JP2009004377A - 導電性ペーストと、これを用いた印刷回路基板及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】印刷回数を減少させることにより、工程の単純化、作業時間の短縮、及び信頼性の向上を図ることができる、導電性ペースト、及びこれを用いた印刷回路基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る導電性ペースト３０は、導電性粒子、ポリマー及び発泡ポリマー１００を含むことを特徴とする。印刷回路基板の基板１０，１２の層間絶縁層６０を接続するバンプ５４は、導電性粒子、ポリマー及び発泡ポリマー１００を含む導電性ペーストからなる。
【選択図】図１
【解決手段】本発明に係る導電性ペースト３０は、導電性粒子、ポリマー及び発泡ポリマー１００を含むことを特徴とする。印刷回路基板の基板１０，１２の層間絶縁層６０を接続するバンプ５４は、導電性粒子、ポリマー及び発泡ポリマー１００を含む導電性ペーストからなる。
【選択図】図１
Description
本発明は導電性ペーストと、これを用いた印刷回路基板及びその製造方法に関する。
従来、電子部品の基板実装や電極間の接合に用いられる導電性接着剤は、その目的が固定と電気的な接続であるため、通常、粘着性樹脂または硬化性樹脂のペーストに導電性を有する銀及び銅などの金属粒子を分散させたものを用いた。
接着を適切に行うためには、接着剤と被着材との表面をミクロンレベルまで充分に近接させることが重要である。粘着タイプの樹脂の場合には、容易に成形状態に変えられるような樹脂が通常用いられ、硬化タイプの樹脂の場合には、流動性及び濡れ性の高い樹脂が通常用いられている。
これにより、粘着タイプ樹脂、硬化タイプ樹脂のどちらを用いても、接着剤は、被着材のミクロンレベルの凹凸に入ることができて、良好な接着性を達成できる。
導電性粒子は、その用途に応じて様々の形状を有する。粘着タイプ樹脂、硬化タイプ樹脂の両方とも、良好な電気的な接続のために低抵抗であることが求められており、接着剤中の導電性粒子の含有率を高め、気泡を除去し、導電性粒子による体積占有率を高くすることが必要である。
従来の導電性接着剤は、導電性が導電性粒子間の接触により維持されている。加熱で被着材が膨脹または収縮したり、接着剤を塗布する基板が反ったりすると、応力が発生する。前記応力が緩和されると、粒子間の接触が緩んで、抵抗が高くなるという問題点がある。
一方、現在、層間接続のために用いられている導電性ペーストは、ポリマーと銀粒子との混合形態で構成されている。導電性ペーストはＡｌ基板上にバンプを形成するのに用いることができ、印刷工程を繰り返して、所望の高さと形状のバンプを形成する。このような種類のペーストで印刷を４〜５回繰り返すと、所望の高さと直径を有する円錐状のバンプが、標準的には、形成される。
次に、乾燥及び貫通工程を通して層間接続を行う。前記のような一連の工程において、ペーストの印刷を繰り返すと、工程時間が遅延され、工程が複雑になり、バンプが広がる危険が大きくなるという問題点が発生した。
こうした従来技術の問題点を解決するために、本発明は、印刷回数を減少させて、工程の単純化、工程時間の短縮、及び信頼性の向上を図れる導電性ペーストと、これを用いた印刷回路基板及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の一実施形態によれば、導電性粒子、ポリマー、及び発泡ポリマーを含む導電性ペーストが提供される。
導電性粒子は、８０〜９０質量部であり、ポリマー及び発泡ポリマーの混合物は１０〜２０質量部であって、導電性粒子は、銀、銅、錫、インジウムまたはニッケルからなることができる。
また、ポリマーは、エポキシ系樹脂またはフェノール−メラミン系樹脂のうち少なくともいずれか一つからなることができる。
発泡ポリマーは、内部を所定温度に加熱すれば、膨脹し発泡する物質を含むことができ、所定温度は１００〜１５０℃の温度範囲内とすることがよい。発泡ポリマーの表面には導電性粒子がコーティングされてもよい。
また、発泡する物質は、炭化水素、アルコール系列、ＣＯ２、Ｎ２Ｏ、Ｈ２Ｏ、またはＮＨ３からなる超臨界可能物質であることができる。
本発明の他の実施形態によれば、複数の基板と、基板の間に介在される絶縁層と、絶縁層を貫通して基板の層間を接続させるバンプと、を備える印刷回路基板であって、バンプは、導電性粒子、ポリマー及び発泡ポリマーを含む導電性ペーストからなることを特徴とする印刷回路基板が提供される。
導電性粒子は８０〜９０質量部であり、ポリマー及び発泡ポリマーの混合物は１０〜２０質量部であって、導電性粒子は、銀、銅、錫、インジウム、またはニッケルからなることができる。
ポリマーは、エポキシ系樹脂及びフェノール−メラミン系樹脂のうち少なくともいずれか一つからなることができる。
発泡ポリマーは、内部を所定温度に加熱すれば、膨脹し発泡する物質を含むことができ、発泡する物質は、炭化水素、アルコール系、ＣＯ２、Ｎ２Ｏ、Ｈ２Ｏ、またはＮＨ３からなる超臨界可能物質であることができる。
この際、所定温度は、１００〜１５０℃の温度範囲であることがよく、発泡ポリマーの表面には導電性粒子がコーティングされてもよい。
本発明のさらに他の実施形態によれば、絶縁層を介在して積層される第１基板及び第２基板と、絶縁層を貫通して第１基板と第２基板とを電気的に接続させるバンプと、を備える印刷回路基板を製造する方法が提供される。この印刷回路基板の製造方法には、第１基板の一面に導電性粒子、ポリマー及び発泡ポリマーを含む導電性ペーストを印刷して前記バンプを形成する段階と、バンプを膨脹させる段階と、第１基板の一面に絶縁層を積層する段階と、絶縁層に第２基板を形成する段階と、が含まれる。
導電性ペーストは、導電性粒子８０〜９０質量部と、ポリマー及び発泡ポリマーの混合物１０〜２０質量部からなることができる。
導電性粒子は、銀、銅、錫、インジウム、及びニッケルからなる群より選ばれる少なくともいずれか一つからなることができ、ポリマーはエポキシ系樹脂またはフェノール−メラミン系樹脂のうち少なくともいずれか一つからなることができる。
発泡ポリマーの表面に導電性粒子がコーティングされてもよい。
バンプの膨脹は、バンプを所定温度に加熱することにより行われ、所定温度は、１００〜１５０℃の温度範囲であることがよい。
また、バンプの膨脹段階において、発泡ポリマーは膨脹し発泡する物質を含むことができ、発泡する物質は、炭化水素、アルコール系列、ＣＯ２、Ｎ２Ｏ、Ｈ２Ｏ、またはＮＨ３からなる超臨界可能物質であることができる。
本発明の実施形態においては、第１基板の一面に絶縁層を積層する段階の後に、バンプを乾燥する段階をさらに含むことができ、乾燥する段階は１５０〜２１０℃の温度範囲内で行われることがよい。
本発明のさらに他の実施形態、及び、利点は、一部は以下の発明の詳細な説明に述べられており、一部は発明の詳細な説明から明確であり、また、本発明の実施によって知ることができる。
本発明の実施形態によれば、導電性粒子、ポリマー、及び発泡ポリマーを含む、改善された導電性ペーストを用いることにより、バンプ印刷工程を１回または２回の印刷だけで、改善された導電性ペーストを用いずに５回印刷した場合に匹敵する大きさのバンプを形成することができる。
また、繰り返し印刷工程の印刷回数を画期的に減少させることができるので、工程を単純化することができ、工程のリードタイムを減少させ、導電性ペーストの消耗量を減らすことができるので、製造費用を節減することができる。
また、バンプの繰り返し印刷の回数の増加とともに発生し得る、バンプ高さの偏差と広がりの問題をある程度解決することができ、発泡ポリマーの収縮及び弛緩作用を利用して基板の積層の際のバンプのクラック発生を防止することができる。
以下、本発明に係る導電性ペーストと、これを用いた印刷回路基板及びその製造方法の実施例を添付図面に基づいて詳しく説明する。添付図面においては、同一かつ対応する構成要素は図面番号によらず同一の符合をつけ、これに対する重複する説明は省略する。
図１は本発明の一実施例に係る印刷回路基板の断面図であり、図２は本発明の一実施例に係る発泡ポリマーの概略図であり、図３は本発明の一実施例に係る発泡ポリマーの温度変化した場合の概略図である。
図１〜図３には、基板１０，１２、バンプ５４、絶縁層６０、発泡ポリマー１００、発泡物質１１０が示されている。
本実施例に係る導電性ペーストは、印刷回数を減少させて、工程を単純化し、工程時間の短縮を図ることができ、信頼性を向上させることができることを特徴とする。
このために、本実施例に係る導電性ペーストは、主として、導電性粒子、ポリマー、及び発泡ポリマーからなる。
ここで、導電性粒子は８０〜９０質量部であり、ポリマー及び発泡ポリマーの混合物は１０〜２０質量部であることがよい。従来技術による導電性ペーストのバインダーであるポリマーの含有量を減少させ、その分だけ発泡ポリマーを添加できるようになる。
導電性粒子は、銀、銅、錫、インジウム、及びニッケルからなる群より選ばれることができ、ポリマーは、エポキシ系樹脂またはフェノール−メラミン系樹脂のうち少なくともいずれか一つからなることができる。
発泡ポリマー１００は、図２に示すように、発泡セルの形態で具現可能であり、発泡セルの中心部には所定温度に加熱すれば、膨脹し発泡する発泡物質１１０が含まれることができる。ここで、発泡物質１１０は、炭化水素、アルコール系、ＣＯ２、Ｎ２Ｏ、Ｈ２Ｏ、またはＮＨ３からなる超臨界可能物質であることができる。
また、図３に示すように、発泡ポリマー１００は、１００〜１５０℃の温度で、発泡セルのコア内部の発泡物質を膨脹させることにより製造することができる。しかし、１５０〜２１０℃の温度範囲内で、発泡ポリマー１００は、図３に示すように、再び収縮することができる。
後述するように、基板１０にバンプを形成するために導電性ペーストを印刷する場合、発泡ポリマー１００の膨脹を用いることにより、１〜２回の印刷だけでも、発泡ポリマー１００の膨脹を用いない場合の４〜５回の印刷効果を得ることができる。発泡ポリマー１００の膨張の後、発泡ポリマー１００の収縮を用いることにより、基板１０，１２の層間接続を容易行うことができる。
前述したように、改善された導電性ペーストを用いて印刷回路基板を具現できる。すなわち、図１に示すように、基板１０と基板１２との間に介在される絶縁層６０を貫通し、基板１０，１２の層間を接続させるバンプ５４を形成することができる。
ここで、基板１０及び基板１２は、本発明の実施例に係る印刷回路基板を非常に単純な構造で説明するために例示されている。複数の基板を用いた多層印刷回路基板も具現するために、３つ以上の基板を用いることができることは明らかである。
基板１０，１２の層間を接続するバンプ５４は、導電性粒子、ポリマー及び発泡ポリマーを含む導電性ペーストからなることができる。層間接続のためのバンプ５４が形成された基板１０，１２は、B2it（登録商標）工程と呼ばれる層間バンプ接続法を通して形成されることができる。発泡ポリマー１００に熱を加えると膨脹する性質を用いて、バンプ印刷工程は、１〜２回の印刷だけで、発泡ポリマーを用いないで５回印刷した場合に匹敵する大きさを有するバンプ５４を形成することができる。
すなわち、所定温度の１００〜１５０℃に加熱すると、印刷されたバンプ５４内の発泡ポリマー１００は膨脹して、４〜５回印刷して形成されたバンプに匹敵するようになったバンプ５４の効果により、バンプ５４全体の体積が大きくなる。
従って、本実施例に係る印刷回路基板は、印刷されたバンプを所定温度に加熱して膨脹させた後、乾燥工程を経てバンプを収縮させることにより、基板１２を積層した構造である。この際には、発泡ポリマー１００の収縮及び弛緩作用を用いるので、基板１２の積層の際にバンプ５４にクラックが発生する危険が小さく、バンプ５４の印刷を繰り返す際の凹凸を減らせるようになって、バンプ５４の位置の正確度を高めることができる。
図４は本発明の一実施例に係る印刷回路基板の製造工程を示すフローチャートであり、図５は本発明の一実施例に係る印刷回路基板の製造工程のフロー図を示す断面図である。図５を参照すると、基板１０，１２、メタルマスク２０、導電性ペースト３０、スキージ４０、バンプ５０，５２，５４、絶縁層６０が示されている。
本実施例によれば、導電性ペーストに熱を加えると発泡ポリマーが膨脹するという性質を用いることにより、１〜２回のバンプ印刷工程だけでも５回印刷によって得られる大きさのバンプを形成することができる。よって、印刷回数を画期的に減少でき、工程の単純化、工程時間の短縮、及び信頼性の向上を図ることができる。
このために、先ず、基板１０の一面に導電性粒子、ポリマー及び発泡ポリマーを含む導電性ペーストを用いてバンプ５０を印刷する（Ｓ１０）。バンプ５０の印刷過程の例は図５の（ａ）〜（ｃ）に示されている。
図５の（ａ）〜（ｃ）に示されているように、B2it印刷法を用いて、孔が形成されているメタルマスク２０を基板１０の一面に準備し、スキージ４０を用いて導電性ペースト３０を押し出して孔から導電性ペースト３０を基板１０の一面に印刷することができる。
次に、図５の（ａ）〜（ｃ）のような工程を繰り返して行うことにより、図５の（ｄ）に示すように、印刷されたバンプ５０の上にさらにバンプ５２を印刷することができる。
この際、前記導電性ペースト３０は、導電性粒子、ポリマー及び発泡ポリマーを含むことができる。従来のペーストが導電性粒子とポリマーだけを含むことに比べて、本実施例の導電性ペーストは発泡ポリマーを含むので、バンプの印刷回数１〜２回だけでも従来バンプの４〜５回の印刷効果が得られる。
また、導電性ペースト３０は、導電性粒子８０〜９０質量部と、ポリマー及び発泡ポリマーの混合物１０〜２０質量部からなることができる。従来よりもポリマーの含有量を減少させ、減少した量だけ発泡ポリマーを添加することができる。
ここで、導電性粒子は、銀、銅、錫、インジウム、またはニッケルからなることができ、ポリマーはエポキシ系樹脂及びフェノール−メラミン系樹脂のうち少なくともいずれか一つからなることができる。
一方、発泡ポリマー表面に、前述したような導電性粒子をコーティングして導電性ペーストを形成してもよい。この場合、発泡ポリマーの表面にコーティングされている導電性粒子の金属層のため、バンプを用いた基板の層間接続の際に導電性を増加させ得る。
次に、図５の（ｅ）に示すように、形成されたバンプ５２に所定温度に加熱して膨脹させる（Ｓ２０）。ここで、所定温度は１００〜１５０℃の温度範囲であることがよい（Ｓ２２）。温度が１００℃未満であると、バンプ５４が完全に膨脹しないという問題点があり、温度が１５０℃を超過すると、バンプ５４の構成物質である発泡ポリマーが収縮を始めるので完全に膨脹できないという問題点がある。
発泡ポリマーの膨脹に伴いバンプ５４が膨脹するので、１〜２回の印刷から膨脹したバンプの大きさは、従来の導電性ペーストを用いて４〜５回印刷したバンプの大きさに匹敵するようにすることができる。従って、工程のリードタイムを減らすことができ、導電性ペースト３０の消耗量を５０％以上減らすことができるので、製造費用が節減できる。また、印刷の繰り返し回数の増加により発生する、バンプ５４の高さの偏差や広がりなどの問題を解決することができる。
発泡ポリマーの温度変化による性質について簡略に整理すると、発泡ポリマーは発泡セルの形態で具現でき、内部のコア部に、膨脹して発泡する物質を含むことができるということである。発泡する物質は、炭化水素、アルコール系、ＣＯ２、Ｎ２Ｏ、Ｈ２Ｏ、またはＮＨ３からなる超臨界可能物質であることができる。
また、発泡ポリマーの添加量に応じて膨脹後のバンプ５４の高さを調節することができる。
発泡する物質は、前述したように、１００〜１５０℃の温度範囲で発泡して膨脹するが、熱をさらに加えて温度を高めると再び収縮するという性質を有する。
印刷されたバンプ５２に熱を加えて膨脹させた後、図５の（ｆ）に示すように、基板１０の一面に絶縁層６０を積層し（Ｓ３０）、バンプ５４が絶縁層６０を貫通するようにする。
次に、バンプ５４を１５０〜２１０℃の温度範囲内で乾燥する（Ｓ４０）。膨脹させたバンプ５４に、前述したように、熱をさらに加えると、発泡ポリマーが収縮してバンプ５４も収縮する。
ここで、乾燥温度が１５０℃未満であると、バンプ５４が完全に乾燥しないため収縮の程度が低くなるおそれがあり、乾燥温度が２１０℃を超過すると、収縮の程度が正常範囲を超えるおそれがある。
次に、図５の（ｇ）に示すように、絶縁層６０上に基板１２を形成する（Ｓ５０）。この際、バンプ５４を乾燥することにより発泡ポリマーが収縮して、バンプ５４が絶縁層６０に形成される基板１２に接触できるようになり、基板１０と絶縁層６０上に形成された基板１２との間の層間接続ができるようになる。
また、発泡ポリマーが温度変化に応じて収縮及び弛緩作用を行い、これにより、バンプ５４内に部分的にボイドが生じて、絶縁層６０上に基板１２を形成する際にバンプ５４が収縮し、バンプ５４のクラックの発生を防止することができる。
また、印刷を数多く繰り返すと、バンプ５４が片方に傾くことが起り得るが、本発明の実施例は印刷の繰り返し数を減らして上記のようなバンプ５４の傾斜を防止し、バンプ５４印刷の正確度を高めることができる。
前述した実施例以外の多くの実施例が本発明の請求範囲内に存在する。
１０、１２ 基板
２０ メタルマスク
３０ 導電性ペースト
４０ スキージ
５０、５２、５４ バンプ
６０ 絶縁層
１００ 発泡ポリマー
１１０ 発泡物質
２０ メタルマスク
３０ 導電性ペースト
４０ スキージ
５０、５２、５４ バンプ
６０ 絶縁層
１００ 発泡ポリマー
１１０ 発泡物質
Claims (27)
- 導電性粒子、ポリマー、及び発泡ポリマーを含む導電性ペースト。
- 前記導電性粒子が、８０〜９０質量部であり、
前記ポリマー及び前記発泡ポリマーの混合物が、１０〜２０質量部であること、
を特徴とする請求項１に記載の導電性ペースト。 - 前記導電性粒子が、銀、銅、錫、インジウム、及びニッケルからなる群より選ばれる少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の導電性ペースト。
- 前記ポリマーが、エポキシ系樹脂またはフェノール−メラミン系樹脂のうち少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の導電性ペースト。
- 前記発泡ポリマーは、内部を所定温度に加熱すれば、膨脹し発泡する物質を含むことを特徴とする請求項１に記載の導電性ペースト。
- 前記発泡する物質が、炭化水素、アルコール系列、ＣＯ２、Ｎ２Ｏ、Ｈ２Ｏ、及びＮＨ３からなる群より選ばれる少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項５に記載の導電性ペースト。
- 前記所定温度が、１００〜１５０℃の温度範囲であることを特徴とする請求項５に記載の導電性ペースト。
- 前記発泡ポリマーの表面に前記導電性粒子がコーティングされることを特徴とする請求項１に記載の導電性ペースト。
- 複数の基板と、
前記基板の間に介在される絶縁層と、
前記絶縁層を貫通し、前記基板の層間を接続させるバンプと、
を備える印刷回路基板であって、
前記バンプが、導電性粒子、ポリマー、及び発泡ポリマーを含む導電性ペーストであることを特徴とする印刷回路基板。 - 導電性ペーストは、
前記導電性粒子８０〜９０質量部と、
前記ポリマー及び前記発泡ポリマーの混合物１０〜２０質量部と、
を含むことを特徴とする請求項９に記載の印刷回路基板。 - 前記導電性粒子が、銀、銅、錫、インジウム、及びニッケルからなる群より選ばれる少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項９に記載の印刷回路基板。
- 前記ポリマーが、エポキシ系樹脂またはフェノール−メラミン系樹脂のうち少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項９に記載の印刷回路基板。
- 前記発泡ポリマーが、内部を所定温度に加熱すれば、膨脹し発泡する物質を含むことを特徴とする請求項９に記載の印刷回路基板。
- 前記発泡する物質が、炭化水素、アルコール系列、ＣＯ２、Ｎ２Ｏ、Ｈ２Ｏ、及びＮＨ３からなる群より選ばれる少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１３に記載の印刷回路基板。
- 前記所定温度が、１００〜１５０℃の温度範囲であることを特徴とする請求項１３に記載の印刷回路基板。
- 前記発泡ポリマーの表面に前記導電性粒子がコーティングされることを特徴とする請求項９に記載の印刷回路基板。
- 絶縁層を介在して積層される第１基板及び第２基板と、
前記絶縁層を貫通して前記第１基板と前記第２基板とを電気的に接続させるバンプと、を備える印刷回路基板を製造する方法であって、
前記第１基板の一面に導電性粒子、ポリマー、及び発泡ポリマーを含む導電性ペーストを印刷して前記バンプを形成する段階と、
前記バンプを膨脹させる段階と、
前記第１基板の前記一面に前記絶縁層を積層する段階と、
前記絶縁層に前記第２基板を形成する段階と、
を含む印刷回路基板の製造方法。 - 導電性ペーストが、
前記導電性粒子８０〜９０質量部と、
前記ポリマー及び前記発泡ポリマーの混合物１０〜２０質量部と、
を含むことを特徴とする請求項１７に記載の印刷回路基板の製造方法。 - 前記導電性粒子が、銀、銅、錫、インジウム、及びニッケルからなる群より選ばれる少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１７に記載の印刷回路基板の製造方法。
- 前記ポリマーが、エポキシ系樹脂またはフェノール−メラミン系樹脂のうち少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１７に記載の印刷回路基板の製造方法。
- 前記発泡ポリマーの表面に前記導電性粒子がコーティングされることを特徴とする請求項１７に記載の印刷回路基板の製造方法。
- 前記膨脹段階が、前記バンプを所定温度に加熱することにより行われることを特徴とする請求項１７に記載の印刷回路基板製造方法。
- 前記所定温度が、１００〜１５０℃の温度範囲であることを特徴とする請求項２２に記載の印刷回路基板の製造方法。
- 前記膨脹段階において、
前記発泡ポリマーは、内部に膨脹し発泡する物質を含むことを特徴とする請求項１７に記載の印刷回路基板の製造方法。 - 前記発泡する物質が、炭化水素、アルコール系列、ＣＯ２、Ｎ２Ｏ、Ｈ２Ｏ、及びＮＨ３からなる群より選ばれる少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項２４に記載の印刷回路基板の製造方法。
- 前記積層段階以後に、前記バンプを乾燥する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の印刷回路基板の製造方法。
- 前記乾燥する段階が、１５０〜２１０℃の温度範囲内で行われることを特徴とする請求項２６に記載の印刷回路基板の製造方法。
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