WO2002056651A1 - Carte de circuit imprime et sa production - Google Patents

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WO2002056651A1
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copper
conductive material
metal
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Toshio Sugawa
Satoshi Murakawa
Masaaki Hayama
Takeo Yasuho
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to an insulating substrate having a via hole filled with a conductive material, a circuit board having a conductive layer provided on both surfaces thereof, and a method for manufacturing the same.
  • a conventional circuit board has a so-called glass epoxy board, which is a glass woven cloth impregnated with an epoxy resin, as an insulating base material, and a copper foil attached to both sides thereof by a hot press or the like.
  • a pattern is formed by photo-etching the copper foil, a through-hole is formed by a drill, etc., and the inner wall of the through-hole is plated with copper, so that both sides of the through-hole are formed. Are connected.
  • the plating liquid When plating is applied to the inside of the through hole, the plating liquid does not easily enter there, and there is a case where an unfastened part is formed and electrical connection is not made, resulting in poor reliability.
  • the copper plating thickness becomes thinner at the back of the hole, causing electrical problems such as a large electrical resistance at the time of connection. Since it is difficult to mount components in the portion where the through-hole is formed and to mount a desired inner-layer through-hole in a multilayer laminated board, the pattern arrangement and process are restricted in the conventional board, and Miniaturization is also difficult.
  • Disclosure of the invention A step of filling a via hole formed in the insulating base material with a conductive material, a step of providing a conductive layer on both surfaces of the insulating base material, a constituent material of the conductive material, and the conductive layer And a step of alloying the constituent materials of the above.
  • the conductive material filled in the through via holes provided in the insulating base material and the conductive layers on both surfaces of the insulating base material are connected electrically and mechanically with high reliability.
  • FIGS. 1A to 1D are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a circuit board according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIGS. 2A to 2D are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a circuit board according to Embodiment 2 of the present invention.
  • 3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a circuit board according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the insulating base material 101 is a so-called glass epoxy substrate in which glass cloth is impregnated and coated with epoxy resin, a woven fabric of resin fibers such as aramide, a resin substrate in which nonwoven fabric is impregnated with resin such as epoxy, or a polyimide substrate.
  • This is a film substrate in which a resin such as an adhesive is applied to a resin film.
  • a hole (via hole) 102 is formed in the insulating base material 101 by a laser or a drill such as carbon dioxide gas or YAG.
  • the via hole 102 has a smaller hole diameter when formed with a laser than the mechanical method using a drill, and is smooth as if the periphery of the hole is melted. It is advantageous.
  • the conductive material 103 may be, for example, copper, an alloy of copper and silver, or a copper-coated 0.1 alloy with another metal such as silver or gold.
  • a paste-like material in which a granular metal such as a fine lump piece of about 50 m is mixed with an organic solvent or a resin is employed.
  • copper is the cheapest and spherical particles can be obtained, but by mixing metals such as silver and gold, which have a lower hardness and lower electric resistance than copper, or coat the surface, silver and gold are pressed in a later step by pressing. Gold deforms.
  • the conductive material 103 is filled by, for example, a method of printing the conductive material 103 from the opposite surface while vacuum-suctioning one side of the through via hole 102.
  • a copper foil is provided as a conductive layer 104 on both sides of the insulating base material 101 having the through via hole 102 filled with the conductive material 103. It is. At least a region of the conductive layer 104 that is in contact with the conductive material 103 has a metal 105 alloyed with copper attached thereto. The melting point of metal 105 is lower than that of copper. Alloys with copper.
  • the metal 105 is attached to the conductive layer 104 by a method such as plating or spraying a metal having a relatively low melting point, such as tin, zinc, silver, palladium, indium, and bismuth.
  • the metal 105 when the metal 105 is granular, the area of the contact point is smaller, and the reaction energy due to the pressure, temperature, etc. applied per unit area increases, and the metal 105 is easily alloyed. Then, the conductive layers 104 provided on both sides are pressed from the outside while heating at least at the pressure and temperature at which the insulating base material 101 and the conductive layer 104 are bonded to each other.
  • This temperature may be a temperature at which the alloying metal with copper is alloyed, and is a temperature of from 120 ° C. to 300 ° C., preferably from 200 ° C. to 270 °.
  • indium has a melting point of 157 ° C and bismuth has a melting point of 271 ° C together with tin, and reactions such as alloying start at a temperature of about 60 to 70% of the melting point. When energy such as force or mechanical motion is applied, the reaction is further promoted. Also, This alloyed layer can be alloyed with about 10% or less of the entire copper, especially when tin containing 2332.degree. This is a desirable state of strength.
  • zinc with melting points of 4 19 ° C, silver with 962 ° C, and palladium with a melting point of 554 ° C can form a diffusion layer, adhere, or be pressed even without alloying by melting. Therefore, the contact resistance can be greatly reduced.
  • a reaction layer 106 formed by adhesion, pressure bonding, and alloying is formed at a connection portion at a boundary between the conductive layer 104 and the conductive material 103 filled in the through via hole.
  • Copper for forming the reaction layer 106 and metal 105 which is alloyed with copper form a diffusion layer or an alloy layer only on the copper surface without almost melting copper. This increases the mechanical strength of the connection and reduces the resistance. Furthermore, since the low resistivity inherent to copper is maintained inside copper, a connection portion having low resistance and high mechanical strength can be obtained.
  • FIG. 2A to 2D are cross-sectional views of a circuit board according to Embodiment 2 of the present invention.
  • through via holes 202 are formed in an insulating substrate 201 such as a glass epoxy substrate, a resin substrate, or a film substrate as in the first embodiment.
  • the through-holes 202 formed in the insulating base 201 are filled with a conductive material 203 made of a metal that does not contain copper and is alloyed with copper.
  • the conductive material 203 is filled by, for example, a method of printing from one side of the through via hole 202 from the other side while vacuum-suctioning one side.
  • Conductive material 203 has a lower melting point than copper, and is mainly heated by a hot press that heats together with pressure, due to a reaction between metals, such as adhesion or pressure bonding, which is not dependent on temperature, or by pressure applied by a press described later Alloys with copper by energy.
  • a so-called soft metal having a relatively low melting point and small hardness such as tin, zinc, silver, palladium, conductive indium, and bismuth, is used. These are lead-free solder materials that do not use harmful lead.
  • the conductive material 203 other materials that do not contain copper have a relatively high melting point and high hardness.
  • a paste-like material mixed with an organic solvent or a resin is used.
  • a conductive layer 204 such as a copper foil is provided on both surfaces of an insulating substrate 201 having a through via hole 202 filled with a conductive material 203. . Then, pressing is performed while heating at a pressure and temperature at which the insulating substrate 201 and the conductive layer 204 are bonded at least from the outside of the conductive layer 204. At this temperature, the conductive material 203 and the copper of the conductive layer 204 cause a reaction such as alloying at 120 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, preferably 200 ° C. to 200 ° C. The temperature is 70 ° C.
  • the conductive material 203 is granular. Therefore, the area of the contact point is small, the reaction energy depending on the pressure and temperature applied per unit area increases, and alloying is easy, and the conductive material 203 has low hardness inside the through via hole 202. Because of the soft metal, it can be deformed by the pressure of the press to increase the contact area and reduce the resistance inside the via hole 202. Nickel-chromium and molybdenum with high hardness and melting point as the core material for coating And tungsten are effective, and the conductive material 203 is relatively Pressure by press for a degree lower soft metal acts more effectively. That can reduce the contact resistance by contact touch area increases not only the alloying of the conductive material 2 0 3 together with the press.
  • the reaction such as alloying starts at a temperature of about 60 to 70% of the melting point, and the reaction is further accelerated by applying energy such as pressure or mechanical motion.
  • energy such as pressure or mechanical motion.
  • this alloyed layer it is desirable to use an alloy containing about 10% or less of copper in tin in terms of resistance value ⁇ mechanical strength. Furthermore, even if alloying does not occur, a diffusion layer is formed, adhered or pressed, so that the contact resistance can be further reduced.
  • 3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a circuit board according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the via hole 302 is filled with a conductive material 303 containing copper and a metal alloyed with copper.
  • the conductive material 303 is filled by, for example, a method of printing from one side of the via hole 302 while vacuum-suctioning the other side.
  • the metal that forms an alloy with the copper of the conductive material 303 has a lower melting point than copper. Is alloyed with copper mainly by the reaction of thermal energy.
  • a soft metal having a relatively low melting point and a small hardness such as tin, zinc, silver, palladium, conductive indium, and bismuth
  • the conductive material 303 containing copper include copper coated with these metals and other metals having a relatively high melting point and high hardness, alloys of these metals and copper, or single metals.
  • a paste-like material in which a granular metal such as a fine lump piece of about 1 m to 50 m is mixed with an organic solvent or a resin is used.
  • a conductive layer 304 such as a copper foil is provided on both surfaces of an insulating base material 301 having a through via hole 302 filled with a conductive material 303. Then, from the outside of the conductive layer 304, pressing is performed while heating at least at the pressure and temperature at which the insulating base material 301 and the conductive layer 304 are bonded to each other.
  • the temperature of the conductive material The metal that forms an alloy with copper and the copper of the conductive layer 304 alloy with each other, and the copper of the conductive material 303 and the metal alloy with each other. The temperature is preferably from 200 ° C. to 270 ° C.
  • the pressure is preferably higher, but may be a pressure at which the insulating substrate 301 is not excessively crushed, for example, 200 kcm 2 or less. Since the conductive material 303 is granular, the area of the contact point is small, and the reaction energy depending on the pressure, temperature, etc. applied per unit area is large, and alloying is easy. In addition, since the conductive material 303 is formed of a soft metal having a small hardness inside the via hole 302, the conductive material 303 is deformed by the pressure of the press, so that the contact area is increased and the inside of the via hole 302 is increased. Resistance can be reduced.
  • the conductive material 303 As a core material coated in the conductive material 303, copper is effective because it is relatively inexpensive, has low electric resistance, and can obtain a finer spherical material. Even in other metals having a relatively high melting point and a high hardness, the pressure acts more effectively by pressing because the conductive material 303 contains a so-called soft metal having a relatively low hardness. That is, the pressing not only increases the contact area of the conductive materials 303 but also increases the contact area and decreases the contact resistance due to the metal having low electric resistance.
  • the content of copper in the conductive material 303 should be 50% or less from the resistance value, and if it is 10% or less, it is desirable in terms of resistance value and mechanical strength. Further, a diffusion layer is formed, adheres, or is bonded by pressure even without alloying, so that the contact resistance between the conductive material 303 and the conductive layer 304 can be greatly reduced.
  • connection portion As shown in FIG. 3D, copper and a metal alloyed with copper as described above are formed at the connection portion at the boundary between the conductive layer 304 and the conductive material 303 and in the through via hole 302 by pressing.
  • a cohesive, crimped and alloyed reaction layer 306 is formed.
  • copper and its metal need not substantially melt copper, and a diffusion layer or alloy layer may be formed only on the copper surface.
  • the mechanical strength of the reaction layer 310 is improved and the resistance is reduced, and the copper inherent low resistance is maintained inside the copper particles contained in the reaction layer 310.
  • a connection having low resistance and high mechanical strength can be obtained.
  • the reaction such as alloying starts at a temperature of about 60 to 70% of the melting point, such as pressure and mechanical movement. When this energy is applied, the reaction is further promoted.
  • a reaction layer in which the conductive layer and the conductive material adhere to each other, are bonded together, and are alloyed is formed.
  • Circuit board with low resistance and high mechanical strength by maintaining the low resistivity inherent in copper inside the copper contained in them. .
  • the resistance in the via hole of the conductive layer provided on both surfaces of the insulating base material is also reduced by the reaction layer inside the via hole.
  • mechanically fixing the connection portion mechanical strength is increased, and reliability is improved.
  • the via hole is filled with a conductive material, components can be mounted on the surface of the conductive layer in this portion, so that the size of the circuit board can be reduced and the wiring flexibility can be improved.
  • the same effect can be obtained in a circuit board having a so-called blind via hole in which a conductive layer is previously formed on one surface of a through via hole. Further, a similar effect can be obtained also in a multilayer substrate by repeatedly adopting the steps in the embodiment. Further, the same effect can be obtained in a circuit board in which a conductive layer is formed by transferring a metal foil on which a pattern is formed in advance.
  • the conductive layer is a copper foil, and the conductive material contains a metal alloying with copper.
  • the conductive layer is made of another conductive substance instead of copper, and the conductive material is made of such a material. The same effect can be obtained even if a substance that alloys with a substance is contained. Industrial applicability
  • the conductive material filled in the through via hole provided in the insulating base material and the conductive layers on both surfaces of the insulating base material are formed by alloying a part of the metal constituting these materials. It is electrically and mechanically connected with reliability and high reliability.

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Description

回路基板とその製造方法 技術分野
本発明は導電性材料を充填したビアホールを有する絶縁性基材とその両面に設 けられた導電性層を備えた回路基板とその製造方法に関する。 背景技術
近年の電子機器の小型化に伴い、 産業用にとどまらず広く民生機器の分野にお いても L S I等の半導体チップを実装できる回路基板を安価に供給することが強 く要望されてきている。 このような回路基板が実装密度の向上による小型化の目 的で微細な配線を多層に容易かつ高歩留まりに生産でき高い信頼性が得られるこ とが重要である。
従来の回路基板は、 絶縁基材としてガラス織布にエポキシ樹脂を含浸させたい わゆるガラエポ基板と、 その両面に熱プレス等によって貼り付けられた銅箔を有 する。 その回路基板では、 銅箔がフォトエッチングされてパターンが形成され、 ドリルなどによつて貫通穴が形成された後、 貫通穴の内側壁が銅でめつきされる ことによつて貫通穴の両面の配線層が接続される。
貫通穴の内側にめっきを行うときにはそこにめつき液が入り込みにくく、 めつ きされない部分ができて電気的に接続されないことがあり、 信頼性に欠ける。 さ らに銅のめっき厚さが穴の奥で薄くなり接続に際して大きな電気抵抗を生じるな ど電気的に不具合を生じる。 貫通穴の形成された部分に部品を搭載することや、 多層積層基板において所望の内層の貫通穴をめつきすることは困難であるため、 従来の基板ではパターンの配置や工程が制約され、 かつ小型化も困難である。 発明の開示 回路基板は絶縁性基材に形成されたビアホールに導電性材料を充填する工程と、 前記絶縁性基材の両面に導電性層を設ける工程と、 前記導電性材料の構成材料と 前記導電性層の構成材料とを合金化する工程とにより製造される。
その回路基板では、 絶縁性基材に設けられた貫通ビアホールに充填された導電 性材料と絶縁性基材両面の導電性層とが電気的且つ機械的に確実に高信頼性を保 つて接続される。 図面の簡単な説明
図 1 A〜図 1 Dは本発明の実施の形態 1における回路基板の製造方法を示す断 面図である。
図 2 A〜図 2 Dは本発明の実施の形態 2における回路基板の製造方法を示す断 面図である。
図 3 A〜図 3 Dは本発明の実施の形態 3における回路基板の製造方法を示す断 面図である。 発明を実施するための最良の形態
(実施の形態 1 )
図 1 A〜図 1 Dは本発明の実施の形態 1における回路基板の断面図である。 絶縁性基材 1 0 1はガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸 ·塗布したいわゆるガラ スエポキシ基板、 またはァラミドなどの樹脂繊維の織布ゃ不織布にエポキシなど の樹脂を含浸させた樹脂基板、 またはポリイミド等の樹脂フィルムに接着剤など の樹脂を塗布したフィルム基板である。 図 1 Aに示す如く、 絶縁性基材 1 0 1に 炭酸ガスや Y A G等のレーザもしくはドリルによつて貫通する穴 （ビアホール） 1 0 2が形成される。 ビアホール 1 0 2はドリルによる機械的手法よりもレーザ 一で形成された方が穴径は小さくしかも穴の周辺が溶融したように滑らかである ため、 後の工程での導電性材料の充填には有利である。
しかる後図 1 Bに示す如く、 絶縁性基材 1 0 1に形成されたビアホール 1 0 2 に導電性材料 1 0 3が充填される。 導電性材料 1 0 3としては、 例えば銅、 また は銅と銀の合金、 あるいは銅の表面に銀や金等他の金属をコートゃ合金化等した 0 . 1 zn！〜 5 0 m程度の微細な塊ゃ麟片等の粒状の金属を有機溶剤や樹脂と 混合したぺ一スト状の材料が採用される。 ここで銅が最も安価でしかも球状の粒 が得られるが、 銀や金など銅より硬度が低く電気抵抗の低い金属を混入したり表 面にコートすることによって、 後の工程でプレスによって銀や金が変形する。 し たがつて銅の接触面積増加とさらに電気抵抗の低い金属による接触抵抗を低くで きる。 導電性材料 1 0 3は、 例えば貫通ビアホール 1 0 2の片側を真空吸引しな がら反対面から導電性材料 1 0 3を印刷する方法により充填される。
次に図 1 Cに示す如く、 導電性材料 1 0 3が充填された貫通ビアホール 1 0 2 を有する絶縁性基材 1 0 1の両面に、 導電性層 1 0 4として例えば銅箔が設置さ れる。 導電性層 1 0 4の少なくとも導電性材料 1 0 3と接する領域には銅と合金 化する金属 1 0 5が付着している。 金属 1 0 5は銅より融点が低く、 後に説明す る工程のプレスによる圧力によって凝着、 圧着など温度によらない金属間の反応 や、 加圧と共に加熱する熱プレスでの主に熱エネルギーにより銅と合金化する。 金属 1 0 5は例えば錫、 亜鉛、 銀、 パラジュゥム、 インジユウム、 ビスマス等比 較的低融点の金属をめつきや溶射等の方法によって導電性層 1 0 4に付着する。 ここで金属 1 0 5は粒状である方が接触点の面積が小さく、 単位面積あたりに加 わる圧力、 温度などによる反応エネルギーが大きくなり合金化し易い。 そして、 両面に設置された導電性層 1 0 4は外側から、 少なくとも絶縁性基材 1 0 1と導 電性層 1 0 4が接着する圧力と温度で加熱しながらプレスされる。 この温度は銅 と合金化する金属が合金化する温度であれば良く、 1 2 0 °C以上で 3 0 0 °C以下 の温度、 好ましくは 2 0 0 °C〜2 7 0 である。 またこのときの圧力は高い方が 良いが絶縁性樹脂 1 0 1が潰れ過ぎない圧力例えば 2 0 0 k g Z c m2以下で良 い。 ここで、 インジユウムは 1 5 7 °C、 ビスマスは 2 7 1 °Cと錫と共に融点が低 く、 合金化などの反応が始まるのは融点の 6 0〜7 0 %程度の温度であるので圧 力や機械的運動等のエネルギーが加わればさらにその反応が促進される。 また、 この合金化した層では特に融点が銅の 1 0 8 4 °Cに対して 2 3 2 °Cの錫を含んだ 場合銅全体の 1 0 %以下程度と合金化することが抵抗値や機械的強度では望まし い状態である。 さらに、 融点が 4 1 9 °Cの亜鉛や 9 6 2 °Cの銀および 1 5 5 4 °C のパラジュゥムは溶融による合金化に至らずとも拡散層が形成されたり凝着や圧 着されるため接触抵抗を大きく低下することができる。
図 1 Dに示す如く、 導電性層 1 0 4と貫通ビアホールに充填された導電性材料 1 0 3の境界の接続部において凝着や圧着および合金化した反応層 1 0 6が形成 される。 反応層 1 0 6を形成するための銅および銅と合金化する金属 1 0 5は、 銅をほとんど溶融させなくても銅表面のみに拡散層や合金層を形成する。 これに よって接続部の機械的強度が向上し抵抗が小さくなる。 さらに銅の内部では銅本 来の低い抵抗率が保たれることによって低抵抗で且つ機械的強度の大きな接続部 が得られる。
(実施の形態 2 )
図 2 A〜図 2 Dは本発明の実施の形態 2における回路基板の断面図である。 図 2 Aに示す如く、 実施の形態 1と同様にガラスエポキシ基板や樹脂基板およ びフィルム基板等の絶縁性基材 2 0 1に貫通ビアホール 2 0 2が形成される。 し かる後図 2 Bに示す如く、 絶縁性基材 2 0 1に形成された貫通ビアホール 2 0 2 に銅を含まず銅と合金化する金属による導電性材料 2 0 3が充填される。 導電性 材料 2 0 3は、 例えば貫通ビアホール 2 0 2の片側を真空吸引しながら反対面か ら印刷する方法によって充填される。 導電性材料 2 0 3は銅より融点が低く、 後 に説明するプレスによる圧力によって凝着、 圧着など温度によらない金属間の反 応により、 または加圧と共に加熱する熱プレスでの主に熱エネルギーにより銅と 合金化する。 導電性材料 2 0 3として例えば錫、 亜鉛、 銀、 パラジュゥム、 導電 性インジユウム、 ビスマス等比較的低融点で且つ硬度の小さいいわゆる柔らかい 金属が採用される。 これらは有害な鉛を用いない鉛フリー半田の材料である。 な お、 導電性材料 2 0 3としては、 銅を含まない他の比較的融点が高く硬度の高い 金属、 または銅以外の金属の表面にその金属をコートしたもの、 その金属の合金、 または金属単体の 0 . 1 /2 m〜 5 0 zm程度の微細な塊ゃ麟片等の粒状の金属を 有機溶剤や樹脂と混合したペースト状の材料が採用される。
次に図 2 Cに示す如く、 導電性材料 2 0 3が充填された貫通ビアホール 2 0 2 を有する絶縁性基材 2 0 1の両面に銅箔等の導電性層 2 0 4が設置される。 そし て導電性層 2 0 4の外側から少なくとも絶縁性基材 2 0 1と導電性層 2 0 4が接 着する圧力と温度で加熱しながらプレスされる。 この温度は、 導電性材料 2 0 3 と導電性層 2 0 4の銅とが合金化などの反応が起こる 1 2 0 "C以上で 3 0 0 °C以 下、 好ましくは 2 0 0 〜2 7 0 °Cである。 またこの圧力は高い方が良いが絶縁 性基材 2 0 1が潰れ過ぎない圧力例えば 2 0 0 k g Z c m2以下で良い。 導電性 材料 2 0 3は粒状であるため接触点の面積が小さく、 単位面積当たりに加わる圧 力、 温度による反応エネルギーが大きくなり合金化し易い。 しかも、 貫通ビアホ ール 2 0 2の内部においては導電性材料 2 0 3が硬度の低い柔らかい金属を有す るのでプレスの圧力によって変形することで接触面積が増大し、 ビアホール 2 0 2内部での抵抗を小さくできる。 コートする場合の芯材として硬度と融点の高い ニッケルゃクロムおよびモリブデンやタングステンが有効で、 導電性材料 2 0 3 が比較的硬度の低い柔らかい金属であるためプレスによって圧力がより効果的に 作用する。 すなわちプレスによって導電性材料 2 0 3同士の合金化だけでなく接 触面積増加により接触抵抗を低くできる。
プレスによって図 2 Dに示す如く導電性層 2 0 4と貫通ビアホールに充填され た導電性材料 2 0 3の境界の接続部において、 前述のように銅と銅と合金化する 金属とが凝着や圧着および合金化して形成された反応層 2 0 6が形成される。 反 応層 2 0 6において銅および銅と合金化する導電性材料 2 0 3では、 銅はほとん ど溶融させなくても良い。 それは銅表面のみに拡散や合金による反応層 2 0 3が 形成されればよいからである。 これによつて接続部の機械的強度が向上し抵抗が 小さくなり、 しかも銅の内部では銅本来の低い抵抗率が保たれることによって低 抵抗で且つ機械的強度の大きな接続部が得られる。 反応層 2 0 6は実施の形態 1 で説明したと同様に、 合金化などの反応が始まるのは融点の 6 0〜7 0 %程度の 温度であり、 圧力や機械的運動等のエネルギーが加わればさらにその反応が促進 される。 この合金化した層では錫に銅 1 0 %以下程度含んだ合金とすることが抵 抗値ゃ機械的強度では望ましい状態である。 さらに、 合金化に至らずとも拡散層 が形成されたり凝着や圧着されたりするので接触抵抗をさらに低下できる。
(実施の形態 3 )
図 3 A〜図 3 Dは本発明の実施の形態 3における回路基板の製造方法を示す断 面図である。
図 3 Aに示す如く、 実施の形態 1および 2と同様にガラスエポキシ基板や樹脂 基板およびフィルム基板等の絶縁性基材 3 0 1に貫通ビアホール 3 0 2が形成さ れる。 しかる後図 3 Bに示す如く、 ビアホール 3 0 2に銅および銅と合金化する 金属を含有する導電性材料 3 0 3が充填される。 導電性材料 3 0 3は、 例えばビ ァホール 3 0 2の片側を真空吸引しながら反対面から印刷する方法によって充填 される。 導電性材料 3 0 3の銅と合金化する金属は、 銅より融点が低く後に説明 するプレスによる圧力によって凝着、 圧着など温度によらない金属間の反応や、 加圧と共に加熱する熱プレスでの主に熱エネルギーによる反応により銅と合金化 する。 その金属として例えば錫、 亜鉛、 銀、 パラジュゥム、 導電性インジユウム、 ビスマス等比較的低融点で且つ硬度の小さい柔らかい金属を採用する。 を含有す る導電性材料 3 0 3としては、 これらの金属が表面にコートされた銅や他の比較 的融点が高く硬度の高い金属、 これらの金属と銅の合金、 または金属単体の、 0 . 1 m〜5 0 m程度の微細な塊ゃ麟片等の粒状の金属を有機溶剤や樹脂などと 混合したペースト状の材料が採用される。
次に図 3 Cに示す如く、 導電性材料 3 0 3が充填された貫通ビアホール 3 0 2 を有する絶縁性基材 3 0 1の両面に銅箔等の導電性層 3 0 4が設けられる。 そし て導電性層 3 0 4の外側から少なくとも絶縁性基材 3 0 1と導電性層 3 0 4が接 着する圧力と温度で加熱しながらプレスされる。 この温度は導電性材料 3 0 3の 銅と合金化する金属と導電性層 3 0 4の銅とが合金化し、 かつ導電性材料 3 0 3 の銅とその金属とが合金化する 1 2 0 °C以上で 3 0 0 °C以下、 好ましくは 2 0 0 °C〜2 7 0 °Cが好ましい。 またこの圧力は高い方が良いが絶縁性基材 3 0 1が 潰れ過ぎない圧力例えば 2 0 0 k c m2以下で良い。 導電性材料 3 0 3は粒 状であるため接触点の面積が小さく、 単位面積当たりに加わる圧力、 温度などに よる反応エネルギーが大きくなり合金化し易い。 しかも、 ビアホ一ル 3 0 2の内 部においては導電性材料 3 0 3が硬度の小さい柔らかい金属で形成されているの でプレスの圧力によって変形することで接触面積が増大しビアホール 3 0 2内部 での抵抗を小さくできる。 導電性材料 3 0 3中でコ一トされる芯材として銅が比 較的安価で電気抵抗も低くさらに微細な球形のものが得られるため有効である。 他の比較的融点が高く硬度の高い金属においても、 導電性材料 3 0 3が比較的硬 度の低いいわゆる柔らかい金属を含有するのでプレスによって圧力がより効果的 に作用する。 すなわちプレスによって導電性材料 3 0 3同士の合金ィ匕ばかりでな く接触面積増加と電気抵抗の低い金属による接触抵抗が低下する。
導電性材料 3 0 3の銅は抵抗値から 5 0 %以下の含有率であれば良く 1 0 %以 下であれば抵抗値や機械的強度において望ましい。 さらに、 合金化に至らずとも 拡散層が形成されたり凝着や圧着されたりするため導電性材料 3 0 3と導電性層 3 0 4の接触抵抗を大きく低下できる。
プレスによって図 3 Dに示す如く導電性層 3 0 4と導電性材料 3 0 3との境界 の接続部および貫通ビアホール 3 0 2内において、 前述のように銅と銅と合金化 する金属とが凝着や圧着および合金化した反応層 3 0 6が形成される。 反応層 3 0 6においては銅とその金属とは、 銅をほとんど溶融させなくても良く銅表面の みに拡散層や合金層を形成すれば良い。 これによつて反応層 3 0 6は機械的強度 が向上し抵抗が小さくなり、 しかも反応層 3 0 6に含まれた銅粒子の内部では銅 本来の低い抵抗率が保たれることによつて低抵抗で且つ機械的強度の大きな接続 部が得られる。 反応層 3 0 6では実施の形態 1で説明したと同様に、 合金化など の反応が始まるのは融点の 6 0〜 7 0 %程度の温度であり、 圧力や機械的運動等 のエネルギーが加わればさらにその反応が促進される。
導電性層と貫通ビアホールに充填された導電性材料の境界の接続部において導 電性層と導電性材料とが凝着や圧着および合金化した反応層が形成される、 反応 層は大きなの機械的強度を有し低抵抗であり、 しかもそれらに含まれる銅の内部 では銅本来の低い抵抗率が保たれることによって低抵抗で且つ機械的強度の大き な接続部を有する回路基板が得られる。 さらにビアホール内部においても反応層 によって、 絶縁性基材の両面に設けられた導電性層のビアホールでの抵抗を小さ くする。 さらに接続部を機械的に固定することによって機械的強度が高まり、 信 頼性は向上する。 さらにビアホールは導電性材料によって充填されているのでこ の部分の導電性層の表面に部品を搭載でき回路基板の小型化や配線自由度も向上 する。
本発明においては貫通ビアホールの片面にあらかじめ導電性層を形成したいわ ゆるブラインドビアホールを有する回路基板においても同様の効果を得ることが できる。 さらに実施の形態での工程を繰り返し採用することによる多層基板でも 同様の効果が得られる。 さらに導電性層があらかじめパターン形成された金属箔 を転写することによって形成された回路基板でも同様の効果を得ることができる。 実施の形態では導電性層は銅箔であり、 導電性材料は銅と合金化する金属を含 有するが、 導電性層が銅の代りに他の導電性の物質からなり、 導電性材料がその 物質と合金化するものを含有しても同様の効果が得られる。 産業上の利用可能性
本発明による回路基板では、 絶縁性基材に設けられた貫通ビアホールに充填さ れた導電性材料と絶縁性基材両面の導電性層とが、 これらを構成する金属の一部 が合金化して電気的且つ機械的に確実且つ高信頼性を保って接続される。

Claims

請求の範囲
1 . ビアホールが形成された絶縁性基材と、
前記ビアホールに充填された導電性材料と
前記絶縁性基材の両面に設けられた導電性層と
前記導電性材料の構成材料と前記導電性層の構成材料とを含有する第 1の 合金と
を備えた回路基板。
2 . 前記導電性材料は内部に第 2の合金を含む、 請求の範囲第 1項に記載の回路 基板。
3 . 前記導電性層と導電性材料の少なくとも 1つは銅を含有し、
前記第 1の合金は銅を含有する、 請求の範囲第 1に記載の回路基板。
4. 前記導電性層は銅を含有し
前記第 1の合金は前記導電性層の銅を含有する、 請求の範囲第 1項のいず れかに記載の回路基板。
5 . 前記導電性材料は銅を含有し
前記第 1の合金は前記導電性材料の銅を含有する、 請求の範囲第 1に記載 の回路基板。
6 . 前記導電性材料は 5 O w t %以下の銅を含有する、 請求の範囲第 5項に記載 の回路基板。
7 . ビアホールが形成された絶縁性基材と、
前記ビアホールに充填された、 内部に合金を含む導電性材料と 前記絶縁性基材の両面に設けられた導電性層と
を備えた回路基板。
8 . 絶縁性基材に形成されたビアホールに導電性材料を充填する工程と、 前記絶縁性基材の両面に導電性層を設ける工程と、
前記導電性材料の構成材料と前記導電性層の構成材料とを合金化する工程 と
を含む、 回路基板の製造方法。
9 . 前記導電性層は銅を含有し、
前記導電性材料の前記構成材料は金属であり、
前記導電性材料は前記金属を含有する粒状物質を含む、 請求の範囲第 8項 に記載の方法。 1 0 . 前記金属の融点は銅のそれより低い、 請求の範囲第 9項に記載の方法。
1 1 . 前記導電性材料は銅を含有し、
前記導電性層はその表面に配された銅と合金化する金属を含有する粒状物 質を含む、 請求の範囲第 8項に記載の方法。
1 2 . 前記金属の融点は銅のそれより低い、 請求の範囲第 1 1項に記載の方法。
1 3 . 前記導電性材料は銅を含有し、
前記導電性材料は銅と、 銅と合金化する金属とを含有するし、
前記導電性材料の前記構成材料と前記導電性層の前記構成材料とを合金化 する前記工程は銅の少なくとも一部が合金化する工程を含む、 請求の範囲第 8項 に記載の方法。
1 4 . 前記金属の融点は銅のそれより低い、 請求の範囲第 1 3項に記載の方法。
1 5 . 前記導電性層を設ける前記工程は、 前記絶縁性基材に前記導電性層をプレ スする工程を含み、
前記導電性材料の前記構成材料と前記導電性層の前記構成材料とを合金化 する前記工程は、 前記導電性層をプレスする前記工程と同時に前記導電性材料を 圧縮する工程を含む、 請求の範囲第 8項に記載の方法。
1 6 . 前記導電性層を設ける前記工程は、 前記絶縁性基材に前記導電性層を加熱 プレスする工程を含み、
前記導電性材料の前記構成材料と前記導電性層の前記構成材料とを合金化 する前記工程は、 前記導電性層を加熱プレスする前記工程と同時に前記導電性材 料を圧縮と加熱する工程を含む、 請求の範囲第 8項に記載の方法。
1 7 . 前記導電性層の前記構成材料は銅を含有し、
前記導電性材料の前記構成材料は、 前記導電性層を加熱プレスする工程で の温度より低い融点の金属を含有する、 請求の範囲第 1 6項に記載の方法。 1 8 . 前記導電性層の前記構成材料は銅を含有し、
前記導電体材料の前記構成材料は錫、 亜鉛、 銀、 パラジュゥム、 インジュ ゥム、 ビスマスのいずれかを含有する、 請求の範囲第 1 6項に記載の方法。 補正書の請求の範囲
[2002年 5月 31日 （31. 05. 02) 国際事務局受理：出願当初の請求の範囲
1 - 18は補正された請求の範囲 1-17に置き換えられた。 （3頁） ]
1 . (補正後） ビアホールが形成された絶縁性基材と、
前記ピァホールに充填された導電性材料と
前記絶縁性基材の両面に設けられた導電性層と
前記導電性材料の構成材料と前記導電性層の構成材料とを含有する第 1の 合金と
前記導電性材料は内部に第 2の合金と
を備えた回路基板。
2 . (補正後） 前記導電性層と導電性材料の少なくとも 1つは銅を含有し、 前記第 1の合金は銅を含有する、 請求の範囲第 1に記載の回路基板。
3 . (補正後） 前記導電性層は銅を含有し
前記第 1の合金は前記導電性層の銅を含有する、 請求の範囲第 1項のいず れかに記載の回路基板。
4. (補正後） 前記導電性材料は銅を含有し
前記第 1の合金は前記導電性材料の銅を含有する、 請求の範囲第 1に記載 の回路基板。
5 . (補正後） 前記導電性材料は 5 0 w t %以下の銅を含有する、 請求の範囲 第 4項に記載の回路基板。 6 . (補正後） ビアホールが形成された絶縁性基材と、
前記ビアホールに充填された、 内部に合金を含む導電性材料と
前記絶縁性基材の両面に設けられた導電性層と 補正された用紙 （条約第 19条） を備えた回路基板。
7 . (補正後） 絶縁性基材に形成されたビアホールに導電性材料を充填するェ 程と、
前記絶縁性基材の両面に導電性層を設ける工程と、
前記導電性材料の構成材料と前記導電性層の構成材料とを合金化する工程 と
を含む、 回路基板の製造方法。 8 . (補正後） 前記導電性層は銅を含有し、
前記導電性材料の前記構成材料は金属であり、
前記導電性材料は前記金属を含有する粒状物質を含む、 請求の範囲第 7項 に記載の方法。 9 . (補正後） 前記金属の融点は銅のそれより低い、 請求の範囲第 8項に記載 の方法。
1 0 . (補正後） 前記導電性材料は銅を含有し、
前記導電性層はその表面に配された銅と合金化する金属を含有する粒状物 質を含む、 請求の範囲第 7項に記載の方法。
1 1 . (補正後） 前記金属の融点は銅のそれより低い、 請求の範囲第 1 0項に記 載の方法。
1 2 . (補正後） 前記導電性材料は銅を含有し、
前記導電性材料は銅と、 銅と合金化する金属とを含有するし、
前記導電性材料の前記構成材料と前記導電性層の前記構成材料とを合金化 補正された用紙 （条約第 19条） する前記工程は銅の少なくとも一部が合金化する工程を含む、 請求の範囲第 7項 に記載の方法。
1 3 . (補正後） 前記金属の融点は銅のそれより低い、 請求の範囲第 1 2項に記 載の方法。
1 4. (補正後） 前記導電性層を設ける前記工程は、 前記絶縁性基材に前記導電 性層をプレスする工程を含み、
前記導電性材料の前記構成材料と前記導電性層の前記構成材料とを合金化 する前記工程は、 前記導電性層をプレスする前記工程と同時に前記導電性材料を 圧縮する工程を含む、 請求の範囲第 7項に記載の方法。
1 5 . (補正後） 前記導電性層を設ける前記工程は、 前記絶縁性基材に前記導電 性層を加熱プレスする工程を含み、
前記導電性材料の前記構成材料と前記導電性層の前記構成材料とを合金化 する前記工程は、 前記導電性層を加熱プレスする前記工程と同時に前記導電性材 料を圧縮と加熱する工程を含む、 請求の範囲第 7項に記載の方法。
1 6 . (補正後） 前記導電性層の前記構成材料は銅を含有し、
前記導電性材料の前記構成材料は、 前記導電性層を加熱プレスする工程で の温度より低い融点の金属を含有する、 請求の範囲第 1 5項に記載の方法。
1 7 . (補正後） 前記導電性層の前記構成材料は銅を含有し、
前記導電体材料の前記構成材料は錫、 亜鉛、 銀、 パラジュゥム、 インジュ ゥム、 ビスマスのいずれかを含有する、 請求の範囲第 1 5項に記載の方法。
補正された用紙 （条約第 19条）
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