DE69921893T2

DE69921893T2 - Leitfähige Pastenzusammensetzung zum Füllen

Info

Publication number: DE69921893T2
Application number: DE69921893T
Authority: DE
Inventors: Masatoshi Kyoto-shi Suehiro; Nobuaki Toyonaka-shi Morishima
Original assignee: Kyoto Elex Co Ltd
Current assignee: Kyoto Elex Co Ltd
Priority date: 1998-06-19
Filing date: 1999-06-17
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2019-06-18
Also published as: EP0965997A1; EP0965997B1; US6080336A; DE69921893D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine leitfähige Pastenzusammensetzung zum Füllen von Bohrungen einer Leiterplatte zum Ausbilden von elektrischen Durchkontaktierungen.
Aufgrund der Reduzierungen an Größe, Gewicht und Dicke elektronischer Geräte in jüngster Zeit wurde eine Leiterplatte von hoher Dichte mit einer Mehrlagenanordnung entwickelt.
Andererseits wird eine herkömmliche Mehrlagenleiterplatte durch Laminieren einer Vielzahl von Leiterplatten 1 wie in 1 dargestellt, hergestellt und eine elektrische Durchkontaktierung durch den Überzug durch Durchgangsbohrungen 2 hindurch gebildet, die durch das Durchdringen der Mehrlagenleiterplatte erhalten werden. Symbol Nr. 3 in 1 stellt eine gedruckte Verdrahtung dar. Es ist notwendig, diese durch die Bohrungen der Mehrlagenleiterplatte zu überziehen und die Bohrungen, die als innere Bohrungen zwischen zwei benachbarten Schichten dienen, zu überziehen. Diese innere Bohrung 7 ist z.B. eine Bohrung, die auf einem Substrat 5 einer Einzellagenleiterplatte 4 installiert ist, die die Mehrlagenleiterplatte wie in 2 gezeigt darstellt. In dem Fall dieser Leiterplatte 4 ist eine Kupferfolie 6, die ein Verdrahtungsmuster darstellt, an beiden Oberflächen befestigt.
Das Herstellungsverfahren ist jedoch kompliziert, weil das Überziehen durch die Durchgangsbohrung 2 sowie durch die innere Bohrung 7 mit einem Nassverfahren verbunden ist. Wenn eine Durchgangsbohrung ausgebildet wird, wird weiterhin die Teileverpackung von Leiterplatten erheblich eingeschränkt und es wird somit unmöglich, eine Teileverpackung von hoher Dichte durchzuführen.
Deshalb wurde in jüngster Zeit ein Verfahren zum Ausbilden einer elektrischen Durchkontaktierung empfohlen und in die Praxis umgesetzt. Gemäß diesem Verfahren ist es möglich, einen elektrischen Kontakt zwischen den entsprechenden Schichten bei einer vorbestimmten Position herzustellen, wodurch die Packungsdichte merklich verbessert wird.
Die leitfähige Paste, die in einer herkömmlichen Leiterplatte verwendet wird, ist als eine leitfähige Paste für die EMB-(elektromagnetische Beeinflussungs-) Schirmung oder als eine leitfähige Paste für eine Durchgangsbohrung bekannt: Diese leitfähigen Pasten wurden bisher jedoch nicht zum Füllen von Bohrungen verwendet, weil sie bisher nicht speziell zum Füllen von Bohrungen entwickelt worden sind.
Die Eigenschaften einer leitfähigen Pastenzusammensetzung, die zum Füllen von Bohrungen einer Leiterplatte erforderlich sind, lauten wie folgt:

(1) Erhöhte Kontaktwahrscheinlichkeit zwischen Metallpartikeln zum Reduzieren des Bohrungskontaktwiderstands.
(2) Geeignete Viskositätseigenschaften, um einen Siebdruck zu ermöglichen.
(3) Eine leitfähige Pastenzusammensetzung, die sich fest an eine Kupferfolie bindet.
(4) Das Fehlen von Hohlräumen oder Rissen in der leitfähigen Paste, die in die Bohrungen gefüllt wird.
(5) Geringe Migration zwischen benachbarten Bohrungen.
(6) Eine ausreichende Nutzungsdauer.
(7) Ausreichende Zuverlässigkeit (d.h. hält dem Lötstoßtest und dem Wärmekreislauftest stand).

Die japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 7-176846 (im Nachfolgenden als „Vorveröffentlichung 1" bezeichnet) offenbart eine leitfähige Pastenzusammensetzung zum Füllen einer Bohrung, umfassend 80-92 Gew.-% eines Leitfüllmittels mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 0,5 bis 20 μm und einem spezifischen Oberflächenbereich von 0,1 bis 1,5 m²/g, 8 – 20 Gew.-% an Epoxydharz mit zwei oder mehr Epoxydharzen, das eine Kaltviskosität von höchstens 15 Pa·s und 0,5 – 5 Gew.-% eines Aushärtemittels aufweist. Obwohl die Vorveröffentlichung 1 ein Epoxydharz als die Harzkomponente offenbart, kann das Epoxydharz allein nicht eine Erhöhung von elektrischem Widerstand hemmen, wenn der Leiter oxidiert worden ist.
Die japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 56-8892 (im Nachfolgenden als „Vorveröffentlichung 2" bezeichnet) offenbart Verbundmetallpulver, die durch das Beschichten eines Kupferpulvers mit Silber als eine leitfähige Paste für Leiterplatten hergestellt ist. Die in der Vorveröffentlichung 2 offenbarte Erfindung wird jedoch für den Zweck verwendet, ein Weichlot daran zu hindern, sich beim Löten auf das Silber zu übertragen und nicht für den Zweck, die Zuverlässigkeit eines elektrischen Kontaktes zwischen Kupferpartikeln zu verbessern. Deshalb offenbart die Vorveröffentlichung 2 nicht die Tatsache, dass Epoxydharz und Resol-haltiges Phenolharz als Bindemittel verwendet werden.
Die Verwendung von Kupferpartikeln als Leiter bietet einen zusätzlichen Vorteil, weil Kupfer im Vergleich zu Gold, Silber und Palladium als ein Edelmetall aus wirtschaftlicher Sicht vorteilhafter ist und nicht in hohem Maße wie diese Edelmetall durch Preisveränderungen aufgrund einer variierenden Nachfrage beeinflusst wird. Kupfer weist ebenfalls ein vorteilhaftes Merkmal auf, indem der elektrische Widerstand von Kupfer niedriger liegt, als der von Nickel, Zinn und Blei. Andererseits weist Kupfer einen Nachteil auf, indem er über eine schlechte Betriebszuverlässigkeit verfügt, weil er leichter oxidiert als Gold, Silber, Palladium, Nickel, Zinn und Blei. Dies stellt einen besonderen Nachteil dar, weil eine über eine Bohrung kontaktierte Kupferpaste in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Luftfeuchtigkeit allmählich oxidiert und sich der elektrische Widerstand erhöht, was im schlimmsten Fall zu einer zerbrochenen gedruckten Verdrahtung führt.
Eine leitfähige Pastenzusammensetzung zum Füllen von Bohrungen mit ausgezeichneten Merkmalen, wie oben beschrieben, ist bisher noch nicht bereitgestellt worden.
Unter diesen Umständen ist die vorliegende Erfindung erfüllt worden. Um die Zuverlässigkeit eines elektrischen Kontaktes zwischen Kupferpartikeln, die als die Leiterkomponente verwendet werden, zu verbessern, wurden ausreichende Tests und technische Studien durchgeführt, um die geeigneten Eigenschaften zur Verwendung einer leitfähigen Paste zum Füllen von Bohrungen hinsichtlich des Größenverhältnisses der Kupferpartikel und hinsichtlich der Mischkomponenten zu erhalten. Als Ergebnis wurde die vorliegende Erfindung erhalten. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist deshalb eine leitfähige Pastenzusammensetzung bereitzustellen, die in ihrer elektrischen Kontaktzuverlässigkeit höherwertig ist und die die oben genannten Eigenschaften aufweist, die für eine leitfähige Pastenzusammensetzung zum Füllen von Bohrungen erforderlich sind.
1 stellt eine schematische, diagonale Ansicht einer Mehrlagenleiterplatte dar.
2 stellt einen Schnitt durch eine Einzellagenleiterplatte dar.

Um die oben genannte Aufgabe zu erreichen, umfasst eine leitfähige Pastenzusammensetzung der vorliegenden Erfindung zum Füllen von Bohrungen einer Leiterplatte ein Lösungsmittel in einer Menge von nicht mehr als 5 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile der Gesamtmenge der Komponenten A bis D:

A:	86 bis 95 Gewichtsteile von silberbeschichteten Kupferpartikeln, die durch die Beschichtung einer Oberfläche von Kupferpartikeln mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 1 bis 10 μm mit Silber vorbereitet werden, wobei der Anteil von Silber zur Gesamtmenge der Kupferpartikel und dem beschichteten Silben zwischen 0,5 und 20 Gew.-% beträgt;
B:	2 bis 8 Gewichtsteile eines flüssigen Epoxydharzes mit zwei oder mehr Epoxydgruppen;
C:	2 bis 8 Gewichtsteile eines Resol-haltigen Phenolharzes; und
D:	0,5 bis 5 Gewichtsteile eines Aushärtemittels für das Epoxydharz, wobei die Gesamtmenge der Komponenten A bis D 100 Gewichtsteile, die Gesamtmenge der Komponenten B bis D 5 bis 14 Gewichtsteile, das Gewichtsverhältnis von Komponente B bis Komponente C 1:4 bis 4:1 beträgt und die Viskosität höchstens 1000 Pa·s beträgt.

Wie oben beschrieben oxidieren die Kupferpartikel leicht in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Luftfeuchtigkeit. Deshalb weisen die Kupferpartikel einen Nachteil auf, indem der elektrische Widerstand erhöht wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Oxidation von Kupfer in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Luftfeuchtigkeit durch das Beschichten der Oberfläche der Kupferpartikel mit Silber zu hemmen, um die Nachteile von Kupfer, wie z.B. die leichte Oxidation, zu überwinden, während die vorteilhaften Merkmale der Kupferpartikel, wie z.B. die niedrigen Kosten und der vergleichbar niedrige elektrische Widerstand aufrecht erhalten werden. In den Fällen, in denen die Oberfläche der Kupferpartikel teilweise trotz der Beschichtung mit Silber ausgesetzt sind, kann eine Erhöhung des elektrischen Widerstands durch die Reduzierung der oxidierten Kupferpartikel unter Anwendung der reduzierenden Fähigkeit eines Resol-haltigen Phenolharzes gehemmt werden.
Um den elektrischen Widerstand niedrig zu halten, beträgt eine erforderliche Menge an Silber zur Gesamtmenge der Kupferpartikel und Silber, das auf der Oberfläche derselben beschichtet ist, 0,5 Gew.-%. Wenn die Menge an Silber höchstens 0,5 Gew.-% beträgt, oxidieren die Kupferpartikel leichter und der elektrische Widerstand erhöht sich. Wenn andererseits die Menge an Silber 20 Gew.-% übersteigt, wird es schwierig, die Kupferpartikel zu oxidieren, die Kosten werden jedoch aufgrund eines Anstiegs der Silbermenge erhöht. Weiterhin erfolgt die Migration von Silber leichter und die elektrische Kontaktzuverlässigkeit zwischen den Bohrungen wird herabgesetzt. Deshalb beträgt der Anteil von Silber zur Gesamtmenge der Kupferpartikel und Silber, der auf der Oberfläche derselben beschichtet ist, bevorzugt von 0,5 bis 20 Gew.-% und eher bevorzugt von 2 bis 15 Gew.-%.
Der Durchmesser der Kupferpartikel, der mit Silber beschichtet werden soll, beträgt bevorzugt von 1 bis 10 μm, um Viskositätseigenschaften bereitzustellen, die für den Siebdruck geeignet sind. Bevorzugt werden Kupferpartikel verwendet, die durch ein Elektrolyseverfahren, ein Reduktionsverfahren oder ein Atomisierungsverfahren hergestellt sind. Die Kupferpartikel, die durch die genannten Verfahren hergestellt sind, erfüllen den oben genannten Partikeldurchmesserbereich, weisen einen geringen, spezifischen Oberflächenbereich sowie eine im Allgemeinen kugelförmige Form auf.
Als ein Beschichtungsverfahren der Oberfläche der Kupferpartikel mit Silber wird ein Überzugsverfahren bevorzugt, das die Oberfläche des Kupfers so gleichmäßig wie möglich beschichtet. Wird Kupfer aufgrund eines ungleichmäßigen Überzugs bloßgelegt, findet ein Oxidationsverfahren von dem bloßgelegten Teil aus statt und der elektrische Widerstand wird erhöht. Es wird deshalb bevorzugt, die Kupferpartikel so zu überziehen, dass ein ungleichmäßiger Überzug vermieden wird.
Die oben genannten silberbeschichteten Kupferpartikel werden bevorzugt in einer Menge von 86 bis 95 Gewichtsteilen vermischt, um als ein Leiter zu dienen.
Ein typisches, flüssiges Epoxydharz mit zwei oder mehr Epoxydgruppen umfasst z.B. flüssige Epoxydharze, wie z.B. Bisphenol-Epoxydharz des Typs A, ein Bisphenol-Epoxydharz des Typs F, ein alizyklisches Epoxydharz, ein Epoxydharz des Amintyps, ein Epoxydharz mit einem Naphthalinskelett oder einem Epoxydharz, das durch die Glycidylveresterung von Dimersäure hergestellt ist. Im Allgemeinen können diese Harze durch Vermischen entsprechend verwendet werden.
Ein flüssiges Epoxydharz weist zwar ausgezeichnete elektrische Isolierungseigenschaften, jedoch keinerlei Reduzierungsfähigkeit auf. Durch die Verwendung des Epoxydharzes in Kombination mit einem unten beschriebenen Resolhaltigen Phenolharzes ist es daher möglich, den Nachteil des Resol-haltigen Phenolharzes zu vermeiden, während von den vorteilhaften Merkmalen eines hoch reduzierbaren Resolhaltigen Phenolharzes Gebrauch gemacht wird.
Obwohl ein Resol-haltiges Phenolharz ausgezeichnete Reduzierungseigenschaften aufweist, wird die elektrische Kontaktzuverlässigkeit durch die Einflüsse eines Heizzykluses reduziert, wenn nur ein Resol-haltiges Phenolharz allein als ein Bindeharz in einer leitfähigen Paste zum Füllen von Bohrungen verwendet wird, weil das Resol-haltige Phenolharz selbst brüchig ist.
Da es sich bei dem Resol-haltigen Phenolharz typischerweise um einen Feststoff handelt, muss es weiterhin bei Gebrauch in einem Lösungsmittel aufgelöst werden. Wenn die Menge des zum Auflösen des Harzes erforderlichen Lösungsmittels groß ist, ist die daraus resultierende Zusammensetzung nicht als leitfähige Paste zum Füllen von Bohrungen geeignet. Dementsprechend wird die Verwendung eines Harzes bevorzugt, das durch das Mischen eines flüssigen Epoxydharzes mit einem Resol-haltigen Phenolharz hergestellt ist. Das Mischgewichtsverhältnis des flüssigen Epoxydharzes zum Resol-haltigen Phenolharz beträgt von 1:4 bis 4:1 und dieses Verhältnis variiert je nach der Art des zu verwendenden flüssigen Epoxydharzes und Resol-haltigen Phenolharzes.
Als Aushärtemittel kann ein gebräuchliches Aushärtemittel verwendet werden. Typischerweise kann ein Aminaushärtemittel, wie z.B. Dicyandiamid, Hydrazidcarboxylat und ähnliche; ein Harnstoffaushärtemittel, wie z.B. 3-(3,4-Dichlorophenyl)-1,1-Dimethylharnstoff und ähnliche; ein Säureanhydrid-Aushärtemittel, wie z.B. Phthalsäureanhydrid, Pyromellitsäureanhydrid, Hexahydrophtalsäureanhydrid, Methylnadicanhydrid und ähnliche sowie Diaminodiphenylmethan, Diaminodiphenylsulfon und ähnliche verwendet werden. Unter diesen wird ein festes, potentielles Aushärtemittel hinsichtlich der Stabilität und Verarbeitbarkeit der Zusammensetzung besonders bevorzugt. Ein „festes, potentielles Aushärtemittel" bezieht sich auf die Mittel, welche die nachfolgenden Funktionen aufweisen. Insbesondere reagieren verschiedene Arten von Aminmitteln und ein Epoxydharz beim Abkühlen auf Raumtemperatur nach dem Erwärmen auf eine vorbestimmte Reaktionstemperatur gewissermaßen so, um das Harz in Partikel umzusetzen, was zu einem Zustand führt, in welchem eine aktive Gruppe, wie z.B. Amin, in eine dreidimensionale Konfiguration des Polymers eingegliedert wird. Infolgedessen wird die Reaktion in dem Zustand beendet, in welchem die Oberfläche der Partikel des Harzes teilweise reagiert ist und kann über einen langen Zeitraum hinaus bei Raumtemperatur aufbewahrt werden, ohne dass sich die Eigenschaften verändern. Beim Erwärmen auf eine vorbestimmte Temperatur oder darüber, werden die Harzpartikel geschmolzen oder aufgelöst, die eingearbeitete aktive Gruppe tritt auf, und die Reaktion leitet gleichzeitig eine rasche Aushärtung des Harzes ein.
Um eine elektrische Kontaktzuverlässigkeit zu erreichen, wird das flüssige Epoxydharz und das Resol-haltige Phenolharz bevorzugt in einer Menge von jeweils 2 bis 8 Gewichtsteilen vermischt. Um ein vorbestimmtes Aushärten bereitzustellen, wird das Aushärtemittel in einer Menge von 0,5 bis 5 Gewichtsteilen vermischt. Wenn die Menge des organischen Bindemittels, das das flüssige Epoxydharz, das Resol-haltige Phenolharz und das Aushärtemittel enthält, jedoch zu hoch ist, erhöht sich der elektrische Widerstand. Andererseits, wenn die Menge des Bindemittels zu gering ist, wird keine Paste erhalten. Deshalb beträgt die Gesamtmenge an organischem Bindemittel von 5 bis 14 Gewichtsteilen.
Das Lösungsmittel wird im Wesentlichen verwendet, um die Viskosität der leitfähigen Pastenzusammensetzung anzupassen. Ist der Siedepunkt des Lösungsmittels jedoch zu niedrig, verdunstet das Lösungsmittel während dem Füllen der Bohrungen, um die Viskosität der Zusammensetzung zu erhöhen und das Drucken wird dadurch ausgeschlossen. Aus diesem Grund wird ein Lösungsmittel mit einem Siedepunkt von wenigstens 150°C bevorzugt. Beispiele für das Lösungsmittel sind Butyl-Cellosolve, Butyl-Cellosolve-Acetat, Ethyl-Cellosolve, Ethyl-Cellosolve-Acetat, Butyl-Carbitol, Butyl-Carbitol-Acetat, Ethyl-Carbitol, Ethyl-Carbitol-Acetat, 2,2,4-Trimethylpentandiol Monoisobutyrat und ähnliche, sind jedoch nicht auf diese beschränkt.
Je niedriger die Menge an Lösungsmittel, desto besser. Dies liegt daran, dass eine Durchkontaktierung durch das Füllen der leitfähigen Pastenzusammensetzung in Bohrungen bereitgestellt wird, wodurch das zwischen den an beiden Seiten der Kupferfolie liegende Lösungsmittel entfernt wird und durch Erhitzen ausgehärtet wird. Wenn die Menge an Lösungsmittel hoch ist, wird das Füllvolumen deshalb nach dem Trocknen reduziert und es wird schwierig, einen elektrischen Kontakt zu bilden. Falls Lösungsmittel zurückbleibt, werden Hohlräume in den Bohrungen gebildet, falls diese zwischen den Kupferfolien liegen und durch Erhitzen ausgehärtet werden, was zu einer Störung des elektrischen Kontakts führt.
Weil es jedoch erforderlich ist, dass die Viskosität der leitfähigen Pastenzusammensetzung beim Drucken auf 1000 Pa·s oder niedriger eingestellt wird, um eine Druckfähigkeit bereitzustellen, ist der Zusatz des Lösungsmittels manchmal nötig. In diesem Fall beträgt die Menge des Lösungsmittels ebenfalls höchstens 5 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile der silberbeschichteten Kupferpartikel und organischen Bindemittel.
Übersteigt die Menge des Lösungsmittels 5 Gewichtsteile, erhöht sich die Volumenschrumpfung der leitfähigen Pastenzusammensetzung nach dem Trocknen und der elektrische Kontakt wird instabil.
Ein Beispiel eines Falls, in welchem die leitfähige Pastenzusammensetzung der vorliegenden Erfindung tatsächlich eingesetzt wird, wird nachfolgend beschrieben.
Das heißt, ein Prepreg (hergestellt aus einem Material, wie z.B. Glasepoxyd, Papierphenol, Verbundstoff, Aramidepoxyd, etc.) einer Leiterplatte wird durch Mittel, wie durch Bohren, Stanzen, einem Laser oder ähnlichem perforiert, um Löcher auszubilden und die Löcher werden mit einer leitfähigen Pastenzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung gefüllt. Nach dem Trocknen werden Kupferfolien auf beiden Seiten laminiert und eine Durchkontaktierung durch Erhitzen unter Druck ausgebildet. Danach wird eine Schaltplatte durch Ätzen gebildet, um eine Leiterplatte herzustellen. Eine Mehrlagenleiterplatte kann durch Laminieren eines Prepregs auf der wie oben beschrieben hergestellten Leiterplatte hergestellt werden, das mit der leitfähigen Pastenzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung gefüllt ist, wobei die Kupferfolien auf beiden Seiten laminiert werden, das Laminat durch Erhitzen ausgehärtet und eine Schaltplatte durch Ätzen ausgebildet wird. Eine gewünschte Leiterplatte mit einer Mehrlagenkonfiguration kann durch das Wiederholen dieser Schritte der Reihenfolge nach hergestellt werden.
Wie oben beschrieben kann die leitfähige Pastenzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung durch das Füllen von Bohrungen eines Prepregs eingesetzt werden, um eine elektrische Durchkontaktierung auszubilden.
Bei einem weiteren Aspekt kann sie ebenfalls als eine leitfähige Paste zum Füllen einer Durchgangsbohrung für eine elektrische Durchkontaktierung einer Leiterplatte verwendet werden, dessen Schaltkreis durch Wärmehärtung ausgebildet wird.
Die leitfähige Pastenzusammensetzung zum Füllen von Bohrungen gemäß der vorliegenden Erfindung wird im Nachfolgenden spezifisch beschrieben.
Die Metallpulver werden im Einzelnen in Tabelle 1 beschrieben.
Ein in Tabelle 1 aufgeführtes Metallpulver und ein organisches Bindemittel und ein in Tabelle 2 aufgeführtes Lösungsmittel werden zu einem in Tabelle 2 aufgeführten Anteil (Gewichtsteile) vermischt und dann mithilfe einer Dreifachrollenmühlen geknetet, um eine Paste zu erhalten.
Es wurde ein Epoxydharz, das durch das Mischen von Epicoat 828 des Bisphenol A-Typs (hergestellt von Yuka Shell Epoxy Corp.) mit Epicoat 807 des Bisphenol F-Typs (hergestellt von Yuka Shell Epoxy Corp.) hergestellt wurde, in einem Gewichtsverhältnis von 3:7 verwendet.
PL-2211 (hergestellt von Showa Kobunshi Corp.) wurde als Resol-haltiges Phenolharz verwendet.
MY-24 (hergestellt von Ajinomoto Corp.) wurde als ein festes, potentielles Aushärtemittel verwendet.
Butyl-Carbitol-Acetat wurde als das Lösungsmittel verwendet.
Das Prepreg war ein Prepreg der Verbundstoffart, d.h. ein Prepreg, das durch das Vermischen eines Epoxydharzes und eines Aluminiumoxidpulvers zu einem Anteil von jeweils 12 Gew.-% bzw. 88% Gew.-% erhalten wurde, und die Mischung dann in einen blattförmigen Artikel mit einer Dicke von 200 μm ausgeformt wurde und Löcher mit einem Durchmesser von 200 μm in diesen blattförmigen Artikel mit einem Ausstanzer ausgeformt wurden. Dieses Blatt ist ein Zustand eines Prepregs und ist nicht vollständig ausgehärtet.
Eine Platte, in welcher Kupfer auf beiden Seiten laminiert ist (doppelseitige, mit Kupfer laminierte Platte), wurde durch das Füllen der in Tabelle 2 beschriebenen Paste in die Löcher des oben genannten Blatts hergestellt, 5 Minuten lang bei 120°C getrocknet, wobei das Blatt von beiden Seiten zwischen den Kupferfolien (Dicke: 18 μm) eingeschoben ist und mit einer Heißpresse 60 Minuten lang unter Hitzeeinwirkung bei einer Temperatur von 180°C unter einem Druck von 50 kg/cm² gepresst wird.
Diese doppelseitige, mit Kupfer laminierte Platte wurde unter Anwendung eines bekannten Verfahrens zum Ausbilden eines Elektrodenmusters geätzt. Ein elektrischer Widerstand pro jeweils einer Bohrung wird in Tabelle 2 aufgeführt. Diese Platte wurde einer Druckkochprobe (121°C, 100 Stunden) unterworfen und ein elektrischer Widerstand pro jeweils einer Bohrung wurde gemessen und dann eine Veränderung einer Erhöhung des ursprünglichen Widerstands ausgerechnet (0 bedeutet keine Widerstandsveränderung, während 100 % bedeutet, dass der ursprüngliche Widerstand verdoppelt wurde).
In Tabelle 2 werden die Beispiele bevorzugt, die einen Bohrungswiderstand von höchstens 3 mΩ und eine Widerstandsveränderung nach der Druckkochprobe von höchstens 100 aufweisen.
Hinsichtlich der Kupferpartikel, die im Vergleichsbeispiel 1 frei von einer Silberbeschichtung sind, ist der Bohrungswiderstand niedrig, die Widerstandsveränderung nach der Druckkochprobe ist jedoch sehr hoch.
Werden Kupferpartikel verwendet, die im Vergleichsbeispiel 2 zu 30 Gew.-% mit Silber beschichtet sind, ist die Widerstandsveränderung nach der Druckkochprobe akzeptabel. Die Herstellungskosten liegen jedoch höher und die Herstellung ist deshalb nicht wirtschaftlich praktikabel.
Weil die Menge an organischem Bindemittel hoch ist, z.B. 15 Gewichtsteile, ist auch der Widerstand der Bohrung im Vergleichsbeispiel 3 hoch.
Weil die Menge des organischen Bindemittels zu gering ist, z.B. 3 Gewichtsteile, konnte eine Paste im Vergleichsbeispiel 4 auch in dem Fall nicht erhalten werden, in welchem ein Lösungsmittel in einer Menge von 5 Gewichtsteilen hinzugefügt wurde.
Weil die Menge des Lösungsmittel zu 100 Gewichtsteilen der silberbeschichteten Kupferpartikel und des organischen Bindemittels in den Vergleichsbeispielen 5 und 6 hoch ist, z.B. 7 Gewichtsteile, ist auch der Widerstand der Bohrungen hoch und die Widerstandsveränderung nach der Druckkochprobe liegt höher als 1000 %.
Wird wie im Vergleichsbeispiel 7 nur das Epoxydharz allein verwendet, ist die Widerstandsveränderung nach der Druckkochprobe hoch.
Wird wie im Vergleichsbeispiel 8 nur Resol-haltige Phenolharz allein verwendet, kann die Plaste nicht in die Bohrungen gefüllt werden, weil die Viskosität der Paste zu hoch wird.
Wird die Viskosität der Paste durch das Erhöhen der Menge des Lösungsmittels auf 8 Gewichtsteile wie im Vergleichsbeispiel 9 reduziert, ist es möglich, die Paste in die Bohrungen zu füllen. Der Bohrungswiderstand ist jedoch hoch und die Widerstandsveränderung nach der Druckkochprobe ist sehr hoch.
Im Gegensatz zu diesen Vergleichsbeispielen zeigen die bevorzugten Beispiele 1 bis 13 gute Ergebnisse, wie z.B. einen niedrigen Bohrungswiderstand und eine geringe Widerstandsveränderung nach der Druckkochprobe, weil sie die silberbeschichteten Kupferpartikel, das organische Bindemittel und das Lösungsmittel umfassen, die innerhalb des Bereichs gemäß der vorliegenden Erfindung vermischt sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine leitfähige Pastenzusammensetzung bereitgestellt, die eine hervorragende elektrische Kontaktzuverlässigkeit sowie die Eigenschaften aufweist, die für eine leitfähige Pastenzusammensetzung zum Füllen von Bohrungen erforderlich sind.

Claims

Leitfähige Pastenzusammensetzung zum Füllen von Bohrungen einer Leiterplatte, die Zusammensetzung umfassend eine Lösung in einer Menge von nicht mehr als 5 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile der Gesamtmenge der Komponenten A bis D: A: 86 bis 95 Gewichtsteile von silberbeschichteten Kupferpartikeln, die durch die Beschichtung einer Oberfläche von Kupferpartikeln mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 1 bis 10 μm mit Silber vorbereitet werden, wobei der Anteil von Silber zwischen 0,5 und 20 Gew.-% der beschichteten Partikel beträgt; B: 2 bis 8 Gewichtsteile eines flüssigen Epoxydharzes mit zwei oder mehr Epoxydgruppen; C: 2 bis 8 Gewichtsteile eines Resol-haltigen Phenolharzes; und D: 0,5 bis 5 Gewichtsteile eines Aushärtemittels für das Epoxydharz,

wobei die Gesamtmenge der Komponenten A bis D 100 Gewichtsteile, die Gesamtmenge der Komponenten B bis D 5 bis 14 Gewichtsteile, das Gewichtsverhältnis von Komponente B bis Komponente C 1:4 bis 4:1 beträgt und die Zusammensetzung eine Viskosität von 1000 Pa·s oder weniger hat.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei die silberbeschichteten Kupferpartikel aus silberbeschichteten Kupferpartikeln bestehen, die durch Elektrolyse, Reduktion oder Atomisierung erzeugt werden.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die silberbeschichteten Kupferpartikel hergestellt werden, indem die Oberfläche der Kupferpartikel mit Silber beschichtet wird.