JP5124977B2 - ペースト充填方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数層の回路パターンを導電性ペーストでインナービアホール接続してなる多層の回路基板等を製造する過程における導電性ペーストのペースト充填方法に関するものである。

近年、電子機器の小型化、高密度化に伴い、産業用にとどまらず民生用の分野においても多層基板が強く要望されるようになってきた。

特に多層基板の高密度化は回路パターンの微細化が進み、より複数層の回路パターンとともに基板の薄板化が望まれている。

このような回路基板では、複数層の回路パターンの間をインナービアホール接続する接続方法および信頼度の高い構造の新規開発が不可欠なものになっているが、導電性ペーストによりインナービアホール接続した新規な構成の高密度の回路基板製造法が提案されている。

ここでは導電性ペーストによるインナービアホール接続のベースとなる両面基板の製造方法とペースト充填方法について説明する。

図５（ａ）〜（ｆ）は、従来の両面回路基板の製造方法の工程断面図である。図６（ａ）〜（ｆ）は、スキージング法による導電性ペースト充填の工程断面図である。

図５において、２１は３００ｍｍ×３００ｍｍ、厚さ約１００μｍのプリプレグシートであり、例えば不織布の全芳香族ポリアミド繊維に熱硬化性エポキシ樹脂を含浸させた複合材からなる基材が用いられる。

プリプレグシート２１の表裏には０．０１μｍ以下の厚みでＳｉ系の離型層部を形成した厚さ約１６μｍ、幅３００ｍｍのプラスチックフィルム、例えばポリエチレンテレフタレートなどからなるマスクフィルム２２ａ，２２ｂが接着されている。

プリプレグシート２１へのマスクフィルム２２ａ，２２ｂの貼り合わせは、ラミネート装置を用いてプリプレグシート２１の樹脂成分を溶融させてマスクフィルム２２ａ，２２ｂが連続的に接着する方法が提案されている。

２３は貫通孔であり、プリプレグシート２１の両面に貼り付ける厚さ１８μｍの銅などの金属箔２５ａ，２５ｂと電気的に接続する銅などの導電性粒子とエポキシ系樹脂などからなる導電性ペースト２４が充填されている。

両面回路基板の製造は、まず、図５（ａ）に示すように、両面にマスクフィルム２２ａ，２２ｂが接着されたプリプレグシート２１の所定の箇所に図５（ｂ）に示すように、レーザー加工法などを利用して貫通孔２３が形成される。

次に、図５（ｃ）に示すように、貫通孔２３に導電性ペースト２４が充填される。導電性ペースト２４を充填する方法としては、貫通孔２３を有するプリプレグシート２１を一般の印刷機（図示せず）のステージ上に設置し、ウレタンゴムなどの２本のスキージを交互に用いて往復させることで直接導電性ペースト２４がマスクフィルム２２ａの上から充填される。このとき、上面のマスクフィルム２２ａ，２２ｂは印刷マスクの役割と、プリプレグシート２１表面の汚染防止の役割を果たしている。

導電性ペースト２４の充填方法について、図６（ａ）〜（ｆ）を用いて説明する。

導電性ペースト２４の充填にはスキージング法が用いられる。なお、プリプレグシート２１には専用のマスクフィルム２２ａ，２２ｂが配置されているため、充填用の版の版枠（図示せず）には厚さ約３ｍｍのステンレス製でスキージ進行方向約１５°の傾斜を設けた約２６０ｍｍ×２６０ｍｍの開口部を有するマスク１が取り付けられている。

導電性ペースト２４の充填は、まず、図６（ａ）に示すように、印刷機（図示せず）のステージ２に置載した両面にマスクフィルム（図示せず）が接着され、貫通孔２３が形成されたプリプレグシート２１にマスクがセットされる。そして、上方に設けられた上下左右に移動・加圧可能な第１スキージ３ａと第２スキージ３ｂのうち、第１スキージ３ａのみをマスク１上の所定位置に降下させ、圧力をかけて導電性ペースト２４をローリングさせながら前進させる。スキージ３ａ，３ｂの材質は、ウレタンなどの一般のスキージゴムを用いている。

また、狭ピッチでかつ数万におよぶ貫通孔２３へのペースト充填方法においては、印刷機のステージ２とプリプレグシート２１との間に導電性ペースト２４中の樹脂成分の吸収と吸着性能を有する多孔質材（図示せず）を用いる場合が多い。

そして、図６（ｂ）に示すように、第１スキージ３ａをマスク１の傾斜部、プリプレグシート２１を通過させ、図６（ｃ）に示すように、再度反対側のマスク１の所定位置でストップした後上昇させ、導電性ペースト２４を自然落下させている。

次に、図６（ｄ）に示すように、第２スキージ３ｂのみをマスク１上の所定位置に下降させる。その後図６（ｅ）に示すように、第１スキージ３ａと同様に第２スキージ３ｂをマスク１とプリプレグシート２１上を通過させ、図６（ｆ）に示すように、ペースト充填開始側のマスク１の所定位置まで移動、上昇することで貫通孔２３への導電性ペースト２４の充填が完了する。

次に、図５（ｄ）に示すように、プリプレグシート２１の両面からマスクフィルム２２ａ，２２ｂが剥離される。

そして、図５（ｅ）に示すように、プリプレグシート２１の両面に銅などの金属箔２５ａ，２５ｂが重ねられ、この状態で熱プレスで加熱加圧することにより、図５（ｆ）に示すように、プリプレグシート２１の厚み（ｔ１＝約１００μｍ）が圧縮される（ｔ２＝約８０μｍ）とともにプリプレグシート２１と金属箔２５ｂ，２５ｂとが接着され、両面の金属箔２５ａ，２５ｂは所定位置に設けた貫通孔２３に充填された導電性ペースト２４により電気的に接続される。

そして、両面の金属箔２５ａ，２５ｂを選択的にエッチングして回路パターンが形成され（図示せず）両面回路基板が得られる。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１〜特許文献３が知られている。
特開平６−２６８３４５号公報 特開平７−１０６７６０号公報 特開平３−６４０９４号公報

本発明者は、上記の従来の回路基板の製造方法のペースト充填方法における以下の課題を見出した。

すなわち、スキージを往復させてペーストを充填する目的は、導電性ペーストの充填密度を高くして、ビア抵抗を安定するためである。

そのメカニズムは、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１スキージ３ａが導電性ペースト２４を加圧しローリングしながら表裏にマスクフィルムを貼り付けたプリプレグシート２１の貫通孔２３を通過することで、貫通孔２３に導電性ペースト２４が図７（ａ）に示すようにプリプレグシート２１の厚みまで充填される。

そして、図７（ｂ）に示すように、第２スキージ３ｂが通過するまでに貫通孔２３内の導電性ペースト中の主に樹脂成分が、プリプレグシート２１内の空間部や多孔質材に拡散し、貫通孔２３内の導電性粒子密度が上昇して体積が減少する。その後、図７（ｃ）に示すように、第２スキージ３ｂで導電性ペースト２４を再充填することで導電性ペースト２４の充填性が高くなる。

しかしながら、導電性ペースト２４を充填するには、少なくとも１往復のスキージによるペースト充填が必要であり、生産性面でペースト充填タクトが短縮できないという問題を把握した。

上記目的を達成するために、本発明のペースト充填方法は、少なくとも２本のスキージを用いて先行するスキージで導電性ペーストを塗付し、所定時間放置した後、後続のスキージで貫通孔に充填することで１方向のスキージ移動で安定した充填ができ、生産性に優れた高品質な回路基板を提供することを目的とするものである。

本発明は、所定間隔で上下左右往復する２本以上のスキージを備え、少なくとも前記２本のスキージを下降させて先行するスキージで所定厚のペースト膜を形成し所定時間放置した後、後方のスキージでペーストの掻き取り充填をすることで、塗布したペーストが放置時間内に、印刷機の吸引圧や毛細管現象によって貫通孔内に供給されるとともにペースト内の樹脂成分はプリプレグシート内の空隙や多孔質材などに拡散して導電粒子の密度が高くなることから往復充填から片側充填が可能な生産性の高いペースト充填方法を提供するものであり、特に、被充填物が基材両面にマスクフィルムが貼り合わされかつ貫通孔が形成されたものであり、前記貫通孔にペーストを充填するペースト充填方法に適している。

また、ペースト膜形成後の放置で粘度上昇のないダイラタント性のペーストは粘度が低く（表面張力小）、毛細管現象や印刷機の吸引圧などによるペースト供給能力が大であるとともに本発明の金属粉末と熱硬化性樹脂と硬化剤で構成されたペーストを用いた充填方法であれば同様の効果が得られる。

また本発明は、ペースト膜の形成後の放置時間を制御することで孔径や板厚が変わっても貫通孔内に供給するペースト量を安定化させる作用を有し、ペースト充填速度もしくは２本のスキージ間隔でペースト放置時間の制御が実現できるという作用を有する。

また本発明は、少なくとも１本以上のスキージの角度は可変自在でありスキージ進行時にスキージ進行方向と反対方向の所定角度で固定することにより、スキージの両面の使用が可能となり、印刷機の構造簡素化と小型化が可能となるという作用を有する。

以上のように本発明のペースト充填方法は、先行するスキージで導電性ペーストを塗付して、所定時間放置した後、後続のスキージで貫通孔に導電性ペーストを充填することで生産性と品質に優れた回路基板が実現できる。

（実施の形態）
両面回路基板の製造方法の工程断面図については従来法と同一であり、説明を省略し、ペースト充填方法について説明する。

図１（ａ）〜（ｇ）は本発明のスキージング法によるペースト充填の工程断面図である。図２（ａ）〜（ｂ）は本発明のペースト充填法で用いるスキージ形状の概略斜視図である。

図１（ａ）〜（ｇ）において、１は印刷機（図示せず）の版枠に取り付けるマスクである。導電性ペースト２４の充填にはスキージング法を用いている。なお、プリプレグシート２１には専用のマスクフィルムを接着（図示せず）しているため、マスク１は厚さ約３ｍｍのステンレス製でスキージ進行方向約１５°の傾斜を有し、版枠の所定位置に約２６０ｍｍ×２６０ｍｍの開口部を設けている。

印刷機の上方に設けたスキージ３ａ，３ｂは、上下左右に移動・加圧機能を有し、スキージ３ａ，３ｂの上昇時の角度は垂直状態とし、下降させて進行させる際に、スキージ３ａ，３ｂの先端が進行方向に対して後方側に回転・傾斜しマスク１と約６０度で固定する構造としている。

また、第１スキージ３ａ、第２スキージ３ｂは、往復動作の中で交互に導電性ペースト２４の塗付と充填を行うため、図２（ａ）に示すように第１スキージ３ａ、第２スキージ３ｂの一方のエッジを切削加工して一定のギャップ形成部６を設けた面をペースト塗付面５とし、その反対面の非加工側をペースト充填面４とした。

前記スキージ３ａ，３ｂは、図１（ａ）に示すように、第１スキージ３ａと第２スキージ３ｂが対向する面が導電性ペースト２４ペースト充填面４とし、他方の面を導電性ペースト２４ペースト塗布面５となるように取り付けている。

なお、本実施の形態ではスキージ３ａ，３ｂを加工してギャップ形成部６としたが、図２（ｂ）に示すように、あらかじめ所望の厚みの同一材料もしくは他の材料で図２（ａ）のスキージ３ａ，３ｂ相当の凸部を形成したものを接着剤などで固定しても良く、印刷機のスキージ３ａ，３ｂの下降時に下降高さ制御機能を持たせて導電性ペースト２４充填時と塗布時で高さを変更して隙間を確保しても良い。

さらに、１本のスキージに導電性ペースト２４の塗付動作と充填動作を兼ねるため、スキージの進行開始と同時にスキージが進行方向と反対側に回転して、往復動作時に自動的に設定角度で停止する構造と、第１スキージ３ａ、第２スキージ３ｂのスタート時間を変更してスキージ３ａ，３ｂ間距離を制御できる構造としている。

２１は３００ｍｍ×３００ｍｍ、厚さ約１００μｍのプリプレグシートであり、両面に専用のマスク用フィルムをあらかじめラミネータを用いて接着している。

また、導電性ペースト２４は、平均粒径２μｍの銅粉末を用い、樹脂としては熱硬化性エポキシ樹脂、アミン系の硬化剤をそれぞれ８５重量％、１２．５重量％、２．５重量％となるように３本ロールにて十分に混練したもので、導電性ペースト２４は粘度測定時、回転速度を速くすると粘度が上昇するダイラタント性を有しており、使用前の粘度はＥ型粘度計で回転数０．５ｒｐｍで約５０Ｐａ・ｓのものを用いた。

なお、本実施の形態では無溶剤の導電性ペースト２４を用いたが、粘度調整用の溶剤を添加したものを用いても良い。

導電性ペースト２４の充填は、まず、図１（ａ）に示すように、印刷機（図示せず）の吸着固定の機能を有するステージ２に厚み６０μｍ、透気度２０Ｓ／３００ｃの多孔質材（図示せず）を介して置載した両面にマスクフィルムが接着され貫通孔２３が形成されたプリプレグシート２１にマスク１をセットする。なお、ステージ２に置載したプリプレグシート２１は、ステージ２の少なくともプリプレグシート２１面積を等ピッチでマトリックス状に配置した約φ１の吸収孔（図示せず）を介して真空ポンプなどで吸着固定し、真空圧はスキージ３ａ，３ｂによる導電性ペースト２４充填時にプリプレグシート２１がステージ２から動かない程度に設定している。

そして、図１（ｂ）に示すように、マスク１上に投入した導電性ペースト２４を確実にスキージ３ａ，３ｂで掻き取るため、一旦、スキージ３ａ，３ｂをバックさせた後、下降させ、エアーを用いて０．１ＭＰａの圧力をかけながら５０ｍｍ／Ｓの速度で導電性ペースト２４をローリングさせながら前進させる。

スキージ３ａ，３ｂは、それぞれのスキージ３ａ，３ｂがマスク１面に対して約６０度まで回転して固定された後、導電性ペースト２４を掻き取りながら充填、前進する。

ここでは、第２スキージ３ｂのペースト塗布面５のギャップが塗付量を上記圧力と角度において約１００μｍとなるよう設定した。また、スキージ３ａ，３ｂ間距離を１５０ｍｍとして同時に先行する第２スキージ３ｂのペースト塗布面５ｂで導電性ペースト２４を塗付した後、３秒後に第１スキージ３ａのペースト充填面が通過するよう設定している。

そして、図１（ｃ）および図１（ｄ）に示すように、スキージ３ａ，３ｂをマスク１の傾斜部、プリプレグシート２１を通過させ、再度反対側のマスク１の定位置でストップして１枚目のプリプレグシート２１の導電性ペースト２４充填が完了する。

従来例で例えば充填する第１スキージの前方にペーストが３０ｍｍ存在したとした場合、先行する導電性ペースト２４から充填用スキージが通過するまでの時間は０．６秒程度であり、貫通孔２３内にのみ充填されるため、復側スキージが通過するまでの時間が長くても供給される導電性ペースト２４が存在しない。そのため、第２スキージ（復側スキージ）が通過するまでの間に貫通孔２３内の導電性ペースト２４の樹脂成分が多孔質材やプリプレグシート２１内の空隙に拡散して導電粒子の密度が高くなっても、貫通孔２３内の導電性ペースト２４の体積は樹脂成分が拡散した量だけ減少したままの状態となり、第２スキージが通過しないと導電性ペースト２４充填量が不十分となる。

それに対して本発明の導電性ペースト充填法は、図３に示すように、先行する第２スキージ３ｂのペースト塗布面５は貫通孔２３を含めプリプレグシート２１上の印刷機のマスク開口部分に約１００μｍ厚の導電性ペースト２４を塗付しながら通過し、第１スキージ３ａが３秒後に第１スキージ３ａのペースト充填面４が導電性ペースト２４を掻き取りながら充填する。このため、第１スキージ３ａが通過するまでの３秒間にダイラタント性を有する導電性ペースト２４は停止した状態となり、粘度が低下する。

これにより、導電性ペースト２４は貫通孔２３内に真空ポンプの吸引力や毛細管現象によって供給されるとともに、プリプレグシート２１内の空隙やステージ２とプリプレグシート２１の間に配置した多孔質材に導電性ペースト２４内の樹脂成分が選択的に拡散する。このことから、貫通孔２３内の導電性ペースト２４はステージ２に近い貫通孔２３の下方ほど銅粉末が多くなる。

さらに、貫通孔２３の上方には約１００μｍの導電性ペースト２４の膜が形成されているため、第１スキージ３ａが通過するまでの３秒間は常時導電性ペースト２４が供給されることで密度が高くなり、安定した導電性ペースト２４充填量が確保できることになる。

２枚目のプリプレグシート２１の導電性ペースト２４充填は、上記、図１（ｄ）で完了した１枚目のプリプレグシート２１を取り出した後、印刷機のステージに２枚目のプリプレグシート２１を１枚目のプリプレグシート２１と同様にセット（図省略）する。

そして、図１（ｅ）に示すように、スキージ３ａ，３ｂを、マスク１上に投入した導電性ペースト２４を確実にスキージ３ａ，３ｂで掻き取るため、スキージ３ａ，３ｂを一旦、第２スキージ３ｂ側にバックさせた後下降させ、１枚目のプリプレグシート２１へ充填と同様に０．１ＭＰａの圧力をかけながら５０ｍｍ／Ｓの速度で導電性ペースト２４をローリングさせながら前進させる。

スキージ３ａ，３ｂは、それぞれのスキージ３ａ，３ｂが１枚目の導電性ペースト２４充填時とは反対方向にマスク１面に対して約６０度まで回転・傾斜して固定された後、導電性ペースト２４を掻き取り前進する。

スキージ３ａ，３ｂは、先行する第１スキージ３ａが導電性ペースト２４ペースト塗布面５、第２スキージ３ｂがペースト充填面４となる。

第１スキージ３ａのペースト塗布面５のギャップも第２スキージ３ｂと同様に塗布量を上記圧力と角度において約１００μｍとなるよう設定し、スキージ３ａ，３ｂ間の距離も１５０ｍｍとしている。

そして１枚目同様、図１（ｆ）および図１（ｇ）に示すように、スキージ３ａ，３ｂをマスク１の傾斜部、プリプレグシート２１を通過させ、再度反対側のマスク１の定位置でストップして２枚目のプリプレグシート２１の導電性ペースト２４充填が完了する。

本実施の形態の導電性ペースト充填法を用いて１００枚目の両面回路基板を作製して接続品質を確認したが問題なく、生産性も従来例の往復動作から片側動作での充填が可能となり生産性が約２倍にアップしたことを確認した。

なお、本実施の形態では、第１スキージ３ａと第２スキージ３ｂの間隔（塗付ペーストの放置時間）を一定としたが、生産性や貫通孔の条件（例えば穴径）によって、最適な速度と間隔を設定すればよい。

また、本実施の形態では２本のスキージを用いたが、図４（ａ）に示すように、３本のスキージを設け、所定角度内を自然可変とした中央のスキージの両側に導電性ペースト２４ペースト塗布面５を設け専用の第３スキージ３ｃとし、所定角度に固定した両側の２本のスキージを導電性ペースト充填専用のスキージ３ａ，３ｂとしても良く、図４（ｂ）に示すように、３本のスキージを設け、所定角度内を自然可変とした中央のスキージを導電性ペースト充填専用スキージとし、所定角度に固定した両側の２本のスキージを導電性ペースト専用の第１スキージ３ａと第２スキージ３ｂとしても良いことは容易に推測できる。

また、本実施の形態では２層の回路基板に用いる基材へのペーストの充填方法としたが、多層基板に用いる基材へのペースト充填も本発明のペースト充填方法が有効であることが容易に推測できる。

また、本実施の形態では銅の導電性ペーストを用いたが、銀、金およびこれらの合金の粉末もしくは半田を主成分とする導電性ペーストや高分子材料を主成分とする導電性ペーストであっても良く、導電性ペーストがダイラタント性を有する導電性ペーストであれば、本発明の導電性ペースト充填方法が有効であることが容易に推測できる。

以上のように本発明にかかるペースト充填方法は、塗付したペーストを一定時間後に掻き取ることで片側充填を可能とし大幅に生産性を向上できるものであり、導電性ペーストでインナービアホール接続を備えた回路基板全般に有用であり、本発明の産業上の利用可能性は大といえる。

本発明のスキージング法によるペースト充填の工程断面図 本発明のペースト充填法で用いるスキージ形状の概略斜視図 本発明のペースト充填説明概略断面図 本発明のスキージ構成説明概略図 従来例の両面回路基板の製造方法の工程断面図 従来例のスキージング法による導電性ペースト充填の工程断面図 本発明のペースト充填説明概略断面図

符号の説明

１ マスク
２ ステージ
３ａ 第１スキージ
３ｂ 第２スキージ
３ｃ 第３スキージ
４ ペースト充填面
５ ペースト塗布面
６ ギャップ形成部
２１ プリプレグシート
２２ａ，２２ｂ マスクフィルム
２３ 貫通孔
２４ 導電性ペースト
２５ａ，２５ｂ 金属箔

Claims (3)

1. 内部に空隙を有する基材の両面にマスクフィルムが貼り合わされ、かつ貫通孔が形成された被充填物を、印刷機の吸着固定の機能を有するステージ上に、多孔質材を介して置載し、
   所定間隔で上下左右往復する少なくとも２本のスキージを前記被充填物に下降させ、先行するギャップ形成部を設けたスキージで、金属粉末と、熱硬化性樹脂と、硬化剤で構成されダイラタント性を有するペーストを、所定厚の膜を形成するように塗布し、
   前記多孔質材を介して前記貫通孔内を下方から吸引しながら所定時間放置することにより、前記ペースト内の前記熱硬化性樹脂を、前記空隙および前記多孔質材に拡散させた後、
   前記貫通孔内を下方から吸引しながら後方のスキージで前記ペーストを掻き取ることにより、前記ペーストを前記貫通孔内に充填することを特徴とするペースト充填方法。
2. ペーストの放置時間をペースト充填速度もしくは２本のスキージ間隔で制御する請求項１に記載のペースト充填方法。
3. 少なくとも１本以上のスキージの角度は可変自在でありスキージ進行時にスキージ進行方向と反対方向の所定角度で固定する請求項１に記載のペースト充填方法。

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