JPH11298106A - ビアホール充填型両面プリント配線板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 両面銅張り積層基板のビアホール用貫通孔に
充填された導電性ペーストを加圧加熱硬化したビアホー
ル充填型両面プリント配線板において、ビアホールの導
電性における耐環境性を向上させることを目的とする。 【解決手段】 ビアホールに充填され加圧加熱硬化され
た導電性ペーストのビアホール開口部表面および回路パ
ターンを覆うように銅めっき層を形成することにより、
ビアホールの導電性の耐環境試験における変動を大幅に
小さくすることが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はビアホールを導電性
ペーストで充填した両面プリント配線板、およびその製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年ビアホールに導電性ペーストを充填
して両面プリント配線板を製造する方法が注目されてい
る。ビアホールに導電性ペーストを充填することにより
従来の銅スルーホール基板に比べ、ビアホールのランド
幅が小さくてもパターンエッチングの際にエッチング液
がビアホールの内部に浸入することが無く、小径のビア
ホールを高密度に配置した基板でも歩留まり良く製造す
ることができ、高密度配線に有利である。また多層基板
用の内層または外層として用いることにより、ビアホー
ル上のビアホールおよびビアホール上の実装パッドの形
成が可能となり、実装密度向上に効果がある。

【０００３】ビアホールに導電性ペーストを充填した両
面基板を作成する方法としては、一般的な両面銅張積層
基板に所定のビアホール用貫通孔をあけ、この貫通孔に
導電性ペーストを充填した後、熱風炉を用いて充填され
た導電性ペーストを熱硬化する。最後にフォトレジスト
などを用いて常法に従って銅箔をパターンエッチングす
ることにより両面プリント配線板を得ることが出来る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ビアホールに導電性ペーストを充填硬化する製造方法で
は、ビアホールの導電性が充分ではなかった。また熱衝
撃試験などの信頼性評価において、硬化した導電性ペー
ストのビアホール開口部近傍の銅箔回路層との接続面積
が充分取れないために、冷熱サイクル試験などの信頼性
試験において銅箔回路層と導電性ペーストとの接合部で
クラックや剥離が生じやすく、従来の銅スルーホール基
板に比べ導電性の低下率が大きく、信頼性に劣るという
問題があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
前記問題を解決するために検討した結果、ビアホールに
充填した導電性ペーストを加圧しながら加熱硬化するこ
とにより導電性が向上すること、およびパターンエッチ
ングする前に基板表面および導電性ペースト硬化物表面
を研磨して平坦化し、その後で全体に銅めっきする工程
を加えることにより、冷熱サイクル試験などにおいてビ
アホールの導電性低下が小さくなり信頼性が大幅に改良
されることを見いだし本発明に至った。

【０００６】即ち、本発明は、絶縁樹脂層の両面に銅箔
回路パターンを有する両面プリント配線板において、両
面の銅箔回路パターンと絶縁樹脂層を貫通するビアホー
ルが形成されており、このビアホールに導電性粉末と熱
硬化性樹脂よりなる導電性ペーストの硬化物が充填され
銅箔回路パターンが電気的に接続されており、この導電
性ペースト硬化物中の導電性粉末の体積分率が５２％か
ら９５％の範囲内であり、両面の銅箔回路層とビアホー
ル開口部の導電性ペースト硬化物表面の全体を覆うよう
に銅めっき層が形成されている構造を有することを特徴
とするものである。

【０００７】また本発明のビアホール充填型両面プリン
ト配線板の製造工程は、両面銅張り積層基板にビアホー
ル用の貫通孔を形成する工程、この貫通孔に導電性粉末
と熱硬化性樹脂よりなる導電性ペーストを充填する工
程、該導電性ペーストを加圧加熱硬化する工程、基板の
両面を研磨し平滑化する工程、基板の両面に銅めっきを
する工程、基板表面の銅層をパターンエッチングする工
程よりなることを特徴とするものである。

【０００８】本発明のビアホール充填型両面プリント配
線板は、各種の多層基板製造において内層板としても使
用できる。この基板を使用することにより従来の銅めっ
きにより形成したスルーホールに比べ、非常に高密度に
小径のインナービアホールを形成することができるとと
もに、インナービアホールの開口部が導電性層で覆われ
ていることから、工法によってはこの上にインナービア
ホールを重ねて形成することも可能となる。また最外層
にこの両面基板が用いられた場合、ビアホールの上に実
装用の電極パターンを形成でき、高密度実装に有利であ
る。

【０００９】導電性ペーストは導電性粉末と熱硬化性樹
脂よりなり、スクリーン印刷などでビアホールに充填で
き、硬化物が導電性を示すものであれば特に制限がな
く、各種の市販導電性ペーストが使用できる。例えば導
電性粉体としてはカーボン粉、金粉、パラジウム粉、
錫、鉛粉、はんだ粉、ニッケル粉、銀粉、銅粉、銀めっ
き銅粉、銀銅合金粉などの各種合金粉が挙げられる。こ
のなかで銅および銅を含む合金粉は導電性が高く、耐イ
オンマイグレーション性にも優れ好ましい。特に銀銅合
金粉末は耐酸化性と耐イオンマイグレーション性の双方
に優れ好ましい。粉体形状は一般的に球状の方が流動性
に優れ導電性粉末の含有率を上げることが出来るため好
ましい。

【００１０】特に好ましい銀銅合金粉末は平均組成が、
Ａｇ_xＣｕ_(1-x)（ただし０．０１≦ｘ≦０．４であり、
ｘは原子比を表す。）である。ｘが０．０１未満では充
分な耐酸化性が得られず、０．４を越える場合は耐イオ
ンマイグレーション性不十分となる。またこの粉末は
０．０１≦ｘ≦０．４の範囲で不活性ガスアトマイズ法
によって作成された銀銅合金粉末で、粉体表面のＡｇ濃
度が平均Ａｇ濃度よりも高い部分を有している。この粉
末表面および表面近傍の銀濃度はＸＰＳ（Ｘ線光電子分
光分析装置）で測定することが出来る。平均銀濃度は、
粉末を濃硝酸中で溶解し、ＩＣＰ（高周波誘導結合型プ
ラズマ発光分析計）を用いて測定できる。この銀銅合金
粉末は粉末表面の銀濃度が平均濃度より高いことが特徴
であるが、耐酸化性の特徴がより好適に発現されるため
には、粉末表面の銀濃度が平均濃度の１．４倍以上であ
ることが好ましい。

【００１１】熱硬化性樹脂を含む樹脂成分としては、導
電性ペーストに充分な流動性を与え、最適化された硬化
条件で内部にボイドが発生せず、導電性が得られるもの
であれば特に制限はない。熱硬化性樹脂の一般的なもの
としては、各種の分子量のレゾール型フェノール樹脂な
どのフェノール樹脂類、ビスフェノールＡ型エポキシ樹
脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ノボラック型エ
ポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂などのエポキシ樹脂
類、また水添ビスフェノールＡジグリシジルエーテル、
ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、Ｎ，Ｎ
ジグリシジルトルイジンなどの低分子量液状エポキシ化
合物類などがある。エポキシ樹脂系は各種のエポキシ硬
化剤とともに用いられる。一般的なエポキシ樹脂硬化剤
が使用可能であるが、特に潜在性型硬化剤は保存安定性
に優れ好ましい。例としてはジシアンジアミド、各種イ
ミダゾール誘導体などのアミン系、無水フタル酸、無水
メチルナジック酸、無水ピロメリット酸などの酸無水
物、およびマイクロカプセル型潜在性硬化剤などがあげ
られる。またノボラック型フェノール樹脂などの反応性
樹脂、各種の熱可塑性樹脂、表面処理剤、分散剤や溶剤
などを添加することもできる。低分子量エポキシ化合物
と潜在性硬化剤とを組み合わせた樹脂系は低粘度のた
め、高い導電性粉末比率の導電性ペーストにおいても流
動性を与えやすく好ましい。

【００１２】両面銅張り積層基板は市販の一般的なもの
が使用できる。絶縁性樹脂層としては紙フェノール系、
ガラスエポキシ系、樹脂フィラーコンポジット系、ポリ
エステル樹脂系、ポリイミド樹脂系、アラミド樹脂系、
熱硬化型ポリフェニレンエーテル樹脂系などが挙げられ
る。また必要に応じて任意の絶縁性シートと銅箔を積層
した両面基板を用いることが可能である。絶縁性樹脂層
の厚みは３００μｍ〜３０μｍの範囲が好ましい。３０
０μｍを越えるとビアホールの導電性が充分でなくな
り、３０μｍ未満ではイオンマイグレーション発生など
により耐絶縁信頼性が不十分になる。

【００１３】貫通孔の穴開け法として一般的には、ドリ
ル法、パンチング法、レーザー法などが挙げられる。炭
酸ガスレーザーなどを用いる場合はレーザー光で銅箔を
除去することが困難なため、少なくともレーザーを照射
する面の穴をあける部分の銅箔は、あらかじめエッチン
グなどにより除去しておく方が好ましい。ビアホールの
径は５０μｍから４００μｍの範囲が一般的である。

【００１４】導電性ペーストを充填する方法としては、
スクリーン印刷法が一般的であるが、スクリーン版を用
いず直接刷り込む方法やディスペンサー法などがある。
スクリーン印刷の場合、用いるスクリーン版は一般的な
もの、例えばステンレスやポリエステルの繊維からなる
メッシュスクリーン版や、ステンレスシートをエッチン
グして作成されるメタルマスク版などが用いられる。

【００１５】スクリーン印刷の場合、導電性ペースト粘
度範囲は５００ポイズ以上で５０００ポイズ以下が好ま
しく、更には６００ポイズ以上３０００ポイズ以下が好
ましい。この粘度はＥ型粘度計でずり速度１０秒^-1、温
度２５℃で測定した値である。５００ポイズ以下だとス
クリーン版やビアホールから流れ出す。５０００ポイズ
を越えると流動性が小さくビアホールへの充填が困難に
なる。

【００１６】充填した導電性ペーストを加圧硬化する方
法としては、熱プレス機を用いる方法が一般的である。
真空式熱プレス機が好ましい。加圧時には基板の両面に
各種の離形性のシートか、多孔性の薄いシート例えば紙
や不織布などを重ねた上から加圧することが好ましい。
特に多孔性のシートは、導電性ペーストから発生する揮
発物やしみ出した樹脂成分を吸収または透過するため、
ボイド発生の抑制や導電性粉末の比率向上に効果があり
好ましい。加圧圧力は高いほど硬化物中の導電性粉末同
士の接触を増大させ導電性が向上し好ましい。現実には
２０Ｋｇ／ｃｍ ²程度の基板面上への圧力があれば効果
があり、目標の導電性粉末の体積分率が得られるように
加圧条件を選定する。加熱温度と時間は硬化性樹脂が十
分硬化するように最適化する。

【００１７】導電性ペースト硬化物中の導電性粉末の体
積分率は５２％から９５％の範囲が好ましく、５５％か
ら８５％の範囲がより好ましい。５２％未満では硬化物
の充分な導電性が得られず、９５％を越えると銅面や基
材面との密着性が低下して耐環境性試験における導電性
の低下が大きくなる。導電性粉末の体積分率を求める方
法としては、導電性ペースト硬化物の比重と導電性粉末
および硬化樹脂それぞれの比重から求める方法、あるい
は硬化物の走査型電子顕微鏡などによる断面写真に基づ
き画像処理等による導電性粉末の面積比率から求める方
法などがある。断面写真から求める方法が簡便性に優れ
ているが、断面のサンプリング面積を広くするほど精度
が向上し好ましい。

【００１８】熱硬化性樹脂を含む樹脂系の導電性粉末に
対する比率は、硬化物中における導電性粉体の目標比率
に合わせ選択する。樹脂系の比率が低すぎると加圧硬化
後でも硬化物中に空隙が残り導電性の耐環境特性が低下
し、また樹脂系の比率が高すぎると導電性粉末の硬化物
中における比率が上がらないため、十分な導電性が得ら
れない。

【００１９】導電性ペースト中の導電性粉末の比率が高
いために充分な流動性が得られない場合は粘度調整剤と
して溶剤を添加しても良い。ただしこの場合は、硬化工
程において硬化物内にボイドが発生しないように添加量
や硬化条件を最適化する必要がある。一般的に基板の厚
みの薄い方がボイドの発生は起こり難く、多くの溶剤を
添加することが出来る。

【００２０】基板表面の凹凸を小さくするため必要に応
じて表面研磨する事が好ましい。研磨は一般的なプリン
ト配線板の製造工程で使用される装置を用いて行うこと
が出来る。例えばバフ研磨機、ジェットスクラブ研磨機
などが挙げられる。銅めっきの方法としては、一般的な
電解銅めっきや無電解銅めっきが適用可能である。生産
性の観点から電解銅めっきが好ましい。銅めっき層の厚
みは５μｍから２５μｍの範囲が好ましい。５μｍ未満
では一部にめっき層が形成されない部分が生じ、２５μ
ｍを越えると銅回路層のパターンエッチング工程での解
像度を低下させる。

【００２１】回路パターン形成のためのパターンエッチ
ング法としては、プリント配線板の製造工程で一般的な
方法が適用できる。たとえばエッチングレジストインク
を印刷してネガパターンを形成しエッチングする方法
や、液状またはドライフィルム状のフォトレジストを塗
布または積層後にパターン露光および現像によりネガパ
ターンを形成しエッチングする方法や、液状またはドラ
イフィルム状のフォトレジストを塗布または積層後パタ
ーン露光および現像によりポジパターンを形成し、パタ
ーン銅めっきおよびはんだめっき後にレジストを剥離し
エッチングする方法などが挙げられる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に実施例と比較例によって本
発明を具体的に説明する。ここで用いた銅合金粉よりな
る導電性ペーストは以下の方法により作成した。 （１）銅合金粉 銅合金粉は以下の方法で得た。銅粉（純度９９．９％）
７２０ｇ、銀粉（純度９９．９％）１８０ｇを混合し、
黒鉛るつぼ（窒化ホウ素製ノズル付き）に入れ、窒素雰
囲気中で高周波誘導加熱により溶融し、１６００℃まで
加熱した。この融液をヘリウム大気圧力下でノズルより
３０秒間で噴出した。同時に、ボンベ入りヘリウムガス
（ボンベ圧力１５０気圧）４．２ＮＴＰｍ３を噴出する
融液に向かって周囲のノズルより噴出した。得られた粉
末を走査型電子顕微鏡写真で観察したところ球状（平均
粒径１９．６μｍ）であった。この粉末表面の銀濃度を
ＸＰＳを用いて分析した結果、Ａｇ／（Ａｇ＋Ｃｕ）
（原子比）は０．４７であった。また、濃硝酸に粒子を
溶解しＩＰＣにより平均の銀濃度を測定した結果、Ａｇ
／（Ａｇ＋Ｃｕ）（原子比）は０．１３であった。従っ
て、粉末表面の銀濃度は、平均の銀濃度の３．６倍であ
った。得られた銅合金粉のうち１０μｍ以下の径の粉の
一部を分級機により抜き出しペーストに使用した。 （２）導電性ペーストの作成 上記の導電性合金粉を１００重量部に、ネオペンチルグ
リコールジグリシジルエーテル３．５重量部と潜在性硬
化剤（ＨＸ−３７４１、チバガイギー社）２重量部、ジ
プロピレングリコールモノメチルエーテル３．５重量部
を加え、３本ロールで３０分間混練して導電性ペースト
を得た。粘度は２５００ポイズであった。（Ｅ型回転粘
度計、２５℃、ずり速度１０^-s ） （３）製造方法の説明 図１は本発明のビアホール充填型両面プリント配線板の
特徴を断面構造で説明したものである。ビアホールに充
填された導電性ペースト硬化物の表面が銅めっき層で覆
われている。これに対して、図２は導電性ペースト硬化
物の表面が銅めっき層で覆われていないビアホール充填
型両面プリント配線板の断面構造を示している。

【００２３】本発明のビアホール充填型両面プリント配
線板の製造方法を図３で説明する。図３（ａ）は絶縁樹
脂層３と銅箔層２よりなる両面銅張り積層基板を示して
いる。これにドリルやレーザーなど各種の方法で所望の
ビアホール用の貫通孔５をあける（図３ｂ）。これにス
クリーン印刷法などにより導電性ペースト６を充填する
（図３ｃ）。次に必要に応じ予備硬化または予備乾燥の
後、基板の両面にクッション紙または剥離シートなどを
挿んだ上から真空プレス機などの熱プレス機で加圧加熱
し導電性ペーストを硬化する（図３ｄ）。７は硬化後の
導電性ペーストを示す。この基板の両面を研磨機で研磨
し平坦化処理をした後（図３ｅ）、電解めっきなどの定
法に従い銅めっき層１を形成する（図３ｆ）。銅めっき
層表面上に必要に応じ研磨した後にレジストを積層し、
エッチング法またはめっき法など定法に従い銅箔回路パ
ターンを形成し、ビアホール充填型両面プリント配線板
を形成する（図３ｇ）。

【００２４】

【実施例１】両面銅張り積層基板（ＦＲ−４、絶縁層厚
み０．１ｍｍ、銅箔厚み１８μｍ）に、スルーホール試
験パターンに従い直径０．３ｍｍの貫通孔をドリルであ
けた。メタルマスクを用いたスクリーン印刷機でこの貫
通孔に導電性ペーストを充填した。熱風炉中で１２０℃
で４０分間予備硬化した後、クッション紙を重ねて、熱
プレスで加圧しながら１７０℃で６０分間硬化した。バ
フ研磨機で基板面を研磨したのち、基板全体に銅の電解
めっきを行った。めっき厚みは、銅箔面上で１３μｍで
あった。ドライフィルムレジストを用いてパターンエッ
チングを行い、スルーホール試験サンプルを得た。スル
ーホールの導電性は１２ｍΩ／穴であった。冷熱試験
（−５５℃・３０分、１２５℃・３０分を２００サイク
ル）後の導電性を測定した結果１３ｍΩ／穴であり、変
化率は８％であった。ビアホール内の導電性ペースト硬
化物の断面写真における導電性粉末の面積分率から、硬
化物中の導電性粉末の体積分率を求めた結果６７％であ
った。

【００２５】

【比較例１】両面銅張り積層基板（ＦＲ−４、絶縁層厚
み０．１ｍｍ、銅箔厚み１８μｍ）に、スルーホール試
験パターンに従い直径０．３ｍｍの貫通孔をドリルであ
けた。メタルマスクを用いたスクリーン印刷機でこの貫
通孔に、導電性ペーストを充填した。熱風炉中で１２０
℃で４０分間予備硬化した後、さらに１７０℃で６０分
間硬化した。ドライフィルムレジストを用いてパターン
エッチングを行い、スルーホール試験サンプルを得た。
スルーホールの導電性は３８ｍΩ／穴であった。冷熱試
験（−５５℃・３０分、１２５℃・３０分を２００サイ
クル）後の導電性を測定した結果１９ｍΩ／穴であり、
変化率は３６％であった。

【００２６】

【発明の効果】ビアホールに導電性ペーストが充填され
た両面プリント配線板は、従来の銅めっき法で形成され
たビアホールに比べ、小径でランド幅の小さなビアホー
ル形成が高歩留まりで製造でき高密度配線に有利であ
る。またビアホールの真上に部品実装用の電極が形成で
きるため、電極が高密度に配置されるＣＳＰなどの高密
度実装にも有利である。

【００２７】両面銅張り積層基板のビアホール用貫通孔
に導電性ペーストを充填し硬化した後にパターンエッチ
ングしてビアホール充填型両面プリント配線板を製造す
る方法において、導電性ペーストを加熱硬化してする際
に加圧しながら硬化すること、および硬化後に表面研磨
してから銅めっき層を形成した後にパターンエッチング
することにより、ビアホールの初期の導電性が向上する
とともに、冷熱サイクル試験などの耐環境試験での導電
性低下が大幅に小さくなり、ビアホールの信頼性を向上
させることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例におけるビアホール充填型両面プリント
配線板の断面構造を示す概念図である。

【図２】比較例におけるプリント配線板の断面構造を示
す概念図である。

【図３】本発明の他の断面構造を示す概念図である。

【符号の説明】

１ 銅めっき層 ２ 銅箔層 ３ 絶縁樹脂層 ４ 導電性ペースト充填ビアホール ５ ビアホール用の貫通孔 ６ 充填された導電性ペースト ７ 加圧熱硬化された導電性ペースト

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁樹脂層の両面に銅箔回路パターンを
   有する両面プリント配線板において、両面の銅箔回路パ
   ターンと絶縁樹脂層を貫通するビアホールが形成されて
   おり、このビアホールに導電性粉末と熱硬化性樹脂より
   なる導電性ペーストの硬化物が充填され銅箔回路パター
   ンが電気的に接続されており、この導電性ペースト硬化
   物中の導電性粉末の体積分率が５２％から９５％の範囲
   内であり、両面の銅箔回路層とビアホール開口部の導電
   性ペースト硬化物表面の全体を覆うように銅めっき層が
   形成されている構造を有することを特徴とする、ビアホ
   ール充填型両面プリント配線板。
2. 【請求項２】 両面銅張り積層基板にビアホール用の貫
   通孔を形成する工程、この貫通孔に導電性粉末と熱硬化
   性樹脂よりなる導電性ペーストを充填する工程、該導電
   性ペーストを加圧加熱硬化する工程、基板の両面を研磨
   し平滑化する工程、基板の両面に銅めっきをする工程、
   基板表面の銅層をパターンエッチングする工程よりなる
   ことを特徴とするビアホール充填型両面プリント配線板
   の製造方法。