專利名稱：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)氧樹脂后的所謂的玻璃環(huán)氧基板和通過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，鍍液難于進(jìn)入其中，產(chǎn)生未鍍上的部分，從而有無法電連接的情形，并使可靠度下降。另外出現(xiàn)，在孔深處鍍銅厚度變薄，使連接時產(chǎn)生的電阻很大等不適宜的現(xiàn)象。因為在形成貫穿孔的部分上載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、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)氧樹脂的所謂的玻璃環(huán)氧基板或者是將芳香族聚酰胺等樹脂纖維的織布或無紡布浸漬于環(huán)氧等樹脂的樹脂基板或者是在聚酰亞胺等樹脂薄膜中涂敷粘接劑等樹脂后構(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的孔徑小且孔周圍熔融似光滑，所以有利于填充導(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，例如通過邊用真空吸引貫穿孔102的一側(cè)，邊從對面印刷導(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的熔點低于銅，是通過在后說明的與溫度無關(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、鉍等較低熔點金屬附著于導(dǎo)電層104。這里，粒狀金屬105的接觸點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，這時的壓力是越高越好，只要是不壓壞絕緣樹脂的壓力，如200kg/cm2以下的壓力均可以。銦和鉍的熔點分別是157℃和271℃，它們與錫的熔點都低，并且合金化等的起始反應(yīng)溫度在熔點的60％至70％范圍，所以如果施加壓力或機(jī)械運動等能量，進(jìn)一步促進(jìn)其反應(yīng)。另外，特別是在該合金層中相對于銅的熔點1084℃含有熔點為232℃的錫時，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，熔點為419℃的鋅或熔點為962℃的銀以及熔點為1554℃的鈀是沒達(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。
實施例2圖2A至圖2D為表示本發(fā)明實施例2的電路板制造方法的剖面圖。
如圖2A所示，與實施例1相同，在玻璃環(huán)氧基板或樹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，例如邊用真空吸引貫穿孔202的一側(cè)，邊從對面印刷導(dǎo)電材料203的方法填充。導(dǎo)電材料203的熔點低于銅，是通過在后說明的與溫度無關(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。因為導(dǎo)電材料203為粒狀，所以接觸點面積小且對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，因為導(dǎo)電材料203具有硬度低的軟金屬，所以通過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。焊錫時作為芯材使用硬度和熔點高的鎳或鉻及鉬或鎢是有效的，因為導(dǎo)電材料203是硬度較低的軟金屬，所以加壓時的壓力更加有效。即，通過加壓，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。這是因為僅在銅表面形成由擴(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是與實施例1中的說明相同即合金化等的起始反應(yīng)溫度在熔點的60％至70％范圍，如果施加壓力或機(jī)械運動等能量更加促進(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。
實施例3圖3A至圖3D為本發(fā)明實施例1的電路板制造方法的剖面圖。
如圖3A所示，與實施例1和2相同，在玻璃環(huán)氧基板或樹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，例如邊用真空吸引貫穿孔302的一側(cè)，邊從對面印刷的方法填充。導(dǎo)電材料303中的與銅合金化的金屬的熔點低于銅，是通過在后說明的與溫度無關(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。因為導(dǎo)電材料303為粒狀，所以接觸點面積小且對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，因為導(dǎo)電材料303是由小硬度的軟金屬形成，所以通過加壓的壓力變形，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，銅因為較便宜且電阻低并能夠得到微細(xì)的球形，所以是有效的。對于其它熔點較高、硬度高的金屬，因為導(dǎo)電材料303中含有硬度較低的所謂的軟金屬，所以加壓過程中，壓力的作用更加有效。即通過加壓，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是與實施例1中的說明相同，即合金化等的起始反應(yīng)溫度在熔點的60％至70％范圍，如果施加壓力或機(jī)械運動等能量則更加促進(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，因為用導(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，通過反復(fù)采用實施例中的工序，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，完成確實可靠的電和機(jī)械連接。
文檔編號H05K3/38GK1456031SQ02800069
公開日2003年11月12日 申請日期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 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社