电路基板、电子电路装置和电路基板的制造方法与流程

本发明涉及一种电路基板，其具备使形成于基板的两面的布线图案电连接的通孔。

背景技术：

以往，已知下述电路基板，即，在绝缘基板设置通孔，向通孔中填充导电材料，由此将基板的表面与背面电连接。

作为这种电路基板的例子，在图7和图8所示的例子中，向作为布线图案形成有铜箔102的基板100的通孔101中填充导电性树脂103，之后加热使其固化，由此使基板的表面与背面电连接。

另外，在专利文献1中公开的电路基板中，将导电性树脂糊料填充至通孔后，使导电性颗粒烧结由此使导电性颗粒彼此热粘，形成第1导电部。通过烧结时的第1导电部的收缩，开在通孔中央部的空洞被其他导电性树脂糊料填埋，形成导电性颗粒被树脂固定的第2导电部。由此，沿着通孔的内壁配置有导电性颗粒热粘的第1导电部，中央的空洞形成了用导电性颗粒被树脂固定的第2导电部所填充的通孔。

现有技术文献]

[专利文献]

专利文献1：日本专利第4012022号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

但是，在上述图7和图8所示的电路基板及专利文献1的电路基板中，容易产生、所谓的通孔断线。即，在图7和图8所示的电路基板中，填充到通孔中的导电性树脂与铜箔接合的面积小(图7和图8中用虚线表示的接合部分)。因此，由于基板的伸缩或弯曲、热冲击或环境试验等而对通孔及其附近施加应力时，布线图案与导电材料的接合部分会产生裂纹，容易产生通孔断线。另一方面，专利文献1中记载的电路基板在一个通孔中存在使导电性颗粒烧结的第1导电部与导电性颗粒被树脂固定的第2导电部的边界面。因此，存在边界面因热冲击等而产生裂纹、导电性降低、电阻值增大的可能性。另外，在通孔的直径大的情况下，由于配置在中央的导电性树脂糊料的固化时的收缩，会在通孔的底面产生凹陷。因此，需要将通孔的直径设计得较小。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于使导电性和散热性优异，并且提高由通孔产生的基板两面的连接可靠性。

用于解决课题的手段

本发明的一个方案的电路基板具有：基板，其具有通孔；第1导电部，其按照堵塞基板的一个面的通孔开口的方式进行覆盖，从一个面插入至上述通孔内；和第2导电部，其按照堵塞基板的另一个面的通孔的开口的方式进行覆盖，从另一个面插入至上述通孔内。第1导电部的插入至通孔内的部分是直径小于通孔的直径的柱状。第2导电部的插入至通孔内的部分是填充第1导入部的柱状的部分与通孔的内壁的间隙的形状。第1导电部和第2导电部均由使导电性颗粒烧结而成的物质构成。

如此构成的电路基板按照下述方式进行制造。即，执行下述步骤：

第1步骤，从具有通孔的基板的一个面向通孔内填充第1导电糊料，所述第1导电糊料是使导电性颗粒分散于溶剂中而成的；

第2步骤，对第1导电糊料进行加热，使第1导电糊料收缩，同时使导电性颗粒烧结，形成第1导电部，所述第1导电部的插入至通孔内的部分的直径小于通孔的直径；

第3步骤，从基板的另一个面向通孔内壁与第1导电部的间隙填充第2导电糊料，所述第2导电糊料是使导电性颗粒分散于溶剂中而成的；和

第4步骤，对第2导电糊料进行加热，使第2导电糊料收缩，同时使第2导电性糊料的导电性颗粒烧结，形成第2导电部，所述第2导电部填充通孔内壁与第1导电部的间隙。

发明的效果

根据本发明，能够抑制所谓通孔断线，提高由通孔产生的基板两面的连接可靠性。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式的电路基板的示意性构成的截面图。

图2的(a)～(f)是示出本发明的实施方式的电路基板的制造方法的工序的截面图。

图3是示出本发明的实施方式的变形例的电路基板的示意性构成的截面图。

图4是示出本发明的实施方式的变形例的电路基板的示意性构成的截面图。

图5是示出本发明的实施方式的另一变形例的电路基板的示意性构成的截面图。

图6的(a)是示出本发明的又一实施方式的电子电路装置的示意性构成的俯视图，(b)和(c)是截面图。

图7是示出现有的电路基板的一例的示意性构成的截面图。

图8是示出现有的电路基板的一例的示意性构成的截面图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。需要说明的是，在以下所示的附图中，为了易于理解并提高可见性，截面图也适当省略了剖面线。在下述说明中，对于同一构成标记相同符号，省略其说明。

<<实施方式>>

对本发明的实施方式的电路基板1进行说明。

如图1所示，本实施方式的电路基板1具备：基板11、设置于基板的通孔12、填充于通孔12的导电部13、设置于基板11的表面侧的表面侧布线图案14以及设置于基板11的背面侧的背面侧布线图案15。

在基板11中，在所期望的位置形成了从基板11的表面贯通到背面的通孔12。

导电部13由填充于通孔12的表面侧导电部17(第1导电部)和背面侧导电部18(第2导电部)构成。

表面侧导电部(第1导电部)17按照堵塞基板11的表面的通孔的开口的方式进行覆盖，具备与表面侧布线图案14连接的表面侧连接部(第1连接部)17a、和从表面侧连接部连续地形成并向通孔12内竖立的柱部17b。柱部17b的直径小于通孔12的内径。表面侧导电部(第1导电部)17与表面侧布线图案14也可以作为整体而形成。

背面侧导电部(第2导电部)18按照堵塞基板11的背面的通孔的开口的方式进行覆盖，具备与背面侧布线图案15连接的背面侧连接部(第2连接部)18a、和从背面侧连接部18a连续地形成并在通孔12内与柱部17b接合而填充柱部17b与通孔12内壁的间隙的形状(以下称为凹部)18b。背面侧导电部(第2导电部)18与背面侧布线图案15也可以作为整体而形成。

表面侧导电部17和背面侧导电部18均由使导电性颗粒烧结而成的物质构成。

这样，在本实施方式中，在通孔内，第1导电部17的柱部17b的直径小于通孔的内径，第2导电部18为填充通孔12的内壁与柱部17b的间隙的形状，因此第1导电部17和第2导电部18在柱部17b的外周面和底面接合，接合面积大。另外，第1导电部和第2导电部17、18均由使导电性颗粒烧结而成的物质构成，因此在烧结时能够将第1导电部17与第2导电部18的边界面牢固地接合。由此，即使在由于基板的伸缩或弯曲、热冲击或环境试验等而对通孔及其附近施加应力的情况下，也不易产生通孔断线或电阻值的增大。

另外，如后述制造方法那样，通过在第2导电部18之前形成位于通孔12的中央的第1导电部17，后形成填埋其周围的间隙的第2导电部18，由此，能够使利用第2导电部18填充的间隙的宽度与第1导电部17的直径相比相对较小。因此，烧结时的收缩量也小，能够使导电部13整体相对于通孔12的间隙微小。另外，由于第2导电部18的收缩量小，因此在第2导电部18的底面也不会产生与收缩相伴的凹陷等变形。

需要说明的是，表面侧导电部17和背面侧导电部18的表面和背面这种术语是为了便于说明而制定的，也可以是表面位于下侧、背面位于上侧的配置。

第1导电部和第2导电部17、18优选均不含树脂。第1导电部17可以是使粒径小于1μm的纳米颗粒的导电性颗粒烧结而成的，也可以是使粒径小于1μm的纳米颗粒的导电性颗粒与直径大于1μm且小于1mm的微粒的导电性颗粒的混合物烧结而成的。另外，第2导电部18可以是使粒径小于1μm的纳米颗粒的导电性颗粒烧结而成的，也可以是使粒径小于1μm的纳米颗粒的导电性颗粒与直径大于1μm且小于1mm的微粒的导电性颗粒的混合物烧结而成的。

无论何种情况下，第1导电部17的烧结前的导电性颗粒的平均粒径与第2导电部的烧结前的导电性颗粒的平均粒径同等或相比更小时，烧结时的收缩均大，故优选。

在基板11的至少一个面可以搭载有在通孔的周边而与第1导电部17或第2导电部18连接的布线图案14、15。布线图案14、15能够由使导电性颗粒烧结而成的物质构成。这种情况下，基板11可以是柔性的。通过使导电性颗粒烧结而形成布线图案14、15，能够制成多孔性的层，因此在基板11为柔性的情况下也难以产生膜剥离等。

接着，按照图2对如此形成的电路基板1的制造方法进行说明。

在图2(a)所示的基板11的规定的位置，如图2(b)所示，例如通过压制、激光加工等任意的方法穿孔出贯通孔，由此形成通孔12。

接着，准备使导电性颗粒分散于溶剂中而成的第1导电糊料，如图2(c)所示，从基板11的表面侧起通过丝网印刷等将第1导电糊料涂布至通孔12的边缘部附近的规定范围，并且填充到通孔12内部。

本实施方式中，为了使用于第1导电糊料的导电性颗粒产生烧结时的体积收缩，优选使用粒径小于1μm的纳米颗粒。需要说明的是，也可以部分含有粒径为1μm以上100μm以下的微粒。通过含有微粒，体积收缩变小，但容易在维持第1导电糊料的形状的情况下使导电性颗粒烧结，因此容易维持柱状形状。例如，第1导电糊料中包含的导电性颗粒优选以40重量％以上100重量％以下的比例含有粒径小于1μm的纳米颗粒，更优选为70重量％以上100重量％以下，进一步优选为75重量％以上100重量％以下。

另外，若第1导电性糊料中的导电性颗粒的比例过低，则难以在维持第1导电糊料的形状的情况下使导电性颗粒烧结，难以形成柱部17b。因此，第1导电性糊料中的导电性颗粒的比例优选为50重量％以上98重量％以下、更优选为60重量％以上95重量％以下、进一步优选为80重量％以上95重量％以下。

除了溶剂、导电性颗粒以外，导电性糊料也可以含有聚乙烯吡咯烷酮等分散剂、或树脂等，但烧结时若残存树脂则体积收缩变小，因此优选不含树脂(环氧树脂或有机硅树脂、氨基甲酸酯树脂等)。分散剂过多时，体积收缩变小，因此以不阻碍分散的程度以低浓度添加。

此外，若溶剂的粘度过低，则填充到通孔12时有可能无法维持形状，因此希望使用能够确保形状维持的程度的粘度的溶剂。

关于基板、导电性颗粒、溶剂的具体例，在下文中一并示出。

另外，与将第1导电糊料填充到通孔12b同时或连续地通过印刷等以表面侧布线图案14的形状涂布到基板11表面。

接着，如图2(d)所示，通过对第1导电糊料施加电磁波或热，由此使导电糊料中的导电性颗粒烧结。关于利用电磁波进行烧结时的波长等，在下文中进行说明。

通过该烧结，导电糊料中包含的溶剂挥发，同时导电性颗粒彼此进行烧结(热粘)，因而导电糊料产生体积收缩。因此，涂布到通孔边缘部附近的导电糊料通过烧结而形成表面侧连接部17a，同时，填充到通孔12内的导电糊料通过烧结而从通孔12的内壁离开并向中心发生体积收缩，形成柱部17b。即，导电糊料因烧结而收缩，形成由表面侧连接部17a和柱部17b构成的截面t字状的表面侧导电部17。由此，在通孔12内壁与柱部17b之间产生间隙19。

作为一例，在厚度100μm的基板11形成直径300μm的通孔12，填充使平均粒径50nm的银颗粒以85重量％分散于有机溶剂中而成的导电糊料，在160～200℃进行烧结后，直径收缩约10％，产生间隙19。

另外，通过涂布至通孔12内的第1导电基板11表面的导电糊料被烧结，形成表面侧布线图案14。

接着，准备用于形成第2导电部18的第2导电糊料。第2导电糊料18中包含的导电性颗粒中，粒径小于1μm的纳米颗粒的比例优选为大于0重量％且100重量％以下、更优选为大于0重量％且90重量％以下、进一步优选为大于0重量％且80重量％以下。

另外，第2导电性糊料中的导电性颗粒的比例优选为50重量％以上98重量％以下、更优选为60重量％以上95重量％以下、进一步优选为80重量％以上95重量％以下。

第2导电糊料不需要在表面侧导电部17中使用的第1导电糊料那样的体积收缩，因此，例如能够使导电性微粒的比例多于在表面侧导电部17中使用的导电糊料。

此处，作为第2导电糊料，使用与第1导电糊料同样的物质。

如图2(e)所示，从基板11的背面侧通过丝网印刷等将第2导电糊料涂布至通孔12的边缘部附近的规定范围，同时填充通孔12内壁与柱部17b的间隙19。

此时，如图2(e)所示，也同时或连续地在基板11的背面涂布成为背面侧布线图案15的导电糊料。

接着，如图2(f)所示，对第2导电糊料施加电磁波或热，由此使导电糊料烧结。由此，涂布至通孔边缘部附近的导电糊料形成背面侧连接部18a，同时填充到通孔12内壁与柱部17b的间隙的导电糊料被烧结而形成凹部18b。凹部18b向通孔12的中心发生体积收缩，与柱部17b牢固地接合。即，导电糊料因烧结而收缩，形成由背面侧连接部18a和凹部18b构成的背面侧导电部18。

需要说明的是，在通孔12内的第2导电糊料的加热时，热也传导至与第2导电糊料接触的第1导电部17，第1导电部17也再次被加热，因此第1导电部17的导电性颗粒和第2导电糊料的导电性颗粒被烧结。第1导电部17与第2导电部18的接合面通过烧结而大致成为一体。

由此，在通孔12内形成使导电糊料烧结而成的表面侧导电部17和背面侧导电部18。

另外，与通孔内的第2导电糊料的加热同时或连续地，以布线图案的形状涂布至基板11表面的第2导电糊料也进行烧结，由此形成背面侧布线图案15。

需要说明的是，关于作为表面侧连接部17a和背面侧连接部18a涂布导电糊料的范围，希望一边考虑与安装至基板11的其他电子部件、布线图案的关系一边适当设定。在基板11产生了弯曲或伸缩等时，应力容易集中在通孔12边缘部，因此优选按照与表面侧连接部17a和背面侧连接部18a的布线图案的接触处成为不易受到集中于通孔12的应力的影响的位置的方式，决定涂布表面侧连接部17a和背面侧连接部18a的导电糊料的涂布范围。

这样，根据本实施方式，作为形成第1导电部的第1导电糊料，应用体积收缩大的导电糊料，从背面侧向因烧结而在周围产生的间隙中填充第2导电糊料并进行烧结。因此，表面侧导电部与背面侧导电部的接合面积大，因而导电性和散热性优异，能够抑制所谓通孔断线，提高由通孔产生的基板两面的连接可靠性。

另外，通过同时进行导电糊料向通孔中的填充与作为布线图案的导电糊料的涂布，能够削减制造工序。在通过丝网印刷进行导电糊料的涂布的情况下，容易取得空气的排放口，因此具有容易将导电糊料填充至通孔内的各处的优点。

需要说明的是，布线图案的形成可以与通孔形成同时，也可以在通孔形成之前或之后。

需要说明的是，作为基板11的材质，只要能够支撑第1导电部和第2导电部17、18及布线图案14、15，至少表面为绝缘性，能够承受第1导电部和第2导电部17、18的形成时的烧结，则可以为任何材质。可以使用聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)基板、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)基板、聚碳酸酯(pc)基板、液晶聚合物、玻璃环氧基板、纸苯酚基板、柔性印刷基板、陶瓷基板、含玻璃的有机硅基板、玻璃基板、表面用绝缘层被覆的金属基板等。另外，基板11也可以使用膜状等的柔性的基板。需要说明的是，基板11也可以如图6那样为弯曲的形状。

作为导电性颗粒的材料，可以使用ag、cu、au、pt、ni、pd等导电性金属中的一种以上。

作为使导电性颗粒分散的溶剂，可以使用胺、醇、醚、芳香族、酮、腈等有机溶剂或水。

基板11的厚度能够形成为100nm～3mm左右。通孔12的直径能够为5μm以上1mm以下。另外，通孔内的导电体13的电阻率优选为10^-4ω·cm以下、特别优选为10^-6ω·cm数量级的低电阻。布线图案14、15的电阻率优选为10^-4ω·cm以下、特别优选为10^-6ω·cm数量级以下的低电阻。

具体而言，导电糊料的烧结可以采用基于光等电磁波照射的烧结、和基于电磁波照射以外的方法的烧结中的至少一种。基板11具有透光性的情况下，可以从基板11的上表面、下表面中的任一者进行光照射。基板11不具有透光性的情况下，从基板的上表面照射光。

在使导电性糊料颗粒烧结的情况下，导电性颗粒在低于构成该颗粒的材料的块的熔点的温度下熔融，与相邻的导电性颗粒熔合(热粘)而被烧结。通过电磁波照射使导电性糊料颗粒烧结的情况下，所照射的电磁波可以为紫外、可见、红外等任一种波长的光或电磁波，选择被导电性颗粒吸收的波长来使用。作为导电性颗粒使用ag、cu、au等的情况下，例如可以使用400nm～1064nm的光作为电磁波。另外，通过使用会聚成比通孔12小或相同程度的照射直径的光束，未照射光束的基板11不被加热，即使在使用树脂基板的情况下也难以对基板11产生损伤，能够维持透明的基板11的透明性。另外，通过扫描光束，布线图案14、15也能够烧结。另外，即使对基板照射光也没有任何问题的情况下，也可以通过对整个面照射光而一并烧结通孔部与布线图案部。

需要说明的是，关于布线图案14、15，对使导电糊料烧结而形成的例子进行了说明，当然也可以通过镀覆或薄膜蒸镀等其他方法形成。

(变形例)

此处，对变形例进行说明。

图3和图4所示的电路基板使形成于基板11的通孔12为锥形形状。通过利用激光等穿孔出通孔12，能够形成锥形形状的通孔。

另外，也可以如图5所示的电路基板那样，背面侧导电部可以未必全部填充在通孔内壁与柱部17b之间产生的间隙。

例如，即使填充为基板11的厚度的一半程度～1/4程度，也能确保表面侧导电部与背面侧导电部的接合面积，因此能够抑制通孔断线。

图3～图5的电路基板的上述以外的构成和效果与实施方式相同，因此省略说明。

<<其他实施方式>>

需要说明的是，对使用上述实施方式的电路基板1构成的电子电路装置进行说明。该电子电路装置是在电路基板11的两面搭载有电子部件30的构成。另外，在电路基板11的上表面形成有电阻140。

作为电子部件30，可以使用任何电子部件，作为一例，能够使用发光元件(led、ld)、光接受元件、集成电路、显示元件(液晶显示器、el显示器等)、车载用电子部件等。布线图案14、15按照将多个电子部件30以串联或并联等所期望的电路图案进行连接的方式形成。

通孔12和导电部13设置于连接两面的布线图案的位置。

作为基板11，能够使用柔性的基板，也能够使用透明的基板。

由此，能够构成搭载有车载用电子部件的车载用电子电路装置，或应用于通信设备、游戏设备、oa设备等电子器件。例如，能够应用于汽车的仪表板(仪表显示面板)或游戏机的显示部等。另外，由于能够使基板弯曲，因此能够应用于可佩带(能够戴在身体上)的电子器件(眼镜、钟表、显示器、医疗设备等)或弯曲的显示器。

符号说明

1···电路基板、11···基板、12···通孔、13···导电部、14···表面侧布线图案、15···背面侧布线图案、17···表面侧导电部、17a···表面侧连接部、17b···柱部、18···背面侧导电部、18a···背面侧连接部、18b···凹部。