JP5526818B2 - プリント配線板 - Google Patents

Description

この発明は、導電性ペーストにより表裏や各層の回路配線層間の層間接続を行うプリント配線板に関する。

従来、プリント配線板において絶縁層で絶縁された各層の回路配線を電気的に接続するため、内部に導電材が設けられたビアホールが絶縁層を貫通して形成されている。この層間接続構造は、絶縁層に形成されたビアホール内に、銅メッキや導電性ペーストを充填する方法が用いられている。特に、導電性ペーストを用いた層間接続構造は、環境負荷が小さく製造方法も簡易である点で優れている。

この層間接続構造は、レーザ光により絶縁層にビアホールを形成し、このビアホールの一方の側に銅箔による回路配線のランド部が位置し、ビアホール内に導電性ペーストが充填されている。ビアホール内の導電性ペーストによる層間接続部は、それに積層された他層の回路配線のランド部に接続され、上下層の回路配線を接続している。

しかしながら、一般に銅箔と導電性ペーストは接着性が良くなく、例えば銅箔と絶縁樹脂層を熱プレスして貼り合わせる際に、加熱加圧により絶縁層側に導電性ペーストが流動して圧力が逃げてしまうと、導電性ペーストの金属粒子が確実に銅箔のランドに圧接されず、接続抵抗が増大したり電気的信頼性が低下するという問題があった。従って、この層間接続構造における各材料の選定が、プリント配線板の性能に大きく影響するものであり、従来、良好な接続条件の一つとして、導電性ペーストのバインダ樹脂の溶融粘度は、絶縁樹脂の溶融粘度より小さいことが挙げられていた。

その他、導電性ペーストによる層間接続構造の電気的信頼性を担保するものとして、特許文献１に開示された層間接続構造がある。この層間接続構造は、基材に熱硬化性樹脂が含浸されて構成されたプリプレグシートの両面に金属箔による回路パターンが形成され、このプリプレグシートに設けられた貫通孔に熱硬化性樹脂を含有する導電性ペーストが充填され、これらを加熱加圧することにより導通接続されるものであって、導電性ペースト中の熱硬化性樹脂の軟化点が、プリプレグシート中の熱硬化性樹脂の軟化点よりも低くしたものである。

また、特許文献２には、成形工程前にプリプレグシートを構成する含浸樹脂の軟化点近傍の温度で一定時間、所定の圧力で加熱加圧する圧縮工程を行い、金属箔あるいは回路基板上の導体回路とプリプレグシートの接着性および平坦性を高め、さらにプリプレグシートの樹脂の軟化点以下まで温度を冷却することで、プリプレグシートの樹脂溶融時での導電性ペーストの流出を抑制し、接続抵抗値を安定させる回路基板の製造方法も提案されている。

特開２００４−２２１２３８号公報 特開２００５−１７５１１６号公報

しかしながら、導電性ペーストのバインダ樹脂に、より粘度の低い樹脂を用いた場合でも接続抵抗が上昇したり電気的信頼性が低下したりする場合があった。

この発明は、上記背景技術に鑑みて成されたもので、導電性ペーストによる層間接続構造を用いて、接続抵抗が小さく電気的信頼性も高いプリント配線板とその製造方法を提供することを目的とする。

この発明は、絶縁性の樹脂フィルムからなる基板と、基板の第１の面に第１の接着層を介して形成された、金属箔からなる第１のランド部と、基板の第２の面に形成され、熱硬化性樹脂からなる第２の接着層と、基板、第１の接着層および第２の接着層からなる絶縁層に形成されたビアホールに導電性ペーストが充填され、該導電性ペーストに対して熱プレスにより接続された、金属箔からなる第２のランド部とを含み、基板は、第２の接着層を形成する熱硬化性樹脂と比較して流動化しにくい材料から成り、基板および第１の接着層からなる基板部の厚さが、第２の接着層の厚さ以下である場合には、絶縁層の厚さに対して基板部の厚さが３５％〜５０％の間に設定され、基板部の厚さが、第２の接着層の厚さより厚い場合には、絶縁層の厚さに対して基板部の厚さが６５％〜９０％の間に設定されるプリント配線板である。

前記樹脂フィルムは、ポリイミド樹脂により構成されてもよい。

さらに、前記絶縁層の厚さは５０μｍ以下が好ましく、前記接着剤層の厚さは２５μｍ以下であることが好ましく、さらにこれら両方を満たすことがより好ましい。

前記導電性ペーストのバインダ樹脂は、エポキシ化大豆油やエポキシ化亜麻仁油等のエポキシ化植物油である。

この発明のプリント配線板によれば、導電性ペーストによる層間接続部を備え、金属箔のランド部との接続抵抗が小さく、電気的信頼性も高いプリント配線板を形成することができる。
特に、エポキシ化植物油を導電性ペーストのバインダ樹脂に用いることにより、導電性ペーストの粘性を小さくして、絶縁層への導電性ペーストの流動を抑え、導電性ペースト中の金属粒子と金属箔のランド表面との接続をより確実なものとすることができる。

この発明の一実施形態のプリント配線板の製造工程を示した断面図である。 この発明の一実施形態のプリント配線板のビアホール形成部分を示した拡大断面図である。 この発明の実施例のプリント配線板と比較例の各断面を示す顕微鏡写真である。 この発明の実施例と比較例のプリント配線板の絶縁層厚に対する基板部の厚さの割合と、１ビア当たりの抵抗値の関係を示すグラフである。

以下、この発明のプリント配線板の一実施形態について、図１、図２を基にして説明する。この実施形態のプリント配線板１０は、複数の回路配線層を備えた多層配線板であって、基板１１の片面に、金属箔である銅箔１２が薄い接着層１３を介して貼り合わされた片面銅張り板３０により構成されている。なお、接着層１３を省いて、基板１１と銅箔１２を直接貼り合わせた接着剤レスの片面銅張り板を用いても良い。基板１１は、樹脂フィルムから成り、後述するランド部２２ａの銅箔１２との貼り合わせ時の熱プレスに対して、接着剤層１４の接着剤樹脂と比較して流動化しにくい材料から成るものである。樹脂材料としては、耐熱性の高い樹脂で、好ましくはポリイミド樹脂である。銅箔１２は、回路配線層２０を形成するもので、図示しない回路配線やランド部２０ａを形成している。

基板１１の銅箔１２とは反対側の面には、接着剤層１４を介して、金属箔である銅箔１５が積層されている。銅箔１５も、絶縁性の樹脂フィルム等の基板１６に貼り合わされ、図示しない回路配線やランド部２２ａ等の回路配線層２２を形成している。接着剤層１４の接着剤は、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂から成る。

ここで、基板１１と接着層１３を基板部１７とし、基板部１７と接着剤層１４により絶縁層１８を構成する。そして、図２に示すように、プリント配線板１０には、表裏の回路配線層２０，２２のランド部２０ａ，２２ａ間を電気的に接続するための貫通孔であるビアホール２４が形成されている。ビアホール２４には、導電性ペースト２６が充填され、回路配線層２０，２２を電気的に接続した層間接続部２８を構成している。

ここで、充填する導電性ペースト２６は、バインダ樹脂中に高融点金属と低融点金属等の金属粒子が混合され、後の加熱処理で合金化するとともに金属粒子が互いに接続し、表裏のランド部２０ａ，２２ａを接続するものである。例えば、高融点金属は、少なくとも銅を含み、銅単体の粒子、又は銅と金、銀、亜鉛、及びニッケルのうち１つ以上の金属を含む合金の粒子である。また、これら金属粒子の表面は、金、銀、亜鉛、又はニッケル、又はそれらの合金がメッキ等により被覆されていてもよい。これらの金属粒子の平均粒径は、約１〜１０μｍ例えば６μｍである。また、低融点金属は、Ｓｎ、又はＳｎを含む合金（例えば、ハンダ）の粒子である。ハンダとしては、Ｓｎ−Ｃｕ系ハンダ、Ｓｎ−Ａｇ系ハンダ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系ハンダ、これらにＩｎ、Ｚｎ、Ｂｉのいずれか一つ以上を添加し、さらに適宜混合して用いても良い。導電性ペースト２６のバインダ樹脂は、エポキシ化大豆油が好適に用いられる。その他、エポキシ化亜麻仁油等のエポキシ化植物油を用いても良い。

さらに、この実施形態では、基板１１の厚さと接着剤層１４の厚さの大小により、接着剤層１４の厚さが所定の範囲に設定される。その設定は、基板部１７の厚さｔ１が、接着剤層１４の厚さｔ２以下の場合は、絶縁層１８の厚さｔ０に対して、基板部１７の厚さｔ１を、３５％〜５０％とする。また、基板部１７の厚さｔ１が、接着剤層１４の厚さｔ２よりも厚い場合は、絶縁層１８の厚さｔ０に対して、基板部１７の厚さｔ１を、６５％〜９０％とするものである。特に、絶縁層１８の厚さは５０μｍ以下が好ましく、接着剤層１４の厚さは２５μｍ以下であることが好ましい。さらに、これら両方を満たすことがより好ましい。

次に、この実施形態のプリント配線板１０の製造方法について、図１を基にして説明する。先ず、図１（ａ）に示すように、ポリイミド等の絶縁性樹脂フィルムの基板１１と接着剤層１４を有した片面銅張り板３０の、銅箔１２が形成された一側面側に配線形成用のレジストを設ける。レジスト形成は、ドライフィルムの貼り付けや塗布により行う。この後、所定の回路配線層２０のパターンを露光し、エッチングを行い、図１（ｂ）に示すように回路配線層２０を形成する。

次に、片面銅張り板３０の接着剤層１４側からレーザ光を照射し、図１（ｃ）に示すように、絶縁層１８にビアホール２４を形成する。レーザ光は、ＣＯ_２レーザやＹＡＧレーザ等、適宜用いることができる。この後、ビアホール２４内をデスミア処理する。

次に、図１（ｄ）に示すように、導電性ペースト２６をビアホール２４内に充填する。充填方法は、図示しないマスキングテープの表面に導電性ペースト２６を載せ、スキージにより導電性ペースト２６を摺動させ、ビアホール２４内に導電性ペースト２６を直接に充填する。その他、スクリーン印刷、インクジェット印刷等の印刷方法により、導電性ペースト２６をビアホール２４内に充填しても良い。

この後、図１（ｅ）に示すように、他の片面銅張り板３０から上記と同様に形成された回路配線層２２のランド部２２ａに、導電性ペースト２６が露出した部分を重ねるようにして、他の回路配線層２２と接着剤層１４を位置合わせして重ねる。さらに、片面銅張り板３０による回路配線層３２を有した回路基板３４のランド部３２ａに、回路配線層２２のランド部２２ａに接続した導電性ペースト２６を対向させ、他層の基板１６に塗布された接着剤層１４を、さらに他の回路基板３２に位置合わせして重ねる。

そして、真空中で熱プレス装置により、ビアホール２４の導電性ペースト２６と銅箔１５のランド部２２ａを接合して層間接続を行う。同様に、他の片面銅張り板から成る回路基板３４のランド部３２ａとビアホール２４の導電性ペースト２６を介して回路配線層２２のランド部２２ａが層間接続される。この層間接続は、熱プレスにより、導電性ペースト２６の金属粒子が溶融し、両側のランド部２０ａ，２２ａ，３２ａと溶融金属が接合し、層間接続構造が形成されるものである。熱プレスは、図示しない加熱プレス装置等を用いて、例えば１６０〜２００℃で２００〜６００Ｎ／ｃｍ²の条件下で、３０〜１８０分間加熱加圧して、銅箔１５と導電性ペースト２６中の金属との接合が確実に成されるようにする（図１（ｆ））。なお、図１（ｂ）で形成した片面銅張り板３０の回路配線層２０は、図１（ｅ）に示す回路基板３４を積層した後に形成しても良い。

この実施形態のプリント配線板１０によれば、熱プレスに対して、接着剤層１４の接着剤樹脂と比較して流動化しにくい熱硬化性樹脂の基板１１，１６を用いて、基板１１，１６及び接着剤層１４の厚みを上記条件で決定することにより、他層に形成された回路配線層２０，２２，３２等を、導電性ペースト２６による層間接続部２８により確実に電気的に接続し、接続抵抗が小さく、電気的信頼性も高い層間接続構造を形成することができる。

なお、この発明のプリント配線板とその製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、層間接続を導電性ペーストにより行うプリント配線板であれば、適用可能なものであり、ランド部の大きさや形状は適宜設定可能なものであり、導電性ペーストや、基板等の材料も適宜選択可能なものである。また、絶縁層の厚みや材質も、上記条件で、適宜設定可能なものであり、エポキシ化植物油は、上記以外にリノール酸を多く含むコーン油やひまわり油、綿実油等を利用することも可能であり、その他エポキシ化脂肪酸エステル等を利用することも可能である。また、孔開けのレーザ光の種類や照射径、照射方法も適宜設定可能なものである。

次に、この発明のプリント配線板の実施例について、以下に説明する。この実施例では、表１に示す各数値の条件でプリント配線板を作成し、そのビアホールの抵抗値を測定した。測定結果は、表１及び図４に示すように、単位長さ当たりの抵抗値は、上記の条件に入る場合は抵抗値が低いという結果が得られた。この実施例のプリント配線板の実施例１〜３について、断面の顕微鏡写真を図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。

１０ プリント配線板
１１，１６ 基板
１２，１５ 銅箔
１４ 接着剤層
１７ 基板部
１８ 絶縁層
２０，２２，３２ 回路配線層
２０ａ，２２ａ，３２ａ ランド部
２４ ビアホール
２６ 導電性ペースト
２８ 層間接続部
３０ 片面銅張り板

Claims (6)

1. 絶縁性の樹脂フィルムからなる基板と、
   前記基板の第１の面に第１の接着層を介して形成された、金属箔からなる第１のランド部と、
   前記基板の第２の面に形成され、熱硬化性樹脂からなる第２の接着層と、
   前記基板、前記第１の接着層および前記第２の接着層からなる絶縁層に形成されたビアホールに導電性ペーストが充填され、該導電性ペーストに対して熱プレスにより接続された、金属箔からなる第２のランド部と
   を含み、
   前記基板は、前記第２の接着層を形成する前記熱硬化性樹脂と比較して流動化しにくい材料から成り、
   前記基板および前記第１の接着層からなる基板部の厚さが、前記第２の接着層の厚さ以下である場合には、前記絶縁層の厚さに対して前記基板部の厚さが３５％〜５０％の間に設定され、
   前記基板部の厚さが、前記第２の接着層の厚さより厚い場合には、前記絶縁層の厚さに対して前記基板部の厚さが６５％〜９０％の間に設定される
   プリント配線板。
2. 前記樹脂フィルムの基板は、ポリイミド樹脂からなる請求項１記載のプリント配線板。
3. 前記絶縁層の厚さは５０μｍ以下である請求項１または２記載のプリント配線板。
4. 前記接着剤層の厚さは２５μｍ以下である請求項１乃至３のいずれかに記載のプリント配線板。
5. 前記導電性ペーストのバインダ樹脂は、エポキシ化植物油である請求項１記載のプリント配線板。
6. エポキシ化植物油は、エポキシ化大豆油またはエポキシ化亜麻仁油である請求項５記載のプリント配線板。