JPH10178247A

JPH10178247A - 配線基板およびその製造方法

Info

Publication number: JPH10178247A
Application number: JP33868996A
Authority: JP
Inventors: Riichi Sasamori; 理一笹森; Katsura Hayashi; 桂林; Yuji Iino; 祐二飯野; Shuichi Tateno; 周一立野
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1996-12-18
Filing date: 1996-12-18
Publication date: 1998-06-30

Abstract

(57)【要約】【課題】銅などの低抵抗金属を含む導体ペーストによっ
て絶縁層表面に形成された配線層は、酸化膜や樹脂分の
存在によって抵抗が高く、配線の微細化、高密度化に対
応することができなかった。【解決手段】有機樹脂を含む絶縁層の表面に、銀被覆銅
粒子を主体とする導体ペーストを印刷塗布して導体配線
層を形成し、その後、導体配線層に５０ｋｇ／ｃｍ²以
上の圧力を印加し、銀被覆銅粒子同士を強制的に接触さ
せることにより、導体配線層の破断面における前記銀被
覆銅粒子１の接触痕２の最大径をＬ、前記銅粒子の直径
をＭとしたとき、Ｌ／Ｍ比が０．３以上の粒子が、接触
痕を有する全粒子の７０％以上として、導体配線層の低
抵抗化を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有機樹脂を含む絶
縁層の表面に低抵抗金属を主体とする導体配線層を形成
してなる、半導体素子収納用パッケージなどに適した配
線基板およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来技術】従来より、配線基板、例えば、半導体素子
を収納するパッケージに使用される多層配線基板とし
て、アルミナなどの絶縁層とＷ，Ｍｏなどの高融点金属
からなる配線層とを具備したセラミック配線基板が多用
されているが、このようなセラミック配線基板は、硬く
て脆い性質を有することから、製造工程または搬送工程
において、セラミックスの欠けや割れ等が発生しやす
く、また、焼結前のグリーンシートにメタライズペース
トを印刷して、印刷後のシートを積層して焼結する場
合、焼成により得られる基板に反り等の変形や寸法のば
らつき等が発生しやすいという問題があり、回路基板の
超高密度化やフリップチップ等のような基板の平坦度の
厳しい要求に対して十分に対応できないという問題があ
った。

【０００３】そこで、最近では、有機樹脂を含む絶縁層
表面に銅箔を接着した後、これをエッチングして微細な
回路を形成した基板や、銅などの金属粉末を含むペース
トを絶縁層に印刷して配線層を形成した後、これを積層
し、あるいは積層後に、所望位置にマイクロドリルやパ
ンチング等によりビア用の孔明けを行い、そのビア内壁
にメッキ法により金属を付着させて配線層を接続して多
層化したプリント配線基板が提案されている。また、絶
縁層としては、その強度を高めるために、有機樹脂に対
して、粉末状あるいは繊維状の無機質フィラーを分散さ
せた基板も提案されており、これらの複合材料からなる
絶縁層上に多数の半導体素子を搭載したマルチチップモ
ジュール（ＭＣＭ）等への適用も検討されている。

【０００４】上記のようなプリント配線基板の多層化、
配線の超微細化、精密化の要求に対応して、有機樹脂を
含む絶縁層の表面に銅などの低抵抗金属を含む導体ペー
ストで回路パターンを印刷で高密度に多層化された配線
基板を作製する試みが行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、低抵抗
金属を含む導体ペースト中には、絶縁層への印刷性を高
めるとともに、金属粉末を互いに結合させるために有機
樹脂を配合されることから、粉末の接触界面には、有機
樹脂が介在しやすいために、通常の銅箔や銅メッキによ
り形成された回路よりも抵抗値が高いという問題があっ
た。

【０００６】そのため、ペースト中の低抵抗金属として
は銀が多用されている。銀が主導体成分として用いられ
る理由は、金属中で最も導電率が高いこと、銅等の卑金
属に比べ化学的安定性が高いこと等による。しかしなが
ら、銀はコストが非常に高く、さらに銀が大気中湿気と
直流電界との相互作用により、銀配線相互間を移行する
現象、いわゆるマイグレーションが生じるために、回路
設計上の制約が多く、使用条件によっては信頼性に問題
があった。これに対して、銅は、比抵抗もある程度低
く、銀に比較して安価に入手できるものの、表面が酸化
しやすいことから、特殊な方法で貯蔵する必要があるな
ど、取扱いが不便である。

【０００７】そこで、これらの問題を解消するために、
銅粒子の表面に低抵抗の銀を被覆して、比抵抗の低減と
銅粒子の酸化を抑制した導電材料が特開昭５６−１０１
７３９号、特公昭５８−４９９６６号、特開平８−１３
８４３７号等にて提案されている。

【０００８】しかしながら、これらの銀被覆銅粒子を用
いた場合においても、これらの粒子を結合するために全
固形分あたり３重量％以上の有機樹脂が必要とされてお
り、この有機樹脂分が粒子間の接触部に介在して接触抵
抗が高くなり、導体配線層の比抵抗を低減するには至っ
ていないのが現状である。また、この樹脂分を加熱分解
したり、通電加熱を行う事など様々な改良も行われてい
るが、これらの加熱処理においても十分な効果が得られ
ておらず、場合によっては、加熱によって絶縁層に対し
て悪影響を及ぼすなどの問題があった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題に対して検討を重ねた結果、導体配線層を形成する主
導体成分として所定粒径の銀被覆銅粉末を用い、この粉
末を用いて形成された導体配線層に対して高圧力で加圧
処理を行ない粒子同士を圧接させると、銅粒子表面のや
わらかい銀が変形し、粒子間の導通パスが従来の点接触
から面接触に変化し粒子間の接触抵抗を大幅に低減でき
る結果、導体配線層の比抵抗を格段に下げることができ
ることを見いだし、これにより多層プリント基板の導体
配線層の超微細化、精密化の要求に応えうることのでき
る高信頼性の配線基板を提供できることを知見した。

【００１０】即ち、本発明の配線基板は、有機樹脂を含
む絶縁層の表面に、銀被覆銅粒子を主体とする導体配線
層を具備し、前記銀被覆銅粒子の平均粒径が３〜１０μ
ｍであり、且つ前記導体配線層の破断面における前記銅
粒子の接触痕の最大径をＬ、前記銅粒子の最大径をＭと
したとき、Ｌ／Ｍ比が０．３以上の粒子数が、接触痕を
有する全粒子数の７０％以上であることを特徴とするも
のである。

【００１１】さらに、本発明の配線基板の製造方法によ
れば、有機樹脂を含む絶縁層の表面に、平均粒径が３〜
１０μｍの銀被覆銅粒子を主体とする導体ペーストを印
刷塗布して導体配線層を形成する工程と、該導体配線層
に５０ｋｇ／ｃｍ²以上の圧力を印加し、前記銀被覆銅
粒子同士を圧接させる工程と、を具備することを特徴と
するものである。

【００１２】なお、上記の配線基板および配線基板の製
造方法においては、導体配線層および導体ペースト中の
全固形分中の有機樹脂結合剤の含有量が２重量％以下で
あることを特徴とするものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の配線基板は、基本的には
絶縁層と導体配線層によって構成される。また、前記絶
縁層には、多層配線基板においては必要に応じてスルー
ホール導体が形成され、各絶縁層に形成された導体配線
層を電気的に接続する役目をなす。

【００１４】絶縁層は、少なくとも有機樹脂を含む絶縁
材料からなるもので、有機樹脂としては例えば、熱硬化
性ポリフェニレンエーテル樹脂、ビスマレイミドトリア
ジン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹
脂、フェノール樹脂等の有機樹脂等を含む。

【００１５】また、上記の絶縁層中には、絶縁層あるい
は配線基板全体の強度を高めるために、有機樹脂に対し
て無機質フィラーを複合化させるのが望ましい。有機樹
脂と複合化される無機質フィラーとしては、ＳｉＯ₂、
Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、ＴｉＯ₂、ＡｌＮ、ＳｉＣ、Ｂ
ａＴｉＯ₃、ＳｒＴｉＯ₃、ゼオライト、ＣａＴｉ
Ｏ₃、ほう酸アルミニウム等の公知の材料が使用でき、
さらには、ガラスクロスに樹脂を含浸させたシート（プ
リプレグ）を用いても良い。フィラーの形状は平均粒径
が２０μｍ以下、特に１０μｍ以下、最適には７μｍ以
下の略球形状の粉末の他、平均アスペクト比が２以上、
特に５以上の繊維状のものや平板状のもの、さらには、
織布物も使用できる。なお、有機樹脂と無機質フィラー
との複合材料においては、有機樹脂：無機質フィラーと
は、体積比率で１５：８５〜５０：５０の比率で複合化
されるのが適当である。

【００１６】導体配線層は、配線基板に搭載される半導
体素子などの電子部品を相互に、あるいは外部に電気的
に接続するための導電路を形成するものであるが、本発
明によれば、この導体配線層は、銀被覆銅粒子を導体材
料として含有するものである。この銀被覆銅粒子は、平
均粒径が３〜１０μｍ、特に３〜７μｍ、最適には３〜
５μｍであることが必要である。これは平均粒径が３μ
ｍよりも小さいか、あるいは１０μｍよりも大きくなる
といずれも導体ペーストの印刷性が悪くなるとともに、
銅粒子の充填率が低下することにより抵抗が高くなって
しまうためである。また、銀の被覆厚みが０．１〜０．
５μｍ、特に０．３〜０．５μｍであることが望まし
い。これは、銀被覆厚みが０．１μｍよりも薄いと銅粒
子を完全に被覆することが難しく露出した表面が酸化さ
れてしまう恐れがあり、さらには、接触面積が小さくな
り、接触抵抗が大きくなってしまう場合があるためであ
り、０．５μｍよりも厚いと銀のマイグレーションが起
こりやすくなるためである。

【００１７】なお、銀被覆銅粒子としては、銀または銅
の一部を他の金属で置換して合金化したものであっても
よい。

【００１８】また、導体配線層中には、前記銀被覆銅粒
子間の結合するために有機樹脂結合剤が配合され、この
ような結合剤としては、印刷性の点でセルロース系、ポ
リエチレングリコール等のグリコール系樹脂が好適に使
用されるが、その他、上述した熱硬化性樹脂等を用いる
こともできる。この有機樹脂結合剤は、その量が多くな
るほど、粒子間に介在して接触抵抗を増大させる傾向に
あるため、２重量％以下、特に０．０５〜１重量％であ
ることが印刷性および導体配線層の低抵抗化を図る上で
望ましい。

【００１９】本発明によれば、上記の構成からなる導体
配線層の破断面における前記銅粒子の接触痕の最大径を
Ｌ、前記銅粒子の最大径をＭとしたとき、Ｌ／Ｍ比が
０．３以上の粒子数が、接触痕を有する全粒子数の７０
％以上、特に７５％以上であることが重要である。この
接触痕は、例えば、図１の導体配線層の破断面の電子顕
微鏡写真の模式図から明らかなように、接触していた粒
子同士１が破断による強制的な分離によって、銅粒子表
面の銀被覆層が剥がされた部分２であり、言い換えれ
ば、この接触痕２の大きさが粒子同士の接触面積に相当
するものと考えられる。

【００２０】本発明によれば、図２に示す通り、接触痕
の最大径Ｌとは、この銀被覆層が引き剥がされた部分の
最大径を意味するものである。また、銅粒子の最大径Ｍ
とは、銀被覆層が引き剥がされた部分を有する銅粒子の
電子顕微鏡写真から観察される粒子の最大径である。

【００２１】つまり、本発明によれば、上記Ｌ／Ｍ比
０．３以上の粒子の比率が、接触痕を有する全粒子の７
０％よりも低い場合には、粒子間の接触が十分でないこ
とにより導体配線層の低抵抗化を図ることができず、本
発明の目的が達成されない。

【００２２】なお、本発明の配線基板における導体配線
層の露出する表面に、ニッケルや金等の耐食性に優れ、
且つ半導体素子等の電子部品との接合性および外部電気
回路基板の配線層との接続性に優れる金属をメッキ法に
より１〜２０μｍの厚みで被着形成させておくことによ
り、導体配線層が酸化腐食することを有効に防止するこ
とができるとともに、導体配線層の電気部品あるいは外
部電気回路基板との電気的接続を容易、かつ強固に行う
ことができる。

【００２３】本発明の配線基板の製造方法によれば、ま
ず、前述したような熱硬化性樹脂、あるいは熱硬化性樹
脂と無機質フィラーとを用いて、これに適当な硬化剤、
溶剤を添加混合してスラリー状となし、これをドクター
ブレード法、カレンダーロール法、圧延法等によりシー
ト状に成形して絶縁層を作製する。あるいは、これを加
熱硬化させて半硬化あるいは完全硬化させて作製され
る。また、絶縁層としては、上記以外にプリプレグ等を
用いることもできる。

【００２４】次に、この絶縁層の表面に、銀被覆銅粉末
を主体とする導体ペーストを、スクリーン印刷法、グラ
ビア印刷法などの周知の印刷方法によって導体配線層の
パターンに印刷して厚さ１０〜３５μｍの導体配線層を
形成する。また、必要に応じて、絶縁層にビアホールや
スルーホールなどを形成し、ホール内に上記と同様な導
体ペーストを充填してビアホール導体、スルーホール導
体を形成する。

【００２５】この時、用いる導体ペーストとしては、固
形成分として、平均粒径が３〜１０μｍ、特に３〜７μ
ｍ、最適には３〜５μｍの銀被覆銅粉末と、有機樹脂結
合剤を２重量％以下、特に０．０５〜１重量％の割合で
含み、さらには、適当な硬化剤や溶剤等を含む。

【００２６】また、多層化する場合には、導体ペースト
によって導体配線層が形成された絶縁層を複数層積層し
３０ｋｇ／ｃｍ²以下の圧力で圧着する。この圧着は、
導体配線層が軟化した状態で行われ、有機樹脂結合剤が
熱硬化性樹脂の場合には、半硬化の状態で積層圧着する
ことにより絶縁層を密着することができ、さらには絶縁
層間に接着剤を介在させることもできる。

【００２７】本発明によれば、このようにして作製され
た配線基板における導体配線層に対して５０ｋｇ／ｃｍ
²以上、特に６０ｋｇ／ｃｍ²以上の圧力を印加するこ
とにより銅粒子同士を強制的に圧接させる。この圧力の
印加によって、導体配線層中の銀被覆銅粒子表面の銀被
覆層が隣接する粒子間の接触部で変形し、粒子間を面接
触にて接合することができる。この時の圧力が５０ｋｇ
／ｃｍ²よりも小さいと、粒子間の面接触が不十分とな
り、前述したＬ／Ｍ比０．３以上の粒子の比率が７０％
を下回ることになり、導体配線層の低抵抗化を図ること
ができない。

【００２８】導体配線層に対して５０ｋｇ／ｃｍ²以上
の圧力を印加する方法としては、導体配線層が形成され
た配線基板をプレス機等によって加圧したり、さらに
は、加熱しながら加圧するホットプレス機によって行っ
てもよい。

【００２９】また、所望により、上記のようにして作製
された配線基板における導体配線層に対しては、通電加
熱したり、パスル電流を印加して放電焼結させて特性の
改善を図ることも可能である。

【００３０】

【実施例】

実施例１平均粒径が約５μｍの略球形の酸化珪素７０体積％、イ
ミド樹脂３０体積％を用いてスラリーを調製し、このス
ラリーを用いてドクターブレード法によってキャリアシ
ート上に塗布し、これを５０℃の温度で６０分間乾燥し
て厚み１２０μｍの絶縁層を形成した。

【００３１】次に、前記絶縁層の表面に、固形成分とし
て、表１の平均粒径及び銀の被覆厚みを有する銀被覆銅
粉末９９．８重量部、セルロース０．２重量部、溶剤と
してα−テルピネオール１０重量部とを混合してなる導
体ペーストを調製し、スクリーン印刷法により回路パタ
ーンに印刷した。また、一部に径が０．１ｍｍのスルー
ホールを形成してそのホール内にこのペーストを充填し
た。

【００３２】次に、上記のようにして導体配線層を形成
した８層の絶縁層を作製し、これを位置合わせして積層
圧着した。そして、この積層物をプレス機内にセット
し、表１に示す圧力を印加した。さらに１２０℃に加熱
してペースト中の有機溶剤を揮散除去した。

【００３３】作製した配線基板に対して、導体配線層を
含む面で破断した後、その導体配線層の破断面を電子顕
微鏡により観察し、破断面５０μｍ×５０μｍの領域内
における接触痕を有する銅粒子について、各銅粒子の接
触痕の最大径Ｌと、その銅粒子の直径Ｍとを測定してＬ
／Ｍ比を求め、このＬ／Ｍ比が０．３以上の個数を求
め、接触痕を有する銅粒子全個数に対する比率を求め、
その結果を表１に示した。また、各配線基板の導体配線
層の比抵抗を測定しその結果を表１に示した。

【００３４】

【表１】

【００３５】表１の結果によれば、銀被覆銅粒子を主体
とする導体配線層に５０ｋｇ／ｃｍ²以上の圧力を印加
することにより、Ｌ／Ｍ比０．３以上の粒子の比率が７
０％以上となり、導体配線層の比抵抗を１×１０^-4Ω−
ｃｍ以下まで低減することができ、さらに６０ｋｇ／ｃ
ｍ²以上まで高めると、Ｌ／Ｍ比０．３以上の粒子の比
率が７５％以上となり、比抵抗も５×１０^-5Ω−ｃｍ以
下まで低減された。これに対して、加圧力が５０ｋｇ／
ｃｍ²未満の試料Ｎo.１、２では、Ｌ／Ｍ比０．３以上
の粒子の比率が７０％より少なく、比抵抗も大きいもの
であった。

【００３６】また、銀被覆銅粒子の平均粒径が３μｍよ
りも小さい試料Ｎo.９、逆に、１０μｍを越える試料Ｎ
o.１３、１４は、いずれもＬ／Ｍ比０．３以上の粒子の
比率が低く、比抵抗も大きいものであった。

【００３７】実施例２平均粒径が５．３μｍ、銀被覆層みが０．１μｍの銀被
覆銅粉末に対して、セルロースの添加量が表２となる固
形成分１００重量部に対して、２−オクタノールを１０
重量部加えて混合して導体ペーストを調製した。この導
体ペーストを実施例１で作製した絶縁層に実施例１と同
様にして塗布し、積層圧着した後、さらに加圧力７０ｋ
ｇ／ｃｍ²の圧力を印加した。そして、実施例１と同様
にして、得られた配線基板に対して、実施例１と同様に
してＬ／Ｍ比０．３以上の粒子の比率と比抵抗を測定し
た。結果は、表２に示した。

【００３８】

【表２】

【００３９】表２の結果から明らかなように、有機樹脂
結合剤の量が増加するほど比抵抗が増大する傾向にあ
り、その量が２重量％以下において、比抵抗５×１０^-5
Ω−ｃｍ以下が達成された。ただし、０．０５重量％よ
りも少なくなると、抵抗は低いものの、印刷性が低下
し、微細配線が形成しにくくなった。

【００４０】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の配線基板に
よれば、導体配線層を導体成分として所定の粒径を有す
る銀被覆銅粒子を用いて構成し、これに高圧力を印加し
て粒子同士を強制的に接着させることにより、導体配線
層の比抵抗を大幅に低減することができる。これによ
り、配線層の微細化と高密度化に十分に対応することの
できる配線基板を作製することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の配線基板における導体配線層の断面の
電子顕微鏡写真の模式図である。

【図２】導体配線層の断面の銀被覆銅粒子における接触
痕の最大径Ｌ、および直径Ｍを説明するための図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者立野周一鹿児島県国分市山下町１番４号京セラ株式会社総合研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機樹脂を含む絶縁層の表面に、銀被覆銅
粒子を主体とする導体配線層を具備する配線基板におい
て、前記銀被覆銅粒子の平均粒径が３〜１０μｍであ
り、且つ前記導体配線層の破断面における前記銀被覆銅
粒子の接触痕の最大径をＬ、前記銅粒子の最大径をＭと
したとき、Ｌ／Ｍ比が０．３以上の粒子数が、接触痕を
有する全粒子数の７０％以上であることを特徴とする配
線基板。
【請求項２】前記導体配線層中における有機樹脂結合剤
の含有量が２重量％以下である請求項１記載の配線基板
の製造方法。
【請求項３】有機樹脂を含む絶縁層の表面に、平均粒径
が３〜１０μｍの銀被覆銅粒子を主体とする導体ペース
トを印刷塗布して導体配線層を形成する工程と、該導体
配線層に５０ｋｇ／ｃｍ²以上の圧力を印加して前記銀
被覆銅粒子同士を圧接させる工程と、を具備することを
特徴とする配線基板の製造方法。
【請求項４】前記導体ペーストの全固形成分中、有機樹
脂結合剤を２重量％以下の割合で含有する請求項３記載
の配線基板の製造方法。