JP4609072B2

JP4609072B2 - 基板両面の導通方法及び配線基板

Info

Publication number: JP4609072B2
Application number: JP2005005397A
Authority: JP
Inventors: 孝治本間; 洋史加藤; 通出川
Original assignee: デジタルパウダー株式会社
Priority date: 2005-01-12
Filing date: 2005-01-12
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2025-01-12
Also published as: JP2006196599A

Description

本発明は、電子機器に用いられる基板両面の導通方法及び配線基板に係わり、特に、内外層回路の相互の導通を行なうための孔（スルーホール）を有する基板両面の導通方法と、この方法により得られた配線基板に関するものである。

一般に、両面印刷配線板及び多層印刷配線板には、その表裏両面もしくは表裏両面及び内層に形成された導電体層からなる配線を相互に接続するための貫通孔（スルーホール）が形成されている。この孔は、その内壁に、例えば銅などの金属メッキが施され、この金属メッキからなる導電体層により多層に形成された配線間の導通が行なわれるようになっている。

従来、このような印刷配線板は、例えば、絶縁基板である両面銅張積層板に、ドリリングもしくはパンチングにより貫通孔を形成する工程と、貫通孔内壁を含む銅張積層板の表面に銅のパネルメッキを施す工程と、銅張積層板表面に配線パターンを形成するためのエッチングレジスト層を形成する工程と、エッチングを行なう工程と、前記レジスト層を剥離する工程と、配線パターンが形成された後に銅張積層板の表面にソルダーレジスト（ＳＲ）層を形成する工程を経て製造されている。

より簡便な方法として、貫通孔に導電性ペーストを充填し、焼成する方法も行われている（例えば、下記特許文献１，２）。
特開平５−１８３２６８号公報特開平８−２５５９８２号公報

上記メッキによる方法は、工程が煩雑で工業的に不利である。上記導電性ペーストを用いる方法であれば、メッキによる方法に比べて少ない工程数で製造可能であるが、この方法であっても、導電性ペーストを乾燥させ、さらに焼成する工程が必要であり、工程がいまだに煩雑であると共に、基板が焼成時の熱に耐えうるものに限られるという欠点がある。

本発明は、両板面の導通のための作業工程が簡易であり、しかも基板を熱劣化させるおそれもない基板両面の導通方法及びこの方法によって得られる配線基板を提供することを目的とする。

本発明（請求項１）の基板両面の導通方法は、基板の一方の板面側と他方の板面側とを、該板面に貫通された孔内の導電体によって導通させる基板両面の導通方法において、該孔内に金属粒子を充填した後、該金属粒子を基板の厚み方向にプレスして該孔内に固定する基板両面の導通方法であって、前記孔は、一端側の径が他端側の径よりも小径であり、前記金属粒子の粒径は、該孔の該一端側の径よりも大きく該他端側の径よりも小さくなっており、前記金属粒子を前記孔内に複数個充填した後、前記プレスにより、該金属粒子同士の接触部分を塑性変形させることを特徴とするものである。

請求項２の基板両面の導通方法は、請求項１において、前記金属粒子は貴金属粒子であることを特徴とするものである。

請求項３の基板両面の導通方法は、請求項２において、該貴金属粒子は金粒子であることを特徴とするものである。

請求項４の基板両面の導通方法は、請求項１ないし３のいずれか１項において、前記孔内に３個の前記金属粒子を基板厚み方向に１列に充填した後、前記プレスにより、該金属粒子が基板厚み方向に１列に配置された状態で、各金属粒子が該孔の内壁に押圧されて該孔内に固定されることを特徴とするものである。

本発明（請求項５）の配線基板は、一方の板面側から他方の板面側に貫通する少なくとも１個の孔を備えた基板と、該孔内に配置され、該一方の板面側と他方の板面側とを導通させる導電体とを備えた配線基板において、該導電体は、該孔内に充填され、該基板の厚み方向にプレスすることにより該孔内に固定された、少なくとも１個の金属粒子よりなる配線基板であって、前記孔は、一端側の径が他端側の径よりも小径であり、前記金属粒子の粒径は、該孔の該一端側の径よりも大きく該他端側の径よりも小さくなっており、前記金属粒子は前記孔内に複数個充填されており、前記プレスにより、該金属粒子同士の接触部分が塑性変形していることを特徴とするものである。

請求項６の配線基板は、請求項４又は５において、前記金属粒子は貴金属粒子であることを特徴とするものである。

請求項７の配線基板は、請求項６において、該貴金属粒子は金粒子であることを特徴とするものである。

請求項８の配線基板は、請求項４ないし７のいずれか１項において、前記孔の内壁に導電層が形成されていることを特徴とするものである。

請求項９の配線基板は、請求項４ないし７のいずれか１項において、前記基板はシリコンよりなり、前記孔の内壁に、絶縁層が形成されていることを特徴とするものである。

請求項１０の配線基板は、請求項９において、前記絶縁層は、前記内壁のシリコンを酸化して形成されたものであることを特徴とするものである。

請求項１１の配線基板は、請求項５ないし１０のいずれか１項において、前記孔内に３個の前記金属粒子が基板厚み方向に１列に充填されており、前記プレスにより、該金属粒子が基板厚み方向に１列に配置された状態で、各金属粒子が該孔の内壁に押圧されて該孔内に固定されていることを特徴とするものである。

本発明の基板両面の導通方法及び配線基板によると、孔（スルーホール）内に金属粒子を配置し、該金属粒子をプレスして孔内に固定することにより、基板の両板面を導通する導体を形成することができる。この際、本発明では、熱処理は行わないことから、基板が熱で劣化することもない。従って、基板は、耐熱性のものに限定されない。

また、この工程は、金属粒子の充填工程とその後のプレス工程との、いずれも簡便な工程からなるものであり、作業が簡易である。

この孔内に複数個の金属粒子が充填される場合、基板の厚み方向のプレスにより金属粒子同士の接触部分が塑性変形していることが好ましい。この場合、接触部分の面積が大きくなり、接触部分に電流がより流れ易くなる。

上記の金属粒子としては、耐食性に優れ、しかも電気抵抗が低い貴金属粒子が好適であり、特に展延性の良好な金粒子が好適である。

本発明では、孔の一端側を小径とし、他端側を大径とし、金属粒子の粒径をこの孔の一端側（小径）よりも大径とし、他端側（大径）よりも小径とすることが好ましい。このようにすれば、金属粒子を他端側から孔に充填するに際し、一端側から脱落することが無いので、金属粒子の充填作業性が向上する。

この孔の内壁には、導電層が形成されていてもよい。このようにすれば、電流は金属粒子内を流れると共に、この導電層内をも流れることが可能となり、より導通性に優れたものとなる。

また、基板の材質がシリコンよりなる場合、孔の内壁に絶縁層を形成し、金属粒子の金属が基板内に拡散することを防止してもよい。

この絶縁層として、孔の内壁のシリコンを酸化して酸化シリコン層を形成する場合には、容易に絶縁層を形成することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は実施の形態に係る基板両面の導通方法及び配線基板を説明する断面図である。

図１の通り、基板１に形成された孔（スルーホール）２内に金属粒子３を充填し、該金属粒子３を基板１の厚み方向にプレスして、該孔２内に該金属粒子３を固定することにより、基板１の両面の導通が図られる。

即ち、図１（ａ）の通り、基板１の厚み方向に、貫通孔（スルーホール）２が形成されている。この孔２は、エッチング、レーザー、ドリルなどにより形成される。

この基板１の材質は、特に限定はなく、例えば、ケイ酸アルカリ系ガラス、無アルカリガラス、石英ガラス等のガラス、窒化アルミニウム、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素等のセラミックス、エポキシ樹脂、フィラーや微粒子を混合した複合樹脂等の絶縁性材料や、シリコン等の半導体材料が用いられる。

この孔２は、本実施の形態では、基板１の一方の板面（図１では上面）から他方の板面（図１では下面）に向けて次第に縮径する形状となっている。この孔２の上端側の内径（以下「大口部径」と称す場合がある。）は、例えば６〜４００μｍ程度、下端側の内径（以下「小口部径」と称す場合がある。）は、例えば４０〜２５０μｍ程度であり、好ましくは、大口部径が１００〜２００μｍ、小口部径が８０〜１５０μｍ、または大口部径が２８０〜３２０μｍ、小口部径が１６０〜２００μｍ程度である。この基板１の厚さは、例えば１００〜５００μｍ程度であり、この孔２のテーパー角θは４５〜８５°程度であることが好ましい。

図１（ｂ）の通り、この孔２内に金属粒子３を充填する。

この金属粒子３の材質としては、電気伝導率が高く、耐食性に優れ、軟質で展性、延性に優れたものが好ましく、例えば、金、銀、白金等の貴金属、銅、又はこれらの合金、金と錫等よりなる金合金が好ましく、とりわけ金及び金−錫合金が好ましい。

また、金属球の表面に上記金属又は合金よりなるメッキを施したものを、金属粒子３としてもよい。

この金属粒子３の形状は、真球であることがハンドリングの点において好ましいが、必ずしも真球である必要はなく、例えば八面体や１６面体等の多面体構造や卵型等の形状であっても良い。

本実施の形態では、この金属粒子３の直径は、孔２の大口部径よりも小さく、かつ小口部径よりも大きくなっている。このため、孔２の上方から金属粒子３を孔２内に挿入することができ、かつ、図１（ｂ）の通り、孔２の下側から該金属粒子３が落下することが防止される。但し、金属粒子３を押圧して該金属粒子３を孔２内に挿入することが可能な程度であれば、この金属粒子３の直径は孔２の大口部径より大きくてもよい。また、孔２の下端側を板等で閉鎖して、金属粒子３が孔２から落下することを防止すれば、該金属粒子３の直径を孔２の小口部径より小さくしてもよい。

ただし、取り扱い作業性や孔への充填性等の面から、金属粒子３の直径は、孔２の小口部径の１．０５〜２．０倍であって、孔２の大口部径の１／１．１〜１／３倍程度であることが好ましい。

本実施の形態では、孔２内に金属粒子３を３個充填しているが、孔２の寸法及び金属粒子３の寸法等に応じ、金属粒子３を２個又は４個以上充填してもよい。

孔２に金属粒子３を充填した後、図１（ｂ）の通り、金属粒子３を基板１の厚み方向にプレスする。このプレスにより、図１（ｃ）の通り、金属粒子３は孔２の内壁に押圧されて孔２内に固定される。図１（ｃ）の通り、金属粒子３同士は、互いに接触しており、かつ孔２の最高位に配置された金属粒子３の上端が基板１の上面と面一となり、孔２の最低位に配置された金属粒子３の下端が基板１の下面と面一となっている。このため、基板１の上面側と下面側とが金属粒子３によって導通されている。なお、最高位の金属粒子３の上端及び最低位の金属粒子３の下端は、それぞれ基板１の上面及び下面から突出していてもよい。

本実施の形態では、プレスにより金属粒子が塑性変形し、孔２の内壁に強固に固定されている。また、金属粒子同士の接触部分の面積が大きくなり、この接触部分に電流が流れ易くなっている。

上記実施の形態は本発明の一例であり、本発明は上記実施の形態に限定されない。例えば、図２の通り、内壁部に段部４を有する孔２Ａを形成した基板１Ａを用いても良く、この場合には、この段部４で金属粒子３を保持し、その落下を防止することができる。この場合にあっても、孔２Ａ内に充填した金属粒子を基板１Ａの厚さ方向にプレスすることにより、金属粒子が塑性変形して小孔２Ａの下端にまで達し、基板１Ａの上面側と下面側とがこの金属粒子によって導通される。

なお、本発明において良好な導通性を確保するために、基板１の孔２内に固定された金属粒子３（プレス後に孔２内に存在する金属粒子３）の合計体積は少なくとも孔２の容積の６０％以上であり、金属粒子３，３間の空隙は孔２の容積の３０％以下、特に１５％以下となるようにすることが好ましい。

また、図３の通り、孔２の内壁に導電層５を形成してなる基板１Ｂを、図１の基板１の代りに用いてもよい。この場合、孔２内に金属粒子を充填して該金属粒子を基板厚み方向にプレスすることにより、金属粒子同士が接触すると共に、金属粒子と導電層とが接触し、基板１Ｂの上面側と下面側との導通がより一層良好なものとなる。

なお、この導電層５は、例えばＣＶＤやスパッタによって形成される。また、この導電層５の材質としては、例えば、金、銀、白金等の貴金属、銅、又はこれらの合金、金と錫等よりなる金合金が好ましく、とりわけ金及び金−錫合金が好ましい。

また、図４の通り、基板１Ｃの材質がシリコンよりなる場合、孔２の内壁のシリコンを酸化して酸化ケイ素よりなる絶縁層６を形成し、金属粒子の金属が基板１Ｃ内に拡散することを防止してもよい。

なお、図３の導電層５の厚みは０．０１〜１０μｍ程度であることが好ましい。０．００５μｍ程度であると、導電性向上効果に乏しく、１０μｍを超えても導電性の向上効果に差異はなく、むしろ導電層が剥離し易くなると共に形成コストが高くつく。

また、図４の絶縁層６の厚みは０．１〜１０μｍ程度であることが好ましい。０．０５μｍ程度であると、絶縁層を形成したことによる上記効果を十分に得ることができず、１０μｍを超えると形成コストが高くつく。

実施の形態に係る基板両面の導通方法を説明する断面図である。本発明で用いる基板の異なる実施の形態を示す断面図である。本発明で用いる基板のさらに異なる実施の形態を示す断面図である。本発明で用いる基板の別の実施の形態を示す断面図である。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ基板
２，２Ａ孔
３金属粒子
４段部
５導電層
６絶縁層

Claims

基板の一方の板面側と他方の板面側とを、該板面に貫通された孔内の導電体によって導通させる基板両面の導通方法において、
該孔内に金属粒子を充填した後、該金属粒子を基板の厚み方向にプレスして該孔内に固定する基板両面の導通方法であって、
前記孔は、一端側の径が他端側の径よりも小径であり、
前記金属粒子の粒径は、該孔の該一端側の径よりも大きく該他端側の径よりも小さくなっており、
前記金属粒子を前記孔内に複数個充填した後、前記プレスにより、該金属粒子同士の接触部分を塑性変形させることを特徴とする基板両面の導通方法。
請求項１において、前記金属粒子は貴金属粒子であることを特徴とする基板両面の導通方法。
請求項２において、該貴金属粒子は金粒子であることを特徴とする基板両面の導通方法。
請求項１ないし３のいずれか１項において、前記孔内に３個の前記金属粒子を基板厚み方向に１列に充填した後、前記プレスにより、該金属粒子が基板厚み方向に１列に配置された状態で、各金属粒子が該孔の内壁に押圧されて該孔内に固定されることを特徴とする基板両面の導通方法。
一方の板面側から他方の板面側に貫通する少なくとも１個の孔を備えた基板と、該孔内に配置され、該一方の板面側と他方の板面側とを導通させる導電体とを備えた配線基板において、
該導電体は、該孔内に充填され、該基板の厚み方向にプレスすることにより該孔内に固定された、少なくとも１個の金属粒子よりなる配線基板であって、
前記孔は、一端側の径が他端側の径よりも小径であり、
前記金属粒子の粒径は、該孔の該一端側の径よりも大きく該他端側の径よりも小さくなっており、
前記金属粒子は前記孔内に複数個充填されており、前記プレスにより、該金属粒子同士の接触部分が塑性変形していることを特徴とする配線基板。
請求項４又は５において、前記金属粒子は貴金属粒子であることを特徴とする配線基板。
請求項６において、該貴金属粒子は金粒子であることを特徴とする配線基板。
請求項４ないし７のいずれか１項において、前記孔の内壁に導電層が形成されていることを特徴とする配線基板。
請求項４ないし７のいずれか１項において、前記基板はシリコンよりなり、前記孔の内壁に、絶縁層が形成されていることを特徴とする配線基板。
請求項９において、前記絶縁層は、前記内壁のシリコンを酸化して形成されたものであることを特徴とする配線基板。
請求項５ないし１０のいずれか１項において、前記孔内に３個の前記金属粒子が基板厚み方向に１列に充填されており、前記プレスにより、該金属粒子が基板厚み方向に１列に配置された状態で、各金属粒子が該孔の内壁に押圧されて該孔内に固定されていることを特徴とする配線基板。