JP6835051B2 - 回路基板及び部品実装基板、並びに、それらの製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、回路基板及び部品実装基板、並びに、それらの製造方法に関する。

回路基板の層間接続部は、部品実装工程での熱処理や半田付け作業時の熱衝撃に耐える接続信頼性が必要である。従来の回路基板では、めっきによるスルーホール接続が多く用いられている。しかし、めっきによる接続ではウェットプロセスが必要なため、貫通穴に導電性ペーストを充填する接続方法が提案されている。

例えば、特許文献１には、被圧縮性を有する多孔質基材の貫通孔に充填された導電性ペーストの充填量を均一にした多層基板の製造方法が開示されている。また、特許文献２には、貫通もしくは有底のバイアホールに所定の導電性ペーストが充填された多層基板が開示されている。また、特許文献３には、有機樹脂を含む絶縁層内に、金属粉末と有機樹脂を含む導電性ペーストを充填してなるスルーホール導体を具備するプリント配線基板の製造方法が開示されている。

特開平７−１７６８７１号公報 特開２００８−１０８６２９号公報 特開平１０−１９０１９１号公報

しかしながら、近年においては、大電流を流すことができる回路基板が求められている。

本開示に係る実施形態は、大電流を流すことが可能な回路基板及び部品実装基板、並びに、それらの製造方法を提供することを課題とする。

本開示の実施形態に係る回路基板は、絶縁基板と前記絶縁基板の表面及び裏面に設けられる回路パターンとを持ち、前記絶縁基板及び前記回路パターンを貫通する貫通穴が形成されている回路パターン付き絶縁基板と、前記貫通穴に充填され、前記回路パターンと電気的に接続される導電性ペーストと、を備え、前記回路パターンはＣｕが主成分であり、前記導電性ペーストは、Ｓｎ−Ｂｉ半田粉、Ｃｕ粉及び樹脂を含む融点シフト型であり、前記導電性ペーストと前記回路パターンとが接する部位において、前記回路パターンに含まれるＣｕと、前記導電性ペーストに含まれるＳｎと、が拡散反応している。

本開示の実施形態に係る部品実装基板は、前記の回路基板に、実装部品が実装されたものである。

本開示の実施形態に係る回路基板の製造方法は、絶絶縁基板と前記絶縁基板の表面及び裏面に設けられるＣｕを主成分とする回路パターンに、前記絶縁基板及び前記回路パターンを貫通する貫通穴を形成する工程と、前記貫通穴に、Ｓｎ−Ｂｉ半田粉、Ｃｕ粉及び樹脂を含む融点シフト型の導電性ペーストを充填し、前記導電性ペーストが前記貫通穴から突出した突出部を形成する工程と、前記貫通穴付近において、前記突出部を加圧処理する工程と、前記突出部を加圧処理した前記絶縁基板を熱処理して、前記回路パターンと前記導電性ペーストとを電気的に接続する工程と、を含む。

本開示の実施形態に係る部品実装基板の製造方法は、前記記載の回路基板の製造方法で製造された回路基板の表面及び裏面にレジストを形成する工程と、前記レジストを形成した回路基板に部品を実装する工程と、を含む。

本開示に係る実施形態の回路基板及び部品実装基板、並びに、それらの製造方法によれば、大電流を流すことが可能となる。

実施形態に係る回路基板の構成を模式的に示す平面図である。 実施形態に係る回路基板の構成を模式的に示す断面図であり、図１ＡのＩＢ−ＩＢ線に相当する断面を示す。 実施形態に係る回路基板の構成の一部を模式的に示す断面図である。 実施形態に係る回路基板の製造方法のフローチャートである。 実施形態に係る回路基板の製造方法における、回路パターンを形成する前の状態を示す断面図である。 実施形態に係る回路基板の製造方法における、回路パターンを形成する工程を示す断面図である。 実施形態に係る回路基板の製造方法における、貫通穴を形成する工程を示す断面図である。 実施形態に係る回路基板の製造方法における、突出部を形成する工程を示す断面図であり、貫通穴に導電性ペーストを充填する工程を示す断面図である。 実施形態に係る回路基板の製造方法における、突出部を形成する工程を示す断面図であり、突出部が形成された状態を示す断面図である。 実施形態に係る回路基板の製造方法における、突出部を加圧処理する工程を示す断面図である。 実施形態に係る回路基板の製造方法における、突出部を加圧処理した後の状態を示す断面図である。 実施形態に係る部品実装基板の構成を模式的に示す断面図である。 実施形態に係る部品実装基板の製造方法における、レジストを形成する工程を示す断面図であり、回路基板の表面にレジストを形成する工程を示す断面図である。 実施形態に係る部品実装基板の製造方法における、レジストを形成する工程を示す断面図であり、回路基板の裏面にレジストを形成する工程を示す断面図である。 実施形態に係る部品実装基板の製造方法における、部品を実装する工程を示す断面図であり、接着層を形成する工程を示す断面図である。 実施形態に係る部品実装基板の製造方法における、部品を実装する工程を示す断面図であり、部品を実装した後の状態を示す断面図である。 第１実施例における、回路基板の断面のＳＥＭ画像である。 第１実施例における、ＳＥＭ画像及びＥＤＸ分析の画像である。 第２実施例における、実施例の回路基板の断面の画像である。 第２実施例における、比較例の回路基板の断面の画像である。 第３実施例における、実施例の抵抗値ヒストグラムのグラフである。 第３実施例における、比較例の抵抗値ヒストグラムのグラフである。 第３実施例における、比較例の抵抗値ヒストグラムのグラフである。

＜実施形態＞
実施形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本実施形態の技術思想を具現化するための回路基板及び部品実装基板、並びに、それらの製造方法を例示するものであって、以下に限定するものではない。また、実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置などは、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる例示に過ぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係などは、説明を明確にするために誇張していることがある。

［回路基板］
まず、本実施形態に係る回路基板について説明する。
図１Ａは、実施形態に係る回路基板の構成を模式的に示す平面図である。図１Ｂは、実施形態に係る回路基板の構成を模式的に示す断面図であり、図１ＡのＩＢ−ＩＢ線に相当する断面を示す。図１Ｃは、実施形態に係る回路基板の構成の一部を模式的に示す断面図である。

回路基板１００は、回路パターン付き絶縁基板１５と、導電性ペースト６と、を備えている。
回路パターン付き絶縁基板１５は、絶縁基板４と、絶縁基板４の表面に設けられる表面回路パターン２と、絶縁基板４の裏面に設けられる裏面回路パターン３と、を持ち、絶縁基板４及び、表面回路パターン２及び裏面回路パターン３を貫通して導電性ペースト６が設けられる貫通穴１が形成されている。

絶縁基板４としては、１枚もしくは複数枚のガラスクロスやガラス不織布などにエポキシ樹脂などの熱硬化性絶縁樹脂を含侵させ、この熱硬化性絶縁樹脂を硬化させたガラスエポキシや、液晶ポリマーなどから形成される。なお、絶縁基板４は、一般的に両面に銅箔が張り付いた両面銅張積層板として製造されている。
絶縁基板４の厚みは、５０μｍ以上１０００μｍ以下とすることが好ましい。絶縁基板４の厚みを５０μｍ以上とすることにより絶縁基板４の強度を向上させることができる。また、厚みを１０００μｍ以下とすることにより回路基板１００を薄くすることができる。このように、絶縁基板４の厚みを５０μｍ以上１０００μｍ以下とすることにより貫通穴１に確実に導電性ペースト６を確実に充填することができる。
また、絶縁基板４の厚みを５０μｍ以上３００μｍ以下とすることによりフレキシブル性を持たせることもできる。絶縁基板４の厚みは、１００μｍ以上５００μｍ以下が好ましく、１５０μｍ以上４００μｍ以下がさらに好ましい。
絶縁基板４の厚み方向の線膨張係数は、５０ｐｐｍ以下とすることが好ましい。絶縁基板４の厚み方向の線膨張係数が５０ｐｐｍ以下であれば、回路基板１００の平坦性が向上し、回路基板１００に部品を実装しやすくなる。また、導電性ペースト６の温度サイクル時における寸法変化が小さくなり表面回路パターン２及び裏面回路パターン３の接続信頼性が高くなる。なお、絶縁基板４の厚み方向の線膨張係数は、例えば、３５ｐｐｍ程度である。

表面回路パターン２は、絶縁基板４の表面上に形成されている。裏面回路パターン３は、絶縁基板４の裏面上に形成されている。表面回路パターン２及び裏面回路パターン３は、所望の形状に配線されるように形成されている。表面回路パターン２及び裏面回路パターン３は、金属材料が用いられ、Ｃｕが主成分となるように形成されている。「主成分」とは、表面回路パターン２などの母材の７０質量％以上、好ましくは８０質量％以上にＣｕが使用されていることをいう。
表面回路パターン２及び裏面回路パターン３の厚みは、１２μｍ以上７０μｍ以下とすることが好ましい。表面回路パターン２及び裏面回路パターン３の厚みが１２μｍ以上であれば、表面回路パターン２及び裏面回路パターン３を形成しやすい。また、導電性ペースト６との接続抵抗を低くすることができる。一方、厚みが７０μｍ以下であれば、回路基板１００を薄く、かつ微細配線を形成することができる。

貫通穴１は、表面回路パターン２、絶縁基板４、及び、裏面回路パターン３を貫通するように形成されている。貫通穴１の直径は、例えば、０．２ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である。
表面回路パターン２の厚みは、同じ単位として、絶縁基板４の表面における貫通穴１の直径で割った値が０．０７５以上０．２５以下の範囲となるように形成されることが好ましい。また、裏面回路パターン３の厚みは、同じ単位として、絶縁基板４の表面における貫通穴１の直径で割った値が０．０７５以上０．２５以下の範囲となるように形成されることが好ましい。
前記した値が０．０７５以上であれば、導電性ペースト６との接続抵抗を低くすることが可能となる。一方、前記した値が０．２５以下であれば、絶縁基板４の厚みが１０００μｍの場合であっても高い接続信頼性を得ることができる。

回路基板１００は、貫通穴１が形成されている部分における平面視において、絶縁基板４の表面に形成された部分の直径Ｒ２及び絶縁基板４の裏面に形成された部分の直径Ｒ３に対し、厚み方向の中心部の直径Ｒ１の方が大きい。すなわち、回路基板１００に形成される貫通穴１は、一方の穴開口部分の直径Ｒ２及び他方の穴開口部分の直径Ｒ３に対し、厚み方向の穴中心部の直径Ｒ１の方が大きい。貫通穴１の穴形状は、穴開口部分の直径Ｒ２、Ｒ３よりも穴中心部の直径Ｒ１が大きいことで、貫通穴１に充填された導電性ペースト６は樽型形状に形成される。
樽型形状は、貫通穴１に充填された導電性ペースト６が、より高密度に圧縮されることで穴中心部の直径Ｒ１と穴開口部分の直径Ｒ２、Ｒ３の値が異なるように形成される。このような形状とすることで、導電性ペースト６の密度がより高くなるため、層間接続部の抵抗値が低くなる。また、圧縮時にボイドが潰れて消失するため、層間接続部にボイドが生じにくくなる。

回路基板１００に形成される貫通穴１は、一方の穴開口部分の直径Ｒ２及び他方の穴開口部分の直径Ｒ３に対し、厚み方向の穴中心部の直径Ｒ１の方が３％以上大きいことが好ましい。このような構成によれば、導電性ペースト６の密度がより高くなるため、層間接続部の抵抗値が低くなる。また、層間接続部にボイドが生じにくくなる。なお、穴開口部分の直径Ｒ２、Ｒ３に対する穴中心部の直径Ｒ１の大きさの上限値については、例えば、７．５％程度とすればよい。
なお、貫通穴１内の導電性ペースト６が圧縮されていれば、穴開口部分の直径Ｒ２、Ｒ３と、穴中心部の直径Ｒ１と、が同じであってもよい。このような構成であっても、導電性ペースト６の密度が高くなるため、層間接続部の抵抗値が低くなる。また、圧縮時にボイドが潰れて消失するため、層間接続部にボイドが生じにくくなる。

導電性ペースト６は、貫通穴１に充填され、表面回路パターン２及び裏面回路パターン３と電気的に接続される。導電性ペースト６は、表面回路パターン２と裏面回路パターン３とを電気的に接続する部位である。貫通穴１に充填された導電性ペースト６は、層間接続部となる。層間接続部は、貫通穴１に導電性ペーストを充填して形成されることで、部品などを実装する工程での熱衝撃に対する接続信頼性が向上する。
導電性ペースト６は、製造時に、例えば、後述するように、導電性ペースト６が貫通穴１から突出した突出部を加圧処理することで、貫通穴１内で圧縮されている。

導電性ペースト６としては、Ｓｎ−Ｂｉ半田粉、Ｃｕ粉及び樹脂を含む融点シフト型の導電性ペースト６を用いる。このような導電性ペースト６を用いることで、後述するように、表面回路パターン２及び裏面回路パターン３に含まれるＣｕと、導電性ペースト６に含まれるＳｎとが拡散反応する。ここで「融点シフト型」とは、単体のＣｕの融点が１０８５℃であり、Ｓｎ−Ｂｉ半田粉の融点が１４０℃である場合に、熱硬化処理を行った後、次の熱処理工程において導電性ペーストの融点が１４０℃でほぼ見られない材料をいう。つまり、このように１回目の熱処理でＳｎ−Ｂｉ半田の融点が見られ反応性が高く、２回目の熱処理工程ではＳｎ−Ｂｉ半田の融点が見られないため接続信頼性を高くすることができ、大電流を流すことが可能となる。
導電性ペースト６は、導電性ペースト１００質量部に対して、Ｓｎ−Ｂｉ半田粉が４０質量部以上６０質量部以下、Ｃｕ粉が２０質量部以上３５質量部以下、含んでなることが好ましい。このような導電性ペースト６を用いることで、拡散反応をより促進させることができる。また、Ｓｎ−Ｂｉ半田粉は適切な組成比率のＳｎとＢｉをそれぞれ添加してもよい。また、導電性ペースト６の線膨張係数を調整するためにＡｇ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｔｉなどの粉末を加えてもよい。Ｓｎ−Ｂｉ半田粉において、Ｓｎ：Ｂｉの質量比は３８：６２乃至４６：５４が好ましく、４１：５９乃至４３：５７がさらに好ましい。

導電性ペースト６に含まれる樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、ガラスエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、アクリレート樹脂、メタクリル樹脂（ＰＭＭＡなど）、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリノルボルネン樹脂、フッ素樹脂などが挙げられる。

回路基板１００は、Ｓｎ−Ｂｉ半田粉、Ｃｕ粉及び樹脂を含む融点シフト型の導電性ペースト６を用い、貫通穴１内の導電性ペースト６が圧縮された後、絶縁基板４が加熱されることで、導電性ペースト６と、表面回路パターン２及び裏面回路パターン３とが接する部位において、表面回路パターン２及び裏面回路パターン３に含まれるＣｕと、導電性ペースト６に含まれるＳｎとが拡散反応してＣｕ−Ｓｎ合金が形成される。これにより、導電性ペースト６と、表面回路パターン２及び裏面回路パターン３との電気的な接続が良好となり、冷熱サイクルなどに対する信頼性に優れたものとなる。また、回路基板１００の表面及び裏面において層間接続部の接続抵抗値が低くなり、大電流を流すことが可能となる。このため、大電流が継続的に流れるＬＥＤなどの実装に適した回路基板１００を提供することが可能となる。なお、拡散反応した部位１６は、層状になって拡散反応層を形成してもよい。

以上説明した通り、本実施形態では、回路基板１００は、表面回路パターン２及び裏面回路パターン３に含まれるＣｕと、導電性ペースト６に含まれるＳｎとが拡散反応した部位１６を有する。これにより、回路基板１００は、大電流を流すことが可能となる。

なお、特許文献１の技術では、非圧縮性の多孔質基材を用いているため、熱プレスで加熱、圧縮する際に基材に含まれる樹脂が溶融する。そのため、導電性ペーストが変形し、接続が安定しないという懸念がある。
また、特許文献２の技術では、貫通穴内部の導電性ペーストは、気泡を含みやすく、信頼性が低いという懸念がある。さらに貫通穴を含む表面及び裏面のＣｕ箔に導電性ペーストを印刷しているため、平坦性が悪化し、部品実装時の信頼性に欠けるというおそれがある。
また、特許文献３の技術は、基板に貫通穴を設け、貫通穴の内部に導電性ペーストを充填し、さらに別途準備したエッチング済みの銅箔を加圧圧縮して基板に埋め込み、接続を安定させるものである。この技術では、表面及び裏面の銅箔と貫通穴の３種の材料の位置合わせが困難な上、さらに銅箔の面積が広くなった場合、銅箔を樹脂基板に埋め込むことが困難で、接続安定性が設計に左右されることもある。

ここで、昨今の顧客からの回路基板への要求事項は年々厳しくなってきている。特にＬＥＤ用の回路基板においては、大電流対応の高信頼性の基板が求められている。このため、従来の接続構造をもつ多層基板では、これらの要求に応えることができなくなっている。
本実施形態では、回路基板１００は、拡散反応した部位１６を有するため、大電流を流すことが可能である。また、回路基板１００は、未硬化の絶縁基板を用いる必要がないため、貫通穴１に充填した導電性ペースト６の形状が安定し、導電性ペースト６の密度が高くなるため、層間接続部の抵抗値が低く、かつ安定する。

［回路基板の製造方法］
次に、本実施形態に係る回路基板の製造方法の一例について説明する。
図２は、実施形態に係る回路基板の製造方法のフローチャートである。図３Ａは、実施形態に係る回路基板の製造方法における、回路パターンを形成する前の状態を示す断面図である。図３Ｂは、実施形態に係る回路基板の製造方法における、回路パターンを形成する工程を示す断面図である。図３Ｃは、実施形態に係る回路基板の製造方法における、貫通穴を形成する工程を示す断面図である。図３Ｄは、実施形態に係る回路基板の製造方法における、突出部を形成する工程を示す断面図であり、貫通穴に導電性ペーストを充填する工程を示す断面図である。図３Ｅは、実施形態に係る回路基板の製造方法における、突出部を形成する工程を示す断面図であり、突出部が形成された状態を示す断面図である。図３Ｆは、実施形態に係る回路基板の製造方法における、突出部を加圧処理する工程を示す断面図である。図３Ｇは、実施形態に係る回路基板の製造方法における、突出部を加圧処理した後の状態を示す断面図である。

本実施形態の回路基板の製造方法は、回路パターンを形成する工程Ｓ１０１と、貫通穴を形成する工程Ｓ１０２と、突出部を形成する工程Ｓ１０３と、加圧処理する工程Ｓ１０４と、電気的に接続する工程Ｓ１０５と、を含み、この順に行う。なお、各部材の材質や配置などについては、前記した回路基板１００の説明で述べた通りであるので、ここでは適宜、説明を省略する。

（回路パターンを形成する工程）
回路パターンを形成する工程Ｓ１０１は、絶縁基板４の表面及び裏面に表面回路パターン２及び裏面回路パターン３を形成する工程である。

この工程Ｓ１０１では、例えば、まず、シート状の１枚もしくは複数枚のガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させ、その表面に表面銅箔２ａ、裏面に裏面銅箔３ａを接合してエポキシ樹脂を硬化させて形成した市販の両面銅張積層板を用意する。次に、表面銅箔２ａ及び裏面銅箔３ａにエッチングを施して表面回路パターン２及び裏面回路パターン３を形成する。
なお、市販の両面銅張積層板を用いずに、絶縁基板４の表面に表面銅箔２ａ及び裏面に裏面銅箔３ａを接合してもよい。また、あらかじめ、表面回路パターン２及び裏面回路パターン３が形成された両面銅張積層板を購入してもよい。

（貫通穴を形成する工程）
貫通穴を形成する工程Ｓ１０２は、絶縁基板４と絶縁基板４の表面に設けられるＣｕを主成分とする表面回路パターン２、及び、絶縁基板４の裏面に設けられるＣｕを主成分とする裏面回路パターン３に、絶縁基板４及び、表面回路パターン２及び裏面回路パターン３を貫通する貫通穴１を形成する工程である。

この工程Ｓ１０２では、絶縁基板４における表面回路パターン２及び裏面回路パターン３が存在する部分において、絶縁基板４の表面側から、例えば、ドリルによる穴明け加工もしくはパンチング加工により、貫通穴１を形成する。

（突出部を形成する工程）
突出部を形成する工程Ｓ１０３は、貫通穴１に、Ｓｎ−Ｂｉ半田粉、Ｃｕ粉及び樹脂を含む融点シフト型の導電性ペースト６を充填し、導電性ペースト６が貫通穴１から突出した突出部１７を形成する工程である。
突出部１７の形成は、貫通穴１に導電性ペースト６を充填する前に、絶縁基板４に被覆部材１１を設けることで、表面回路パターン２との間に段差を形成する。そして、貫通穴１に導電性ペースト６を充填した後に、被覆部材１１を剥離することで、絶縁基板４の表面よりも被覆部材１１の厚み分、導電性ペースト６が貫通穴１から突出した突出部１７を形成する。被覆部材１１としては、例えば、メタルマスク、スクリーンマスク、及び絶縁フィルムのいずれか用いる。

この工程Ｓ１０３では、例えば、まず、導電性ペースト６ｃを、被覆部材１１を介して、絶縁基板４の表面からスクリーン印刷法で貫通穴１に充填する。スクリーン印刷の条件は、例えば、クリアランス０ｍｍ以上２ｍｍ以下とし、厚み２０μｍ以上６０μｍ以下、開口穴径φ０．２ｍｍ以上０．５ｍｍのメタルマスク（被覆部材１１）、又は、１５０メッシュ以上４００メッシュ以下、乳剤厚５μｍ以上２０μｍ以下のスクリーンマスク（被覆部材１１）と、硬度７０以上８０以下のウレタンゴムのスキージ４０とを用い、スキージ実効角度１５度以上３０度以下、印圧０．２ＭＰａ以上０．４ＭＰａ以下、スキージ速度１０ｍｍ／ｓｅｃ以上５０ｍｍ／ｓｅｃ以下、スキージ片道印刷とすることができる。そして、被覆部材１１を剥離する。このようにして導電性ペースト６が被覆部材１１の厚み分、貫通穴１から突出した突出部１７が形成される。

なお、メタルマスク又はスクリーンマスクの代わりに、厚み５μｍ以上６０μｍ以下の絶縁フィルムを用いてもよい。絶縁フィルムを用いる場合には、貫通穴１を形成する前に、回路パターン付き絶縁基板１５の表面側に絶縁フィルムを貼り、絶縁フィルム、絶縁基板４、表面回路パターン２及び裏面回路パターン３を貫通する貫通穴１を形成してもよい。

なお、導電性ペースト６ｃを貫通穴１に充填しやすくする観点から、スキージ往復印刷としてもよい。また、直接スキージング法により、導電性ペースト６ｃを貫通穴１に充填してもよい。しかし、突出部１７を形成しやすくする観点から、メタルマスク、スクリーンマスク、及び絶縁フィルムのいずれかを用いることが好ましい。

この工程Ｓ１０３において、絶縁基板４の厚みに対し突出部１７の厚みが５％以上２０％以下となるように突出部１７を形成することが好ましい。絶縁基板４の厚みに対し突出部１７の厚みが５％以上であれば、後記する工程において、貫通穴１に充填された導電性ペースト６をより高密度に圧縮しやすくなる。一方、絶縁基板４の厚みに対し突出部１７の厚みが２０％以下であれば、貫通穴１に充填された導電性ペースト６の圧縮がより適度なものとなる。

この工程Ｓ１０３において、表面回路パターン２の表面からの突出部１７の表面までの高さが１５μｍ以上となるように突出部１７を形成することが好ましい。表面回路パターン２の表面からの突出部１７の表面までの高さが１５μｍ以上であれば、貫通穴１に充填された導電性ペースト６をより高密度に圧縮しやすくなる。表面回路パターン２の表面からの突出部１７の表面までの高さは、貫通穴１に充填された導電性ペースト６の圧縮をより適度にする観点から、６０μｍ以下であることが好ましい。

（加圧処理する工程）
加圧処理する工程Ｓ１０４は、貫通穴１付近において、突出部１７を加圧処理する工程である。貫通穴１付近とは、例えば、貫通穴１の周辺における、絶縁基板４上の導電性ペースト６が存在する部位である。
この工程Ｓ１０４では、例えば、絶縁基板４の両面から、紙などのセパレータ５１を介して、熱ロール５０により絶縁基板４を加圧することで、突出部１７を加圧処理する。この加圧処理により、貫通穴１に充填された導電性ペースト６が圧縮される。

この工程Ｓ１０４では、加熱温度が６０℃以上１３０℃以下であることが好ましい。加熱温度が６０℃以上であれば、導電性ペースト６が柔らかくなり、突出部１７の加圧が行いやすくなる。一方、加熱温度が１３０℃以下であれば、加熱のためのエネルギーを少なくすることができ、経済的である。
また、加圧処理の際の圧力は、例えば、１ＭＰａ以上６ＭＰａ以下とすることができる。なお、絶縁基板４の両面にＡｌ板を置き、Ａｌ板を介して熱ロール５０により絶縁基板４を加圧すると、一層、層間接続部の抵抗値が低く安定する。

（電気的に接続する工程）
電気的に接続する工程Ｓ１０５は、突出部１７を加圧処理した絶縁基板４を熱処理して、表面回路パターン２及び裏面回路パターン３と導電性ペースト６とを電気的に接続する工程である。
この工程Ｓ１０５により、表面回路パターン２及び裏面回路パターン３に含まれるＣｕと、導電性ペースト６に含まれるＳｎとが拡散反応して合金化する。

この工程Ｓ１０５では、熱処理温度が１８０℃以上２８０℃以下であることが好ましい。熱処理温度が１８０℃以上であれば、拡散反応が促進されやすくなる。一方、熱処理温度が２８０℃以下であれば、絶縁基板４にかかる負担を軽減することができる。なお、熱処理時間は、例えば、３分以上６０分以下とすることができる。
この工程Ｓ１０５では、熱処理を窒素雰囲気で行うことが好ましい。熱処理を窒素雰囲気で行うことで、拡散反応が促進されやすくなる。

［部品実装基板］
次に、本実施形態に係る部品実装基板について説明する。
図４は、実施形態に係る部品実装基板の構成を模式的に示す断面図である。

部品実装基板１０１は、回路基板１００に実装部品１０が実装されたものである。
部品実装基板１０１は、回路基板１００と、回路基板１００の表面における一部の領域に設けられた表面レジスト７と、回路基板１００の裏面に設けられた裏面レジスト８と、回路基板１００の表面の導電性ペースト６上に、半田ペーストである接着層９を介して設けられた実装部品１０と、を備える。

表面レジスト７は、ソルダーレジストであり、実装部品１０の周辺に形成されている。すなわち、表面レジスト７は、導電性ペースト６とその近傍を除く表面回路パターン２上に設けられている。裏面レジスト８は、ソルダーレジストであり、裏面回路パターン３と、導電性ペースト６を覆うように形成されている。

表面レジスト７及び裏面レジスト８としては、例えば、エポキシなどの共重合樹脂に溶剤や消泡剤などを混合した一般的なものや、酸化チタンなどのフィラーを添加した白色化したものを用いることができる。なお、表面レジスト７及び裏面レジスト８は絶縁層となる。表面レジスト７及び裏面レジスト８の厚みは、例えば、１０μｍ以上３０μｍ以下である。表面レジスト７と裏面レジスト８との厚みは同一でもよいが異なっていてもよい。

接着層９の材料としては、例えば、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｂｉなどやこれらの合金を用いることができる。実装部品１０としては、例えば、ＬＥＤ、チップ抵抗器、コンデンサなどが挙げられる。

［部品実装基板の製造方法］
次に、本実施形態に係る部品実装基板の製造方法について説明する。
図５Ａは、実施形態に係る部品実装基板の製造方法における、レジストを形成する工程を示す断面図であり、回路基板の表面にレジストを形成する工程を示す断面図である。図５Ｂは、実施形態に係る部品実装基板の製造方法における、レジストを形成する工程を示す断面図であり、回路基板の裏面にレジストを形成する工程を示す断面図である。図５Ｃは、実施形態に係る部品実装基板の製造方法における、部品を実装する工程を示す断面図であり、接着層を形成する工程を示す断面図である。図５Ｄは、実施形態に係る部品実装基板の製造方法における、部品を実装する工程を示す断面図であり、部品を実装した後の状態を示す断面図である。
なお、各工程においてスキージやマスクに同一番号を付しているが、物理的同一物を用いている訳ではなく、機能や性状などが共通するだけであり、異なる大きさ、材質などを使用することができる。

本実施形態の部品実装基板の製造方法は、一例として、前記した回路基板にレジストを形成する工程と、部品を実装する工程と、を含み、この順に行う。なお、各部材の材質や配置などについては、前記した部品実装基板の説明で述べた通りであるので、ここでは適宜、説明を省略する。なお、図５Ｂは、回路基板の向きが、図５Ｃ、図５Ｄとは上下面反対として示されている。

（レジストを形成する工程）
レジストを形成する工程は、回路基板１００の表面及び裏面に表面レジスト７及び裏面レジスト８を形成する工程である。ここでは回路基板１００の表面、裏面の順に表面レジスト７、裏面レジスト８を形成するが、回路基板１００の裏面、表面の順に裏面レジスト８、表面レジスト７を形成してもよい。

この工程では、まず、回路基板１００の表面回路パターン２上に、所望の塗布パターンを形成したスクリーンマスク１２、表面レジスト７ｃを用いて、スクリーン印刷法で表面レジスト７を形成する。

スクリーン印刷の条件は、例えば、クリアランス０．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下とし、１００メッシュ以上４００メッシュ以下、乳剤厚１０μｍ以上２０μｍ以下のスクリーンマスク１２と、硬度６０以上８０以下のウレタンゴムのスキージ４０とを用い、スキージ実効角度６０度以上８０度以下、印圧０．２ＭＰａ以上０．４ＭＰａ以下、スキージ速度２０ｍｍ／ｓｅｃ以上１００ｍｍ／ｓｅｃ以下、スキージ片道印刷とすることができる。その後、表面レジスト７を５０℃以上２５０℃以下で、５分以上６０分以下加熱させ硬化させる。

続いて、裏面回路パターン３上に、スクリーンマスク１２、裏面レジスト８ｃを用いて、スクリーン印刷法で裏面レジスト８を形成する。裏面レジスト８は、絶縁基板４の表面から印刷形成したレジストと同じものを使用することができ、スクリーン印刷の条件は、表面レジスト７の印刷形成時と同じ条件とすることができる。その後、裏面レジスト８を５０℃以上２５０℃以下で、５分以上６０分以下加熱させ硬化させる。これにより、表面回路パターン２と裏面回路パターン３の所望の範囲に絶縁層が形成される。

（部品を実装する工程）
部品を実装する工程は、表面レジスト７及び裏面レジスト８を形成した回路基板１００に部品を実装する工程である。

この工程では、まず、部品の実装部分に開口部を設けたメタルマスク１３、スキージ４０を用いて半田ペースト９ｃを印刷し、接着層９を形成する。次に、接着層９上に実装部品１０を載せ、接着層９を硬化させて実装部品１０を回路基板１００と接続し固定させる。
この例では、半田ペースト９ｃを導電性ペースト６上に直接塗布したが、部品の接合強度の観点から、あらかじめ部品の実装部分にめっき処理や有機防錆処理をしておいてもよい。

以下、実施例について説明する。
図６Ａは、第１実施例における、回路基板の断面のＳＥＭ画像である。図６Ｂは、第１実施例における、ＳＥＭ画像及びＥＤＸ分析の画像である。図７Ａは、第２実施例における、実施例の回路基板の断面の画像である。図７Ｂは、第２実施例における、比較例の回路基板の断面の画像である。図８Ａは、第３実施例における、実施例の抵抗値ヒストグラムのグラフである。図８Ｂは、第３実施例における、比較例の抵抗値ヒストグラムのグラフである。図８Ｃは、第３実施例における、比較例の抵抗値ヒストグラムのグラフである。

［第１実施例］
以下のようにして、回路基板を作製した。
（サンプルＮｏ．１）
まず、厚みが４００μｍ、厚み方向の線膨張係数が３５ｐｐｍ程度の絶縁基板（ガラスエポキシ）の表面及び裏面に、厚みが３５μｍの銅箔を接合し、層間接続部における回路基板の総厚みを４７０μｍとした。次に、両面の銅箔にエッチングを施して表面回路パターン及び裏面回路パターンを形成した。次に、絶縁基板の表面側からドリル加工して、貫通穴径φ０．２ｍｍの貫通穴を形成した。

次に、導電性ペーストを、被覆部材を介して、絶縁基板の表面からスクリーン印刷法で貫通穴に充填した。スクリーン印刷の条件は、クリアランス０ｍｍ以上１ｍｍ以下とし、厚み２０μｍ以上６０μｍ以下、開口穴径φ２５０μｍのメタルマスクと、硬度８０のウレタンゴムのスキージとを用い、スキージ実効角度１５度、印圧０．３ＭＰａ、スキージ速度５０ｍｍ／ｓｅｃ、スキージ片道印刷とした。そして、メタルマスクを剥離した。
導電性ペーストとしては、導電性ペースト１００質量部に対して、Ｓｎ−Ｂｉ半田粉が５５質量部、Ｃｕ粉が３０質量部含み、その他、樹脂を含むものを用いた。

次に、熱ロールを用いて、加熱温度を１２０℃、圧力を２ＭＰａとして、絶縁基板表面の導電性ペーストの突出部を加圧処理した。次に、絶縁基板を約２００℃の温度で１５分加熱して、回路基板を得た。
なお、貫通穴が形成されている部分における平面視において、絶縁基板の表面及び絶縁基板の裏面に形成された部分の直径に対し、厚み方向の中心部の直径の方が約２％大きかった。

このようにして得られたサンプルについて、日立ハイテック社製の走査電子顕微鏡にてＳＥＭ観察を行うとともに、エネルギー分散型Ｘ線分光法（Energy Dispersive X-ray Spectroscopy：EDX）を用いて組成分析を行った。
図６Ｂについて、Ａは、導電性ペーストを貫通穴に充填した状態の画像であり、Ｂは、突出部を加圧処理した後、絶縁基板を加熱する前の状態の画像であり、Ｃは、突出部を加圧処理し、絶縁基板を加熱した後の画像である。
図６Ｂに示すように、突出部を加圧処理する前、及び、突出部を加圧処理した後、絶縁基板を加熱する前は、回路パターンに含まれるＣｕと、導電性ペーストに含まれるＳｎとの拡散反応が不良であった。一方、絶縁基板を加熱した後は、拡散反応が良好であった。

［第２実施例］
（サンプルＮｏ．２、３）
前記したサンプルＮｏ．１と同様の方法で回路基板を得た。
（サンプルＮｏ．４、５）
突出部を加圧処理しない以外は、前記したサンプルＮｏ．１と同様の方法で回路基板を得た。

図７Ａに示すように、実施例であるＮｏ．２、３の回路基板は、ボイドが発生していなかった。一方、図７Ｂに示すように、比較例であるＮｏ．４、５の回路基板は、ボイド（図中の矢印の部分）が発生した。

［第３実施例］
（サンプルＮｏ．６）
前記したサンプルＮｏ．１と同様の方法で回路基板を得た。
（サンプルＮｏ．７、８）
突出部を加圧処理しない以外は、前記したサンプルＮｏ．１と同様の方法で回路基板を得た。ただし、サンプルＮｏ．７は、貫通穴径をφ０．３ｍｍとし、Ｎｏ．８は、貫通穴径をφ０．２５ｍｍとした。
サンプルＮｏ．６、７、８の貫通穴の数（層間接続部の数）は、それぞれ、１４０である。

これらのサンプルについて、ＨＩＯＫＩ社製のＸ−Ｙボードハイテスターを用い、５６００ポイントＴＥＧの区間抵抗値ヒストグラムを作製した。
また、回路パターンの抵抗値と層間接続部の抵抗値との比率（回路パターンの抵抗値÷層間接続部の抵抗値）を算出した。なお、回路パターンの抵抗値は１．０とした。

図８Ａ〜８Ｃに示すように、実施例であるＮｏ．６（図８Ａ）の回路基板は、比較例であるＮｏ．７、８（それぞれ図８Ｂ、図８Ｃ）の回路基板に比べて、ヒストグラムにおいてばらつきが小さかった。
また、実施例であるＮｏ．６の回路基板は、抵抗値の比率が０．７５であり、比較例であるＮｏ．７、８の回路基板は、抵抗値の比率が、それぞれ、１．３、１．８であった。このように、実施例であるＮｏ．６の回路基板は、層間接続部の抵抗値が回路パターンの抵抗値よりも低かった。
また、層間接続部における抵抗値の平均値を求めた。その結果、サンプルＮｏ．６は、１．２５６Ω、サンプルＮｏ．７は、１．４３０Ω、サンプルＮｏ．８は、３．０７７Ωであった。このように、実施例であるＮｏ．６の回路基板は、層間接続部の抵抗値が、比較例であるＮｏ．７、８よりも低かった。

以上、本実施形態に係る回路基板、部品実装基板及びそれぞれの製造方法について、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変などしたものも本発明の趣旨に含まれる。

例えば、回路基板の製造方法では、突出部を形成する工程において、電性ペーストを、被覆部材を介して絶縁基板の表面からスクリーン印刷法で貫通穴に充填するものとした。しかし、電性ペーストを表面から充填した後、導電性ペーストを、被覆部材を介して絶縁基板の裏面からスクリーン印刷法で貫通穴に充填し、絶縁基板の裏面に突出部を形成してもよい。
また、突出部を形成する工程において、絶縁基板の裏面からのみ、導電性ペーストを貫通穴に充填し、絶縁基板の裏面に突出部を形成してもよい。
また、回路基板の製造方法及び部品実装基板の製造方法は、前記各工程に悪影響を与えない範囲において、前記各工程の間、あるいは前後に、他の工程を含めてもよい。例えば、製造途中に混入した異物を除去する異物除去工程などを含めてもよい。

本開示の実施形態に係る回路基板及び部品実装基板は、電子機器、ディスプレイなどに利用することができる。

１ 貫通穴
２ 表面回路パターン
２ａ 表面銅箔
３ 裏面回路パターン
３ａ 裏面銅箔
４ 絶縁基板
６、６ｃ 導電性ペースト
７、７ｃ 表面レジスト
８、８ｃ 裏面レジスト
９ 接着層
９ｃ 半田ペースト
１０ 実装部品
１１ 被覆部材
１２ スクリーンマスク
１３ メタルマスク
１５ 回路パターン付き絶縁基板
１６ 拡散反応した部位
１７ 突出部
４０ スキージ
５０ 熱ロール
５１ セパレータ
１００ 回路基板
１０１ 部品実装基板
Ｒ１ 貫通穴の中心部の直径
Ｒ２ 貫通穴の表面部分の直径
Ｒ３ 貫通穴の裏面部分の直径

Claims (16)

1. 絶縁基板と前記絶縁基板の表面及び裏面に設けられる回路パターンとを持ち、前記絶縁基板及び前記回路パターンを貫通する貫通穴が形成されている回路パターン付き絶縁基板と、
   前記貫通穴に充填され、前記回路パターンと電気的に接続される導電性ペーストと、を備え、
   前記回路パターンはＣｕが主成分であり、
   前記導電性ペーストは、Ｓｎ−Ｂｉ半田粉、Ｃｕ粉及び樹脂を含む融点シフト型であり、
   前記導電性ペーストと前記回路パターンとが接する部位において、前記回路パターンに含まれるＣｕと、前記導電性ペーストに含まれるＳｎと、が拡散反応した拡散反応層を含み、
   前記拡散反応層は、前記回路パターンの内側面に配置されている回路基板。
2. 前記貫通穴が形成されている部分における平面視において、前記絶縁基板の表面及び前記絶縁基板の裏面に形成された部分の直径に対し、厚み方向の中心部の直径の方が大きい請求項１に記載の回路基板。
3. 前記貫通穴が形成されている部分における平面視において、前記絶縁基板の表面及び前記絶縁基板の裏面に形成された部分の直径に対し、前記厚み方向の中心部の直径の方が３％以上大きい請求項２に記載の回路基板。
4. 前記回路パターンの厚みを、前記絶縁基板の表面における前記貫通穴の直径で割った値が０．０７５以上０．２５以下の範囲である請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の回路基板。
5. 前記導電性ペーストは、前記導電性ペースト１００質量部に対して、前記Ｓｎ−Ｂｉ半田粉が４０質量部以上６０質量部以下、前記Ｃｕ粉が２０質量部以上３５質量部以下、含んでなる請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の回路基板。
6. 前記絶縁基板の厚みは５０μｍ以上１０００μｍ以下である請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の回路基板。
7. 前記絶縁基板の厚み方向の線膨張係数が５０ｐｐｍ以下である請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の回路基板。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の回路基板に、実装部品が実装された部品実装基板。
9. 絶縁基板と前記絶縁基板の表面及び裏面に設けられるＣｕを主成分とする回路パターンに、前記絶縁基板及び前記回路パターンを貫通する貫通穴を形成する工程と、
   前記貫通穴に、Ｓｎ−Ｂｉ半田粉、Ｃｕ粉及び樹脂を含む融点シフト型の導電性ペーストを充填し、前記導電性ペーストが前記貫通穴から突出した突出部を形成する工程と、
   前記貫通穴付近において、前記突出部を加圧処理する工程と、
   前記突出部を加圧処理した前記絶縁基板を熱処理して、前記回路パターンと前記導電性ペーストとを電気的に接続する工程と、を含み、
   前記回路パターンと前記導電性ペーストとを電気的に接続する工程において、前記回路パターンに含まれるＣｕと、前記導電性ペーストに含まれるＳｎと、が拡散反応した拡散反応層を形成し、
   前記拡散反応層は、前記回路パターンの内側面に配置されている回路基板の製造方法。
10. 前記貫通穴に前記導電性ペーストを充填する前に、前記絶縁基板にメタルマスク、スクリーンマスク、及び絶縁フィルムのいずれかを設け、
    前記貫通穴に前記導電性ペーストを充填した後に、前記メタルマスク、前記スクリーンマスク、及び前記絶縁フィルムのいずれかを剥離する請求項９に記載の回路基板の製造方法。
11. 前記突出部を形成する工程において、前記絶縁基板の厚みに対し前記突出部の厚みが５％以上２０％以下となるように前記突出部を形成する請求項９又は請求項１０に記載の回路基板の製造方法。
12. 前記突出部を形成する工程において、前記回路パターンの表面からの前記突出部の表面までの高さが１５μｍ以上となるように前記突出部を形成する請求項９又は請求項１０に記載の回路基板の製造方法。
13. 前記突出部を加圧処理する工程において、加熱温度が６０℃以上１３０℃以下である請求項９乃至請求項１２のいずれか一項に記載の回路基板の製造方法。
14. 前記回路パターンと前記導電性ペーストとを電気的に接続する工程において、熱処理温度が１８０℃以上２８０℃以下である請求項９乃至請求項１３のいずれか一項に記載の回路基板の製造方法。
15. 前記回路パターンと前記導電性ペーストとを電気的に接続する工程において、前記熱処理を窒素雰囲気で行う請求項９乃至請求項１４のいずれか一項に記載の回路基板の製造方法。
16. 請求項９乃至請求項１５のいずれか一項に記載の回路基板の製造方法で製造された回路基板の表面及び裏面にレジストを形成する工程と、
    前記レジストを形成した回路基板に部品を実装する工程と、を含む部品実装基板の製造方法。