JP7381836B2 - 配線基板の製造方法及び配線基板 - Google Patents

Description

本開示は、配線基板の製造方法及び配線基板に関する。

発光素子等の電子機器の小型化に伴い、高密度に実装できる配線基板が要望されている。例えば、特許文献１には、配線基板のスルーホールに機械的な強度を高めるために、導電性ペーストと共に導体繊維を充填する構成が記載されている。また、特許文献２には、細線印刷適正に優れた導電性ペーストを用いた導電性積層体が記載されている。さらに、特許文献３には、高導電性配線基板の製造方法として、導電性ペーストのバインダ成分の一部を、吸収シートを配置して吸収させることで、導電性ペースト内の導電性粒子の含有率を増大させることが記載されている。

特開平６－３２６４３７号公報 国際公開第２０１５／０４６０９６号 特開２００３－１８８５３４号公報

しかし、従来の各基板では、導電性ペースト内に存在するバインダ成分が十分には除去されず、抵抗値が上がり、外観が劣化する場合があるので、接続信頼性の向上が望まれている。
本開示に係る実施形態は、接続信頼性に優れた配線基板の製造方法及び配線基板を提供することを課題とする。

本開示の実施形態に係る配線基板の製造方法は、絶縁樹脂の表面に形成された表側回路パターン及び前記絶縁樹脂の裏面に形成された裏側回路パターンを有すると共に、前記絶縁樹脂の表面から裏面まで貫通する貫通孔が形成されている基板を準備する工程と、前記貫通孔内に、繊維及びバインダ樹脂を含有した導電性ペーストを充填する工程と、を含む。

本開示の実施形態に係る配線基板は、絶縁樹脂の表面及び裏面に形成された表側回路パターン及び裏側回路パターンを有すると共に、表面から裏面まで貫通する貫通孔が形成されている基板と、前記貫通孔内に設けた、バインダ樹脂及び絶縁性の繊維を含有させた導電性ペーストと、を備え、前記繊維の少なくとも一本において、前記導電性ペーストの内部に埋没している前記繊維の一部が前記導電性ペーストの外部に露出する状態である。

本開示に係る実施形態によれば、接続信頼性に優れる配線基板の製造方法及び配線基板を提供することができる。

実施形態に係る配線基板を模式的に示す断面図である。 配線基板の貫通孔に充填した導電性ペーストの状態を模式的に拡大して示すと共に、バインダ樹脂が流出する状態を模式的に示す拡大断面図である。 実施形態に係る配線基板の製造方法のフローチャートである。 実施形態に係る配線基板の製造方法の基板準備工程において準備した基板の部分断面図である。 実施形態に係る配線基板の製造方法の充填工程を説明する部分断面図である。 実施形態に係る配線基板の製造方法の除去工程を説明する部分断面図である。 実施形態に係る配線基板の製造方法の硬化工程を説明する部分断面図である。 実施形態に係る配線基板の製造方法の除去工程の変形例を説明する部分断面図である。

以下、配線基板及び配線基板の製造方法について、図面を参照して説明する。以下の説明において参照する図面は、本開示の実施形態を概略的に示しているため、図面に示す部材は、大きさや位置関係等を誇張していることがあり、また、形状を単純化していることがある。また、以下の説明において、同一の名称、符号は、原則として同一の又は同質の部材や工程を示すものであり、詳細な説明を適宜省略する。

〔配線基板〕
実施形態に係る配線基板の構成について、図１を参照して説明する。
配線基板１０は、絶縁基材（絶縁樹脂）１１の表面及び裏面に形成された表側回路パターン１２及び裏側回路パターン１３を有すると共に、表面から裏面まで貫通する貫通孔１ｈが形成されている基板１と、貫通孔１ｈ内に設けた、バインダ樹脂及び繊維２３を含有した層間接続部材（導電性ペースト）２と、を備え、繊維２３の少なくとも一本において、層間接続部材２の内部に埋没している前記繊維２３の一部が前記層間接続部材２の外部に露出する状態である。配線基板１０は、絶縁基材１１の構成によって、リジッド基板、フレキシブル基板のいずれともすることができる。

（基板）
基板１は、絶縁樹脂からなる絶縁基材１１と、絶縁基材１１の表面に形成された表側回路パターン１２と、裏面に形成された裏側回路パターン１３と、を備え、貫通孔１ｈが形成されている。
絶縁基材１１は、例えば、１枚ないし複数枚のガラスクロスにエポキシ樹脂等の絶縁樹脂を含侵させて硬化させた板状のガラスエポキシで形成される。このようなガラスエポキシで形成された絶縁基材１１は、厚さを５０～６００μｍとすることが好ましい。貫通孔１ｈのアスペクト比の調整が容易であり、導電性ペースト２０を充填し易くできるからである。あるいは、絶縁基材１１は、フィルム状のポリイミドや液晶ポリマー等で形成することもできる。このような絶縁基材１１は、厚さを１２～５０μｍとすることが好ましい。貫通孔１ｈへの導電性ペースト２０の充填が容易であり、フィルムの可撓性を損ない難くするからである。絶縁基材１１は、このように、ある程度の厚みのある板から薄板やフィルムまで、また、硬質なものや可撓性を有するものを用いることができる。絶縁基材１１は、一般的に、両面にそれぞれ銅箔が張り合わされた両面銅張積層板として製造され、両面の銅箔は、表側回路パターン１２及び裏側回路パターン１３に加工される。

表側回路パターン１２は、絶縁基材１１の表面上に形成された配線パターンである。裏側回路パターン１３は、絶縁基材１１の裏面上に形成された配線パターンである。表側回路パターン１２及び裏側回路パターン１３は、銅等の金属材料からなり、絶縁基材１１の両面に設けられた金属箔や蒸着膜等を所望の形状に加工して形成されている。表側回路パターン１２及び裏側回路パターン１３はそれぞれ、厚さを１２μｍ以上７０μｍ以下とすることが好ましい。表面回路パターン１２及び裏面回路パターン１３は、所定厚み以下とすることで、層間接続部材２との接着性の向上、及び基板１を薄型化することができるからである。

貫通孔１ｈは、配線基板１０において、表側回路パターン１２と裏側回路パターン１３とを電気的に接続する箇所に設けられている。貫通孔１ｈは、表側回路パターン１２、絶縁基材１１、及び裏側回路パターン１３を連通して形成されている。貫通孔１ｈの平面視形状は、円が好ましく、楕円や、矩形等の多角形とすることもできる。また、貫通孔１ｈの径を、例えば０．０５～０．３ｍｍとすることが好ましい。貫通孔１ｈは、孔径を所定範囲とすることで、後述する充填工程Ｓ２においては導電性ペースト２０を充填し易く、流出工程Ｓ３においては導電性ペースト２０を流出し易くできるからである。

（層間接続部材）
層間接続部材２は、基板１の貫通孔１ｈ内に埋設された導電部材であり、表側回路パターン１２と裏側回路パターン１３とを電気的に接続する。層間接続部材２は、図２に示す、導電フィラー２１、バインダ樹脂２２、及び繊維２３を混合した導電性ペースト２０が、貫通孔１ｈに充填された後に、バインダ樹脂２２を硬化させて形成される。層間接続部材２は、体積抵抗率がより低いことが好ましく、例えば、体積抵抗率が２×１０^－５～１．５×１０^－４Ω・ｃｍとなるような導電性ペースト２０を適用することが好ましい。

導電フィラー２１は、例えば、銀や銅等の金属又はカーボンからなり、フレーク状、鱗片状、樹皮状等である。バインダ樹脂２２は、熱硬化性樹脂であり、また、導電性ペースト２０において、導電フィラー２１及び繊維２３に対する濡れ性がよいものが好ましい。バインダ樹脂２２は、例えば、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、アクリレート樹脂、ＰＭＭＡ等のメタクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリノルボルネン樹脂、フッ素樹脂等が挙げられる。また、バインダ樹脂２２は、導電フィラー２１とバインダ樹脂２２との合計に対して、３質量％以上であることが好ましく、６質量％以上であることがより好ましく、一方、１０質量％以下であることが好ましく、７質量％以下であることがより好ましい。また、導電性ペースト２０は、導電フィラー２１とバインダ樹脂２２との合計に対して、溶剤含有量が１質量％以下であることが好ましい。導電ペースト２０は、溶剤含有量を所定質量％以下にすることで、硬化時の体積収縮を軽減できるからである。

繊維２３は、導電性ペースト２０中のバインダ樹脂２２を外部へ流出させる部材である。繊維２３は、絶縁部材であることが好ましく、例えば、セルロース、レーヨン、キュプラ、アセテート、ナイロン等からなる。繊維２３は、直径が１～３０μｍであることが好ましく、長さが０．１～１ｍｍであることが好ましい。導電性ペースト２０の粘性と印刷時の作業性を保持しつつ、バインダ樹脂２２を外部へ流出させ易くできるためである。繊維２３は、導電性ペースト２０が基板１の貫通孔１ｈ内に充填されたときに、貫通孔１ｈ毎に少なくとも１本存在するように配合される。そのために、導電性ペースト２０は、繊維２３が０．０５質量％以上０．４質量％以下であることが好ましい。一方、導電性ペースト２０は、導電フィラー２１の含有量が多いことが好ましく、導電フィラー２１が９０質量％以上となるように配合されることが好ましい。導電ペースト２０は、導電フィラー２１の量を所定質量％以上とすることで、層間接続部材２を低抵抗化できるからである。導電性ペースト２０は、例えば、導電フィラー２１及びバインダ樹脂２２からなる導電性ペーストに、繊維２３を混合して得ることができる。

〔配線基板の製造方法〕
実施形態に係る配線基板の製造方法について、図３、図４Ａ～４Ｄ、及び図２を参照して説明する。
図３に示すように、配線基板の製造方法は、絶縁基材（絶縁樹脂）１１の表面に形成された表側回路パターン１２及び裏面に形成された裏側回路パターン１３を有すると共に、絶縁基材１１の表面から裏面まで貫通する貫通孔１ｈが形成されている基板１を準備する基板準備工程Ｓ１と、貫通孔１ｈ内に、繊維２３及びバインダ樹脂２２を含有した導電性ペースト２０を充填する充填工程Ｓ２と、導電性ペースト２０中のバインダ樹脂２２の一部を、繊維２３を介して貫通孔１ｈ外に流出させる流出工程Ｓ３と、貫通孔１ｈ外に流出させたバインダ樹脂２２を除去する除去工程Ｓ４と、導電性ペースト２０を硬化させて層間接続部材２を形成する硬化工程Ｓ５と、を含む。以下、各工程について詳細に説明する。

（基板準備工程）
基板準備工程Ｓ１は、図４Ａに示す基板１を準備する工程である。一例として、ガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させ、その両面にそれぞれ銅箔を接合して、エポキシ樹脂を硬化させて、絶縁基材１１の両面に銅箔が張り合わされた両面銅張積層板を製造する。次に、両面銅張積層板の各面の銅箔を順次エッチングして、表側回路パターン１２及び裏側回路パターン１３を形成する。そして、両面銅張積層板の所定の箇所に、ＮＣ（Numerical Control）ドリルやレーザ、パンチング等、絶縁基材１１の材料や厚さに応じた加工方法で、表側回路パターン１２、絶縁基材１１、及び裏側回路パターン１３を連通する貫通孔１ｈを形成する。

（充填工程）
充填工程Ｓ２は、図４Ｂに示すように、基板１の貫通孔１ｈ内に導電性ペースト２０を充填する工程である。プレート６の上に基板１を載置して固定し、基板１の表面に貫通孔１ｈの位置に合わせて孔が形成されたマスク７を固定する。プレート６は、例えば多数の孔を有する真空チャックの吸着プレートであり、基板１を真空吸着して固定する。吸着力は、基板１の厚み、貫通孔１ｈの大きさに対して、導電性ペースト２０が貫通孔１ｈの底部まで充填されるように適切な調整が行われる。また、このようなプレート６と基板１の間に、不織布等のシート５１を挟むことが好ましい。マスク７の孔は、平面視形状が貫通孔１ｈと同一以上の大きさに形成され、一回り大きいことが好ましい。マスク７は、例えば、ステンレス板を加工した厚さ２０～６０μｍのメタルマスク、又は、１５０～４００メッシュ、乳剤厚５～２０μｍのスクリーンマスクである。

そして、導電性ペースト２０を、スキージ８を用いてスクリーン印刷法でマスク７の上から貫通孔１ｈに充填する。スキージ８は、例えば、硬度７０～８０のウレタンゴムを適用することができる。また、スクリーン印刷は、基板１の厚さや貫通孔１ｈの径等に応じて、スキージ実効角度１５°～３０°、印圧０．１～０．４ＭＰａ、スキージ速度１０～１００ｍｍ／ｓｅｃで実行してもよく、さらにスキージ片道印刷及びスキージ往復印刷のいずれで実行してもよい。スクリーン印刷の完了後、マスク７を取り外す。充填工程Ｓ２により、基板１の貫通孔１ｈに、導電性ペースト２０が、表側回路パターン１２の側にマスク７の厚さ分突出して充填される。また、導電性ペースト２０において、繊維２３の１本ないし複数本は、一部が貫通孔１ｈ内から基板１の表側又は裏側に突出して露出し、残部が導電性ペースト２０に埋没した状態となることが好ましく、表側及び裏側の両方に露出していることがより好ましい。さらに、一部が露出した繊維２３が基板１の厚さ方向中心部まで埋没している、又は、露出した繊維２３から近接した繊維２３が中継して、基板１の厚さ方向中心部に到達していることが好ましい。

流出工程Ｓ３は、基板１の貫通孔１ｈに充填された導電性ペースト２０から、バインダ樹脂２２の一部を流出させる工程である。前記したように、導電性ペースト２０において、繊維２３の１本ないし複数本は、一部が貫通孔１ｈ内から基板１の表側又は裏側に突出して露出し、残部が導電性ペースト２０に埋没している。そのため、時間の経過に伴い、図２に示すように、導電性ペースト２０のバインダ樹脂２２が、繊維２３を伝って貫通孔１ｈ外に流出する。その結果、貫通孔１ｈ内における導電性ペースト２０は、バインダ樹脂２２の含有量が低減し、バインダ樹脂２２の低減によって導電フィラー２１の含有割合が増大する。また、前記したように、導電性ペースト２０において、繊維２３が１本で、又は互いに近接する複数本で、貫通孔１ｈ外から基板１の厚さ方向中心部まで到達していると、貫通孔１ｈ内の厚さ方向中心部における導電性ペースト２０からも、バインダ樹脂２２が流出し易い。

なお、流出工程Ｓ３は、充填工程Ｓ２において貫通孔１ｈのそれぞれに導電性ペースト２０が充填された時点から自ずと開始され、バインダ樹脂２２が硬化するまで継続して進行する。したがって、充填工程Ｓ２の完了後、硬化工程Ｓ５を開始するまでに、ある程度時間を空けることが好ましい。さらに、後続の除去工程Ｓ４によって、流出工程Ｓ３は、並行して進行すると共に促進される。充填工程Ｓ２の完了から硬化工程Ｓ５の開始まで、例えば、除去工程Ｓ４を含めて０．５～１２ｈｒ空けることが好ましい。

（除去工程）
除去工程Ｓ４は、基板１の貫通孔１ｈ外に流出したバインダ樹脂２２を除去すると共に貫通孔１ｈに充填された導電性ペースト２０を熱圧着する工程である。具体的には、図４Ｃに示すように、基板１の表面及び裏面に吸収シート（吸着紙）５２，５３を重ね合わせ、両面からローラ９で押圧する。吸収シート５２，５３は、液体を吸着し易い材質で、例えば紙や不織布等である。ローラ９は、例えば、８０～１６０℃における一定温度、圧力０．１～０．４ＭＰａ、搬送速度５～５０ｍｍ／ｓｅｃで、加熱加圧しながら基板１を板面方向に搬送する。繊維２３の貫通孔１ｈ外に露出した部分と、導電性ペースト２０の貫通孔１ｈの表側及び裏側の各開口面に露出した面とから、接触した吸収シート５２，５３にバインダ樹脂２２が吸収されて除去される。さらに、開口面からバインダ樹脂２２が除去されることにより、基板１の厚さ方向中心寄りにおける導電性ペースト２０から、繊維２３を伝ってバインダ樹脂２２が貫通孔１ｈ外に流出し易くなり、バインダ樹脂２２が開口面から厚さ方向中心に向かって順次除去される。また、基板１の両面からローラ９で加圧されることにより、層間接続部材２にボイドや気泡が生じることを抑制すると共に、導電フィラー２１間の接触を促進させる。さらに、バインダ樹脂２２の材料によっては、例えば６０～１３０℃における一定温度に加熱してもよい。バインダ樹脂２２は、加熱温度を所定の範囲にすることで、バインダ樹脂２２がより流動性が高くなって流出し易くなるからである。

（硬化工程）
硬化工程Ｓ５は、基板１の貫通孔１ｈ内の導電性ペースト２０中に残存するバインダ樹脂２２を硬化させて、図４Ｄに示すように、層間接続部材２を形成する工程である。硬化条件は導電性ペースト２０の材料に応じ、例えば、１００～２８０℃における一定温度で、３～９０ｍｉｎ加熱する。

なお、基板準備工程Ｓ１において、銅箔をエッチングして表側回路パターン１２や裏側回路パターン１３を形成するときに、貫通孔１ｈが形成される領域における銅箔も除去してもよく、その後、絶縁基材１１のみを加工して貫通孔１ｈを形成する。この場合、貫通孔１ｈは、表側回路パターン１２や裏側回路パターン１３の方を絶縁基材１１よりも径を大きく形成することもできる。また、充填工程Ｓ２において、マスク７に厚さ５～６０μｍの樹脂フィルムを用いることもできる。この場合には、基板準備工程Ｓ１において、基板１に貫通孔１ｈを形成する前に樹脂フィルムを表側に貼り合わせ、樹脂フィルム及び基板１を連通する貫通孔を形成する。また、充填工程Ｓ２において、シート５１を液体を吸着する材質とすることにより、導電性ペースト２０中のバインダ樹脂２２が裏側から除去され、流出工程Ｓ３が促進される。さらに、プレート６に多孔質セラミック等を適用して、すべての貫通孔１ｈの部分において吸引されるようにすることで、充填された導電性ペースト２０中のバインダ樹脂２２がシート５１に吸収され易くなって、流出工程Ｓ３を促進することができる。

また、除去工程Ｓ４において、ローラ９に代えて、図５に示すように、ロールブラシ９Ａを用いて、ロールブラシ９Ａにバインダ樹脂２２を直接吸収させてもよい。あるいは、ロールブラシ９Ａを用いる場合にも、吸収シート５２，５３を使用してもよい。

なお、流出工程Ｓ３で、貫通孔１ｈ内の導電性ペースト２０中のバインダ樹脂２２を繊維２３によって流出させて経時的に低減させることができるので、除去工程Ｓ４を実行しなくても層間接続部材２を低抵抗とすることはできる。しかし、除去工程Ｓ４を実行することが好ましい。除去工程Ｓ４により、導電性ペースト２０中のバインダ樹脂２２を短時間でより多く低減させることができ、また、流出したバインダ樹脂２２が貫通孔１ｈ内に戻ることが抑制され、かつ貫通孔１ｈに充填された導電性ペースト２０を熱圧着することで導電フィラー２１間の接触を促進させることができるからである。

硬化工程Ｓ５の後に、配線基板１０の表面及び裏面をセラミックバフ等で研磨して、層間接続部材２から露出した繊維２３の部分を除去したり、さらに、表側に突出した層間接続部材２を除去して平坦化したりしてもよい。なお、繊維２３が絶縁部材である場合には、配線基板１０の貫通孔１ｈ外の表面や裏面に残存しても、表側回路パターン１２や裏側回路パターン１３を不要に短絡させることがない。また、必要に応じて、配線基板１０の表面及び裏面に、ソルダーレジスト等で、表側回路パターン１２及び裏側回路パターン１３の一部を除いて被覆する絶縁膜を形成してもよい。

以上、本開示の実施形態に係る配線基板の製造方法は、両面の回路パターン同士を低抵抗で接続し、また、接続部が変色して外観が劣化することが抑制されて、接続信頼性に優れた配線基板を容易に製造することができる。

本開示に係る配線基板は、各種電子機器に利用することができる。

１０ 配線基板
１ 基板
１１ 絶縁基材（絶縁樹脂）
１２ 表側回路パターン
１３ 裏側回路パターン
１ｈ 貫通孔
２０ 導電性ペースト
２ 層間接続部材（導電性ペースト）
２１ 導電フィラー
２２ バインダ樹脂
２３ 繊維
５１ シート
５２，５３ 吸収シート（吸着紙）
９ ローラ
９Ａ ロールブラシ
Ｓ１ 基板準備工程
Ｓ２ 充填工程
Ｓ３ 流出工程
Ｓ４ 除去工程
Ｓ５ 硬化工程

Claims (10)

1. 絶縁樹脂の表面に形成された表側回路パターン及び前記絶縁樹脂の裏面に形成された裏側回路パターンを有すると共に、前記表側回路パターン、前記絶縁樹脂、及び前記裏側回路パターンを連通する貫通孔が形成されている基板を準備する工程と、
   前記貫通孔内に、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、アクリレート樹脂、メタクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリノルボルネン樹脂、及びフッ素樹脂から選択されるバインダ樹脂、並びに繊維を含有した導電性ペーストを充填する工程と、
   前記貫通孔内の前記導電性ペースト中のバインダ樹脂の一部を、前記繊維を介して貫通孔外に流出させる工程と、を含む配線基板の製造方法。
2. 前記流出させる工程の後に、前記貫通孔外に流出させた前記バインダ樹脂を除去する工程を含む請求項１に記載の配線基板の製造方法。
3. 前記バインダ樹脂を除去する工程は、前記基板の表面及び裏面に吸着紙を重ね合わせ、前記吸着紙をローラで押圧する請求項２に記載の配線基板の製造方法。
4. 前記繊維は絶縁部材である請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の配線基板の製造方法。
5. 前記繊維は、直径が１～３０μｍで、長さが０．１～１ｍｍである請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の配線基板の製造方法。
6. 前記絶縁樹脂は、５０～６００μｍの厚みであるガラスエポキシ、又は、１２～５０μｍの厚みであるポリイミドで形成されている請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の配線基板の製造方法。
7. 前記繊維の少なくとも１本は、前記貫通孔内に充填した導電性ペーストの内部に埋没している繊維の一部が前記導電性ペーストの外部に露出する状態である請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の配線基板の製造方法。
8. 絶縁樹脂の表面及び裏面に形成された表側回路パターン及び裏側回路パターンを有すると共に、前記表側回路パターン、前記絶縁樹脂、及び前記裏側回路パターンを連通する貫通孔が形成されている基板と、
   前記貫通孔内に設けた、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、アクリレート樹脂、メタクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリノルボルネン樹脂、及びフッ素樹脂から選択されるバインダ樹脂、並びに絶縁性の繊維を含有した導電性ペーストと、を備え、
   前記繊維の少なくとも一本において、前記導電性ペーストの内部に埋没している前記繊維の一部が前記導電性ペーストの外部に露出する状態であり、
   前記導電性ペーストは、前記バインダ樹脂の含有量が前記貫通孔内への充填時よりも少ない状態である配線基板。
9. 前記繊維が、セルロース、レーヨン、キュプラ、アセテート、又はナイロンからなる請求項８に記載の配線基板。
10. 前記絶縁樹脂は、５０～６００μｍの厚みであるガラスエポキシ、又は、１２～５０μｍの厚みであるポリイミドで形成されている請求項８又は請求項９に記載の配線基板。

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