JPH06302952A

JPH06302952A - スルーホール回路基板の製造法

Info

Publication number: JPH06302952A
Application number: JP5087189A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Hashimoto; 哲也橋本; Hidetoshi Yamashita; 英俊山下
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1993-04-14
Filing date: 1993-04-14
Publication date: 1994-10-28

Abstract

(57)【要約】【目的】はんだによるスルーホール接続回路におい
て、スルーホール接続不良を抑える。【構成】絶縁層を挟んでその両面にそれぞれ導電層が
積層された積層体において、スルーホール穴あけ後、ス
ルーホール内壁にはんだを濡れやすくする被膜を形成
し、はんだペーストを充填し、リフローすることにより
スルーホール接続を行う。【効果】スルーホールの接続不能が抑えられる。また
濡れ性が向上するので接合強度も上がり、接触抵抗も充
分低くできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、低コストで生産性・信
頼性の高いスルーホール回路基板、およびその製造方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、スルーホール回路基板は主にサブ
トラクティブ法により作成されていた。つまり、両面銅
引積層板にスルーホール用の穴あけを行い、次に化学め
っきのための活性化処理および化学めっき処理を行い、
次いで電気めっきにより必要な膜厚分をつけ、その後に
スルーホール部および回路導体部のところをレジストで
マスキングし、不要部をエッチング除去する方法であ
る。この方法により、高信頼性のスルーホール回路を形
成することができるが、特に化学めっき工程において、
その処理工程数および使用薬液が多いために処理時間が
長く、また材料費が高価になるため、生産性および経済
性に問題があった。

【０００３】より生産性を向上したスルーホール回路の
製造方法として、導電性接着剤を用いる方法がある。こ
れはスルーホール用の穴あけを行った後、その穴にスル
ーホール印刷法あるいはディスペンサを用いた方法など
により導電性接着剤を流し込み、加熱硬化させて両面導
体の導通をとる方法である。この方法は生産性には優れ
るものの、経済性・信頼性に多少の問題があり、また導
電性接着剤の比抵抗が銅に比べて１〜２桁高いこと、お
よび導電性接着剤と銅との界面で接触抵抗が生ずること
により、形成されたスルーホール抵抗は上述のサブトラ
クティブ法によるものよりかなり高くなる。

【０００４】なお、上述と同じ方法で、経済性・信頼性
の点から導電性接着剤の代わりにはんだペーストを用い
る方法も考えられる。図２は、はんだペーストを使用し
たスルーホール接続回路基板（１）でしばしば起る接続
不良を例示する断面図である。図２において、（１）は
スルーホール回路基板で絶縁層（２）と、導電層（回
路）（３）、（４）からなっている。（５）はスルーホ
ール（１２）はリフローされたはんだである。

【０００５】このような接続不良は、導電層と絶縁層の
濡れ性の違いによると考えられ、常識的には両者の濡れ
性の差を小さくすることが良いと考えられるが、実際に
は逆に両者の濡れ性の差を大きくすることが有効である
こと見い出し、本発明に至った。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、接
続不良の少ないはんだによるスルーホール回路基板の製
造法を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁層を挟ん
でその両面にそれぞれ導電層が積層された部分を有する
積層体を用いたスルーホール回路基板の製造方法であっ
て、ｉ）前記積層体にスルーホール穴をあけ、ｉｉ）前
記スルーホール穴に少なくともはんだ粒とフラックスと
からなるはんだペーストを充填し、ｉｉｉ）前記はんだ
ペーストを前記はんだ粒の固相線温度以上の温度でリフ
ローする製造方法において、前記スルーホール穴内壁の
少なくとも導体上に前記はんだを濡れやすくする被膜を
前記スルーホール穴あけ工程とはんだペースト充填工程
の間で形成することを特徴とするスルーホール回路基板
の製造方法である。

【０００８】本発明のスルーホール回路基板は、スルー
ホール内で絶縁層を挟んだ導体層間をはんだロックによ
り橋かけ接続した構造のものであり、その態様は図１
（Ｄ）、（Ｅ）、図３に示されている。基板（１）の積
層構造は、また図３のように他の導電層、絶縁層の付加
積層体であることもできる。

【０００９】絶縁層（２）の厚みは通常２ｍｍ以下、さ
らには５００μｍ以下、さらには１００μｍ以下が好ま
しい。スルーホール５の径は、積層体１の厚みとの兼ね
合いがあり、その径は積層体の厚みの１／３以上、更に
は１／２以上、更に２／３以上とするのが好ましい。回
路の導電層（３）、（４）の材質としては、銅、銀、
金、白金、鉛、錫、鉄、ニッケル、インジウム、アルミ
ニウム、ステンレスが導電層として使用できる。一般的
には銅、銀、金が好ましい。経済性の点からは特に銅が
好ましい。

【００１０】本発明でいうはんだとは回路基板の導電金
属またはスルーホール内壁被膜と合金組織を形成可能な
金属を含む合金を意味する。なおはんだは転移点の数に
よって、Ｓｎ／Ｐｄ＝６３／３７合金のように共晶はん
だとよばれ固相線温度と液相線温度が一致し昇温に伴い
一度に固体相から液体相に変化するものと、固相線温度
と液相線温度に差があり固体相と液体相の共存するもの
とがある。この内、後者のタイプの方がはんだの流動性
を下げることができスルーホール内壁被膜との接触が増
えるのでスルーホール導通収率の点で有利であり、また
同じ理由で被膜材質の種類も前者のはんだに比べ広く対
応でき有利である。

【００１１】はんだの材質としては、導電層またはスル
ーホール内壁被膜と合金組織を形成が可能であればコモ
ンソルダー、プランバーソルダー、チンスミスソルダー
といわれるもののうち任意のもので良く共晶系、非共晶
系いずれも使用できる。例えば導電層が銅の場合、すず
を含む合金、特にＳｎ−Ｐｂ合金が接合力も高く好まし
い。また導電層が銀の場合にはＳｎ−Ｐｂ−Ａｇ合金も
使用可能である。

【００１２】また、良好な導通の再現性を確保するため
には、固相線温度と液相線温度の差を３５℃以上、好ま
しくは５０℃以上とする。ここで、固相線温度ははんだ
又はこのはんだに含まれる金属粒のうち、少なくとも一
部が溶け始める温度であり、液相線温度ははんだ及びこ
のはんだに含まれる金属粒すべてが溶けてしまう温度で
ある。

【００１３】上記条件を満たすはんだとしては、非共晶はんだ異種金属粒混合はんだがある。この、のはんだについては特開平１−１３８７８８
号公報、特開平３−０１２９９２号公報、特開平４−０
１５９８７号公報に記載された材料及びプロセスにて使
用することができる。

【００１４】本発明のスルーホール接続は、スルーホー
ル用穴を明けた後、前記穴内壁の少なくとも導体部には
んだに濡れやすい被膜を形成し、その後少なくともはん
だ粒とフラックスからなるはんだペースト組成物を調製
しスクリーン印刷法あるいはディスペンサを用いて回路
基板のスルーホールに付着、あるいは塗布した後、塗布
したはんだペーストごと回路基板をはんだの溶融点以上
の温度下におくことによって、はんだ塗布層をリフロー
させスルーホール内に抵抗接続が形成されて製造され
る。

【００１５】次に、本発明のスルーホール回路基板のス
ルーホール接続の形成過程を絶縁層を挟んで導電層を積
層した３層積層回路基板を例に図１により説明する。ｉ）スルーホール用穴あけ工程穴あけは、ばり・かす等が発生せず穴の周囲の導電層が
絶縁層から剥離しなければいかなる方法によっても良
く、例えばドリル・パンチ・レーザー等が使用される。
また穴は接続しようとする少なくとも２つの導体層が導
通可能な形状であればどのような形状でも構わない。ｉｉ）スルーホール内壁への被膜形成図１（Ｂ）に示すように、スルーホール内壁５Ａの少な
くとも導体層表面にはんだを濡れやすくする皮膜１０を
形成する。

【００１６】被膜の材質としては、元の導体よりも酸化
しにくくかつはんだに濡れやすいことが必要である。さ
らには、はんだと導体層間に直接に合金組成を形成させ
接合強度の信頼性をさらに確保するために、リフロー工
程で被膜がスルーホール内壁から完全に拡散・消失でき
ることが好ましい。さらに前記被膜の拡散によりはんだ
リフロー時のはんだ流動性が変化しない事も必要であ
る。

【００１７】また厚みについては、濡れ性を確保するた
めには厚い方が好ましいが、逆にリフロー時の拡散を完
全に行いまたはんだ流動性への影響をなくすには薄い方
が好ましい。具体的には、０．０１μｍ〜１００μｍ、
更には０．０２μｍ〜５０μｍ、更には０．０５μｍ〜
２０μｍが好ましい。以上の条件を満足する材質として
は、次の３種類のものがある。Ａｕ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｎｉのうち
少なくとも一種を含む金属被膜アルキルイミダゾール系またはベンゾトリアゾール
系またはアルキルベンズイミダゾール系またはアミン系
またはアミド系のいずれかの系の錯体金属被膜樹脂系フラックスについては、濡れ性の点よりＡｕ，Ａｇ，Ｓｎ，Ｉ
ｎ，Ｎｉのいずれかの単体金属またはいずれかを含む合
金、及びＳｎ／Ｐｂ合金が好ましく、更にはリフロー時
に拡散・消失しやすいためにはＡｕ，Ａｇ，Ｓｎのいず
れかの単体金属またはいずれかをふくむ合金、及びＳｎ
／Ｐｂ合金がより好ましい。厚みは、Ａｇ単体金属の場
合０．０５μｍ〜５μｍ、Ｓｎ／Ｐｂ＝６／４合金の場
合５μｍ〜２０μｍが好ましい。被膜の形成方法は、電
解メッキ、無電解メッキ、蒸着、ＰＶＤ、ＣＶＤ、溶融
法など種々あるが厚みの精度の点から電解メッキ、無電
解メッキが特に好ましい。

【００１８】については、濡れ性・被膜形成時の作業
環境の点より特にアルキルベンズイミダゾール系からな
る錯体金属被膜が好ましい。厚みは、０．１〜１μｍが
良い。被膜の形成は、アルキルベンズイミダゾール誘導
体を含む水溶液に少なくとも基板を浸漬する工程を経て
導体である銅と錯体化反応することで得られる。につ
いては、ロジン系樹脂またはアミン系樹脂またはアミン
のハロゲン化水素酸塩等を含むものが使用できる。被膜
の形成は、浸漬法、刷毛塗り法、スプレー法、発泡塗布
法、スクリーン印刷法、ロールコーター法等で形成でき
る。ただしこの材質はスルーホール内壁のみに選択的に
被膜を形成することが困難であるので・の方がより
好ましい。ｉｉｉ）はんだペースト充填工程図１（Ｃ）に示すようにスルーホール５内にはんだペー
ストが絶縁層２を挟む導電層３、４を橋かけ接続して充
填されている。はんだペーストの充填層は、はんだ粒６
Ａ、及び必要に応じて高融点金属粒７がフラックス１１
の連続相内に分散されている。

【００１９】はんだ粒６Ａや金属粒７の粒径ははんだペ
ーストの印刷・塗布性により１〜１５０μｍ、好ましく
は１〜７５μｍ、更に好ましく１〜５０μｍ程度であ
る。また粘度偏析を避けるためには、均一の粒径のもの
を使用した方が好ましい。また、金属粒７の形状は球状
よりも不定形の方がはんだとの界面面積を大きくとれ、
リフロー性に好ましい結果を与える。

【００２０】フラックス量は、リフローしたはんだ粒間
およびはんだ粒−金属粒間の一体化混合のために、はん
だ粒の５重量％以上、好ましくは７重量％以上、さらに
は１０重量％以上が好ましい。なお、フラックス量は金
属粒量の割合が増すに従って、印刷・塗布性を妨げない
範囲で調整される。フラックスとしては、樹脂系フラッ
クス、特に活性化樹脂フラックスが好ましい。ｉｖ）リフロー工程はんだ粒（６Ａ）は溶融して合体し、連続相を形成、溶
融していない金属粒（７）を分散させ、スルーホール部
の表面にははんだペースト中のフラックスから生成され
た残留物（９）が残る。リフローしたはんだは冷却凝固
して図１（Ｄ）に示すように、導電層（３）と（４）と
の間を電気的に導通させるはんだ（６）、金属粒（７）
よりなるスルーホール内に抵抗連続層が形成される。

【００２１】フラックス残留物を除去してスルーホール
連続回路基板がえられる（図１（Ｅ）参照）。リフロー
温度は、はんだの固相線温度よりも５℃以上高い温度と
する。さらには接合強度の点から、２０℃以上高い温度
とするのが好ましい。上限温度は基板の耐熱性によって
定められる。

【００２２】塗布ペーストのリフローに先立って予備加
熱を適用することができる。予備加熱は、リフロー時の
急激な温度上昇による基板への熱応力を緩和するためと
同時に、フラックス中の揮発成分を完全に放散させてリ
フロー時のガス発生を抑える効果があり、かかる予備加
熱を行うことが好ましい。予備加熱の条件は基板の材質
や構造などによって異なるが、はんだの融点よりも低い
温度、より好ましくははんだの融点よりも２０℃〜６０
℃低い温度とする。例えば、Ｓｎ：Ｐｂ＝６３：３７の
組成のはんだ（共晶はんだ）の場合には、温度１２０℃
〜１６０℃で予備加熱することが好ましい。これより高
すぎると、フラックスが硬化し、はんだ付着性が悪くな
り、逆に低すぎると、フラックスの揮発成分の放散が不
充分でガスの滞留を起こし、はんだ不濡れの原因とな
る。加熱時間も基板の熱容量、はんだペーストの量、フ
ラックスの量や種類、加熱方式などにより異なるが、基
板の表面および内部が規定の温度に達してから１〜３分
間程度の間にわたって予備加熱することが好ましい。

【００２３】次に本発明のスルーホール回路基板の具体
例を示すが、本発明はかかる実施例にのみ限定されるも
のではない。

【００２４】

【実施例１】図１に示す絶縁層の両側にプリント回路を
有する回路基板を用意した。絶縁層回路の導電層及び絶
縁層の厚みはそれぞれ１５０μｍ、５０μｍであった。
また材質は銅であった。回路基板の両表面にソルダーレ
ジスト（アサヒ化研製、ＵＶＦ−２Ｇ型）を各１０μｍ
ずつ塗布し、ＵＶにより硬化させた。この時の積層体の
厚みは３７０μｍであった。その後スルーホール形成位
置にドリルを用いて直径０．４５ｍｍの貫通穴をあけ
た。

【００２５】その後電解メッキ法によりスルーホール内
壁の導体部にＳｎ／Ｐｂ＝６／４合金組成の金属被膜を
１０μｍ形成した。次にメタルマスク（０．１ｍｍｔ）
を用いたスクリーン印刷法にて、スルーホールにはんだ
ペーストを穴壁に露出している２層の導電層上にまたが
りしかも穴にほぼすり切りになるように図１（Ｃ）の如
く充填した。使用したはんだペーストは下記の２種類で
ある。

【００２６】非共晶はんだペースト千住金属（株）ＳＰＴ−５５−４０はんだ粒材質Ｓｎ／Ｐｂ＝４０／６０固相線温度１８３℃ 液相線温度２３８℃ はんだ粒：フラックス＝８５：１５（重量比）異種金属粒混合はんだペーストはんだ粒材質Ｓｎ／Ｐｂ＝６３／３７はんだ粒径１０〜５０μｍはんだ粒形状不定形金属粒材質銀金属粒径１０〜５０μｍ金属粒形状不定形フラックス弱活性ロジン混合比（体積比）（はんだ粒）：（金属粒）：（フラックス）＝９０：１０：１０５金属粒混合量１０Ｖｏｌ％その後、１２０℃の熱風オーブン中で１０分間予備加熱
した後、２１５℃熱風オーブン中で３分間リフローさ
せ、ついで１−１−１トリクロルエタンで超音波洗浄し
て表面のフラックス残留物を除去して図１（Ｅ）の如き
スルーホール回路基板を得た。得られたスルーホール穴
数は１００００穴であった。リフローしたはんだは１０
０％の収率で図１（Ｅ）に示すように２導電層間にまた
がるようにブリッジされており、接合強度も通常のはん
だと比べて何ら遜色はなかった。また、２３０℃×３０
ｓｅｃの条件で再リフローしたところ初期導通のあった
スルーホール部は全てについて断線発生はみられなかっ
た。

【００２７】

【実施例２】実施例１で用いたのと同じ回路基板に実施
例１と全く同様にして直径０．４５ｍｍの貫通穴をあけ
た。その後無電解メッキ法によりスルーホール内壁の導
体部に厚み０．５μｍのＡｇ被膜を形成した。

【００２８】しかる後実施例１で用いたのと同じはんだ
ペーストを用い実施例１と全く同様にしてスルーホール
回路基板を形成した。得られたスルーホール穴数は１０
０００穴であった。リフローしたはんだは１００％の収
率で図１（Ｅ）に示すように２導電層間にまたがるよう
にブリッジされており、接合強度も通常のはんだと比べ
て何等遜色はなかった。また、２３０℃×３０ｓｅｃの
条件で再リフローしたところ初期導通のあったスルーホ
ール部は全てについて断線発生はみられなかった。

【００２９】

【実施例３】実施例１で用いたのと同じ回路基板に実施
例１と全く同様にして直径０．４５ｍｍの貫通穴をあけ
た。その後、アルキルベンズイミダゾール誘導体を含む
水溶液（（株）三和研究所、「ドーコートＨ改」）
に４０ｇ、６０秒の条件で前記回路基板を浸漬し、スル
ーホール内壁の導体部にアルキルベンズイミダゾール銅
錯体被膜を形成した。厚みは０．４μｍであった。

【００３０】しかる後実施例１で用いたのと同じはんだ
ペーストを用い実施例１と全く同様にしてスルーホール
回路基板を形成した。得られたスルーホール穴数は１０
０００穴であった。リフローしたはんだは１００％の収
率で図１（Ｅ）に示すように２導電層間にまたがるよう
にブリッジされており、接合強度も通常のはんだと比べ
て何ら遜色はなかった。また、２３０℃×３０ｓｅｃの
条件で再リフローしたところ初期導通のあったスルーホ
ール部は全てについて断線発生はみられなかった。

【００３１】

【比較例】実施例１で用いたのと同じ回路基板に実施例
１と全く同様にして直径０．４５ｍｍの貫通穴をあけ
た。その後、スルーホール内壁への金属被膜形成を行わ
ずに、実施例１で用いたのと同じはんだペーストを用い
実施例１と全く同様にしてスルーホール回路基板を形成
した。

【００３２】得られたスルーホール回路基板において図
２のように２つの導電層間にまたがるようにブリッジさ
れず導通のないものが、１００００穴中２０穴あった。

【００３３】

【発明の効果】本発明のスルーホール回路基板の製造法
によれば、スルーホール導通の接続不良が好適に抑えら
れる。更にはんだの濡れ性が向上するのではんだと導体
層間の実効接合面積が従来に比べ大きくなるので接合強
度も上がり、接触抵抗も充分低くできる。

【００３４】また、穴壁の導体層部のはんだ濡れ性を向
上させることにより壁面へのはんだ広がりが均一になり
接続はんだの形状が安定するので、従来に比べ再リフロ
ーに対する安定性が向上する。なおこの効果は、接続は
んだに固体相と液体相の共存するものを用いた場合に更
により良く発揮される。以上の理由で、本発明により低
コストでかつ、接合強度が高く接触抵抗も低い信頼性の
高いスルーホール回路基板が実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスルーホール回路基板の形成過程を示
す。

【図２】従来法による接続不良の例図。

【図３】本発明の他の実施例を示す。

【符号の説明】

１スルーホール回路基板２、２₁、２₂、２₃ 絶縁層３、４、３₁、３₂、３₃、３₄ 導電層５スルーホール５Ａスルーホール内壁６、１２はんだ６Ａはんだ粒７金属粒８はんだペースト９、１１フラックス１０被膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁層を挟んでその両面にそれぞれ導電
層が積層された部分を有する積層体を用いたスルーホー
ル回路基板の製造方法であって、ｉ）前記積層体にスル
ーホール穴をあけ、ｉｉ）前記スルーホール穴に少なく
ともはんだ粒とフラックスとからなるはんだペーストを
充填し、ｉｉｉ）前記はんだペーストを前記はんだ粒の
固相線温度以上の温度でリフローする製造方法におい
て、前記スルーホール穴内壁の少なくとも導体上に、前
記はんだを濡れやすくする被膜を前記スルーホール穴あ
け工程とはんだペースト充填工程の間で形成することを
特徴とするスルーホール回路基板の製造方法。
【請求項２】前記被膜がＡｕ，Ａｇ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｂ
ｉ，Ｉｎ，Ｎｉのうち少なくとも一種を含む金属である
特許請求の範囲第１項に記載のスルーホール回路基板の
製造法。
【請求項３】前記被膜がアルキルイミダゾール系また
はベンゾトリアゾール系またはアルキルベンズイミダゾ
ール系またはアミン系またはアミド系のいずれかの系の
錯体金属被膜である特許請求の範囲第１項に記載のスル
ーホール回路基板の製造法。