JP3592006B2 - ビアホール充填用導電性ペースト及びそれを用いたプリント配線板 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、両面プリント配線板や多層プリント配線板の導電層間の電気接続のためにビアホールに充填される導電性ペーストと、それを用いたプリント配線板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の軽薄短小化が強く求められるに伴って、電子機器を構成する電子部品及びプリント配線板に対する軽薄短小化の要求が益々強くなってきている。この要求に応えるために、高密度実装技術の開発が重要視されている。実装技術の開発には、大きく分けて実装部品からのアプローチと、プリント配線板及び実装方式からのアプローチとがある。
【０００３】
実装部品からのアプローチとして、例えば半導体の端子ピッチをみると、現在では０．５ｍｍから０．３ｍｍピッチまでの狭ピッチ化が進んでいる。またチップ部品のサイズは現在では１００５チップ（１．０×０．５ｍｍ）が普通に使用されるに至っている。部品サイズや端子ピッチをこれ以上小形化すると、実装方式の観点からはかえって実装コストが高くなるという状況にある。
【０００４】
したがって、高密度実装を実現する上で、プリント配線板および実装方式の開発が重要なポイントである。現在、高密度実装用のプリント配線板として一般的なものにガラスエポキシ基板がある。これは、ガラス織布に耐熱性のエポキシ樹脂を含浸させたものを絶縁層材料として用いたものである。このようなガラスエポキシ基板の導電層間の電気接続をドリリングと銅メッキによって行うスルーホール技術は長年の実績があり、確立された技術である。
【０００５】
しかし、このドリリングと銅メッキによるスルーホールは以下のような欠点を有し、さらなる高密度化の要求に対して十分に応えることができない。つまり、スルーホール（貫通穴）が配線スペースを減少させるので、配線長が長くなり高密度化が妨げられるとともに、ＣＡＤ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｉｄｅｄ ｄｅｓｉｇｎ）による自動配線が困難になる。さらに、スルーホールが小径化するとドリリングによる孔明けが困難になり、加工コストの低減が難しいといった問題もある。
【０００６】
そこで、ドリリングと銅メッキによるスルーホールと異なる方法として、導電性ペーストをビアホールに充填することによって導体層間の電気接続をとる方法が注目されている。この技術は、例えば特開平５−１７５６５０号公報、特開平７−１７６８４６号公報等に開示されている。この方法によれば、完全なインナービアホール（ＩＶＨ：ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ Ｖｉａ Ｈｏｌｅ）によって内層の導電層間の電気接続がとられた多層基板を製造することができる。
【０００７】
このような導体層間の電気接続方法に用いられる導電性ペーストは、通常、２０００ｐａ・ｓ程度以下の低粘度が要求される。低粘度化の方法として、従来は、導体フィラ量を減らしたり、溶剤や反応性希釈剤を添加する方法が用いられてきた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ビアホールの小径化を図りながら、導電層間の電気接続の高導電率（低電気抵抗）を実現するには、むしろ導体フィラの含有率を上げて導電性ペーストの導電性を高める必要があり、低粘度化との両立が困難になる。また溶剤や反応性希釈剤を添加した場合は、加熱加圧時に揮発成分のために基材に膨れが生じたり基材と導体層（配線銅箔）との接着力が弱くなるといった問題がある。
【０００９】
そこで本発明は、導電性ペーストの導電性を高めながら低粘度化を実現すること、そして、この導電性ペーストを用いて導電層間の電気接続をとった信頼性の高いプリント配線板を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明による導電性ペーストは、プリント配線板の導電層間の電気接続のためにビアホールに充填される導電性ペーストであって、８０〜９５重量％の固体金属、０．１〜２０重量％の液体金属、残りの樹脂及び硬化剤を含有することを特徴とする。これによって、導電性ペーストの粘度を上げることなく導電性を上げることができる。
【００１１】
本発明で用いる樹脂及び硬化剤として、例えば、従来から用いられている液状エポキシ樹脂と一般的な硬化剤（アミン系、尿素系、酸無水物系、芳香族アミン系等）を用いることができる。これによって、容易に硬化でき、高い信頼性を得ながら、液体金属の使用によって粘度を上げることなく導電性を上げることができる。
【００１２】
また、さらに分散剤を添加することにより、印刷等の条件に合わせて導電性ペーストの粘性挙動を制御することができる。
液体金属として、Ｇａ−Ｓｎからなる合金、Ｇａ−Ｉｎからなる合金、Ｇａ−Ｓｎ−Ｉｎからなる合金、又はＧａ−Ｓｎ−Ｚｎからなる合金を用いることが好ましい。
【００１３】
以上のような本発明の導電性ペーストをプリント配線板のビアホールに充填して導電層間の電気接続をとることにより、信頼性の高い高密度実装に適したプリント配線板を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、具体的な実施例を用いて本発明を詳しく説明する。
本発明による導電性ペーストは、例えば以下のようにして作られる。まず、固体の導体フィラとしての銅、及び樹脂成分としてのエポキシ樹脂にチクソ性を付与するための分散剤として０．３μｍ程度の粒径のＳｉＯ_２ を加えて三本ロールミルで混練する。次にこのペーストに硬化剤としてのアミン系の硬化剤と、液体金属としてＧａ−Ｓｎ、Ｇａ−Ｉｎ、Ｇａ−Ｓｎ−Ｉｎ、又はＧａ−Ｓｎ−Ｚｎを加えてシンプソンミルで混練し、揮発性の溶剤を加えない導電性ペーストを作る。
【００１５】
液体金属は、共晶組成、Ｇａ−Ｓｎ（９２：８）、Ｇａ−Ｉｎ（７５．５：２４．５）、Ｇａ−Ｉｎ−Ｓｎ（６２：２５：１３）、Ｇａ−Ｉｎ−Ｚｎ（６７：２９：４）では融点が常温以下となる。融点以上の温度では液体金属の粘度は高々数ｍｐａ・ｓであり、液体金属を０．１〜２０重量％含有させることによって容易にペーストの粘度を下げることができ、かつ導電性も向上する。実験によると、液体金属の含有量が０．１重量％以下では粘度を下げる効果がほとんど得られず、逆に２０重量％以上になると経時的な粘度変化のために、ビアホール充填用導電性ペーストとして使用できる時間が限られてしまう。つまり、時間の経過に伴って液体金属と固体金属成分との合金化が生じ、これによって粘度が高くなってしまう。
【００１６】
上記の４種類の液体金属のそれぞれについて、液体金属の含有率１．０重量％と２．０重量％との二種類、さらに液体金属の含有率が２．０重量％のものについては分散剤を添加した場合としなかった場合との二通りについて、合計１２通りの組み合わせの導電性ペーストを作製した。これらの組成及び粘度を表１に導電性ペースト番号５から１６として示す。また、表１において、導電性ペースト番号１から４は、液体金属を含まない導電性ペーストで固体金属、樹脂及び硬化剤の含有率を変えた比較例である。
【００１７】
【表１】

【００１８】
この表から分かるように、導電性ペースト中の導体フィラ（固体金属）の含有量を増やしても、液体金属を添加することにより導電性ペーストの粘度を低く抑えることができる。
【００１９】
次に、厚さ１５０μｍ程度のアラミド製不織布を用いたプリプレグに孔径２００μｍのビアホールをあけた基材を用意し、このビアホールに表１の各ペーストを充填し、加熱加圧したプリント配線板を作製した。各ペースト（番号１〜１６）について得られたプリント配線板のビアホール抵抗値と、はんだリフロー（２６０℃、１０秒）に３回通したときの抵抗値変化率、及びオイルディップ（２０℃〜２４０℃）を２００サイクル行った場合の抵抗値変化率を表２に示す。
【００２０】
【表２】

【００２１】
この表の実施例（導電性ペースト番号５〜１６）に示すように、ビアホールによる電気接続の抵抗値が低く、抵抗値変化が少ない高信頼性のプリント配線板が得られた。
【００２２】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明によれば、導電性ペーストの導電性を高めるとともに低粘度化を図ることができ、この導電性ペーストを導体層間を接続するためのビアホールに充填することにより、導体層間の電気接続の信頼性が高いプリント配線板を提供することができる。

Claims (7)

1. プリント配線板の導電層間の電気接続のためにビアホールに充填される導電性ペーストであって、８０〜９５重量％の固体金属、０．１〜２０重量％の液体金属、残りの樹脂及び硬化剤を含有することを特徴とする導電性ペースト。
2. さらに分散剤が添加されている請求項１の導電性ペースト。
3. 前記液体金属がＧａ−Ｓｎからなる合金である請求項１又は２記載の導電性ペースト。
4. 前記液体金属がＧａ−Ｉｎからなる合金である請求項１又は２記載の導電性ペースト。
5. 前記液体金属がＧａ−Ｓｎ−Ｉｎからなる合金である請求項１又は２記載の導電性ペースト。
6. 前記液体金属がＧａ−Ｓｎ−Ｚｎからなる合金である請求項１又は２記載の導電性ペースト。
7. 請求項１から６のいずれか１項記載の導電性ペーストをビアホールに充填することによって導電層間の電気接続がとられているプリント配線板。