JPH1051087A

JPH1051087A - 配線基板およびその製造方法

Info

Publication number: JPH1051087A
Application number: JP20156296A
Authority: JP
Inventors: Katsura Hayashi; 桂林; Yuji Iino; 祐二飯野; Shuichi Tateno; 周一立野; Riichi Sasamori; 理一笹森
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1996-07-31
Filing date: 1996-07-31
Publication date: 1998-02-20
Anticipated expiration: 2016-07-31
Also published as: JP3064237B2

Abstract

(57)【要約】【課題】導体インク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】少なくとも有機樹脂を含む絶縁層の表面
に、低抵抗金属と有機樹脂とを含む導体インクを印刷し
て配線層を形成し、複数層積層した後、配線層にパルス
電流を印加することにより、電気の導通を妨げていた金
属粒子表面の汚れや酸化物を除去し、金属粒子間の接触
部を放電溶接することで配線層の低抵抗化を図り、さら
に、通電加熱処理の併用によってさらに低抵抗化を図
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
縁層の表面に銅などの低抵抗金属を主体とする配線層を
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多層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多層配線基板
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
インクを印刷して、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インク
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
層化することが行われている。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、球状ある
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（ＭＣ
Ｍ）等への適用も検討されている。

【０００４】上記のようなプリント基板の多層化、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インクで
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
金属を含む導体インク中には、絶縁層への印刷性を高め
るために必然的に有機樹脂を含むものである。そのため
に、通常の銅箔や銅メッキにより形成された回路よりも
抵抗値が高いことが問題であった。そのため、導体イン
クを印刷した後に、樹脂分を加熱分解したり、印刷され
た配線層を加圧して緻密化したり、さらには、印刷後の
配線層に通電加熱を行う事など様々な改良が行われてい
る。しかしながら、このようにして得られた配線層中に
おいても樹脂分や汚れ等を完全に除去することができな
かったり、樹脂分が除去できても低抵抗金属粒子表面に
存在する酸化膜等を除去するには至らず、配線層の低抵
抗化を図ったとしても７×１０^-4Ω−ｃｍ程度がせいぜ
いであり、配線層の低抵抗化が難しいのが現状であっ
た。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記のよ
うな問題点について鋭意検討した結果、銅粉末等の低抵
抗金属と有機樹脂を含む導体インクによって印刷された
配線層に対して、パルス電流を印加することで、金属粒
子間の接点付近に放電を起こし、電気の導通を妨げてい
た低抵抗金属粒子表面の樹脂や酸化物を除去すると同時
に粒子同士を溶接できる結果、配線層の抵抗を格段に下
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層を形成できることを知見した。

【０００７】即ち、本発明の配線基板は、少なくとも有
機樹脂を含む絶縁層の表面に、低抵抗金属を主体とする
配線層を具備し、前記配線層中の隣接する低抵抗金属粒
子間の接触部が放電溶接され、且つ前記配線層の比抵抗
が５×１０^-4Ω−ｃｍ以下であることを特徴とするもの
である。

【０００８】また、かかる配線基板の製造方法として、
少なくとも有機樹脂を含む絶縁層の表面に、低抵抗金属
と有機樹脂とを含む導体インクを印刷して配線層を形成
する工程と、該配線層にパルス電流を印加して５×１０
^-4Ω−ｃｍ以下の低抵抗化を図ったものであり、さらに
は、上記パルス電流印加後に通電による加熱処理を施す
ことにより１×１０^-5Ω−ｃｍ以下の配線層を形成した
ことを特徴とするものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の配線基板おいて、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、ＰＰＥ（ポリフェニレン
エーテル）、ＢＴレジン（ビスマレイミドトリアジ
ン）、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、フ
ェノール樹脂等の熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂が使用が
使用できるが、とりわけ原料として室温〜１００℃で液
体の熱硬化性樹脂であることが望ましい。

【００１０】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。

【００１１】また、配線層は、低抵抗金属、具体的には
銅、アルミニウム、金、銀の群から選ばれる少なくとも
１種、または２種以上の合金を主体とする導体組成物か
らなり、低抵抗金属としては、特に、銅または銅を含む
合金が最も望ましい。また、場合によっては、導体組成
物として回路の抵抗調整のためにＮｉ−Ｃｒ合金などの
高抵抗の金属を混合、または合金化してもよい。さらに
は、配線層の低抵抗化のために、前記低抵抗金属よりも
低融点の金属、例えば、半田、錫などの低融点金属を導
体組成物中の金属成分中にて２〜２０重量％の割合で含
んでもよい。

【００１２】本発明によれば、配線層は、上記の低抵抗
金属の粒子の集合体によって形成されるが、一般にこれ
らの金属粒子の表面には大気中の酸素と反応して酸化膜
が存在する。また、場合によっては、配線層の印刷性を
高めるために有機樹脂を微量含む場合もある。このよう
な酸化膜や有機樹脂成分は金属粒子間の導通を妨げてい
る。これに対して、本発明における配線層は、隣接する
低抵抗金属粒子間の接触部が放電溶接されており、これ
により粒子間に存在した酸化膜や有機樹脂を介すること
なく、粒子間が接続されるために、比抵抗の低い配線層
が形成されるのである。

【００１３】本発明の配線基板の製造方法によれば、ま
ず、有機樹脂を含む絶縁層の表面に上記低抵抗金属と、
有機樹脂を含む導体インクを用いて、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配線
パターンに印刷して厚さ１０〜３５μｍの配線層を形成
する。また、多層化にあたっては、絶縁層にビアホール
やスルーホールなどを形成し、ホール内にこの導体イン
クを充填する。

【００１４】この時、用いる導体インク中には、インク
の絶縁層への印刷性を高めるために、有機樹脂を含む。
添加される有機樹脂は、印刷性の点でセルロース系やポ
リエチレングリコール等のグリコール系樹脂が好適であ
る。この導体インク中には、上記有機樹脂が０．０５〜
３重量％、フタル酸ジブチル、アルコール類などの溶剤
が５〜２０重量％の割合で含有されるのが望ましい。

【００１５】次に、多層化する場合には、導体インクに
よって配線層が形成された絶縁層を複数層積層し圧着す
る。この圧着は、配線層が軟化した状態で行われ、有機
樹脂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
は所定の接着剤を用いることもできる。

【００１６】このようにして作製された配線基板におい
ては、配線層を形成する金属粒子の表面には、インク中
に含まれる有機樹脂によって粒子表面に薄い樹脂膜が存
在したり、大気中の酸素によって酸化し薄い酸化膜が形
成されている。

【００１７】そこで、本発明によれば、上記のようにし
て作製された配線基板における配線層に対してパルス電
流を印加することによって配線層の低抵抗化を図る。こ
の配線層にパルス電流を印加すると金属粒子間に放電が
生じる。このプラズマにより金属粒子表面の酸化膜や付
着物が除去され、いわゆる溶接された状態となって、金
属粒子同士が導性を妨げる介在物なしに接触することが
事が可能になり、この結果、通電加熱のみでは達成でき
なかった低抵抗の配線層を形成することができるのであ
る。

【００１８】さらに、導体インク中に含まれる溶剤分
は、パルス電流印加前に５０〜１５０℃の温度で熱処理
して除去しておくことが望ましい。また、パルス電流の
印加は、配線層が形成された基板に対して平板電極を１
０ｋｇ／ｃｍ²以上の圧力で押し当てて行うのが望まし
い。

【００１９】上記の配線層に印加するパルス電流を制御
することにより５×１０^-4Ω−ｃｍ以下の低抵抗化を実
現することも可能となる。その最適条件としては、電圧
１〜２００Ｖ、１パルスの通電時間３秒以下、パルス間
隔が３秒以下の条件が良好に用いられ、電圧が１Ｖ未満
であれば低抵抗化の効果が少なく、また２００Ｖ以上で
あれば部分的に発熱が起こり絶縁層を傷める場合がある
ためである。また、１パルスの通電時間が３秒を越える
と低抵抗化のための処理時間が長くなり、パルス間隔は
３秒以上では処理時間が長くなり実用的でない。望まし
くは、１パルスの通電時間、パルス間隔ともに０．５秒
以下で１×１０^-4Ω−ｃｍ以下が達成され、最適には
０．０２〜０．１秒で２×１０^-5Ω−ｃｍ以下が達成さ
れる。パルス電流値としては基板１００ｃｍ²当たり５
０〜５０００Ａが適当である。

【００２０】また、パルス電流が、矩形波であることが
望ましい。正弦波等も用いられるが矩形波が最も効果的
である。また、パルス電流が、直流パルスであることが
望ましい。それは、正弦波よりも矩形波のほうが、粒子
間の放電が起こりやすく、表面の清浄作用が高く、パル
ス電流は交流よりも直流の方が一旦清浄された粒子表面
に汚れ等が付着しにくいためである。

【００２１】さらに、本発明によれば、上記パルス電流
の印加ののちに、配線層に通電による加熱処理を施すこ
とにより、さらに配線層の低抵抗化を図ることができ
る。通電処理は、電圧１０〜１００Ｖ、基板１００ｃｍ
²当たり電流３〜５０Ａの直流、交流のいずれでもよ
く、通電による加熱温度は１００〜３００℃の範囲であ
ることが望ましい。この時の加熱温度が３００℃よりも
高いと絶縁層を形成する耐熱性の高い樹脂の分解が起こ
り、１００℃よりも低いとさらなる低抵抗化の効果が小
さいためである。この通電加熱によって、金属粒子同士
の結合が強固となり、配線層の抵抗を下げることができ
るのである。

【００２２】また、この通電加熱処理は、前述したパル
ス電流の印加処理と同時に行うことができる。具体的に
は、直流のパルス電流と直流電流とを合わせた波形、つ
まり直流電流波形の上部が矩形波となった電流を印加す
ると通電加熱による作用と、パルス電流印加による放電
溶接作用とを同時に付加することができる。

【００２３】なお、絶縁層を構成する有機樹脂として熱
硬化性樹脂を用いた場合には、硬化温度で熱処理して絶
縁層を完全硬化することが必要であるが、上記のパルス
電流印加および通電加熱は、完全硬化前、完全硬化後の
いずれでもよいが、望ましくはＢステージ（半硬化状
態）がよい。それは、未硬化状態では配線層中に絶縁層
の樹脂分が侵入しやすく抵抗を高める虞があり、完全硬
化状態では積層等が難しくなるためである。

【００２４】

【実施例】絶縁層として、有機樹脂としてイミド樹脂を
用い、さらに無機フィラーとして球状シリカを用い、こ
れらを有機樹脂：無機フィラーが体積比で３０：７０と
なる組成物を用い、これをドクターブレード法によって
厚さ１２０μｍの半硬化状態の絶縁層を形成した。

【００２５】そして、この絶縁層の表面に、平均粒径が
４μｍの表面に銀を被覆した銅粉１００重量部、セルロ
ース０．２重量部、２−オクタノール１０重量部とから
なるインクを用いて、スクリーン印刷法によって、厚さ
２５μｍの配線層を形成した。また、一部に径が０．１
ｍｍのスルーホールを形成してホール内にこのインクを
充填した。

【００２６】次に、上記のようにして配線層を印刷した
８層準備し、これを位置合わせして積層後、５０ｋｇ／
ｃｍ²の圧力を印加し圧着した後、さらに１２０℃に加
熱して、インク中の有機溶剤を揮散除去させた。

【００２７】そして、多層配線基板の最表面に形成され
た配線層と最下層に形成された配線層との間に、表１に
示すような条件でパルス電流を印加した。パルス電流の
印加は平板電極を５０ｋｇ／ｃｍ²の圧力で配線層に押
し当てながら実施した。また、一部の基板に対しては、
表１に示す条件で通電による加熱処理を行った。なお、
表１の試料のうち試料Ｎo.１９については、パルス電流
と通電加熱とを同時に行った。得られた多層配線基板に
対して、配線層の比抵抗を測定し、その結果を表１に示
した。

【００２８】なお、上記の導体インクにおいて、銀被覆
銅粉に代わり、平均粒径が５μｍの銅粉、平均粒径が３
μｍの銀粉、平均粒径が４μｍの銀−銅合金粉を用いる
以外は、上記と全く同様して配線基板を作製し、その結
果を表１中の試料Ｎo.２０〜２４に示した。

【００２９】

【表１】

【００３０】表１の結果によれば、全く処理をしない試
料Ｎo.１では配線層の比抵抗は３×１０^-3Ω−ｃｍであ
ったが、これに従来法に従い通電処理を施した試料Ｎo.
２では７×１０^-4Ω−ｃｍまで抵抗は低減した。

【００３１】これに対して、本発明に基づき、パルス電
流を印加することによっても抵抗の低減を図ることがで
き、特に電圧１Ｖ以上、１パルスの通電時間３秒以下、
パルス間隔が３秒以下の条件で５×１０^-4Ω−ｃｍ以下
の抵抗となったが、電圧が３００Ｖまで高くなると基板
の導体温度が高くなり絶縁層の一部に分解が見られたた
め電圧は１〜２００Ｖが適当である。また、１パルスの
通電時間、パルス間隔ともに０．５秒以下で１×１０^-4
Ω−ｃｍ以下が達成され、最適には０．０１〜０．１秒
で４×１０^-5Ω−ｃｍ以下が達成された。そして、パル
ス電流を印加した試料の配線層の組織を観察したとこ
ろ、金属粒子間の接触部が微細な溶接した状態となって
いることを確認した。

【００３２】また、パルス電流印加に加え、通電加熱処
理を行った試料Ｎo.１４〜１９では、いずれも１×１０
^-5Ω−ｃｍ以下が達成された。また、銅粉末、銀粉末、
銅−銀合金粉末を用いた試料Ｎo.２０〜２４でも同様な
結果が得られた。

【００３３】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の多層配線基
板の製造方法によれば、低抵抗金属と有機樹脂を含むイ
ンクによって印刷された配線層に対して、パルス電流を
印加することによって金属粒子間を放電溶接させて配線
層の低抵抗化を図り、また通電加熱処理と併用すること
によって、さらに配線層の低抵抗化を図ることができ、
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
る多層配線基板を作製することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者笹森理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】少なくとも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配線層を具備する配線基板
において、前記配線層中の隣接する低抵抗金属粒子間の
接触部が放電溶接され、且つ前記配線層の比抵抗が５×
１０^-4Ω−ｃｍ以下であることを特徴とする配線基板。
【請求項２】少なくとも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インクを印刷して配線
層を形成する工程と、該配線層にパルス電流を印加して
配線層の比抵抗を５×１０^-4Ω−ｃｍ以下とする工程と
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３】少なくとも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インクを印刷して配線
層を形成する工程と、該配線層にパルス電流を印加する
工程と、前記配線層に通電による加熱処理を施して配線
層の比抵抗が１×１０^-5Ω−ｃｍ以下とする工程とを具
備することを特徴とする多層配線基板の製造方法。