JP5464087B2 - 導電材料充填装置 - Google Patents

Description

本発明は、シート材に形成された貫通ビア内に導電材料を充填する導電材料充填装置に関する。

従来、例えば、多層基板のそれぞれの層をなす基材として、熱可塑性樹脂材料又は熱硬化性樹脂材料からなるシート材（樹脂フィルム）が採用されている。シート材には、レーザ加工機等で微細な貫通ビア（例えば、孔径φ３００〜φ５０、深さ３００〜１００μｍ）が形成されており、貫通ビア内に金属粉末と溶剤とを混合してペースト状にした導電材料を充填することで、シート材の表面と裏面とが電気的に接続される。なお、導電材料は、多層基板における層間を電気的に接続する層間接続部を構成する。

シート材に形成された貫通ビア内に導電材料を充填する方法としては、例えば、貫通ビアが形成されたシート材を充填ベースに保持し、スキージをシート材の表面（上面）に密着させた状態で水平方向（シート材の面方向）に移動させることで、貫通ビア内に導電材料を刷り込むスキージ印刷が採用されている（例えば、特許文献１参照）。この方法では、シート材側の下面側を充填ベースに設けられた吸着プレート上に設置すると共に、吸着プレートによる吸気によって、貫通ビア内の空気を排気し、シート材の上面側から導電ペーストをスキージで刷り込むことで、貫通ビア内に充填された導電材料に気泡が残存することによる充填不良を抑制している。

特開２００３−１３３７２３号公報

ところで、例えば、シート材の厚みが貫通ビアの孔径に対して大きい場合には、シート材の面方向へのスキージの移動を複数回行って、貫通ビア内に導電材料を充填する必要がある。

この場合、最初に貫通ビアに導電材料を充填する際には、導電材料内の気泡が吸着プレートによって排気されるので、導電材料に気泡が残存することを抑制することができる。

しかし、その後、貫通ビア内に導電材料を充填する際には、最初に充填した導電材料の金属粉末の粒子密度が高くなり、貫通ビア内と吸着プレートとの連通が阻害され、導電材料に含まれる気泡を適切に排気することができなくなる。このため、貫通ビア内に充填された導電材料に気泡が残存しやすくなり、導電材料の充填不良が生ずる虞がある。この結果、多層基板における層間の電気的に接続する層間接続部に接続不良が生じ易くなるといった問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、シート材に形成された貫通ビアに導電材料を適切に充填可能な導電材料充填装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、シート材（１０）を貫通させて形成したビアホールである貫通ビア（１１）内に、金属粉末と溶剤とを含む導電材料（２）を充填する導電材料充填装置であって、シート材（１０）が設置される搭載面（１１１ａ）を有し、搭載面（１１１ａ）にてシート材（１０）を保持する充填ベース（１１１）と、貫通ビア（１１）内に充填された導電材料（２）に含まれる溶剤および気泡をシート材（１０）における搭載面（１１１ａ）に対向する下面側から吸引する吸引部（１１１ｃ、１１１ｄ、１１５）と、充填ベース（１１１）の搭載面（１１１ａ）に保持されたシート材（１０）の上面に導電材料（２）を供給し、導電材料（２）を貫通ビア（１１）に充填する充填ヘッド（１２０）と、充填ヘッド（１２０）を少なくともシート材（１０）の面方向に移動させる充填ヘッド送り機構（１３０）と、充填ヘッド（１２０）、吸引部（１１１ｃ、１１１ｄ、１１５）、および充填ヘッド送り機構（１３０）を制御する制御手段（２００）と、を備え、充填ヘッド（１２０）は、シート材（１０）の上面に当接して、シート材（１０）の上面に供給された導電材料（１０）を貫通ビア（１１）内に刷り込むスキージ（１２１ａ、１２２ｅ）と、シート材（１０）の上面における導電材料（２）を充填する部位を密閉する充填室（１２２ａ）を有する密閉ケース（１２２）と、充填室（１２２ａ）内を大気圧雰囲気よりも低い低圧雰囲気となるまで減圧する減圧手段（１２４）と、を含んで構成され、制御手段（２００）は、先ず、充填ヘッド送り機構（１３０）によって、スキージ（１２１ａ、１２２ｅ）をシート材（１０）の上面に当接した状態で充填ヘッド（１２０）をシート材（１０）の面方向に移動させることで、充填ベース（１１１）の搭載面（１１１ａ）に保持されたシート材（１０）の上面側から貫通ビア（１１）内に導電材料（２）を充填すると共に、吸引部（１１１ｃ、１１５）によって導電材料（２）に含まれる溶剤および気泡をシート材（１０）の下面側から吸引して排出し、次に、減圧手段（１２４）にて充填室（１２２ａ）内を低圧雰囲気となるまで減圧し、この状態で、充填ヘッド送り機構（１３０）によって、スキージ（１２１ａ、１２２ｅ）をシート材（１０）の上面に当接した状態で充填ヘッド（１２０）をシート材（１０）の面方向に移動させることで、シート材（１０）の上面側から貫通ビア（１１）内に導電材料（２）を充填して、導電材料（２）に含まれる気泡をシート材（１０）における上面側から排出することを特徴とする。

これによると、先ず、充填ヘッド（１２０）にてシート材（１０）の上面側から貫通ビア（１１）内に導電材料を充填する際に、吸引部（１１１ｃ、１１５）によって、導電材料（２）に含まれる溶剤および気泡をシート材（１０）の他方の表面側から吸引して排出するので、貫通ビア（１１）内において、導電材料（２）に含まれる金属粉末が濃縮され、貫通ビア（１１）内における金属粉末の粒子密度を向上させることができる。

さらに、この後、充填ヘッド（１２０）にてシート材（１０）の上面側から貫通ビア（１１）内に導電材料（２）を充填する際に、シート材（１０）の上面における導電材料（２）を充填する部位を密閉する充填室（１２２ａ）の圧力を大気圧雰囲気よりも圧力が低い低圧雰囲気まで減圧し、導電材料（２）に含まれる気泡を、真空脱泡によってシート材（１０）における一方の表面側から排出するようにしている。このため、既に充填された導電材料（２）によって貫通ビア（１１）内とシート材（１０）における他方の表面側との連通が阻害されたとしても、貫通ビア（１１）内における導電材料（２）に含まれる気泡を適切に排気することができる。

従って、シート材（１０）に形成された貫通ビア（１１）に導電材料（２）を適切に充填することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

実施形態に係る多層基板の模式的な断面図である。 実施形態に係る導電材料充填装置の概略構成図である。 実施形態に係る導電材料充填装置の一部を拡大した拡大図である。 実施形態に係る多層基板の製造工程を示す模式的な断面図である。 充填時のペースト充填ヘッド等の様子を示した断面模式図である。 第１充填工程時および第２充填工程時のペースト充填ヘッド等の様子を示した断面模式図である。 充填待機時のペースト充填ヘッド等の様子を示した断面模式図である。

本発明の一実施形態について説明する。本実施形態では、多層基板１（例えば、ＰＡＬＡＰ（登録商標））の製造時における、導電材料である導電ペースト２の充填方法および導電材料充填装置１００について説明する。

図１は、多層基板１の模式的な断面図である。多層基板１は、配線パターン（導体パターン）１２が形成された複数（本実施形態では４枚）の樹脂フィルム（シート材）１０を積層した積層体を一括して加熱・圧縮することにより形成されている。図１に示すように、多層基板１には、各層の配線パターン１２同士を電気的に接続するための層間接続部１３が形成されている。この層間接続部１３は、樹脂フィルム１０に形成されたビアホールに充填する導電ペースト２に含まれる金属粉末を焼結させることにより形成される。

本実施形態では、樹脂フィルム１０として、所定の対象エリア内において、穴径（開口径）よりも厚み寸法が大きい貫通ビア１１が多数個（例えば４万個）設けられているものを採用している。例えば、樹脂フィルム１０としては、厚み３００μｍ、□４５０ｍｍの対象エリア内において、穴径（開口径）がΦ１５０μｍ、厚み寸法（深さ）が３００μｍの貫通ビア１１が４万個設けられているものを採用することができる。

樹脂フィルム１０は、貫通ビア内に導電ペースト２が充填された後、片面に配線パターン１２がパターニングされる。そして、配線パターン１２がパターニングされた樹脂フィルム１０を複数重ね合わせた後、加熱・圧縮することにより多層基板１が形成される。

図２は、本実施形態に係る導電材料充填装置１００の概略構成図である。図２に示すように、導電材料充填装置１００は、導電材料としての導電ペースト２をワークである多層基板１の各層の基材を構成する樹脂フィルム１０に形成されたビアホール内に充填する装置である。

本実施形態の導電材料充填装置１００は、ワーク保持機構部１１０と、ペースト充填ヘッド１２０、充填ヘッド送り機構１３０、これらを制御する制御手段であるコントローラ２００等で構成されている。

本実施形態の導電ペースト２は、室温条件下で固化し、かつ、加熱によって溶融する高融点ペースト（室温固体材料）で構成され、ペースト充填ヘッド１２０内に内蔵されている。導電ペースト２は、例えば、銀や錫等の金属粉末に、溶剤として融点が４３℃のパラフィンを３〜１０ｗｔ％（例えば、８ｗｔ％）加えて練り固めて形成される。この導電ペースト２は、ペースト充填ヘッド１２０内において樹脂フィルム１０の上面側（一方の表面側）に供給できる形態でセットされている。

樹脂フィルム１０には、導電ペースト２を充填するビアホールとして貫通ビア１１が形成されている。本実施形態に係る導電材料充填装置１００は、この貫通ビア１１内に導電ペースト２の充填を行うように構成されている。

ワーク保持機構部１１０は、導電ペースト２を貫通ビア１１内に充填する際に樹脂フィルム１０を保持するために用いられる。このワーク保持機構部１１０は、充填ベース１１１、ワーク加熱ヒータ１１２、ベースプレート１１３、ベース支柱１１４、ワークチャック真空ポンプ１１５、待機ベース１１６、および温度調整機構１１７を有した構成とされている。

充填ベース１１１は、樹脂フィルム１０が設置される搭載面１１１ａを有し、搭載面１１１ａ上に設置された樹脂フィルム１０の下面側（他方の表面側）を後述する吸着機構を用いて吸着することによって保持する。本実施形態では、充填ベース１１１の搭載面１１１ａには、搭載面１１１ａと樹脂フィルム１０の下面との間に溶剤吸着シートとして機能する吸着紙１１１ｂが配置されている。充填ベース１１１では、吸着紙１１１ｂを吸着しつつ、吸着紙１１１ｂ中の隙間を通じて樹脂フィルム１０も吸着することで、吸着紙１１１ｂ上において樹脂フィルム１０を保持する。吸着紙１１１ｂは、導電ペースト２に用いられている溶剤を吸収できる材質のものであれば良く、一般的な上質紙などが用いられる。なお、吸着紙１１１ｂは、充填ベース１１１の一部を構成するものであるが、貫通ビア１１内への導電ペースト２の充填に伴って溶剤が吸着紙１１１ｂ内に吸収されるため、溶剤の吸収度合いに応じて適宜新しいものと交換される。

ここで、充填ベース１１１の吸着機構について説明すると、充填ベース１１１の搭載面１１１ａに吸着溝１１１ｃが形成されており、この吸着溝１１１ｃを通じて吸着がなされる。吸着溝１１１ｃは、充填ベース１１１の搭載面１１１ａよりも内側に形成された連通空間１１１ｄに連通している。そして、連通空間１１１ｄは、ワークチャック真空ポンプ１１５に接続されており、連通空間１１１ｄを通じて吸着溝１１１ｃからの吸着がなされる。このような構造により、充填ベース１１１の吸着機構が構成されている。

ワーク加熱ヒータ１１２は、図示しない電源からの通電等に基づいて駆動され、充填ベース１１１の搭載面１１１ａ上に吸着紙１１１ｂを介して設置された樹脂フィルム１０を加熱し、貫通ビア１１内への充填時に樹脂フィルム１０に接触させられた導電ペースト２を溶融させる。そして、ワーク加熱ヒータ１１２によって溶融させられた導電ペースト２を貫通ビア１１内に充填する。本実施形態では、ワーク加熱ヒータ１１２は、搭載面１１１ａのうち樹脂フィルム１０が配置される部分と対向する部分を加熱できるように、充填ベース１１１の下面の広範囲にわたって加熱できる構成とされている。

ベースプレート１１３は、充填ベース１１１や待機ベース１１６を水平状態に保持すると共に、後述するペースト充填ヘッド１２０を充填ベース１１１の搭載面１１１ａに沿って移動可能とするための支持台である。ベース支柱１１４は、ベースプレート１１３上に充填ベース１１１および待機ベース１１６を支持するものである。このベース支柱１１４により、充填ベース１１１および待機ベース１１６がベースプレート１１３に対して固定されている。

ワークチャック真空ポンプ１１５は、上述したように充填ベース１１１に設けられた吸着機構に接続され、樹脂フィルム１０の下面側を真空吸引することにより、吸着溝１１１ｃを通じて吸着紙１１１ｂおよび樹脂フィルム１０の吸着を行う。なお、本実施形態の吸着紙１１１ｂ、吸着機構、ワークチャック真空ポンプ１１５は、導電ペースト２の充填時に、導電ペースト２に含まれる溶剤および気泡を吸引する吸引部を構成している。

待機ベース１１６は、樹脂フィルム１０の貫通ビア１１への導電ペースト２の充填前もしくは充填後の充填待機時に、ペースト充填ヘッド１２０を待機させておくためのものである。温度調整機構１１７は、待機ベース１１６の内部に備えられ、待機ベース１１６の温度を所定の温度に保つものである。温度調整機構１１７は、例えば、室温以下の温度の循環水が循環できる構造とされる。この温度調整機構１１７によって待機ベース１１６の温度が略一定に維持されるため、待機時に待機ベース１１６上にペースト充填ヘッド１２０を待機させると、待機ベース１１６によって導電ペースト２が室温以下の温度に維持され、溶融されていた部分を再び固化させることができる。

また、待機ベース１１６には、図示しないペースト計量機構が設けられている。ペースト計量機構は、導電ペースト２を計量し、計量した導電ペースト２をペースト充填ヘッド１２０内に供給するものである。このような構造により、ワーク保持機構部１１０が構成されている。

次に、ペースト充填ヘッド１２０は、導電ペースト２の保持、および樹脂フィルム１０の上面側から貫通ビア１１内への導電ペースト２の充填を行う。このペースト充填ヘッド１２０は、攪拌用スキージ１２１、ケース（密閉ケース）１２２、攪拌用スキージ駆動機構１２３、充填室真空ポンプ１２４を有した構成とされている。

図３は本実施形態に係る導電材料充填装置１００の一部を拡大した拡大図である。図３に示すように、攪拌用スキージ１２１は、内部に導電ペースト２を保持すると共に、導電ペースト２を貫通ビア１１に充填するときのスキージとして機能する。攪拌用スキージ１２１の下部には、導電ペースト２を貫通ビア１１に充填する際に、樹脂フィルム１０の表面を傷つけないように、ゴム材からなる断面Ｖ字形状の充填リップ１２１ａが保持されている。この充填リップ１２１ａが、導電ペースト２を貫通ビア１１に充填するときに、樹脂フィルム１０の表面（上面）に当接させて、充填リップ１２１ａに保持した導電ペースト２を貫通ビア１１に刷り込む。攪拌用スキージ１２１は、後述する揺動モータ１２３ａの回転軸に偏芯シャフト１２３ｃを介して接続されている。

ケース１２２は、攪拌用スキージ１２１を収容すると共に、樹脂フィルム１０と当接することにより、気密に閉鎖された充填室（密閉空間）１２２ａを形成する。この充填室１２２ａにより、樹脂フィルム１０における導電ペースト２を充填する部位（複数の貫通ビア１１における一部）が密閉される。

ケース１２２には、樹脂フィルム１０の表面に対向する天板部１２２ｂに貫通孔１２２ｃが形成されており、貫通孔１２２ｃには、Ｏリング１２２ｄを介して回転自在に偏芯シャフト１２３ｃが嵌合されている。

ケース１２２は、樹脂フィルム１０の上面と当接する当接部位に充填室１２２ａの形成と導電ペースト２を充填するためのゴム材からなるスキージパッキン１２２ｅが保持されている。なお、本実施形態のスキージパッキン１２２ｅは、攪拌用スキージ１２１の充填リップ１２１ａと共に導電ペースト２を充填するスキージとして機能する。

また、ケース１２２には、内部に形成される充填室１２２ａから空気を吸引して排出するための排出ポート（図示略）が形成されており、当該排出ポートは、充填室真空ポンプ１２４に接続されている（図２参照）。

充填室真空ポンプ１２４は、充填室１２２ａ内の空気を吸引して外部に排出することで、充填室内を大気圧雰囲気よりも圧力が低い低圧雰囲気下（例えば、０．０１Ｍｐａ）となるまで減圧する減圧手段を構成している。充填室真空ポンプ１２４の作動によって、充填室１２２ａ内を減圧して低圧雰囲気とすることで、真空脱泡によって、貫通ビア１１内の空気が樹脂フィルム１０の上面側（吸着紙１１１ｂと対向する表面の反対の表面側）から外部に排出される。

攪拌用スキージ駆動機構１２３は、ケース１２２の上面側に配置されており、揺動モータ１２３ａ等を備えて構成されている。揺動モータ１２３ａは、図示しない電源からの電力供給によって駆動され、支柱１２３ｂを介してケース１２２に固定されている。揺動モータ１２３ａの回転軸には、偏芯シャフト１２３ｃが接続されており、偏芯シャフト１２３ｃの下端部の偏芯部が図示しない継手を介して攪拌用スキージ１２１の上端面に回転自在に嵌合されている。揺動モータ１２３ａの作動によって、偏芯シャフト１２３ｃが回転すると、偏芯シャフト１２３ｃの回転に伴って攪拌用スキージ１２１が偏芯回転する。

図２に戻り、充填ヘッド送り機構１３０は、ペースト充填ヘッド１２０を上下方向に移動させると共に、ペースト充填ヘッド１２０を充填ベース１１１から待機ベース１１６、または待機ベース１１６から充填ベース１１１へと移動させる移動手段である。また、充填ヘッド送り機構１３０は、ペースト充填ヘッド１２０を両側で支持する支持手段でもある。

この充填ヘッド送り機構１３０は、スライドガイド１３１、スライドブロック１３２、送りねじ１３３、送りモータ１３４、ガイドシャフト１３５、エンドプレート（図示略）、昇降シリンダ１３６、昇降ブロック（図示略）、および昇降プレート（図示略）を有して構成されている。

スライドガイド１３１は、充填ベース１１１を挟んだ両側（紙面手前側と奥側）それぞれに配置され、ベースプレート１１３の上面において充填ベース１１１と待機ベース１１６との並び方向に沿って延びるように設けられている。スライドブロック１３２は、スライドガイド１３１に形成されたスライド部に係合され、スライドガイド１３１の長手方向に沿って移動可能に構成されている。このスライドブロック１３２には、送りネジ１３３と螺合するナット１３２ａが設けられている。

送りネジ１３３は、一端部が継手（図示略）を介して送りモータ１３４に固定されている。送りモータ１３４は、モータプレート１３４ａを介してベースプレート１１３に保持されており、図示しない電源から電流が供給されることで駆動される。送りモータ１３４を駆動させると、送りネジ１３３を回転させることができる。送りモータ１３４は、例えば、電源から供給される電流の方向を変更することによって、正逆回転可能に構成されており、これに伴って、送りネジ１３３も正逆回転可能となっている。これにより、送りネジ１３３に螺合されたナット１３２ａが設けられたスライドブロック１３２を送りねじ１３３の長手方向両方向（樹脂フィルム１０の面方向）に移動させることができる。

ガイドシャフト１３５は、ペースト充填ヘッド１２０を昇降させるための昇降ブロック（図示略）が移動する際のガイドとなるものであって、その下端がスライドブロック１３２に対して固定されていると共に、上端が図示しないエンドプレートに固定されている。

昇降ブロックを昇降させる昇降シリンダ１３６もスライドブロック１３２に固定されている。この昇降シリンダ１３６の軸端に対して昇降ブロックが固定され、昇降シリンダ１３６が制御されることで、昇降ブロックが上下方向に移動する。また、昇降ブロックの上端には、ペースト充填ヘッド１２０に接続された昇降プレート（図示略）が固定されておいる。このようにして、ペースト充填ヘッド１２０が充填ヘッド送り機構１３０に固定されている。

このような構成により、送りモータ１３４の駆動によってスライドブロック１３２を送りねじ１３３の長手方向に移動させると、それに伴ってペースト充填ヘッド１２０も同方向に移動させられ、昇降シリンダ１３６の操作によって昇降ブロックを上下方向に移動させると、それに伴ってペースト充填ヘッド１２０も同方向に移動させられるようになっている。このような構造により、充填ヘッド送り機構１３０が構成されている。

コントローラ２００は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成され、そのＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、出力側に接続される各種制御機器の作動を制御する。

出力側に接続される各種制御機器としては、ワーク加熱ヒータ１１２、吸引部を構成するワークチャック真空ポンプ１１５、温度調整機構１１７、攪拌用スキージ１２１を揺動させる揺動モータ１２３ａ、充填室１２２ａ内を減圧する充填室真空ポンプ１２４、充填ヘッド送り機構１３０の送りモータ１３４、昇降ブロックを移動させる昇降シリンダ１３６等がある。

もちろん、各種制御機器としては、純機械的機構によって構成可能であれば、いずれも電気的に制御されるものを採用する必要はない。さらに、純機械的機構によって構成される機器については、コントローラ２００の出力側へ接続する必要もない。

次に、多層基板１の製造工程について図４に基づいて説明する。図４は、多層基板１の製造工程を説明する模式的な断面図である。

まず、前準備（準備工程）として、図４（ａ）に示す絶縁基材である樹脂フィルム１０、および上述した導電ペースト２等を用意する。

本実施形態では、樹脂フィルム１０として、ポリエーテルエーテルケトン樹脂とポリエーテルイミド樹脂とからなる熱可塑性樹脂フィルムを用意する。樹脂フィルム１０としては、例えば、厚み寸法が１００μｍの熱可塑性樹脂フィルムを用意する。なお、樹脂フィルム１０としては、熱可塑性樹脂フィルム以外のものを用意してもよい。

次に、図４（ｂ）に示すように、準備した樹脂フィルム１０の所定位置に、レーザ加工機等によって貫通ビア１１を形成する（ビア形成工程）。なお、樹脂フィルム１０に形成する貫通ビア１１は、図に示すテーパ形状（円錐形状）に限らず、例えば、円筒形状としてもよい。

次に、図４（ｃ）に示すように、貫通ビア１１内に導電ペースト２を充填する（充填工程）。本実施形態では、上述した導電材料充填装置１００を用いて、異なる２つの充填工程（第１充填工程、第２充填工程）を行うことで、貫通ビア１１内に導電ペースト２を充填する。導電ペースト２の充填工程の詳細については後述する。

次に、図４（ｄ）に示すように、貫通ビア１１内に導電ペースト２が充填された樹脂フィルム１０の片面に配線パターン形成用の金属箔（例えば、銅箔）を貼り付ける。そして、図４（ｅ）に示すように、樹脂フィルム１０の金属箔の表面にフォトレジストによるエッチングマスク（図示略）を形成し、このエッチングマスクを用いてエッチングすることで、所望の配線パターン１２を形成する。なお、配線パターン１２を形成した後、エッチングマスクは除去される。

次に、図４（ｆ）に示すように、片面に配線パターン１２が形成された樹脂フィルム１０を位置合わせしながら、順次積層して複数の樹脂フィルム１０の積層体を得る（積層工程）。

次に、複数の樹脂フィルム１０の積層体を、図示しない真空プレス機に挟み込み、所定温度で所定時間、一括して加熱・圧縮する（加熱圧縮工程）。この加熱圧縮工程では、例えば、３〜５ＭＰａ（好ましくは４ＭＰａ程度）の加圧力で、３２０℃、３時間程度の加熱・圧縮を行う。

加熱圧縮工程では、導電ペースト２に含まれる金属粉末が焼結し、かつ、配線パターン１２の金属箔と拡散接合することで、各層を電気的に接続する層間接続部１３が形成される。このようにして、図４（ｇ）に示す多層基板１を得ることができる。

ここで、本実施形態の導電材料充填装置１００による貫通ビア１１内への導電ペースト２の充填方法について図５〜図７に基づいて説明する。なお、以下に説明する導電材料充填装置１００は、コントローラ２００のＲＯＭ等に記憶された制御プログラムに基づいて、各種制御機器が制御されることで実現される。図５は、充填時のペースト充填ヘッド１２０等の様子を示した断面模式図である。図６（ａ）は、第１充填工程時におけるペースト充填ヘッド１２０等の様子を示した断面模式図であり、図６（ｂ）は、第２充填工程時のペースト充填ヘッド１２０等の様子を示した断面模式図である。また、図７は、充填待機時のペースト充填ヘッド１２０等の様子を示した断面模式図である。

まず、充填準備工程として、待機ベース１１６のペースト計量機構によって、所望の量の導電ペースト２を計量し、計量した導電ペースト２をペースト充填ヘッド１２０内に供給する。続いて、導電ペースト２の充填対象となるワーク、つまり貫通ビア１１を形成した樹脂フィルム１０を充填ベース１１１の搭載面１１１ａ上に吸着紙１１１ｂを介して設置する。

次に、（１）樹脂フィルム１０の保持および加熱、（２）ペースト充填ヘッド１２０の充填開始位置への移動、（３）導電ペースト２の刷り込み開始（第１充填工程）、（４）ペースト充填ヘッド１２０の充填室１２２ａの減圧、（５）再び導電ペースト２の刷り込み開始（第２充填工程）、（６）導電ペースト２の刷り込み停止、（７）ペースト充填ヘッド１２０の待機ベース１１６への移動および導電ペースト２の冷却、（８）樹脂フィルム１０の取り外し工程を順番に行う。

具体的には、（１）の工程では、ワークチャック真空ポンプ１１５による真空吸引を行い、連通空間１１１ｄを通じて吸着溝１１１ｃからの吸着を行う。これにより、吸着紙１１１ｂおよび樹脂フィルム１０の下面側が吸着されて、充填ベース１１１に保持される。同時に、ワーク加熱ヒータ１１２に対して電力供給を行うことにより、導電ペースト２の融点付近まで加熱する。例えば、導電ペースト２を銀や錫の粉末に対して融点が４３℃のパラフィンを練り固めたものとした場合、樹脂フィルム１０の表面が４３℃±３℃程度に保持されるようにワーク加熱ヒータ１１２による加熱を行う。これらによって、樹脂フィルム１０の保持および加熱が行われる。

次に、（２）の工程では、充填ヘッド送り機構１３０の昇降シリンダ１３６によって昇降ブロックを上方に移動させることで、ペースト充填ヘッド１２０を上方に移動させる。続いて、送りモータ１３４を駆動することによって送りねじ１３３を回転させ、スライドブロック１３２を送りねじ１３３の長手方向に沿って図１の紙面右側に移動させることで、ペースト充填ヘッド１２０を待機ベース１１６側から図１の紙面右側に移動させる。そして、ペースト充填ヘッド１２０が、例えば樹脂フィルム１０における図１の紙面左側の端部に達すると、昇降シリンダ１３６によって昇降ブロックを下方に移動させ、ペースト充填ヘッド１２０を樹脂フィルム１０の上面に下降させる。このようにして、ペースト充填ヘッド１２０の充填開始位置への移動が行われる（図１の一点鎖線矢印参照）。

次に、（３）の工程である第１充填工程では、揺動モータ１２３ａを駆動することにより、偏芯シャフト１２３ｃを回転させることで、樹脂フィルム１０の上面に当接する攪拌用スキージ１２１をケース１２２の充填室１２２ａ内において揺動させる。これにより、図５に示すように、ペースト充填ヘッド１２０内の導電ペースト２が加熱された樹脂フィルム１０によって溶融し、溶融した導電ペースト２が攪拌用スキージ１２１の揺動によって貫通ビア１１内に刷り込まれる。このようにして、ペースト充填ヘッド１２０内の導電ペースト２の刷込みが開始される。

そして、導電ペースト２の刷込みを続けながらペースト充填ヘッド１２０を充填終了位置まで移動させる。すなわち、送りモータ１３４を駆動することによって送りネジ１３３を回転させ、ペースト充填ヘッド１２０を図１の紙面右側に移動させて、樹脂フィルム１０における右側の端部まで到達させる。

この第１充填工程では、ワークチャック真空ポンプ１１５の作動によって、導電ペースト２に含まれる溶剤および気泡が樹脂フィルム１０の下面側から吸引されて排出される。つまり、図６（ａ）に示すように、貫通ビア１１内に充填された導電ペースト２のうち余剰な溶剤（例えばパラフィン）が吸着紙１１１ｂに染み込むように吸着されると共に、導電ペースト２中の気泡が吸着紙１１１ｂ、吸着溝１１１ｃ、および連通空間１１１ｄを介して排出される。

これにより、導電ペースト２内の銀や錫などの金属粉末が貫通ビア１１内に残るようにできる。このため、導電ペースト２の組成比、つまり銀や錫などの金属粉末と溶剤の比率に関わらず、貫通ビア１１内に金属粉末が濃縮されて必要量残るようにできる。

そして、導電ペースト２の刷込みを続けながらペースト充填ヘッド１２０を充填終了位置まで移動させる。すなわち、送りモータ１３４を駆動することによって送りネジ１３３を回転させ、ペースト充填ヘッド１２０を図１の紙面右側に移動させて、樹脂フィルム１０における右側の端部まで到達させる。

この際、樹脂フィルム１０からの伝熱により溶融した導電ペースト２が、攪拌用スキージ１２１の揺動、およびケース１２２のスキージパッキン１２２ｅによる押圧によって、貫通ビア１１内に刷り込まれる。これにより、その経路中に存在していた全ての貫通ビア１１内に、所定量（例えば、必要量の半分程度）の導電ペースト２が充填される。

次に、（４）の工程では、ペースト充填ヘッド１２０を充填終了位置で停止させた状態で、充填室真空ポンプ１２４を作動させて、ケース１２２の充填室１２２ａ内を低圧雰囲気（例えば、真空雰囲気）となるまで減圧する。

次に、（５）の工程である第２充填工程では、ケース１２２の充填室１２２ａ内を低圧雰囲気まで減圧した状態で、揺動モータ１２３ａを駆動し、攪拌用スキージ１２１を揺動させて、ペースト充填ヘッド１２０内の導電ペースト２の刷り込みを再開する。

具体的には、第２充填工程では、導電ペースト２の刷り込みを続けながらペースト充填ヘッド１２０を充填開始位置まで移動させる。すなわち、送りモータ１３４を第１充填工程（（３）の工程）と逆回転させて、スライドブロック１３２を送りネジ１３３の長手方向に沿って移動させることで、ペースト充填ヘッド１２０を充填終了位置から図１の紙面左側に移動させる。

この際、樹脂フィルム１０からの伝熱により溶融した導電ペースト２が、攪拌用スキージ１２１の揺動、およびケース１２２のスキージパッキン１２２ｅによる押圧によって、貫通ビア１１内に刷り込まれる。これにより、その経路中に存在していた全ての貫通ビア１１内に、必要量の導電ペースト２が充填される。

この第２充填工程では、ワークチャック真空ポンプ１１５の作動によって、導電ペースト２に含まれる溶剤および気泡が樹脂フィルム１０の下面側から吸引されて排出される。これにより、導電ペースト２内の銀や錫などの金属粉末が貫通ビア１１内に残るようにできる。このため、導電ペースト２の組成比、つまり銀や錫などの金属粉末と溶剤の比率に関わらず、貫通ビア１１内に金属粉末が濃縮されて必要量残るようにできる。

これに加え、第２充填工程では、ペースト充填ヘッド１２０におけるケース１２２内部の充填室１２２ａを低圧雰囲気まで減圧した状態で、導電ペースト２を充填するので、真空脱泡によって、図６（ｂ）に示すように、樹脂フィルム１０の上面側から導電ペースト２に含まれる気泡が排出される。このため、第１充填工程において、貫通ビア１１内に充填された導電ペースト２によって、貫通ビア１１内と樹脂フィルム１０における充填側の表面との連通が阻害されたとしても、貫通ビア１１内における導電ペースト２に含まれる気泡を適切に排気することができる。

次に、（６）の工程では、揺動モータ１２３ａおよび送りモータ１３４の駆動を停止させて、導電ペースト２の貫通ビア１１内への刷り込みを終了させる。また、充填室真空ポンプ１２４を停止して、充填室１２２ａ内に空気を導入することで、充填室１２２ａ内を低圧雰囲気から大気圧雰囲気に戻す。このようにして、ペースト充填ヘッド１２０内の導電ペースト２の刷込み停止を行う。

この後、（７）の工程では、充填ヘッド送り機構１３０の昇降シリンダ１３６によって昇降ブロックを上方に移動させることで、ペースト充填ヘッド１２０を上方に移動させる。続いて、送りモータ１３４を駆動することによって送りねじ１３３を逆回転させ、図１の紙面左側に移動させることで、ペースト充填ヘッド１２０を充填開始位置から待機ベース１１６側（図１の紙面左側）に移動させる。その後、昇降シリンダ１３６によって昇降ブロックを下降させ、ペースト充填ヘッド１２０を待機ベース１１６上に載せる（図１の二点鎖線矢印参照）。これにより、温度調整機構１１７によって室温以下の温度に調整された待機ベース１１６によって導電ペースト２の冷却が行われる（図７参照）。このようにして、ペースト充填ヘッド１２０の待機ベース１１６への移動および導電ペースト２の冷却が行われる。

最後に、（８）の工程では、ワークチャック真空ポンプ１１５による真空吸引を停止し、樹脂フィルム１０を冷却することで、貫通ビア１１内に充填された導電ペースト２を固化する。このとき、充填ベース１１１と樹脂フィルム１０との間に熱伝導率の低い吸着紙１１１ｂが配置されていることから、大気圧によって樹脂フィルム１０が充填ベース１１１側に押圧されていない状態であれば、樹脂フィルム１０を積極的に冷却させなくても、貫通ビア１１内の導電ペースト２は放熱によって固化する。このような手法によって導電ペースト２の固化を行えば、ペースト充填ヘッド１２０を待機ベース１１６に待機させているときに導電ペースト２を固化でき、充填ベース１１１を冷却したり、樹脂フィルム１０を別の場所で冷却したりしなくても容易に導電ペースト２を固化することが可能となる。

そして、導電ペースト２が固化したら、樹脂フィルム１０を吸着紙１１１ｂから剥離させる。このときには、既に導電ペースト２が固化しているので、吸着紙１１１ｂに導電ペースト２が付着してしまって貫通ビア１１から抜け落ちるといった不具合は生じない。このようにして、樹脂フィルム１０の取り外し工程を行う。これらの工程を経て、貫通ビア１１内に導電ペースト２が充填された樹脂フィルム１０を得ることができる。

以上説明した本実施形態によると、ペースト充填ヘッド１２０にて樹脂フィルム１０の上面側から貫通ビア１１内に導電ペースト２を充填する第１充填工程において、導電ペースト２に含まれる溶剤および気泡を樹脂フィルム１０の下面側から吸引して排出する。このため、貫通ビア１１内において、導電ペースト２に含まれる金属粉末が濃縮され、貫通ビア１１内における金属粉末の粒子密度を向上させることができる。すなわち、溶剤の比率に対して金属粉末の比率を低減することが可能となり、無効ペースト内に含まれる金属材料を低減することが可能となる。

そして、第１充填工程の後に、充填室１２２ａの圧力を大気圧雰囲気よりも圧力が低い低圧雰囲気まで減圧することで、導電ペースト２含まれる気泡を、真空脱泡によって樹脂フィルム１０における上面側から排出する。このため、既に充填された導電ペースト２によって貫通ビア１１内と樹脂フィルム１０における下面側との連通が阻害されたとしても、貫通ビア１１内における導電ペースト２に含まれる気泡を適切に排気することができる。

従って、樹脂フィルム１０に形成された貫通ビア１１に導電ペースト２を適切に充填することができる。

また、本実施形態では、充填室１２２ａにて樹脂フィルム１０に形成された複数の貫通ビア１１の一部を密閉する構成としているので、充填室真空ポンプ１２４による充填室１２２ａ内を数秒程度の短時間で低圧雰囲気となるまで減圧することができる。このため、第１充填工程を終了した後、連続して第２充填工程を行うことが可能となる。

さらに、本実施形態では、導電ペースト２を室温で固化する材料で構成しているため、貫通ビア１１に導電ペースト２を充填した後、樹脂フィルム１０を冷却することで導電ペースト２を固化できる。このため、導電ペースト２を固化してから樹脂フィルム１０を吸着紙１１１ｂから剥離させることで、貫通ビア１１から導電ペースト２が抜け落ちることを防止することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、各請求項の記載文言に限定されず、当業者がそれらから容易に置き換えられる範囲にも及び、かつ、当業者が通常有する知識に基づく改良を適宜付加することができる。例えば、以下のように種々変形可能である。

（１）上述の実施形態では、導電ペースト２の溶剤として作業の安全と設備環境の両面から高温加熱が必要でない低融点溶剤であるパラフィンを用いたが、他の溶剤であっても良い。例えば、他のパラフィン系炭化水素（エイコサン）や、テレビン油（例えばαテレピネ）、脂肪酸（例えばカプリン酸、ウンデシル酸、ラウリン酸、トリデシル酸、ミリスチン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、ヘプタデシル酸、ステアリン酸、ノデカン酸、アラキン酸）等に対して金属粉末を錬り込んだものを導電ペースト２として用いることができる。これらの溶剤はいずれも簡単な加熱で、かつ、金属粉末の焼結温度よりも低い温度で溶融する材料である。

（２）また、導電ペースト２の溶剤としては、室温で固化する材料（室温固体材料）で構成することが望ましいが、室温で流動性を有する材料で構成してもよい。室温で流動性を有する材料としては、例えば、ジヒドロターピネオール、グリコールエーテル、イソプロピルアルコール、ブチルカルビトールアセテート、シクロヘキサン、メチルエチルケトン等を採用することができる。

（３）また、導電ペースト２に含まれる金属粉末の材質も、銀と錫に限るものではなく、他の金属材料が用いられていてもよい。粉末形状についても球状のものや繊維状のフィラー等、どのようなものであってもよい。

（４）上述の実施形態では、樹脂フィルム１０の面方向（図１中の紙面左右方向）にペースト充填ヘッド１２０を一往復移動させる際に、導電ペースト２の貫通ビア１１へ充填する第１充填工程および第２充填工程を行った。しかしながら、これは、一例であり、第１充填工程において、図１中の紙面左右方向にペースト充填ヘッド１２０を複数回往復させる間に導電ペースト２の貫通ビア１１への充填を行った後、第２充填工程による導電ペースト２の貫通ビア１１への充填を行うようにしてもよい。

（５）上述の実施形態では、貫通ビア１１への導電ペースト２の充填が完了した後、充填ベース１１１上において樹脂フィルム１０の冷却を行うようにしたが、吸着紙１１１ｂごと樹脂フィルム１０を充填ベース１１１から取り外し、室温もしくは冷却室内で樹脂フィルム１０を冷却してもよい。樹脂フィルム１０を冷却する際にワーク加熱ヒータ１１２への電力供給を停止して行うことも考えられるが、樹脂フィルム１０を吸着紙１１１ｂごと充填ベース１１１の上から取り外すのであれば、樹脂フィルム１０の貫通ビア１１に充填された導電ペースト２が完全に固化していなくてもよい。このようにすれば、樹脂フィルム１０を冷却する際にワーク加熱ヒータ１１２への電力供給を停止する必要も無くなる。

（６）上述の実施形態では、開口径よりも厚み寸法が大きい貫通ビア１１に導電ペースト２を充填する構成としているが、これに限らず、例えば、開口径と厚み寸法が同程度、或いは開口径よりも厚み寸法が小さい貫通ビア１１に導電ペースト２を充填する構成としてもよい。

１ 多層基板
１０ 樹脂フィルム（シート材）
１１ 貫通ビア
２ 導電ペースト（導電材料）
１００ 導電材料充填装置
１１１ 充填ベース
１１１ａ 搭載面
１１１ｂ 吸着紙
１１１ｃ 吸着溝（吸引部）
１１１ｄ 連通空間（吸引部）
１１５ ワークチャック真空ポンプ（吸引部）
１２０ ペースト充填ヘッド（充填ヘッド）
１２１ａ 充填リップ（スキージ）
１２２ ケース（密閉ケース）
１２２ａ 充填室
１２２ｅ スキージパッキン（スキージ）
１２４ 充填室真空ポンプ（減圧手段）
１３０ 充填ヘッド送り機構
２００ コントローラ（制御手段）

Claims (1)

1. シート材（１０）を貫通させて形成したビアホールである貫通ビア（１１）内に、金属粉末と溶剤とを含む導電材料（２）を充填する導電材料充填装置であって、
   前記シート材（１０）が設置される搭載面（１１１ａ）を有し、前記搭載面（１１１ａ）にて前記シート材（１０）を保持する充填ベース（１１１）と、
   前記貫通ビア（１１）内に充填された前記導電材料（２）に含まれる溶剤および気泡を前記シート材（１０）における前記搭載面（１１１ａ）に対向する下面側から吸引する吸引部（１１１ｃ、１１１ｄ、１１５）と、
   前記充填ベース（１１１）に保持された前記シート材（１０）の上面に前記導電材料（２）を供給し、前記導電材料（２）を前記貫通ビア（１１）に充填する充填ヘッド（１２０）と、
   前記充填ヘッド（１２０）を少なくともシート材（１０）の面方向に移動させる充填ヘッド送り機構（１３０）と、
   前記充填ヘッド（１２０）、前記吸引部（１１１ｃ、１１１ｄ、１１５）、および前記充填ヘッド送り機構（１３０）を制御する制御手段（２００）と、を備え、
   前記充填ヘッド（１２０）は、
   前記シート材（１０）の上面に当接して、前記シート材（１０）の上面に供給された前記導電材料（１０）を前記貫通ビア（１１）内に刷り込むスキージ（１２１ａ、１２２ｅ）と、
   前記シート材（１０）の上面における前記導電材料（２）を充填する部位を密閉する充填室（１２２ａ）を有する密閉ケース（１２２）と、
   前記充填室（１２２ａ）内を大気圧雰囲気よりも低い低圧雰囲気となるまで減圧する減圧手段（１２４）と、を含んで構成され、
   前記制御手段（２００）は、
   先ず、前記充填ヘッド送り機構（１３０）によって、前記スキージ（１２１ａ、１２２ｅ）を前記シート材（１０）の上面に当接した状態で前記充填ヘッド（１２０）を前記シート材（１０）の面方向に移動させることで、前記充填ベース（１１１）の前記搭載面（１１１ａ）に保持された前記シート材（１０）の上面側から前記貫通ビア（１１）内に前記導電材料（２）を充填すると共に、前記吸引部（１１１ｃ、１１５）によって前記導電材料（２）に含まれる前記溶剤および気泡を前記シート材（１０）の下面側から吸引して排出し、
   次に、前記減圧手段（１２４）にて前記充填室（１２２ａ）内を前記低圧雰囲気となるまで減圧し、この状態で、前記充填ヘッド送り機構（１３０）によって、前記スキージ（１２１ａ、１２２ｅ）を前記シート材（１０）の上面に当接した状態で前記充填ヘッド（１２０）を前記シート材（１０）の面方向に移動させることで、前記シート材（１０）の上面側から前記貫通ビア（１１）内に前記導電材料（２）を充填して、前記導電材料（２）に含まれる気泡を前記シート材（１０）における前記上面側から排出することを特徴とする導電材料充填装置。

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