JPH0936544A - 非貫通バイヤホールへの導電塗料充填法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 非貫通バイヤホール３に導電塗料ａを円滑に
入り込ませて、円滑なバイヤホールを形成する。 【解決手段】 回路基板Ｐの非貫通バイヤホール３への
導電塗料ａの充填において、その回路基板Ｐ表面の前記
非貫通バイヤホール３上に、スクリーン印刷法により導
電塗料ａを刷り込み（図ａ）、この回路基板Ｐを３０乃
至８０℃の範囲で加熱しながら超音波振動を与えてホー
ル３内のエアを抜き（図ｂ）、さらに上塗り後（図
ｃ）、その回路基板Ｐに刷り込まれた導電塗料ａを加熱
架橋する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、回路基板の非貫
通バイヤホールへの導電塗料の充填法に関する。

【０００２】

【従来の技術及びその課題】回路基板の高密度化・高集
積化が進むにしたがってバイヤホールの口径が小さくな
り、従来は０．６ｍｍφ程度であったものが今日では
０．３ｍｍφになっており、更には０．１ｍｍφという
小さいホールの実用化が検討されてきている。

【０００３】また、そのピッチも小さくなって隣接する
ホールや回路との間隔が狭くなり、ホール相互間・回路
とホール間の短絡が生じないような工夫も求められてい
る。

【０００４】ここで、貫通型のバイヤホールへの導電塗
料の刷り込み充填は、導電塗料の刷り込みの際にホール
内のエアーがホールの反対側から追い出されるので比較
的簡単に行い得る。

【０００５】一方、図５（ａ）に示すように、回路パタ
ーン１を形成した基板２を２枚重ね、その一方の基板２
にバイヤホール３を形成した非貫通型のバイヤホール３
への導電塗料ａの刷り込み充填は、バイヤホール３の径
が小さくなるに従って孔径と孔の深さとのアスペクト比
が大きくなり、バイヤホール３内のエアーｂが逃げ道を
失って閉じ込められた状態になる。

【０００６】このエアーｂが閉じ込められた回路基板Ｐ
を、次工程の加熱・乾燥・架橋に移すと、同図（ｂ）に
示すように、閉じ込められたエアーｂが膨張し、バイヤ
ホール３上の導電塗料ａが、バブルが弾けたように吹き
飛び、結果的にはバイヤホール３内に刷り込み充填され
てない状態になる。これでは意味がない。

【０００７】この閉じ込みエアーｂの問題の解決策とし
て考えられることは、、導電塗料ａの流動性を向上さ
せるか、粘弾性を低くしてバイヤホール３内に導電塗料
ａが流入し易くする。、バイヤホール３内に閉じ込め
られたエアーｂを何らかの方法で次工程までに排出する
かである。

【０００８】また、バイヤホール３のピッチが小さくな
ることを考えると、隣接するバイヤホール３あるいは隣
接する回路パターン１との短絡が生じないようにする必
要がある。この短絡が生じないようにするには、印刷し
た導電塗料ａの縁が鮮明で滲みのないようにする必要が
ある。

【０００９】この発明は、上記実情の下、上記第２の解
決策を採用し、非貫通バイヤホール３に導電塗料ａを
刷り込み充填したときにバイヤホール３内に閉じ込めら
れるエアーｂを次工程の加熱・乾燥・架橋に移るまでに
排出するようにすることを第１の課題とし、導電塗料の
バイヤホールへの流入を容易にし、且つ、刷り込み後の
縁が鮮明にして滲みのない刷り込み充填ができるように
することを第２の課題とする。

【００１０】

【課題解決のための手段】上記第１の課題を解決するた
めに、請求項１記載の発明は、前述の回路基板Ｐの非貫
通バイヤホールへの導電塗料の充填において、その回路
基板表面の前記非貫通バイヤホール上に、スクリーン印
刷法により、導電塗料を刷り込み、この回路基板を３０
乃至８０℃の範囲で加熱しながら超音波振動を与え、次
いで回路基板に刷り込まれた導電塗料を加熱架橋する構
成としたのである。

【００１１】第２の課題を解決するために、請求項２記
載の発明は、その使用導電塗料の粘度を１５〜１００ｄ
Ｐａ・ｓとしたのである。

【００１２】

【作用】以上の如く構成するこの発明にあっては、導電
塗料が刷り込まれた状態の回路基板を３０〜８０℃に加
熱しながら超音波振動を与えることによって非貫通バイ
ヤホール内に閉じ込められたエアーが排出される。

【００１３】また、導電塗料の粘度を上記値に設定する
ことにより、導電塗料が刷り込みによりバイヤホールに
円滑に充填され、その刷り込み縁の滲みもないものとし
得る。ここで、その粘度が１５ｄＰａ・ｓ未満である
と、滲みが生じ易く、１００ｄＰａ・ｓを越えると円滑
な刷り込み及びホールへの充填がなされにくくなる。但
し、導電塗料の種類によっては、この範囲を出るもので
もよい。

【００１４】導電塗料としては、本願出願人の出願に係
る図６で示す、特願平３−６７０７３号（特開平４−３
０１３１０号）、特願平３−６７０７２号（特願平４−
３０１３０９号）、特願平４−１６５８６１号（特開平
５−３４５８７０号）、特願平４−２５９９３１号（特
開平６−１０８００６号）、特願平４−３１１９０８号
（特願平６−１５７９４６号）、特願平６−２２７９４
号などに記載のものを採用する。

【００１５】上記各出願に係る導電塗料はいずれもチク
ソトロピック性がよく、且つ、滲みが出ないのでバイヤ
ホールへの刷り込み充填が完全で且つ塗布縁部が鮮明で
隣接する回路との短絡が生じることはない。

【００１６】以下、その導電塗料において、使用する樹
脂の組成・添加剤とその量について説明する。

【００１７】《金属銅粉》使用する導電塗料の金属銅粉
は、鱗片状、樹枝状、球状、不定形状などいずれの形状
でもよい。粒径は１００μｍ以下が好ましく、特に１〜
３０μｍが好ましい。粒径が１μｍ未満になると酸化し
やすく、得られる塗膜（コーティング膜）の導電性が低
下するので好ましくない。また、比表面積と水素還元減
量との比が１／１５０００以上のものを使用すればより
好ましい。

【００１８】《銅粉表面処理》チタネート、ジルコネー
ト、ステアリン酸、ステアリン酸塩または、これらの混
合物（以下、分散性付与剤という。）により表面を被覆
する。その被覆量は、金属銅粉１００重量部に対し、チ
タネート、ジルコネートのみで被覆するときは０．０５
〜０．２重量部、チタネート、ジルコネート、ステアリ
ン酸、ステアリン酸塩または、これらの混合物（以下、
分散性付与剤という。）により表面を被覆する場合にお
いては０．０５〜０．５重量部である。これは、樹脂混
和物中への金属銅粉の微細分散が促進され、これにより
導電塗料の品質の安定化および導電性の改良を図る。

【００１９】分散性付与剤の添加量が上記範囲未満では
金属銅粉の微細分散が不十分となり安定した品質が得ら
れず、塗膜の導電性が低下する。上記範囲を越えると銅
箔（銅合金箔）との密着性および半田耐熱性に悪影響を
及ぼす。分散性付与剤は、され自体単体で添加してもよ
く、また、溶剤と共に添加した後、溶剤を除去してもよ
い。因みに、この表面処理をすれば、飽和・不飽和脂肪
酸のような分散剤の添加が不要となる。

【００２０】《バインダ樹脂》上記レゾール型フェノー
ル樹脂は、金属銅粉１００重量部に対し、通常５〜３３
重量部であり、チキソトロピック調整剤を添加するとき
は５〜３０重量部、ステアリン酸・ステアリン酸塩を含
む分散性付与剤とカップリング剤を添加するときは５〜
２５重量部とするのがよい。

【００２１】レゾール型フェノール樹脂は、その化学
量、２−１置換体量をλ、２，４−２置換体量をμ、
２，４，６−３置換体量をν、メチロール基量をα、ジ
メチレンエーテル量をβ、フェニル基量をγとして、そ
れらλ…の各赤外線透過率をλ→ｌ、μ→ｍ、ν→ｎ、
α→ａ、β→ｂ、γ→ｃとするとき、各赤外線透過率と
の間に （イ）、ｌ／ｎ＝０．８〜１．２ （ロ）、ｍ／ｎ＝
０．８〜１．２ （ハ）、ｂ／ａ＝０．８〜１．２ （ニ）、ｃ／ａ＝
１．２〜１．５ なる関係が成り立つものである。

【００２２】前記構成の１／ｎ、ｍ／ｎが大きいという
ことは、λ／ν、μ／νが小さいということになる。す
なわち、２−１置換体量λ、２，４−２置換体量μに比
して、２，４，６−３置換体量νが多いということを意
味する。また、前記構成のｂ／ａ、ｃ／ａ、が大きいと
いうことは、β／α、λ／αが小さいということにな
る。すなわち、ジメチレンエーテル量β、フェニル基量
λに比して、メチロール基量αが多いということを意味
する。

【００２３】一般に、２，４，６−３置換体量νが大き
くなると、レゾール型フェノール樹脂の架橋密度が大き
くなるため、前記λ／ν、μ／νが小さい方が、すなわ
ち、ｌ／ｎ、ｍ／ｎが大きい方が塗膜の導電性は良くな
る。しかし、逆に塗膜が硬く、脆くなる傾向を示し、物
理的特性が悪くなる。また、γ／αが大きいと塗膜の導
電性が悪くなる。

【００２４】従って、得られる導電塗料において、塗膜
の硬さを適切にし良好な導電性を兼ね備えるレゾール型
フェノール樹脂としては、前記構成に示すｌ／ｎ、ｍ／
ｎ、ｂ／ａがそれぞれ０．８〜１．２、ｃ／ａが１．２
〜１．５とするのが適している。

【００２５】上記赤外線透過率比は、レゾール型フェノ
ール樹脂を、（株）島津製作所製：フーリエ変換赤外分
光光度計（ＦＴＩＲ−４１００）を用い、液膜法による
分光分析を行った結果得られたチャートに関して、各置
換基に対応する吸収位置（波数）おける透過率の比を検
討することによって得られる。

【００２６】別表の付記（イ）〜（ニ）の関係が成り立
つレゾール型フェノール樹脂を確定するために必要なス
ペクトルの位置および置換基の関係は表１の通りであ
り、同表のように、各置換基の吸収に対して、各透過率
をｌ，ｍ，ｎ，ａ，ｂ，ｃと表した。

【００２７】

【表１】

【００２８】ここで、透過率Ｔは各吸収ピークのバック
グラウンドにベースラインを引き、そこから求められる
入射光の強度Ｉ₀ と透過光の強度Ｉとの比とすると、一
般にＴ＝Ｉ／Ｉ₀ ×１００・・・の式で表される。

【００２９】このように各置換基に対して規定した波長
において、透過率が得られる。この透過率の大小関係を
検討することにより、上記の通り、レゾール型フェノー
ル樹脂の内でも、ジメチレンエーテル結合が多く、なお
かつ、２置換体の多いタイプを確定することができる。

【００３０】その含有量が上記範囲未満では、金属銅粉
が十分バインドされず、得られる塗膜が脆くなる。ま
た、上記範囲を越えるときは導電性が低下する。好まし
くは９〜２０重量部とする。

【００３１】このレゾール型フェノール樹脂の内、３〜
３０重量部は、下記の化１、化２、化３、化４のごと
く、水酸基またはメチロール基をエーテル化によってブ
トキシ基にしたものとすればバイヤホールに充填した周
囲の滲みを抑制することができ、ひいては実装密度を高
める効果を奏する。３重量部未満ではその効果が望め
ず、３０重量部を越えると導電性の低下傾向が見られ
る。

【００３２】

【化１】

【００３３】

【化２】

【００３４】

【化３】

【００３５】

【化４】

【００３６】樹脂（Ｂ）において、微粒子状高分子フェ
ノール樹脂は、前記レゾール型フェノール樹脂との合計
量に対し、１０〜５０重量％であることを必要とし、そ
れ未満では導電塗料のポーラス部分への浸透防止効果が
得られず、それを越えると導電塗料の架橋密度が低下し
て塗膜の密着性がわるくなる。また、同樹脂中のメタノ
ール煮沸不溶解部分が樹脂全体の２〜２０重量％になる
ように分布していることが好ましい。

【００３７】《キレート層形成剤》キレート層形成剤
は、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリ
エタノールアミン、エチレンジアミン、トリエチレンジ
アミン、トリエチレンテトラミンなどの脂肪族アミンか
ら選ばれる少なくとも一種である。キレート層形成剤
は、金属銅粉の酸化を防止し、導電性の維持に寄与す
る。その配合量は、金属銅粉１００重量部に対して０．
５〜１０重量部である。配合量がそれ未満では塗膜の導
電性が低下し、それを越えた場合にも塗膜の導電性が低
下する。

【００３８】《アミノ化合物》アミノ化合物は、導電性
向上剤に加え還元剤として働き、金属銅粉の酸化を防止
し、導電性の維持に寄与する。その配合量は、金属銅粉
１００重量部に対して０．５〜３．５重量部である。配
合量がこの範囲未満では、塗膜の導電性が著しく低下
し、逆にこの範囲を越えると、導電性改良効果が飽和
し、バイヤホールの充填の際求められるチキソトロピッ
ク性を低下の原因となる。

【００３９】アミノ化合物の具体例としては、アニリ
ン、ジフェニルアミン、フェニレンジアミン、ジアミノ
ナフタリン、アニシジン、アミノフェノール、ジアミノ
フェノール、アセチルアミノフェノール、アミノベンゾ
イックアシッド、Ｎ，Ｎ−ジフェニルベンジジン等の一
種または数種を添加することができるが、これに限定さ
れるものではない。

【００４０】《チキソトロピック調整剤》チキソトロピ
ック調整剤は、印刷時における滲みを抑制しようとする
ものである。この調整剤としては、ポリビニルブチラー
ル樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、アクリル樹脂、パ
ラビニルフェノール樹脂などから選ばれる少なくとも一
種で、その配合量は、金属銅粉１００重量部に対して
０．５〜４重量部で、この範囲未満では、滲みの抑制効
果が得られず、逆に越えるときは、塗膜の導電性が著し
く低下する。

【００４１】《エポキシ樹脂》エポキシ樹脂は、銅箔と
の密着性向上剤であり０．１重量部未満ではその効果が
得られず、７重量部以上では塗膜の導電性の劣化を招く
とともに、塗膜のポットライフ（可使用時間）が不安定
となる。

【００４２】《エポキシポリオール》エポキシポリオー
ルは、塗料のポットライフの安定剤で、０．１重量部未
満ではその効果が得られず、５重量部を越えると塗膜の
導電性の劣化を招くとともに、塗膜が軟らかく脆くなっ
て使用に耐えない。

【００４３】《カップリング剤》カップリング剤は、金
属銅粉のバインダ中における分散性を向上させて塗膜の
導電性を向上させるもので、０．１重量部未満ではその
効果が認められず２重量部を越えると、その効果が飽和
する。

【００４４】ここで、使用するカップリング剤として
は、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、ジ
ルコネート系カップリング剤、アルミニウム系カップリ
ング剤などをから一種または、数種使用することができ
る。

【００４５】なお、導電塗料には粘度調整のために、カ
ルビトール、ブチルカルビトール、メチルカルビトー
ル、ブチルカルビトールアセテート、ブチルセロソブ
ル、セロソルブアセテート、メチルイソブチルケトン等
の高沸点溶剤と、メチノール、エタノールなどの通常の
有機溶剤を公知の手段で使用することができる。

【００４６】

【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。図
１に示すように、銅箔からなる回路パターン１を形成し
た基板２上に、同じく回路パターン１を形成し、かつ深
さ８５μｍ、１００μｍφ、ランド３ａ径：０．２〜
０．５ｍｍφのスルーホール３を穿設した基板２を貼り
あわせて、非貫通バイヤホール３の形成の基板Ｐを製作
し、この基板Ｐの非貫通バイヤホール３に図６に示す各
導電塗料ａを下記１の条件で刷り込み充填し（同図
（ａ））、下記２の条件で加熱・超音波振動を与えて後
（同図（ｂ））、下記３の条件で、導電塗料ａを再び刷
り込み充填し（同図（ｃ））、さらにその導電塗料ａを
架橋して（同図（ｄ））、所望のバイヤホールを有する
回路基板Ｐを、それぞれ製作した。

【００４７】この回路基板Ｐの（バイヤホールの）電気
特性・導電塗料ａの充填状況、ランド３ａ周辺の滲み状
態およびランド３ａ周辺の滲み状況を、測定または顕微
鏡観察した結果、図１各図から理解できるように、この
発明の条件で導電塗料ａを刷り込み充填したものは、い
ずれも良好であった。

【００４８】これに対し、超音波振動を与えないで加熱
架橋したものは、ホール３内に閉じ込められたエアーｂ
が膨張・破裂して、図１（ａ）の状態から図２のように
なっていた。また、超音波振動を付与刷り込む際に加え
る温度が、３０℃より低いものは、図１（ａ）で示すホ
ール３上に導電塗料ａが浮いた状態が解消されず、閉じ
込められたエアーｂが排出されずに、加熱架橋によって
エアーｂが膨張・破裂して図３の結果なった。一方、加
熱する温度が、８０℃以上と高すぎたときは、導電塗料
ａの表面のみが硬化してホール３内部にエアーｂが閉じ
込められ、架橋時の熱で溶剤が爆発して図３と同様、導
電塗料ａが刷り込み充填されていなかった。

【００４９】また、導電塗料ａの粘度が高すぎる場合
は、加熱超音波振動を与えても図４（ａ）のように刷り
込み充填が巧く行かず、加熱架橋によってエアーｂが膨
張・破裂して同図（ｂ）の結果となった。一方、粘度が
低すぎるときは、図２のように溶剤の気散によって導電
塗料ａの目減りが大きく所望の刷り込み充填ができなか
った。

【００５０】〔条件１〕 ☆ ２００ｍ／ｓテトロンスクリーン（乳剤２０μｍ
ｔ） ☆ 押し刷り印刷 ☆ スキージーの硬度５０，スキージーの角度（−１５
°） ☆ スキージーのスピード２０ｍｍ／ｓｅｃ ☆ クリアランス２．５ｍｍ ☆ 印刷圧 １．０ｍｍ （注），上記条件は、一実施例であってこれに限定され
るものでなく、与えられる条件によって適宜変更するも
のである。

【００５１】〔条件２〕 ☆ 低速印刷（２０ｍｍ／ｓｅｃ）で２回刷り込み ☆ 超音波振動（４０ｋ・ｈｚ）×３０ｓｅｃ（加熱３
０＆８０℃に加熱） ☆ 低速印刷（２０ｍｍ／ｓｅｃ）で１回刷り込み ☆ 超音波振動（４０ｋ・ｈｚ）×３０ｓｅｃ（加熱３
０＆８０℃に加熱） （注），上記条件は、一実施例であってこれに限定され
るものでなく、与えられる条件（基板等の固有振動数）
によって適宜変更するものである。

【００５２】 〔条件３〕 ☆ 室温→７０℃×１２０ｍｉｎ→１６０℃×４５ｍｉｎ （昇温１５ｍｉｎ） （昇温１０ｍｉｎ） ☆ 自然冷却 （注），上記条件は、一実施例であってこれに限定されるものでなく、与えられ る条件によって適宜変更するものである。

【００５３】なお、導電塗料ａの刷り込みは十分にホー
ル３内に充填されれば一回でよく、一方、二回以上刷り
込むようにしてもよい。

【００５４】

【発明の効果】以上から明らかなように、本発明を採用
することによって、非貫通バイヤホールへの導電塗料の
充填が完全に行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）乃至（ｄ）は、この発明による導電塗料
充填法の作用説明図であり、（ａ）は、第１回刷り込み
直後のホールの断面模式図（顕微鏡写真×１５００を基
に作成、以下同じ）、（ｂ）は（ａ）のものを加熱・超
音波振動付与後のホールの断面模式図、（ｃ）は、導電
塗料第２回刷り込み直後のホールの断面模式図、（ｄ）
は、（ｃ）のものを加熱・超音波振動付与後のホールの
断面模式図

【図２】加熱・超音波振動を付与せず加熱架橋したも
の、または、導電塗料の粘度が低すぎた場合のホールの
断面模式図

【図３】超音波振動付与時の加熱温度が所定範囲外であ
る場合のホールの断面模式図

【図４】導電塗料の粘度が高すぎるものを加熱・架橋し
た場合のホールの断面模式図

【図５】非貫通バイヤホールへの導電塗料充填法の説明
図

【図６】各導電塗料の説明図

【符号の説明】

１ 回路パターン ２ 基板 ３ バイヤホール ３ａ バイヤホールランド ａ 導電塗料 ｂ 閉じ込められたエアー Ｐ 回路基板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回路基板の非貫通バイヤホールへの導電
   塗料の充填において、その回路基板表面の前記非貫通バ
   イヤホール上に、スクリーン印刷法により導電塗料を刷
   り込み、この回路基板を３０乃至８０℃の範囲で加熱し
   ながら超音波振動を与え、次いでその回路基板に刷り込
   まれた導電塗料を加熱架橋することを特徴とする非貫通
   バイヤホールへの導電塗料充填法。
2. 【請求項２】 請求項１において使用する導電塗料の粘
   度が１５〜１００ｄＰａ・ｓとすることを特徴とする非
   貫通バイヤホールへの導電塗料充填法。