Ｉｎｎｅｒ Ｖｉａ Ｈｏｌｌ 、以降、「ＩＶＨ」という）構造を有する回路形成用基板が開発されている（例えば、特許文献１参照）。

図９（ａ）〜（ｉ）に、ＩＶＨ構造の多層回路基板の製造工程の一例を示す。ＩＶＨ構造の回路基板の製造方法においては、最初に導電性ペーストが充填されたビアホールが形成される。具体的には、プラスチックフィルム１０２が表裏に配された半硬化状態の絶縁性基材１０１（図９（ａ）参照）の所定の位置にレーザ等で貫通孔１１１を形成する工程(図９（ｂ）参照)と、形成された貫通孔１１１に印刷等の方法で導電性ペースト１１２を充填する工程(図９（ｃ）参照)によって実現される。なお、絶縁性基材１０１はプリプレグを加圧状態で加熱硬化させて形成される。

プラスチックフィルム１０２は離形性材料で構成されている。プラスチックフィルム１０２は、導電性ペースト１１２の充填時に、絶縁性基材１０１の貫通孔１１１以外の部分に導電性ペースト１１２が付着するのを防ぐ役割を担っている。さらに、プラスチックフィルム１０２は、絶縁性基材１０１の表面が運送時などに汚染されるのを防止する等の役割も担っている。

導電性ペースト１１２の充填後、プラスチックフィルム１０２が絶縁性基材１０１から剥離される工程(図９（ｄ）参照)を経て、導電性ペースト１１２が充填されたビアホールを有する絶縁性基材１０１が得られる。

このようにして得られたビアホールを有する絶縁性基材１０１の表面に銅箔１１３を貼り付ける工程（図９（ｅ）参照）、加圧加熱による絶縁性基材１０１の硬化および導電性ペースト１１２の硬化／伝導化工程（図９（ｆ）参照）、銅箔１１３のエッチングによるパターニング工程を経て、図９（ｇ）に示すような一層のＩＶＨ構造の回路基板が得られる。

この一層のＩＶＨ構造の回路基板（図９（ｇ））に対して、従来の銅張積層板あるいは多層回路基板の工法と回路のパターニングを利用して、図９（ｉ）に示すような完全ＩＶＨ構造の多層回路基板２００ｄが得られる。

前述したスルーホール構造の多層配線基板では、スルーホールの端部と銅箔との金属接合によって回路基板の両面に形成された電極間の導電性が確保される。これに対し図９に示す完全ＩＶＨ構造の多層回路基板２００ｄでは、導電性ペースト１１２に含まれる導電粒子同士の接触、および導電粒子と電極１１４を形成する銅箔との接触によって、回路基板の両面に形成された電極１１４間の導電性が確保される。言い換えれば、完全ＩＶＨ構造の多層回路基板では、導電性ペースト１１２の導電粒子と電極１１４との接触抵抗のため、スルーホール構造の多層回路基板に比べて導電性が低くなる傾向がある。

このため、完全ＩＶＨ構造の多層回路基板においては、導電性を改善し、層間接続の安定性や信頼性を確保するための対策が施されている。具体的には、銅箔１１３の表面を荒らしたり、図１０に示すように任意の大きさの銅の粒子１１６を電極１１４の表面に一定量付着させて、表面荒さを大きした場合と同様の効果を創出している。すなわち、銅粒子を介して銅箔に対する導電粒子の接触面積を増大させて、導電性ペーストと銅箔との導電性の改善を図っている。

上述の場合、銅箔１１３の表面荒さは、Ｒｍａｘ１０μｍ以上が望ましい。また、銅の粒子１１６を付着した銅箔１１３を使用する場合、銅の粒子の大きさは、ビアホールに充填する導電性ペースト１１２に含まれる導電粒子より大きい方が望ましい。つまり、導電性ペースト１１２と銅箔１１３の界面を観察すると、銅箔表面の銅粒子１１６が導電性ペーストに食い込み、くさび効果を利用して接続の安定性を確保している。

図１１を参照して、銅箔と導電性ペーストとの間の導電性を改善する他の方法について説明する。半導体素子やその他の電子部品を実装した複数の回路基板を組み合わせ、１パッケージ化したＳＩＰ（Ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｐａｃｋａｇｅ）や部品内蔵基板の開発が進められている。図１１（ａ）〜（ｃ）に、特許文献２に記載された、電子部品が内蔵されたＩＶＨ構造の多層回路基板の製造工程を示す。

図１１（ａ）に示す工程においては、半硬化状態の絶縁性基材（コンポジットシート）１０３に層間接続用の穴加工が施され、また電子部品（能動部品１３１、受動部品１３２）内蔵用の空隙部１３３が形成された後に、層間接続用の穴に導電性ペースト１１２が充填される。多層の配線基板１１７、１１８には、半導体素子等の能動部品１３１や抵抗、コンデンサ等の受動部品１３２が表面実装される。その後、コンポジットシート１０３を挟むように配線基板１１７、１１８が垂直方向に配置され、熱プレスによって一体化される。

図１１（ｂ）に示す工程において、図１１（ａ）に示した状態の多層の配線基板１１７、１１８とコンポジットシート１０３が熱プレスによって接合されて、部品内蔵基板３００ｅが形成される。図１１（ｃ）に示す工程において、部品内蔵基板３００ｅの表面に電子部品（能動部品１３１、受動部品１３２）が実装される。

図１１（ｄ）に、図１１（ｂ）において円Ａｒで囲んだ領域の拡大断面を示す。コンポジットシート１０３が多層の配線基板１１７、１１８に挟まれた部品内蔵基板３００ｅでは、電極１１４を構成する銅箔と導電性ペースト１１２に含まれる導電粒子との間の導電性を改善し、層間接続の安定性や信頼性を確保するために、電極（ランド）１１４を形成する銅箔の表面にニッケルメッキが施された後に、さらに金メッキ層１１９が形成されている。つまり、電極１１４を構成する銅箔と導電性ペースト１１２との間に金メッキ層１１９を介在させることによって、電極１１４と導電性ペースト１１２中の導電粒子との間の接触電気抵抗が低下して導電性が改善される。

図１２を参照して、多層接続電気回路の電気抵抗が低く、電気特性に優れ、アライメント精度を確保して寸法精度にも優れることを目的とする特許文献３に提案されている多層配線基板について説明する。特許文献３においては、基本配線板を３層以上の多層配線基板に一括積層する際に中央部の基本配線板と上下の基本配線板との間に生じるアライメントずれが、多層接続電気回路の電気抵抗を増大させ、電気特性を劣化させ、寸法精度を損ない、多層基板の安定接続を阻害する原因と認識されている。

このアライメントずれの発生を防止するために、図１２に示すように、多層回路基板２００ｅにおいては、絶縁性基材１０５および接着層１０６に形成されたビアホールに充填された導電性ペースト１１２と銅箔で形成された電極（ランド）１１４を形成する銅箔との間に５〜３０μｍのハンダ層１２１ｄが設けられている。そして、積層工程時にハンダ層１２１ｄの溶融温度以上の温度に加熱されることにより、溶融したハンダが電極パターンと導電性ペーストとの間でセルフアライメント機能をして作用することによって、アライメント精度の向上を図りつつ接続の安定性を確保している。
特許第２６０１１２８号 特開２００３−１９７８４９号公報 特開２００４−０８７９７５号公報

次に、前述した電極を構成する銅箔と導電性ペーストに含まれる導電粒子との間の導電性を改善する従来の方法の問題点について説明する。

第１に、特許文献１に提案の銅箔の表面を荒くする方法（図９参照）では、以下に示す問題点がある。すなわち、多層回路基板の設計ルールは、電子機器の小型、軽量化および高機能化の要求に応えるため、今後更なるファイン化へ進んでゆく。微細な配線パターンを実現するには、銅箔の表面荒さは小さい方が有利である。

つまり、銅箔の表面荒さが大きい場合、パターンのエッチング時に用いるレジストとの密着強度が低下する。その結果、図１３（ａ）に示すような直進性のよい配線（電極１１４）を形成しようとしても、図１３（ｂ）に示すような、うねった配線が形成されることになる。図１０に示すような部分的に銅の粒子が付いた電極１１４でも同様の現象が生じ、配線パターンの直線性を出すためにはさらなる技術開発が必要となってくる。

第２に、特許文献２に提案の電極（ランド）１１４の表面に金メッキを施す方法（図１１参照）では、配線パターンの表面を金メッキしていることから、多層回路基板のコストアップになる。

第３に、特許文献３に記載されたランドと導電ペーストとの間にハンダ層を設ける方法（図１２参照）では、ハンダ層１２１ｄを設けて導電性ペースト１１２に含まれる導電粒子と電極１１４を形成する銅箔とを金属接合させることは、導電粒子と銅箔との接触で導電性を確保することよりも優れている。

しかしながら、溶融したハンダ層１２１ｄによる電極１１４と導電性ペースト１１２とのアライメント精度の向上を目的としているため、ハンダ層１２１ｄはある程度の厚みが必要となる。ハンダ層１２１ｄの厚みが厚くなるとハンダの量が多くなる。ハンダの量が多いと、回路基板の表面に電子部品を実装する工程で内部のハンダが再溶融する際に問題が生じる可能性がある。

一般的にハンダは、固体時より液体時の方が体積が大きくなる。回路基板の表面に部品を実装するため、リフロー法等によって部品のハンダ付けを行うが、その際に基板内部のハンダも再溶融する。基板内部のハンダが再溶融すると、体積の膨張によって基板の内部に応力が発生し、電極や絶縁性基材を変形させる原因になる。ハンダの量が少ない場合には、体積の膨張による影響は軽微であるが、ハンダの量が多いと、体積の膨張による影響を無視できなくなる。

しかし、セルフアライメント機能を発揮させるために、ハンダ層１２１ｄは電極パターンと導電ペーストの間の厚さ５〜３０μｍの密閉空間に充填されるように構成されている。そのために、ハンダ層１２１ｄが再溶融した際の体積増大による影響は無視しがたい。

更に、導電性ペースト１１２の導電粒子として銅粉を用いる場合、ハンダの溶融が繰り返されると、いわゆる「食われ」現象によって銅粉がハンダに溶け込んで導電性ペーストの体積が減少する。その結果、最悪の場合には導電性ペースト内に空洞が生じて、ビアホールの導電性を低下させる。

本発明は、上述の問題点に鑑みて、安価で高信頼性を確保したＩＶＨ構造の回路基板を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明にかかる回路基板は、
導電粒子を含む導電性ペーストが充填された貫通孔が設けられた絶縁性基材と、
前記貫通孔の開口端面の少なくとも一方に設けられた電極と、
前記電極と前記導電性ペーストとの間に、前記導電粒子の平均粒子径以下の厚さで延在するハンダ層とを備えるものである。

ここで、前記ハンダ層は前記貫通孔の直径と同じであるか、もしくは小さいことが好ましい。また前記ハンダ層は厚みが７μ以下であることが好ましい。

前記ハンダ層はハンダボールにより形成されていてもよい。また前記はんだ層は、メッキにより形成された層であってもよい。

前記絶縁性基材は、耐熱性有機繊維および無機繊維の少なくとも一方を主成分とする織布あるいは不織布に熱硬化性樹脂を含浸させたものであることが好ましい。

前記絶縁性基材は無機フィラーと熱硬化性樹脂の混合物であり、当該無機フィラーの量は５〜９５重量％で、かつ当該無機フィラーは、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＢＮ、ＡｌＮ、およびＳｉＯ₂からなる群から選ばれた少なくとも１つを含んでいてもよい。

前記熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、シアネートエステル樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、フッ素系樹脂およびメラミン樹脂から選ばれる少なくとも１種類の材質であることが好ましい。

また本発明は、前記絶縁性基材に電子部品が内蔵されている部品内蔵基板を含む。また本発明は、上述の回路基板が複数板積層され、かつ隣接する２枚の回路基板の相対する面に配された２つの電極が共用される多層回路基板を含む。更に本発明は、上述の各回路基板の製造方法を含む。

本発明によれば、導電性ペーストと電極の界面に極少量のハンダ層を設けることにより、導電性ペーストと電極との間に金属接合層が形成されて導電性が改善される。結果、低コストで高信頼性、さらに高密度実装を実現できる多層回路基板や部品内蔵基板を提供することが可能となる。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１に、本発明の実施の形態１にかかる回路基板の要部断面を示す。回路基板１００ａは絶縁性基材１０１、インナービアを構成する導電性ペースト１１２、銅箔で形成された電極１１４、および電極１１４と導電性ペースト１１２との界面に形成されたハンダ層１２１ａを含む。

本発明の特徴は、電極１１４と導電性ペースト１１２との間に、極薄（所定の厚さ）のハンダ層１２１ａを延在させる点にある。このハンダ層１２１ａによって電極１１４と導電性ペースト１１２に含まれる導電粒子との間の金属接合を実現し、接触抵抗を低下させることによって導電性の改善を図っている。本発明は更に、ハンダ層１２１ａの厚さを制限することにより、ハンダが再溶融した際の体積膨張による弊害の発生を防止している。

最初に、図２を参照して、ハンダ層１２１により電極１１４と導電性ペースト１１２との界面に金属接合層が実現される様子を説明する。図２（ａ）〜（ｃ）に、ハンダ層１２１ａが形成された電極１１４付近の導電性ペースト１１２の状態を模式的に示す。なお、導電性ペースト１１２中の導電粒子１１５の間は硬化した樹脂で埋まっているが、説明の都合上、図では樹脂を省略して表示している。同様に、導電粒子１１５の大きさは誇張して示してある。

図２（ａ）に加熱・加圧工程を経て製造された回路基板１００ａの当初の状態を示す。前述したようにハンダ層１２１ａに導電性ペースト１１２中の導電粒子１１５が接触し、更に一部の導電粒子１１５はハンダ層１２１ａに食い込んでいる。この状態では、電極１１４を構成する銅箔とハンダ層１２１ａとの金属接合、ハンダ層１２１ａと導電粒子１１５との接触、および導電粒子１１５間の接触によって、電極１１４と導電性ペースト１１２との間の電気的な接続が実現されている。

図２（ｂ）に、回路基板１００ａの実装面に電子部品を実装するため、リフロー工程等において、回路基板１００ａがハンダの融点以上まで加熱された状態を示す。回路基板１００ａが融点以上まで加熱されるとハンダ層１２１ａのハンダが溶け、ハンダ層１２１ａと接する導電粒子１１５の表面をハンダが覆い始める。なお、図２において、ハンダ層１２１ａおよび溶けたハンダは斜線を附して表示されている。

図２（ｃ）に、更にハンダの溶融が進んだ状態を示す。ハンダが溶融すると、導電粒子１１５は導電性ペースト１１２内の残留応力によって電極１１４方向に移動し、電極１１４の表面に接触する。また導電粒子１１５間や導電粒子１１５と樹脂との隙間にハンダが流れ込み、ハンダを介して電極１１４と導電粒子１１５との間に金属接合が実現する。

このように、図２（ａ）に示した状態では、導電粒子１１５とハンダ層１２１ａとの間の接触により、電極１１４と導電性ペースト１１２との間の導電性が付与される。これに対し、図２（ｃ）に示した状態では、導電粒子１１５とハンダの金属接合により電極１１４と導電性ペースト１１２との間の導電性が付与される。結果として、ハンダ層１２１ａがない場合に比べ、電極１１４と導電性ペースト１１２との間の導電性すなわちインナービアの導電性が大幅に向上する。

図１に戻り、ハンダ層１２１ａの厚みについて説明する。前述したように、ハンダ層１２１ａの厚みが過大であれば、リフロー工程等においてハンダが溶融した際にハンダの体積増も過大になる。この体積が膨張したハンダによって、図１に示す電極１１４と絶縁性基材１０１との界面Ｂｄが押し広げられ、最悪の場合、界面Ｂｄにクラックが発生し、回路基板１００ａの品質を著しく低下させる。

また、導電粒子１１５として銅粉を用いた場合、ハンダの溶融が繰り返されると、銅粉がハンダ中に溶け込んで銅粉の体積が減少し、導電性ペースト１１２中に空隙が生じる。この空隙は、ハンダ層１２１ａと導電性ペースト１１２の間の導電性を低下させる原因となる。

このようにハンダ層１２１ａの厚みを所定値以上にすることは好ましくない。後に、検証結果に基づいて説明するが、ハンダ層１２１ａの厚みは導電性ペースト１１２に含まれる導電粒子１１５の平均粒子径以下にすることが好ましい。この条件を満たす場合には、クラックの発生や空隙の発生等の弊害を防止できる。

次に、図１を参照して本発明にかかる回路基板の構成について具体的に説明する。絶縁性基材１０１は、耐熱性有機繊維あるいは無機繊維の少なくとも一方を主成分とする織布あるいは不織布に熱硬化性樹脂を含浸させたシート状のプリプレグを加圧状態で加熱硬化させて形成される。

絶縁性基材１０１に含まれる耐熱性有機繊維としては芳香族ポリアミド繊維が挙げられる。また熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノールレゾール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、シアネートエステル樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、フッ素系樹脂およびメラミン樹脂から選ばれる少なくとも１種類以上の樹脂を含んでいることが好ましい。

電極１１４は、導電性を有する物質からなり、例えば金属箔や金属板を加工したリードフレームを用いることができる。金属箔やリードフレームを用いることにより、エッチング等により微細な配線パターンの作成が容易になる。特に銅箔はコストも安く、導電性も高いため好ましい。

導電性ペースト１１２は、絶縁性基材１０１の両面に形成された電極１１４、１１４間を電気的に接続する機能を有し、熱硬化性樹脂に導電粒子を混合して作られる。本実施の形態では、導電性ペースト１１２として、銅粉９０ｗｔ％に熱硬化性樹脂を混ぜ合わせたものを使用した。導電性ペーストの導電粒子としては銅以外に、金、銀、アルミニウム、ニッケル、パラジウム、亜鉛、インジウム、ビスマスなどの金属あるいはそれら金属の合金が使用できる。

導電性ペーストの熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノールレゾール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、シアネートエステル樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、フッ素系樹脂およびメラミン樹脂から選ばれ、少なくとも１種類以上の樹脂を含んでいることが望ましい。

ハンダ層１２１ａは電極１１４の表面にメッキ等の方法を用いて形成される。ハンダ層１２１の材料としては、鉛と錫による共晶ハンダ、鉛フリーハンダ、錫等の融点が１００〜２５０℃程度の低溶融金属が好ましい。

次に、図３を参照して図１に示す本実施の形態にかかる回路基板の製造方法について説明する。ＰＥＴフィルム１０２が接着された絶縁性基材１０１（図３（ａ））の所定の個所に、レーザ加工法を利用して貫通孔１１１が形成される（図３（ｂ））。なお、図では貫通孔１１１が円錐台状に表されているが、これはレーザ加工によることを強調したものであって、図１に示すように円筒状の貫通孔であってもよい。

絶縁性基材１０１の貫通孔１１１に導電性ペースト１１２が充填される（図３（ｃ））。導電性ペースト１１２を充填する際には、貫通孔１１１を有する絶縁性基材１０１は印刷機（図示せず）のテーブル上に設置される。そして、導電性ペースト１１２はＰＥＴフィルム１０２の上から直接印刷されて、貫通孔１１１に充填される。導電性ペースト１１２の充填後、絶縁性基材１０１は、導電性ペースト１１２を硬化させるために、８０℃の熱風乾燥炉に３０分間入れられる。

次に、ＰＥＴフィルム１０２の全面にハンダ１２０が付着される（図３（ｄ））。ＰＥＴフィルム１０２は離形性の材料で構成されており、導電性ペースト１１２の充填時およびハンダ１２０付着時の印刷マスクの役割と、絶縁性基材１０１の表面の汚染防止の役割を果たす。

次に、絶縁性基材１０１の両面からＰＥＴフィルム１０２が剥離される（図３（ｅ））。ＰＥＴフィルム１０２が剥離されることによって、導電性ペースト１１２の上下面のみにハンダ１２１ａを付着させる事が可能となる。

なお、本例においては、ハンダ層１２１ａの径が貫通孔１１１の直径と同じであり、ハンダ層１２１ａは導電性ペースト１１２の上下面を完全に覆うように付着されている。しかし、ハンダ層１２１ａを塗布する際に、導電性ペースト１１２の上下面の一部を覆うようなマスク（例えば、貫通孔１１１の直径より小さい径の孔が形成されたマスク）を用いて、ハンダ層１２１ａが導電性ペースト１１２の上下面を完全に覆い尽くさないようにしてもよい。

ハンダ層１２１ａは導電性ペースト１１２の上下面を完全に覆う場合に比べて、導電性ペースト１１２中の導電粒子とハンダ層１２１ａとの間で金属接合が形成される面積は狭い。しかしながら、リフロー時に再溶融により膨張したハンダは界面Ｂｄに到達することなく、つまり界面Ｂｄが膨張したハンダによって剥離する可能性を低減できる。ゆえに、電極１１４と導電性ペースト１１２（導電粒子）との金属接合がより安定的に実現できる。

次に、絶縁性基材１０１の両面に銅箔１１３が張り付けられる（図３（ｆ））。この状態において熱プレスで真空加熱加圧することにより、絶縁性基材１０１と銅箔１１３とが接着される（図３（ｇ））。この時、絶縁性基材１０１の樹脂成分が加熱によって硬化する。

そして絶縁性基材１０１の表裏に張り付けられた銅箔１１３の両側にレジスト（図示せず）が積層された後に、外周部に設けられたアライメントマーク（図示せず）と露光マスクのアライメントマーク（図示せず）の位置が合わされて露光される。その後、レジストの現像およびエッチングにより、銅箔１１３が電極１１４を含む配線パターンに形成されて両面の回路基板１００ａ（図３（ｈ））が得られる。

３層の回路基板を作製する場合は、両面の回路基板１００ａ（図３（ｈ））の両側に、絶縁性基材１０１（図３（ｅ））がそれぞれの外周部に設けられたアライメントマークの位置を合わせて積層配置される。その両側に銅箔１１３が張り付けれる（図３（ｉ））。この状態で、熱プレスで真空加熱加圧することにより、絶縁性基材１０１と両面の回路基板１００ａと銅箔１１３とが接着される（図３（ｉ））。そして表裏の銅箔１１３を選択的にエッチングして電極１１４を含む配線パターンが形成され、４層の多層回路基板２００ａ（図３（ｊ））が得られる。

本発明の有効性を検証するため、以下の条件で多層回路基板を作成し、信頼性を評価した。なお、ハンダ層１２１ａの有効性を確認するため、銅箔１１３として表面荒さがＲＭａｘ５μｍ以下のものを使用した。さらに、比較検討用を含め、ハンダ層１２１ａの厚みを変えた７種類の多層回路基板を用意した。
回路基板Ｎｏ．１：ハンダ層無し
回路基板Ｎｏ．２：ハンダ層厚み１μｍ
回路基板Ｎｏ．３：ハンダ層厚み５μｍ
回路基板Ｎｏ．４：ハンダ層厚み７μｍ
回路基板Ｎｏ．５：ハンダ層厚み１０μｍ
回路基板Ｎｏ．６：ハンダ層厚み２０μｍ
回路基板Ｎｏ．７：ハンダ層厚み３０μｍ

多層回路基板の表裏両面に設けられ電極間の初期接続抵抗値は、回路基板Ｎｏ．１〜Ｎｏ．７の全てにおいて安定していた。続いて信頼性を評価するため、以下の試験を行った。回路基板への表面実装を想定して、２６０℃のリフロー工程を３回行った後に、信頼性評価−５５℃３０分／１２５℃３０分の気相熱衝撃試験へ投入した。以下に結果を説明する。

Ｎｏ．１の回路基板（ハンダ層無し）の場合、リフロー工程では、接続抵抗の上昇もなく安定していたが、熱衝撃試験５００サイクル後に接続抵抗値を測定してみると、５０％以上の確率で抵抗値が上昇していた。

Ｎｏ．２、３および４の回路基板（ハンダ層の厚み１μｍ、５μｍおよび７μｍ）の場合、リフロー工程および熱衝撃試験の抵抗値測定で異常となるものは見受けられなかった。

Ｎｏ．５、６および７の回路基板（ハンダ層の厚み１０μｍ、２０μｍおよび３０μｍ）の場合、リフロー工程では接続抵抗の上昇もなく安定していたが、熱衝撃試験５００サイクル後に接続抵抗値を測定してみると、抵抗値が上昇しているものが見受けられた。ハンダ層の厚みが厚いものほど上昇する頻度が高いという結果となった。

またＮｏ．１の回路基板（ハンダ層無し）の断面を観察してみると、電極（ランド）１１４を構成する銅箔と導電性ペースト１１２の界面が剥離しているものが見受けられた。Ｎｏ．５、６および７の回路基板（ハンダ層の厚み１０μｍ以上）の断面を観察してみると、ハンダが電極（ランド）１１４からはみ出ているものが見受けられた。リフロー工程でハンダが再溶融した際に、ハンダが膨張して絶縁性基材１０１と電極１１４を剥離させ、その隙間にハンダが広がったものと考えられる。またそのとき出来たクラックが熱衝撃試験で広がり、接続が不安定となったと考えられる。

比較検討の結果、ハンダ層１２１ａの厚みは７μｍ以下が望ましいと言える。好ましくは５μｍ以下がよい。なぜならば、導電性ペースト中の導電粒子の平均粒子径は５μｍであり、導電粒子の平均粒子径以下であれば、ハンダが電極（ランド）からはみ出して、不良となることがないと考えられるからである。

（実施の形態２）
図４に、本発明の実施の形態２にかかる回路基板の要部断面を示す。実施の形態１の回路基板１００ａ（図１）では、導電性ペースト１１２と電極１１４との界面に所定の厚さのハンダ層１２１ａが形成されている。これに対し、本実施の形態の回路基板１００ｂでは、導電性ペースト１１２の表面に付着させたハンダボールを加熱加圧してハンダ層１２１ｂを形成している。つまり、ハンダ層１２１ｂは、導電性ペースト１１２と電極１１４との界面の一部に形成され、その周囲は導電性ペースト１１２が電極１１４に直接接している。

このような、ハンダ層１２１ｂによって導電性ペースト１１２と電極１１４とが部分的に接合される構成は、上述のように、実施の形態１にかかるハンダ層１２１ａにおいても可能であると共に、界面Ｂｄの剥離の可能性が低減できることも同様である。本実施の形態においては、第１の実施の形態におけるハンダ層１２１ａの部分塗布の場合に比べて、ハンダ塗布の際の必要とされるマスクの枚数を低減できる。

図５（ａ）〜（ｈ）に、本実施の形態２にかかる回路基板の製造工程を示す。なお、図５において、図３に示した構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の符号を付して、説明を省略する。以後も同様とする。

図５（ａ）〜図５（ｃ）迄の工程は、すでに図３（ａ）〜図３（ｃ）を参照して説明した通りであるので説明を省く。

次に図５（ｄ）に示すように、導電性ペースト１１２の上下面に直径が５μｍ以下のハンダボール１２２を取り付ける。ハンダボール１２２を導電性ペースト１１２の上下面に配置後、ペーストを硬化させるため絶縁性基材１０１を８０℃で３０分間熱風乾燥炉に入れる。

次に図５（ｅ）に示すように、絶縁性基材１０１の両面からＰＥＴフィルム１０２を剥離する。続いて図５（ｆ）に示すように、絶縁性基材１０１の両面に銅箔１１３を張り付ける。

この状態を保ち、絶縁性基材１０１を熱プレスで真空加熱加圧することにより、図５（ｇ）に示すように、絶縁性基材１０１と銅箔１１３とが接着される。この時、絶縁性基材１０１は樹脂成分が加熱によって硬化する。同様に、ハンダボール１２２は加熱、加圧によって変形し、電極１２１ｂとなる。

そして絶縁性基材１０１の表裏に貼り付けられた銅箔１１３の両側にレジスト（図示せず）をラミネートした後、外周部に設けられたアライメントマーク（図示せず）と露光マスクのアライメントマーク（図示せず）の位置を合わせ露光する。その後、レジストの現像およびエッチング処理により銅箔１１３が電極１１４を含む配線パターンに形成されて、図５（ｈ）に示す両面の回路基板１００ｂが得られる。以後、図３（ｉ）および（ｊ）を参照して説明した工程と同様の工程により３層の回路基板を作成する。

ハンダ層１２１ｂの有効性を検証するため、実施の形態１におけるのと同様に、複数の多層回路基板を作成し、信頼性評価を行った。なお、ハンダ層の有効性を確認するため、銅箔１１３には表面荒さがＲＭａｘ５μｍ以下のものを使用した。

ハンダボール１２２を用いた本実施の形態にかかる多層回路基板でも、多層回路基板の表裏両面に設けられ電極間の初期接続抵抗値は安定し、リフロー工程および熱衝撃試験の抵抗値測定で異常となるものは見受けられなかった。ハンダボールの大きさ（直径）は貫通孔の径によって左右されるが、本実施の形態ではハンダ層１２１ｂの厚みが５μｍ以下となるものが良い。このため、ハンダボール１２２が溶融した場合に、厚みが５μｍを超えない体積となるようなボール径が望ましい。

（実施の形態３）
前述した実施の形態１および２では、本発明を多層回路基板に適用した例について説明した。本実施の形態では、本発明を部品内蔵基板に適用した例について説明する。

図６（ｄ）に、図６（ｂ）に示す本実施の形態にかかる部品内蔵基板の円Ａｒで囲った領域の要部を拡大して示す。回路基板の基本的な構成は実施の形態１、２にかかる回路基板と同様である。ただし、本実施の形態では、実施の形態１、２の絶縁性基材１０１が絶縁性基材１０３に置き換わり、絶縁性基材１０３として、無機フィラーと熱硬化性樹脂との混合物であるコンポジットシートを加圧状態で加熱硬化させて形成したものを用いている。またハンダ層１２１ｃは、電極１１４の表面にメッキされて形成されている。

コンポジットシート（絶縁性基材）１０３は、フィラーの量が５〜９５重量％であることが好ましい。無機フィラーは、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＢＮ、ＡｌＮ、およびＳｉＯ₂からなる群から選ばれた少なくても１つ以上を含んでいることが好ましい。無機フィラーは、平均粒子径１０μｍ以下が望ましく、粒度分布として１０μｍ以下の粒子径の粒子が６０％以上、２０μｍ以下の粒子径の粒子が９０％以上、かつ最大粒子径が３０μｍ以下であることが好ましい。

コンポジットシート（絶縁性基材）１０３に用いる熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノールレゾール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、シアネートエステル樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、フッ素系樹脂およびメラミン樹脂から選ばれる少なくとも１種類以上の樹脂を含んでいることが好ましい。

図７（ａ）〜（ｄ）に、コンポジットシート１０３の製造工程を示す。まず、図７（ａ）に示すように、離形性フィルムの一種であるＰＰＳフィルム１０４が接着されたコンポジットシート１０３の所定の個所に、図７（ｂ）に示すようにパンチングマシンを利用して貫通孔１１１が形成される。

次に、図７（ｃ）に示すように、貫通孔１１１に導電性ペースト１１２が充填される。導電性ペースト１１２を貫通孔１１１に充填する方法については、図３（ｃ）を参照して説明した通りである。

次に図７（ｄ）に示すように、コンポジットシート１０３の両面からＰＰＳフィルム１０４が剥離される。

図６（ａ）〜（ｃ）に、本実施の形態にかかる部品内蔵基板の製造工程を示す。図６（ａ）に示すように、図７（ｄ）に示すコンポジットシート１０３に電子部品内蔵用の空隙部１３３が形成された後に、その両面に電子部品（能動部品１３１、受動部品１３２）が実装済みの多層の配線基板１１７と１１８とがアライメント積層される。この状態で熱プレスで真空加熱加圧されて、図６（ｂ）に示すようにコンポジットシート１０３と配線基板１１７、１１８とが接着される。この時、コンポジットシート１０３は樹脂成分が加熱によって硬化する。

その後、図６（ｃ）に示すように表面に能動部品１３１や受動部品１３２が実装されて、部品内蔵基板３００ｃが完成する。

図６（ｄ）に示すように、実施の形態１におけるのと同様に、部品内蔵基板３００ｃの電極１１４と導電性ペースト１１２との界面にハンダ層１２１ｃが形成されている。前述した実施の形態１では、ＰＥＴフィルムの剥離前にハンダを導電性ペースト１１２に付着させ、実施の形態２では半田ボールを取り付けることによりハンダ層を形成している。これに対し本実施の形態では、多層の配線基板１１７、１１８の電極１１４に事前にハンダメッキを施している。メッキによりはんだ層を形成すると、均質な厚みのハンダ層を実現でき、結果、安定して接続抵抗を下げることができる。

次に図８を参照して、多層の配線基板１１７の表面に形成された電極１１４の表面に、メッキによりハンダ層１２１ｃを形成する方法について簡単に説明する。図８（ａ）に示すように電極１１４の表面の全てにハンダ層を形成する場合には、図８（ｂ）に示すように電極１１４を囲むようにレジスト層１１８が形成された後に、ハンダメッキが行なわれる。これに対し、図８（ｃ）に示すように電極１１４の一部にハンダ層１２１ｃを形成する場合には、図８（ｄ）に示すようにレジスト層１１８を電極１１４に被せるように形成された後に、ハンダメッキが行われる。

本実施の形態におけるハンダ層１２１ｃの有効性を検証するため、実施の形態１、２と同様に、作成した複数の部品内蔵基板について、信頼性評価を行った。具体的には、２６０℃のリフロー工程を３回行った後、信頼性評価−５５℃３０分／１２５℃３０分の気相熱衝撃試験へ投入した。本実施の形態で作成した部品内蔵基板においても、初期の接続抵抗値は安定し、リフロー工程および熱衝撃試験の抵抗値測定で異常となるものは見受けられなかった。

本発明は、安価で高信頼性を確保したＩＶＨ構造の多層回路基板や、ＩＶＨ技術を用いた部品内蔵基板等に利用できる。

本発明の実施の形態１にかかる回路基板の要部断面図 ハンダ層により電極と導電性ペーストの界面に金属接合層が形成される様子の説明図 本発明の実施の形態１にかかる多層回路基板の製造工程を示す断面図 本発明の実施の形態２にかかる回路基板の要部断面図 本発明の実施の形態２にかかる多層回路基板の製造工程を示す断面図 本発明の実施の形態３にかかる部品内蔵基板の製造工程を示す断面図 本発明の実施の形態３にかかる部品内蔵基板のコンポジットシートの製造工程を示す断面図 本発明の実施の形態３にかかるハンダ層の形成方法の説明図 従来の多層回路基板の製造工程を示す断面図 従来の回路基板における電極と導電ペーストの接合状態を示す断面図 従来の部品内蔵基板の製造工程を示す断面図 従来の多層回路基板を示す断面図 配線パターンエッチングの問題の説明図

符号の説明

１０１ 絶縁性基材
１０２ ＰＥＴフィルム
１０３ コンポジットシート
１０４ ＰＰＳフィルム
１１１ 貫通孔
１１２ 導電性ペースト
１１３ 銅箔
１１４ 電極
１１５ 導電粒子
１１７、１１８ 配線基板
１２１ａ〜１２１ｃ ハンダ層
１２２ ハンダボール
１３１ 能動部品
１３２ 受動部品
１３３ 空隙部

Claims (15)

1. 導電粒子を含む導電性ペーストが充填された貫通孔が設けられた絶縁性基材と、
   前記貫通孔の開口端面の少なくとも一方に設けられた電極と、
   前記電極と前記導電性ペーストとの間に、前記導電粒子の平均粒子径以下の厚さで延在するハンダ層とを備える回路基板。
2. 前記ハンダ層は前記貫通孔の直径と同じであることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
3. 前記ハンダ層は前記貫通孔の直径より小さいことを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
4. 前記ハンダ層はハンダボールにより形成されることを特徴とする請求項３に記載の回路基板。
5. 前記はんだ層は、メッキにより形成された層であることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
6. 前記ハンダ層は厚みが７μ以下であることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
7. 前記絶縁性基材は、耐熱性有機繊維および無機繊維の少なくとも一方を主成分とする織布あるいは不織布に熱硬化性樹脂を含浸させたものであること特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の回路基板。
8. 前記絶縁性基材は無機フィラーと熱硬化性樹脂の混合物であり、当該無機フィラーの量は５〜９５重量％で、かつ当該無機フィラーは、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＢＮ、ＡｌＮ、およびＳｉＯ₂からなる群から選ばれた少なくとも１つを含んでいることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の回路基板。
   が好ましい。
9. 前記熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、シアネートエステル樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、フッ素系樹脂およびメラミン樹脂から選ばれる少なくとも１種類の材質であることを特徴とする請求項７または８に記載の回路基板。
10. 前記電極は、金属箔で形成されることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の回路基板。
11. 前記絶縁性基材に電子部品が内蔵されている請求項１〜９のいずれかに記載の回路基板。
12. 請求項１〜９のいずれかに記載の回路基板が複数板積層され、かつ隣接する２枚の回路基板の相対する面に配された２つの電極が共用される多層回路基板。
13. 離形性フィルムを備えた半硬化状態の絶縁性基材に貫通孔を形成する工程と、
    前記貫通孔内に導電性ペーストを充填する工程と、
    前記離形性フィルムおよび前記導電性ペーストの表面にハンダ層を形成する工程と、
    前記絶縁性基材から前記離形性フィルムを剥離する工程と、
    前記絶縁性基材の前記離形性フィルムを剥離した面に金属箔を重ねる工程と、
    前記金属箔を重ねた前記絶縁性基材を加熱加圧して、当該絶縁性基材を硬化させる工程とを含む回路基板の製造方法。
14. 離形性フィルムを備えた半硬化状態の絶縁性基材に貫通孔を形成する工程と、
    前記貫通孔内に導電性ペーストを充填する工程と、
    前記導電性ペーストの表面にハンダボールを取り付ける工程と、
    前記絶縁性基材から前記離形性フィルムを剥離する工程と、
    前記絶縁性基材の前記離形性フィルムを剥離した面に金属箔を重ねる工程と、
    前記金属箔を重ねた前記絶縁性基材を加熱加圧して、当該絶縁性基材を硬化させる工程とを含む回路基板の製造方法。
15. 離形性フィルムを備えた半硬化状態の第１の絶縁性基材に貫通孔を形成する工程と、
    前記貫通孔内に導電性ペーストを充填する工程と、
    前記第１の絶縁性基材から前記離形性フィルムを剥離する工程と、
    一方の面に電極が形成された第２の絶縁性基材の前記電極の表面にハンダ層を形成する工程と、
    前記第１の絶縁性基材と前記第２の絶縁性基材とを、前記ハンダ層が前記導電性ペーストに接するように重ね合わせる工程と、
    前記第１および第２の絶縁性基材を加熱加圧して、当該第１の絶縁性基材を硬化させる工程とを含む回路基板の製造方法。

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