JP3867523B2

JP3867523B2 - プリント基板およびその製造方法

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Publication number: JP3867523B2
Application number: JP2001204024A
Authority: JP
Inventors: 芳太郎矢崎; 芳彦白石; 宏司近藤; 敏一原田; 智宏横地
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-12-26
Filing date: 2001-07-04
Publication date: 2007-01-10
Anticipated expiration: 2021-07-04
Also published as: US6713687B2; US7188412B2; EP1220589A3; CN1180666C; CN1361656A; EP1220589B1; KR20020053002A; JP2002359470A; US20040066633A1; TWI290013B; SG108830A1; KR100529405B1; DE60135082D1; US20020079135A1; MXPA01013268A; EP1220589A2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント基板およびその製造方法に関し、特に、両面プリント基板あるいは多層プリント基板に形成される複数の導体パターン層間を電気的に接続したプリント基板およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、絶縁基材に複数層の導体パターンを有するとともに、絶縁基材に設けられたビアホール中の導電性組成物により導体パターン層間を層間接続したプリント基板がある。
【０００３】
そして、このようなプリント基板の製造方法としては、例えば、まず、図１２（ａ）に示すように、ガラスクロス等の芯材に未硬化の熱硬化性樹脂を含浸してＢステージ状態とした所謂プリプレグからなる絶縁基材１２３に、略円筒状のビアホール１２４を形成し、このビアホール１２４内に金属粒子と未硬化の熱硬化性樹脂からなるバインダ樹脂とを含有する層間接続材料である導電ペースト１５０を充填した後、導体パターンとなる導体箔１２２とともに積層する。
【０００４】
そして、この積層体を加圧しつつ加熱することによって、図１２（ｂ）に示すように、導電ペースト１５０がバインダ樹脂の硬化により一体化した導電性組成物１５１となり、導体パターンとなる導体箔１２２層間の電気的接続を行なうものが知られている。
【０００５】
このプリント基板の製造工程において、ビアホール１２４内に導電ペースト１５０を充填した絶縁基材１２３を導体箔１２２とともに加圧しつつ加熱すると、絶縁基材１２３に含まれる熱硬化性樹脂の硬化が速やかに進行するとともに、導電ペースト１５０に含まれるバインダ樹脂の硬化が速やかに進行する。従って、導体箔１２２の層間は、略円筒状のビアホール１２４中に形成された略円柱状の導電性組成物１５１により層間接続される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術では、導体パターンとなる導体箔１２２の層間接続は、略円柱状の導電性組成物１５１により行なわれるため、プリント基板に曲げ等の変形応力が加わった場合に、導電性組成物１５１には導体パターン（導体箔１２２）との接続部１５１ｂ付近に応力が集中し易い。
【０００７】
この接続部１５１ｂ付近に集中応力が繰り返し発生したり、大きな集中応力が発生すると、層間接続の信頼性が低下する場合があるという問題がある。
【０００８】
本発明は上記点に鑑みてなされたもので、複数の導体パターン層の層間接続の信頼性低下を防止できるプリント基板およびプリント基板の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明のプリント基板では、熱可塑性樹脂からなる導体パターンフィルム（２３）を複数枚積層して加圧しつつ加熱することにより形成した絶縁基材（２３）に、導体パターン（２２）を複数有するとともに、絶縁基材（２３）に設けられたビアホール（２４）中の一体化した導電性組成物（５１）により導体パターン（２２）間相互を電気的に接続しているプリント基板（１００）であって、
ビアホール（２４）中の導電性組成物（５１）は、導体パターン（２２）と接続している部分の側面部（５１ａ）が、導体パターン（２２）から離れるほどビアホール（２４）の中心軸に近づくように、導体パターン（２２）に対して傾斜して形成されているとともに、
導体パターン（２２）は、導電性組成物（５１）と導体パターン（２２）との界面に形成された固相拡散層（５２）と、合金からなる導電性組成物（５１）により、電気的に接続されているプリント基板において、
前記合金からなる導電性組成物（５１）は、前記絶縁基材（２３）を形成する加圧及び加熱の工程において、第１の金属粒子（６１）と第２の金属粒子（６２）を焼結して形成されたものであることを特徴としている。
【００１０】
これによると、プリント基板（１００）に曲げ等の変形応力が加わった場合に、導体パターン（２２）間相互を電気的に接続するビアホール（２４）内の導電性組成物（５１）において、導電性組成物（５１）の導体パターン（２２）との接続部（５１ｂ）付近に応力が集中することを防止することが可能である。従って、層間接続の信頼性低下を防止できる。
また、絶縁基材（２３）が熱可塑性樹脂により形成されていると、ビアホール（２４）中の導電性組成物（５１）の導体パターン（２２）と接続している部分の側面部（５１ａ）が、導体パターンから離れるほどビアホール（２４）の中心軸に近づくように、導体パターン（２２）に対し傾斜して形成されている場合においても、絶縁基材（２３）を容易に塑性変形させ、導電性組成物（５１）の形状に合わせてビアホール（２４）形状を形成し易い。
また、一般的に金属粒子の焼結時には体積（所謂見かけ体積）の減少が発生する。従って本請求項に記載の発明のように、導電性組成物（５１）が第１の金属粒子（６１）と第２の金属粒子（６２）の焼結により形成されるものであると、ビアホール（２４）中の導電性組成物（５１）の導体パターン（２２）と接続している部分の側面部（５１ａ）が、導体パターンから離れるほどビアホール（２４）の中心軸に近づくように、導体パターン（２２）に対し傾斜して形成し易い。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明のプリント基板のように、導電性組成物（５１）は、具体的には、ビアホール（２４）の中心軸を通る断面の側方側がアーチ状に形成されていることにより、導体パターン（２２）と接続している部分の側面部（５１ａ）が、導体パターン（２２）から離れるほどビアホール（２４）の中心軸に近づくように、導体パターン（２２）に対し傾斜させることができる。
【００１６】
また、請求項３に記載の発明では、導体パターン（２２）は金属からなり、
一体化した導電性組成物（５１）は、導体パターン（２２）を形成する金属と合金を形成し得る第１の金属粒子（６１）と、層間接続時の加熱温度より高い融点を有する第２の金属粒子（６２）との合金を含み、
導体パターン（２２）を形成する金属と導電性組成物（５１）中の第１の金属とが相互に固相拡散して形成された固相拡散層（５２）を介し、導体パターン（２２）間相互を導電性組成物（５１）により電気的に接続していることを特徴としている。
【００１７】
これによると、複数層の導体パターン（２２）相互は、ビアホール（２４）中の一体化した導電性組成物（５１）と、導電性組成物（５１）中の第１の金属成分と導体パターン（２２）を形成する金属との固相拡散層（５２）により電気的に接続される。従って、導体パターン（２２）相互の電気的接続が接触導通により行なわれることはないので、層間接続抵抗値は変化し難い。このようにして、層間接続の信頼性低下を確実に防止できる。
【００１８】
また、請求項４に記載の発明のプリント基板の製造方法では、熱可塑性樹脂からなる絶縁基材（２３）に形成されたビアホール内に、第１の金属粒子（６１）と第２の金属粒子（６２）とからなる層間接続材料（５０）を充填する充填工程と、
層間接続材料（５０）を複数の導体パターン（２２）の層間で加圧しつつ加熱して、ビアホール（２４）内に焼結により一体化した第１の金属粒子（６１）と第２の金属粒子（６２）との合金からなる導電性組成物（５１）を形成するとともに、導電性組成物（５１）と導体パターン（２２）との界面に固相拡散層（５２）を形成し、この固相拡散層（５２）と合金からなる導電性組成物（５１）を介して複数の導体パターン（２２）の層間を電気的に接続する層間接続工程とを備えるプリント基板の製造方法であって、
層間接続工程において、層間接続材料（５０）を加圧しつつ加熱するときに、絶縁基材（２３）を加圧しつつ加熱して、絶縁基材（２３）をビアホール（２４）内に押し出すように変形させ、導電性組成物（５１）の導体パターン（２２）と接続している部分の側面部（５１ａ）が、導体パターン（２２）から離れるほどビアホール（２４）の中心軸に近づくように、導体パターン（２２）に対し傾斜するように形成することを特徴としている。
【００１９】
これによると、請求項１に記載のプリント基板を製造することができる。従って、導電性組成物（５１）の導体パターン（２２）との接続部（５１ｂ）付近に応力が集中することを防止することが可能である。このようにして、層間接続の信頼性低下を防止できる。
【００２０】
また、請求項５に記載の発明のプリント基板の製造方法のように、具体的には、層間接続工程において、導電性組成物（５１）のビアホール（２４）中の中心軸を通る断面の側方側をアーチ状に形成することにより、導電性組成物（５１）の導体パターン（２２）と接続している部分の側面部（５１ａ）が、導体パターン（２２）から離れるほどビアホール（２４）の中心軸に近づくように、導体パターン（２２）に対し傾斜して形成することができる。
【００２３】
また、請求項６に記載の発明のプリント基板の製造方法では、層間接続工程において、層間接続材料（５０）を加圧しつつ加熱して一体化した導電性組成物（５１）を形成するときに、層間接続材料（５０）の体積に対し、一体化した導電性組成物（５１）の体積を減少させることを特徴としている。
【００２４】
このように、ビアホール（２４）内の層間接続材料（５０）から導電性組成物（５１）を形成するときに体積を減少することができると、絶縁基材（２３）の塑性変形に合わせて、ビアホール（２４）中の導電性組成物（５１）の導体パターン（２２）と接続している部分の側面部（５１ａ）が、導体パターン（２２）から離れるほどビアホール（２４）の中心軸に近づくように、導体パターン（２２）に対し傾斜して形成し易い。
【００２５】
また、請求項７に記載の発明のプリント基板の製造方法のように、層間接続材料（５０）の体積に対する導電性組成物（５１）の体積の減少率は５％以上であると、ビアホール（２４）中の導電性組成物（５１）の導体パターン（２２）と接続している部分の側面部（５１ａ）が、導体パターン（２２）から離れるほどビアホール（２４）の中心軸に近づくように、導体パターン（２２）に対し確実に傾斜するように形成し易い。
【００２８】
また、請求項８に記載の発明のプリント基板の製造方法では、導体パターン（２２）は、金属からなり、
層間接続材料（５０）が含有する第１及び第２の金属粒子（６１，６２）は、導体パターン（２２）を形成する金属と合金を形成し得る第１の金属粒子（６１）と、層間接続時の加熱温度より高い融点を有するとともに、第１の金属粒子（６１）を形成する金属と合金を形成し得る第２の金属粒子（６２）とからなり、
層間接続工程において、層間接続材料（５０）を複数の導体パターン（２２）の層間で加圧しつつ加熱して、第１の金属粒子（６１）を形成する金属と第２の金属粒子（６２）を形成する金属とを合金化し、焼結一体化した導電性組成物（５１）を形成するとともに、
導電性組成物（５１）中の第１の金属粒子（６１）を形成する金属成分と、導体パターン（２２）を形成する金属とを相互に固相拡散させるにより導電性組成物（５１）と導体パターン（２２）との界面に固相拡散層（５２）を形成することで、複数の導体パターン（２２）の層間を電気的に接続することを特徴としている。
【００２９】
これによると、請求項５に記載のプリント基板を製造することができる。従って、導体パターン（２２）相互の電気的接続が接触導通により行なわれることはないので、層間接続抵抗値は変化し難い。このようにして、層間接続の信頼性低下を確実に防止できる。
【００３０】
また、請求項９に記載の発明のプリント基板の製造方法では、層間接続工程において、絶縁基材（２３）を形成する熱可塑性樹脂の弾性率が１〜１０００ＭＰａとなる温度で加熱することを特徴としている。
【００３１】
これによると、層間接続工程において、熱可塑性樹脂からなる絶縁基材（２３）を加圧しつつ加熱して塑性変形するときに、絶縁基材（２３）中に均一な圧力（所謂静水圧）を発生させ易い。絶縁基材に静水圧が掛かった状態でビアホール（２４）内に押し出すように変形させると、絶縁基材（２３）のビアホール（２４）内への押し出し量は、ビアホール（２４）の導体パターン（２２）と接続する端部（ビアホール（２４）の中心軸方向端部）よりも中央部（ビアホール（２４）の中心軸方向中央部）の方が大きくなる。
【００３２】
従って、ビアホール（２４）内の導電性組成物（５１）を層間接続材料（５０）から形成するときに体積が減少するのに合わせて、絶縁基材（２３）をビアホール（２４）の中央部に大きく押し出すことができる。このようにして、ビアホール（２４）中の導電性組成物（５１）の導体パターン（２２）と接続している部分の側面部（５１ａ）が、導体パターン（２２）から離れるほどビアホール（２４）の中心軸に近づくように、導体パターン（２２）に対し傾斜して確実に形成することができる。
【００３３】
また、請求項１０に記載の発明のプリント基板の製造方法では、熱可塑性樹脂からなる絶縁基材（２３）に形成されたビアホール（２４）内に、第１の金属粒子（６１）と第２の金属粒子（６２）とからなる層間接続材料（５０）を充填する充填工程と、
層間接続材料（５０）を複数の導体パターン（２２）の層間で加圧しつつ加熱して、ビアホール（２４）内に、第１の金属粒子（６１）と第２の金属粒子（６２）との合金からなる導電性組成物（５１）を形成するとともに、導電性組成物（５１）と導体パターン（２２）との界面に固相拡散層（５２）を形成し、この固相拡散層（５２）と合金からなる導電性組成物（５１）を介して複数の導体パターン（２２）の層間を電気的に接続する層間接続工程とを備えるプリント基板の製造方法であって、
層間接続工程において、熱可塑性樹脂からなる絶縁基材（２３）を加圧しつつ加熱することにより、絶縁基材（２３）の弾性率を低下させて、絶縁基材（２３）中に均一な圧力を発生させ、
層間接続材料（５０）が焼結により合金からなる導電性組成物（５１）を形成するとき、その焼結の進行に伴い、その容積を減少させていき、
導電性組成物（５１）の収縮にあわせてビアホール（２４）の壁面が常に導電性組成物（５１）に当接するように進行させることにより、絶縁基材（２３）をビアホール（２４）内に押し出すように変形させ、
導電性組成物（５１）の中心軸を通る断面の内壁面形状をアーチ状に形成することを特徴としている。
なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００３５】
図１は、本実施形態におけるプリント基板の製造工程を示す工程別断面図である。
【００３６】
図１（ａ）において、２１は絶縁基材である樹脂フィルム２３の片面に貼着された導体箔（本例では厚さ１８μｍの銅箔）をエッチングによりパターン形成した導体パターン２２を有する片面導体パターンフィルムである。本例では、樹脂フィルム２３としてポリエーテルエーテルケトン樹脂６５〜３５重量％とポリエーテルイミド樹脂３５〜６５重量％とからなる厚さ２５〜７５μｍの熱可塑性樹脂フィルムを用いている。
【００３７】
図１（ａ）に示すように、導体パターン２２の形成が完了すると、次に、図１（ｂ）に示すように、樹脂フィルム２３側から炭酸ガスレーザを照射して、導体パターン２２を底面とする有底ビアホールである略円筒状のビアホール２４を形成する。ビアホールの形成は、炭酸ガスレーザの出力と照射時間等を調整することで、導体パターン２２に穴を開けないようにしている。
【００３８】
ビアホール２４の形成には、炭酸ガスレーザ以外にエキシマレーザ等が使用可能である。レーザ以外のドリル加工等のビアホール形成方法も可能であるが、レーザビームで穴あけ加工すると、微細な径で穴あけでき、導体パターン２２にダメージを与えることが少ないため好ましい。
【００３９】
図１（ｂ）に示すように、ビアホール２４の形成が完了すると、次に、図１（ｃ）に示すように、ビアホール２４内に層間接続材料である導電ペースト５０を充填する。導電ペースト５０は、平均粒径５μｍ、比表面積０．５ｍ²／ｇの錫粒子（本実施形態の第１の金属粒子）３００ｇと、平均粒径１μｍ、比表面積１．２ｍ²／ｇの銀粒子（本実施形態の第２の金属粒子）３００ｇとに、有機溶剤であるテルピネオール６０ｇを加え、これをミキサーによって混練しペースト化したものである。
【００４０】
導電ペースト５０は、メタルマスクを用いたスクリーン印刷機により、片面導体パターンフィルム２１のビアホール２４内に印刷充填された後、１４０〜１６０℃で３０分間テルピネオールを乾燥させる。ビアホール２４内への導電ペースト５０の充填は、本例ではスクリーン印刷機を用いたが、確実に充填ができるのであれば、ディスペンサ等を用いる他の方法も可能である。
【００４１】
ここで、ペースト化のために添加する有機溶剤として、テルピネオール以外を用いることも可能であるが、沸点が１５０〜３００℃の有機溶剤を用いることが好ましい。沸点が１５０℃未満の有機溶剤では、導電ペースト５０の粘度の経時変化が大きくなるという不具合を発生し易い。一方、沸点が３００℃を超える有機溶剤では、乾燥に要する時間が長くなり好ましくない。
【００４２】
また、本例では、導電ペースト５０を構成する金属粒子として、平均粒径５μｍ、比表面積０．５ｍ²／ｇの錫粒子と、平均粒径１μｍ、比表面積１．２ｍ²／ｇの銀粒子とを用いたが、これらの金属粒子は、平均粒径が０．５〜２０μｍであるとともに、比表面積が０．１〜１．５ｍ²／ｇであることが好ましい。
【００４３】
金属粒子の平均粒径が０．５μｍ未満であったり、比表面積が１．５ｍ²／ｇを超える場合には、ビアホール充填に適した粘度にペースト化するために多量の有機溶剤を必要とする。多量の有機溶剤を含んだ導電ペーストは乾燥に時間を要し、乾燥が不充分であると、層間接続時の加熱により多量のガスを発生するため、ビアホール２４内にボイドが発生し易く、層間接続信頼性を低下させる。
【００４４】
一方、金属粒子の平均粒径が２０μｍを超えたり、比表面積が０．１ｍ²／ｇ未満の場合には、ビアホール２４内に充填し難くなるとともに、金属粒子が偏在し易くなり、加熱しても均一な合金からなる導電性組成物５１を形成し難く、層間接続信頼性を確保し難いという問題があり好ましくない。
【００４５】
また、ビアホール２４内へ導電ペースト５０を充填する前に、導体パターン２２のビアホール２４に面する部位を薄くエッチング処理したり還元処理してもよい。これによると、後述する層間接続時の固相拡散が一層良好に行なわれる。
【００４６】
ビアホール２４内への導電ペースト５０の充填および乾燥が完了すると、図１（ｄ）に示すように、片面導体パターンフィルム２１を複数枚（本例では４枚）積層する。このとき、下方側の２枚の片面導体パターンフィルム２１は導体パターン２２が設けられた側を下側として、上方側の２枚の片面導体パターンフィルム２１は導体パターン２２が設けられた側を上側として積層する。
【００４７】
すなわち、中央の２枚の片面導体パターンフィルム２１を導体パターン２２が形成されていない面同士を向かい合わせて積層し、残りの２枚の片面導体パターンフィルム２１は、導体パターン２２が形成された面と導体パターン２２が形成されていない面とが向かい合うように積層する。
【００４８】
そしてさらに、積層された複数層の片面導体パターンフィルム２１の上方側には、最上層の導体パターン２２を覆うようにレジスト膜であるカバーレイヤー３６ａを積層し、積層された複数層の片面導体パターンフィルム２１の下方側には、最下層の導体パターン２２を覆うようにレジスト膜であるカバーレイヤー３６ｂを積層する。
【００４９】
カバーレイヤー３６ａには、最上層の導体パターン２２の電極となるべき位置に対応して、電極３２を露出するように開口３９ａが穴あけ加工されている。また、カバーレイヤー３６ｂには、最下層の導体パターン２２の電極となるべき位置に対応して、電極３７を露出するように開口３９ｂが穴あけ加工されている。本例では、カバーレイヤー３６ａ、３６ｂには、樹脂フィルム２３と同じ熱可塑性樹脂材料であるポリエーテルエーテルケトン樹脂６５〜３５重量％とポリエーテルイミド樹脂３５〜６５重量％とからなる樹脂フィルムを用いている。
【００５０】
図１（ｄ）に示すように片面導体パターンフィルム２１およびカバーレイヤー３６ａ、３６ｂを積層したら、これらの上下両面から真空加熱プレス機により加熱しながら加圧する。本例では、２４０〜３５０℃の温度に加熱し２〜１０ＭＰａの圧力で１０〜２０分間加圧した。
【００５１】
これにより、図１（ｅ）に示すように、各片面導体フィルムパターン２１およびカバーレイヤー３６ａ、３６ｂ相互が接着される。樹脂フィルム２３およびカバーレイヤー３６ａ、３６ｂが熱融着して一体化するとともに、ビアホール２４内の導電ペースト５０により隣接する導体パターン２２の層間接続が行なわれ、両面に電極３２、３７を備える多層のプリント基板１００が得られる。樹脂フィルム２３とカバーレイヤー３６ａ、３６ｂとは同じ熱可塑性樹脂材料によって形成されているので、加熱により軟化し、加圧されることで確実に一体化することができる。
【００５２】
なお、上述の製造工程において、図１（ｃ）に示す工程が本実施形態における充填工程であり、図１（ｄ）、（ｅ）に示す工程が本実施形態における層間接続工程である。
【００５３】
ここで、層間接続のメカニズムを図２に基づいて説明する。図２はビアホール２４内の状態を模式的に示す部分拡大図である。ビアホール２４内に充填され乾燥されたペースト５０は、真空加熱プレス機により加熱される前には、図２（ａ）に示す状態にある。すなわち、第１の金属粒子である錫粒子６１と第２の金属粒子である銀粒子６２とが混合された状態にある。なお、錫は本実施形態における第１の金属であり、銀は本実施形態における第２の金属である。
【００５４】
そして、このペースト５０が２４０〜３５０℃に加熱されると、錫粒子６１の融点は２３２℃であり、銀粒子６２の融点は９６１℃であるため、錫粒子６１は融解し、銀粒子６２の外周を覆うように付着する。この状態で加熱が継続すると、融解した錫は、銀粒子６２の表面から拡散を始め、錫と銀との合金（融点４８０℃）を形成する。このとき、導電ペースト５０には２〜１０ＭＰａの圧力が加えられているため、錫と銀との合金形成に伴い、図２（ｂ）に示すように、ビアホール２４内には、焼結により一体化した合金からなる導電性組成物５１が形成される。
【００５５】
また、ビアホール２４内で導電性組成物５１が形成されているときには、この導電性組成物５１は加圧されているため、導体パターン２２のビアホール２４の底部を構成している面に圧接される。これにより、導電性組成物５１中の錫成分と、導体パターン２２を構成する銅箔の銅成分とが相互に固相拡散し、導電性組成物５１と導体パターン２２との界面に固相拡散層５２を形成する。
【００５６】
図２には図示していないが、ビアホール２４の下方側の導体パターン２２と導電性組成物５１との界面にも、導電性組成物５１中の錫成分と、導体パターン２２を構成する銅箔の銅成分との固相拡散層が形成される。従って、ビアホール２４の上下の導体パターン２２間は、一体化した導電性組成物５１と固相拡散層５２とにより電気的に接続される。
【００５７】
このように、真空加熱プレス機で加圧されつつ加熱されることにより導体パターン２２間相互の層間接続がおこなわれているとき、固相拡散層５２が形成された後も導電性組成物５１の焼結が進行し、導電性組成物５１は収縮（焼結の進行に伴い容積（見掛けの体積）が減少）していく。なお、本例では、導電性組成物５１は導電ペースト５０に対し体積が約１０〜２０％減少する。
【００５８】
このとき絶縁基材である樹脂フィルム２３も真空加熱プレス機により加圧しつつ加熱されているので、樹脂フィルム２３はフィルムの延在方向に変形し、ビアホール２４の周囲の樹脂フィルム２３はビアホール２４内に押し出されるように変形しようとする。
【００５９】
真空加熱プレス機により加圧しつつ加熱されているとき、樹脂フィルム２３の弾性率は約５〜４０ＭＰａに低下している。このように弾性率が低下した樹脂フィルム２３を加圧すると、絶縁基材である樹脂フィルム２３中にはほぼ均一な圧力（所謂静水圧）が発生する。
【００６０】
樹脂フィルム２３中にほぼ均一な圧力が掛かった状態で加圧を続け、ビアホール２４の周囲の樹脂フィルム２３をビアホール２４内に押し出すように塑性変形させると、樹脂フィルム２３のビアホール内への押し出し量は、ビアホール２４の導体パターン２２と接続する端部（ビアホール２４の中心軸方向端部）よりも中央部（ビアホール２４の中心軸方向中央部）の方が大きくなる。
【００６１】
すなわち、図３に示すように、加熱プレス前には略円筒状であったビアホール２４の内壁は、上述のように樹脂フィルム２３がビアホール２４内に押し出されることにより、ビアホール２４の中心軸を通る断面の内壁面形状をアーチ状に形成することができる。
【００６２】
このとき、前述のように、導電性組成物５１は焼結の進行に伴い容積（見掛けの体積）が減少している。この導電性組成物５１の体積が減少するときに、導電性組成物５１はビアホール２４内に断面形状がアーチ状となるように押し出される樹脂フィルム２３により押圧される。そして、樹脂フィルム２３のビアホール２４内への押し出し方向の変形は、導電性組成物５１の収縮にあわせてビアホール２４の壁面が常に導電性組成物５１に当接するように進行していく。
【００６３】
その結果、図３に示すように、導電性組成物５１のビアホール２４の中心軸を通る断面の側方側をアーチ状に形成することができる。従って、導電性組成物５１は、固相拡散層５２を介して導体パターン２２と接続している部分より中央部（複数の導体パターン２２間の中間部分）の方が細い形状とすることができる。
【００６４】
すなわち、導電性組成物５１の固相拡散層５２を介して導体パターン２２と接続している部分の側面部５１ａは、導体パターン２２から離れるほどビアホール２４中心軸に近づくように、導体パターン２２に対し傾斜するように形成することができる。
【００６５】
なお、加熱プレス時の樹脂フィルム２３の弾性率は１〜１０００ＭＰａであることが好ましい。弾性率が１０００ＭＰａより大きいと加圧しても樹脂フィルム２３中に均一な圧力が発生し難いとともに、樹脂フィルム２３間等を熱融着し難い。また、弾性率が１ＭＰａより小さいと加圧により樹脂フィルムが流れ易くプリント基板１００を形成し難い。
【００６６】
また、導電ペースト５０の体積に対する焼結後の導電性組成物５１の体積の減少率は５％以上であることが好ましい。体積減少率が５％未満であると、導電性組成物５１の固相拡散層５２を介して導体パターン２２と接続している部分の側面部５１ａを、導体パターン２２に対し充分に傾斜することが難しい。
【００６７】
上述の構成および製造方法によれば、プリント基板１００に曲げ等の変形応力が加わった場合に、一般的に応力が集中し易い導電性組成物５１の導体パターン２２との接続部（図３に示す接続部５１ｂ）は、側面部５１ａが傾斜して形成されているので、応力集中を防止することが可能である。さらに、導電性組成物５１のビアホール２４の中心軸を通る断面の側方側はアーチ状に形成されているので、導電性組成物５１は、接続部５１ｂ以外の部位にも応力が集中し難い。従って、層間接続の信頼性低下をに防止できる。
【００６８】
また、プリント基板１００の複数層の導体パターン２２相互は、ビアホール２４中の焼結により一体化した錫と銀との合金からなる導電性組成物５１と、導体パターン２２と導電性組成物５１との界面において形成された導電性組成物５１中の錫成分と導体パターン２２を形成する銅との固相拡散層５２により電気的に接続される。従って、導体パターン２２相互の電気的接続が接触導通により行なわれることはないので、層間接続抵抗値は変化し難い。このようにして、層間接続の信頼性低下を一層確実に防止できる。
【００６９】
また、片面導体パターンフィルム２１およびカバーレイヤー３６ａ、３６ｂの積層一体化と、導体パターン２２層間の層間接続とを、加圧しつつ加熱することにより、同時に行なうことができる。従って、プリント基板１００の加工工数が低減でき、製造コストを低減することができる。
【００７０】
なお、本実施形態では、導電ペースト５０中の金属成分は、錫が５０重量％、銀が５０重量％であったが、金属成分中の錫の含有率は２０〜８０％であることが好ましい。
【００７１】
図４は、本発明者らが行なった導体パターンを形成する銅箔と導電性組成物との密着性の評価結果であり、導電ペースト中の錫と銀との比率を変化させたときの銅箔との密着強度を示すグラフである。
【００７２】
評価方法を説明すると、まず、錫粒子および銀粒子は本実施形態に前述した導電ペースト５０に加えたものを用い、金属成分に対し１０重量％のテルピネオールを加えてペースト化したものを銅箔のシャイニー面（光沢面）に印刷し、前述の乾燥条件で乾燥した。次に、乾燥したペーストの表面に銅箔のマット面（非光沢面）が接触するように銅箔を積層し、前述の条件で加熱しながら加圧し、２枚の銅箔を導電性組成物を介して接合した。
【００７３】
なお、銅箔のシャイニー面とマット面とを接合したのは、プリント基板製造時に片面導体パターンフィルムを同一方向に積層した場合に、上記の両面間にビアホール内に導電性組成物が充填されたビアが形成されるためである。そして、接合した２枚の銅箔を１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で剥離し、このときのピール強度を密着強度とした。
【００７４】
錫の含有率が２０〜８０％であれば、絶縁基材と銅箔との密着強度である１．０Ｎ／ｍｍ以上の良好な密着強度が得られることがわかる。なお、錫の含有率が２０〜８０％の場合の剥離による破壊モードは、銅箔と導電性組成物との界面剥離でなく導電性組成物の母材破壊であり、銅箔と導電性組成物との界面には、導電性組成物よりも強固な固相拡散層が形成されていることがわかる。
【００７５】
また、図５は、本発明者らが行なった層間接続信頼性の評価結果であり、ビアホールに充填する導電ペースト中の錫と銀との比率を変化させたときに、プリント基板のビア連結抵抗の初期値に対し、プリント基板のリフロー半田付け工程通過後の抵抗値変化を示すグラフである。
【００７６】
評価方法を説明すると、まず、錫粒子および銀粒子は本実施形態に前述した導電ペースト５０に加えたものを用い、金属成分に対し１０重量％のテルピネオールを加えてペースト化したものを片面導体パターンフィルムのビアホール中に充填し、前述の乾燥条件で乾燥した。次に、片面導体パターンフィルムの絶縁基材側の面に銅箔を積層し、前述の条件で加熱しながら加圧して、ビア連結抵抗が測定できる導体パターンを形成した両面基板を作製した。
【００７７】
そして、作製した両面基板のビア連結抵抗と、この両面基板を２５０℃、５分間のリフロー工程を通過させた後のビア連結抵抗を測定し、抵抗変化率を算出した。
【００７８】
錫の含有率が２０〜８０％であれば、リフロー後の抵抗変化率は、一般に接続信頼性が良好であると言われる抵抗変化率の上限２０％以下を確保できることがわかる。
【００７９】
上記のように、金属成分中の錫の含有率が２０〜８０％の導電ペースト５０を層間接続材料としてプリント基板を製造すれば、確実に接続信頼性の高いプリント基板を得ることができる。
【００８０】
（他の実施形態）
上記一実施形態では、導電ペースト５０は錫粒子６１および銀粒子６２を含有し、これらの金属粒子が合金を形成しつつ焼結することで、導電性組成物５１を形成するものであったが、導電ペーストは、例えば金属粒子およびバインダ樹脂となる未硬化状態の熱硬化性樹脂を含有し、この熱硬化性樹脂を硬化して金属粒子を保持する導電性組成物とするものであって、金属粒子が焼結するものでなくてもよい。
【００８１】
熱硬化性樹脂の加熱硬化収縮等により、導電性組成物の体積が導電性ペーストの体積に対し減少する（好ましくは５％以上減少する）ものであれば、上記一実施形態と同様に、導電性組成物の導体パターンと接続している部分の側面部を、導体パターンから離れるほどビアホール中心軸に近づくように、導体パターンに対し傾斜するように形成することができる。この場合でも、導電性組成物の導体パターンとの接続部付近に応力が集中することを防止することが可能である。
【００８２】
ただし、この場合は、層間接続が接触導通によるものであるので、信頼性の点からは上記一実施形態の方がより好ましい。
【００８３】
また、上記一実施形態では、第２の金属粒子として銀粒子を用いたが、層間接続時に溶融せず、第１の金属粒子を形成する錫と合金を形成できる金属からなる粒子であればよい。採用できる金属としては、銅（融点１０８３℃）、金（融点１０６３℃）、白金（融点１７６９℃）、パラジウム（融点１５５２℃）、ニッケル（融点１４５３℃）、亜鉛（融点４１９℃）等がある。第２の金属粒子として、これらを単独で用いてもよいし、適宜混合して用いてもよい。
【００８４】
また、上記一実施形態において、第１の金属粒子と第２の金属粒子とを含む導電ペースト５０を用いたが、第１の金属粒子を構成する第１の金属と第２の金属粒子を構成する第２の金属との合金粒子を含む導電ペーストを用いてもよい。
【００８５】
例えば、図６（ａ）に示すように、片面導体パターンフィルム２１のビアホール２４内に、錫５０重量％、銀５０重量％の合金粒子１６２と有機溶剤とからなる導電ペースト１５０を充填し乾燥した後、片面導体パターンフィルム２１を適宜積層し、これらの上下両面から加熱しながら加圧することで、図６（ｂ）に示すように、ビアホール２４内に、合金粒子の焼結により一体化した導電性組成物５１を形成する。
【００８６】
そして、ビアホール２４内で導電性組成物５１が形成されているときには、この導電性組成物５１は加圧されているため、導体パターン２２のビアホール２４の底部を構成している面に圧接される。これにより、導電性組成物５１中の錫成分と、導体パターン２２を構成する銅箔の銅成分とが相互に固相拡散し、導電性組成物５１と導体パターン２２との界面に固相拡散層５２を形成するものであってもよい。
【００８７】
なお、上述のように合金粒子１６２の焼結が進行するときには、導電性組成物５１の体積が減少するとともに、樹脂フィルム２３がビアホール２４内に押し出されるように変形する。従って、これによっても、上記第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００８８】
またこのとき、第２の金属は銀に限らず、上記したように、銅、金、白金、パラジウム、ニッケル、亜鉛等を単独あるいは混合して用いることが可能である。さらに、導電ペースト１５０中の金属成分は、錫が５０重量％、銀が５０重量％であったが、上記一実施形態と同様に、金属成分中の錫の含有率は２０〜８０％であることが好ましい。
【００８９】
また、上記一実施形態では、層間接続材料である導電ペースト５０に含有される金属粒子は、第１の金属粒子である錫粒子６１および第２の金属粒子である銀粒子６２のみであったが、導電ペースト５０の保形性向上を目的として、導電ペースト５０に、低融点金属粒子（例えばインジウム粒子）もしくは粒径が約１〜１００ｎｍの例えば銀からなる金属粒子（所謂ナノ粒子）を添加するものであってもよい。これらの金属粒子を添加した導電ペースト５０をビアホール２４内に充填した後加熱を行なうことにより、層間接続工程までの導電ペースト５０の保形性を向上することが可能である。
【００９０】
また、上記一実施形態において、導電ペースト５０中の金属成分は、第１の金属粒子および第２の金属粒子のみであったが、錫と合金を形成しない金属粒子等を含むものであってもよい。例えば、導電性組成物５１の熱膨張率を絶縁基材である樹脂フィルム２３の熱膨張率近傍に調節することを目的に他の金属粒子や非導電性無機フィラ等を混合してもよい。ただし、導電性組成物５１の一体化を阻害するほど多量に混入することは好ましくない。
【００９１】
また、上記一実施形態において、プリント基板製造時に、図１（ｄ）に示すように片面導体パターンフィルム２１を積層したが、層間接続が必要な多層プリント基板もしくは両面プリント基板を得るための構成であれば、この積層パターンに限定されるものではない。
【００９２】
例えば、図７に示すように、導体パターンが全面銅箔である片面導体パターンフィルム７１と片面導体パターンフィルム２１と銅箔８１とを積層し、加熱プレスした後両面の銅箔をパターニングして多層プリント基板を得るものであってもよいし、図８に示すように、片面導体パターンフィルム２１と両面基板９１を積層し、加熱プレスして多層プリント基板を得るものであってもよいし、図９に示すように、両面基板９１の両面に樹脂フィルム２３を積層し、さらにその両面に銅箔８１を積層し、加熱プレスした後両面の銅箔をパターニングして多層プリント基板を得るものであってもよい。
【００９３】
また、図１０に示すように、樹脂フィルム２３の両面に銅箔を積層し、加熱プレスした後両面の銅箔をパターニングして両面プリント基板を得るものであってもよいし、図１１に示すように、導体パターンが全面銅箔である片面導体パターンフィルム７１と銅箔８１とを積層し、加熱プレスした後両面の銅箔をパターニングして両面プリント基板を得るものであってもよい。
【００９４】
また、上記一実施形態において、樹脂フィルム２３およびカバーレイヤー３６ａ、３６ｂとしてポリエーテルエーテルケトン樹脂６５〜３５重量％とポリエーテルイミド樹脂３５〜６５重量％とからなる樹脂フィルムを用いたが、これに限らず、ポリエーテルエーテルケトン樹脂とポリエーテルイミド樹脂に非導電性フィラを充填したフィルムであってもよいし、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）もしくはポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を単独で使用することも可能である。
【００９５】
さらに、熱可塑性ポリイミド、または所謂液晶ポリマー等の熱可塑性樹脂を用いてもよい。加熱プレス時の加熱温度において弾性率が１〜１０００ＭＰａであり、後工程である半田付け工程等で必要な耐熱性を有する樹脂フィルムであれば好適に用いることができる。
【００９６】
また、上記一実施形態において、導体パターン２２を構成する金属として銅を用いたが、導電性組成物５１中の錫成分と相互に固相拡散できるものであればこれに限らない。また、導体パターン２２がすべて導電性組成物５１中の錫（第１の金属）成分と相互固相拡散できる金属である必要もなく、表面に例えば銀や金のような導電性組成物５１中の錫（第１の金属）成分と相互固相拡散できる金属めっき層が設けられた導体パターンであってもよい。導体パターン２２のビアホール２４に対応する位置に、導電性組成物５１中の錫（第１の金属）成分と相互固相拡散できる金属が配置されているものであればよい。
【００９７】
また、上記一実施形態において、導電ペースト５０は金属粒子６１、６２および有機溶剤により構成したが、導電ペースト５０の固形分（例えば上記一実施形態では金属粒子６１、６２）１００重量％に対し分散剤を０．０１〜１．５重量％添加してもよい。これによると、導電ペースト５０中に金属粒子を均一に分散させ易くなる。ただし、分散剤の添加量が０．０１％未満では分散効果が得られ難く、１．５重量％を超えると焼結により導電性組成物が一体化することを妨げやすい。なお、分散剤としては、例えば、リン酸エステルやステアリン酸エステル等を用いることができる。
【００９８】
また、上記各実施形態において、層間接続用材料は導電ペースト５０であったが、ビアホール内に充填が可能であれば、ペースト状ではなく粒状等であってもよい。
【００９９】
また、上記各実施形態において、プリント基板１００は４層基板であったが、複数の導体パターン層を有するものであれば、層数が限定されるものではないことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における一実施形態のプリント基板の概略の製造工程を示す工程別断面図である。
【図２】本発明における一実施形態のビアホール２４内の状態を模式的に示す部分拡大図であり、（ａ）は導電ペースト５０充填後の状態、（ｂ）は層間接続後の状態を示す。
【図３】本発明における一実施形態の導電性組成物５１の形状を模式的に示す部分拡大図である。
【図４】導体パターンを形成する銅箔と導電性組成物との密着性の評価結果を示すグラフである。
【図５】プリント基板のリフロー半田付け工程通過後のビア連結抵抗変化率を示すグラフである。
【図６】本発明における他の実施形態のビアホール２４内の状態を模式的に示す部分拡大図であり、（ａ）は導電ペースト１５０充填後の状態、（ｂ）は層間接続後の状態を示す。
【図７】他の実施形態における多層プリント基板製造のための要素積層構成を示す図である。
【図８】他の実施形態における多層プリント基板製造のための要素積層構成を示す図である。
【図９】他の実施形態における多層プリント基板製造のための要素積層構成を示す図である。
【図１０】他の実施形態における両面プリント基板製造のための要素積層構成を示す図である。
【図１１】他の実施形態における両面プリント基板製造のための要素積層構成を示す図である。
【図１２】従来技術におけるプリント基板の概略の製造工程の一部示す工程別断面図である。
【符号の説明】
２１片面導体パターンフィルム
２２導体パターン
２３樹脂フィルム（絶縁基材）
２４ビアホール（有底ビアホール）
５０、１５０導電ペースト（層間接続材料）
５１導電性組成物
５１ａ側面部
５１ｂ接続部
５２固相拡散層
６１錫粒子（第１の金属粒子）
６２銀粒子（第２の金属粒子）
１００プリント基板
１６２合金粒子

Claims

熱可塑性樹脂からなる導体パターンフィルム（２３）を複数枚積層して加圧しつつ加熱することにより形成した絶縁基材（２３）に、導体パターン（２２）を複数層有するとともに、前記絶縁基材（２３）に設けられたビアホール（２４）中の一体化した導電性組成物（５１）により前記導体パターン（２２）間相互を電気的に接続しているプリント基板（１００）であって、
前記ビアホール（２４）中の前記導電性組成物（５１）は、前記導体パターン（２２）と接続している部分の側面部（５１ａ）が、前記導体パターン（２２）から離れるほど前記ビアホール（２４）の中心軸に近づくように、前記導体パターン（２２）に対して傾斜して形成されているとともに、
前記導体パターン（２２）は、前記導電性組成物（５１）と前記導体パターン（２２）との界面に形成された固相拡散層（５２）と、合金からなる導電性組成物（５１）により、電気的に接続されているプリント基板において、
前記合金からなる導電性組成物（５１）は、前記絶縁基材（２３）を形成する加圧及び加熱の工程において、第１の金属粒子（６１）と第２の金属粒子（６２）を焼結して形成されたものであることを特徴とするプリント基板。
前記導電性組成物（５１）は、前記ビアホール（２４）の中心軸を通る断面の側方側がアーチ状に形成されていることにより、前記導体パターン（２２）と接続している部分の前記側面部（５１ａ）が、前記導体パターンから離れるほど前記ビアホール（２４）の中心軸に近づくように、前記導体パターン（２２）に対して傾斜していることを特徴とする請求項１に記載のプリント基板。
前記導体パターン（２２）は、金属からなり、
前記一体化した導電性組成物（５１）は、前記導体パターン（２２）を形成する金属と合金を形成し得る前記第１の金属粒子（６１）と、層間接続時の加熱温度より高い融点を有する前記第２の金属粒子（６２）との合金を含み、
前記導体パターン（２２）を形成する金属と前記導電性組成物（５１）中の第１の金属とが相互に固相拡散層（５２）を介し、前記導体パターン（２２）間相互を前記導電性組成物（５１）により電気的に接続していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプリント基板。
熱可塑性樹脂からなる絶縁基材（２３）に形成されたビアホール（２４）内に、第１の金属粒子（６１）と第２の金属粒子（６２）とからなる層間接続材料（５０）を充填する充填工程と、
前記層間接続材料（５０）を複数の導体パターン（２２）の層間で加圧しつつ加熱して、前記ビアホール（２４）内に焼結により一体化した前記第１の金属粒子（６１）と前記第２の金属粒子（６２）との合金からなる導電性組成物（５１）を形成するとともに、前記導電性組成物（５１）と前記導体パターン（２２）との界面に固相拡散層（５２）を形成し、この固相拡散層（５２）と合金からなる導電性組成物（５１）を介して前記複数の導体パターン（２２）の層間を電気的に接続する層間接続工程とを備えるプリント基板の製造方法であって、
前記層間接続工程において、前記層間接続材料（５０）を加圧しつつ加熱するときに、前記絶縁基材（２３）を加圧しつつ加熱して、前記絶縁基材（２３）を前記ビアホール（２４）内に押し出すように変形させ、前記導電性組成物（５１）の前記導体パターン（２２）と接続している部分の側面部（５１ａ）が、前記導体パターン（２２）から離れるほど前記ビアホール（２４）の中心軸に近づくように、前記導体パターン（２２）に対し傾斜するように形成することを特徴とするプリント基板の製造方法。
前記層間接続工程において、前記導電性組成物（５１）の前記ビアホール（２４）の中心軸を通る断面の側方側をアーチ状に形成することにより、前記導電性組成物（５１）の前記導体パターン（２２）と接続している部分の前記側面部（５１ａ）が、前記導体パターンから離れるほど前記ビアホール（２４）の中心軸に近づくように、前記導体パターン（２２）に対し傾斜して形成されることを特徴とする請求項４に記載のプリント基板の製造方法。
前記層間接続工程において、前記層間接続材料（５０）を加圧しつつ加熱して前記一体化した導電性組成物（５１）を形成するときに、前記層間接続材料（５０）の体積に対し、前記一体化した導電性組成物（５１）の体積を減少させることを特徴とする請求項５に記載のプリント基板の製造方法。
前記層間接続材料（５０）の体積に対する前記導電性組成物（５１）の体積の減少率は５％以上であることを特徴とする請求項６に記載のプリント基板の製造方法。
前記導体パターン（２２）は、金属からなり、
前記層間接続材料（５０）が含有する第１及び第２の金属粒子（６１，６２）は、前記導体パターン（２２）を形成する金属と合金を形成し得る第１の金属粒子（６１）と、層間接続時の加熱温度より高い融点を有するとともに、前記第１の金属粒子（６１）を形成する金属と合金を形成し得る第２の金属粒子（６２）とからなり、
前記層間接続工程において、前記層間接続材料（５０）を複数の前記導体パターン（２２）の層間で加圧しつつ加熱して、前記第１の金属粒子（６１）を形成する金属と前記第２の金属粒子（６２）を形成する金属とを合金化し、焼結一体化した前記導電性組成物（５１）を形成するとともに、
前記導電性組成物（５１）中の前記第１の金属粒子（６１）を形成する金属成分と、前記導体パターン（２２）を形成する金属とを相互に固相拡散させるにより前記導電性組成物（５１）と前記導体パターン（２２）との界面に固相拡散層（５２）を形成することで、前記複数の導体パターン（２２）の層間を電気的に接続することを特徴とする請求項４に記載のプリント基板の製造方法。
前記層間接続工程において、前記絶縁基材（２３）を形成する前記熱可塑性樹脂の弾性率が１〜１０００ＭＰａとなる温度まで加熱することを特徴とする請求項４ないし請求項８のいずれか１つに記載のプリント基板の製造方法。
熱可塑性樹脂からなる絶縁基材（２３）に形成されたビアホール（２４）内に、第１の金属粒子（６１）と第２の金属粒子（６２）とからなる層間接続材料（５０）を充填する充填工程と、
前記層間接続材料（５０）を複数の導体パターン（２２）の層間で加圧しつつ加熱して、前記ビアホール（２４）内に、前記第１の金属粒子（６１）と前記第２の金属粒子（６２）との合金からなる導電性組成物（５１）を形成するとともに、前記導電性組成物（５１）と前記導体パターン（２２）との界面に固相拡散層（５２）を形成し、この固相拡散層（５２）と合金からなる導電性組成物（５１）を介して前記複数の導体パターン（２２）の層間を電気的に接続する層間接続工程とを備えるプリント基板の製造方法であって、
前記層間接続工程において、前記熱可塑性樹脂からなる絶縁基材（２３）を加圧しつつ加熱することにより、絶縁基材（２３）の弾性率を低下させて、絶縁基材（２３）中に圧力を発生させ、
層間接続材料（５０）が焼結により合金からなる導電性組成物（５１）を形成するとき、その焼結の進行に伴い、その容積を減少させていき、
導電性組成物（５１）の収縮にあわせて前記ビアホール（２４）の壁面が導電性組成物（５１）に当接するように進行させることにより、前記絶縁基材（２３）を前記ビアホール（２４）内に押し出すように変形させ、
前記導電性組成物（５１）の中心軸を通る断面の内壁面形状をアーチ状に形成することを特徴とするプリント基板の製造方法。