JPS6214960B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、特殊な導電材料を用いてなる導電回
路の形成方法に関する。

先づ、本発明の理解を容易にするために例えば
従来の多層回路基板について説明しよう。第１図
は従来の多層回路基板の一例を工程順に示すもの
で、之は先づ、同図Ａ及びＢで示すようにフエノ
ール樹脂、エポキシ樹脂等からなる絶縁基板１の
上下両面に夫々銅箔２，２′を被着して成る所謂
銅張り積層板３を設け、この積層板３の所要位置
に上下に貫通するスルホール４を穿設し、次にス
ルホール４の内側面及び銅箔２，２′を含むよう
に無電解銅メツキ及び電気銅メツキを順次施して
銅メツキ層５を形成し（同図Ｃ）、次にスルホー
ル４内にエツチングレジスト６を埋め込むと共に
銅箔２，２′上に配線パターンに対応したパター
ンのエツチングレジスト７を印刷形成し（同図Ｄ
及びＥ）、次に同図Ｆ及びＧに示すようにレジス
ト６及び７をマスクとして銅箔２，２′を選択エ
ツチングして夫々配線パターン８，８′を形成し
て後、レジスト６及び７を除去して製造される。

第３図は従来の多層回路基板の他の例であり、
之は上記と同様の銅張り積層板３に対し、先に銅
箔２，２′を選択エツチングして配線パターン
８，８′を形成し（同図Ａ及びＢ）、次に所要の位
置にパターン８及び８′にわたるスルホール４を
穿設して後、銀ペイント９をスルホール４内に充
填し両配線パターン８及び８′を電気的に接続し
て製造される（同図Ｃ及びＤ）。

然るに、このような第１図及び第３図で示す従
来の多層回路基板においては下記のような欠点が
ある。例えば第１図の多層回路基板１０では、両
パターン８及び８′の導通に際してメツキを行う
など工程が複雑で歩留りが悪く、且つその公害上
の廃水処理も容易でないこと、全面に銅メツキを
行つて後、配線パターン８，８′の選択エツチン
グをするので、不要な銅メツキ分が多く無駄とな
ること、さらに第２図で示すように銅メツキ層５
を形成して後の選択エツチングの際にアンダーカ
ツト現象１２により配線パターン８又は８′が細
りパターン精度が悪くなること、等の欠点があ
る。又、第３図の多層回路基板１１では、所謂ス
ルホール抵抗値が第１図の銅メツキに比べて極め
て大きいこと（例えば1.6mm厚の基板１に直径1.0
mmのスルホール４を設けた場合の抵抗値は、35μ
厚の銅メツキでは0.3ｍΩ、銀ペイントでは50ｍ
Ωであり、銀ペイントの方が約200倍大きい）、ス
ルホール４に充填される銀ペイント９が樹脂や溶
剤を多量に含むために第４図で示すように加熱硬
化後の体積収縮が大きくなり銀粉の濃度を増して
も抵抗値に限度があり（10^-4Ωcm）、また段切れ
が生じ易いこと、さらに小径のスルホール４への
銀ペイント９の充填がむずかしく高密度回路が作
り難いこと、等の欠点がある。

本発明は、上述の点に鑑み、例えばこのような
多層回路基板の導電回路の形成に適用して好適な
導電回路の形成方法を提供するものである。

本発明は第５図Ａ及びＢで示す如く常温、所謂
30℃以下の作業温度で液状を呈するガリウムを主
体とする液状金属２１（ガリウム単体もしくはガ
リウム合金）と、この液状金属２１と合金化しう
る金属粉末２２（単体の金属粉末、もしくは合金
粉末）との混合物より導電材料２３を構成する。
この導電材料２３は当初ペースト状をなし、経時
的に合金化し凝固する。即ち第５図Ｃに示すよう
に合金固体２４となる。30℃以下で液体となるガ
リウムを主体とする金属２１としては、例えばガ
リウム（Ga）（融点29℃）、ガリウム錫合金〔Sn
量１％〜11％の範囲の合金（融点20℃〜29℃）、
共晶はSn量８％（融点20.0℃）〕、ガリウム亜鉛合
金〔Zn量１％〜７％の範囲の合金（融点25℃〜
29℃）、共晶はZn量５％（融点25℃）〕、ガリウ
ム・インジウム合金〔In量１％〜20％の範囲の合
金（融点15.7℃〜29℃）、共晶はIn量16％（融点
15.7℃）〕等を用い得る。又、ガリウムを主体と
した金属２１と合金化する金属粉末２２として
は、例えば単体金属ではニツケルNi、コバルト
Co、金Au、銅Cu等、合金ではニツケル合金例え
ばNi−Cu合金、コバルト合金例えばCo−Sn合
金、銅合金例えばCu−Sn合金（Cu量40％〜90
％）、Cu−Zn合金（Cu量60％〜90％）、Cu−Be
合金（Cu量98％以上）等を用い得る。この金属
粉末２２としては酸化皮膜が出来ないものが望ま
しく、例えば銅単体の場合には酸化皮膜ができ易
いが酸化皮膜がない状態ならば使用できる。これ
らの金属粉末２２の粒径は0.5μ〜500μの範囲、
より好ましくは1.0μ〜100μがよい。

液状金属２１と金属粉末２２の混合比率は、液
状金属２１をＡ、金属粉末２２をＢとしたとき
Ａ／Ａ＋Ｂ＝0.2〜0.8の範囲が好ましく、最適値は0.5 である。0.2より小さいと混合時の導電材料２３
がペースト性を失い例えばスルホール内への充填
が困難となる。又0.8を超えた場合にはその導電
材料２３が硬化せず機械的強度が得られない。液
状金属２１と金属粉末２２の混合方法は、メノー
乳鉢あるいはアマルガムミキサー、ボールミル等
のいずれかで両者を約30℃の雰囲気で混合する。
アマルガムミキサーの場合には30秒以上でペース
ト化する。かかる導電材料２３は室温ないし、加
熱状態で硬化しペースト性を失う。この場合雰囲
気温度による硬化時間は第６図の曲線（）で示
すように温度が高いほど短縮される。例えば20℃
では約48時間で硬化し、150℃では約40分で硬化
する。

次に、この導電材料２３を用いて多層回路基板
の導電回路を形成する実施例につき説明する。先
づ第７図Ａに示すように例えばフエノール樹脂、
エポキシ樹脂等からなる絶縁基板１の上下両面に
夫々銅箔２及び２′を被着してなる所謂銅張り積
層板３を用意し、次に積層板３の上下銅箔２及び
２′を選択的にエツチングして夫々基板１の両面
に所定の配線パターン８及び８′を形成して後、
基板１の所定位置に両配線パターン８及び８′に
わたる如くスルホール４を形成する（第７図Ｂ及
びＣ）。然る後、このスルホール４内に、上述し
たガリウムを主体とした液状金属２１と之と合金
化しうる金属粉末２２を混合して成るペースト状
の導電材料２３、例えばGa50ωｔ％とCu−Sn合
金（Cu₃Sn、平均粒径40μ）50ωｔ％とを混合し
て成る導電材料を充填し、導電材料２３を合金固
化して両配線パターン８及び８′を電気的に接続
する導電体１７を形成し第７図Ｄで示す目的の多
層回路基板１８を得る。導電材料２３のスルホー
ル４内への充填は、30℃以上の加熱状態でスルホ
ール４に充填するもので、例えば第８図で示すよ
うに、基台３１上にパターン８，８′及びスルホ
ール４が設けられ、さらにパターン８，８′の無
い部分にレジスト膜３０が形成された基板１を配
し、スキージ３２によつてペースト状の導電材料
２３を充填して行く。或いは第９図に示すよう
に、相対向する２個のスキージ３２を固定とし、
スキージ３２間に基板１を配して之を移動させな
がら導電材料２３を充填して行く。充填に際し
て、導電材料２３はレジスト膜３０を構成する有
機塗膜には付着せず、濡れ性の良い銅パターン
８，８′及びスルホール４内にコーテイング及び
充填される。導電材料２３の硬化時間は第６図か
ら加熱温度が高い程短かくなるが、回路基板に用
いた場合、基板１としてセラミツクを用いたとき
は100℃以上加熱しても十分耐えられるが、基板
１としてフエノール、エポキシ等の樹脂を用いた
ときは100℃〜150℃間の加熱とするのがよい。

一方、導電材料２３を充填硬化した後、回路基
板１８を半田溶融槽（半田温度240℃）に10秒間
浸漬したがその導電材料即ち硬化した導電体１７
には何ら変化は認められなかつた。又、回路基板
１８を260℃のグリセリン浴中へ５秒間浸漬し、
続いて室温のクロロセン溶液中に15秒間浸漬し、
これを繰返し５回行つて後、スルホール４の断面
を観察したところ異常は認められなかつた。即
ち、本発明の導電材料は耐熱性に優れていること
が認められた。次に、第１０図で示す如く基板１
の厚さｄ＝1.6mm、スルホール４の直径ｄ＝1.5mm
としたときの上記実施例の導電材料２３による導
電体１７の両端間の抵抗値を測定した結果、0.2
ｍΩの抵抗値を得た。この値は銀ペイントの50ｍ
Ωの250分の１の値であり、又銅メツキと同等か
それより低い値である。また第１１図に示すよう
に導電体１７上の半田付け４０が可能で、半田付
けによりさらに多層回路基板の信頼性の向上が得
られる。

このように、本発明では導電材料２３を多層回
路基板のスルホール充填材に用いた場合、従来の
メツキスルホール法に比べて製造工程が短縮され
歩留り、コストの面で優れ、また配線のパターン
エツチング時のアンダーカツト現象が少ないた
め、配線のパターン精度も優れる。又、銀ペイン
トを充填する銀スルホール法と比べた場合に於て
も、本発明は信頼性がことごとく向上し、特にス
ルホール抵抗値に関しては１／２００以下の値を示し之 はメツキスルホール法と同等かそれ以上の良い値
である。且つ又、硬化による体積収縮がほとんど
なく、硬化収縮の大きい銀スルホール法に比べ高
い信頼度がある。これは本発明の導電材料２３が
揮発成分を全く含んでいないためである。

尚、第７図では両面に配線パターン８，８′を
有した２層回路基板に適用したが、第１２図で示
すように配線パターン８を４層に設けた回路基板
等、所謂多層回路基板にも本発明を適用できるこ
と勿論である。

又、上例では本発明の導電材料２３を多層回路
基板のスルホール充填材に用いた場合であるが、
その他通常の半田材として使用することも可能で
あり、又所定基板上に所望パターンの導電層（配
線）を印刷で形成する場合にも適用できる。

さらに、本発明は第１３図で示す多層回路基板
の製造にも適用できる。この多層回路基板は、先
づ、第１３図Ａ及びＢで示すように例えば紙フエ
ノール、紙エポキシ等からなり肉厚1.2〜1.6mm程
度の絶縁基板５１の片面に銅箔２を被着して成る
所謂片面銅張り積層板５２と、例えばポリイミ
ド、ポリエステル、トリアジン、ガラスエポキシ
等からなり肉厚0.05〜0.8mm程度の絶縁薄板５３
の上面に銅箔２を被着して成る所謂薄型銅張り積
層板５４を用意する。夫々の積層板５２及び５４
は銅箔２を選択的にエツチングして夫々所定の配
線パターン５５及び５６を形成する。さらに薄型
積層板５４には配線パターン５６と共にスルホー
ル５７を穿設する。次に、一方の積層板５４の配
線パターン５５が形成された面上の所定位置に、
薄型積層板５４を接着剤を介して貼り合せる。即
ち、この場合薄型積層板５４はそのスルホール５
７が配線パターン５５の接続すべき部分に対応す
るように配置する（第１３図Ｃ）。接着剤として
はフイルム状ないし液状のエポキシ−ニトリル
系、エポキシ−ポリアミド系、フエノール−ブチ
ラール系などを用い得る。次に、スルホール５７
内に上記のペースト状の導電材料２３を充填し合
金固化する。この導電材料２３により下層の配線
パターン５５の一部と上層の配線パターン５６と
がスルホールを通して電気的に接続される（第１
３図Ｄ）。しかる後、一方の積層板５２に電気部
品のリード挿通孔５８を形成し（第１３図Ｅ）、
この挿通孔５８に電気部品５９のリード６０を挿
通し半田６１を介して配線パターン５５の一部に
接続し、目的とする多層回路基板６２を構成する
（第１３図Ｆ）。このような多層回路基板において
は、導電材料２３と配線パターン５５及び５６間
の接触面積が大きくなり、充分な接合が可能とな
るもので、両配線パターン５５及び５６間の接続
の信頼性が著しく向上する。

上述せる如く、本発明によれば30℃以下の常温
でペースト状をなし、孔内への充填をも可能に
し、また硬化後の体積収縮がなく、抵抗値も極め
て小さい導電材料２３を用いることにより、特に
充填を必要とする場合あるいは印刷を必要とする
場合等の導電回路の形成に好適であり、例えば信
頼性の高い多層回路基板を容易に製造することが
できる。

なお、常温で液体の金属として水銀を用いた場
合には水銀の蒸気圧が高く（357℃で764mmHg）、
充填作業時の環境衛生上の問題が発生し好ましく
ないが、本発明のガリウム金属は沸点が高く蒸気
圧が非常に低い（923℃で10^-3mmHg）ため環境を
汚染する心配がない。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ〜Ｇは本発明の説明に供する従来の多
層回路基板の一例を示す工程順の断面図、第２図
はその要部の断面図、第３図Ａ〜Ｄは従来の多層
回路基板の他の例を示す工程順の断面図、第４図
はその要部の断面図、第５図Ａ〜Ｃは本発明で用
いる導電材料の形態を示す断面図、第６図は本発
明で用いる導電材料の加熱温度と硬化時間の関係
を示す特性図、第７図は本発明を多層回路基板の
製造に用いた場合の実施例を示す工程順の断面
図、第８図及び第９図は導電材料をスルホール内
に充填する場合の例を示す断面図、第１０図及び
第１１図は本発明の説明に供する回路基板の要部
の断面図、第１２図は本発明を適用し得る多層回
路基板の他の例を示す断面図第１３図Ａ〜Ｆは本
発明を適用し得る多層回路基板の他の実施例を示
す工程順の断面図である。 ２１はガリウムを主体とする液状金属、２２は
この液状金属と合金化しうる金属粉末である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ガリウムを主体とする液状金属と、該液状金
   属と合金化し得る金属の固体粉末とを混合し、常
   温では液状乃至ペースト状混合物であり、且つ導
   電路の必要部に前記混合物を付着装填した後、加
   熱により合金化を促進し、最終的には常温で固体
   の導電路を形成することを特徴とした導電回路の
   形成方法。