專(zhuān)利名稱(chēng)：電路板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電路板及其制造方法，上述電路板具有設(shè)置用于填充導(dǎo)電性材料的穿孔的絕緣基板和在其兩面設(shè)置的導(dǎo)電層。
以往的電路板具有作為絕緣基板的將玻璃織布浸漬于環(huán)氧樹(shù)脂后的所謂的玻璃環(huán)氧基板和通過(guò)熱壓貼附在其兩面的銅箔。在所述電路板中，銅箔被光刻蝕，形成圖形，通過(guò)鉆頭等形成貫穿孔之后，將貫穿孔的內(nèi)側(cè)壁鍍銅，從而連結(jié)貫穿孔兩面的接線層。
鍍貫穿孔內(nèi)側(cè)時(shí)，鍍液難于進(jìn)入其中，產(chǎn)生未鍍上的部分，從而有無(wú)法電連接的情形，并使可靠度下降。另外出現(xiàn)，在孔深處鍍銅厚度變薄，使連接時(shí)產(chǎn)生的電阻很大等不適宜的現(xiàn)象。因?yàn)樵谛纬韶灤┛椎牟糠稚陷d置零件或在多層疊層板中鍍所需要內(nèi)層的貫穿孔是困難的，所以在以往的基板中，圖形的設(shè)置或工序受到限制，且難于小型化。
所述電路板中，在設(shè)置于絕緣基材的貫穿孔中填充的導(dǎo)電性材料和絕緣基材兩面的導(dǎo)電層完成確實(shí)、可靠的電連接和機(jī)械連接。


圖1A至圖1D為表示本發(fā)明實(shí)施例1的電路板制造方法的剖面圖。
圖2A至圖2D為表示本發(fā)明實(shí)施例2的電路板制造方法的剖面圖。
圖3A至圖3D為表示本發(fā)明實(shí)施例3的電路板制造方法的剖面圖。
絕緣基材101是指，在玻璃纖維浸漬、涂敷環(huán)氧樹(shù)脂的所謂的玻璃環(huán)氧基板或者是將芳香族聚酰胺等樹(shù)脂纖維的織布或無(wú)紡布浸漬于環(huán)氧等樹(shù)脂的樹(shù)脂基板或者是在聚酰亞胺等樹(shù)脂薄膜中涂敷粘接劑等樹(shù)脂后構(gòu)成的薄膜基板。如圖1A所示，利用二氧化碳或YAG等激光或鉆頭形成貫穿孔102。與鉆頭的機(jī)械方法相比用激光形成的貫穿孔102的孔徑小且孔周?chē)廴谒乒饣杂欣谔畛鋵?dǎo)電材料的后續(xù)工序。
因此，如其后圖1B所示，在絕緣基材101形成的貫穿孔102中填充導(dǎo)電材料103。作為導(dǎo)電材料103可以使用將例如銅、銅和銀的合金或在銅表面鍍或合金化等銀或金等其它金屬的0.1μm～50μm左右微細(xì)的塊或鱗片等粒狀的金屬與有機(jī)溶劑或樹(shù)脂混合后的膏狀材料。這里，銅為最便宜且能夠得到球狀粒子，但通過(guò)混入或在表面鍍上硬度和電阻低于銅的銀或金等，在后續(xù)工序中由壓力造成銀或金的變形。因此，能夠增加銅的接觸面積并進(jìn)一步地降低低電阻金屬的接觸電阻。導(dǎo)電材料103是，例如通過(guò)邊用真空吸引貫穿孔102的一側(cè)，邊從對(duì)面印刷導(dǎo)電材料103的方法填充。
然后，如圖1C所示，具有填充導(dǎo)電材料103的貫穿孔102的絕緣基材101的兩面設(shè)置導(dǎo)電層104如銅箔。導(dǎo)電層104中的至少與導(dǎo)電材料103連接的部分，附著與銅合金化的金屬105。金屬105的熔點(diǎn)低于銅，是通過(guò)在后說(shuō)明的與溫度無(wú)關(guān)而利用壓力而凝聚、壓接等的加壓工序的金屬間反應(yīng)或在加壓同時(shí)進(jìn)行加熱的熱壓工序中主要利用熱能反應(yīng)與銅合金化。金屬105是，例如利用鍍或噴鍍等方法，將錫、鋅、銀、鈀、銦、鉍等較低熔點(diǎn)金屬附著于導(dǎo)電層104。這里，粒狀金屬105的接觸點(diǎn)面積小且向每單位面積施加的壓力、溫度等反應(yīng)能變大從而易合金化。并且，從設(shè)置于兩面的導(dǎo)電層104外側(cè)以至少粘接絕緣基材101和導(dǎo)電層104的壓力和溫度邊加熱邊加壓。上述溫度是只要將與銅合金化的金屬合金化就可以，是大于120℃且小于300℃的溫度，最好是在200℃至270℃。另外，這時(shí)的壓力是越高越好，只要是不壓壞絕緣樹(shù)脂的壓力，如200kg/cm2以下的壓力均可以。銦和鉍的熔點(diǎn)分別是157℃和271℃，它們與錫的熔點(diǎn)都低，并且合金化等的起始反應(yīng)溫度在熔點(diǎn)的60％至70％范圍，所以如果施加壓力或機(jī)械運(yùn)動(dòng)等能量，進(jìn)一步促進(jìn)其反應(yīng)。另外，特別是在該合金層中相對(duì)于銅的熔點(diǎn)1084℃含有熔點(diǎn)為232℃的錫時(shí)，從電阻值或機(jī)械強(qiáng)度角度考慮，合金化的錫占總銅量的10％以下左右為好。另外，熔點(diǎn)為419℃的鋅或熔點(diǎn)為962℃的銀以及熔點(diǎn)為1554℃的鈀是沒(méi)達(dá)到利用熔融的合金化，也可形成擴(kuò)散層或被凝聚或壓接，所以大大降低接觸電阻。
如圖1D所示，在導(dǎo)電層104和填充于貫穿孔的導(dǎo)電材料103邊界的連接部中，形成凝聚或壓接以及合金化的反應(yīng)層106。用于形成反應(yīng)層106的銅和與銅一同合金化的金屬105是，即使幾乎沒(méi)有熔融銅，也僅在銅表面形成擴(kuò)散層或合金層。由此，提高連接部的機(jī)械強(qiáng)度并降低電阻。另外，在銅內(nèi)部，通過(guò)保持銅固有的低電阻率，能夠得到電阻低且高機(jī)械強(qiáng)度的連接部。
實(shí)施例2圖2A至圖2D為表示本發(fā)明實(shí)施例2的電路板制造方法的剖面圖。
如圖2A所示，與實(shí)施例1相同，在玻璃環(huán)氧基板或樹(shù)脂基板及薄膜基板等絕緣基材201中形成貫穿孔202。另外，如后圖2B所示，在絕緣基材201形成的貫穿孔202中填充不含銅且與銅進(jìn)行合金化的金屬導(dǎo)電材料203。導(dǎo)電材料203是通過(guò)，例如邊用真空吸引貫穿孔202的一側(cè)，邊從對(duì)面印刷導(dǎo)電材料203的方法填充。導(dǎo)電材料203的熔點(diǎn)低于銅，是通過(guò)在后說(shuō)明的與溫度無(wú)關(guān)而利用壓力而凝聚、壓接等的加壓工序的金屬間反應(yīng)或在加壓同時(shí)進(jìn)行加熱的熱壓工序中主要利用熱能反應(yīng)與銅合金化。作為導(dǎo)電材料203，例如使用錫、鋅、鈀、導(dǎo)電銦、鉍等熔點(diǎn)較低且硬度小的所謂的軟金屬。這些都是不使用有害鉛的無(wú)鉛焊錫材料。另外，作為導(dǎo)電材料203，可以使用不含銅的其它的熔點(diǎn)較高且硬度高的金屬或在銅以外的金屬表面上鍍其金屬后的構(gòu)成物或?qū)⒔饘賳误w為0.1μm～50μm左右微細(xì)的塊或鱗片等粒狀金屬與有機(jī)溶劑或樹(shù)脂混合的膏狀材料。
然后，如圖2C所示，具有填充導(dǎo)電材料203的貫穿孔202的絕緣基材201的兩面設(shè)置銅箔等導(dǎo)電層204。并且，從導(dǎo)電層204外側(cè)以至少粘接絕緣基材201和導(dǎo)電層204的壓力和溫度邊加熱邊加壓。上述溫度是導(dǎo)電材料203和導(dǎo)電層204的銅發(fā)生合金化等反應(yīng)的大于120℃且小于300℃的溫度，最好是200℃至270℃。另外，這時(shí)的壓力是越高越好，只要是不壓壞絕緣基材201的壓力，如200kg/cm2以下的壓力均可以。因?yàn)閷?dǎo)電材料203為粒狀，所以接觸點(diǎn)面積小且對(duì)每單位面積施加的壓力、溫度等反應(yīng)能變大從而易合金化。另外，在貫穿孔202的內(nèi)部，因?yàn)閷?dǎo)電材料203具有硬度低的軟金屬，所以通過(guò)加壓的壓力變形并增大接觸面積，從而能夠使穿孔202內(nèi)部的電阻變小。焊錫時(shí)作為芯材使用硬度和熔點(diǎn)高的鎳或鉻及鉬或鎢是有效的，因?yàn)閷?dǎo)電材料203是硬度較低的軟金屬，所以加壓時(shí)的壓力更加有效。即，通過(guò)加壓，不僅是由于導(dǎo)電材料203的合金化且由于接觸面積的增加而接觸電阻減小。
如圖2D所示通過(guò)加壓，在導(dǎo)電層204和填充于貫穿孔的導(dǎo)電材料203邊界的連接部形成如上述的將銅和與銅進(jìn)行合金化的金屬凝聚或壓接以及合金化后形成的反應(yīng)層206。在反應(yīng)層206中，可以幾乎不熔融銅和與銅進(jìn)行合金化的導(dǎo)電材料203中的銅。這是因?yàn)閮H在銅表面形成由擴(kuò)散或合金產(chǎn)生的反應(yīng)層203就可以。由此，連接部的機(jī)械強(qiáng)度提高并電阻變小，而且在銅內(nèi)部，通過(guò)保持銅固有的低電阻率能夠得到電阻低且高機(jī)械強(qiáng)度的連接部。反應(yīng)層206是與實(shí)施例1中的說(shuō)明相同即合金化等的起始反應(yīng)溫度在熔點(diǎn)的60％至70％范圍，如果施加壓力或機(jī)械運(yùn)動(dòng)等能量更加促進(jìn)其反應(yīng)。從電阻值或機(jī)械強(qiáng)度角度考慮，上述合金層中錫為銅量的10％以下左右為好。另外，沒(méi)有達(dá)到合金化，也形成擴(kuò)散層或被凝聚或壓接，所以進(jìn)一步降低接觸電阻。
實(shí)施例3圖3A至圖3D為本發(fā)明實(shí)施例1的電路板制造方法的剖面圖。
如圖3A所示，與實(shí)施例1和2相同，在玻璃環(huán)氧基板或樹(shù)脂基板及薄膜基板等絕緣基材301形成貫穿孔302。另外，如后圖3B所示，在貫穿孔302中填充含有銅及與銅進(jìn)行合金化的金屬的導(dǎo)電材料303。導(dǎo)電材料303是通過(guò)，例如邊用真空吸引貫穿孔302的一側(cè)，邊從對(duì)面印刷的方法填充。導(dǎo)電材料303中的與銅合金化的金屬的熔點(diǎn)低于銅，是通過(guò)在后說(shuō)明的與溫度無(wú)關(guān)而利用壓力而凝聚、壓接等的加壓工序的金屬間反應(yīng)或在加壓同時(shí)進(jìn)行加熱的熱壓工序中主要利用熱能反應(yīng)與銅合金化。作為上述金屬，例如使用錫、鋅、銀、鈀、導(dǎo)電銦、鉍等熔點(diǎn)較低且硬度小的軟金屬。作為導(dǎo)電材料303，可以使用在表面鍍有上述金屬的銅或其它熔點(diǎn)較高且硬度高的金屬，上述金屬和銅的合金或0.1μm～50μm左右微細(xì)的塊或鱗片等粒狀金屬單體與有機(jī)溶劑或樹(shù)脂混合的膏狀材料。
然后，如圖3C所示，具有填充導(dǎo)電材料303的貫穿孔302的絕緣基材301的兩面設(shè)置導(dǎo)電層304。并且，從導(dǎo)電層304的外側(cè)以至少粘接絕緣基材301和導(dǎo)電層304的壓力和溫度邊加熱邊加壓。上述溫度是導(dǎo)電材料303中的與銅合金化的金屬和導(dǎo)電層304的銅發(fā)生合金化且導(dǎo)電材料303中的銅和上述金屬合金化的大于120℃且小于300℃的溫度，最好是200℃至270℃。另外，上述壓力是越高越好，只要是不壓壞絕緣基材301的壓力，如200kg/cm2以下的壓力均可以。因?yàn)閷?dǎo)電材料303為粒狀，所以接觸點(diǎn)面積小且對(duì)每單位面積施加的壓力、溫度等反應(yīng)能變大從而易合金化。另外，在貫穿孔302的內(nèi)部，因?yàn)閷?dǎo)電材料303是由小硬度的軟金屬形成，所以通過(guò)加壓的壓力變形，并增大接觸面積，從而能夠使穿孔302內(nèi)部的電阻變小。在導(dǎo)電材料303中，作為被鍍的芯材，銅因?yàn)檩^便宜且電阻低并能夠得到微細(xì)的球形，所以是有效的。對(duì)于其它熔點(diǎn)較高、硬度高的金屬，因?yàn)閷?dǎo)電材料303中含有硬度較低的所謂的軟金屬，所以加壓過(guò)程中，壓力的作用更加有效。即通過(guò)加壓，不僅是由于導(dǎo)電材料303的合金化且由于接觸面積增加和低電阻金屬而接觸電阻降低。
從電阻值考慮，導(dǎo)電材料303中的銅的含量較好是在50％以下，而從電阻值或機(jī)械強(qiáng)度角度考慮含量較好是在10％以下。另外，沒(méi)有達(dá)到合金化，也形成擴(kuò)散層或被凝聚或壓接，所以大大降低導(dǎo)電性材料303和導(dǎo)電層304之間的接觸電阻。
如圖3D所示，通過(guò)加壓，在導(dǎo)電層304和導(dǎo)電材料303邊界的連接部及貫穿孔302內(nèi)形成，如上述將銅和與銅進(jìn)行合金化的金屬凝聚或壓接以及合金化后形成的反應(yīng)層306。在反應(yīng)層306中的銅和上述金屬是，可以幾乎不熔融銅，而僅在銅表面形成擴(kuò)散層或合金層就可以。由此，反應(yīng)層306的機(jī)械強(qiáng)度提高并電阻變小，而且通過(guò)在反應(yīng)層306中含有的銅粒子內(nèi)部保持銅固有的低電阻率，能夠得到低電阻且高機(jī)械強(qiáng)度的連接部。反應(yīng)層306是與實(shí)施例1中的說(shuō)明相同，即合金化等的起始反應(yīng)溫度在熔點(diǎn)的60％至70％范圍，如果施加壓力或機(jī)械運(yùn)動(dòng)等能量則更加促進(jìn)其反應(yīng)。
在導(dǎo)電層和填充于貫穿孔的導(dǎo)電材料邊界的連接部中，形成導(dǎo)電層和導(dǎo)電材料凝聚、壓接及合金化的反應(yīng)層，并且上述反應(yīng)層具有高機(jī)械強(qiáng)度和低電阻，另外，通過(guò)在包含于其中的銅內(nèi)部保持銅固有的電阻率，能夠得到具有低電阻且高機(jī)械強(qiáng)度連接部的電路板。另外，在穿孔內(nèi)部，通過(guò)反應(yīng)層，將在絕緣基材兩面設(shè)置的導(dǎo)電層穿孔中的電阻變小。另外，通過(guò)機(jī)械方法固定連接部，提高機(jī)械強(qiáng)度和可靠性。并且，因?yàn)橛脤?dǎo)電材料填充穿孔，所以能夠在該部分的導(dǎo)電層表面載置零件，且實(shí)現(xiàn)電路板的小型化或提高接線自由度。
預(yù)先在貫穿孔的一面上形成導(dǎo)電層的所謂的盲穿孔的電路板中使用本發(fā)明也能得到同樣的效果。另外，通過(guò)反復(fù)采用實(shí)施例中的工序，在多層基板上也能夠得到同樣的效果。并且，通過(guò)將導(dǎo)電層預(yù)先形成圖形的金屬箔進(jìn)行復(fù)制而形成的電路板中也能夠得到同樣的效果。
實(shí)施例中的導(dǎo)電層為銅箔，導(dǎo)電材料含有與銅合金化的金屬，而替代銅，由其它導(dǎo)電物質(zhì)組成導(dǎo)電層，并導(dǎo)電材料包含與上述物質(zhì)合金化的物質(zhì)也能產(chǎn)生同樣的效果。
在本發(fā)明的電路板中，通過(guò)將導(dǎo)電材料和導(dǎo)電層中的一部分金屬進(jìn)行合金化，從而在絕緣基材上的貫穿孔中填充的導(dǎo)電材料和絕緣基材兩面的導(dǎo)電層之間完成確實(shí)可靠的電和機(jī)械連接。
權(quán)利要求
1.一種電路板，其特征在于，具有形成穿孔的絕緣基板、填充于上述穿孔中的導(dǎo)電材料、設(shè)置于上述絕緣材料兩面的導(dǎo)電層、含有上述導(dǎo)電材料的構(gòu)成材料和上述導(dǎo)電層的構(gòu)成材料的第1合金。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路板，其特征在于，上述導(dǎo)電性材料在內(nèi)部含有第2合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路板，其特征在于，上述導(dǎo)電層和導(dǎo)電性材料中的至少一個(gè)含有銅，并且上述第1合金含有銅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路板，其特征在于，上述導(dǎo)電層含有銅，且上述第1合金含有上述導(dǎo)電層的銅。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路板，其特征在于，上述導(dǎo)電材料含有銅，且上述第1合金含有上述導(dǎo)電材料的銅。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路板，其特征在于，上述導(dǎo)電材料含有50wt％以下的銅。
7.一種電路板，其特征在于，具有形成穿孔的絕緣基材、填充于上述穿孔并且在內(nèi)部含有合金的導(dǎo)電材料及設(shè)置于上述絕緣基材兩面的導(dǎo)電層。
8.一種電路板的制造方法，其特征在于，包含在絕緣基材形成的穿孔中填充導(dǎo)電材料的工序、在上述絕緣材料的兩面設(shè)置導(dǎo)電層的工序及將上述導(dǎo)電材料的構(gòu)成材料和上述導(dǎo)電層的構(gòu)成材料合金化的工序。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路板的制造方法，其特征在于，上述導(dǎo)電層含有銅，上述導(dǎo)電材料的上述構(gòu)成材料為金屬，且上述導(dǎo)電材料包含含有上述金屬的粒狀物質(zhì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電路板的制造方法，其特征在于，上述金屬的熔點(diǎn)低于銅。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路板的制造方法，其特征在于，上述導(dǎo)電材料含有銅，上述導(dǎo)電層含有金屬粒狀物質(zhì)，該金屬粒狀物質(zhì)含有與分配在其表面上的銅合金化的金屬。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電路板的制造方法，其特征在于，上述金屬的熔點(diǎn)低于銅。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路板的制造方法，其特征在于，上述導(dǎo)電材料含有銅，上述導(dǎo)電材料含有銅和與銅合金化的金屬，將上述導(dǎo)電材料的上述構(gòu)成材料和上述導(dǎo)電層的上述構(gòu)成材料進(jìn)行合金化的上述工序中包含將至少一部分銅合金化的工序。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電路板的制造方法，其特征在于，上述金屬的熔點(diǎn)低于銅。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路板的制造方法，其特征在于，設(shè)置上述導(dǎo)電層的上述工序包含在絕緣基板上加壓上述導(dǎo)電層的加壓工序，而將上述導(dǎo)電材料的上述構(gòu)成材料和上述導(dǎo)電層的上述構(gòu)成材料進(jìn)行合金化的上述工序包含加壓上述導(dǎo)電層的上述工序和壓縮上述導(dǎo)電材料的工序。
16.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路板的制造方法，其特征在于，設(shè)置上述導(dǎo)電層的上述工序包含在上述絕緣基材上熱壓上述導(dǎo)電層的工序，而將上述導(dǎo)電材料的上述構(gòu)成材料和上述導(dǎo)電層的上述構(gòu)成材料進(jìn)行合金化的上述工序包含熱壓上述導(dǎo)電層的上述工序和壓縮并加熱上述導(dǎo)電材料的工序。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電路板的制造方法，其特征在于，上述導(dǎo)電層的上述構(gòu)成材料含有銅，并且上述導(dǎo)電材料的上述構(gòu)成材料含有熔點(diǎn)低于上述導(dǎo)電層熱壓工序溫度的金屬。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電路板的制造方法，其特征在于，上述導(dǎo)電層的上述構(gòu)成材料含有銅，而上述導(dǎo)電材料的上述構(gòu)成材料含有錫、鋅、銀、鈀、銦、鉍中的任意元素。
全文摘要
一種電路板及其制造方法，通過(guò)在絕緣基板(101)上形成的穿孔(102)中填充導(dǎo)電材料(103)的工序、在上述絕緣基材的兩面設(shè)置導(dǎo)電層(104)的工序以及將上述導(dǎo)電材料的上述構(gòu)成材料和上述導(dǎo)電層的上述構(gòu)成材料進(jìn)行合金化的工序制造上述電路板。利用上述電路板，在設(shè)置于絕緣基材的貫穿孔中所填充的導(dǎo)電材料和絕緣基材兩面的導(dǎo)電層，完成確實(shí)可靠的電和機(jī)械連接。
文檔編號(hào)H05K3/38GK1456031SQ02800069
公開(kāi)日2003年11月12日 申請(qǐng)日期2002年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月15日
發(fā)明者須川俊夫, 村川哲, 葉山雅昭, 安保武雄 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社