JPH10190191A

JPH10190191A - プリント配線基板の製造方法

Info

Publication number: JPH10190191A
Application number: JP8350069A
Authority: JP
Inventors: Katsura Hayashi; 桂林; Yuji Iino; 祐二飯野; Shuichi Tateno; 周一立野; Riichi Sasamori; 理一笹森
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1996-12-27
Filing date: 1996-12-27
Publication date: 1998-07-21
Anticipated expiration: 2016-12-27
Also published as: JP3220400B2

Abstract

(57)【要約】【課題】金属ペーストの充填によって作製されたＩＨＶ
（インタースティシャルビアホール）の低抵抗化を図る
ことのできるプリント配線基板の製造方法を提供する。【解決手段】少なくとも有機樹脂を含む絶縁層１にスル
ーホール２を形成する工程と、スルーホール２内に、金
属粉末と有機樹脂を含む導体ペーストを充填してスルー
ホール導体３を作製する工程と、スルーホール導体３の
絶縁層１における少なくとも一方の露出端部に、絶縁層
１の厚みＬの０．０５倍以上の厚みを有する金属箔から
なる配線層５を形成する工程と、スルーホール導体３の
端部に形成された配線層５に圧力を印加して、配線層５
を絶縁層１内に埋め込むと同時に、スルーホール導体３
を加圧圧縮させて、スルーホール導体の緻密化、低抵抗
化をを図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有機樹脂を含む絶
縁層内に、金属粉末と有機樹脂とを含む導体インクを充
填してなるスルーホール導体を具備する多層プリント配
線基板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来技術】従来より、多層プリント配線基板はプリプ
レグと呼ばれる有機樹脂を含む平板の表面に銅箔を接着
した後、これをエッチングして微細な回路を形成し、こ
れを積層した後、所望位置にマイクロドリルによりスル
ーホールの孔明けを行い、そのホール内壁にメッキ法に
より金属を付着させてスルーホール導体を形成して各層
間の電気的な接続を行っている。

【０００３】ところが、この方法では、スルーホール導
体は配線基板全体にわたり貫通したものであるために、
積層数が増加に伴いスルーホール数が増加すると、配線
に必要なスペースが確保できなくなるという問題が生
じ、電子機器の軽薄短小化によりプリント配線基板への
多層化、配線の微細化への要求に対して、従来の多層プ
リント配線基板では、対応できなくなっているのが現状
である。

【０００４】そこで、それらの要求に対して、絶縁層に
対してスルーホール導体を作製した後に、積層して多層
化する技術が開発されている。このようなビアホールは
ＩＶＨ（インタースティシャルビアホール）と呼ばれて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このＩＶＨは、一般の
プリント配線板と同様にメッキ技術を用いてホール内壁
に金属膜を形成して作製されるが、メッキ法によると工
程が複雑で処理時間が長い上に有害な薬品を使用するこ
とによる環境への問題も発生する恐れがあることから、
このＩＶＨを、ホール内に金属粉末を含む金属ペースト
を充填することによって形成することが行われている。

【０００６】しかしながら、銅ペースト中には、ホール
内への充填性や印刷性を高めるために必然的に有機樹脂
を含有し、そのために、通常の銅メッキにより形成され
た回路よりも抵抗値が高いことが問題となり、銅ペース
トで形成したＩＶＨは特に直径１５０μｍ以下の微細な
ビアサイズでは回路の抵抗値が高く実用に耐えないもの
であった。そのため、導体ペーストを印刷した後、有機
樹脂分を加熱分解したり、さらには、印刷後のＩＶＨに
通電加熱を行いスルーホール導体の抵抗を低減すること
も提案されている。

【０００７】しかしながら、このようにして金属ペース
トの充填によって形成されたＩＶＨ中は、その径が小さ
くなるほどに充填性が低くなる傾向にあり、しかも、ペ
ースト中には溶剤をも含むために、ペーストを乾燥した
場合、あるいは加熱処理で有機樹脂を分解除去した場合
には、ホール内に多くの気孔が発生しており、この気孔
の発生によって、ホール自体の抵抗が大きくなる傾向に
あり、ＩＶＨの低抵抗化を図ったとしても７×１０^-4Ω
−ｃｍ程度がせいぜいであり、ＩＶＨの低抵抗化が難し
いのが現状であった。

【０００８】また、ＩＶＨを金属ペーストの充填によっ
て作製した場合、絶縁層表面の配線層との接続が弱くな
ることも問題であった。この接続が弱いと低温と高温と
の温度サイクルを加えた場合にＩＶＨ内部にクラックが
生じたり、配線層とＩＨＶとの間にクラックが生じると
いう問題があった。

【０００９】従って、本発明は、金属ペーストの充填に
よって作製されたＩＨＶ（インタースティシャルビアホ
ール）の低抵抗化を図ることのできる多層プリント配線
基板の製造方法を提供することを特徴とするものであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記のよ
うな問題点について鋭意検討した結果、銅粉末等の低抵
抗金属と有機樹脂を含む金属ペーストの充填によって形
成されたＩＶＨに対して、少なくとも一方の露出端部に
金属箔の配線層を形成し、その金属箔に圧力を印加して
金属箔を絶縁層内に埋め込むことにより、ＩＶＨ自体が
加圧圧縮されることによって充填性が高くなり、ＩＶＨ
の低抵抗化が実現でき、これにより多層プリント基板の
超微細化、精密化の要求に応えうることのできる高信頼
性のＩＶＨを形成できることを知見した。

【００１１】即ち、本発明の多層プリント配線板の製造
方法は、少なくとも有機樹脂を含む絶縁層にスルーホー
ルを形成する工程と、該スルーホール内に、金属粉末と
有機樹脂を含む導体ペーストを充填してスルーホール導
体を作製する工程と、前記スルーホール導体の前記絶縁
層における少なくとも一方の端部に、前記絶縁層の厚み
Ｌの０．０５倍以上の厚みを有する金属箔からなる配線
層を形成する工程と、前記配線層に圧力を印加して、前
記配線層を絶縁層内に埋め込むと同時に、スルーホール
導体を加圧圧縮させる工程とを具備することを特徴とす
るものであり、さらには、前記金属箔からなる配線層
が、転写シートからの転写によって形成されること、前
記スルーホール導体に対して、直流電流及び／またはパ
ルス電流を印加する工程とを具備することを特徴とする
ものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の多層プリント配線
基板の製造方法を図１の工程図で具体的に説明する。本
発明の製造方法によれば、まず、図１（ａ）に示すよう
に、少なくとも有機樹脂を含む絶縁層１の所定箇所にス
ルーホール２を形成する。絶縁層１は、少なくとも有機
樹脂を含むものであり、例えば、ＰＰＥ（ポリフェニレ
ンエーテル）、ＢＴレジン（ビスマレイミドトリアジ
ン）、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、フ
ェノール樹脂等の熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂が使用で
きる。

【００１３】また、上記の絶縁層１中には、絶縁層ある
いは配線基板全体の強度を高めるために、有機樹脂に対
して無機質フィラーを複合化させたものでもよい。有機
樹脂と複合化される無機質フィラーとしては、Ｓｉ
Ｏ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮ、ＳｉＣ、等の公知の材料が
使用でき、さらには、ガラスクロスやアラミド不織布に
樹脂を含浸させたシート（プリプレグ）を用いても良
い。なお、有機樹脂と無機質フィラーとの複合材料にお
いては、有機樹脂：無機質フィラーとは、体積比率で１
５：８５〜５０：５０の比率で複合化されるのが適当で
ある。

【００１４】この絶縁層へのスルーホールの形成は、未
硬化の状態（Ｂステージ状態）の絶縁層に対して、パン
チングあるいはレーザー等により形成される。スルーホ
ール径は、その回路によって様々であるが、通常、１０
０〜２００μｍの径で形成される。

【００１５】次に、図１（ｂ）に示すように、スルーホ
ール２内に金属ペーストを充填し乾燥してスルーホール
導体３を形成する。金属ペーストは、金属粉末、有機樹
脂および溶剤からなり、金属粉末としては、銅、アルミ
ニウム、金、銀の群から選ばれる少なくとも１種または
２種以上の合金によって構成するのが望ましい。一方、
有機樹脂としては、前述した熱硬化性樹脂の他、セルロ
ースなどの樹脂も使用される。また、溶剤としては、用
いる有機樹脂が溶解可能な溶剤から構成され、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（ＢＣＡ）等が
挙げられる。金属ペーストの組成としては、金属粉末１
００重量部に対して、有機樹脂０．０５〜１０重量部、
特に０．０５〜３．０重量部、溶剤を１〜２０重量部、
特に２〜１５重量部の割合で混合したものが適当であ
る。なお、乾燥処理は、溶剤が揮散するに十分な温度で
行われ、具体的には、３０〜２００℃で行うことができ
る。この時のスルーホール導体３中には、多数の気孔４
が存在する。

【００１６】次に、図１（ｃ）に示すように、スルーホ
ール導体３の絶縁層１における少なくとも一方の露出端
部に金属箔からなる配線層を形成する。図（ｃ）では、
絶縁層１の表裏面に露出した両端部に金属箔からなる配
線層５、６を形成したものである。この配線層５、６
は、絶縁層１の厚みＬに対して、０．０５倍以上、特に
０．１倍以上の厚みであることが必要である。この厚み
は、後述する圧縮工程でのスルーホール導体の充填率を
決定するものであり、この金属箔５、６の厚みが大きい
ほどスルーホール導体の充填率を高めることができる。
従って、金属箔５、６の厚みが０．０５倍より薄いとス
ルーホール導体への圧縮効果が十分でない。なお、厚み
が厚すぎると絶縁層への埋め込みが困難となるとともに
多層化した場合に、基板に変形等が生じてしまう場合が
ある。かかる観点から上限は０．２５倍が適当である。

【００１７】また、金属箔からなる配線層５、６は、周
知の方法によって形成される。例えば、絶縁層１の表面
に銅等の金属箔を接着した後、これを配線パターンにレ
ジストを塗布して非レジスト形成部をエッチング除去し
た後に、レジストを除去する方法、銅箔が接着された転
写シートに対して同様にして配線パターンを形成した
後、これを絶縁層１に転写させる方法等が採用される。

【００１８】そして、図１（ｄ）に示すように、スルー
ホール導体３の両端部に形成された配線層５、６間に圧
力を印加して、配線層５、６を絶縁層１内に埋め込むと
同時に、スルーホール導体３を加圧圧縮させる。この時
に印加される圧力は、１〜２００ｋｇ／ｃｍ²、望まし
くは２０〜７０ｋｇ／ｃｍ²の範囲が望ましい。

【００１９】上記の図１（ｃ）（ｄ）の工程において、
配線層５、６に対して圧力を印加してスルーホール導体
３を加圧圧縮させるに際し、スルーホール導体３の端部
に設けられる配線層５、６は、スルーホール導体３上で
の最小径がスルーホール径の１．１〜４倍の大きさであ
ることが望ましい。これは、配線層の大きさが１．１倍
よりも小さいと、ペーストの乾燥が不十分な場合、スル
ーホール導体３のペーストが漏れ出てしまいスルーホー
ル導体３を圧縮することが難しい傾向にある。

【００２０】ペーストの乾燥が十分であれば、スルーホ
ール径よりも細い配線層であっても加圧圧縮の効果が認
められる。また、４倍を越えると加圧力がスルーホール
導体３に有効に印加されず、絶縁層全体に分散するため
に基板の変形が大きくなる傾向にある。

【００２１】また、この配線層５、６によるスルーホー
ル導体３の加圧圧縮処理において、配線層５、６は、金
属箔からなることが必要である。それは、例えば配線層
を金属粉末と有機樹脂とからなるペーストの印刷によっ
て形成した配線層は、気孔を多数含み緻密性に乏しいこ
とから、スルーホール導体のインクが配線層側にしみ出
てしまい加圧圧縮するのに十分な圧力をスルーホール導
体に付与できないためである。なお、配線層５、６によ
るスルーホール導体３の加圧圧縮処理は、配線層５、６
を転写シート（図示せず）から圧着して絶縁層に転写す
るのと同時に行なうことが望ましい。

【００２２】このようにして作製した配線基板は、単層
または、複数層を積層圧着することにより、多層配線化
することができる。

【００２３】また、本発明によれば、上記のスルーホー
ル導体の加圧圧縮後、または多層化した後に、配線層お
よびスルーホール導体に直流電流及び／またはパルス電
流を印加してさらに低抵抗化を図ることができる。とり
わけ、パルス電流を印加することが望ましい。

【００２４】この時の印加されるパルス電流の最適条件
としては、電圧１〜２００Ｖ、１パルスの通電時間３秒
以下、パルス間隔が３秒以下の条件で電流印加が可能な
構造であれば良い。電圧が１Ｖ未満であれば低抵抗化の
効果が少なく、また２００Ｖ以上であれば部分的に発熱
が起こり絶縁層を傷める場合があるためである。また、
１パルスの通電時間が３秒を越えると低抵抗化のための
処理時間が長くなり、パルス間隔は３秒以上では処理時
間が長くなり実用的でない。望ましくは、１パルスの通
電時間、パルス間隔ともに０．５秒以下でＩＶＨの体積
固有抵抗値１×１０^-4Ω−ｃｍ以下が達成され、最適に
は０．０２〜０．１秒で２×１０^-5Ω−ｃｍ以下が達成
される。パルス電流値としては基板１００ｃｍ²当たり
５０〜５０００Ａが適当である。

【００２５】また、パルス電流は、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、パルス電源は、直流パルス電源であるこ
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、表面の清浄作用が高く、
パルス電流は交流よりも直流の方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。

【００２６】さらに、本発明によれば、上記パルス電流
の印加ののちに、スルーホール導体に通電による加熱処
理を施すことにより、さらにスルーホール導体の低抵抗
化を図ることができる。通電処理は、電圧１０〜１００
Ｖ、基板１００ｃｍ²当たり電流３〜５０Ａの直流、交
流のいずれでもよく、通電による加熱温度は１００〜３
００℃の範囲であることが望ましい。この時の加熱温度
が３００℃よりも高いと絶縁層を形成する耐熱性の高い
樹脂の分解が起こり、１００℃よりも低いとさらなる低
抵抗化の効果が小さいためである。この通電加熱によっ
て、金属粒子同士の結合が強固となり、ＩＶＨの抵抗を
下げることができるのである。

【００２７】また、この通電加熱処理は、前述したパル
ス電流の印加処理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合わせた波形、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。

【００２８】

【実施例】絶縁層として、有機樹脂としてイミド樹脂を
用い、さらに無機フィラーとして球状シリカを用い、こ
れらを有機樹脂：無機フィラーが体積比で３０：７０と
なる組成物を用い、これをドクターブレード法によって
厚さ１２０μｍの半硬化状態の絶縁層を形成し、パンチ
ングにより所定位置に直径が０．１ｍｍのスルーホール
を形成した。

【００２９】そして、このスルーホールに、平均粒径が
４μｍの表面に銀を被覆した銅粉１００重量部、セルロ
ース０．２重量部、２−オクタノール１０重量部とを混
合した金属ペーストを充填し、１４０℃で３０分加熱し
て乾燥させた。

【００３０】次に、２枚の厚さ２．５〜７０μｍの銅箔
を接着した転写シートの銅箔に対してフォトレジスト法
によってそれぞれ表面用配線層および裏面用配線層を形
成した。そして、スルーホール導体を形成した絶縁層の
表面側および裏面側に転写シートを位置合わせして重ね
合わせ、少なくともスルーホール導体形成位置に５０ｋ
ｇ／ｃｍ²の圧力を印加して、スルーホール導体の両端
部側から配線層を絶縁層内に埋め込み処理し、さらに１
２０℃に加熱した。この時のスルーホール導体の端部に
設けられる配線層５、６の最小径は０．２ｍｍとした。

【００３１】得られた配線基板に対して、スルーホール
導体の抵抗を測定した。また、一部の配線基板に対して
は、さらに、パルス幅２０ｍｓｅｃ、パルス間隔２０ｍ
ｓｅｃ、パルス電圧１０Ｖ、パルス電流５００Ａ、印加
時間１分の条件でパルス電流を印加したり、電圧２０
Ｖ、電流５０Ａ、印加時間１分の条件で通電加熱を施
し、同様にスルーホール導体の抵抗を測定した。

【００３２】また、比較例として、スルーホール導体の
端部に金属箔からなる配線層を形成して全く埋め込み処
理を行わない（スルーホール導体に対して加圧圧縮処理
を行わない）もの、スルーホール導体に対して片側から
のみ配線層を埋め込み処理したもの、配線層を金属箔で
はなく、上記の金属ペーストの印刷によって形成したも
の等に対して、同様に抵抗の測定を行った。

【００３３】また、スルーホール導体に対して観察用樹
脂を含浸させた後、スルーホール導体をカットして断面
の画像解析を行い、非観察用樹脂部の面積をもってスル
ーホールの充填率を求めた。

【００３４】

【表１】

【００３５】表１の結果から、明らかなように、従来法
によって作製した配線層の埋め込み処理（スルーホール
導体の加圧圧縮処理なし）の試料Ｎo.１に比較して、片
側から配線層に埋め込み処理を施した試料Ｎo.６，１１
で抵抗の低下が認められた。

【００３６】また、配線層を金属ペーストによる印刷で
形成した試料Ｎo.１２では、配線層が変形してスルーホ
ール導体に圧力が十分加わらなかった。

【００３７】また、金属箔からなる配線層により両側か
ら圧力を印加した試料では、スルーホール導体の抵抗を
１×１０^-5Ω−ｃｍ以下まで低減することができた。た
だし、用いた配線層の厚みが絶縁層の厚みＬの０．０５
倍よりも薄い試料Ｎo.２では十分な圧縮ができず低抵抗
化が不十分であった。

【００３８】さらに、本発明に対して、パルス電流印
加、および通電加熱処理を施すことにより、さらに低抵
抗化が実現できた。

【００３９】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明のプリント配
線板の製造方法によれば、金属粉末と有機樹脂を含む金
属ペーストを充填して作製されたスルーホール導体（Ｉ
ＶＨ）に対して、所定厚みの金属箔からなる配線基板に
よって加圧圧縮処理を施すことにより、スルーホール導
体の緻密性を高めることができる結果、スルーホール導
体の低抵抗化を実現することができ、これにより、これ
によりプリント基板の超微細化、精密化の要求に応えう
ることのできる高信頼性の配線基板を作製することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプリント配線基板の製造方法を説明る
ための工程図である。

【符号の説明】

１絶縁層２スルーホール３スルーホール導体４気孔５、６配線層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者笹森理一鹿児島県国分市山下町１番４号京セラ株式会社総合研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも有機樹脂を含む絶縁層にスルー
ホールを形成する工程と、該スルーホール内に、金属粉
末と有機樹脂を含む導体ペーストを充填してスルーホー
ル導体を作製する工程と、前記スルーホール導体の前記
絶縁層における少なくとも片方の露出端部に、前記絶縁
層の厚みＬの０．０５倍以上の厚みを有する金属箔から
なる配線層を形成する工程と、前記配線層に圧力を印加
して前記配線層を絶縁層内に埋め込むと同時に、スルー
ホール導体を加圧圧縮させる工程とを具備することを特
徴とするプリント配線基板の製造方法。
【請求項２】前記金属箔からなる配線層が、転写シート
からの転写によって形成されることを特徴とする請求項
１記載のプリント配線基板の製造方法。
【請求項３】前記加圧圧縮後に、前記スルーホール導体
に対して、直流電流及び／またはパルス電流を印加する
工程とを具備することを特徴とする請求項１記載のプリ
ント配線基板の製造方法。