WO2004066316A1 - 導電性ペースト及びその製造方法並びにその導電性ペーストを用いた回路基板及びその製造方法 - Google Patents

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Yuichiro Sugita
Toshiaki Takenaka
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a conductive paste, a method of manufacturing the same, a circuit board using the conductive paste, and a method of manufacturing the same.
  • the present invention relates to a composition of a conductive paste used for a circuit-forming substrate used for various electronic devices, and in particular, to a conductive paste which can be used for filling a via hole for electrically connecting each layer in a multilayer substrate.
  • the present invention relates to a method for manufacturing a conductive paste, a circuit board using the conductive paste, and a method for manufacturing the same.
  • the circuit-forming substrate has an inner via hole structure using a conductive paste that can realize higher-density connection between layers at a specified position, instead of the connection between layers by through-hole processing and plating, which has been widely used in the past. Has been proposed.
  • FIGS. 7A to 7G are process cross-sectional views illustrating a conventional circuit forming substrate manufacturing process.
  • a release film 11 formed by applying a release agent such as a silicone resin to a PET (polyethylene terephthalate) film is applied to an insulating substrate 12. Prepare what is stuck on both sides of.
  • the insulating substrate 12 is, for example, a material obtained by impregnating a woven or nonwoven fabric made of inorganic or organic fibers with a thermosetting resin.
  • a composite material in which a glass fiber woven fabric is impregnated with an epoxy resin or a composite material in which an aramide fiber nonwoven fabric is impregnated with an epoxy resin has a semi-cured state, i.e., a B-stage pre-prepared resin.
  • a sheet is, for example, a material obtained by impregnating a woven or nonwoven fabric made of inorganic or organic fibers with a thermosetting resin.
  • a through hole 13 is formed at a predetermined position of an insulating substrate (prepredsheet) 12 made of a prepred sheet using a laser or a drill.
  • a conductive paste 14 is filled into the through hole 13 from above the release film 1.
  • the paste may be discharged from a nozzle such as a dispenser.
  • the insulating substrate (prepredder sheet) 12 may be filled from either side, but from the viewpoint of productivity and cost, it is realistic to use a tape (printer) tape as shown in Fig. 7C. (Not shown), and filling is often performed by a printing method using a squeegee 15 such as urethane rubber.
  • the releasable film 11 plays a role as a printing mask and a role as a contamination preventing film for the insulating substrate (prepredder sheet) 12.
  • FIG. 8A and FIG. 8B correspond to FIG.7E and FIG.7F, respectively.
  • FIG.8A and FIG.8B correspond to FIG.7E and FIG.7F, respectively.
  • These drawings schematically show a cross section of the vial table.
  • the conductive paste 14 has conductive particles 18 and a binder component 19 mainly composed of a thermosetting resin or the like. Agent.
  • the thickness of the insulating substrate (pre-preplated sheet) 1 2 is compressed from 1 ⁇ of FI G. 88 to t of FI G. 8 B by heating and pressing, and the conductive particles and the conductive particles and metal foil are compressed.
  • the conduction is obtained by the contact at the interface of 16.
  • the compression ratio of the base material can be expressed as follows.
  • Substrate compressibility (%) (t.—) no t. X 1 0 0)
  • t D is the thickness of the insulating substrate (pre-precipitate) 12 before heating and pressing and after heating and pressing, respectively.
  • the metal foil 16 on both sides is selectively etched to form a wiring pattern 17, thereby obtaining a circuit forming substrate.
  • the inner via connection technology using the conductive paste 14 has a relatively simple process, high productivity, and can realize a high-density circuit-forming substrate at relatively low cost. ⁇
  • the resistance value per via is extremely low, less than a few ⁇ , showing high connection reliability even in load tests by heating, humidification, and thermal shock.
  • FIG. 9 shows the cross-section of the insulating substrate (prepredder sheet) 12 after the conductive paste 14 shown in FI G. 7 C has been printed and filled into the through hole 13 using a squeegee 15.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view.
  • FIG. 9 shows a state in which a layer of the liquid binder component 19 is formed on the surface of the release film 11 and a small amount of the conductive particles 18 remain.
  • the liquid binder component 19 is filtered off from the conductive paste 14 and remains on the surface of the release film 11.
  • This process is a continuous printing process in which new insulating substrates (prepredder sheets) 12 are repeatedly filled one after another, so that the liquid binder is successively filtered off from the conductive paste, and the solid conductive material gradually becomes solid.
  • the conductive particles are rich, that is, the existence ratio of the conductive particles in the conductive paste increases, the viscosity increases.
  • thermosetting resin proceeds due to a change in the dispersion state of the conductive particles in the liquid binder component and the shearing shear stress.
  • This increase in viscosity significantly worsens the filling of fine through holes. Therefore, it is considered that the composition capable of suppressing the increase in the viscosity, that is, the reduction in the viscosity, leads to an improvement in the number of processed insulating substrates (prepredder sheets) 12.
  • this conductive paste has the following three problems, and it is difficult to solve all of them and achieve both the improvement of the reliability of the conductive connection and the cost reduction by improving the productivity. .
  • the conductive paste contain as many conductive particles as possible.
  • the mixing ratio at which the paste can be formed there is a limit to the mixing ratio at which the paste can be formed, and if the viscosity is too high, the filling property to the via is impaired.
  • the productivity in the step of filling the via with the conductive paste as described above, the number of processed insulating substrates (prepredder sheets) 12 is more effective as the viscosity of the conductive paste is lower. is there. Therefore, a low viscosity conductive base containing many conductive particles is required. Since the inner via hole is formed by heating and pressing the metal foil 16 and the insulating substrate 12, if a large amount of volatile components are contained in the conductive paste ⁇ ⁇ 4, the vapor inside the inner via hole during heating The pressure may increase and a connection failure may occur due to swelling. Therefore, the conductive paste must maintain low volatility.
  • the water content is low, and when a solvent is used for viscosity adjustment as used in a generally known paste for forming a thick film circuit, the amount of addition is limited, so that it is as small as possible. Is more desirable.
  • a binder mainly composed of a thermosetting resin is an important factor for the reliability of connection of the inner via hole.
  • the type of resin or hardener to be selected is determined according to the characteristics required for the circuit-forming substrate and the inner via hole, taking into consideration the matching with the insulating substrate (prepredder sheet) 12. For this reason, there may be a case where the selection based on the limitation of the resin viscosity cannot be freely performed or a case where the mixing ratio with the conductive particles cannot be freely blended.
  • the present invention solves the above problems. In other words, we want to include as many conductive particles as possible for the reliability of conductive connection. The conflicting demands of reducing the content of particles can be solved. It is another object of the present invention to provide a conductive paste suitable for a via-hole conductor, and to provide a circuit forming substrate using the same and a method for manufacturing the same. Disclosure of the invention
  • the conductive paste of the present invention is composed of primary particles and aggregated particles obtained by aggregating the primary particles, and has an average particle size of 0.5 to 20 tm and a specific surface area of 0.07 to 1.7 m 2 / g of the conductive particles and a binder mainly composed of a thermosetting resin.
  • the conductive paste Bok of the present invention has an average particle diameter of 0. 5 to 2 0 m, a specific surface area of 0.0 Ryo ⁇ . A 7 m 2 Z g, and at least two peaks of particle size distribution
  • This is a conductive paste composed of conductive particles having the following characteristics and a binder containing a thermosetting resin as a main component.
  • it is composed of conductive particles formed by mixing at least two or more conductive particles having different particle size distributions, and a binder containing a thermosetting resin as a main component.
  • the conductive paste of the present invention is composed of conductive particles formed by mixing at least two or more conductive particles having different particle size distributions, and a binder mainly containing a thermosetting resin.
  • the conductive particles in the conductive paste can be dispersed in a binder containing a thermosetting resin as a main component with improved dispersibility.
  • a conductive paste with reduced viscosity can be obtained.
  • the state of contact between the conductive particles inside the inner via hole can be improved, and variations in the state of contact can be eliminated.
  • a conductive paste is provided by a method of manufacturing a conductive paste including a step of preparing conductive particles, a step of mixing them, and a step of adding and kneading a binder to the conductive paste.
  • the conductive paste in the conductive paste is dispersed in a binder containing a thermosetting resin as a main component with good dispersibility, so that the viscosity of the conductive paste is reduced.
  • the contact state between the conductive particles inside one via hole can be improved, and the variation in the contact state can be eliminated.
  • This provides an excellent conductive paste that can both improve connection reliability and reduce costs by improving productivity, and realizes a highly reliable circuit board using the conductive paste. Is what you do.
  • the method for producing a circuit board of the present invention comprises the steps of: obtaining a primary particle average diameter; and obtaining an aggregated particle average diameter, in a method for measuring conductive particles including primary particles and aggregated particles obtained by aggregation of the primary particles.
  • the present invention provides a method for measuring conductive particles including a step of calculating by the following equation, whereby a conductive particle contained in a conductive paste is numerically measured. Then, based on such a measurement method, a conductive paste is manufactured, and a circuit-formed substrate is manufactured using the conductive paste.
  • the conductive particles in the conductive paste are dispersed in a binder containing a thermosetting resin as a main component by increasing the dispersibility, whereby the viscosity of the conductive paste is reduced, and The contact state between the conductive particles inside the inner via hole can be improved, and the variation in the contact state can be eliminated.
  • an excellent conductive paste that can achieve both improved connection reliability and reduced cost by improving productivity is provided, and a highly reliable circuit formation using the conductive paste is provided.
  • a substrate can be realized.
  • the circuit forming substrate of the present invention includes an insulating substrate and a plurality of wiring patterns formed on the insulating substrate. And a via-hole conductor for electrically connecting a wiring pattern to the wiring pattern.
  • the via-hole conductor is composed of primary particles and agglomerated particles obtained by aggregating primary particles, and has an average particle size of 0.5.
  • a conductive paste comprising conductive particles having a specific surface area of 0.07 to 1.7 m 2 Zg and a binder containing a thermosetting resin as a main component.
  • a conductive material having an average particle size of 0.5 to 20 Atm, a specific surface area of 0.07 to 1.7 m 2 / g, and having at least two peaks in the particle size distribution.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing conductive particles according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic diagram of other conductive particles according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. I s a schematic diagram of aggregating conductive particles different from the first embodiment of the present invention
  • FIG. 4A to FIG. 4B show the particle size distribution of the conductive particles according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing a correlation between cohesion, viscosity and resistance value
  • FIGS. 6A to 6G are diagrams showing a method for manufacturing a circuit-formed substrate of the present invention.
  • Figure, FI G. 7 A to FI G. 7 G are process diagrams showing a conventional method for manufacturing a circuit-formed substrate
  • FIG. 8 A to FI G. 8 B are processes showing the mechanism of the occurrence of conduction in the circuit-formed substrate.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a state after the conductive paste is filled into the through-hole.
  • Embodiment 1 will be described with reference to the drawings.
  • the cohesiveness and particle size distribution of metal powders such as copper, silver or gold, alloy powders, or metal powders coated with dissimilar metals, which are conductive particles constituting the conductive paste, are described.
  • High control As a device for measuring the particle size distribution of conductive particles, a laser diffraction / scattering type is widely used. In the powder industry, Nikkiso's microtrak is used for the wet type, and SYMPATECH ELOS is used for the dry type. Such devices are well known.
  • FIG. 1 is a plan view schematically showing the state of aggregation of the copper powder of the conductive paste according to the first embodiment.
  • copper particles as conductive particles according to the first embodiment are aggregates of spherical primary particles 1 and aggregated particles 2 in which two or more primary particles 1 are aggregated.
  • the average particle diameter 0.. 5 to 2 0 m
  • the specific surface area is 0. 0 7 ⁇ . 7 m 2 Z g
  • the degree of agglomeration is one. 6 0. This increases the chance of contact between the conductive particles and, as a result, has the effect of lowering the via hole conductor resistance.
  • the degree of aggregation is an index indicating the degree of aggregation of the aggregated particles, and can be defined as a value obtained by dividing the average diameter of the aggregated particles by the average diameter of the primary particles. That is, it can be expressed as (aggregation degree-average diameter of aggregated particles / average diameter of primary particles).
  • This method of measuring particle size distribution of deviation is not a measurement method that takes cohesiveness into consideration, so the results of the obtained particle size distribution and the viscosity of the conductive paste, the filling property to the via, and the resistance of the via-hole conductor It could not be completely correlated with the values. Therefore, the present invention takes into consideration the cohesiveness of the conductive particles and pays attention to the degree of agglomeration as an index.
  • the laser diffraction scattering method As an example of the method of measuring the degree of aggregation of the conductive particles according to the present invention, the laser diffraction scattering method Assuming that the average particle size obtained by using the particle size distribution measuring device described above is the average particle size of the aggregated particles, and the average particle size obtained from the image analysis of the SEM image is the average particle size of the primary particles, the degree of agglomeration is as described above.
  • Aggregation degree average diameter of aggregated particles / average diameter of primary particles
  • the SEM image is used for calculating the average primary particle diameter, but an image taken by a CCD camera or an optical microscope may be used.
  • data from a particle size distribution measuring device that processes particle information such as FPIA available from Sysmex Corporation or a multi-image analyzer from Beckman Cole Yuichi may be used.
  • the cohesiveness of the particles which could not be achieved by a single particle size distribution measuring device, can be given as the cohesion degree.
  • FIGS. 2 and 3 are plan views schematically showing conductive particles having a different degree of aggregation from the conductive particles described in FIG.
  • the aggregation in FIG.2 and FIG.3 was 3.90 and 1.000, respectively.
  • the conductive particles shown in FIG. 2 are more cohesive than those shown in FIG.
  • the conductive particles shown in FIG. 3 realize a separated state in which the primary particles 1 hardly aggregate.
  • the degree of agglomeration should be 1.0.
  • the difference between the primary particle and agglomerated particle measurement devices and the method of spherical approximation It has a slight variation due to factors such as:
  • the conductive particles according to the present invention preferably have an agglomeration degree in the range of 1.05 to 3.90. This reduces the paste viscosity while maintaining the connection reliability of the Malawi hole conductor. It can be kept low.
  • the cohesion is less than 1.05, the effect of reducing the viscosity of the conductive paste is remarkable, but the resistance value of the via hole conductor is deteriorated, and the reliability of the conductive connection is impaired.
  • the cohesion exceeds 3.90, the reliability of the conductive connection of the via-hole conductor can be satisfied, but the dispersibility of the conductive paste is not improved, and the effect of reducing the viscosity is reduced.
  • Various types of conductive particles can be candidates. However, in practice, it is preferable to select conductive particles formed by a chemical reduction method, an electrolytic method, a dry atomization method, or a pulverization method by a wet method.
  • a copper powder precipitated by a wet chemical reduction reaction is dried. The value of the cohesion degree of this copper powder was 4.60.
  • a method of controlling the degree of aggregation of the copper powder a method of alleviating the state of aggregation of individual particles and reducing the degree of aggregation of the particles by applying energy to the particles in the state of aggregation and subjecting them to a pulverizing treatment.
  • the energy may be applied by directly applying an air current such as a jet jet to the particles, or by applying the particles to a rotating device with centrifugal force so that wind energy is relatively applied.
  • an air classifier “Turbo Classifier” manufactured by Nisshin Engineering.
  • the primary use of this device is to classify particles according to particle size.
  • it was used for the purpose of giving wind energy to the aggregated particles.
  • the purpose was not to classify but to pulverize.
  • the amount of energy applied during pulverization was controlled by the rotation speed, the number of treatments, and the treatment time, etc., and several types of copper powder were obtained with a cohesion value of 1.60 and other values. .
  • the degree of aggregation is 3.90 or less, the lower the degree of aggregation, the greater the effect of reducing viscosity. Therefore, it can be subjected to a pulverizing process.
  • the conductive particles having an agglomeration degree of 2.5 may be subjected to a pulverizing treatment, and the agglomeration degree may be reduced to less than, eg, 1.60.
  • the conductive particles of the present invention desirably have a surface oxygen concentration of 1.0 wt% or less. Thereby, good conductor resistance with less oxide film on the conductor surface can be obtained.
  • the agglomeration degree exceeds 1.0 wt%, the electrical connection between the particles is prevented by the insulating layer of the surface oxide, and the oxygen atoms on the surface become one component of the binder mainly composed of the thermosetting resin.
  • a phenomenon such as an increase in the viscosity of the conductive paste accompanied by a chemical or physical bond with the conductive paste occurs.
  • the concentration of water adsorbed on the conductive particles is desirably 1 000 ppm or less, whereby a via hole conductor having excellent printing characteristics and high reliability can be formed.
  • concentration of the adsorbed water exceeds 1 000 ppm, the adsorption reaction is promoted, the pot life is shortened, the viscosity of the conductive paste is increased, and the printability is reduced. In addition, it may cause deterioration of the curability of the thermosetting resin.
  • concentration of adsorbed water can be relatively easily reduced to 1,000 ppm or less by drying the conductive particles.
  • the primary particles of the conductive particles in the present invention are spherical for convenience of explanation. However, if it is assumed that U particles are formed by a wet chemical reduction method, an electrolytic method, a dry atomization method, or a pulverization method, fine particles having irregularities instead of true spheres should be used. It should be understood that this is a clump of particles and includes particles with a slightly distorted shape.
  • copper powder with a cohesion of 1.60 obtained by subjecting copper powder formed by wet reduction method to conductive particles to 87.5 wt% was obtained.
  • the dimer acid diglycidyl ester type epoxy resin (Epicoat 871 manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.) was set to 10.9 wt%, and the amine adduct type hardener (Amicoh MY-24 manufactured by Ajinomoto Fine Techno Co., Ltd.) was set at 1.6 wt%.
  • the binder obtained by the addition was kneaded using a ceramic three-roll mill to obtain a conductive paste.
  • the content is set to 87.5 wt% using copper powder as the conductive particles, but the content in volume is important and differs depending on the specific gravity of the conductive particles used.
  • the content by volume of the conductive particles according to the present invention is desirably in the range of 30 to 70 V 0 I%, and when it exceeds 70 V O I%, the binder content is less than 30 V 0 I%.
  • the viscosity of the conductive paste increases significantly, making it extremely difficult to paste.
  • dimer acid diglycidyl ester type epoxy resin was used as the thermosetting resin as a component of the conductive paste.
  • some properties are added, for example, increasing the crosslink density, adding flexibility, and increasing the glass transition point (T g). can do.
  • glycidyl ether type epoxy resins such as bisphenol F type epoxy resin, bisphenol A type epoxy resin, bisphenol AD type epoxy resin, alicyclic epoxy resin, glycidylamine type epoxy resin, dalicidyl ester type epoxy resin Epoxy resins selected from resins and the like may be used alone or in combination of two or more.
  • a polyimide resin, a cyanate ester resin, a phenol resin resin, or the like may be used as one component of the binder.
  • the conductive paste described above is a solventless type.
  • solvent dispersing agents such as butyl cellulose, butyl cellulose, acetyl acetate, ethyl carbitol, ethyl carbyl, etc. May be added.
  • the amount of volatilization as a conductive paste be 4.owt? Or less based on the total weight. Thereby, high reliability of the Malawi hole conductor can be secured. If the amount of volatilization exceeds 4. Owt%, the volatile component inside the via hole increases, so that the reliability of the conductive connection of the via hole conductor is degraded or swelling occurs.
  • the viscosity of the obtained epoxy-based copper paste was measured with an E-type viscometer, and at 0.5 rpm (shear speed Is s') using an R14Z3 ° cone, It was 18 Pas, and at 5 rpm it was 38 Pas.
  • copper powders having different degrees of agglomeration were used, but the production method is the same as described above, and therefore the description is omitted, and the viscosity of the obtained conductive paste will be described in the following second embodiment.
  • FIGS. FIG.6A to FIG.6G are cross-sectional views showing the steps of manufacturing the circuit formation substrate according to the present invention.
  • a non-woven fabric of aramide fiber is impregnated with epoxy resin, and its thickness is 120 / Cm and its size is 50 OmmX 34 Omm in a semi-cured state (B stage).
  • a 20 m thick PET (polyethylene terephthalate) film formed by applying a release agent such as silicone to both sides of an insulating substrate (prepredder sheet).
  • a through-hole 13 with a via diameter of 200 tm was formed at a predetermined position of the insulating substrate (pre-precipitate) 12 (base material A) with a carbon dioxide gas laser.
  • the conductive paste 4 prepared in Embodiment 1 was put into the filling machine (not shown) from the top of the releasable film 11 and the through hole was formed. Filled into 13.
  • the releasable film 11 is used as a printing mask, ⁇ ) ⁇ 2 Plays a role as a pollution control film.
  • the release film 11 on both sides of the insulating substrate (pre-pre-dated sheet) 12 is peeled off, and then the insulating substrate (pre-prepared sheet) is removed as shown in FI G. 6E.
  • metal foil 16 from both sides of 12 sandwich it between 18 jm thick copper foils on both sides.
  • the insulating substrate (prepredder sheet) 12 and the metal foil 16 are bonded as shown in FIG. 6F.
  • the inside of the insulating substrate (prepreg sheet) 12 and the through hole 13 is filled, and the conductive paste 4 is compressed. Thereby, the metal foils 16 on both sides are electrically connected by the conductive paste 4.
  • the metal foil 16 on both sides is selectively etched to form a wiring pattern 17 to obtain a circuit forming substrate.
  • a copper foil having a surface roughness of 18 tm is used as the metal foil in Embodiment 2, but a single-sided copper foil may be used.
  • a copper foil with a carrier having a thickness of 3 or 12 ⁇ , which is thinner, or a metal foil other than the copper foil can be used.
  • the conditions for the heating and pressurization of the heat press may be set according to the composition of the selected insulating substrate (pre-precipitate) 12 or conductive paste.
  • the heating and pressing conditions in the second embodiment were set at a pressing temperature of 200 ° C., a pressure of 4.9 MPa (50 kgf Zcm 2 ), and a pressing time of 60 minutes.
  • a test pattern having a total of 30,000 via holes in which resistance measuring pieces each having 500 vias as a series circuit are arranged in 5 rows ⁇ 12 columns is provided. I tried to make.
  • a circuit forming substrate having a via diameter of ⁇ 150 im was obtained.
  • Viscosity is measured at R14 / 3 ° cone, 0.5rpm (Toki Sangyo RE-80U)
  • the board resistance value is the average value of the series resistance value for 500 via holes (including the wiring resistance of 0.7 ⁇ ).
  • the conductive particles of the conductive paste according to Embodiment 2 have a degree of agglomeration in the range of 105 to 3.90.
  • the substrate resistance value the average value of the series resistance values of the 500 vias is shown.
  • an extremely good electrical conductivity of 1 112 ⁇ (Example 2) to 1.28 ⁇ (Example 1) was obtained.
  • the agglomeration degree of the conductive particles exceeds 3.90, the viscosity of the conductive paste becomes extremely high due to the agglomeration property, and the through-holes 1 provided in the insulating substrate (prepredential) 12 The filling property when filling the conductive paste into 3 is impaired. Also, when the release film 11 is peeled off, the conductive paste adhered to the edge of the release film 11 portion of the through hole 13 remains as it is. The phenomenon of so-called "pasting" occurs when the film is released together with the releasable film.
  • the resistance value tends to increase, and the variation in the resistance value increases.
  • the number of processed insulating substrates (prepredder sheets) 12 that can be filled with vias for a certain amount of paste decreases.
  • productivity is deteriorated and cost requirements cannot be satisfied.
  • the tendency of the resistance value to deteriorate due to the agglomeration degree exceeding 3.90 was remarkable because the smaller the via diameter of the through hole 13 was, the more easily the resistance was affected.
  • the upper limit of the degree of aggregation of the conductive particles of the present invention is desirably 3.90 or less.
  • the conductive particles according to Embodiment 2 were obtained by drying copper powder precipitated by a wet chemical reduction reaction, and had a cohesion degree of 1.41 without being subjected to pulverization treatment.
  • An example using copper powder is shown in Example 3 of Table 1.
  • the viscosity and conductor resistance of the conductive paste tend to depend on the degree of cohesion, and even if the crushed copper powder is subjected to the crushing treatment. There was a similar tendency as in the case without.
  • controlling the degree of agglomeration without performing the pulverization treatment is not effective in controlling the coagulation degree, for example, in the case of a wet chemical reduction reaction, such as the reaction conditions such as the temperature, concentration, stirring state, and the temperature and temperature during drying. It is necessary to strictly control various conditions such as the amount of water absorption and the surface treatment agent for preventing aggregation. Therefore, the above-described method of externally applying energy to the aggregated particles to disintegrate the aggregated particles provides a simple, reliable, and inexpensive method for controlling the degree of aggregation. It is.
  • the average particle size is preferably in the range of 0.5 to 20 tm, and the specific surface area is in the range of 0.07 to 1.7. m 2 / g is preferable.
  • the average particle size is less than 0.5 Atm, the particle size is too small and the specific surface area becomes large, resulting in 1.7 m 2 / g, it becomes difficult to disperse the conductive particles in the binder at a high concentration.
  • the average particle size exceeds 20 m, the number of conductive particles filled in one via hole decreases, and as a result, the chance of contact between conductive particles and the contact area decreases, so that the substrate resistance value decreases. Invite a rise.
  • the specific surface area is 0. 0 7 m 2 / that is less than g and average particle size of the conductive particles and less 2 0 m is difficult, 1. 7 m 2 / g by weight, the conductive paste Bok of Since the viscosity is significantly increased, it is difficult to disperse the conductive particles at a high concentration.
  • FIGS. 4A and 4B are diagrams showing one example of the particle size distribution of the copper powder according to the third embodiment, and each diagram represents the same sample.
  • the copper powder used in the third embodiment is almost the same as that described in the second embodiment in the manufacturing method.
  • As a method of improving the dispersibility of the conductive paste two or more different particle diameters have peaks.
  • the conductive particles 3 used in the third embodiment have an average particle size of 0.2 to "! 0 m and a particle size having two or more peaks at 0.6 to 20 ⁇ m. If it exceeds the above range, the average particle size of the conductive particles is 0.5 to 20 m, and the specific surface area is 0.07 to 1.0.
  • FIG.4B1 and FIG.4B2 show a particle size distribution measurement chart measured with a microtrack that is a wet type laser diffraction / scattering type as a particle size distribution measuring device.
  • the frequency when particles are classified by particle size is plotted on the left vertical axis. It shows a frequency distribution.
  • the peak of the particle size distribution referred to here is a mountain-like portion that becomes the mode in a certain particle size range of the frequency distribution.
  • the part surrounded by a circle ( ⁇ ) corresponds to the peak.
  • the first peak is around 1 m and the second peak is around 6 Atm.
  • the average particle size of the conductive particles is the value of the particle size when the cumulative value of the frequency distribution becomes 50%, and the peak of the particle size distribution and the average particle size are used in different meanings.
  • the particle size distribution was measured using the laser diffraction scattering method here, but other methods such as the electric resistance method represented by the Kohl-Counter and the image processing method are the same.
  • two or more powders having different average particle size particle size distributions may be prepared and mixed using, for example, a V-type mixer. It is also possible to form three or more particle size distribution peaks by removing the intermediate particle size by classification. As a method that does not depend on mixing or classification, it is also possible to control the particle size during the reaction in, for example, a wet chemical reduction method. As another method, two or more nozzle injection ports may be provided in the atomization method to control the particle diameter. In any case, there is no particular limitation on the method of forming a peak in the particle size distribution.
  • FI G.4B1 and FI G.4B2 are the particle size distributions of the conductive particles according to the third embodiment, which were measured with the above-mentioned wet laser diffraction scattering microtrack as a particle size distribution measuring device.
  • the particle size distribution is shown.
  • the first peak of the particle size distribution has a peak near 1 tm, and the second peak has a peak near 6 Atm. 5 wt% and 95 wt% are mixed, respectively. Copper powder.
  • the average particle size is a value calculated from each frequency when the particles are classified according to the particle size, and refers to the particle size when the cumulative value is 50%.
  • the average particle size of the powder obtained by mixing is greatly different.
  • FI G. 4B is an example of measuring the particle size distribution of the same copper powder described above on a volume basis and a number basis.
  • the average particle diameters (D 5 ) are 6.04 and 1.03, respectively.
  • the particle size distribution of the conductive particles according to the conductive base of the present invention is characterized by having two or more peaks, and the calculation standard does not matter much. I want to go.
  • a circuit-forming substrate was formed by the same manufacturing method as in Embodiment 2, and the peak value of the particle size distribution of the copper powder used for the conductive paste of the present invention, the viscosity of the conductive paste, and the conductivity of via holes were determined.
  • the relationship with the transmission resistance will be described with reference to Table 2 and FIG.
  • Viscosity is measured at R14 / 3 ° cone, 0.5rpm (Toki Sangyo RE-80U)
  • Substrate resistance value is the average value of the series resistance value for 500 via holes (including wiring resistance 0.7 ⁇ ). Comparative Examples 3 and 4 in Table 2 have only one peak of the particle size distribution. And that the concentration was not controlled.
  • the conductive particles according to the present invention two or more peaks as described above, for example, as shown in the schematic diagram of FIG. 4A, a relatively large peak corresponding to the second peak of the particle size distribution is obtained.
  • a relatively small particle corresponding to the first peak of the particle size distribution enters between particles having a particle size, thereby suppressing aggregation of small particles or preventing small particles from being used for large particles.
  • a function that enhances dispersibility by playing a role like "co-mouth” appears. In other words, powders having different particle sizes exhibit fluidity, which is effective in reducing viscosity.
  • the mixing ratio can also be arbitrarily selected according to the via diameter of the through hole to be filled divided by the type and size of the conductive particles to be used.
  • a pre-preductor as a pre-preductor, a nonwoven fabric of aramide fiber impregnated with epoxy resin (aramide Z epoxy) and a woven fabric of glass fiber impregnated with epoxy resin are used.
  • the fibers Glass Z epoxy
  • PBO poly paraphenylene benzobisazole
  • PBI poly benzimidazole
  • PBZT polyparaphenylene benzene
  • thermosetting resin or thermoplastic resin such as polyimide resin, phenol resin, fluororesin, unsaturated polyester resin, PPE (polyphenylene ether) resin or cyanate ester resin
  • conductive particles obtained by adding a surface treatment agent such as an organic fatty acid / silane silane agent for the purpose of dispersing or preventing the conductive particles to the conductive particles are also used as the conductive particles according to the conductive paste of the present invention. It is possible to do. Industrial applicability
  • the present invention has an average particle size of 0.5 to 20 m, a specific surface area of 0.07 to 1.7 m 2 / g, and has a moderate
  • the conductive particles in which the aggregates are formed it is possible to supply a conductive paste having excellent fluidity and dispersibility.
  • the good fluidity and dispersibility of the conductive paste stabilizes the filling of the via and the contact between the conductive particles inside the via hole, and stably forms a high-quality via-hole conductor with little variation.

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Abstract

高品質なビアホール導体をバラツキ少なく安定的に形成し、高い接続信頼性を有する回路形成基板を実現する。一次粒子と一次粒子が凝集した凝集粒子で構成され、その平均粒径が0.5~20μm、比表面積が0.07~1.7m2/gの導電性粒子と、熱硬化性樹脂を主成分とするバインダーで構成されることを特徴とする導電性ペーストを提供し、それを用いて、高い接続信頼性を有し、かつ安価な回路形成基板を提供する。

Description

導電性ペース卜及びその製造方法並びにその導電性ペース卜を用いた回路基板及びその 製造方法 技術分野
本発明は、 各種電子機器に利用される回路形成基板に用いられる導電性ペース卜の組成、 とりわけ多層基板における各層間を電気的に接続するためのビアホール充填用として用い ることができる導電性ペース卜、 その導電性ペース卜の製造方法並びにその導電性ペース トを用いた回路形成基板及びその製造方法に関する。 背景技術
近年、 電子機器の急速な小型化 ·高密度化に伴って、 電子部品を搭載する回路形成基板 も従来の片面基板から両面、 多層基板の採用が進み、 より多くの回路を基板上に集積可能 な高密度回路形成基板の開発が行われている。
回路形成基板では、 従来広く用いられてきたスルーホール加工とめっきによる層間の接 続に代わって、 より高密度で所定の位置で層間の接続を実現できる導電性ペース卜を用い たィンナービアホール構造の回路形成基板が提案されている。
ィンナービアホール構造の回路形成基板は、 絶縁性のプリプレダシー卜の両面に離型性 フイルムをラミネート加工により張り付け、 このシ一卜にレーザーなどを用いて貫通穴を 形成する。 この貫通穴に導電性ペース卜を充填し、 離型性フイルムを剥離した後、 このプ リプレダシー卜の両面に金属箔を設置し加熱加圧することにより、 貫通穴のビアホール導 体 (インナ一ビアホール) を介して絶縁基板の両面に電気的接続を出現させるものである。 金属箔を選択的にェツチングすることにより所定のパターンに回路形成することができる ものである。 以下、 従来のィンナービアホール構造の回路形成基板の製造方法について図面を参照し て説明する。 F I G. 7 A〜F I G. 7 Gは、 従来の回路形成基板の製造工程を示す工程断 面図である。
まず、 F I G. 7 Aに示すように、 例えば P E T (ポリエチレンテレフ夕レー卜) フィ ル厶にシリコーン系などの離型剤を塗布して形成された離型性フイルム 1 1を絶縁基板 1 2の両側に張り合わせたものを準備する。
絶縁基板 1 2としては、 例えば無機物あるいは有機物の繊維からなる織布あるいは不織 布に、 熱硬化性樹脂を含浸させたものである。 代表的にはガラス繊維の織布にエポキシ樹 脂を含浸した複合材料やァラミド繊維の不織布にエポキシ樹脂を含浸した複合材料のェポ キシ樹旨を半硬化状態、 すなわち、 Bステージ状態のプリプレダシートを用いる。
次に F I G. 7 Bに示すように、 プリプレダシートで構成された絶縁基板 (プリプレダ シ一卜) 1 2の所定の位置にレーザーやドリルを用いて貫通穴 1 3を形成する。
次に F I G. 7 Cに示すように、 離型性フイルム 1 Ίの上から導電性ペース卜 1 4を貫 通穴 1 3の内部に充填する。 この充填にはディスペンサーなどのノズルからペース卜を吐 出させても良い。 また、 絶縁基板 (プリプレダシート) 1 2のどちらの面から充填しても 良いが、 生産性やコストの面から現実的には F I G. 7 Cに示すように、 印刷機のテープ ル (図示せず) に載せ、 ウレタンゴムなどのスキージ 1 5を用いた印刷法により充填を行 うことが多い。 このとき、 離型性フイルム 1 1は、 印刷マスクとしての役割と絶縁基板 (プリプレダシート) 1 2の汚染防止膜としての役割を果たしている。
次に F I G. 7 Dに示すように、 絶縁基板 (プリプレダシ一卜) 1 2の両面の離型性フ イルム Ί 1を剥離した後、 F I G. 7 Eに示すように絶縁基板 (プリプレダシート) 1 2 の両側から金属箔 1 6で挟み込む。 熱プレス機 (図示せず) を用いて加熱加圧することに より、 F I G. 7 Fに示すように絶緣基板 (プリプレダシート) 1 2と金属箔 1 6が接着 される。 同時に、 絶縁基板 (プリプレダシ一卜) 1 2及び貫通穴 1 3の内部に充填された 導電性ペース卜 1 4が圧縮される。 これにより、 両面の金属箔 1 6が導電性ペース卜 1 4 によって電気的に接続される。
この電気的導通発現のメカニズムをさらに F I G. 8 A, F I G. 8 Bを用いて説明する。 F I G. 8 A, F I G. 8 Bは、 それぞれ F I G. 7 E , F I G. 7 Fに対応している。 こ れらの図面はビア木ールの断面を模式的に示す図で、 導電性ペース卜 1 4は、 導電性粒子 1 8と熱硬化性樹脂などを主成分としたバインダー成分 1 9や添加剤とから構成されてい る。 加熱加圧によって絶縁基板 (プリプレダシート) 1 2の厚みが. F I G. 8八の1^から F I G. 8 Bの t ,へと圧縮され、 導電性粒子同士及び導電性粒子と金属箔 1 6の界面で接 触が起きることで導通を得るものである。 なお、 基材の圧縮率は次のように表すことがで さる。
基材圧縮率 (%) = ( t。— ) ノ t。X 1 0 0 )
ここで、 t D, は絶縁基板 (プリプレダシ一卜) 1 2のそれぞれ加熱加圧前、 過熱 加圧後の厚みである。
その後、 F I G. 7 Gに示すように、 両面の金属箔 1 6を選択的にエッチングして配線 パターン 1 7を形成することにより回路形成基板を得る。 導電性ペース卜 1 4を用いたィ ンナービア接続技術は、 プロセスも比較的簡便で生産性も高く、 比較的安価に高密度回路 形成基板を実現することができる。 〗 ビア当たりの抵抗値も数 ΓΠ Ω以下と極めて低く、 加熱や加湿、 熱衝撃による負荷試験においても高い接続信頼性を示す。
なお、 本発明に関連する先行技術としては、 例えば、 日本特許公開公報、 特開平 6— 2 6 8 3 4 5号公報に記載されている。
さて、 高密度回路形成基板として高速伝送が可能な高周波回路用途や半導体パッケージ などの微細な配線パターン用途や小型 ·軽量化を必要とする携帯型電子機器用途などには、 ィンナービアの低抵抗化と高信頼性化及び抵抗値のバラツキの低減といった導通接続信頼 性の改善が重要である。 また民生用として携帯電話等の電子機器に用いる場合、 その製造 コストへの要求は厳しいものであった。
既に説明した F I G. 8 A、 F I G. 8 Βから推測できるとおり、 インナービアの導通接 続信頼性を改善するには、 導電性粒子同士の接触状態に着目する必要がある。 また、 コス 卜面では、 一定のペース卜量に対して出来るだけ多くの回路形成基板を製造することがコ ス卜低減に直結するため、 ビア充填する絶縁基板 (プリプレダシ一卜) 1 2の処理枚数の 向上、 すなわち、 生産性の向上によるコス卜低減が強く要望されていた。
F I G. 9は、 F I G. 7 Cに示した導電性ペース卜 1 4を貫通穴 1 3にスキージ 1 5を 用いて印刷充填した後の、 絶縁基板 (プリプレダシート) 1 2の断面を模式的に示した断 面図である。
F I G. 9は離型性フイルム 1 1の表面に液状バインダー成分 1 9の層ができ、 少量の 導電性粒子 1 8が残存している状態を示している。
このように、 導電性ペース卜 1 4の充填プロセスにおいては、 導電性ペース卜 1 4から 液状のバインダー成分 1 9が濾し取られて離型性フイルム 1 1の表面に残る。
このプロセスは次々に新しい絶縁基板 (プリプレダシート) 1 2への充填を繰り返す連 続印刷となるので、 導電性ペース卜から次々に液状バインダーが濾し取られることになリ、 徐々に固体の導電性粒子がリッチな状態、 すなわち、 導電性ペース卜中の導電性粒子の存 在比率が上昇するため、 粘度の上昇が起こってしまう。
また、 導電性ペース卜の充填プロセスにおいては、 導電性粒子の液状バインダー成分へ の分散状態の変化や、 スキージングのシェァ応力によつて熱硬化性樹脂の硬化進行が進む ものと推測できる。 この粘度上昇は微細な貫通穴への充填を著しく悪化させる。 このため、 これらの粘度上昇を抑えることができる組成すなわち低粘度化が、 絶縁基板 (プリプレダ シート) 1 2の処理枚数を向上させることにつながると考えられる。
しかしながら、 この導電性ペース卜には以下に示すような 3点の課題があり、 それらを すべて解決し、 導通接続信頼性の改善と、 生産性の向上によるコスト低減を両立させるに は困難が伴う。
(課題 1 )
ィンナービアホール内に導電性を担う導電性粒子の存在比率が大きければ、 導体抵抗が 低減できるのは事実である。 そのため、 導電性ペース卜には出来るだけ多くの導電性粒子 を含有させる必要がある。 しかしながら、 固体の導電性粒子と液状のバインダーとの混合 においては、.ペース卜化が可能な混合比には限度があり、 また粘度が高すぎるとビアへの 充填性が損なわれる。
生産性については、 先に説明したとおりビアに導電性ペース卜を充填させる工程におい て、 その絶縁基板 (プリプレダシート) 1 2の処理枚数は導電性ペース卜の粘度が低けれ ば低いほど有効である。 したがって、 多くの導電性粒子を含有した粘度の低い導電性べ一 ス卜が求められる。 金属箔 1 6と絶縁基板 1 2を加熱加圧することによりインナービアホールを形成するこ とから、 導電性ペースト Ί 4中に揮発成分が多く含まれていると、 加熱時にインナ一ビア ホール内部の蒸気圧が増加し、 膨れによる接続不良が発生する可能性がある。 そのため導 電性ペース卜は低揮発性を保持する必要がある。
つまり、 水分含有量は低い方が望ましく、 また一般に知られた厚膜回路形成用ペース卜 に用いるような粘度調整用として溶剤を用いる場合、 その添加量には限度があるため、 で きるだけ少ない方が望ましい。
(課題 3 )
熱硬化性樹脂を主成分としたバインダ一は、 ィンナービアホールの接続の信頼性に対し て重要な要因となる。 このため絶縁基板 (プリプレダシート) 1 2とのマッチングも考慮 に入れた上で、 回路形成基板及びインナービアホールへの要求特性により、 選択される樹 脂や硬化剤の種類が決定される。 そのため、 樹脂粘度の限定を前提とした選択が自由にで きない場合があったり、 さらには導電性粒子との混合比率も自由に配合できない場合が起 こり得る。
本発明は、 上記の課題を解決するものである。 つまり導通接続信頼性に対してはできる だけ多くの導電性粒子を含有させたいが、 一方で生産性を向上させるために極力、 導電性 粒子の含有量を抑えると言った相反する要求をも解決することができる。 また、 ビアホー ル導体用に好適な導電性ペース卜を提供することができるものであり、 それを用いた回路 形成基板、 及びその製造方法を提供することを目的とするものである。 発明の開示
本発明の導電性ペース卜は、 一次粒子と一次粒子が凝集した凝集粒子で構成され、 その 平均粒径が 0 . 5〜 2 0 t m、 比表面積が 0 . 0 7 ~ 1 . 7 m2/ gの導電性粒子と、 熱 硬化性樹脂を主成分とするバインダ一で構成されるものである。
また、 本発明の導電性ペース卜は、 平均粒径が 0 . 5〜2 0 m、 比表面積が 0 . 0 了〜〗 . 7 m2Z gであり、 かつ粒度分布のピークを少なくとも 2以上を有した導電性粒 子と、 熱硬化性樹脂を主成分とするバインダーで構成された導電性ペース卜である。 また は少なくとも 2以上の異なる粒度分布の導電性粒子を混合して形成した導電性粒子と、 熱 硬化性樹脂を主成分とするバインダーで構成されている。
また、 本発明の導電性ペース卜は、 少なくとも 2以上の異なる粒度分布の導電性粒子 を混合して形成した導電性粒子と、 熱硬化性樹脂を主成分とするバインダ一で構成されて いる。
本発明はこれらによって、 導電性ペース卜中の導電性粒子を熱硬化性樹脂を主成分と するバインダーに、 分散性を高めて分散させることができる。 これにより、 粘度を抑えた 導電性ペース卜を得ることができる。 かつインナービアホール内部での導電性粒子同士の 接触状態を改善するとともに、 その接触状態のバラツキを排除することができる。 これに より、 接続信頼、性の向上と、 生産性の向上によるコスト低減を両立することのできる回路 形成基板、 及びその製造方法を提供することができる。
また本発明の導電性ペース卜の製造方法は、 導電性粒子を準備する工程と、 導電性粒子 の凝集度 (凝集度 =凝集粒子平均径 一次粒子平均径) を測定する工程と、 凝集度の測定 結果に応じて導電性粒子に解粒処理を施す工程と、 それにバインダ一を加え混練する工程 を備えた導電性ペース卜の製造方法である。 或いは粒度分布のピークを少なくとも 2以上 を有した導電性粒子を準備する工程と、 それにバインダ一を加え混練する工程を備えた導 電性ペース卜の製造方法、 あるいは少なくとも 2以上の異なる粒度分布の導電性粒子を準 備する工程と、 それらを混合する工程と、 それにバインダーを加え混練する工程を備えた 導電性ペース卜の製造方法により導電性ペース卜を提供し、 それを用いて回路形成基板を 製造することである。
これによれば、 導電性ペース卜中の導電性粒子を熱硬化性樹脂を主成分とするバインダ 一に、 分散性良く分散させることで、 粘度を抑えた導電性ペース卜であって、 かつインナ 一ビアホール内部での導電性粒子同士の接触状態を改善するとともに、 その接触状態のバ ラツキを排除することができる。 これにより、 接続信頼性の向上と、 生産性の向上による コスト低減を両立することのできる優れた導電性ペース卜を提供し、 その導電性ペース卜 を用いた信頼性の高い回路形成基板を実現するものである。
また本発明の回路基板の製造方法は、 一次粒子と一次粒子が凝集した凝集粒子を含む導 電性粒子を計測方法するにあたり、 一次粒子平均径を得る工程と、 凝集粒子平均径を得る 工程と、 次式により算出する工程を備えた導電性粒子の計測方法を提供し、 これによリ導 電性ペース卜に含まれる導電性粒子を数値的に計測するものである。 そして、 こうした計 測方法に基づき、 導電性ペース卜を製造し、 その導電性ペース卜を用いて回路形成基板を 製造するものである。
これによリ、 導電性ペース卜中の導電性粒子を熱硬化性樹脂を主成分とするバインダー に、 分散性を高めて分散させることで、 粘度を抑えた導電性ペース卜であって、 かつイン ナービアホール内部での導電性粒子同士の接触状態を改善するとともに、 その接触状態の バラツキを排除することができる。 これにより、 接続信頼性の向上と、 生産性の向上によ るコス卜低減を両立することのできる優れた導電性ペース卜を提供し、 その導電性ペース 卜を用いた信頼性の高い回路形成基板を実現することができる。
また本発明の回路形成基板は、 絶縁基板と、 その絶縁基板に形成された複数の配線パ夕 ーンと、 配線パターンを電気的に接続するビアホール導体を具備する回路形成基板であつ て、 ビアホール導体として、 一次粒子と一次粒子が凝集した凝集粒子で構成され、 その 平均粒径が 0. 5 ~ 2 0 At m、 比表面積が 0 . 0 7〜1 . 7 m2Z gの導電性粒子と、 熱 硬化性樹脂を主成分とするバインダーで構成されることを特徴とする導電性ペース卜、 ま たは平均粒径が 0. 5 ~ 2 0 At m、 比表面積が 0 . 0 7 ~ 1 . 7 m2/ gであリ、 かつ粒 度分布のピークを少なくとも 2以上を有した導電性粒子と、 熱硬化性樹脂を主成分とする バインダ一で構成された導電性ペース卜、 または少なくとも 2以上の異なる粒度分布の導 電性粒子を混合して形成した導電性粒子と、 熱硬化性樹脂を主成分とするバインダ一で構 成された導電性ペース卜を用いるものである。 図面の簡単な説明
F I G. 1は、 本発明の実施の形態 1に係る導電性粒子を示す模式図、 F I G. 2は本発 明の実施形態 1に係る他の導電性粒子の模式図、 F I G. 3は、 本発明の実施の形態 1と は異なる凝集性の導電性粒子の模式図、 F I G. 4 A〜F I G. 4 Bは本発明の実施の形態 3に係る導電性粒子の粒度分布を表す図、 F I G. 5は、 凝集度と粘度及び抵抗値との相 関関係を表す図、 F I G. 6 A〜F I G. 6 Gは、 本発明の回路形成基板の製造方法を示す 工程図、 F I G. 7 A~ F I G. 7 Gは従来の回路形成基板の製造方法を示す工程図、 F I G. 8 A~ F I G. 8 Bは回路形成基板の導通発現のメカニズムを示す工程図、 F I G. 9 は導電性ペース卜の貫通穴への充填後の状態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 )
実施の形態 1について図面を参照しながら説明する。
本発明の特徴を端的に述べるならば、 導電性ペース卜を構成する導電性粒子である銅, 銀または金等の金属粉末, 合金粉末または異種金属被覆金属粉末の凝集性及び粒度分布を 高度に制御することにある。 なお、 導電性粒子の粒度分布の測定装置は、 レーザー回折散 乱式が広く普及しており、 粉体工業界において、 湿式では日機装社製のマイクロ卜ラック、 また、 乾式では S Y M P A T E C H社製の E L O Sと言った装置が良く知られている。
F I G. 1は実施の形態 1に係る導電性ペース卜の銅粉末の凝集状態を模式的に示した 平面図である。 F I G. 1に示すように実施の形態 1に係る導電性粒子としての銅粒子は、 球形である一次粒子 1と、 一次粒子 1が 2つ以上が凝集した凝集粒子 2の集合体である。 その平均粒径は 0 . 5〜 2 0 m、 比表面積は 0 . 0 7〜 . 7 m2Z gであり、 凝集度 は 1 . 6 0である。 これにより導電性粒子同士の接触する機会を高め、 その結果ビアホー ル導体抵抗値を下げるという効果が得られる。
ここで、 凝集度とは凝集粒子の凝集度合いを表す指標であって、 凝集粒子の平均径をー 次粒子の平均径で除した値として定義することができる。 すなわち、 (凝集度-凝集粒子 平均径//一次粒子平均径) として表すことができる。
さて、 上述のレーザー回折散乱式の粒度分布は、 数個の粒子が凝集している場合、 個々 の粒子すなわち一次粒子の粒径の計測ではなく凝集単位での計測となってしまうことが起 こり得る。 したがって、 導電性粒子のような凝集粒子を含んだ粒子の集合体を計測した場 合、 得られた粒度分布の結果は凝集粒子を一つの粒子として算出したものとなり、 実際の 粒子の粒度分布を反映していないことになる。
一方、 粒子を凝集の有無に係らず、 1個の粒子すなわち一次粒子まで分割して粒度分布 を計測する方法として、 粒子を S E M (走査型電子顕微鏡) を用いて観察した観察像を画 像解析することで、 一次粒子の球形に近似した粒度分布が得られる。
この 、ずれの粒度分布計測方法にお L、ても凝集性を考慮した計測方法ではないので、 得 られた粒度分布の結果と導電性ペース卜の粘度やビアへの充填性、 ビアホール導体の抵抗 値等と完全には相関が取れなかった。 そこで、 本発明は、 導電性粒子の凝集性を考慮し、 指標としてその凝集度に着目したものである。
本発明に係る導電性粒子の凝集度の計測方法の一例としては、 このレーザー回折散乱式 の粒度分布計測装置を用いた平均粒径を凝集粒子平均径とし、 S E M像の画像解析から得 られる平均粒径を一次粒子平均径とすると凝集度は前にも述べたとおリ、
凝集度 =凝集粒子平均径 /一次粒子平均径
として算出する。
なお実施の形態 1では、 一次粒子平均径の算出に S E M像を用いたが C C Dカメラや 光学顕微鏡で撮影した像を用いても良い。 例えばシスメックス社から市販されている F P I Aやベックマン ·コール夕一社のマルチイメージアナライザ一のような粒子情報を画像 処理する方式の粒度分布計測装置のデータを用いても良い。
このように、 本発明によれば、 これまで単独の粒度分布計測装置では成し得なかった粒 子の凝集性を凝集度として与えることができる。
また、 導電性ペース卜の粘度やビアへの充填性だけでなく、 例えば F I G. 8に示した 充填プロセスにおいて、 離型性フイルム 1 1の表面に導電性粒子が残ってしまう現象、 い わゆる粒子径だけでなく粒子の凝集性によってバラツキをもつことについても、 凝集度を 用いることによつて説明することができる。 すなわち凝集度を管理することによつて上記 の課題を解決することができる。
F I G. 2及び F I G. 3は、 F I G. 1で説明した導電性粒子と異なる凝集度となる導 電性粒子を模式的に示した平面図である。 それぞれ F I G. 2及び F I G. 3においての凝 集度はそれぞれ 3 . 9 0及び 1 . 0 0であった。
F I G. 2に示した導電性粒子は、 F I G. 1に示したそれよりも凝集性が強い。 また F I G. 3に示した導電性粒子は一次粒子 1の凝集がほとんどみられない分離された状態を 実現したものである。 理論的に凝集度は 1 . 0 0になるべきものであるが、 実際の計測値 からの凝集度の算出にお L、ては、 一次粒子と凝集粒子の計測装置の違いや球形近似の方法 などにより若干バラツキをもっている。
なお、 本発明に係る導電性粒子としては、 凝集度が 1 . 0 5 ~ 3 . 9 0の範囲のものが 特に望ましい。 これによリビアホール導体の接続信頼性を保持したまま、 ペース卜粘度を 低く抑えることができる。
凝集度が 1 . 0 5未満では、 導電性ペース卜の粘度の低減効果は著しいが、 反面ビアホ ール導体の抵抗値は悪化し、 導通接続信頼性が損なわれる。 一方、 凝集度が 3 . 9 0を超 えるとビアホール導体の導通接続信頼性は満足できるが、 導電性ペース卜の分散性は改善 されず、 また粘度低減効果も低下する。
次にこのような適度に凝集体を形成した凝集粒子を得る方法について説明する。 導電性 粒子は、 様々な種類のものが候補となり得る。 しかし、 現実には湿式による化学還元法や 電解法あるいは乾式によるァ卜マイズ法あるいは粉砕法によリ形成した導電性粒子を選ぶ と良い。 実施の形態 1においては、 湿式の化学還元反応によって析出させた銅粉末を乾燥 させたものを用いた。 この銅粉末の凝集度の値は 4 . 6 0であった。 この銅粉末の凝集度 を制御する方法としては、 個々の凝集状態を緩和する方法で、 凝集状態の粒子にエネルギ 一を与えて解粒処理を施すことにより粒子の凝集度を下げるものである。
エネルギーの与え方としては、 粒子に直接ジエツ卜噴流などの気流を当てても良いし、 粒子を遠心力を伴う回転性の装置に投入して、 相対的に風力エネルギーが加わるようにし ても良い。 ここでは日清エンジニアリング社製の空気分級機 「ターボクラシファイア」 を 用いて解粒処理を施した。
この装置の本来の使用方法は粒子を粒径により分級することにある。 本発明においては 凝集粒子に風力エネルギーを与えることを目的として用いた。 すなわち、 分級する目的で はなく解粒を目的とした。 解粒時に与えるエネルギーの大小を回転速度や処理回数及び処 理時間等により解粒の強さをコントロールして、 凝集度の値が 1 . 6 0をはじめとした数 種類の銅粉末を得た。
以上のような導電性粒子が湿式法や乾式法によって形成された際に生じる凝集を、 解粒 処理によって凝集を解きほぐすことによって、 その結果、 導電性ペース卜の粘度を貫通穴 への印刷充填に適した粘度に低減させることができるという効果が得られる。
なお、 凝集度が 3 . 9 0以下となっていても、 凝集度が低い方が粘度の低減効果が大き いので、 解粒処理を施すことができる。 例えば、 凝集度 2. 5であった導電性粒子を解粒 処理し、 凝集度をそれ以下、 例えば 1. 60とすることも可能である。 さらに、 本発明の 導電性粒子としては表面酸素濃度が 1. 0wt%以下であることが望ましい。 これにより 導体表面の酸化膜の少ない良好な導体抵抗が得られる。 なお、 凝集度が 1 · 0wt%を超 えると表面酸化物の絶縁層によリ粒子同士の電気的接続を妨げたリ、 表面の酸素原子が熱 硬化性樹脂を主成分としたバインダ一成分との化学的あるいは物理的な結合を伴い導電性 ペース卜の粘度を上昇させるといった現象が発生する。
また、 導電性粒子の吸着水濃度は 1 000 p pm以下であることが望ましく、 これによ り印刷特性に優れかつ信頼性の高いビアホール導体を形成することができる。
吸着水濃度が 1 000 p pmを超えると、 吸着反応が促進されポッ卜ライフが短くなリ、 導電性ペース卜の粘度を上昇させ印刷性が低下する。 また、 熱硬化性樹脂の硬化性を悪化 させる原因にもなる。 なお、 導電性粒子を乾燥させることによって比較的容易に吸着水濃 度を 1 000 p pm以下とすることができる。
なお、 本発明においての導電性粒子は説明の都合上一次粒子を球状のものとした。 しか し、 湿式による化学還元法や電解法あるいは乾式によるァ卜マイズ法あるいは粉砕法によ U粒子を形成することが前提となる場合は、 真球ではなく凹凸があつたリ微細な結晶粒か らなる塊であって、 やや歪んだ形状の粒子も含まれていることを理解されたい。
次に上記の銅粉末を配合した実施の形態 1に係る導電性ペース卜の製造方法について説 明する。
上述したように導電性粒子として湿式還元法で形成した銅粉末を解粒処理を施して得た 凝集度が 1. 60 (F I G. 1に示す) の銅粉末を 87. 5 w t %に対して、 ダイマー酸 ジグリシジルエステル型エポキシ樹脂 (ジャパンエポキシレジン社製ェピコ一卜 871 ) を 1 0. 9wt%として、 アミンァダクト型硬化剤 (味の素ファインテクノ社製アミキュ ァ MY— 24) を 1. 6wt %添加して得たバインダーを、 セラミック 3本ロール機を用 いて混練し、 導電性ペース卜を得た。 適度な凝集体を形成した導電性粒子をバインダー中に均一分散させることによってビア ホール導体の接続信頼性を確保できるとともに流動性を確保できるという作用効果が得ら れる。
実施の形態 1では導電性粒子として銅粉末を用いて含有量を 8 7 . 5 w t %としたが、 体積での含有量が重要で、 用いる導電性粒子の比重によって異なる。 本発明に係る導電性 粒子の体積での含有量としては、 3 0〜7 0 V 0 I %の範囲が望ましく、 7 0 V o I %を 超えるとバインダー含有量は 3 0 V 0 I %未満となり導電性ペーストの粘度が著しく上昇 するためペース卜化することが極めて難しくなる。
一方、 バインダー量を 7 0 V 0 I %を超えて含有させようとすると導電性粒子の含有量 が 3 0 V 0 I %となり、 導電性粒子の量が少ないためビアホールでの導電性粒子同士の接 触が不足し、 抵抗値の著しい増加を招くことになる。
なお、 導電性ペース卜の構成成分の熱硬化性樹脂として、 実施の形態 1ではダイマー酸 ジグリシジルエステル型エポキシ樹脂を用いた。 しかし、 ビアホール導体に要求される特 性に応じて、 例えば架橋密度を上げる, 可とう性を付与する, ガラス転移点 (T g ) を上 げると言った具合に、 幾つかの特性を付与することができる。 その他、 ビスフエノール F 型エポキシ樹脂、 ビスフエノール A型エポキシ樹脂、 ビスフエノール A D型エポキシ樹脂 等のグリシジルエーテル型のエポキシ樹脂や、 脂環式エポキシ樹脂、 グリシジルァミン型 エポキシ樹脂、 ダリシジルエステル型エポキシ樹脂などから選ばれるエポキシ樹脂を単独 あるいは 2種以上を混合して用いても良い。
また、 上記エポキシ樹脂以外にポリイミド樹脂、 シァネートエステル樹脂、 フエノール レゾーリレ樹脂などをバインダ一成分とすることも可能である。
なお、 上記に説明した導電性ペース卜は無溶剤型である。 しかしビアホール導体に所望 する特性に応じてプチルカルビ! ^一ル、 プチルカルビ! ルアセテート、 ェチルカルビ卜 ール、 ェチルカルビ! ^一ルアセテート、 ブチルセルソルブ、 ェチルセルソルブ、 α—夕一 ビネオール等の溶剤分散剤などの添加剤を含有させることもできる。 ただし、 導電性ペース卜としての揮発量は、 全重量に対して 4. owt? 下であるこ とが望ましい。 これによリビアホール導体の高い信頼性を確保できる。 なお、 揮発量が 4. Owt %を超えるとビアホール内部での揮発成分が多くなるため、 ビアホール導体の導通 接続信頼性が悪ィ匕したり膨れが発生してしまう。
以上のようにして、 得られたエポキシ系の銅ペース卜について E型粘度計で粘度を測定 したところ、 R 1 4Z3° コーンを用いて 0. 5 r pm (ずり速度 I s—') では、 1 8 P a■ sとなり、 5 r pmでは 38 P a · sであった。 他の実施例として、 凝集度の異なる 銅粉末を用いたが上記と同じ製造方法なので説明は省略し、 得られた導電性ペース卜の粘 度は、 次の実施の形態 2において説明する。
(実施の形態 2)
次に本発明の実施の形態 2に係る回路形成基板について説明する。
F I G.6 A~F I G.6Gは、 本発明に係る回路形成基板の製造工程を示す工程断面図 である。
まず、 F I G.6 Aに示すように、 ァラミド繊維の不織布にエポキシ樹脂を含浸させ、 その厚みが 1 20/C m、 その大きさが 50 OmmX 34 Ommの半硬化状態 (Bステー ジ) の絶縁基板 (プリプレダシート) 1 2の両面に、 シリコーン系などの離型剤を塗付し て形成された離型処理した 20 mの厚みの P ET (ポリエチレンテレフ夕レー卜) フィ ル厶 1 1をラミネーターを用いて貼り付ける。
次に F I G. 6 Bに示すように、 絶縁基板 (プリプレダシ一卜) 1 2 (基材 A) の所定 の位置に炭酸ガスレーザーによってビア径 φ 200 t mの貫通穴 1 3を加工した。
次に F I G. 6 Cに示すように、 離型性フィ^厶 1 1の上から実施の形態 1で作製した 導電性ペース卜 4を、 充填機 (図示せず) に投入して貫通穴 1 3へ充填した。
この充填には印刷機のテーブル (図示せず) に載せ、 ウレタンゴムなどのスキージ 1 5 を用し、た印刷法によリ充填を行う。
このとき離型性フィル厶 1 1は、 印刷マスクとしてまた、 絶縁基板 (プリプレダシー 卜) 〗 2の汚染防止膜としての役割を果たす。
次に F I G. 6 Dに示すように、 絶縁基板 (プリプレダシー卜) 1 2の両面の離型性フ イルム 1 1を剥離した後、 F I G. 6 Eに示すように絶縁基板 (プリプレダシート) 1 2 の両側から金属箔 1 6として、 両面粗化の厚み 1 8 j mの銅箔で挟み込む。 次に、 熱プレ ス機 (図示せず) を用いて加熱加圧することにより、 F I G. 6 Fに示すように絶縁基板 (プリプレダシート) 1 2と金属箔 1 6とを接着させる。 同時に、 絶縁基板 (プリプレグ シート) 1 2及び貫通穴 1 3の内部に充填され、 導電性ペース卜 4が圧縮される。 これに より、 両面の金属箔 1 6が導電性ペース卜 4によって電気的に接続する。
その後、 F I G. 6 Gに示すように、 両面の金属箔 1 6を選択的にエッチングし配,線パ ターン 1 7を形成して回路形成基板を得る。 なお、 詳細な説明は省略するが、 上記のよう に金属箔として実施の形態 2では両面粗化の厚みが 1 8 t mの銅箔を使用したが、 片面光 沢銅箔であっても良い。 また、 その厚みが 3 や 1 2 μ ιτι、 さらに薄いキャリア付き の銅箔を使用することもできるし、 銅箔以外の金属箔を用いることもできる。
また、 熱プレスの加熱加圧の条件は、 選択する絶縁基板 (プリプレダシ一卜) 1 2や導 電性ペース卜の組成等により設定すればよい。 実施の形態 2での加熱加圧条件はプレス温 度 2 0 0 °C、 圧力 4. 9 M p a ( 5 0 k g f Z c m2) 、 加圧時間 6 0分に設定した。
また、 実施の形態 2では導電性ビアの抵抗値測定を行うために 5 0 0ビアを直列回路と した抵抗測定用ピースが 5行 X 1 2列並んだ総ビアホール数が 3万ビアのテストパターン を作製してみた。
また、 上述の基材 Aとしたプリプレダシー卜とは異なる材質でガラス繊維の織布にェポ キシ樹脂を含浸させた F R— 4または F R— 5相当のプリプレダシート (基材 B) につい ても同様にして、 ビア径 Φ 1 5 0 i mの回路形成基板を得た。
なお、 実施の形態 2に係る回路形成基板に用いた 2種類のプリプレダシー卜の圧縮率は、 それぞれ基材 A (ァラミド /エポキシ) で 1 5 . 8 % 基材 B (ガラス Zエポキシ) で 1 0 . 5 %であった。 次に上記のように形成した回路形成基板において、 本発明の導電性ペース卜 4に用いら れた銅粉末の凝集度と導電性ペース卜の粘度及びビアホールの導通抵抗との関係について 表 1及び F I G. 5を参照しながら説明する。
表 Ί
Figure imgf000017_0002
*粘度は、 R14/3°コーン、 0.5rpmでの測定値 (東機産業製 RE-80U)
*基材
*基材
Figure imgf000017_0001
*基板抵抗値は、ビアホール導体 500ビア分の直列抵抗値の平均値 (配線抵抗 0.7Ωを含む。 ) 表 1に示すように実施の形態 2に係る導電性ペース卜の導電性粒子は凝集度が 1 · 0 5〜 3 . 9 0の範囲のものである。 基板抵抗値としては 5 0 0ビアの直列抵抗値の平均値 を示している。 例えば基材 Aにおいてはその値が 1 · 1 2 Ω (実施例 2 ) ~ 1 . 2 8 Ω (実施例 1 ) と極めて良好な電気導通性を得ることができた。
特に表 2、 実施例 2に示した凝集度が 1 · 3 9のときには、 基板抵抗値は最小の 1 · 1 2 Ωであり、 かつ抵抗値のバラツキを表す標準偏差も最小となる 0 . 0 Ίであった。 こ れは導電性粒子の凝集度が 1 . 3 9付近であるとき、 インナービアホール内をミクロで観 察した場合において、 導体抵抗にとって導電性粒子同士の接触状態が最良で、 かつ導電性 粒子の導電性ペース卜中での分散性が良好であることによって、 ひとつ 1つのビアホール への導電性粒子の充填量のバラツキが抑制されていることを示唆している。
凝集度が 1 . 0 5未満となると、 表 1の比較例 1に示すように基板抵抗値は大きくなリ、 なおかつ、 標準偏差の値も大きくなる。 またその傾向は、 圧縮率の小さな基材 Bでさらに 顕著となる。
一方、 表 1の基材 Aについての結果を示した F I G. 5からわかるように、 凝集度が下 がればそれに伴って粘度が低減される。 凝集度の低減が導電性ペース卜の分散性に強い相 関があり、 極端に分散させた状態すなわち凝集度を 1 . 0 5未満とした場合、 導電性べ一 ス卜の粘度は低く流動性は良好となる。 しかしビアホールの導通接続が満足できないとい う結果を招く。 これは、 凝集度が低くなればなるほど、 分散性が良くなリ過ぎて、 導電性 粒子が絶縁体である熱硬化性樹脂を主成分としたバインダーに均一に分散され、 ィンナー ビアホール内においては導電性粒子同士の接触が少なくなるかまたは不安定になっている ものと推測できる。
—方、 導電性粒子の凝集度が 3 . 9 0を超えるとその凝集性により、 導電性ペース卜の 粘度が著しく高くなリ、 絶縁基板 (プリプレダシ一卜) 1 2に設けられた貫通穴 1 3へ導 電性ペース卜を充填する際の充填性が損なわれる。 また、 離型性フイルム 1 1を剥離する 際には貫通穴 1 3の離型性フイルム 1 1の部分の縁に付着した導電性ペース卜がそのまま 離型性フィル厶〗 〗とともに離脱されてしまうと言う、 いわゆる "ペース卜取られ" とい う現象が発生してしまう。
そのため、 F I G. 5に示したように抵抗値はむしろ増加傾向となり、 抵抗値のバラッ キが大きくなる。 また導電性粒子の凝集度が 3 . 9 0を超えて粘度の高い導電性ペース卜 は、 その一定のペース卜量に対してビア充填できる絶縁基板 (プリプレダシート) 1 2の 処理枚数が減少し生産性が悪化するため、 コスト面の要求を満足できない。 なお表 1に示 したように凝集度が 3 . 9 0を超えることによる抵抗値の悪化の傾向は、 貫通穴 1 3のビ ァ径が小さくなるほど影響を受けやすいため顕著であった。 これらの理由から本発明の導 電性粒子の凝集度の上限としては 3 . 9 0以下であることが望ましい。
なお実施の形態 2に係る導電性粒子としては、 湿式の化学還元反応によって析出させた 銅粉末を乾燥させたものであって、 解粒処理を施さずに凝集度が 1 . 4 1となった銅粉末 を用いた例を、 表 1の実施例 3に示す。
このように解粒処理の有無に関わらず、 導電性ペース卜の粘度及び導体抵抗は凝集度に 依存した傾向を示しており、 解粒処理を施した銅粉末であっても解粒処理を施さない場合 と同様の傾向にあった。
ただし、 解粒処理を施さないで凝集度を制御することは、 凝集度に影響を与える例えば 湿式の化学還元反応ではその温度や濃度や攪拌状態等の反応条件や、 S燥の際の温度や吸 水量など、 さらに凝集防止のための表面処理剤などの諸条件を厳密に制御する必要がある。 そのため、 既に説明したような凝集粒子に対して外部からエネルギーを加えて凝集粒子 を解粒する方法が、 簡便でかつ確実にしかも安価に凝集度の制御を可能とする優れた方法 を提供するものである。
なお本発明に係る導電性粒子を高濃度でバインダ一中に分散させるためには、 平均粒径 が 0 . 5〜2 0 t mの範囲が好ましく、 その比表面積は 0 . 0 7〜1 . 7 m2/ gとする ことが好ましい。
平均粒径が 0 . 5 At m未満では粒径が小さすぎてその比表面積が大となり 1 · 7 m2/ gを超え、 導電性粒子をバインダー中に高濃度で分散することが難しくなる。 一方、 平均 粒径が 2 0 mを超えると 1つのビアホール内に充填される導電性粒子の数が減少し、 結 果として導電性粒子同士の接触機会と接触面積が減少するため基板抵抗値の上昇を招く。 また、 比表面積が 0 . 0 7 m2/ g未満であると導電性粒子の平均粒径を 2 0 m以下 とすることは難しく、 1 . 7 m2/ gを超えると導電性ペース卜の粘度が著しく上昇する ため導電性粒子の高濃度分散が難しくなる。
(実施の形態 3 )
次に粒度分布を制御した導電性ペース卜、 及びその導電性ペース卜を用いた回路形成基 板について説明する。
なお、 実施の形態 3に係る導電性ペース卜中の導電性粒子以外の構成、 及びその導電性 ペース卜を用いた回路形成基板の製造方法は、 実施の形態 1及び実施の形態 2で説明した ものと同様であるので詳細な説明は省略する。
F I G. 4 A及び F I G. 4 Bは実施の形態 3に係る銅粉末の粒度分布の一実施例を示し た図であリ、 それぞれの図はいずれも同じ試料を表したものである。
実施の形態 3で用いる銅粉末は、 その製造方法において実施の形態し 2で説明したも のとほぼ同様である。 導電性ペース卜の分散性を向上させる方法として、 2つ以上の異な る粒径にピークを持たせたことを特徴としている。
具体的には、 実施の形態 3で採用する導電性粒子 3としては、 平均粒径が 0 . 2〜"! 0 mと 0 . 6〜 2 0 ^ mに 2つ以上のピークを有した粒度分布であることが望ましい。 上 記範囲を超えると導電性粒子の平均粒径が 0. 5 ~ 2 0 m、 比表面積が 0. 0 7〜 1 .
7 mzZgを満足させることが難しくなる。 ここで粒度分布のピークについて F I G. 4 B を用いて簡単に説明する。
F I G. 4 B①及び F I G. 4 B②は、 粒度分布測定装置として湿式のレーザー回折散乱 式であるマイクロ卜ラックで測定した粒度分布の測定チヤ一卜を示す。
この粒度分布のチヤ一卜は、 粒子を粒径でクラス分けしたときの頻度を左縦軸に取って 度数分布を示したものである。 ここで言う粒度分布のピークとは、 この度数分布の一定の 粒径範囲で最頻値となる山状に盛り上がった状態の部分のことである。 図中では円 (〇) で囲った部分がピークにあたる。 その粒径は第 1 ピークが 1 m付近に、 第 2ピークが 6 At m付近にある。
また、 粒度分布のピークとピークとの間は必ずしも完全に谷状にさせる必要はなく、 な だらかに連続していてもかまわない。 なお、 導電性粒子の平均粒径とはこの度数分布の累 積値が 5 0 %となるときの粒径の値のことで、 粒度分布のピークと平均粒径は異なる意味 で用いている。
さらに、 ここでは粒度分布の計測にレーザー回折散乱式を用いて説明したが、 コール夕 —カウンターに代表される電気抵抗方式や画像処理法など他の方式も同様である。
なお、 粒度分布のピークの形成方法としては、 異なる平均粒径の粒度分布をもつ粉末を 2つ以上用意し、 例えば V型混合機などを用いて混合してもよい。 また、 中間粒径を分級 により取リ除くことによつて粒度分布のピークを 3つ以上形成することも可能である。 また、 混合や分級によらない方法としては、 例えば湿式の化学還元法において反応中に 粒径制御することも可能である。 また、 他の方法としては、 アトマイズ法においてノズル 噴射口を 2つ以上設けて粒径制御しても良い。 いずれにしても、 粒度分布にピークを持た せる形成方法については特に限定されるものではない。
F I G. 4 B①及び F I G. 4 B②は実施の形態 3の導電性粒子の粒度分布であって、 粒 度分布測定装置として上述の湿式のレーザー回折散乱式であるマイクロ卜ラックで測定し た粒度分布を示す。 粒度分布の第 1のピークとして粒径が 1 t mの近傍に、 第 2のピーク として粒径が 6 At mの近傍にピークが存在したものであり、 それぞれ 5 w t %と 9 5 w t %を混合した銅粉末である。
一般的に平均粒径は粒子の粒径でクラス分けしたときのそれぞれの頻度から算出される 値でその累積値が 5 0 %のときの粒径を言う。 算出基準を体積基準とするか個数基準とす るかで、 その混合されて得た粉末の平均粒径は大きく異なる。 F I G. 4 Bは上述の同一の銅粉末を体積基準と個数基準で粒度分布を測定した例であ る。 それぞれ平均粒径 (D5。) は、 6 . 0 4と1 . 0 3となっている。 本発明の導電性べ —ス卜に係る導電性粒子の粒度分布は、 2つ以上のピークを有することを特徴とするもの であって、 その算出基準についてはさほど問題にはならないことをつけ加えておきたい。 次に、 実施の形態 2と同様の製造方法で回路形成基板を形成し、 本発明の導電性ペース 卜に用いられた銅粉末の粒度分布のピーク値と導電性ペース卜の粘度及びビアホールの導 通抵抗との関係について表 2及び F I G. 4を参照しながら説明する。
基材 A/ビア径 基材 Β/ビア径
サンプ
Figure imgf000023_0001
粘度
ル 備考
ピーク ピーク ピーク (Pa-s) 基板抵
No. 標準 基板抵 標準
抗値
偏差 抗値 (Ω) 偏差
(Ω) 実施例 図 4に
1 ΓΠ 6μηι — 18 1.28 0.05 1.70 0.08
7 相当 実施例
0.7 μτη 11μιτι — 17 1.25 0.03 1.78 0.07
8 実施例
9μΐΤ1 15μΠΊ 23 1.35 0.03 1.76 0.05
9 実施例
0.7μηη 8μηπ 17μΓΠ 15 1.22 0.05 1.68 0.08
10 比較例 比較例 2
7μηα 300 1.70 0.17 2.10 0.22
3 同じ 比較例 ペース卜化
0.7μΐΠ 不可
4 不可
*粘度は、 R14/3°コーン、 0.5rpmでの測定値 (東機産業製 RE-80U)
*基材 径=(()20(^171)
*基材
Figure imgf000023_0002
*基板抵抗値は、 ビアホール導体 500ビア分の直列抵抗値の平均値 (配線抵抗 0.7Ωを含む。 ) 表 2においての比較例 3及び比較例 4は、粒度分布のピークを 1つしか有しておらず、かつ凝 集度も制御していないものとして示している。
いずれも導電性粒子のバインダーへの分散が難しく、 比較例 4に至ってはペース卜化さ せることもできなかった。
異なる粒径の銅粉末を混合した表 2、 実施例 7から実施例 1 0まではいずれも良好な導 電性ペース卜を得ることができ、 そのペース卜を用いた回路形成基板も良好な導通接続特 性を有していることがわかる。 このように本発明に係る導電性粒子として 2つ以上のピークをもたせることで、 例えば F I G . 4 Aに示した模式図のように、 粒度分布の第 2のピークに対応する相対的に大き い粒径の粒子の間に、 粒度分布の第 1のピークに対応する相対的に小さい粒子が入り込む 状態を構成することになり、 小さい粒子同士の凝集を抑制したり、 小さい粒子が大きい粒 子にとって "コ口"のような役割を担って分散性を高める機能が発現する。 つまり粒径の 異なる粉体によつて流動性が発現し粘度低減に効果を有する。
また、 本発明に係る導電性粒子の粒度分布のピークは、 2つだけに限ってもたせる必 然性はない。 表 2、 実施例 1 0に示したように 3つ以上であっても本発明の特徴とする効 果を得ることができる。 なお、 その混合割合についても充填する貫通穴のビア径ゃ用いる 導電性粒子の種類や粒径の大きさに応じて任意に選択することができる。
また、 本発明の各実施の形態に係る回路形成基板においてプリプレダシ一卜として、 ァ ラミド繊維の不織布にエポキシ樹脂を含浸したもの (ァラミド Zエポキシ) と、 ガラス繊 維の織布にエポキシ樹脂を含浸させたもの (ガラス Zエポキシ) とを用いたが、 他に使用 可能な繊維として P B O (ポリパラフエ二レンべンゾビス才キサゾ一ル) 、 P B I (ポリ ベンゾイミダゾ一ル) 、 P B Z T (ポリパラフエ二レンべンゾビスチアゾール) 、 または 全芳香族ポリエステルなどの有機繊維や無機繊維が挙げられる。 またエポキシ樹脂の他に ポリイミド樹脂、 フエノール樹脂、 フッ素樹脂、 不飽和ポリエステル樹脂、 P P E (ポリ フエ二レンエーテル) 樹脂またはシァネー卜エステル樹脂などの熱硬ィ匕性樹脂または熱可 塑性樹脂 含浸させることもできる。 なお、 上記 2種類のプリプレダシ一卜の圧縮率は、 それぞれ (ァラミド /エポキシ) で 1 5 . 8 %、 (ガラス/エポキシ) で 1 0 . 5 %であ つたが、 さらに低圧縮率や高圧縮率の基材を用いることも可能である。
また、 これまで説明した本発明の各実施の形態においては、 導電性粒子の材質として銅 を用いた例を説明したが、 以下の ( I ) ~ ( I V) に分類した導電性粒子を用いても本発明 の特徴とする効果を発揮できることは言うまでもない。
( I ) 金、 白金、 銀、 パラジウム、 銅、 ニッケル、 錫、 鉛、 インジウム。 (I I ) 金、 白金、 銀、 パラジウム、 銅、 ニッケル、 錫、 鉛、 インジウム、 亜鉛、 クロム、 ビスマスから選ばれる任意の組み合わせの合金粒子。
( I I I) 金属または無機物または有機物粒子を核にして、 金、 白金、 銀、 パラジウム、 銅、 ニッケル、 錫、 鉛、 インジウム、 亜鉛、 クロムから選ばれる少なくとも 1種類の金属で被 覆された粒子。
( IV) 金属または無機物または有機物粒子を核にして、 金、 白金、 銀、 パラジウム、 銅、 ニッケル、 錫、 鉛、 インジウム、 亜鉛、 クロム、 ビスマスから選ばれる任意の組み合わせ の合金で被覆された粒子。
以上の分類から選定することによって、 回路形成基板の使用条件や要求特性、 及び製造 条件等に対応することができる。
また、 上記導電性粒子に分散や防鑌を目的とした例えば有機脂肪酸ゃシラン力ップリン グ剤などの表面処理剤を付与した導電性粒子も本発明の導電性ペース卜に係る導電性粒子 として使用することは可能である。 産業上の利用可能性
上記各実施の形態よリ明らかなように本発明は、 平均粒径が 0. 5〜 2 0 m、 比表面 積が 0 . 0 7 - 1 . 7 m2/ gであり、 かつ適度に凝集体を形成した導電性粒子を用いる ことにより、 流動性、 分散性の優れた導電性ペーストの供給が可能となる。
そしてこの良好な流動性、 分散性の導電性ペース卜により、 ビアへの充填性とビアホー ル内部での導電性粒子同士の接触が安定し、 高品質なビアホール導体をバラツキ少なく安 定的に形成でき、 高密度回路形成基板として高速伝送が可能な高周波回路用途や半導体パ ッケージなどの微細な配線パターン用途や小型 ·軽量化を必要とする携帯型電子機器用途 などに必要な高い接続信頼性を有し、 かつ安価な回路形成基板を提供することを実現でき る。

Claims

請求の範囲
1. 一次粒子と一次粒子が凝集した凝集粒子で構成され、 その平均粒径が 0. 5〜 20j m、 比表面積が 0. 07〜1. 7m2Zgの導電性粒子と、 熱硬化性樹脂を主成分 とするバインダーで構成されることを特徴とする導電性ペース卜。
2. 平均粒径が 0, 5~2 O m、 比表面積が 0. 07〜1. 7m2Zgであり、 か つ粒度分布のピークを少なくとも 2以上を有した導電性粒子と、 熱硬化性樹脂を主成分と するバインダーで構成されることを特徴とする導電性ペース卜。
3. 少なくとも 2以上の異なる粒度分布の導電性粒子を混合して形成した導電性粒 子と、 熱硬化性樹脂を主成分とするバインダ一で構成されることを特徴とする導電性べ一 ス卜。
4. 凝集粒子の凝集度 (凝集度 =凝集粒子平均径 一次粒子平均径) が 1 · 05〜 3. 90の範囲内であることを特徴とする請求項 1記載の導電性ペース卜。
5. 一次粒子は球状であつて、 かつ凝集粒子は前記一次粒子が少なくとも 2個以上 凝集したものであることを特徴とする請求項 1記載の導電性ペース卜。
6. 凝集粒子は解粒処理を施したものであることを特徴とする請求項 1に記載の導 電性ペース卜。
7. 導電性粒子の含有量が 30 ~ 70 V 0 I %、 バインダ一の含有量が 70〜 30 0 I %であることを特徴とする請求項 1から請求項 3のいずれか 1項記載の導電性べ一 ス卜。
8. その全重量に対する揮発量が 4. 0wt%以下であることを特徴とする請求項 1から請求項 3のいずれか 1項記載の導電性ペース卜。
9. 導電性粒子の吸着水濃度は、 1 000 p pm以下であることを特徴とする請求 項 1から請求項 3までのいずれか 1項記載の導電性ペース卜。
1 0. 導電性粒子の表面酸素濃度は、 〗 . 0重量%以下であることを特徴とする請求 項 Ίから請求項 3までのいずれか 1項記載の導電性ペース卜。
1 1 . バインダーは、 ダイマ一酸ジグリシジルエステル型エポキシ樹脂と、 アミンァ ダク卜型硬化剤で構成されていることを特徴とする請求項 1から請求項 3までのいずれか 1項記載の導電性ペース卜。
1 2 . バインダーは、 ビスフエノール F型エポキシ樹脂、 ビスフエノール Α型ェポキ シ樹脂、 ビスフエノール A D型エポキシ樹脂等のダリシジソレエーテル型のエポキシ樹脂、 脂環式エポキシ樹脂、 グリシジルァミン型エポキシ樹脂、 グリシジルエステル型エポキシ 樹脂から選定されることを特徴とする請求項 1から請求項 3までのいずれか 1項記載の導 電性ペース卜。
1 3 . 導電性粒子は、 金、 白金、 銀、 パラジウム、 銅、 ニッケル、 錫、 鉛、 インジゥ 厶の群から選ばれる少なくとも 1種類からなる粒子であることを特徴とする請求項 1から 請求項 3までのいずれか 1項記載の導電性ペース卜。
1 4 . 導電性粒子は、 金、 白金、 銀、 パラジウム、 銅、 ニッケル、 錫、 鉛、 インジゥ 厶、 亜鉛、 クロ厶、 ビスマスから選ばれる任意の組み合わせの合金粒子であることを特徵 とする請求項 1から請求項 3までの t \ずれか 1項記載の導電性ペース卜。
1 5 . 導電性粒子は、 金属または無機物または有機物粒子を核にして、 金、 白金、 銀、 パラジウム、 銅、 ニッケル、 錫、 鉛、 インジウム、 亜鉛、 クロムから選ばれる少なくとも 1種類の金属で被覆された粒子であることを特徴とする請求項 1から請求項 3までのいず れか 1項記載の導電性ペース卜。
1 6 . 導電性粒子は、 金属または無機物または有機物粒子を核にして、 金、 白金、 銀、 パラジウム、 銅、 ニッケル、 錫、 鉛、 インジウム、 亜鉛、 クロム、 ビスマスから選ばれる 任意の組み合わせの合金で被覆された粒子であることを特徴とする請求項 1から請求項 3 までのいずれか 1項記載の導電性ペース卜。
1 7 . 導電性粒子を準備する工程と、 導電性粒子の凝集度 (凝集度 =凝集粒子平均径 Z—次粒子平均径) を測定する工程と、 凝集度の測定結果に応じて導電性粒子に解粒処理 を施す工程と、 それにバインダーを加え混練する工程を備えたことを特徴とする導電性べ ース卜の製造方法。
1 8 . 粒度分布のピークを少なくとも 2以上を有した導電性粒子を準備する工程と、 それにバインダーを加え混練する工程とを備えたことを特徴とする導電性ペース卜の製造 方法。
1 9 . 少なくとも 2以上の異なる粒度分布の導電性粒子を準備する工程と、 それらを 混合する工程と、 それにバインダーを加え混練する工程とを備えたことを特徴とする導電 性ペース卜の製造方法。
2 0 . 導電性粒子を準備する工程は、 湿式の化学還元法により析出させた銅粉末を乾 燥させることを特徴とする請求項 1 7から請求項 1 9までのいずれか 1項記載の導電性べ —ス卜の製造方法。
2 1 . 凝集度の測定結果に応じて導電性粒子に解粒処理を施す工程は、 凝集度の測定 結果が 3 . 9 0を超えたときに解粒処理を施すことを特徴とする請求項 1記載の導電性べ —ス卜の製造方法。
2 2 . 解粒処理は、 凝集粒子に直接ジェット噴流を当てて行うことを特徴とする請求 項 1 7記載の導電性ペース卜の製造方法。
2 3 . 解粒処理は、 凝集粒子を遠心回転装置に入れ、 前記遠心回転装置を回転させて 行うことを特徴とする請求項 1 7記載の導電性ペース卜の製造方法。
2 4 . 解粒処理後の導電性粒子の凝集度は、 1 . 0 5 - 3 . 9 0の範囲内であること を特徴とする請求項 1 7記載の導電性ペース卜の製造方法。
2 5 . 一次粒子と一次粒子が凝集した凝集粒子を含む導電性粒子の計測方法であって、 一次粒子平均径を得る工程と、 凝集粒子平均径を得る工程と、 凝集度として、 前記凝集粒 子平均径を前記一次粒子平均径で除する工程とを備えたことを特徴とする導電性ペース卜 の製造方法。
2 6 . —次粒子平均径を得る工程は導電性粒子の観察像を画像解析する工程であり、 凝集粒子平均径を得る工程は導電性粒子をレーザー回折散乱式の粒度分布測定装置を用 t、 て測定する工程であることを特徴とする請求項 2 5記載の導電性ペース卜の製造方法。
2 7 . 導電性粒子の観察像は、 S E M (走査型電子顕微鏡) 、 または C C Dカメラ、 または光学顕微鏡で観察することを特徴とする請求項 2 6記載の導電性ペース卜の製造方 法。
2 8 . 絶縁基板と、 その絶縁基板に形成された複数の配線パターンと、 前記配線パ夕 ーンを電気的に接続するビアホール導体を具備する回路形成基板であって、 前記ビアホ一 ル導体として請求項 1から請求項 3までのいずれか 1項記載の導電性ペース卜を用いるこ とを特徴とする回路形成基板。
2 9 . 少なくとも片面に離型層を形成した離型性フィ^厶を絶縁基板の片面もしくは 両面に張り合わせる工程と、 前記離型性フィルムを備えた前記絶縁基板にビアホール導体 を形成するための貫通穴を設ける工程と、 前記貫通穴に請求項 1に記載の導電性ペース卜 を充填する工程と、 前記離型性フイルムを剥離する工程とを少なくとも有することを特徴 とする回路形成基板の製造方法。
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