JPH1051089A - 配線基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来のプリント基板における配線層は電気抵抗
が高く、また基板に対する密着性が低く、配線層に電子
部品を半田実装した場合に信頼性に劣るものであった。 【解決手段】針侵入硬度が１０〜１００μｍの絶縁層
に、低抵抗金属粉末を主体とする導体組成物を印刷した
後、圧力を印加して、絶縁層１側から、導体組成物３と
絶縁層１中の有機樹脂４とからなる第１層５と、導体組
成物３からなる第２層６とを具備し、第１層５の厚みが
低抵抗金属粒子の平均粒径の０．３倍以上であり且つ第
２層６よりも薄い配線層を形成する。

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
形成してなる配線基板と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
を絶縁シート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（Ｍ
ＣＭ）等への適用も検討されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、プリン
ト基板の配線層の形成技術において、銅粉末等より作成
されたインクで配線パターンを印刷した場合、インク中
には配線パターンの印刷性や接着剤として有機成分を含
むために銅箔や銅メッキによって配線層を形成した場合
に比較して配線層の電気抵抗が高いという問題がある。
電気抵抗を下げるには、配線層中の樹脂量を低減して金
属含有量を多くすることが考えられるが、樹脂分が少な
くなると、配線層と絶縁層との密着強度が大きく低下
し、その配線層に電子部品を半田実装した場合に信頼性
試験において半田部が剥がれる等の問題がある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題について検討を重ねた結果、絶縁層と低抵抗金属を含
有する配線層との接着構造において、例えば絶縁層中に
含まれる有機樹脂を低抵抗金属を含む配線層側に侵入さ
せて、配線層の絶縁層側に有機樹脂と導体組成物からな
る混合層を所定の厚みで形成することにより配線層の低
抵抗化と絶縁層との密着強度の向上を同時に満たすこと
ができる事を見出し本発明に至った。

【０００６】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表面に、低抵抗金属を主体とする導
体組成物を含む配線層を形成して成る配線基板におい
て、前記配線層が前記絶縁層側から前記導体組成物と前
記絶縁層中の有機樹脂とからなる第１層と、前記導体組
成物からなる第２層とを具備し、前記第１層の厚みが前
記低抵抗金属の平均粒径の０．３倍以上であり、且つ前
記第２層よりも薄いことを特徴とするものである。

【０００７】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み、先端が半球状で直径３００
μｍの針を１００ｇｆで押し込んだ時の侵入深さが１０
〜１００μｍの絶縁層に、低抵抗金属粒子を主体とする
導体組成物を印刷して配線層を形成した後、圧力を印加
して前記絶縁層中の有機樹脂を前記配線層に侵入させ、
前記絶縁層側から前記導体組成物と前記絶縁層中の有機
樹脂とからなる第１層と、前記導体組成物からなる第２
層とを具備し、前記第１層の厚みが前記低抵抗金属粒子
の平均粒径の０．３倍以上であり且つ前記第２層よりも
薄い配線層を形成することを特徴とするものである。

【０００８】

【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で
きるが、とりわけ原料として室温で液体の熱硬化性樹脂
であることが望ましい。

【０００９】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 、
Ａｌ₂ Ｏ₃ 、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
る。フィラーの形状は平均粒径が２０μｍ以下、特に１
０μｍ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。．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５〜２０重量％の割合で含むこ
とが望ましい。

【００１０】配線層を構成する導体組成物中の低抵抗金
属は平均粒径５μｍ以下の粉末が好適に用いられ、最適
には３μｍ以下がよい。また、金属粒子として銀をコー
ティングした銅粉末や銅と銀との合金が使用できる。こ
の様な銀を含む粒子を用いると金属粒子の酸化が抑制さ
れ取扱が容易になる。また、金属成分として低抵抗金属
粒子の他に、半田、錫など低融点の金属を混合すること
により、配線層の抵抗をさらに下げることができる。

【００１１】本発明によれば、図１に示すように、絶縁
層１の表面に形成された配線層が２、導体組成物３と絶
縁層１中の有機樹脂４とからなる第１層５と、導体組成
物３からなる第２層６とを具備するものである。ここ
で、第１層５は、幾分かの導電路を形成すると同時に第
２層６と絶縁層１との密着性を向上させる役目を担うも
のであり、第２層は、低抵抗の導体組成物による導体路
として、電気信号の伝達等の役目を担うものである。

【００１２】上記第１層は、その厚みが、導体組成物中
の低抵抗金属の平均粒径の０．３倍以上であることが重
要である。この厚みが、０．３倍未満では、配線層全体
としての絶縁層への密着強度が弱く、配線層に実装され
た電子部品の実装の信頼性が低下する。望ましくは、
０．５倍以上、２倍以下である。

【００１３】また、この第１層の厚みは、第２層の厚み
よりも小さいことが重要であり、第１層の厚みが第２層
よりも厚いと、配線層全体としての電気抵抗が高くな
り、配線層として望ましくない。

【００１４】さらに、上記第２層中の金属成分量は、導
体路を形成するために６０体積％以上であることが望ま
しく、一方、第１層中の金属成分量は、絶縁層中の有機
樹脂成分の侵入によって第２層よりも少なくなる結果、
４５〜６０体積％となる。

【００１５】上記のような配線層の層構成は、特に配線
基板の表層に形成される配線層に対して施すことが望ま
しい。これは、多層配線基板において絶縁層内部に形成
された配線層は、絶縁層内に挟持されているために、絶
縁層との密着不良を生じることが少ないが、表層に形成
された配線層では、特に密着不良が発生しやすく、密着
不良によって電子部品の実装の信頼性を大きく損ねてし
まうためである。

【００１６】具体的に、上記配線基板における配線層の
全体厚みは、１０〜２０μｍであることが望ましく、特
に前記第１層は１〜５μｍ、第２層は、５〜１０μｍで
且つ前記条件を満足することが望ましい。

【００１７】上記のように、配線層として、絶縁層側に
絶縁層中に含まれる有機樹脂と導体組成物からなる第１
層を形成することにより、第１層中の有機樹脂分がいわ
ゆるアンカー的作用をなすことにより配線層と絶縁層と
の密着性を高めることができる。その結果、第１層の表
面に形成される第２層として導体組成物の含有量を高め
ることができる結果、配線層としての低抵抗化も実現で
きる。

【００１８】次に、本発明の配線基板の製造方法につい
て具体的に説明する。少なくとも有機樹脂を含む絶縁層
の表面に配線層が形成された配線基板は、絶縁層の表面
に、低抵抗金属粉末を主体とする導体組成物を含むイン
クをスクリーン印刷、グラビア印刷などの印刷法によっ
て配線パターン状に印刷することによって形成される。
このインクには、導体組成物と、印刷性を高めるため
に、セルロース、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレ
ングリコールなどの有機樹脂０．２〜５重量％、溶剤３
０重量％以下が配合される。

【００１９】本発明によれば、前述したように、配線層
を前記第１層と第２層によって構成するには、まず、絶
縁層の表面に、導体組成物と絶縁層中の有機樹脂成分と
を含むインクを第１層として印刷し、次に、導体組成物
を含むインクを第１層の表面に印刷することにより形成
できる。ただし、かかる方法では、第１層の印刷と第２
層の印刷位置を高精度に整合させることが必要がある。

【００２０】そこで、好適な方法としては、インクを印
刷する前の絶縁層として、針侵入硬度が１〜１０ｍｍの
軟質な絶縁層を用いる。このような針侵入硬度を有する
絶縁層としては、基板中に含まれる有機樹脂がＢステー
ジ状態、即ち、樹脂が半硬化した状態、および／または
０．５〜５重量％の割合で有機溶剤量を調整することに
よって針侵入硬度を上記の範囲に調整されたものであ
り、ドクターブレード法、カレンダーロール法、圧延法
などの周知のシート成形法によりシート状に成形したも
のである。

【００２１】なお、上記針侵入硬度とは、先端が半球状
で直径３００μｍの針を荷重１００ｇｆで押し込んだ時
の侵入深さである。

【００２２】そして、上記のような針侵入硬度が１０μ
ｍの絶縁層に前記導体組成物を含むインクを印刷した
後、所定の圧力を印加することにより絶縁層中の有機樹
脂分を配線層に侵入させることができる。

【００２３】この時、絶縁層の針侵入硬度が１０μｍよ
り小さいと、絶縁層中の有機樹脂が配線層に侵入でき
ず、前述したような有機樹脂と導体組成物との複合体か
らなる第１層の配線層が形成されず、配線層の絶縁層と
の密着強度が向上しない。また針侵入硬度が１００μｍ
を越えると、絶縁層中の有機樹脂の配線層への侵入が大
きくなり、配線層における第１層の厚みが第２層の厚み
よりも大きくなってしまい、配線層の電気抵抗が増大し
てしまうという問題がある。

【００２４】印加する圧力は一般に高いほど導体層が緻
密になり電気抵抗が低下するが余り高いと樹脂が導体層
の中心部まで侵入し電気抵抗が増大する傾向がある。最
適な圧力は絶縁層の針侵入硬度によって変化するが、２
０〜３００ｋｇｆ／ｃｍ² の範囲で印加して樹脂の基板
への侵入量を上述のように制御すればよい。

【００２５】また、インク中の導体組成物中に、融点が
２５０℃以下の半田等の低融点金属を含む場合には、上
記加圧処理後、または加圧処理時に低融点金属が軟化ま
たは溶融する温度で加熱処理を行うことにより、低抵抗
金属粒子間の導電性接着剤として作用し配線層の抵抗を
下げることができる。

【００２６】また、インク中に配合する有機樹脂として
低温での分解可能なセルロースなどの樹脂を配合すれ
ば、加圧処理時、または加圧処理後に樹脂が分解する温
度で加熱処理することによって配線層のうち第２層中の
樹脂分の含有量を低減させ、第２層の低抵抗化をさらに
図ることができる。この加熱温度は、２００〜３００℃
が最適である。

【００２７】このようにして、絶縁層中の有機樹脂分の
配線層への侵入処理を行った後、この基板を絶縁層中の
有機樹脂が硬化する温度に加熱処理して完全に硬化する
ことより、高硬度の絶縁層の表面に配線層が強固な接着
強度で形成された配線基板を作製することができる。ま
た、この時の加熱時間等を調整して上記のインク中の樹
脂分の分解や低融点金属の融解による低抵抗化を図るこ
ともできる。

【００２８】また、上記の配線基板による多層化を行う
場合には、上記と同様にして針侵入硬度が１〜１０ｍｍ
の絶縁層の表面に配線層を形成した後、所望によって
は、スルーホールやビアホールなどを形成しホール内に
導体組成物を充填した後、それらを複数層積層し、場合
によっては層間に接着材を介して密着させた後に樹脂の
硬化温度に加熱処理して完全硬化処理を行うことにより
多層配線基板を作製することができる。

【００２９】この多層配線基板においては、基板の最表
面に形成された配線層のみを図１に示したような第１層
や第２層を具備する配線層により構成すればよく、その
場合には、最表層の絶縁層と配線層間において前述した
ような処理を施して、他の絶縁層と積層処理してもよ
い。

【００３０】

【実施例】配線層を形成する導体組成物として、平均粒
径が１〜６μｍの銅粉やＡｇを表面に被覆した銅粉を用
い、さらには低融点金属として鉛を含まないＳｎ−Ａｇ
系半田や、さらにはセルロース及び溶剤を用いて、表１
に示す導体組成物を調合した。

【００３１】

【表１】

【００３２】一方、絶縁層として、有機樹脂としてＢＴ
レジン樹脂を用い、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となる組成の絶縁層を作製した。なお、この
絶縁層には、針侵入硬度調整のために、溶剤としてメチ
ルエチルケトンを０．５〜５重量％の割合で添加し、の
ちの加圧処理時の針侵入硬度が表２の基板を作製した。

【００３３】そして、絶縁層および配線層形成用の組成
物として表１のＡ〜Ｄの組成物を用いてスクリーン印刷
法によって印刷を行った。その後、表２の条件で圧力を
印加して絶縁層中の有機樹脂分を配線層中に侵入させ
た。

【００３４】得られた基板の断面を観察して樹脂分が侵
入した第１層の厚みおよび第２層の厚みを測定し、第１
層については配線層中の低抵抗金属の平均粒径に対する
比率を算出し表２に示した。そして、配線層については
比抵抗を４端子法により測定した。さらに、配線層に対
して金属金具を半田付けし、金具を垂直に引張り配線層
が剥がれた時の応力を表２に示した。

【００３５】

【表２】

【００３６】表１および表２の結果から明らかなよう
に、試料Ｎo.１、１４の配線基板では、絶縁層の針侵入
硬度が１０μｍよりも小さく、第１層の厚みが低抵抗金
属粒子の平均粒径に対して０．３倍未満となり配線層の
密着性が低いものであった。、また、また針侵入硬度が
１００μｍよりも大きいと第１層の厚みが第２層よりも
厚くなり（試料Ｎo.４、５、９、１０、１８、２１）、
配線層の比抵抗が大きくなった。

【００３７】これらの比較例に対して、本発明の配線基
板は、第１層の厚みを低抵抗金属粒子の平均粒径の０．
３倍以上で、第２層よりも薄くすることにより比抵抗１
×１０^-5Ω−ｃｍ以上、密着強度１．０ｋｇｆ／ｍｍ²
以上の高い導電性と高い密着性が達成された。

【００３８】

【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、配線層と絶縁層との間に所定の厚みで導体組成
物と絶縁層中の有機樹脂とからなる中間層を形成するこ
とにより、配線層の絶縁層への密着強度を向上させ、配
線層への電子部品実装時の接続信頼性を向上させるとと
もに、配線層としての電気抵抗を低下させることを可能
にし、チップ部品の実装に適した高精度な配線基板を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の配線基板における配線層の構造を説明
するための概略図である。

【符号の説明】

１ 絶縁層 ２ 配線層 ３ 導体組成物 ４ 有機樹脂 ５ 第１層 ６ 第２層

───────────────────────────────────────────────────── 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 (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも有機樹脂を含む絶縁層表面に、
   低抵抗金属を主体とする導体組成物を含む配線層を形成
   して成る配線基板において、前記配線層が前記絶縁層側
   から前記導体組成物と前記絶縁層中の有機樹脂とからな
   る第１層と、前記導体組成物からなる第２層とを具備
   し, 前記第１層の厚みが前記低抵抗金属粒子の平均粒径
   の０．３倍以上であり、前記第２層よりも薄いことを特
   徴とする配線基板。
2. 【請求項２】少なくとも有機樹脂を含み、先端が半球状
   で直径３００μｍの針を１００ｇｆで押し込んだ時の侵
   入深さが１０〜１００μｍの絶縁層に、低抵抗金属粒子
   を主体とする導体組成物を印刷して配線層を形成した
   後、圧力を印加して前記絶縁層中の有機樹脂を前記配線
   層に侵入させ、前記絶縁層側から前記導体組成物と前記
   絶縁層中の有機樹脂とからなる第１層と、前記導体組成
   物からなる第２層とを具備し、前記第１層の厚みが前記
   低抵抗金属粒子の平均粒径の０．３倍以上であり且つ前
   記第２層よりも薄い配線層を形成したことを特徴とする
   配線基板の製造方法。