JP3595152B2

JP3595152B2 - 配線基板およびその製造方法

Info

Publication number: JP3595152B2
Application number: JP4709798A
Authority: JP
Inventors: 理一笹森
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1998-02-27
Filing date: 1998-02-27
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2018-02-27
Also published as: JPH11251751A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも有機樹脂を含む絶縁基板の表面および／または内部に、配線回路層を形成した、半導体素子収納用パッケージなどに適した配線基板とその製造方法に関するものであり、特に、配線回路層とバイアホール導体との接続信頼性の向上に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来より、配線基板、例えば、半導体素子を収納するパッケージに使用される配線基板として、アルミナ等の絶縁層とＷ，Ｍｏなどの高融点金属からなる配線層とを具備したセラミック配線基板が多用されているが、このようなセラミック配線基板は、硬くて脆い性質を有することから、製造工程または搬送工程において、セラミックの欠けや割れ等が発生しやすく、また、焼結前のグリーンシートにメタライズペーストを印刷して、印刷後のシートを積層して焼結する場合、焼結により得られる基板に反り等の変形や寸法のばらつき等が発生しやすいという問題があり、回路基板の超高密度化やフリップチップ等のような基板の平坦度の厳しい要求に対して十分に対応できないという問題があった。
【０００３】
そこで、最近では、有機樹脂を含む絶縁層表面に銅箔を接着した後、これをエッチングして微細な回路を形成した基板や、銅などの金属粉末を含むペーストを絶縁層に印刷して配線層を形成した後、これを積層し、あるいは積層後に、所望位置にマイクロドリルやパンチング等によりバイア用の孔明けを行い、そのバイア内壁にメッキ法により金属を付着させて配線層を接続して多層化したプリント配線基板が提案されている。また、絶縁層としては、その強度を高めるために、樹脂に対して、粉末状あるいは繊維状の無機質フィラーを分散させた基板も提案されており、これらの複合材料からなる絶縁層上に多数の半導体素子を搭載したマルチチップモジュール（ＭＣＭ）等への適用も検討されている。
【０００４】
以上のようなプリント配線板の多層化、配線の超微細化、精密化の要求に対応して、バイアホール導体をホール内に金属粉末を含む導体ペーストを充填して形成し、且つ金属箔からなる配線回路層を具備した高密度に多層化された配線基板を作製する試みが行われている。この導体ペーストの充填によってバイアホール導体を形成する方法は、従来のメッキ法によりスルーホール導体を形成するのに対して、バイアホール導体を任意の箇所に設けることができるために、特に高密度配線化に適した方法として注目されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、低抵抗金属を含む導体ペースト中には、絶縁層への印刷性およびホールへの充填性を高めるとともに、金属粒子を互いに結合させるために結合用樹脂を配合させており、しかも金属粒子表面には、高抵抗の酸化膜が生成されやすいことから、金属粒子の接触界面には、樹脂や酸化膜が介在するために、通常の銅箔や銅メッキにより形成された回路またはスルーホール導体よりも抵抗値が高いという問題点があった。
【０００６】
それに加えて、絶縁基板が有機樹脂を含有している関係上、銅や銀等の低抵抗金属を焼結できるような温度で処理することができないために、配線とバイアホール導体間の接続信頼性が低く、ヒートサイクルやヒートショック等による熱変形さらには振動により、銅箔からなる配線回路層とバイアホール導体間との導体抵抗が増大するという問題があるのが現状である。
【０００７】
また、この樹脂分を加熱分解したり、通電加熱を行うことなど様々な改良も行われているが、これらの加熱処理においても十分な効果が得られておらず、場合によっては、通電加熱によっては通電時に発生する熱によって絶縁層に対して悪影響を及ぼすなどの問題があった。
【０００８】
従って、本発明は、銅を主体とする配線回路層と、導体ペーストを充填して形成したバイアホール導体との接続信頼性に優れた配線基板とその製造方法を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の課題に対して検討を重ねた結果、銅を含有する金属粉末を含む導体ペーストを充填して形成したバイアホール導体と絶縁層表面に形成された配線回路層間に、銅以外の特定の金属を被着させ、前記配線回路層とバイアホール導体間にパルス電流を印加することで、配線回路層とバイアホール導体との接触部に放電を起こし、電気の導通を妨げていた樹脂や酸化膜を除去すると同時に、配線回路層とバイアホール導体中の銅を含む金属粒子とを銅以外の特定金属を主体とする金属層を介して接続し、金属層と配線回路層との接触部を絶縁層に影響を与えることなく、部分的に強固に接合することができる結果、バイアホール導体と配線回路層との接続信頼性に優れた高信頼性の配線回路層を形成することができることを知見した。
【００１０】
即ち、本発明の配線基板は、有機樹脂を含有する絶縁基板と、該絶縁基板表面および／または内部に配設された銅を主体とする金属箔からなる配線回路層と、前記配線回路層間を電気的に接続するために設けられ、少なくとも銅を含有する平均粒径が３〜１０μｍの金属粉末を充填してなるバイアホール導体を具備する配線基板において、前記バイアホール導体中の銅を含有する金属粉末が、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｄ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｔｈ、Ｔｉ、Ｔｌ、ＺｎおよびＺｒの群から選ばれる少なくとも１種の金属粉末を主体とする金属層を介して前記配線回路層と電気的に接続してなり、前記金属層中の金属粉末と前記配線回路層が、前記金属層中の主体となる金属と前記配線回路層の金属との合金からなるネック部によって結合してなることを特徴とするものである。
【００１１】
また、かかる配線基板の製造方法としては、有機樹脂を含有する絶縁層に形成したバイアホール内に、銅を含有する平均粒径３〜１０μｍの金属粉末を含む第１の導体ペーストを充填してバイアホール導体を形成する工程と、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｄ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｔｈ、Ｔｉ、Ｔｌ、ＺｎおよびＺｒの群から選ばれる少なくとも１種の金属を含む第２の導体ペーストを前記バイアホール導体端部に被着する工程と、前記第２の導体ペーストが被着された前記バイアホール導体端部に銅を主体とする配線回路層を形成する工程と、前記配線回路層と前記バイアホール導体間にパルス電流を印加して、前記配線回路層と前記第２の導体ペースト中の金属粒子との接触部分に、前記Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｄ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｔｈ、Ｔｉ、Ｔｌ、ＺｎおよびＺｒの群から選ばれる少なくとも１種の金属と前記配線回路層中の金属との合金からなるネック部を形成する工程と、を具備することを特徴とするものであり、印加するパルス電流の電流密度が１〜２０００Ａ／ｃｍ^２、パルス幅が０．０１〜１０００ｍｓｅｃ．であることを特徴とする。なお、前記少なくとも銅を含有する金属粉末は、銀を被覆した銅粉末からなることが望ましい。
【００１２】
【作用】
本発明の配線基板では、バイアホール導体中の金属粒子と配線回路層とが、溶接によって形成されたネック部を介して接続された構造からなるために、バイアホール導体中の金属粒子と、銅を主体とする配線回路層とを高い電気伝導性をもって強固に接続できる結果、過酷な条件下でも電気抵抗の変化のない安定した配線基板を提供できる。
【００１３】
即ち、本発明では、配線回路層とバイアホール導体間に所定の金属層を介してパルス電流を印加することで、電気の導通を妨げていた有機樹脂や酸化膜を除去すると同時に、バイアホール導体中の金属粒子間、および配線回路層とバイアホール導体との接触部に放電を起こし、配線回路層とバイアホール導体を形成している金属粒子との接触部を絶縁層に影響を与えることなく、部分的に溶接できる結果、配線層の抵抗を格段に下げることができ、さらに配線回路層の接続信頼性を向上させることができるというものである。
【００１４】
また、上記溶接に際して、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｄ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｔｈ、Ｔｉ、Ｔｌ、ＺｎおよびＺｒの群から選ばれる少なくとも１種の金属は、いずれも銅と合金を形成して９００℃以下の融点の合金となる特性を有するものであり、かかる特性を利用し、配線回路層とバイアホール中の金属粒子との間に前記金属層を介在させてパルス電流を印加すると、バイアホール導体中の銅含有粉末と配線回路層間に直接電流を印加する場合に比較して、低い電流で配線回路層中の銅と上記金属との合金からなるネック部の成長を助長できるために、配線回路層とバイアホール導体との結合力を高めることができる結果、配線回路層とバイアホール導体との抵抗変化のない信頼性の高い配線基板を提供できるのである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面をもとに説明する。
図１は本発明の配線基板の構造を説明するための概略断面図である。図１に示すように、本発明の配線基板１は、有機樹脂を含む複数の絶縁層２ａ〜２ｄを積層してなる絶縁基板３の表面および内部に配線回路層４が配設され、さらに、異なる層の配線回路層４を電気的に接続するためのバイアホール導体５とを具備するものである。本発明によれば、バイアホール導体５は、少なくとも銅を含有する金属粉末を充填して形成されたものである。また、銅を主体とする配線回路層４は、少なくとも銅、あるいは銅含有合金からなる金属箔からなることが望ましい。
【００１６】
本発明における大きな特徴は、図２の要部拡大図に示すように、バイアホール導体５中の金属粒子６が、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｄ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｔｈ、Ｔｉ、Ｔｌ、ＺｎおよびＺｒの群から選ばれる少なくとも１種の金属粉末７を主体とする金属層８を介して前記配線回路層４と電気的に接続してなり、その金属層８中の金属粒子７と配線回路層４としての例えば銅箔９とが、ネック部Ａによって接合してなるものである。このネック部Ａは、金属粒子７と銅箔９との界面におけるいわゆる焼結によって形成されたものであり、その幅Ｌは、金属粒子７の粒子径の１／５以上、特に２／５以上であることが望ましい。
【００１７】
上記のネック部の幅Ｌが金属粒子径の１／５よりも小さいと、配線回路層４とバイアホール導体５との十分に強固な接続ができずに、ヒートサイクルやヒートショック等により、配線回路層４とバイアホール導体中の金属粒子との接触部分が不安定となる結果、配線回路層４とバイアホール導体間の抵抗が大きくなる場合がある。
【００１８】
また、金属層８中の金属粒子７とバイアホール導体中の銅含有金属粒子６も、前記金属粒子７と銅含有金属粒子６中の金属成分を含む合金からなるネック部Ｂによって接合されている。このようなネック部Ａ、Ｂの成長によって、銅を主体とする配線回路層４とバイアホール導体５中の金属粒子６とを金属層８を介して機械的に強固に且つ電気的に低抵抗で接続することができる。
【００１９】
また、本発明によれば、上記のネック部Ａおよびネック部Ｂは、いずれもＡｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｄ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｔｈ、Ｔｉ、Ｔｌ、ＺｎおよびＺｒの群から選ばれる少なくとも１種の金属と銅との合金からなるものである。
【００２０】
上記金属群は、銅との低融点合金を形成することから、後述するパルス電流の印加によって、部分的な焼結が進行して強固なネック部を容易に形成することができるとともに、有機樹脂を含有する絶縁層に対して悪影響を与えることのない条件であってもネックの成長を助長することができる。
【００２１】
バイアホール導体５内の金属粒子６は、少なくとも銅を含有する金属粒子であって、例えば、銅粉末、銅粉末表面に他の金属が被覆された被覆銅粉末、銅と他の金属との合金粉末などが使用できるが、銅の酸化防止の上では、銀被覆銅粉末が最も望ましい。また、この金属粒子の平均粒径が３〜１０μｍ、特に３〜７μｍ、最適には３〜５μｍであることが必要であり、平均粒径が３μｍよりも小さいか、あるいは１０μｍを超えると、いずれも導体ペーストの印刷性およびバイアホールへの充填性が悪くなり、バイアホール導体の金属粉末の充填密度が低下することにより、抵抗が高くなってしまう。
【００２２】
なお、絶縁層２は、絶縁材料としての電気的特性、耐熱性、および機械的強度を有する熱硬化性樹脂、例えば、アラミド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、イミド樹脂、フッ素樹脂、フェニレンエーテル樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アリル樹脂等を、単独または組み合わせで含む。
【００２３】
また、上記の絶縁層２中には、絶縁基板あるいは配線基板全体の強度を高めるために有機樹脂に対してフィラーを複合化させることもできる。有機樹脂と複合化されるフィラーとしては、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_３、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＢａＴｉＯ_３、ＳｒＴｉＯ_３、ゼオライト、ＣａＴｉＯ_３、ほう酸アルミニウム等の無機質フィラーが好適に用いられる。また、ガラスやアラミド樹脂からなる不織布、織布などに上記樹脂を含浸させて用いてもよい。なお、有機樹脂とフィラーとは、体積比率で１５：８５〜５０：５０の比率で複合化されるのが適当である。これらの中でも、絶縁層の加工性、強度等の点で、エポキシ樹脂、イミド樹脂、フェニレンエーテル樹脂と、シリカまたはアラミド不織布との混合物であることが最も望ましい。
【００２４】
本発明の配線基板は、例えば、具体的に以下の方法によって作製される。まず、図３に示すように、非硬化または半硬化の軟質状態の絶縁層１０に対して、所定の箇所にバイアホール１１を形成する（図３（ａ））。
【００２５】
この絶縁層１０は、熱硬化性有機樹脂、または熱硬化性有機樹脂とフィラーなどの組成物を混練機や３本ロールなどの手段によって十分に混合し、これを圧延法、押し出し法、射出法、ドクターブレード法などによってシート状に成形する。そして、所望により熱処理して熱硬化性樹脂を半硬化させる。半硬化には、樹脂が完全硬化するに十分な温度よりもやや低い温度に加熱する。
【００２６】
また、バイアホールの形成は、ドリル、パンチング、サンドブラスト、あるいは炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ、及びエキシマレーザ等の照射による加工など公知の方法が採用される。
【００２７】
次に、上記の絶縁層１０のバイアホール１１内に、少なくとも銅を含有する平均粒径が３〜１０μｍの金属粉末を含む導体ペーストを充填してバイアホール導体１２を形成する（図３（ｂ））。
【００２８】
また、バイアホール内に充填する金属ペーストは、銅粉末、銀粉末、銀被覆銅粉末、銅銀合金などの、平均粒径が３〜１０μｍ、特に３〜７μｍ、最適には３〜５μｍの低抵抗金属粉末と、粉末１００重量部に対して樹脂結合剤を２重量部以下、特に０．０５〜１重量部の割合で含み、さらには、適当な溶剤等を含む。
【００２９】
また、場合によっては、適当な硬化剤を含む場合もある。金属粉末の平均粒径が３μｍよりも小さいと、金属粉末同士の接触抵抗が増加してバイアホール導体の抵抗が高くなる傾向にあり、１０μｍを越えるとバイアホール導体の低抵抗化が難しくなる傾向にある。導体ペースト中の溶剤としては、用いる結合用有機樹脂が溶解可能な溶剤であればよく、例えば、イソプロピルアルコール、テルピネオール、２−オクタノール、ブチルカルビトールアセテート等が用いられる。
【００３０】
上記の導体ペースト中の樹脂結合剤としては、前述した種々の絶縁層を構成する有機樹脂の他、セルロースなども使用される。この有機樹脂は、前記金属粉末同士を互いに接触させた状態で結合するとともに、金属粉末を絶縁シートに接着させる作用をなしている。この有機樹脂は、金属ペースト中において、２重量部を越えると金属粒子間に樹脂が介在することになり粉末同士を十分に接触させることが難しくなり、バイアホール導体の抵抗が大きくなるためである。
【００３１】
次に、形成したバイアホール導体１２の両端に、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｄ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｔｈ、Ｔｉ、Ｔｌ、ＺｎおよびＺｒの群から選ばれる少なくとも１種の金属を含有する導体ペーストを印刷して金属層１３を被着形成する（図３（ｃ））。この金属層１３の形成方法としては、ペーストでの印刷、メッキ、金属ボールの埋込み等により形成することができる。
【００３２】
この時の金属層１３の厚みはバイアホール導体長さの１〜３０％が適当である。これは、３０％を超えると、Ａｇ等の金属自体の抵抗が銅よりも高いことからバイアホール導体全体の抵抗が高くなる恐れがあるためである。
【００３３】
次に、絶縁層１０の金属層１３を被着形成したバイアホール導体１２端部に銅を主体とする配線回路層１４を形成する（図３（ｄ））。配線回路層１４の形成は、１）絶縁層の表面に銅箔を貼り付けた後、エッチング処理して回路パターンを形成する方法、２）転写フィルム表面に銅箔を貼り付け、銅箔をエッチング処理して回路パターンを形成した後、この銅箔からなる配線回路層を絶縁層表面に転写させる方法等が好適に採用される。
【００３４】
その後、圧力を印加して、金属層１３及び配線回路層１４を絶縁層１０表面に埋め込むとともに、配線回路層１４とバイアホール導体１２間にパルス電流を印加して、配線回路層１４とバイアホール導体１２との接触部分を溶接する（図３（ｅ））。
【００３５】
配線回路層１４とバイアホール導体１２間にパルス電流を印加すると、配線回路層１４とバイアホール導体１２間に、前記Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｄ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｔｈ、Ｔｉ、Ｔｌ、ＺｎおよびＺｒの群から選ばれる少なくとも１種の金属を主体とする金属層１３が介在していることから、銅を主体とする配線回路層１４と金属層１３との接触部、および金属層１３とバイアホール導体１２とが、いわゆる放電焼結して、配線回路層１４と金属層１３、金属層１３とバイアホール導体１２中の各金属粒子間の接触部には、図２に示したように、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｄ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｔｈ、Ｔｉ、Ｔｌ、ＺｎおよびＺｒの群から選ばれる少なくとも１種の金属と銅を含む合金によるネック部が成長し、配線回路層１４とバイアホール導体１２とを金属層１３を介して、強固に且つ導電性を妨げる介在物なしに接続することが可能になり、この結果、通電加熱のみでは達成されなかった低抵抗の配線回路層とバイアホール導体との強固で高信頼性の接続構造を、その周辺の絶縁層に悪影響を及ぼすことなく、形成することができるのである。
【００３６】
このパルス電流の印加は、配線回路層１４と金属層１３、あるいは金属層１３とバイアホール導体１２中の各金属粒子間のネックの幅が平均で金属粒子粒径の１／５以上、特に２／５以上となるように電流を印加することが必要である。
【００３７】
かかる観点から、パルス電流の印加は、印加するパルス電流の最適条件としては、電流密度が１〜２０００Ａ／ｃｍ^２、パルス幅が０．０１〜１０００ｍｓｅｃ．の条件が良好に用いられ、電流密度が１Ａ／ｃｍ^２より低いと、溶接されずに金属粒子間の界面に存在する酸化膜や樹脂の除去が難しく、また２０００Ａ／ｃｍ^２を越えると、部分的に発熱が起こり絶縁基板を傷める場合があるためである。また、望ましくは、このパルス電流の印加は、パルス列におけるパルス間隔が０．０１〜１０００ｍｓｅｃ、印加時間が５秒〜５分間、特に１０秒〜１分間が望ましい。なお、パルス電流の印加は、配線層が形成された絶縁層に対して、平板電極を１０ｋｇ／ｃｍ^２以上の圧力で押し当てて行うことが望ましい。
【００３８】
また、パルス電流の１パルスの波形は、矩形波であることが望ましい。正弦波等も用いられるが矩形波が最も効果的である。また、パルス電流が、直流パルスであることが望ましい。それは、正弦波よりも矩形波のほうが、粒子間の放電が起こりやすく、表面の清浄効果が高く、パルス電流は交流よりも直流のほうが一旦清浄された粒子表面に汚れ等が付着しにくいためである。
【００３９】
さらに、上記パルス電流の印加の後に、配線層に通電により加熱処理を施すことにより、さらに配線層の低抵抗化を図ることができる。通電処理は、電流密度１〜４０００Ａ／ｃｍ^２の直流、交流でもよく、通電による加熱温度は１００〜３５０℃の範囲が適当である。この時の温度が１００℃よりも低いと、電気抵抗を下げる効果が小さく、３５０℃を越えると絶縁層や配線回路層を構成する樹脂が分解する場合がある。この通電加熱によって、金属粒子間の接点が発熱し粉末同士の結合力をさらに高めることができる。
【００４０】
また、この通電加熱は、前述したパルス電流の印加と同時に行うことができる。具体的には、直流のパルス電流と直流電流とをあわせた波形、つまり直流電流波形の上部が矩形波となった電流を印加すると通電加熱による作用と、パルス電流印加による放電溶接作用とを同時に付加することができる。
【００４１】
上記のようにしてパルス電流を印加した後に、絶縁層１０中の樹脂が完全に硬化するに十分な温度で熱処理することにより、単一の配線基板を作製することができる。また、配線基板を作製する場合には、上記のようにして、配線回路層およびバイアホール導体を形成した後、パルス電流の印加処理により溶接処理を施した未硬化あるいは半硬化状態の単一配線基板を複数層積層圧着した後、絶縁層中に含まれる熱硬化性樹脂が十分に硬化する温度で加熱して完全硬化させることにより多層配線基板を作製することができる。
【００４２】
なお、上記の製造方法においては、配線回路層と絶縁層との密着強度を高める上では、絶縁層の配線回路層の形成箇所および／または転写シート表面の配線回路層表面の表面を０．１μｍ以上、特に０．３μｍ〜３μｍ、最適には０．３〜１．５μｍに粗面加工することが望ましい。また、バイアホール導体の両端を配線回路層によって封止する上で、配線回路層は、５〜４０μｍの厚さの銅を主体とする金属箔からなることが望ましい。
【００４３】
【実施例】
平均粒径が約５μｍの略球形の酸化珪素７０体積％、フェニレンエーテル樹脂３０体積％を用いてスラリーを調整し、このスラリーを用いてドクターブレード法によってキャリアシート上に塗布し、これを５０℃の温度で６０分間乾燥して厚み１２０μｍの絶縁層を完成した。
【００４４】
次に、前記絶縁層にＮＣパンチングにより直径が０．１ｍｍのスルーホールを形成し、そのホール内に平均粒径５．３μｍ、銀を銅１００重量部に対して３重量部含有する銀被覆銅粉末９９．８重量部、セルロース０．２重量部、溶剤として２−オクタノール１０重量部とを混合して調製した導電性ペーストを充填してバイアホール導体を形成した。さらに、表１、表２に示す平均粒径が３〜５μｍの金属粉末を含有するペーストをそのバイアホール導体の両端に２５μｍ（バイアホール導体長さの１７％相当）の厚みで印刷した。
【００４５】
そして、この絶縁層のバイアホール導体を挟む表裏面に、予め、銅箔からなる配線回路層が形成された転写フィルムをそれぞれ積層して、５０ｋｇ／ｃｍ^２の圧力で圧着した後、転写フィルムを剥がして配線回路層を転写させた。その後、１２０℃に加熱してペースト中の有機溶剤を揮散除去した後、さらに２００℃で１時間加熱して絶縁層を完全に硬化させて配線基板を得た。
【００４６】
得られた配線基板に対して、バイアホール導体の両端の配線回路層間に表１に示す電流密度およびパルス幅で３０秒間パルス電流を印加した。なお、パルス間間隔はパルス幅と同じにした。また、一部の基板に対しては、さらに、表１、表２に示す条件で通電加熱を行った。
【００４７】
そして、これらの処理後の配線基板における配線回路層の初期抵抗値を測定した。また、８５℃、８５％相対湿度において１０００時間経過後の導通抵抗（テスト１）と、９５％相対湿度中、−５５〜＋１２５℃の温度範囲において１０００サイクル後の導通抵抗（テスト２）を測定し、それぞれの条件における抵抗変化率〔（１０００サイクル後の抵抗−初期抵抗）／初期抵抗〕×１００（％）を計算し表１、表２に示した。
【００４８】
また、配線回路層の銅箔と、バイアホール導体との接触状況を走査型電子顕微鏡写真により観察し、溶接によるネックの成長の有無と、そのネック幅／金属粒子径の平均を求め、表１、表２に示した。さらに、Ｘ線マイクロアナライザーによって配線回路層と金属層との界面におけるネック部の金属成分を検査しその結果を表１、表２に示した。
【００４９】
【表１】

【００５０】
【表２】

【００５１】
表１、表２の結果によれば、配線回路層とバイアホール導体との間に、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｄ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｔｈ、Ｔｉ、Ｔｌ、ＺｎおよびＺｒの群から選ばれる少なくとも１種の金属層を介在させて、パルス電流を印加することにより、配線回路層と金属層との接触部分、即ち、銅箔と金属粒子との接触部にネック幅／金属粒子粒径の比率が１／５以上の互いの金属の合金からなるネック部を形成した試料は、配線回路層−バイアホール導体−配線回路層間の初期抵抗を４×１０^−５Ω・ｃｍ以下まで低下させることができた。
【００５２】
しかも、サイクル試験においても抵抗の変化が５％以下の優れた耐久性を示し、長期にわたり接続信頼性の高いことが確認された。また、それらの試料においては、金属層とバイアホール導体中の各金属粒子間もバイアホール導体中の金属粒子の粒径に対して１／５以上のネック部が形成されていることも確認した。
【００５３】
これに対して、パルス電流の印加を行わない試料Ｎｏ．７、９、１５、１７、２０、２２、２４、２６、２８、３２、３７、３８、４０では、いずれも初期抵抗が４×１０^−５Ω・ｃｍよりも高く、しかも熱サイクル試験における抵抗変化が５％を超えるものであり、配線回路層とバイアホール導体との接続信頼性に欠けるものであった。
【００５４】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の配線基板によれば、配線回路層とバイアホール導体中の金属粒子間の接触部をネック部の形成によって強固に接続することができるために、配線回路層の比抵抗を大幅に低減することができるとともに、ヒートサイクルやヒートショック等の熱変形や振動による接続信頼性の低下を抑制することができる。これにより、配線層の微細化と高密度化に十分に対応することができ、超微細化、精密化の要求の応えうることのできる高信頼性の多層配線板を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板の構造を説明するための概略断面図である。
【図２】本発明における配線回路層とバイアホール導体との接触部分の要部拡大断面図である。
【図３】本発明における配線基板の製造工程を説明する工程図である。
【符号の説明】
１配線基板
２絶縁層
３絶縁基板
４配線回路層
５バイアホール導体
６金属粒子
７金属粒子
８金属層
９銅箔
Ａ，Ｂネック部

Claims

有機樹脂を含有する絶縁基板と、該絶縁基板表面および／または内部に配設された銅を主体とする金属箔からなる配線回路層と、前記配線回路層間を電気的に接続するために設けられ、少なくとも銅を含有する平均粒径が３〜１０μｍの金属粉末を充填してなるバイアホール導体を具備する配線基板において、前記バイアホール導体中の銅を含有する金属粉末が、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｄ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｔｈ、Ｔｉ、Ｔｌ、ＺｎおよびＺｒの群から選ばれる少なくとも１種の金属粉末を主体とする金属層を介して前記配線回路層と電気的に接続してなり、前記金属層中の金属粒子と前記配線回路層が、前記金属層中の主体となる金属と前記配線回路層の金属との合金からなるネック部によって結合してなることを特徴とする配線基板。
前記少なくとも銅を含有する金属粉末が、銀を被覆した銅粉末からなる請求項１記載の配線基板。
有機樹脂を含有する絶縁層に形成したバイアホール内に、銅を含有する平均粒径３〜１０μｍの金属粉末を含む第１の導体ペーストを充填してバイアホール導体を形成する工程と、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｄ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｔｈ、Ｔｉ、Ｔｌ、ＺｎおよびＺｒの群から選ばれる少なくとも１種の金属を含む第２の導体ペーストを前記バイアホール導体端部に被着する工程と、前記第２の導体ペーストが被着された前記バイアホール導体端部に銅を主体とする配線回路層を形成する工程と、前記配線回路層と前記バイアホール導体間にパルス電流を印加して、前記配線回路層と前記第２の導体ペースト中の金属粒子との接触部分に、前記Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｄ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｔｈ、Ｔｉ、Ｔｌ、ＺｎおよびＺｒの群から選ばれる少なくとも１種の金属と前記配線回路層中の金属との合金からなるネック部を形成する工程と、を具備することを特徴とする配線基板の製造方法。
印加するパルス電流の電流密度が１〜２０００Ａ／ｃｍ²、パルス幅が０．０１〜１０００ｍｓｅｃ．であることを特徴とする請求項３記載の配線基板の製造方法。
前記少なくとも銅を含有する金属粉末が、銀を被覆した銅粉末からなる請求項３記載の配線基板の製造方法。