TWI419633B - A multilayer wiring board, and a multilayer wiring board obtained therefrom - Google Patents
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Description
本發明與多層配線基板之製造方法及藉此獲得之多層配線基板相關,更詳細地說,是有關用含有金屬粉的導電性糊劑填充通孔的多層配線基板之製造方法。
近年來,在電子學領域,伴隨著製品的輕薄短小化之動向,同樣的需求在印刷配線基板也一直提高。印刷配線基板的輕薄短小化中多層化是必不可少的,在多層化時,薄板化成為技術性課題。
作為多層配線基板之製造方法的習知技術,有例如第4圖所示的,(a)在於絕緣材料的兩面設有銅箔層11的芯基板10設置通孔,在其通孔的壁面施行貫穿孔鍍敷12後,印刷、填充填孔劑13,在硬化後,(b)研磨填充過糊劑13的突出部,之後,(c)在兩面施行覆蓋鍍14的技術。另外,有例如第5圖(a)所示的,使具有塗布有樹脂的層15之銅箔(CCL)16以該樹脂層15向著基板10地配置到基板10的兩面,(b)透過押壓使芯基板10的樹脂層15的樹脂填充通孔之方法。
但是,前者在糊劑研磨後有基材發生延伸之虞,薄膜化有限度,而且若進行覆蓋鍍,表面的銅箔就變厚,有精細圖案化變困難的問題。另一方面,後者一直有在通孔上無法設置通孔(疊孔)的問題或,基板表面的平滑性不足、長期信賴性試驗時發生開裂等之問題。
對於該等問題,不進行類似上述的貫穿孔鍍敷或覆蓋鍍,而是僅用導電性糊劑得到內層導通的方法受到使用,具體而言,是利用導電性粉體和導電性粉體之接觸體現導電性的糊劑(以下,將其稱為粉體接觸型糊劑)之押壓施工方法受到使用,惟若利用這種糊劑,在通常的押壓條件下,有糊劑正上面的基板發生膨脹、凹凸的問題,而且歷時的導電性變化率大,也有長期信賴性差的問題。
對於此,有使用含有因加熱而合金化的金屬粉之糊劑(以下,將其稱為「合金型糊劑」),藉由在導電性粉體彼此及銅箔間形成合金,得以使導電性和其長期安定性提高的揭示(專利文獻1)。
另一方面,通常作為印刷基板的材料,預浸體愈發受到使用(專利文獻2)。預浸體係使熱硬化性樹脂處於B階段狀態的接著薄片,通常,是使補強材的玻璃布等含浸熱硬化性樹脂而形成。利用該預浸體製造基板時,如同以往地利用雷射加工在預浸體設置通孔,填充導電性糊劑,且在上下面配置銅箔或形成有圖案的基材並押壓。
但是,因為利用上述合金型糊劑形成貫通孔時,如果在低熔點金屬熔融前糊劑樹脂成分發生完全硬化就會妨礙合金化,所以有必要推遲糊劑樹脂成分的硬化速度。然而在通用預浸體中如果推遲糊劑樹脂成分的硬化速度,在押壓時就會發生導電性糊劑的滲出,同時預浸體的樹脂成分和糊劑會混在一起,有無法獲得指定特性的問題。
【專利文獻1】特許第4191678號公報
【專利文獻2】特開平7-176846號公報
本發明是鑒於上述而提出的,目的在於提供一種即使在使用成本方面有利的通用預浸體之情形,依然可以獲得導電性和其長期安定性優良之多層配線基板(以下,稱為「多層基板」)的製造方法,以及藉此獲得之多層配線基板。
本發明的多層基板之製造方法是包含利用雷射加工在預浸體設置通孔的穿孔步驟和,在該通孔填充含有樹脂構成成分和金屬粉之導電性糊劑的步驟和,在該經填充之導電性糊劑的上下配置銅箔或經圖案化的基材銅箔部分且進行押壓的步驟之多層基板的製造方法,導電性糊劑是使用金屬粉的至少一部分發生熔融且鄰接的金屬粉彼此發生合金化的合金型糊劑,預浸體是使用,以從60℃升溫到200℃的溫度曲線中,令貯藏彈性率從增加變為減少的反曲點時的貯藏彈性率為A,且令從減少變為增加的反曲點時的貯藏彈性率為B時,比率A/B在預加熱前為10以上者,藉由在穿孔步驟前預加熱預浸體使比率A/B達到小於10。
上述之中,預浸體可以使用含有苯氧樹脂、環氧樹脂及雙馬來醯亞胺-三氮雜苯樹脂(BT樹脂)之中的至少1種所形成。
另外,預加熱通常是在80~140℃下實行30~120分鐘左右。
此外,作為導電性糊劑宜使用,含有(A)相對於含丙烯酸酯樹脂單體及環氧樹脂預聚物之樹脂構成成分100重量份,(B)包含熔點180℃以下的低熔點金屬及熔點800℃以上的高熔點金屬的金屬粉200~2200重量份;該熔點180℃以下的低熔點金屬僅為銦或為至少1種選自於由錫、鉛、鉍及銦組成之族群中的2種以上的合金;該熔點800℃以上的高熔點金屬為選自於由金、銀、銅及鎳組成之族群中的至少1種金屬及/或該族群選出的2種以上金屬之合金,(C)硬化劑0.5~40重量份,其含有酚系硬化劑0.3~35重量份,以及(D)助溶劑0.3~80重量份的糊劑。
另外,本發明的多層配線基板是在預浸體設置通孔,在該通孔填充導電性糊劑,在該經填充之導電性糊劑的上下配置銅箔或經圖案化之基材銅箔部分而成之多層基板,上述預浸體是使用從60℃升溫到200℃的溫度曲線中,令貯藏彈性率從增加變為減少的反曲點時的貯藏彈性率為A,且令從減少變為增加的反曲點時的貯藏彈性率為B時,比率A/B低於10者,而且上述導電性糊劑是使用,含有因加熱而相互合金化之2種以上金屬所組成的金屬粉而成者。該多層配線基板可以利用上述的本發明之製造方法製造。
再者,本說明書等之中,金屬粉彼此等的「合金化」係指,2種以上的金屬發生熔融而一體化者。例如,若加熱低熔點金屬粒子和高熔點金屬粒子混合體,各自的粒子之表層就發生熔融而一體化,形成合金層。
因為利用本發明之製造方法獲得之多層基板不使用覆蓋鍍,所以可以實現精細圖案化,滿足薄板化的要求。另外,因為導電性糊劑所含金屬粉彼此發生合金化的同時,金屬粉和貫穿孔內的導電層端面發生合金化,所以導電性和其長期安定性優良。另外,由於不會發生滲出等的問題,亦可使用通用預浸體,這在成本方面也有利。另外,亦可形成疊孔結構。此外,多層基板與多層基板連接,亦可容易地製造成品率良好的超多層基板。如上所述,可以使用通用裝置且以低成本提供一種解決了習知技術的各種問題之高品質的多層基板。
【第1圖】(a)~(c)是本發明的多層基板之製造方法的一實施形態之示意模式斷面圖。
【第2圖】(a)、(b)是本發明的多層基板之製造方法的其他實施形態之示意模式斷面圖。
【第3圖】利用Modular Compact Rheometer(MCR)得到的貯藏彈性率測定圖。
【第4圖】(a)~(c)是習知的多層基板之製造方法的一例之示意模式斷面圖。
【第5圖】(a)、(b)是習知的多層基板之製造方法的其他例之示意模式斷面圖。
【第6圖】基板的膨脹量之評估方法的示意模式斷面圖。
本發明的多層基板之製造方法至少包含,(1)在於預浸體設置通孔前進行預加熱的步驟,(2)利用雷射加工在經過預加熱的預浸體設置通孔的步驟,(3)在該通孔填充導電性糊劑的步驟,(4)在該填充過導電性糊劑的上下之面配置銅箔或形成有圖案的基材之銅箔部分且進行押壓實現一體化的步驟。再者,上述(3)中,導電性糊劑是使用含有因糊劑硬化時的加熱而熔融的金屬粉,且熔融的金屬粉彼此發生合金化的合金型糊劑。另外,(4)中積層沒有形成圖案的銅箔之情形,是在押壓後實行圖案形成。
以下,將利用圖來進一步具體地說明本發明。第1圖是本發明的多層基板之製造方法的一實施形態的示意模式斷面圖,表示(a)在預浸體1的通孔填充導電性糊劑2,(b)在該預浸體1的上下兩面配置銅箔3,進行押壓實現一體化,(c)之後,進行圖案形成之情形。符號2’表示導電性糊劑的硬化物,符號3’表示形成有圖案的銅箔。
另外,第2圖是本發明的其他實施形態之示意模式斷面圖,表示(a)在預浸體1的通孔填充導電性糊劑2,(b)在該預浸體1的上下兩面配置形成有圖案的基材4之銅箔部分5以使其接觸導電性糊劑,進行押壓實現一體化之情形。
本發明中使用的預浸體係如第3圖所示的,以從60℃到200℃升溫的溫度曲線中貯藏彈性率從增加變為減少的反曲點a時的貯藏彈性率為A,從減少變為增加的反曲點b時的貯藏彈性率為B之情形的比率A/B在預加熱前為10以上的預浸體。預浸體的貯藏彈性率之測定中,可以使用一般的流變儀(例如,Anton Paar製,Modular Compact Rheometer(MCR)300)。
預浸體的材料並無特殊限定,可以適當使用自過去以來所使用的苯氧樹脂、環氧樹脂及雙馬來醯亞胺-三氮雜苯樹脂(BT樹脂)之中的至少1種作為成分之材料。作為補強材料的玻璃纖維等也可以使用自過去以來受到使用的材料。
預加熱選擇比率A/B達到低於10的條件即可,根據樹脂的種類等而異,通常是在80~140℃,30~120分鐘左右。預加熱的時機以到預加熱後的押壓步驟為止的時間短為佳。另外,實行預加熱的方法也沒有特殊限定,惟以用不鏽鋼等的表面平滑板夾住預浸體來實行為佳。
從而,預先確認用以使比率A/B達到低於10的所需時間,且在利用上述雷射加工設置通孔的步驟之前,夾在表面平滑板,以預先確認好的指定條件用空氣烘箱等加熱即可。
再者,在預加熱後設置通孔,此時藉由利用雷射加工使孔的壁面在一定程度硬化,藉此亦可防止預浸體和糊劑樹脂混在一起。
本發明中使用的導電性糊劑至少含有樹脂構成成分和金屬粉,藉由在指定溫度加熱使樹脂構成成分硬化,同時金屬粉的至少一部分發生熔融,金屬粉彼此或金屬粉和與其鄰接的銅箔或形成圖案的銅部分等之導電性端面發生合金化即可。
例如,以含有(A)相對於含有丙烯酸酯樹脂單體及環氧樹脂預聚物的樹脂構成成分100重量份(以下,簡稱為份),(B)由含有低熔點金屬和高熔點金屬的2種以上之金屬形成的金屬粉200~2200份,(C)含酚系硬化劑0.3~35份之硬化劑0.5~40份,以及(D)助溶劑0.3~80份作為必要成分形成者為佳。
丙烯酸酯樹脂單體的具體例可以例舉,異戊基丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯(neopentyl glycol diacrylate)、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、二三羥甲基丙烷四丙烯酸酯、苯基縮水甘油醚丙烯酸酯六亞甲基二異氰酸酯胺甲酸乙酯(phenyl glycidyl ether acrylate hexamethylenediisocyanate urethane)預聚物、雙酚A二縮水甘油醚丙烯酸加成物、乙二醇二甲基丙烯酸酯(ethylene glycol dimethacrylate)及二乙二醇二甲基丙烯酸酯等。
另外,環氧樹脂的具體例可以例舉雙酚A型環氧樹脂、溴化環氧樹脂、雙酚F型環氧樹脂、酚醛清漆(novolac)型環氧樹脂、脂環式環氧樹脂、縮水甘油胺型環氧樹脂、縮水甘油醚型環氧樹脂、縮水甘油酯型環氧樹脂、雜環式環氧樹脂等。
丙烯酸酯樹脂和環氧樹脂的混合比率(重量%)宜採5:95~95:5,以20:80~80:20較佳。
上述(A)樹脂構成成分亦可在丙烯酸樹脂單體及環氧樹脂預聚物中摻合醇酸樹脂、三聚氰胺樹脂或二甲苯樹脂之中的1種以上之樹脂構成物。醇酸樹脂、三聚氰胺樹脂、二甲苯樹脂分別以樹脂改質劑形式受到使用,只要可以達到該目的就不作特殊限定。摻合該等之改質劑時的摻合比是(A)成分總量中低於40重量%,宜採低於10重量%。
利用加熱使金屬粉發生合金化即可,以含有包含熔點180℃以下的低熔點金屬1種以上和熔點800℃以上的高熔點金屬1種以上之2種以上的金屬為佳。2種以上金屬的存在形態之例,可以例舉某種金屬粉和由其他種類的金屬形成之金屬粉混合而成,或者將某種金屬粉塗覆到其他種類的金屬上而成,或者混合該等而成。
低熔點金屬及高熔點金屬除了由單一的金屬形成以外,亦可使用2種以上金屬的合金。
低熔點金屬的合適例可以例舉銦(熔點:156℃)單獨,或錫(熔點231℃)、鉛(熔點:327℃)、鉍(熔點:271℃)或銦之中的2種以上形成合金且熔點在180℃以下者,亦可使用2種以上的合金。
另外,高熔點金屬的合適例可以例舉金(熔點:1064℃)、銀(熔點:961℃)、銅(熔點:1083℃)、或鎳(熔點1455℃)或這裡舉出之金屬的2種以上的合金,可以從該等金屬單體及合金之中使用2種以上,亦可組合使用金屬單體和合金。
金屬粉的形狀沒有限制,可以使用樹枝狀、球狀、鱗片狀等的自過去以來所使用者。另外,粒徑亦不作限制,惟通常平均粒徑在1~50μm左右。
上述金屬粉的摻合量相對於(A)樹脂構成成分100份以200~2200份為佳。另外,上述低熔點金屬粉和高熔點金屬粉的摻合比(重量比,以下同樣)宜在8:2~2:8的範圍內。
接著,(C)硬化劑係以酚系硬化劑為必要成分,除此以外亦可併用咪唑系硬化劑、陽離子系硬化劑、自由基系硬化劑(聚合引發劑)等。
酚系硬化劑的使用量相對於樹脂構成成分100份以0.3~35份為佳。酚系硬化劑以外的硬化劑之使用量相對於樹脂100份以0.2~35份為佳,在硬化劑整體宜為0.5~40份。
酚系硬化劑之例可以例舉酚醛樹脂、萘酚系化合物等。咪唑系硬化劑之例可以例舉以咪唑、2-十一基咪唑、2-十七基咪唑、2-乙基咪唑、2-苯基咪唑、2-乙基-4-甲基-咪唑、1-氰乙基-2-十一基咪唑、2-苯基咪唑。陽離子系硬化劑之例可以例舉三氟化硼的胺鹽、P-甲氧基苯重氮六氟磷酸鹽(P-methylbenzenediazonium phosphate)、二苯基碘六氯磷酸鹽(diphenyliodonium hexafluorophosphate)、三苯基硫鹽、四-n-丁基磷四苯基硼鹽、四-n-丁基磷-o,o-二乙基二硫代磷酸酯等為代表的鎓系化合物(onium compound)。自由基系硬化劑(聚合引發劑)之例可以例舉過氧化二異丙苯(dicumyl peroxide)、t-丁基過氧化異丙苯(t-butyl cumyl peroxide)、t-丁基氫過氧化物(t-butyl hydroperoxide)、氫過氧化枯烯(cumene hydroperoxide)等。
此外,(D)成分的助溶劑促進上述金屬粉的合金化,可舉例如氯化鋅、乳酸、檸檬酸(citric acid)、油酸(oleic acid)、硬脂酸(stearic acid)、麩胺酸(glutamic acid)、安息香酸(benzoic acid)、草酸(oxalic acid)、麩胺酸鹽酸鹽、溴化十六烷基吡啶(cetylpyridine bromide)、尿素、三乙醇胺、丙三醇、聯氨(hydrazine)、松香(rosin)等。助溶劑的使用量相對於樹脂構成成分100份宜為0.3~80份。
本發明中使用的導電性糊劑係利用混合上述各成分而製得,在市售產品中,可以合適地使用例如,TATSUTA SYSTEM ELECTRONICS(株)製、金屬化糊劑(MP系列)。
將導電性糊劑填充到經過預加熱的預浸體之通孔後,用適合使用的合金型糊劑之條件邊押壓邊加熱,藉此製得本發明的多層基板。使用本發明中規定的經過預加熱之預浸體將所製得之多層基板彼此連接,此外也可以容易地進行多層化。由於利用本發明製得之多層基板的長期信賴性優良,而且多層基板彼此的連接部之信賴性亦為優良,所以利用本發明亦可使成品率良好地製造習知難以製造的數十層之所謂超多層基板。
以下,將利用實施例進一步具體說明本發明,惟本發明並不限定於以下的實施例。
分別使用表1所示厚度約100μm的預浸體(PANASONIC電工(株)製R-1551或三菱瓦斯化學(株)製GHPL-830),在實施例1~3、比較例3中如下所述進行預加熱,在比較例1,2中不進行預加熱。利用CO2
雷射在該等之預浸體上設置Φ
100μm、Φ
150μm的孔,利用印刷法填充表1所示導電性糊劑後,使用真空押壓機以下述條件實行押壓。
壓力:0kg/cm2
→面壓10.2kg/cm2
(升壓17分鐘、保持10分鐘)→面壓30.6kg/cm2
(升壓24分鐘、保持46分鐘)→0kg/cm2
(減壓23分鐘)
溫度:30℃→130℃(升溫17分鐘、保持10分鐘)→180℃(升溫24分鐘、保持46分鐘)→30℃(冷卻23分鐘)
預浸體的預加熱,是將預浸體夾在厚度1.2mm的不鏽鋼板,在設定到表1所示溫度的恒溫槽中,對該等施行表中所示時間的加熱處理。
預浸體的貯藏彈性率是使用Anton Paar製,Modular Compact Rheometer(MCR)300,在預加熱前和預加熱後(比較例1,2除外)分別測定從60℃到200℃升溫的溫度曲線中貯藏彈性率從增加變為減少的反曲點a時的貯藏彈性率A,以及從減少變為增加的反曲點b時的貯藏彈性率B,由這些測定值求得比率A/B。
導電性糊劑是如表1所示地使用以下的合金型糊劑或粉體接觸型糊劑。
合金型:TATSUTA SYSTEM ELECTRONICS(株)製、金屬化糊劑(MP系列)
粉體接觸型:TATSUTA SYSTEM ELECTRONICS(株)製、AE1840
對利用上述所製得之多層基板進行以下的評估。
用光學顯微鏡觀察完成基板的斷面,並測定第6圖所示的膨脹量(s),以低於5μm為○,5μm以上為×。
關於Φ
0.15mm的初期導電性,是製作200孔、400孔、600孔、800孔連結圖案,測定電阻值。用各孔數除以該值,求取每1孔的電阻值,算出其平均值。200孔、400孔、600孔連結圖案製作是用N=6實行,800孔連結圖案是用N=2實行。
關於Φ
0.10mm的初期導電性,是製作200孔、400孔、600孔連結圖案,測定電阻值。用各孔數除以該值,求取每1孔的電阻值,算出其平均值。200孔、400孔、600孔連結圖案製作是用N=4實行。
在製作成的任意連結圖案中,試驗前測定的電阻值為a,試驗後測定的電阻值為b,利用下式求取導電性變化率,導電性變化率在±20%以內時為○,低於-20%或超過20%時為×。
(b-a)×100/a
長期信賴性試驗條件如下所述。
浸焊試驗:在260℃的焊料浸漬10秒鐘後,在常溫大氣反復3次的冷卻循環。
壓力鍋試驗(PCT):在121℃、濕度100%、2氣壓的氛圍暴露24小時。
熱循環試驗:暴露在於-65℃保持30分鐘後,於125℃保持30分鐘的循環重複1000次的氛圍中。
耐熱性試驗:在100℃的氛圍暴露1000小時。
耐濕性試驗:在溫度85℃、濕度85%的氛圍暴露1000小時。
在Φ
150μm的孔填充導電性糊劑,製作孔距為0.6mm、0.8mm、1.0mm的3種中心距離的梳形圖案。對該圖案施加直流電流50V,在溫度85℃、濕度85%暴露1000小時後,保持試驗氛圍不變測定電阻值,其電阻值在106
Ω以上時為○,低於106
Ω時為×。
1...預浸體
2...導電性糊劑
2’...導電性糊劑的硬化物
3,5...銅箔
3’...形成有圖案的銅箔
4...圖案形成基板
10...芯基板
11...銅箔層
12...貫穿孔鍍敷
13...導電極糊劑
14...覆蓋鍍
15...樹脂層
16...銅箔
【第1圖】(a)~(c)是本發明的多層基板之製造方法的一實施形態之示意模式斷面圖。
【第2圖】(a)、(b)是本發明的多層基板之製造方法的其他實施形態之示意模式斷面圖。
【第3圖】利用Modular Compact Rheometer(MCR)得到的貯藏彈性率測定圖。
【第4圖】(a)~(c)是習知的多層基板之製造方法的一例之示意模式斷面圖。
【第5圖】(a)、(b)是習知的多層基板之製造方法的其他例之示意模式斷面圖。
【第6圖】基板的膨脹量之評估方法的示意模式斷面圖。
1...預浸體
2...導電性糊劑
2’...導電性糊劑的硬化物
3...銅箔
3’...形成有圖案的銅箔
Claims (6)
- 一種多層配線基板之製造方法,係包含利用雷射加工在預浸體設置通孔的穿孔步驟、在該通孔填充含有樹脂構成成分和金屬粉之導電性糊劑的步驟、以及在該經填充之導電性糊劑的上下配置銅箔或經圖案化的基材銅箔部分且進行押壓的步驟之多層基板的製造方法,該方法之特徵在於:使用令前述金屬粉的至少一部分熔融且鄰接的金屬粉彼此合金化的合金型糊劑作為前述導電性糊劑,前述預浸體是使用從60℃升溫到200℃的溫度曲線中,令貯藏彈性率從增加變為減少的反曲點時的貯藏彈性率為A,且令從減少變為增加的反曲點時的貯藏彈性率為B時,比率A/B在預加熱前為10以上者,藉由在前述穿孔步驟前預加熱該預浸體,使前述比率A/B達到小於10。
- 如申請專利範圍第1項之多層配線基板之製造方法,其中前述預浸體係使用含有苯氧樹脂、環氧樹脂及雙馬來醯亞胺-三氮雜苯樹脂之中的至少1種所形成。
- 如申請專利範圍第1項之多層配線基板之製造方法,其中前述預加熱是在80~140℃下實行30~120分鐘。
- 如申請專利範圍第1項之多層配線基板之製造方法,其中前述導電性糊劑係使用具有以下之組成者;(A)相對於含丙烯酸酯樹脂單體及環氧樹脂預聚物之樹脂構成成分100重量份;(B)包含熔點180℃以下的低熔點金屬及熔點800℃以上的高熔點金屬的金屬粉200~2200重量份;該熔點180℃以下的低熔點金屬僅為銦或為至少1種選自於由錫、鉛、鉍及銦組成之族群中的2種以上的合金;該熔點800℃以上的高熔點金屬為選自於由金、銀、銅及鎳組成之族群中的至少1種金屬及/或該族群選出的2種以上金屬之合金;(C)硬化劑0.5~40重量份,其含有酚系硬化劑0.3~35重量份;以及(D)助溶劑0.3~80重量份。
- 一種多層配線基板,係以申請專利範圍第1~4項中任1項記載的製造方法製造而成。
- 一種多層配線基板,係在預浸體設置通孔,在該通孔填充導電性糊劑,且在該經填充之導電性糊劑的上下配置銅箔或經圖案化之基材銅箔部分而成的多層配線基板,其特徵在於:前述預浸體是使用從60℃升溫到200℃的溫度曲線中,令貯藏彈性率從增加變為減少的反曲點時的貯藏彈性率為A,且令從減少變為增加的反曲點時的貯藏彈性率為B時,比率A/B低於10者,前述導電性糊劑係使用含有因加熱而相互發生合金化之2種以上金屬所組成的金屬粉者。
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