多層配線基板及びその製造方法
【課題】電気的接続の高い信頼性を有するビアホール導体により層間接続された、Ｐｂフリーのニーズに対応することができる多層配線基板を提供することを目的とする。
【解決手段】絶縁樹脂層と絶縁樹脂層の両面にそれぞれ配設された配線とこれらの配線間を電気的に接続するためのビアホール導体とを有し、ビアホール導体は金属部分と樹脂部分とを含み、金属部分は、配線間を接続する銅粒子の結合体を含む第一金属領域と、錫，錫‐銅合金，及び錫‐銅金属間化合物等を主成分とする第二金属領域と、ビスマスを主成分とする第三金属領域と、を有し、結合体を形成する銅粒子同士が互いに面接触することにより面接触部を形成し、第二金属領域の少なくとも一部分が第一金属領域に接触している多層配線基板であって、絶縁樹脂層が、熱硬化性樹脂と無機フィラーを含有する多層配線基板である。
【解決手段】絶縁樹脂層と絶縁樹脂層の両面にそれぞれ配設された配線とこれらの配線間を電気的に接続するためのビアホール導体とを有し、ビアホール導体は金属部分と樹脂部分とを含み、金属部分は、配線間を接続する銅粒子の結合体を含む第一金属領域と、錫，錫‐銅合金，及び錫‐銅金属間化合物等を主成分とする第二金属領域と、ビスマスを主成分とする第三金属領域と、を有し、結合体を形成する銅粒子同士が互いに面接触することにより面接触部を形成し、第二金属領域の少なくとも一部分が第一金属領域に接触している多層配線基板であって、絶縁樹脂層が、熱硬化性樹脂と無機フィラーを含有する多層配線基板である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁樹脂層に三次元的に形成された２つの配線間を層間接続するためのビアホール導体を備えた多層配線基板に関する。詳しくは、多層配線を層間接続するためのビアホール導体の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、絶縁樹脂層に三次元的に形成された２つの配線間を層間接続して得られる多層配線基板が知られている。このような層間接続の方法として、絶縁樹脂層に形成された孔に導電性ペーストを充填して形成されるようなビアホール導体が知られている。また、導電性ペーストの代わりに、銅（Ｃｕ）を含有する金属粒子を充填し、これらの金属粒子同士を金属間化合物で固定したビアホール導体も知られている。
【０００３】
具体的には、例えば、下記特許文献１は、ＣｕＳｎ化合物のマトリクス中に複数のＣｕ粒子からなるドメインを点在させてなるマトリクスドメイン構造を有するビアホール導体を開示している。
【０００４】
また、例えば、下記特許文献２は、Ｃｕを含む高融点粒子相材料と錫（Ｓｎ）または錫合金等の金属から選ばれる低融点材料とを含む、ビアホール導体の形成に用いられる焼結性組成物を開示している。このような焼結性組成物は、液相または過渡的（transient）液相の存在下で焼結される組成物である。
【０００５】
また、例えば、下記特許文献３は、錫−ビスマス（Ｓｎ−Ｂｉ）系金属粒子と銅粒子を含む導電性ペーストをＳｎ−Ｂｉ系金属粒子の融点以上の温度で加熱することにより銅粒子の外周に固相温度２５０℃以上の合金層を形成させたビアホール導体用材料が開示されている。このようなビアホール導体用材料は、固相温度２５０℃以上の合金層同士の接合により層間接続が行われるために、ヒートサイクル試験や耐リフロー試験でも合金層が溶融しないために高接続信頼性を得ることが可能であることが記載されている。
【０００６】
また、例えば、下記特許文献４は、銅および錫を合計で８０〜９７質量％と、ビスマスを３〜２０質量％の割合で含有するビアホール導体を備えた多層配線基板を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−４９４６０号公報
【特許文献２】特開平１０−７９３３号公報
【特許文献３】特開２００２−９４２４２号公報
【特許文献４】特開２００２−２９００５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示されたビアホール導体について図１５を参照して詳しく説明する。図１５は、特許文献１に開示された多層配線基板の配線１とビアホール導体２との接続部分の模式断面図である。
【０００９】
図１５の模式断面図においては、多層配線基板の表面に形成された配線１にビアホール導体２が接している。ビアホール導体２は、Ｃｕ3Ｓｎ、Ｃｕ6Ｓｎ5等の金属間化合物４を含むマトリクスと、金属間化合物４を含むマトリクス中にドメインとして点在する銅含有粉末３を含む。このビアホール導体２においては、Ｓｎ／（Ｃｕ＋Ｓｎ）で表される質量比を０．２５〜０．７５の範囲にすることにより、マトリクスドメイン構造を形成している。しかしながら、このようなビアホール導体２においては、熱衝撃試験においてボイドやクラック（図１５中の５）が発生しやすいという問題があった。
【００１０】
このようなボイドやクラックは、例えば熱衝撃試験やリフロー処理においてビアホール導体２が熱を受けた場合に、Ｓｎ−Ｂｉ系金属粒子にＣｕが拡散してＣｕ3Ｓｎ、Ｃｕ6Ｓｎ5等のＣｕＳｎ化合物を生成することに起因する亀裂に相当する。またこのようなボイドは、ＣｕとＳｎとの界面に形成されたＣｕ−Ｓｎの拡散接合部に含有されたＣｕとＳｎとの金属間化合物であるＣｕ3Ｓｎが、各種信頼性試験の際の加熱により、Ｃｕ6Ｓｎ5に変化することにより、ビアホール導体２に内部応力が発生することにも起因する。
【００１１】
また、特許文献２に開示された焼結性組成物は、例えば、プリプレグをラミネートするための加熱プレス時において発生する、過渡的（transient）液相の存在下または不存在下で焼結される組成物である。このような焼結性組成物は、Ｃｕ、Ｓｎ、および鉛（Ｐｂ）を含むために市場から求められている、Ｐｂフリー化に対応することが困難であった。また、このような焼結性組成物は、加熱プレス時の温度が１８０℃から３２５℃と高い温度になるために、樹脂基材を絶縁層とする多層配線基板の製造に適用することは困難であった。
【００１２】
また、特許文献３に開示されたビアホール導体用材料においては、Ｃｕ粒子の表層に形成される合金層の抵抗値が高い。そのために、Ｃｕ粒子や銀（Ａｇ）粉等を含有する一般的な導電性ペーストのようにＣｕ粒子間やＡｇ粒子間の接触のみで得られる接続抵抗値と比較して高抵抗値となるという問題があった。
【００１３】
また、特許文献４に開示されたビアホール導体においても、後述するように、Ｃｕ粒子の表層に形成される合金層の抵抗値が高く、充分に低抵抗な層間接続が得られないという問題があった。
【００１４】
本発明は、高い接続信頼性を有する低抵抗のビアホール導体により層間接続された、Ｐｂフリーのニーズに対応することができる多層配線基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一局面である多層配線基板は、少なくとも１つの絶縁樹脂層と、絶縁樹脂層の第一面に配設された第一配線と絶縁樹脂層の第二面に配設された第二配線と、絶縁樹脂層を貫通するように設けられた第一配線と第二配線とを電気的に接続するためのビアホール導体と、を有する多層配線基板であって、絶縁樹脂層は６０〜９５質量％の無機フィラーを含有する熱硬化性樹脂基材からなり、ビアホール導体は金属部分と樹脂部分とを含み、金属部分は、第一配線と第二配線とを電気的に接続する経路を形成する銅粒子の結合体を含む第一金属領域と、錫，錫‐銅合金，及び錫‐銅金属間化合物からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属を主成分とする第二金属領域と、ビスマスを主成分とする第三金属領域と、を有し、結合体を形成する銅粒子同士は、互いに面接触することにより面接触部を形成しており、第二金属領域の少なくとも一部分が第一金属領域に接触していることを特徴とする。
【００１６】
また本発明の他の一局面である多層配線基板の製造方法は、６０〜９５質量％の無機フィラーを含有する熱硬化性樹脂基材の表面を保護フィルムで被覆する第１工程と、保護フィルムを介して板状体に穿孔して貫通孔を形成する第２工程と、貫通孔に、銅粒子と錫−ビスマス系半田粒子と熱硬化性樹脂とを含むビアペーストを充填する第３工程と、第３工程の後、保護フィルムを剥離することにより、貫通孔からビアペーストの一部が突出して形成される突出部を表出させる第４工程と、突出部を覆うように、熱硬化性樹脂基材の少なくとも一面に金属箔を配置する第５工程と、金属箔を熱硬化性樹脂基材の表面に圧着して突出部を通じてビアペーストを圧縮することにより、銅粒子同士が互いに面接触して形成された面接触部を有する、銅粒子の結合体を含む第一金属領域を形成させる第６工程と、第６工程の後、ビアペーストを錫−ビスマス系半田粒子の共晶温度以上で共晶温度＋１０℃以下の温度の範囲でＳｎ−Ｂｉ系半田粒子の一部分を溶融させた後、さらに共晶温度＋２０℃の温度以上３００℃以下の温度の範囲に加熱することにより、少なくとも一部分が第一金属領域の表面に接触した、錫，錫‐銅合金，及び錫‐銅金属間化合物からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属を主成分とする第二金属領域と、第二金属領域に接する、ビスマスを主成分とする第三金属領域とを生成させる第７工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
本発明の目的、特徴、局面、及び利点は、以下の詳細な説明及び添付する図面により、より明白となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、多層配線基板のビアホール導体に含有される銅粒子同士が互いに面接触して形成された面接触部を有する銅粒子の結合体が低抵抗の導通路を形成することにより、抵抗値の低い層間接続を実現することができる。また、その銅粒子の結合体の表面の少なくとも一部に、銅粒子よりも硬い、錫，錫‐銅合金，及び錫‐銅金属間化合物からなる群から選ばれる少なくとも１種を主成分とする第二金属領域が接触していることにより、銅粒子の結合体が補強されている。これにより、電気的接続の信頼性が高められている。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１（Ａ）は、第一実施形態における多層配線基板１１の模式断面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）におけるビアホール導体１４付近の拡大模式断面図を示す。
【図２】図２は、第一実施形態における多数の銅粒子７が互いに面接触することにより形成された銅粒子の結合体１７ａが配線１２間の導通路２３になることを説明するための説明図である。
【図３】図３は、Ｃｕ／Ｓｎが１．５９より小さい場合におけるビアホール導体を説明するための模式断面図である。
【図４】図４は、第一実施形態における多層配線基板１１の製造方法の一例を説明するための工程断面図を示す。
【図５】図５は、多層配線基板１１の製造方法の一例を説明するための図４の続きの工程を示す。
【図６】図６は、多層配線基板１１の製造方法の一例を説明するための図５の続きの工程を示す。
【図７】図７は第一実施形態における、熱硬化性樹脂基材２５の貫通孔に充填されたビアペースト２８を圧縮するときの様子を説明するための断面模式図である。
【図８】図８（Ａ）は、実施例で得られた多層配線基板のビアホール導体の断面の３０００倍の電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真、図８（Ｂ）はそのトレース図を示す。
【図９】図９（Ａ）は、実施例で得られた多層配線基板のビアホール導体の断面の６０００倍のＳＥＭ写真、図９（Ｂ）はそのトレース図を示す。
【図１０】図１０（Ａ）は、実施例で得られた多層配線基板のビアホール導体の断面のＳＥＭ写真、図１０（Ｂ）はそのトレース図を示す。
【図１１】図１１（Ａ）は、図１０のＳＥＭ像のＣｕ元素のマッピングを行ったときの像、図１１（Ｂ）はそのトレース図を示す。
【図１２】図１２（Ａ）は、図１０のＳＥＭ像のＳｎ元素のマッピングを行ったときの像、図１２（Ｂ）はそのトレース図を示す。
【図１３】図１３（Ａ）は、図１０のＳＥＭ像のＢｉ元素のマッピングを行ったときの像、図１４（Ｂ）はそのトレース図を示す。
【図１４】図１４は、従来知られた特許文献４の導電性ペーストから得られるビアホール導体と、本願発明に係るビアホール導体との抵抗値を比較したグラフである。
【図１５】図１５は、従来のビア導体の断面を説明するための模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１（Ａ）は、本発明に係る一実施形態の多層配線基板１１の模式断面図である。また、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の多層配線基板１１におけるビアホール導体１４付近の拡大模式断面図である。
【００２１】
図１（Ａ）に示すように、多層配線基板１１は、絶縁樹脂層１３に三次元的に形成された、銅箔等の金属箔から形成された複数の配線１２が、絶縁樹脂層１３を貫通するビアホール導体１４により電気的に層間接続されている。
【００２２】
図１（Ｂ）は、ビアホール導体１４付近の拡大模式断面図である。図１（Ｂ）中、１２（１２ａ，１２ｂ）は配線、１３は絶縁樹脂層、１４はビアホール導体である。ビアホール導体１４は、金属部分１５と樹脂部分１６とを含む。絶縁樹脂層１３は６０〜９５質量％の無機フィラーを含有する熱硬化性樹脂基材からなる。金属部分１５は、Ｃｕ粒子７から形成された第一金属領域１７と、錫，錫‐銅合金，及び錫‐銅金属間化合物からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属を主成分とする第二金属領域１８と、Ｂｉを主成分とする第三金属領域１９とを含む。Ｃｕ粒子７の少なくとも一部は、それらが互いに直接面接触した面接触部２０を介して接触結合されることにより破線で示した部分に銅粒子の結合体１７ａを形成している。そして、結合体１７ａが上層の配線１２ａと下層の配線１２ｂとを電気的に接続する低抵抗の導通路として機能する。
【００２３】
はじめに、多層配線基板１１の絶縁樹脂層１３について説明する。
絶縁樹脂層１３は６０〜９５質量％の無機フィラーを含有する熱硬化性樹脂基材からなる。絶縁樹脂層１３がこのような熱硬化性樹脂基材であることにより、絶縁層を薄層化することができるとともに、多層化する際に配線が絶縁層に埋め込まれ易くなるために、層間に空隙等が残りにくくなる。
【００２４】
絶縁樹脂層１３の樹脂成分である熱硬化性樹脂としては、ポリフェニレンエーテル樹脂、エポキシ樹脂、ポリブタジエン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、またはシアネート樹脂等が挙げられる。これらの中では、ポリフェニレンエーテル樹脂やエポキシ樹脂がとくに好ましい。
【００２５】
また、絶縁樹脂層１３には６０〜９５質量％の範囲で無機フィラーが含まれる。無機フィラーの具体例としては、例えば、水酸化アルミニウム、シリカ、アルミナ、チタン酸バリウム等の粒子が挙げられる。これらは単独で用いても、２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中では、水酸化アルミニウムの粒子が難燃性に優れている点から特に好ましい。
【００２６】
絶縁樹脂層１３に含有される無機フィラーの含有割合は６０〜９５質量％であり、６５〜９３質量％、さらには７０〜９０質量％であることが好ましい。無機フィラーの含有割合が６０質量％未満の場合には、耐熱性や寸法安定性が低下することにより製造時の熱プレスの際に流動しすぎて寸法変化しやすくなる。また、無機フィラーの含有割合が９５質量％を超える場合には、製造時の熱プレスの際に樹脂分が少なすぎて配線の埋込性や密着性が損なわれるやすくなる。
【００２７】
無機フィラーの平均粒子径としては０．１〜５０μｍ、さらには１〜１５μｍ程度であることが好ましい。無機フィラーの平均粒子径が大きすぎる場合には、絶縁樹脂層１３の表面が粗くなって回路の密着性が低下する傾向がある。また、無機フィラーの平均粒子径が小さすぎる場合には、コストが高くなる傾向がある。
【００２８】
なお、絶縁樹脂層１３は、織布、不織布などのような芯材を含有しないことが好ましい。繊維基材のような芯材を含む場合には、多層配線基板の薄層化が困難であるとともに、配線を埋め込むことが困難になる傾向がある。
【００２９】
次に、金属部分１５を構成する成分について説明する。金属部分１５は、Ｃｕ粒子７から形成された第一金属領域１７と、錫，錫‐銅合金，及び錫‐銅金属間化合物からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属を主成分とする第二金属領域１８と、Ｂｉを主成分とする第三金属領域１９とを含む。
【００３０】
第一金属領域１７はＣｕ粒子７から形成される。Ｃｕ粒子７の平均粒径は０．１〜２０μｍ、さらには、１〜１０μｍの範囲であることが好ましい。Ｃｕ粒子７の平均粒径が小さすぎる場合には、ビアホール導体１４中において、接触点が多くなるため導通抵抗が大きくなる傾向がある。また、このような粒径の粒子は高価である傾向がある。一方、Ｃｕ粒子７の平均粒径が大きすぎる場合には、１００〜１５０μｍφのように径の小さいビアホール導体１４を形成しようとした場合に、充填率を高めにくくなる傾向がある。
【００３１】
Ｃｕ粒子７の純度は９０質量％以上、さらには９９質量％以上であることが好ましい。Ｃｕ粒子７はその銅純度が高いほどより柔らかくなる。そのために後述する加圧工程において押し潰されやすくなるために、複数のＣｕ粒子７同士が接触する際にＣｕ粒子７が容易に変形することにより、Ｃｕ粒子７同士の接触面積が大きくなる。また、純度が高い場合には、Ｃｕ粒子７の抵抗値がより低くなる点からも好ましい。
【００３２】
第一金属領域１７は、第一配線と第二配線とを電気的に接続する経路を形成する銅粒子の結合体１７ａを含む。銅粒子は、多数のＣｕ粒子７同士が互いに面接触して結合体１７ａを形成する。ここで、銅粒子同士の面接触とは銅粒子同士が触れる程度に接触しているのではなく、加圧圧縮されて塑性変形するまで互いに変形し、その結果として互いの銅粒子同士の間の接点が広がって、隣接する銅粒子同士が面で接触している状態をいう。このように、互いの銅粒子同士が互いに塑性変形するまで変形し、密着させることで、圧縮応力を開放した後も、銅粒子間の面接触部が保持され、第二金属領域で保護される。なお、Ｃｕ粒子７の平均粒径や、Ｃｕ粒子７同士が面接触している面接触部２０は、形成された多層配線基板を樹脂埋めした後、ビアホール導体１４の断面を研磨（必要に応じてFOCUSED ION BEAM等の微細加工手段も使って）して作成した試料を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察することにより確認及び測定される。
【００３３】
多数のＣｕ粒子７は互いに面接触して結合体１７ａを形成することにより、配線１２ａと配線１２ｂとの間に低抵抗の導通路を形成する。このような結合体１７ａを形成させることにより配線１２ａと配線１２ｂとの接続抵抗を低くすることができる。
【００３４】
また、ビアホール導体１４においては多数のＣｕ粒子７が整然と整列することなく、図１（Ｂ）に示すようにランダムに接触することにより、複雑なネットワークを有するように低抵抗の結合体１７ａが形成されていることが好ましい。結合体１７ａがこのようなネットワークを形成することにより電気的接続の信頼性を高めることができる。また、多数のＣｕ粒子７同士が面接触する位置もランダムであることが好ましい。ランダムな位置でＣｕ粒子７同士を面接触させることにより、熱を受けたときにビアホール導体１４の内部で発生する応力や、外部から付与される外力をその変形により分散させることができる。
【００３５】
ビアホール導体１４中に含有されるＣｕ粒子７の含有割合としては、２０〜９０質量％、さらには、４０〜７０質量％であることが好ましい。Ｃｕ粒子７の含有割合が低すぎる場合には、多数のＣｕ粒子７が互いに面接触することにより形成された結合体１７ａの、導通路としての電気的接続の信頼性が低下する傾向があり、高すぎる場合には、抵抗値が信頼性試験で変動しやすくなる傾向がある。
【００３６】
図１（Ｂ）に示すように、錫，錫‐銅合金，及び錫‐銅金属間化合物からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属を主成分とする第二金属領域１８の少なくとも一部は第一金属領域１７の表面に接触するように形成されている。このように第二金属領域１８が第一金属領域１７の表面に形成されることにより、第一金属領域１７が補強される。また、第二金属領域１８の少なくとも一部は、銅粒子７同士が互いに面接触している部分である面接触部２０を跨ぐように覆っていることが好ましい。このように面接触部２０を跨ぐように第二金属領域１８が形成されることにより、面接触部２０の接触状態がより補強される。
【００３７】
第二金属領域１８は、錫，錫‐銅合金，及び錫‐銅金属間化合物からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属を主成分として含有する。具体的には、例えば、Ｓｎ単体，Ｃｕ6Ｓｎ5，Ｃｕ3Ｓｎ等を含む金属を主成分として含む。また、残余の成分としては、ＢｉやＣｕ等の他の金属元素を本発明の効果を損なわない範囲、具体的には、例えば、１０質量％以下の範囲で含んでもよい。
【００３８】
また、金属部分１５においては、図１（Ｂ）に示すように、Ｂｉを主成分とする第三金属領域１９が、Ｃｕ粒子７とは接触せず、第二金属領域１８と接触するように存在していることが好ましい。ビアホール導体１４において、第三金属領域１９をＣｕ粒子７と接しないように存在させた場合には、第三金属領域１９は第一金属領域１７の導電性を低下させない。
【００３９】
第三金属領域１９は、Ｂｉを主成分として含有する。また、第三金属領域１９は、残余の成分として、ＢｉとＳｎとの合金または金属間化合物等を本発明の効果を損なわない範囲、具体的には、例えば、２０質量％以下の範囲で含んでもよい。
【００４０】
なお、第二金属領域１８と第三金属領域１９とは互いに接しているために、通常、何れもＢｉ及びＳｎの両方を含む。この場合において、第二金属領域１８は第三金属領域１９よりもＳｎの濃度が高く、第三金属領域１９は第二金属領域１８よりもＢｉの濃度が高い。また、第二金属領域１８と第三金属領域１９との界面は、明確であるよりも、不明確であるほうが好ましい。界面が不明確である場合には、熱衝撃試験等の加熱条件においても界面に応力が集中することを抑制することができる。
【００４１】
このようにビアホール導体１４を構成する金属部分１５は、銅粒子７からなる第一金属領域１７、錫，錫‐銅合金，及び錫‐銅金属間化合物からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属を主成分とする第二金属領域１８、及びビスマスを主成分とする第三金属領域１９とを含む。なお、金属部分１５のＣｕとＳｎとの質量比（Ｃｕ／Ｓｎ）は１．５９〜２１．４３の範囲であることが好ましい。このＣｕ／Ｓｎ比の意義については後に詳述する。
【００４２】
一方、ビアホール導体１４を構成する樹脂部分１６は、硬化性樹脂の硬化物からなる。硬化性樹脂は特に限定されないが、具体的には、例えば、耐熱性に優れ、また、線膨張率が低い点からエポキシ樹脂の硬化物がとくに好ましい。
【００４３】
ビアホール導体１４中の樹脂部分１６の含有割合としては、０．１〜５０質量％、さらには、０．５〜４０質量％であることが好ましい。樹脂部分１６の含有割合が高すぎる場合には、抵抗値が高くなる傾向があり、低すぎる場合には、製造時に導電性ペーストの調製が困難になる傾向がある。
【００４４】
次に、多層配線基板１１におけるビアホール導体１４の作用について、図２を参照して模式的に説明する。
【００４５】
図２は、多数のＣｕ粒子７同士が接触することにより形成された一つの結合体１７ａの導通路２３に着目して説明する説明図である。また、便宜上、樹脂部分１６等は表示していない。さらに、２１はビアホール導体１４の作用の説明するために便宜上示した仮想のばねである。
【００４６】
図２に示すように、多数のＣｕ粒子７同士が互いにランダムに面接触することにより形成された結合体１７ａは、配線１２ａと配線１２ｂとを電気的に層間接続するための導通路２３になる。なお、Ｃｕ粒子７同士が接触している面接触部２０においては、面接触部２０の周囲を被覆し、且つ面接触部２０を跨ぐように第二金属領域１８が形成されていることが好ましい。
【００４７】
多層配線基板１１の内部に内部応力が発生した場合、多層配線基板１１の内部には矢印２２ａに示すように外向きに力が掛かる。このような内部応力は、例えば、半田リフロー時や熱衝撃試験の際に、各要素を構成する材料の熱膨張係数の違いによって発生する。
【００４８】
このような外向きの力は、柔軟性の高いＣｕ粒子７自身が変形したり、Ｃｕ粒子７同士が接触することにより形成された結合体１７ａが弾性変形したり、Ｃｕ粒子７同士の接触位置が多少ずれたりすることにより緩和される。このとき、第二金属領域１８の硬さは、Ｃｕ粒子７の硬さよりも硬いために、結合体１７ａの変形、特に面接触部２０の変形に抵抗しようとする。従って、結合体１７ａが変形に無制限に追従しようとした場合には、第二金属領域１８がある程度の範囲で変形を規制するために、Ｃｕ粒子７間の面接触部２０が離間するまで変形しない。これは、Ｃｕ粒子７同士が接触して形成された結合体１７ａをばねに喩えた場合、結合体１７ａにある程度の力が掛かった場合には、ある程度まではばねが伸びるがごとく変形に追従するが、さらに変形が大きくなりそうな場合には、硬い第二金属領域１８により結合体１７ａの変形が規制される。このことは、多層配線基板１１に、矢印２２ｂに示すような内向きの力が掛かった場合にも同様の作用を奏する。このように、あたかもばね２１のように、外力及び内力のいずれの方向の力に対して、結合体１７ａの変形が規制されることにより、電気的接続の信頼性を確保することができる。
【００４９】
次に、上述したような多層配線基板１１の製造方法の一例を説明するために、各製造工程について、図面を参照しながら詳しく説明する。
【００５０】
本実施形態の製造方法においては、はじめに、図４に示すように、６０〜９５質量％の無機フィラーを含有する熱硬化性樹脂基材（以下、単に板状体とも呼ぶ）２５の両表面に保護フィルム２６が貼り合わされる。このような板状体２５を用いた場合には、不織布を含有するプリプレグを用いて得られる多層配線基板に比べて、薄肉の多層配線基板を得ることができる。具体的には、例えば、厚み１５μｍ以下、さらには６μｍ以下のような厚みでも充分な絶縁性を有する絶縁樹脂層を形成することが可能になる。板状体２５は金属箔及び形成された配線を接着する。
【００５１】
６０〜９５質量％の無機フィラーを含有する熱硬化性樹脂基材２５としては、例えば、固形分として６０〜９５質量％の無機フィラーを含有する熱硬化性樹脂ワニスを隙間が一定のブレードに流し込み、乾燥させることにより得られる、いわゆる、未硬化状態または半硬化状態（Ｂ−ステージ）の熱硬化性樹脂基材が好ましく用いられる。その具体例としては、また、樹脂ワニスに含有される樹脂成分としては、ポリフェニレンエーテル樹脂、エポキシ樹脂、ポリブタジエン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、およびシアネート樹脂等が挙げられる。また、無機フィラーとしては、上述したようなものが含有される。
【００５２】
保護フィルムとしては、各種樹脂フィルムが用いられる。その具体例としては、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンフタレート）やＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）等の樹脂フィルムが挙げられる。樹脂フィルムの厚みとしては０．５〜５０μｍ、さらには、１〜３０μｍであることが好ましい。このような厚みの場合には、後述するように、保護フィルムの剥離により、充分な高さのビアペーストからなる突出部を表出させることができる。
【００５３】
また、ビアペースト中に含まれる好ましい硬化性樹脂成分であるエポキシ樹脂の具体例としては、例えば、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、またはその他変性エポキシ樹脂などを用いることができる。
【００５４】
また、エポキシ樹脂と組み合わせて硬化剤を配合してもよい。硬化剤の種類はとくに限定されないが、分子中に少なくとも1つ以上の水酸基を持つアミン化合物を含有する硬化剤を用いることが特に好ましい。このような硬化剤は、エポキシ樹脂の硬化触媒として作用するとともに、Ｃｕ粒子、及びＳｎ−Ｂｉ系半田粒子の表面に存在する酸化皮膜を還元することにより、接合時の接触抵抗を低減させる作用も有する点から好ましい。
【００５５】
板状体２５に保護フィルム２６を貼り合わせる方法としては、例えば、板状体２５の表面の表面タック性を用いて、直接貼り合わせる方法が挙げられる。
【００５６】
次に、図４（Ｂ）に示すように、保護フィルム２６が配された板状体２５に保護フィルム２６の外側から穿孔することにより、貫通孔２７を形成する。穿孔には、炭酸ガスレーザー、ＹＡＧレーザー等の非接触による加工方法の他、ドリルを用いた穴あけ等各種方法が用いられる。貫通孔の直径としては１０〜５００μｍ、さらには５０〜３００μｍ程度が挙げられる。
【００５７】
次に、図４（Ｃ）に示すように、貫通孔２７の中にビアペースト２８を満充填する。ビアペースト２８は、Ｃｕ粒子と、ＳｎとＢｉとを含有するＳｎ−Ｂｉ系半田粒子と、エポキシ樹脂等の硬化性樹脂成分を含有する。
【００５８】
Ｃｕ粒子の平均粒径は、０．１〜２０μｍ、さらには、１〜１０μｍの範囲であることが好ましい。Ｃｕ粒子の平均粒径が小さすぎる場合には、貫通孔２７中に高充填しにくくなり、また、高価である傾向がある。一方、Ｃｕ粒子の平均粒径が大きすぎる場合には、径の小さいビアホール導体を形成しようとした場合に充填しにくくなる傾向がある。
【００５９】
また、Ｃｕ粒子の粒子形状は、特に限定されない。具体的には、例えば、球状、扁平状、多角状、麟片状、フレーク状、あるいは表面に突起を有するような形状等が挙げられる。また、一次粒子でもよいし、二次粒子を形成していてもよい。
【００６０】
Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子は、ＳｎとＢｉとを含有する半田粒子であれば特に限定されない。Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子は、構成比を変化させたり各種元素を添加することにより、その共晶点を１３８℃〜２３２℃程度にまで変化させることができる。さらに、インジウム（Ｉｎ）、銀（Ａｇ）、亜鉛（Ｚｎ）等を添加することにより、濡れ性、流動性等を改善させることもできる。これらの中では、共晶点が１３８℃と低い、環境問題に考慮した鉛フリー半田である、Ｓｎ−５８Ｂｉ系半田等が特に好ましい。
【００６１】
Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子の平均粒径は０．１〜２０μｍ、さらには、２〜１５μｍの範囲であることが好ましい。Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子の平均粒径が小さすぎる場合には、比表面積が大きくなり表面の酸化皮膜割合が大きくなり溶融しにくくなる傾向がある。一方、Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子の平均粒径が大きすぎる場合には、ビアホールヘの充填性が低下する傾向がある。
【００６２】
ビアペーストは、Ｃｕ粒子と、ＳｎとＢｉとを含有するＳｎ−Ｂｉ系半田粒子と、エポキシ樹脂等の硬化性樹脂成分とを混合することにより調製される。具体的には、例えば、エポキシ樹脂と硬化剤と所定量の有機溶媒を含有する樹脂ワニスに、Ｃｕ粒子及びＳｎ−Ｂｉ系半田粒子を添加し、プラネタリーミキサー等で混合することにより調製される。
【００６３】
硬化性樹脂成分の、Ｃｕ粒子及びＳｎ−Ｂｉ系半田粒子を含む金属成分との合計量に対する配合割合としては、０．３〜３０質量％、さらには３〜２０質量％の範囲であることが低い抵抗値を得るとともに、充分な加工性を確保する点から好ましい。
【００６４】
また、金属成分中のＣｕ粒子の含有割合としては、ＣｕとＳｎとの質量比（Ｃｕ／Ｓｎ）が、１．５９〜２１．４３の範囲になるように含有させることが好ましい。この理由は後に詳述する。従って、例えば、Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子としてＳｎ−５８Ｂｉ系半田粒子を用いた場合には、Ｃｕ粒子及びＳｎ−５８Ｂｉ系半田粒子の合計量に対するＣｕ粒子の含有割合は、４０〜９０質量％、さらには、５５．８〜６５．５質量％であることが好ましい。
【００６５】
ビアペーストの充填方法はとくに限定されない。具体的には、例えば、スクリーン印刷などの方法が用いられる。なお、本実施形態の製造方法においては、貫通孔にビアペーストを充填する場合において、充填工程の後に、保護フィルム２６を剥離したときに、ビアペースト２８の一部が板状体２５に形成された貫通孔２７から突出して突出部が表出するように、板状体２５に形成された貫通孔２７からはみ出す量を充填する必要がある。
【００６６】
次に、図４（Ｄ）に示すように、板状体２５の表面から保護フィルム２６を剥離することにより、ビアペースト２８の一部を貫通孔２７から突出部２９として突出させる。突出部２９の高さｈは、保護フィルムの厚みにもよるが、例えば、０．５〜５０μｍ、さらには、１〜３０μｍであることが好ましい。突出部２９の高さが高すぎる場合には、後述する圧着工程において樹脂シート２５の表面の貫通孔２７の周囲にペーストが溢れて表面平滑性を失わせる可能性があるために好ましくなく、低すぎる場合には、後述する圧着工程において充填されたビアペーストに圧力が充分に伝わらなくなる傾向がある。
【００６７】
次に、図５（Ａ）に示すように、板状体２５の上に銅箔３０を配置し、矢印で示す方向にプレスする。それにより、図５（Ｂ）に示すように板状体２５と銅箔３０とを一体化させることにより、絶縁樹脂層１３が形成される。この場合においては、プレスの当初に、銅箔３０を介して突出部２９に力が掛かるために貫通孔２７に充填されたビアペースト２８が高い圧力で圧縮される。それにより、ビアペースト２８中に含まれる複数のＣｕ粒子７同士の間隔が狭められ、Ｃｕ粒子７同士が互いに変形し、面接触する。
【００６８】
プレス条件はとくに限定されないが、常温（２０℃）からＳｎ−Ｂｉ系半田粒子の融点未満の温度に金型温度が設定された条件が好ましい。また、本プレス工程において、板状体２５中の熱硬化性樹脂の硬化を進行させるために、硬化を進行させるのに必要な温度に加熱した加熱プレスを用いてもよい。
【００６９】
ここで、突出部２９を有するビアペースト２８を圧縮するときの様子について、図７を用いて詳しく説明する。
【００７０】
図７は、ビアペースト２８が充填された板状体２５の貫通孔２７周辺の模式断面図である。また、図７（Ａ）は圧縮前、図７（Ｂ）は圧縮後を示している。
【００７１】
図７（Ａ）に示すように、板状体２５に形成された貫通孔２７から突出した突出部２９を銅箔３０を介して押圧することにより、図７（Ｂ）のように貫通孔２７に充填されたビアペースト２８が圧縮される。その圧縮の際の加圧により、硬化性樹脂成分３２の一部は板状体２５の表面に押し出されることもある。そして、その結果、貫通孔２７に充填されたＣｕ粒子７及びＳｎ−Ｂｉ系半田粒子３１の密度が高くなる。
【００７２】
そして、このように高密度化されたＣｕ粒子７同士が互いに接触する。圧縮においては、当初はＣｕ粒子７同士は互いに点接触し、その後、圧力が増加するにつれて押し潰されて、互いに変形し面接触して面接触部を形成する。このように、多数のＣｕ粒子７同士が面接触することにより、上層の配線と下層の配線とを低抵抗な状態で電気的に接続するための結合体１７ａが形成される。
【００７３】
なお銅箔３０を板状体２５に圧着し、銅箔３０を介してビアペースト２８の突出部２９に所定圧力を掛けることにより、ビアペースト２８を加圧し圧縮することが望ましい。こうすることで銅粒子同士を面接触させ、銅粒子の結合体１７ａを含む第一金属領域を形成する。なお銅粒子を面接触させるには、銅粒子同士が互いに塑性変形するまで、加圧圧縮することが望ましい。またこの圧着工程において、必要に応じて加熱する（あるいは加熱を開始する）ことは有効である。これは圧着工程に続き加熱工程を行うことが有用なためである。
【００７４】
更にこの圧着状態を維持した状態で、所定の温度で加熱し、Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子の一部を溶融させることが有用である。この圧着状態を維持した状態で、加熱し、半田粒子を溶解させることで、銅粒子同士の面接触部分への、溶解した半田等や樹脂等の侵入を防止できる。そのため、圧着工程の一部に、加熱工程を設けることは有用である。また圧着工程の中で、加熱を開始することで、圧着工程や加熱工程のトータル時間を短縮することができ、生産性を高められる。
【００７５】
また圧縮を維持した状態のままで、この圧縮されたビアペーストを加熱してＳｎ−Ｂｉ系半田粒子の共晶温度以上共晶温度＋１０℃以下の温度の範囲でＳｎ−Ｂｉ系半田粒子の一部分を溶融させ、引き続き、さらに共晶温度＋２０℃の温度以上３００℃以下の温度の範囲に加熱することにより、銅粒子の結合体の面接触部を除く表面に錫，錫−銅合金または錫と銅の金属間化合物のいずれか一つ以上を主成分とする第二金属領域を形成することが望ましい。更にこれらを連続した圧着や加熱を伴う１の工程とすることは有用である。連続した１の工程で、これら各金属領域の形成反応を安定化でき、ビア自体の構造を安定化できる。
【００７６】
圧縮によって結合体１７ａを形成し、さらにビアペースト２８をＳｎ−Ｂｉ系半田粒子３１の共晶温度以上の温度にまで徐々に加熱していく。この加熱によりＳｎ−Ｂｉ系半田粒子３１の一部がその温度において溶融する組成割合で溶融する。そして、Ｃｕ粒子７や結合体１７ａの表面や周囲に錫、錫-銅合金及び／または錫-銅金属間化合物を主成分とする第二金属領域１８が形成される。この場合において、Ｃｕ粒子７同士が面接触している面接触部２０は、第二金属領域１８に跨がれるようにして覆われることが好ましい。Ｃｕ粒子７と溶融したＳｎ−Ｂｉ系半田粒子３１とが接触することにより、Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子３１中のＳｎとＣｕ粒子７中のＣｕとが反応して、Ｃｕ6Ｓｎ5やＣｕ3Ｓｎを含むＳｎ−Ｃｕの化合物層（金属間化合物）や錫-銅合金を主成分とする第二金属領域１８が形成される。一方、Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子３１は内部のＳｎ相からＳｎを補われながら溶融状態を維持し続け、さらに残されたＢｉが析出することにより、Ｂｉを主成分とする第三金属領域１９が形成される。結果として図１（Ｂ）に示すような構造を有するビアホール導体１４が得られる。
【００７７】
さらに詳しくは、上述のように高密度化されたＣｕ粒子７同士は圧縮により互いに接触する。圧縮においては、はじめはＣｕ粒子７同士は互いに点接触し、その後、圧力が増加するにつれて押し潰されて、互いに変形し面接触して面接触部を形成する。このように、多数のＣｕ粒子７同士が面接触することにより、上層の配線と下層の配線とを低抵抗な状態で電気的に接続するための結合体１７ａが形成される。また、面接触部がＳｎ−Ｂｉ系半田粒子３１で覆われないために、Ｃｕ粒子７同士を直接、接触させた結合体１７ａを形成することができる。その結果、形成される導通路の電気抵抗を小さくすることができる。そしてこの状態で加熱して、Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子３１の共晶温度以上に達するとＳｎ−Ｂｉ系半田粒子３１が部分的に溶融しはじめる。溶融する半田の組成は温度で決まり、加熱時の温度で溶融しにくいＳｎはＳｎ固相体として残留する。また、溶融した半田にＣｕ粒子７が接触してその表面が溶融したＳｎ−Ｂｉ系半田で濡れたとき、その濡れた部分の界面でＣｕとＳｎの相互拡散が進んでＳｎ−Ｃｕの化合物層等が形成される。このようにしてＣｕ粒子７の面接触部を除く表面に接触するように第二金属領域１８が生成する。第二金属領域１８の一部は面接触部を跨ぐように形成される。このような第二金属領域１８の一部が面接触部を跨ぐように被覆した場合には、面接触部は補強され弾性に優れた導通路となる。そして、Ｓｎ−Ｃｕの化合物層等の形成や、相互拡散がさらに進行することにより、溶融した半田中のＳｎは減少する。溶融した半田中の減少したＳｎはＳｎ固体層から補填されるために溶融状態は維持し続けられる。さらにＳｎが減少し、ＳｎとＢｉの比率がＳｎ−５７ＢｉよりもＢｉが多くなるとＢｉが偏析しはじめ、ビスマスを主成分とする固相体として第二金属領域が析出して形成される。
【００７８】
よく知られている比較的低温域で溶融する半田材料としては、Ｓｎ−Ｐｂ系半田、Ｓｎ−Ｉｎ系半田、Ｓｎ−Ｂｉ系半田などがある。これらの材料のうち、Ｉｎは高価であり、Ｐｂは環境負荷が高いとされている。
一方、Ｓｎ−Ｂｉ系半田の共晶温度は、通常、電子部品を表面実装する際の一般的な半田リフロー温度よりも低い。従って、Ｓｎ−Ｂｉ系半田のみを回路基板のビアホール導体として単体で用いた場合には、半田リフロー時にビアホール導体の半田が再溶融することによりビア抵抗が変動してしまうおそれがある。一方、本実施形態のビアペーストを用いた場合には、Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子のＳｎがＣｕ粒子の表面と反応することによりＳｎ−Ｂｉ系半田粒子からＳｎ濃度が減少し、一方で、加熱冷却工程を経ることによりＢｉが析出してＢｉ相が生成される。そして、このようにＢｉ相を析出させて存在させることにより、半田リフローに供してもビアホール導体の半田が再溶融しにくくなる。その結果、半田リフロー後でも、抵抗値の変動が起こりにくくなる。
【００７９】
圧縮後のビアペースト２８を加熱する温度は、Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子３１の共晶温度以上の温度であり、板状体２５の構成成分を分解しないような温度範囲であればとくに限定されない。具体的には、例えば、Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子としてＳｎ−５８Ｂｉ系半田粒子を用いる場合には、１５０〜２５０℃、さらには１６０〜２３０℃程度の範囲であることが好ましい。なお、このときに温度を適切に選択することにより、ビアペースト２８中に含まれる硬化性樹脂成分を硬化させることができる。
【００８０】
このようにして、上層の配線と下層の配線とを層間接続するためのビアホール導体１４が形成される。
【００８１】
本実施形態における、ビアペースト２８中に含まれる金属成分中のＣｕ粒子の含有割合は、先述したようにＣｕとＳｎとの質量比（Ｃｕ／Ｓｎ）が、１．５９〜２１．４３の範囲になるように含有させることが好ましい。この理由を以下に説明する。
【００８２】
図３は、Ｃｕ／Ｓｎが１．５９より小さい場合におけるビアホール導体の一例を示す、模式断面図である。
【００８３】
図３に示すように、Ｃｕ／Ｓｎの比が１．５９より小さい場合、ビアホール導体中のＣｕの割合が少なくなり、多数のＣｕ粒子７同士が互いに面接触しにくくなり、Ｃｕ粒子７が金属間化合物４からなるマトリクス中に点在するように存在する傾向がある。この場合には、多数のＣｕ粒子７が硬い金属間化合物４により硬く束縛されてしまうために、ビアホール導体自身もバネ性が低い硬い状態になる傾向がある。Ｃｕ粒子７に比べ、Ｃｕ6Ｓｎ5、Ｃｕ3Ｓｎのような金属間化合物４は硬く、変形しにくい。発明者らの調査によると、ビッカース硬度はＣｕ6Ｓｎ5で約３７８Ｋｇ／ｍｍ2、Ｃｕ3Ｓｎで約３４３Ｋｇ／ｍｍ2であり、Ｃｕの１１７Ｋｇ／ｍｍ2よりも著しく高い。
【００８４】
そして、Ｃｕ粒子７と金属間化合物４では、互いの熱膨張係数が異なるため、半田リフロー時に、この熱膨張係数の違いによる内部応力が発生し、その結果クラックやボイド２４が発生しやすくなる。
【００８５】
また、Ｃｕ／Ｓｎの質量比が１．５９より小さい場合には、ボイドが発生しやすくなる。このようなボイドの発生原因の重要な要因としては、ＳｎとＣｕとの接触拡散によるカーケンダル効果（Kirkendall effect）によるカーケンダルボイドが挙げられる。カーケンダルボイドは、Ｃｕ粒子の表面とＣｕ粒子同士の隙間に充填されたＳｎまたはＳｎを含む合金との界面に発生しやすい。
【００８６】
図３に示すようにＣｕ粒子７と金属間化合物４の界面にクラックやボイド２４が存在する場合、クラックやボイド２４が伝播して広がりやすくなる傾向がある。カーケンダルボイドが発生したときにはカーケンダルボイドも伝播して広がりやすくなる傾向がある。とくにビアホール導体の径が小さい場合、クラックやボイド２４は、金属間化合物４の凝集破壊や、更にはビアホール導体の断線の発生原因となりやすい。そして、これら凝集破壊や界面破壊が、ビアホール導体の内部に発生した場合、ビア部分の電気抵抗が増加し、ビア部分の信頼性に影響を与える。
【００８７】
一方、Ｃｕ／Ｓｎの比が１．５９以上の場合について、図１（Ｂ）及び図２を参照しながら模式的に説明する。
Ｃｕ／Ｓｎの比が１．５９以上の場合、図１（Ｂ）に示すように、金属部分１５に含まれる第二金属領域１８は、多数のＣｕ粒子７同士が面接触する面接触部２０やＣｕ粒子７の表面を物理的に保護している。図２に示す矢印２２ａ、２２ｂは、ビアホール導体１４に加えられた外力や、ビアホール導体１４に発生した内部応力を示す。ビアホール導体１４に矢印２２ａに示すような外力や内部応力２２ｂが掛かった場合、柔軟なＣｕ粒子７が変形することにより力が緩和される。また、例え、第二金属領域１８にクラックが発生したとしても、多数のＣｕ粒子７同士が面接触していることにより結合体１７ａによる導通路は充分に確保されており、電気的特性や信頼性に大きな影響を与えない。なお、図１（Ｂ）に示すように、金属部分１５全体は樹脂部分１６で弾性的に保護されているために、変形はさらに一定の範囲で抑えられる。従って、凝集破壊や界面破壊が発生しにくくなる。
【００８８】
またＣｕ／Ｓｎが１．５９以上である場合には、面接触部２０を跨ぐように、第二金属領域１８が形成されやすくなる。そして、Ｃｕ／Ｓｎが１．５９以上の場合には、カーゲンダルボイドは、Ｃｕ粒子同士の隙間に充填されたＳｎ−Ｂｉ系半田粒子の内部やその界面に発生するのではなく、第二金属領域１８側に発生しやすくなる。第二金属領域１８に発生したカーゲンダルボイドは、ビアホール導体１４の信頼性や電気特性に影響を与えにくい。電気的導通はＣｕ粒子７同士の接触により充分に確保されているためである。
【００８９】
次に、図５（Ｃ）に示すように、配線１２を形成する。配線１２は、表層に貼り合わされた銅箔３０の表面にフォトレジスト膜を形成し、フォトマスクを介して選択的露光することによりパターニングした後、現像を行い、エッチングにより配線部以外の銅箔を選択的に除去した後、フォトレジスト膜を除去すること等により形成されうる。フォトレジスト膜の形成には、液状のレジストを用いてもドライフィルムを用いてもよい。
【００９０】
このような工程により、上層の配線１２ａと下層の配線１２ｂとをビアホール導体１４を介して層間接続した両面に回路形成された配線基板４１が得られる。このような配線基板４１をさらに、多層化することにより図１（Ａ）に示すような複数層の回路が層間接続された多層配線基板１１が得られる。配線基板４１の多層化の方法について図６を参照して説明する。
【００９１】
はじめに、図６（Ａ）に示すように、上述のようにして得られた配線基板４１の両表面に、図４（Ｄ）で得られたのと同様のビアペースト２８からなる突出部２９を有する板状体２５を配置する。さらに、各板状体２５の外表面それぞれに銅箔３０を配置して重ね合わせ体を形成させる。そして、この重ね合わせ体をプレス金型に挟み込み、上述したような条件でプレス及び加熱することにより、図６（Ｂ）に示すような積層体が得られる。そして、上述したようなフォトプロセスを用いることにより新たな配線１２が形成される。このような多層化プロセスをさらに繰り返すことにより多層配線基板１１が得られる。
【実施例】
【００９２】
次に実施例により本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明の範囲は本実施例の内容により何ら限定して解釈されるものではない。
【００９３】
［実施例１〜５及び比較例１〜６］
はじめに、本実施例で用いた原材料を以下にまとめて説明する。
・Ｃｕ粒子：平均粒子径５μｍの三井金属（株）製1100Y
・Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子：Ｓｎ４２-Ｂｉ５８、平均粒子径３μｍ、共晶温度１３８℃、山石金属（株）製
・エポキシ樹脂：ジャパンエポキシレジン（株）製jeR871及び硬化剤
・樹脂シート：表１に記載のような割合でエポキシ樹脂と水酸化アルミニウムとを含有する厚み６０μｍのＢステージの板状体
・保護フィルム：厚み２５μｍのＰＥＴ製シート
・銅箔（厚み２５μｍ）
【００９４】
（ビアペーストの調整）
Ｃｕ粒子６０質量％及びＳｎ−Ｂｉ系半田粒子４０質量％を含む金属成分とエポキシ樹脂及び硬化剤の樹脂成分とを配合し、プラネタリーミキサーで混合することにより、ビアペーストを調製した。なお、樹脂成分の配合割合は、Ｃｕ粒子及びＳｎ−Ｂｉ系半田粒子の合計１００質量部に対して、エポキシ樹脂１０質量部、硬化剤２質量部とした。
【００９５】
（多層配線基板の製造）
樹脂シートの両表面に保護フィルムを貼り合わせた。そして、保護フィルムを貼り合わせた樹脂シートの外側からレーザーにより直径１５０μｍの孔を１００個以上穿孔した。
次に、調製されたビアペーストを貫通孔に満充填した。そして、両表面の保護フィルムを剥離することにより、貫通孔からビアペーストの一部が突出して形成された突出部を表出させた。
次に、樹脂シートの両表面に、突出部を覆うようにして銅箔を配置した。そして、加熱プレスの一対の金型の下型の上に離形紙を介して、銅箔が配置された樹脂シートとの積層体を載置し、常温２５℃から最高温度２２０℃までを６０分で昇温して２２０℃を６０分間キープしたのち、６０分間かけて常温まで冷却した。なお、プレス圧は３ＭＰａであった。このようにして多層配線基板を得た。
そして、両表面に貼り合わせられた銅箔にフォトマスクを介して選択的露光することによりパターニングした後、現像を行い、エッチングにより配線部以外の銅箔を選択的に除去した後、フォトレジスト膜を除去することにより回路を形成した。このようにして線幅１００μｍの回路が形成された配線基板を得た。
次に、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に示すような工程により配線基板を多層化した。具体的には、得られた配線基板の両表面に、さらに、上述したような突出部を表出させた樹脂シートを配置した。そして、各樹脂シートの外表面それぞれに銅箔を配置して重ね合わせ体を形成させた。そして、この重ね合わせ体をプレス金型に挟み込み、上述したような条件でプレス及び加熱した。このようにして、内層に２層の回路が埋め込まれた多層配線基板が得られた。
【００９６】
（評価）
<配線埋込性>
得られた多層配線基板の断面を目視で観察し、評価した。全ての配線が絶縁樹脂に充分に埋められて場合をＡ、一部の配線が絶縁樹脂に完全に埋め込まれておらず、内層に空隙が存在する場合をＢと判定した。
<抵抗特性>
得られた配線基板に形成された１００個のビアホール導体の抵抗値を４端子法により測定して求めた。そして、１００個の最大抵抗値を求めた。そして、１００個測定したサンプルの最大抵抗値が１０ｍΩ未満の場合をＡ、１０ｍΩ〜１Ωの場合をＢ、１Ωより大きい場合をＣと判定した。
【００９７】
【表１】
【００９８】
表１より、本発明に係る実施例１〜５の配線基板の場合には低抵抗化と配線埋込性とが両立できていることがわかる。一方、水酸化アルミニウムの含有割合が６０質量％未満である比較例１〜５の配線基板の場合には最大抵抗値が高かった。これは、樹脂シート中の水酸化アルミニウムの含有割合が少なすぎることにより耐熱性や形態安定性が不充分になることにより、プレス中に樹脂シートが流動して接続部分の接触が不安定になったためであると考えられる。また、９５％を超える比較例６の配線基板の場合には配線埋込性が不充分であった。これは、樹脂シート中の水酸化アルミニウムの含有割合が高すぎることにより、耐熱性や形態安定性が高くなりすぎて、配線の埋込性や配線の密着性が損なわれるためであると考えられる。なお、水酸化アルミニウムの代わりに、シリカを用いた場合にもほぼ同様の結果が得られた。また、後述するＳＥＭにより、実施例１〜５のいずれにおいても、銅粒子同士が、互いに面接触することにより面接触部を形成しており、第二金属領域の少なくとも一部分が第一金属領域に接触していることを確認した。
【００９９】
［実施例６〜１１及び比較例７〜９］
次に、Ｃｕ粒子とＳｎ−Ｂｉ系半田粒子との配合割合について検討した。具体的には、表２に記載の配合組成でＣｕ粒子及びＳｎ４２-Ｂｉ５８半田粒子を配合したペーストを調製した以外は実施例１と同様にして配線基板を得た。そして、初期抵抗値、接続信頼性、剥離試験を以下の方法により評価した。
【０１００】
（評価）
〈抵抗値判定〉
得られた配線基板に形成された１００個のビアホール導体の抵抗値を４端子法により測定して求めた。そして、１００個の最大抵抗値を求めた。そして、１００個のサンプルのうちの最大抵抗値が２ｍΩ未満の場合をＡ、２〜３ｍΩの場合をＢ、３ｍΩより大きい場合をＣと判定した。
〈剥離試験〉
得られた配線基板の表面の銅箔を剥離（あるいは破壊）したときのビアホール導体の密着性を調べた。このとき剥離ができなかったときをＡ、困難であったが剥離したときをＢ、容易に剥離したときをＣと判定した。
〈初期抵抗値〉
多層配線基板に形成された１００個のビアホールの連結接続抵抗値を４端子法により測定した。なお、初期抵抗値としては１Ω以下のものをＡ、１Ω以下のものと１Ωを超えるものが混在していたものをＢ、全て１Ωを超えていたものをＣと判断した。
〈接続信頼性〉
初期抵抗値を測定した多層配線基板の５００サイクルのヒートサイクル試験を行い、初期抵抗値に対する変化率が１０％以下のものをＡ、１０％を超えたものをＢと判断した。
結果を表１に示す。
【０１０１】
【表２】
【０１０２】
表２から、Ｓｎ４２-５８Ｂｉ粒子の割合が６０質量％以下の実施例１０〜１１の場合には、最大抵抗値が小さくなることが判る。しかしながら、Ｓｎ４２-５８Ｂｉ粒子を含有しない比較例７の場合には剥離が発生しやすいことがわかる。一方、Ｓｎ４２-５８Ｂｉ粒子の割合が増加するにつれて、剥離が発生しにくくなることがわかる。
【０１０３】
また、Ｓｎ４２-５８Ｂｉ粒子の割合が１０〜６０質量％の範囲においては低抵抗化と高信頼性化が両立できていることがわかる。Ｓｎ４２-５８Ｂｉ粒子が存在しない場合には、Ｃｕ粒子同士が接触する面接触部の周囲に存在する第二金属領域が形成されないために接続信頼性が低下する。一方、Ｓｎ４２-５８Ｂｉ粒子の割合が高すぎる場合には第二金属領域が多くなりすぎることにより、Ｃｕ粒子同士が接触する面接触部が少なくなり、それにより、抵抗値が大きくなる傾向がある。
【０１０４】
ここで、代表的に、本発明に係るペーストＮｏ．９を用いて得られた多層配線基板のビア導体の断面の電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真及び、そのトレース図を図８〜図９に示す。なお、図８は３０００倍、図９は６０００倍であり、それぞれＳＥＭ写真（Ａ）及びそのトレース図（Ｂ）を示している。また、図１０は、ＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analyzer）に用いたビア導体の断面のＳＥＭ写真及びトレース図を示している。
【０１０５】
図８〜図９から、得られたビアホール導体は、多数のＣｕ粒子７が高充填され、互いに面接触して面接触部２０を形成していることがわかる。これにより、抵抗値の低い導通路が形成されることがわかる。また、面接触部２０または銅粒子７の表面、あるいはこの面接触部２０を跨ぐように、錫（Ｓｎ）や錫-銅金属間化合物や錫-銅合金を主成分とする第二金属領域１８が形成されていることがわかる。また、抵抗値の高いＢｉを主成分とする第三金属領域１９は、実質的にＣｕ粒子と接触していないことがわかる。この第三金属領域は、Ｓｎ４２-５８Ｂｉ粒子中のＳｎがＣｕ粒子７の表面のＣｕと合金（例えば金属間化合物）を形成することにより、高濃度のＢｉが析出したと思われる。なお、実施例６〜１１のいずれにおいても同様に、銅粒子同士が、互いに面接触することにより面接触部を形成しており、第二金属領域の少なくとも一部分が第一金属領域に接触していることを確認した。
【０１０６】
また、図１１に、図１０のＳＥＭ像をＥＰＭＡによりＣｕ元素のマッピングを行ったときの像（Ａ）及びそのトレース図（Ｂ）を示す。
【０１０７】
図１１（Ａ）（Ｂ）より、得られたビアホール導体には、多数のＣｕ粒子が高密度にランダムに存在することがわかる。また、多数のＣｕ粒子同士は、直接、面接触することにより電気的に接続していることがわかる。
【０１０８】
また、図１２に、図１０のＳＥＭ像を用いたＳｎ元素のマッピング像（Ａ）及びそのトレース図（Ｂ）を示す。
【０１０９】
図１２（Ａ）（Ｂ）より、多数のＣｕ粒子同士が直接接触する面接触部の表面には、その面接触部を跨ぐように第二金属領域が形成されていることが判る。
【０１１０】
なお、図１０においては、Ｃｕ粒子の表面の大部分が第二金属領域で覆われているように見える。しかし、ＥＰＭＡではエポキシ樹脂は透過されるために、観察面の表層のＳｎ元素だけでなく、下地のＳｎ元素も検出されている。従って、実際は第二金属領域はＣｕ粒子の表面の大部分を覆っているのではなく、その表面、更には面接触部を跨ぐように存在している。このことは、図１４〜図１１で示したＳＥＭ像からもわかる。そして、このような構造によれば、比較的硬い第二金属領域に発生した応力は柔らかいＣｕ粒子で吸収される。そのために、第二金属領域に発生したクラックが伝播して広がることが抑制される。
【０１１１】
さらに、図１３に、図１０のＳＥＭ像を用いたＢｉ元素のマッピング像（Ａ）及びそのトレース図（Ｂ）を示す。
【０１１２】
図１３より、Ｂｉは、第三金属領域がＣｕ粒子と接触しないように存在していることがわかる。このことから、抵抗値の高いＢｉはＣｕ粒子の接触により形成された導通路に影響を与えていないことがわかる。
【０１１３】
［従来技術との比較］
次に、上述した実施例の多層配線基板のビアホール導体の抵抗値と、上述した特許文献４に係るビアホール導体の抵抗値とを比較した結果について説明する。
【０１１４】
図１４は実施例の多層配線基板のビアホール導体の抵抗値と、特許文献４に係る多層配線基板のビアホール導体の抵抗値とを比較したグラフである。
図１４において、横軸（Ｘ軸）は、ビアホール導体中に含まれるビスマスの含有割合を質量％で示したものである。縦軸（Ｙ軸）は、ビアホール導体の抵抗値を相対値（最も低い抵抗値を１とした相対値）で表したものである。
図１４におけるＩの線は、実施例１の［表１］の結果である抵抗値の変化を相対値で示したものである。
【０１１５】
一方、図１４におけるＩＩの線は特許文献４の［表１］の（Ｓｎ−２Ａｇ−０．５Ｃｕ−２０Ｂｉ）における抵抗値の変化を相対値で示したものである。また図１４におけるＩＩＩの線は、特許文献４の［表１］の（Ｓｎ−２Ａｇ−０．５Ｃｕ−１５Ｂｉ）における抵抗値の変化を相対値で示したものである。また、図１４におけるＩＶの線は、特許文献４の［表１］の（Ｓｎ−５８Ｂｉ）における抵抗値の変化を相対値で示したものである。
【０１１６】
図１４より、線Ｉで示す本実施例の多層配線基板のビアホール導体の場合、ビアホール導体中に含まれるビスマスの含有割合が増加しても、ビアホール抵抗は殆ど増加していないことが判る。これは本実施例の多層配線基板のビアホール導体においては、銅粒子同士が互いに直接面接触して銅粒子からなる結合体を形成し、この結合体が複数の配線同士を電気的に接続しているためであるといえる。そのため、ビスマスの含有割合が増加しても抵抗値は殆ど増加しない。
【０１１７】
一方、線ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶで示す特許文献４の［表１］の多層配線基板のビアホール導体の場合、ビアホール導体中に含まれるビスマスの含有割合が増加するにつれて、ビアホール抵抗が急激に増加していることが判る。これは特許文献４の多層配線基板のビアホール導体においては、銅粒子同士が高抵抗の金属成分を介して電気的に接続しているためであると思われる。このことは、特許文献４の段落番号［００１５］に記載されているように「接続に溶解した金属成分が関与している」ためであると思われる。すなわち、ビスマスの含有割合が増加すればするほど、銅粒子間に存在する高抵抗の金属成分の厚みが厚くなるためと考えられる。
【０１１８】
以上のように、本実施例の多層配線基板のビアホール導体の場合、銅粒子は、それらが互いに面接触している部分である面接触部を介して互いに接触してなる結合体を形成し、この結合体が複数の配線同士を電気的に接続しているため、ビアホール導体中のビスマスの含有割合が増加しても、ビアホール抵抗は急激に殆ど増加しないために低抵抗を保っている。
【産業上の利用可能性】
【０１１９】
本発明によれば、携帯電話等に使われる多層配線基板の更なる低背化、小型化、高機能化、高信頼性化が実現できる。
【符号の説明】
【０１２０】
４ 金属間化合物
５，２４ ボイドまたはクラック
７ 銅粒子
１１ 多層配線基板
１２（１２ａ、１２ｂ）、４２ 配線
１３，１１３ 絶縁樹脂層
１４ ビアホール導体
１５ 金属部分
１６ 樹脂部分
１７ 第一金属領域
１７ａ Ｃｕ粒子の結合体
１８ 第二金属領域
１９ 第三金属領域
２０ 面接触部
２１ 仮想のバネ
２５ 板状体
２６ 保護フィルム
２７ 貫通孔
２８ ビアペースト
２９ 突出部
３０ 銅箔
３１ Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子
３２ 硬化性樹脂成分
４１ 配線基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁樹脂層に三次元的に形成された２つの配線間を層間接続するためのビアホール導体を備えた多層配線基板に関する。詳しくは、多層配線を層間接続するためのビアホール導体の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、絶縁樹脂層に三次元的に形成された２つの配線間を層間接続して得られる多層配線基板が知られている。このような層間接続の方法として、絶縁樹脂層に形成された孔に導電性ペーストを充填して形成されるようなビアホール導体が知られている。また、導電性ペーストの代わりに、銅（Ｃｕ）を含有する金属粒子を充填し、これらの金属粒子同士を金属間化合物で固定したビアホール導体も知られている。
【０００３】
具体的には、例えば、下記特許文献１は、ＣｕＳｎ化合物のマトリクス中に複数のＣｕ粒子からなるドメインを点在させてなるマトリクスドメイン構造を有するビアホール導体を開示している。
【０００４】
また、例えば、下記特許文献２は、Ｃｕを含む高融点粒子相材料と錫（Ｓｎ）または錫合金等の金属から選ばれる低融点材料とを含む、ビアホール導体の形成に用いられる焼結性組成物を開示している。このような焼結性組成物は、液相または過渡的（transient）液相の存在下で焼結される組成物である。
【０００５】
また、例えば、下記特許文献３は、錫−ビスマス（Ｓｎ−Ｂｉ）系金属粒子と銅粒子を含む導電性ペーストをＳｎ−Ｂｉ系金属粒子の融点以上の温度で加熱することにより銅粒子の外周に固相温度２５０℃以上の合金層を形成させたビアホール導体用材料が開示されている。このようなビアホール導体用材料は、固相温度２５０℃以上の合金層同士の接合により層間接続が行われるために、ヒートサイクル試験や耐リフロー試験でも合金層が溶融しないために高接続信頼性を得ることが可能であることが記載されている。
【０００６】
また、例えば、下記特許文献４は、銅および錫を合計で８０〜９７質量％と、ビスマスを３〜２０質量％の割合で含有するビアホール導体を備えた多層配線基板を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−４９４６０号公報
【特許文献２】特開平１０−７９３３号公報
【特許文献３】特開２００２−９４２４２号公報
【特許文献４】特開２００２−２９００５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示されたビアホール導体について図１５を参照して詳しく説明する。図１５は、特許文献１に開示された多層配線基板の配線１とビアホール導体２との接続部分の模式断面図である。
【０００９】
図１５の模式断面図においては、多層配線基板の表面に形成された配線１にビアホール導体２が接している。ビアホール導体２は、Ｃｕ3Ｓｎ、Ｃｕ6Ｓｎ5等の金属間化合物４を含むマトリクスと、金属間化合物４を含むマトリクス中にドメインとして点在する銅含有粉末３を含む。このビアホール導体２においては、Ｓｎ／（Ｃｕ＋Ｓｎ）で表される質量比を０．２５〜０．７５の範囲にすることにより、マトリクスドメイン構造を形成している。しかしながら、このようなビアホール導体２においては、熱衝撃試験においてボイドやクラック（図１５中の５）が発生しやすいという問題があった。
【００１０】
このようなボイドやクラックは、例えば熱衝撃試験やリフロー処理においてビアホール導体２が熱を受けた場合に、Ｓｎ−Ｂｉ系金属粒子にＣｕが拡散してＣｕ3Ｓｎ、Ｃｕ6Ｓｎ5等のＣｕＳｎ化合物を生成することに起因する亀裂に相当する。またこのようなボイドは、ＣｕとＳｎとの界面に形成されたＣｕ−Ｓｎの拡散接合部に含有されたＣｕとＳｎとの金属間化合物であるＣｕ3Ｓｎが、各種信頼性試験の際の加熱により、Ｃｕ6Ｓｎ5に変化することにより、ビアホール導体２に内部応力が発生することにも起因する。
【００１１】
また、特許文献２に開示された焼結性組成物は、例えば、プリプレグをラミネートするための加熱プレス時において発生する、過渡的（transient）液相の存在下または不存在下で焼結される組成物である。このような焼結性組成物は、Ｃｕ、Ｓｎ、および鉛（Ｐｂ）を含むために市場から求められている、Ｐｂフリー化に対応することが困難であった。また、このような焼結性組成物は、加熱プレス時の温度が１８０℃から３２５℃と高い温度になるために、樹脂基材を絶縁層とする多層配線基板の製造に適用することは困難であった。
【００１２】
また、特許文献３に開示されたビアホール導体用材料においては、Ｃｕ粒子の表層に形成される合金層の抵抗値が高い。そのために、Ｃｕ粒子や銀（Ａｇ）粉等を含有する一般的な導電性ペーストのようにＣｕ粒子間やＡｇ粒子間の接触のみで得られる接続抵抗値と比較して高抵抗値となるという問題があった。
【００１３】
また、特許文献４に開示されたビアホール導体においても、後述するように、Ｃｕ粒子の表層に形成される合金層の抵抗値が高く、充分に低抵抗な層間接続が得られないという問題があった。
【００１４】
本発明は、高い接続信頼性を有する低抵抗のビアホール導体により層間接続された、Ｐｂフリーのニーズに対応することができる多層配線基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一局面である多層配線基板は、少なくとも１つの絶縁樹脂層と、絶縁樹脂層の第一面に配設された第一配線と絶縁樹脂層の第二面に配設された第二配線と、絶縁樹脂層を貫通するように設けられた第一配線と第二配線とを電気的に接続するためのビアホール導体と、を有する多層配線基板であって、絶縁樹脂層は６０〜９５質量％の無機フィラーを含有する熱硬化性樹脂基材からなり、ビアホール導体は金属部分と樹脂部分とを含み、金属部分は、第一配線と第二配線とを電気的に接続する経路を形成する銅粒子の結合体を含む第一金属領域と、錫，錫‐銅合金，及び錫‐銅金属間化合物からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属を主成分とする第二金属領域と、ビスマスを主成分とする第三金属領域と、を有し、結合体を形成する銅粒子同士は、互いに面接触することにより面接触部を形成しており、第二金属領域の少なくとも一部分が第一金属領域に接触していることを特徴とする。
【００１６】
また本発明の他の一局面である多層配線基板の製造方法は、６０〜９５質量％の無機フィラーを含有する熱硬化性樹脂基材の表面を保護フィルムで被覆する第１工程と、保護フィルムを介して板状体に穿孔して貫通孔を形成する第２工程と、貫通孔に、銅粒子と錫−ビスマス系半田粒子と熱硬化性樹脂とを含むビアペーストを充填する第３工程と、第３工程の後、保護フィルムを剥離することにより、貫通孔からビアペーストの一部が突出して形成される突出部を表出させる第４工程と、突出部を覆うように、熱硬化性樹脂基材の少なくとも一面に金属箔を配置する第５工程と、金属箔を熱硬化性樹脂基材の表面に圧着して突出部を通じてビアペーストを圧縮することにより、銅粒子同士が互いに面接触して形成された面接触部を有する、銅粒子の結合体を含む第一金属領域を形成させる第６工程と、第６工程の後、ビアペーストを錫−ビスマス系半田粒子の共晶温度以上で共晶温度＋１０℃以下の温度の範囲でＳｎ−Ｂｉ系半田粒子の一部分を溶融させた後、さらに共晶温度＋２０℃の温度以上３００℃以下の温度の範囲に加熱することにより、少なくとも一部分が第一金属領域の表面に接触した、錫，錫‐銅合金，及び錫‐銅金属間化合物からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属を主成分とする第二金属領域と、第二金属領域に接する、ビスマスを主成分とする第三金属領域とを生成させる第７工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
本発明の目的、特徴、局面、及び利点は、以下の詳細な説明及び添付する図面により、より明白となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、多層配線基板のビアホール導体に含有される銅粒子同士が互いに面接触して形成された面接触部を有する銅粒子の結合体が低抵抗の導通路を形成することにより、抵抗値の低い層間接続を実現することができる。また、その銅粒子の結合体の表面の少なくとも一部に、銅粒子よりも硬い、錫，錫‐銅合金，及び錫‐銅金属間化合物からなる群から選ばれる少なくとも１種を主成分とする第二金属領域が接触していることにより、銅粒子の結合体が補強されている。これにより、電気的接続の信頼性が高められている。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１（Ａ）は、第一実施形態における多層配線基板１１の模式断面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）におけるビアホール導体１４付近の拡大模式断面図を示す。
【図２】図２は、第一実施形態における多数の銅粒子７が互いに面接触することにより形成された銅粒子の結合体１７ａが配線１２間の導通路２３になることを説明するための説明図である。
【図３】図３は、Ｃｕ／Ｓｎが１．５９より小さい場合におけるビアホール導体を説明するための模式断面図である。
【図４】図４は、第一実施形態における多層配線基板１１の製造方法の一例を説明するための工程断面図を示す。
【図５】図５は、多層配線基板１１の製造方法の一例を説明するための図４の続きの工程を示す。
【図６】図６は、多層配線基板１１の製造方法の一例を説明するための図５の続きの工程を示す。
【図７】図７は第一実施形態における、熱硬化性樹脂基材２５の貫通孔に充填されたビアペースト２８を圧縮するときの様子を説明するための断面模式図である。
【図８】図８（Ａ）は、実施例で得られた多層配線基板のビアホール導体の断面の３０００倍の電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真、図８（Ｂ）はそのトレース図を示す。
【図９】図９（Ａ）は、実施例で得られた多層配線基板のビアホール導体の断面の６０００倍のＳＥＭ写真、図９（Ｂ）はそのトレース図を示す。
【図１０】図１０（Ａ）は、実施例で得られた多層配線基板のビアホール導体の断面のＳＥＭ写真、図１０（Ｂ）はそのトレース図を示す。
【図１１】図１１（Ａ）は、図１０のＳＥＭ像のＣｕ元素のマッピングを行ったときの像、図１１（Ｂ）はそのトレース図を示す。
【図１２】図１２（Ａ）は、図１０のＳＥＭ像のＳｎ元素のマッピングを行ったときの像、図１２（Ｂ）はそのトレース図を示す。
【図１３】図１３（Ａ）は、図１０のＳＥＭ像のＢｉ元素のマッピングを行ったときの像、図１４（Ｂ）はそのトレース図を示す。
【図１４】図１４は、従来知られた特許文献４の導電性ペーストから得られるビアホール導体と、本願発明に係るビアホール導体との抵抗値を比較したグラフである。
【図１５】図１５は、従来のビア導体の断面を説明するための模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１（Ａ）は、本発明に係る一実施形態の多層配線基板１１の模式断面図である。また、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の多層配線基板１１におけるビアホール導体１４付近の拡大模式断面図である。
【００２１】
図１（Ａ）に示すように、多層配線基板１１は、絶縁樹脂層１３に三次元的に形成された、銅箔等の金属箔から形成された複数の配線１２が、絶縁樹脂層１３を貫通するビアホール導体１４により電気的に層間接続されている。
【００２２】
図１（Ｂ）は、ビアホール導体１４付近の拡大模式断面図である。図１（Ｂ）中、１２（１２ａ，１２ｂ）は配線、１３は絶縁樹脂層、１４はビアホール導体である。ビアホール導体１４は、金属部分１５と樹脂部分１６とを含む。絶縁樹脂層１３は６０〜９５質量％の無機フィラーを含有する熱硬化性樹脂基材からなる。金属部分１５は、Ｃｕ粒子７から形成された第一金属領域１７と、錫，錫‐銅合金，及び錫‐銅金属間化合物からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属を主成分とする第二金属領域１８と、Ｂｉを主成分とする第三金属領域１９とを含む。Ｃｕ粒子７の少なくとも一部は、それらが互いに直接面接触した面接触部２０を介して接触結合されることにより破線で示した部分に銅粒子の結合体１７ａを形成している。そして、結合体１７ａが上層の配線１２ａと下層の配線１２ｂとを電気的に接続する低抵抗の導通路として機能する。
【００２３】
はじめに、多層配線基板１１の絶縁樹脂層１３について説明する。
絶縁樹脂層１３は６０〜９５質量％の無機フィラーを含有する熱硬化性樹脂基材からなる。絶縁樹脂層１３がこのような熱硬化性樹脂基材であることにより、絶縁層を薄層化することができるとともに、多層化する際に配線が絶縁層に埋め込まれ易くなるために、層間に空隙等が残りにくくなる。
【００２４】
絶縁樹脂層１３の樹脂成分である熱硬化性樹脂としては、ポリフェニレンエーテル樹脂、エポキシ樹脂、ポリブタジエン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、またはシアネート樹脂等が挙げられる。これらの中では、ポリフェニレンエーテル樹脂やエポキシ樹脂がとくに好ましい。
【００２５】
また、絶縁樹脂層１３には６０〜９５質量％の範囲で無機フィラーが含まれる。無機フィラーの具体例としては、例えば、水酸化アルミニウム、シリカ、アルミナ、チタン酸バリウム等の粒子が挙げられる。これらは単独で用いても、２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中では、水酸化アルミニウムの粒子が難燃性に優れている点から特に好ましい。
【００２６】
絶縁樹脂層１３に含有される無機フィラーの含有割合は６０〜９５質量％であり、６５〜９３質量％、さらには７０〜９０質量％であることが好ましい。無機フィラーの含有割合が６０質量％未満の場合には、耐熱性や寸法安定性が低下することにより製造時の熱プレスの際に流動しすぎて寸法変化しやすくなる。また、無機フィラーの含有割合が９５質量％を超える場合には、製造時の熱プレスの際に樹脂分が少なすぎて配線の埋込性や密着性が損なわれるやすくなる。
【００２７】
無機フィラーの平均粒子径としては０．１〜５０μｍ、さらには１〜１５μｍ程度であることが好ましい。無機フィラーの平均粒子径が大きすぎる場合には、絶縁樹脂層１３の表面が粗くなって回路の密着性が低下する傾向がある。また、無機フィラーの平均粒子径が小さすぎる場合には、コストが高くなる傾向がある。
【００２８】
なお、絶縁樹脂層１３は、織布、不織布などのような芯材を含有しないことが好ましい。繊維基材のような芯材を含む場合には、多層配線基板の薄層化が困難であるとともに、配線を埋め込むことが困難になる傾向がある。
【００２９】
次に、金属部分１５を構成する成分について説明する。金属部分１５は、Ｃｕ粒子７から形成された第一金属領域１７と、錫，錫‐銅合金，及び錫‐銅金属間化合物からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属を主成分とする第二金属領域１８と、Ｂｉを主成分とする第三金属領域１９とを含む。
【００３０】
第一金属領域１７はＣｕ粒子７から形成される。Ｃｕ粒子７の平均粒径は０．１〜２０μｍ、さらには、１〜１０μｍの範囲であることが好ましい。Ｃｕ粒子７の平均粒径が小さすぎる場合には、ビアホール導体１４中において、接触点が多くなるため導通抵抗が大きくなる傾向がある。また、このような粒径の粒子は高価である傾向がある。一方、Ｃｕ粒子７の平均粒径が大きすぎる場合には、１００〜１５０μｍφのように径の小さいビアホール導体１４を形成しようとした場合に、充填率を高めにくくなる傾向がある。
【００３１】
Ｃｕ粒子７の純度は９０質量％以上、さらには９９質量％以上であることが好ましい。Ｃｕ粒子７はその銅純度が高いほどより柔らかくなる。そのために後述する加圧工程において押し潰されやすくなるために、複数のＣｕ粒子７同士が接触する際にＣｕ粒子７が容易に変形することにより、Ｃｕ粒子７同士の接触面積が大きくなる。また、純度が高い場合には、Ｃｕ粒子７の抵抗値がより低くなる点からも好ましい。
【００３２】
第一金属領域１７は、第一配線と第二配線とを電気的に接続する経路を形成する銅粒子の結合体１７ａを含む。銅粒子は、多数のＣｕ粒子７同士が互いに面接触して結合体１７ａを形成する。ここで、銅粒子同士の面接触とは銅粒子同士が触れる程度に接触しているのではなく、加圧圧縮されて塑性変形するまで互いに変形し、その結果として互いの銅粒子同士の間の接点が広がって、隣接する銅粒子同士が面で接触している状態をいう。このように、互いの銅粒子同士が互いに塑性変形するまで変形し、密着させることで、圧縮応力を開放した後も、銅粒子間の面接触部が保持され、第二金属領域で保護される。なお、Ｃｕ粒子７の平均粒径や、Ｃｕ粒子７同士が面接触している面接触部２０は、形成された多層配線基板を樹脂埋めした後、ビアホール導体１４の断面を研磨（必要に応じてFOCUSED ION BEAM等の微細加工手段も使って）して作成した試料を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察することにより確認及び測定される。
【００３３】
多数のＣｕ粒子７は互いに面接触して結合体１７ａを形成することにより、配線１２ａと配線１２ｂとの間に低抵抗の導通路を形成する。このような結合体１７ａを形成させることにより配線１２ａと配線１２ｂとの接続抵抗を低くすることができる。
【００３４】
また、ビアホール導体１４においては多数のＣｕ粒子７が整然と整列することなく、図１（Ｂ）に示すようにランダムに接触することにより、複雑なネットワークを有するように低抵抗の結合体１７ａが形成されていることが好ましい。結合体１７ａがこのようなネットワークを形成することにより電気的接続の信頼性を高めることができる。また、多数のＣｕ粒子７同士が面接触する位置もランダムであることが好ましい。ランダムな位置でＣｕ粒子７同士を面接触させることにより、熱を受けたときにビアホール導体１４の内部で発生する応力や、外部から付与される外力をその変形により分散させることができる。
【００３５】
ビアホール導体１４中に含有されるＣｕ粒子７の含有割合としては、２０〜９０質量％、さらには、４０〜７０質量％であることが好ましい。Ｃｕ粒子７の含有割合が低すぎる場合には、多数のＣｕ粒子７が互いに面接触することにより形成された結合体１７ａの、導通路としての電気的接続の信頼性が低下する傾向があり、高すぎる場合には、抵抗値が信頼性試験で変動しやすくなる傾向がある。
【００３６】
図１（Ｂ）に示すように、錫，錫‐銅合金，及び錫‐銅金属間化合物からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属を主成分とする第二金属領域１８の少なくとも一部は第一金属領域１７の表面に接触するように形成されている。このように第二金属領域１８が第一金属領域１７の表面に形成されることにより、第一金属領域１７が補強される。また、第二金属領域１８の少なくとも一部は、銅粒子７同士が互いに面接触している部分である面接触部２０を跨ぐように覆っていることが好ましい。このように面接触部２０を跨ぐように第二金属領域１８が形成されることにより、面接触部２０の接触状態がより補強される。
【００３７】
第二金属領域１８は、錫，錫‐銅合金，及び錫‐銅金属間化合物からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属を主成分として含有する。具体的には、例えば、Ｓｎ単体，Ｃｕ6Ｓｎ5，Ｃｕ3Ｓｎ等を含む金属を主成分として含む。また、残余の成分としては、ＢｉやＣｕ等の他の金属元素を本発明の効果を損なわない範囲、具体的には、例えば、１０質量％以下の範囲で含んでもよい。
【００３８】
また、金属部分１５においては、図１（Ｂ）に示すように、Ｂｉを主成分とする第三金属領域１９が、Ｃｕ粒子７とは接触せず、第二金属領域１８と接触するように存在していることが好ましい。ビアホール導体１４において、第三金属領域１９をＣｕ粒子７と接しないように存在させた場合には、第三金属領域１９は第一金属領域１７の導電性を低下させない。
【００３９】
第三金属領域１９は、Ｂｉを主成分として含有する。また、第三金属領域１９は、残余の成分として、ＢｉとＳｎとの合金または金属間化合物等を本発明の効果を損なわない範囲、具体的には、例えば、２０質量％以下の範囲で含んでもよい。
【００４０】
なお、第二金属領域１８と第三金属領域１９とは互いに接しているために、通常、何れもＢｉ及びＳｎの両方を含む。この場合において、第二金属領域１８は第三金属領域１９よりもＳｎの濃度が高く、第三金属領域１９は第二金属領域１８よりもＢｉの濃度が高い。また、第二金属領域１８と第三金属領域１９との界面は、明確であるよりも、不明確であるほうが好ましい。界面が不明確である場合には、熱衝撃試験等の加熱条件においても界面に応力が集中することを抑制することができる。
【００４１】
このようにビアホール導体１４を構成する金属部分１５は、銅粒子７からなる第一金属領域１７、錫，錫‐銅合金，及び錫‐銅金属間化合物からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属を主成分とする第二金属領域１８、及びビスマスを主成分とする第三金属領域１９とを含む。なお、金属部分１５のＣｕとＳｎとの質量比（Ｃｕ／Ｓｎ）は１．５９〜２１．４３の範囲であることが好ましい。このＣｕ／Ｓｎ比の意義については後に詳述する。
【００４２】
一方、ビアホール導体１４を構成する樹脂部分１６は、硬化性樹脂の硬化物からなる。硬化性樹脂は特に限定されないが、具体的には、例えば、耐熱性に優れ、また、線膨張率が低い点からエポキシ樹脂の硬化物がとくに好ましい。
【００４３】
ビアホール導体１４中の樹脂部分１６の含有割合としては、０．１〜５０質量％、さらには、０．５〜４０質量％であることが好ましい。樹脂部分１６の含有割合が高すぎる場合には、抵抗値が高くなる傾向があり、低すぎる場合には、製造時に導電性ペーストの調製が困難になる傾向がある。
【００４４】
次に、多層配線基板１１におけるビアホール導体１４の作用について、図２を参照して模式的に説明する。
【００４５】
図２は、多数のＣｕ粒子７同士が接触することにより形成された一つの結合体１７ａの導通路２３に着目して説明する説明図である。また、便宜上、樹脂部分１６等は表示していない。さらに、２１はビアホール導体１４の作用の説明するために便宜上示した仮想のばねである。
【００４６】
図２に示すように、多数のＣｕ粒子７同士が互いにランダムに面接触することにより形成された結合体１７ａは、配線１２ａと配線１２ｂとを電気的に層間接続するための導通路２３になる。なお、Ｃｕ粒子７同士が接触している面接触部２０においては、面接触部２０の周囲を被覆し、且つ面接触部２０を跨ぐように第二金属領域１８が形成されていることが好ましい。
【００４７】
多層配線基板１１の内部に内部応力が発生した場合、多層配線基板１１の内部には矢印２２ａに示すように外向きに力が掛かる。このような内部応力は、例えば、半田リフロー時や熱衝撃試験の際に、各要素を構成する材料の熱膨張係数の違いによって発生する。
【００４８】
このような外向きの力は、柔軟性の高いＣｕ粒子７自身が変形したり、Ｃｕ粒子７同士が接触することにより形成された結合体１７ａが弾性変形したり、Ｃｕ粒子７同士の接触位置が多少ずれたりすることにより緩和される。このとき、第二金属領域１８の硬さは、Ｃｕ粒子７の硬さよりも硬いために、結合体１７ａの変形、特に面接触部２０の変形に抵抗しようとする。従って、結合体１７ａが変形に無制限に追従しようとした場合には、第二金属領域１８がある程度の範囲で変形を規制するために、Ｃｕ粒子７間の面接触部２０が離間するまで変形しない。これは、Ｃｕ粒子７同士が接触して形成された結合体１７ａをばねに喩えた場合、結合体１７ａにある程度の力が掛かった場合には、ある程度まではばねが伸びるがごとく変形に追従するが、さらに変形が大きくなりそうな場合には、硬い第二金属領域１８により結合体１７ａの変形が規制される。このことは、多層配線基板１１に、矢印２２ｂに示すような内向きの力が掛かった場合にも同様の作用を奏する。このように、あたかもばね２１のように、外力及び内力のいずれの方向の力に対して、結合体１７ａの変形が規制されることにより、電気的接続の信頼性を確保することができる。
【００４９】
次に、上述したような多層配線基板１１の製造方法の一例を説明するために、各製造工程について、図面を参照しながら詳しく説明する。
【００５０】
本実施形態の製造方法においては、はじめに、図４に示すように、６０〜９５質量％の無機フィラーを含有する熱硬化性樹脂基材（以下、単に板状体とも呼ぶ）２５の両表面に保護フィルム２６が貼り合わされる。このような板状体２５を用いた場合には、不織布を含有するプリプレグを用いて得られる多層配線基板に比べて、薄肉の多層配線基板を得ることができる。具体的には、例えば、厚み１５μｍ以下、さらには６μｍ以下のような厚みでも充分な絶縁性を有する絶縁樹脂層を形成することが可能になる。板状体２５は金属箔及び形成された配線を接着する。
【００５１】
６０〜９５質量％の無機フィラーを含有する熱硬化性樹脂基材２５としては、例えば、固形分として６０〜９５質量％の無機フィラーを含有する熱硬化性樹脂ワニスを隙間が一定のブレードに流し込み、乾燥させることにより得られる、いわゆる、未硬化状態または半硬化状態（Ｂ−ステージ）の熱硬化性樹脂基材が好ましく用いられる。その具体例としては、また、樹脂ワニスに含有される樹脂成分としては、ポリフェニレンエーテル樹脂、エポキシ樹脂、ポリブタジエン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、およびシアネート樹脂等が挙げられる。また、無機フィラーとしては、上述したようなものが含有される。
【００５２】
保護フィルムとしては、各種樹脂フィルムが用いられる。その具体例としては、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンフタレート）やＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）等の樹脂フィルムが挙げられる。樹脂フィルムの厚みとしては０．５〜５０μｍ、さらには、１〜３０μｍであることが好ましい。このような厚みの場合には、後述するように、保護フィルムの剥離により、充分な高さのビアペーストからなる突出部を表出させることができる。
【００５３】
また、ビアペースト中に含まれる好ましい硬化性樹脂成分であるエポキシ樹脂の具体例としては、例えば、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、またはその他変性エポキシ樹脂などを用いることができる。
【００５４】
また、エポキシ樹脂と組み合わせて硬化剤を配合してもよい。硬化剤の種類はとくに限定されないが、分子中に少なくとも1つ以上の水酸基を持つアミン化合物を含有する硬化剤を用いることが特に好ましい。このような硬化剤は、エポキシ樹脂の硬化触媒として作用するとともに、Ｃｕ粒子、及びＳｎ−Ｂｉ系半田粒子の表面に存在する酸化皮膜を還元することにより、接合時の接触抵抗を低減させる作用も有する点から好ましい。
【００５５】
板状体２５に保護フィルム２６を貼り合わせる方法としては、例えば、板状体２５の表面の表面タック性を用いて、直接貼り合わせる方法が挙げられる。
【００５６】
次に、図４（Ｂ）に示すように、保護フィルム２６が配された板状体２５に保護フィルム２６の外側から穿孔することにより、貫通孔２７を形成する。穿孔には、炭酸ガスレーザー、ＹＡＧレーザー等の非接触による加工方法の他、ドリルを用いた穴あけ等各種方法が用いられる。貫通孔の直径としては１０〜５００μｍ、さらには５０〜３００μｍ程度が挙げられる。
【００５７】
次に、図４（Ｃ）に示すように、貫通孔２７の中にビアペースト２８を満充填する。ビアペースト２８は、Ｃｕ粒子と、ＳｎとＢｉとを含有するＳｎ−Ｂｉ系半田粒子と、エポキシ樹脂等の硬化性樹脂成分を含有する。
【００５８】
Ｃｕ粒子の平均粒径は、０．１〜２０μｍ、さらには、１〜１０μｍの範囲であることが好ましい。Ｃｕ粒子の平均粒径が小さすぎる場合には、貫通孔２７中に高充填しにくくなり、また、高価である傾向がある。一方、Ｃｕ粒子の平均粒径が大きすぎる場合には、径の小さいビアホール導体を形成しようとした場合に充填しにくくなる傾向がある。
【００５９】
また、Ｃｕ粒子の粒子形状は、特に限定されない。具体的には、例えば、球状、扁平状、多角状、麟片状、フレーク状、あるいは表面に突起を有するような形状等が挙げられる。また、一次粒子でもよいし、二次粒子を形成していてもよい。
【００６０】
Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子は、ＳｎとＢｉとを含有する半田粒子であれば特に限定されない。Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子は、構成比を変化させたり各種元素を添加することにより、その共晶点を１３８℃〜２３２℃程度にまで変化させることができる。さらに、インジウム（Ｉｎ）、銀（Ａｇ）、亜鉛（Ｚｎ）等を添加することにより、濡れ性、流動性等を改善させることもできる。これらの中では、共晶点が１３８℃と低い、環境問題に考慮した鉛フリー半田である、Ｓｎ−５８Ｂｉ系半田等が特に好ましい。
【００６１】
Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子の平均粒径は０．１〜２０μｍ、さらには、２〜１５μｍの範囲であることが好ましい。Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子の平均粒径が小さすぎる場合には、比表面積が大きくなり表面の酸化皮膜割合が大きくなり溶融しにくくなる傾向がある。一方、Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子の平均粒径が大きすぎる場合には、ビアホールヘの充填性が低下する傾向がある。
【００６２】
ビアペーストは、Ｃｕ粒子と、ＳｎとＢｉとを含有するＳｎ−Ｂｉ系半田粒子と、エポキシ樹脂等の硬化性樹脂成分とを混合することにより調製される。具体的には、例えば、エポキシ樹脂と硬化剤と所定量の有機溶媒を含有する樹脂ワニスに、Ｃｕ粒子及びＳｎ−Ｂｉ系半田粒子を添加し、プラネタリーミキサー等で混合することにより調製される。
【００６３】
硬化性樹脂成分の、Ｃｕ粒子及びＳｎ−Ｂｉ系半田粒子を含む金属成分との合計量に対する配合割合としては、０．３〜３０質量％、さらには３〜２０質量％の範囲であることが低い抵抗値を得るとともに、充分な加工性を確保する点から好ましい。
【００６４】
また、金属成分中のＣｕ粒子の含有割合としては、ＣｕとＳｎとの質量比（Ｃｕ／Ｓｎ）が、１．５９〜２１．４３の範囲になるように含有させることが好ましい。この理由は後に詳述する。従って、例えば、Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子としてＳｎ−５８Ｂｉ系半田粒子を用いた場合には、Ｃｕ粒子及びＳｎ−５８Ｂｉ系半田粒子の合計量に対するＣｕ粒子の含有割合は、４０〜９０質量％、さらには、５５．８〜６５．５質量％であることが好ましい。
【００６５】
ビアペーストの充填方法はとくに限定されない。具体的には、例えば、スクリーン印刷などの方法が用いられる。なお、本実施形態の製造方法においては、貫通孔にビアペーストを充填する場合において、充填工程の後に、保護フィルム２６を剥離したときに、ビアペースト２８の一部が板状体２５に形成された貫通孔２７から突出して突出部が表出するように、板状体２５に形成された貫通孔２７からはみ出す量を充填する必要がある。
【００６６】
次に、図４（Ｄ）に示すように、板状体２５の表面から保護フィルム２６を剥離することにより、ビアペースト２８の一部を貫通孔２７から突出部２９として突出させる。突出部２９の高さｈは、保護フィルムの厚みにもよるが、例えば、０．５〜５０μｍ、さらには、１〜３０μｍであることが好ましい。突出部２９の高さが高すぎる場合には、後述する圧着工程において樹脂シート２５の表面の貫通孔２７の周囲にペーストが溢れて表面平滑性を失わせる可能性があるために好ましくなく、低すぎる場合には、後述する圧着工程において充填されたビアペーストに圧力が充分に伝わらなくなる傾向がある。
【００６７】
次に、図５（Ａ）に示すように、板状体２５の上に銅箔３０を配置し、矢印で示す方向にプレスする。それにより、図５（Ｂ）に示すように板状体２５と銅箔３０とを一体化させることにより、絶縁樹脂層１３が形成される。この場合においては、プレスの当初に、銅箔３０を介して突出部２９に力が掛かるために貫通孔２７に充填されたビアペースト２８が高い圧力で圧縮される。それにより、ビアペースト２８中に含まれる複数のＣｕ粒子７同士の間隔が狭められ、Ｃｕ粒子７同士が互いに変形し、面接触する。
【００６８】
プレス条件はとくに限定されないが、常温（２０℃）からＳｎ−Ｂｉ系半田粒子の融点未満の温度に金型温度が設定された条件が好ましい。また、本プレス工程において、板状体２５中の熱硬化性樹脂の硬化を進行させるために、硬化を進行させるのに必要な温度に加熱した加熱プレスを用いてもよい。
【００６９】
ここで、突出部２９を有するビアペースト２８を圧縮するときの様子について、図７を用いて詳しく説明する。
【００７０】
図７は、ビアペースト２８が充填された板状体２５の貫通孔２７周辺の模式断面図である。また、図７（Ａ）は圧縮前、図７（Ｂ）は圧縮後を示している。
【００７１】
図７（Ａ）に示すように、板状体２５に形成された貫通孔２７から突出した突出部２９を銅箔３０を介して押圧することにより、図７（Ｂ）のように貫通孔２７に充填されたビアペースト２８が圧縮される。その圧縮の際の加圧により、硬化性樹脂成分３２の一部は板状体２５の表面に押し出されることもある。そして、その結果、貫通孔２７に充填されたＣｕ粒子７及びＳｎ−Ｂｉ系半田粒子３１の密度が高くなる。
【００７２】
そして、このように高密度化されたＣｕ粒子７同士が互いに接触する。圧縮においては、当初はＣｕ粒子７同士は互いに点接触し、その後、圧力が増加するにつれて押し潰されて、互いに変形し面接触して面接触部を形成する。このように、多数のＣｕ粒子７同士が面接触することにより、上層の配線と下層の配線とを低抵抗な状態で電気的に接続するための結合体１７ａが形成される。
【００７３】
なお銅箔３０を板状体２５に圧着し、銅箔３０を介してビアペースト２８の突出部２９に所定圧力を掛けることにより、ビアペースト２８を加圧し圧縮することが望ましい。こうすることで銅粒子同士を面接触させ、銅粒子の結合体１７ａを含む第一金属領域を形成する。なお銅粒子を面接触させるには、銅粒子同士が互いに塑性変形するまで、加圧圧縮することが望ましい。またこの圧着工程において、必要に応じて加熱する（あるいは加熱を開始する）ことは有効である。これは圧着工程に続き加熱工程を行うことが有用なためである。
【００７４】
更にこの圧着状態を維持した状態で、所定の温度で加熱し、Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子の一部を溶融させることが有用である。この圧着状態を維持した状態で、加熱し、半田粒子を溶解させることで、銅粒子同士の面接触部分への、溶解した半田等や樹脂等の侵入を防止できる。そのため、圧着工程の一部に、加熱工程を設けることは有用である。また圧着工程の中で、加熱を開始することで、圧着工程や加熱工程のトータル時間を短縮することができ、生産性を高められる。
【００７５】
また圧縮を維持した状態のままで、この圧縮されたビアペーストを加熱してＳｎ−Ｂｉ系半田粒子の共晶温度以上共晶温度＋１０℃以下の温度の範囲でＳｎ−Ｂｉ系半田粒子の一部分を溶融させ、引き続き、さらに共晶温度＋２０℃の温度以上３００℃以下の温度の範囲に加熱することにより、銅粒子の結合体の面接触部を除く表面に錫，錫−銅合金または錫と銅の金属間化合物のいずれか一つ以上を主成分とする第二金属領域を形成することが望ましい。更にこれらを連続した圧着や加熱を伴う１の工程とすることは有用である。連続した１の工程で、これら各金属領域の形成反応を安定化でき、ビア自体の構造を安定化できる。
【００７６】
圧縮によって結合体１７ａを形成し、さらにビアペースト２８をＳｎ−Ｂｉ系半田粒子３１の共晶温度以上の温度にまで徐々に加熱していく。この加熱によりＳｎ−Ｂｉ系半田粒子３１の一部がその温度において溶融する組成割合で溶融する。そして、Ｃｕ粒子７や結合体１７ａの表面や周囲に錫、錫-銅合金及び／または錫-銅金属間化合物を主成分とする第二金属領域１８が形成される。この場合において、Ｃｕ粒子７同士が面接触している面接触部２０は、第二金属領域１８に跨がれるようにして覆われることが好ましい。Ｃｕ粒子７と溶融したＳｎ−Ｂｉ系半田粒子３１とが接触することにより、Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子３１中のＳｎとＣｕ粒子７中のＣｕとが反応して、Ｃｕ6Ｓｎ5やＣｕ3Ｓｎを含むＳｎ−Ｃｕの化合物層（金属間化合物）や錫-銅合金を主成分とする第二金属領域１８が形成される。一方、Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子３１は内部のＳｎ相からＳｎを補われながら溶融状態を維持し続け、さらに残されたＢｉが析出することにより、Ｂｉを主成分とする第三金属領域１９が形成される。結果として図１（Ｂ）に示すような構造を有するビアホール導体１４が得られる。
【００７７】
さらに詳しくは、上述のように高密度化されたＣｕ粒子７同士は圧縮により互いに接触する。圧縮においては、はじめはＣｕ粒子７同士は互いに点接触し、その後、圧力が増加するにつれて押し潰されて、互いに変形し面接触して面接触部を形成する。このように、多数のＣｕ粒子７同士が面接触することにより、上層の配線と下層の配線とを低抵抗な状態で電気的に接続するための結合体１７ａが形成される。また、面接触部がＳｎ−Ｂｉ系半田粒子３１で覆われないために、Ｃｕ粒子７同士を直接、接触させた結合体１７ａを形成することができる。その結果、形成される導通路の電気抵抗を小さくすることができる。そしてこの状態で加熱して、Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子３１の共晶温度以上に達するとＳｎ−Ｂｉ系半田粒子３１が部分的に溶融しはじめる。溶融する半田の組成は温度で決まり、加熱時の温度で溶融しにくいＳｎはＳｎ固相体として残留する。また、溶融した半田にＣｕ粒子７が接触してその表面が溶融したＳｎ−Ｂｉ系半田で濡れたとき、その濡れた部分の界面でＣｕとＳｎの相互拡散が進んでＳｎ−Ｃｕの化合物層等が形成される。このようにしてＣｕ粒子７の面接触部を除く表面に接触するように第二金属領域１８が生成する。第二金属領域１８の一部は面接触部を跨ぐように形成される。このような第二金属領域１８の一部が面接触部を跨ぐように被覆した場合には、面接触部は補強され弾性に優れた導通路となる。そして、Ｓｎ−Ｃｕの化合物層等の形成や、相互拡散がさらに進行することにより、溶融した半田中のＳｎは減少する。溶融した半田中の減少したＳｎはＳｎ固体層から補填されるために溶融状態は維持し続けられる。さらにＳｎが減少し、ＳｎとＢｉの比率がＳｎ−５７ＢｉよりもＢｉが多くなるとＢｉが偏析しはじめ、ビスマスを主成分とする固相体として第二金属領域が析出して形成される。
【００７８】
よく知られている比較的低温域で溶融する半田材料としては、Ｓｎ−Ｐｂ系半田、Ｓｎ−Ｉｎ系半田、Ｓｎ−Ｂｉ系半田などがある。これらの材料のうち、Ｉｎは高価であり、Ｐｂは環境負荷が高いとされている。
一方、Ｓｎ−Ｂｉ系半田の共晶温度は、通常、電子部品を表面実装する際の一般的な半田リフロー温度よりも低い。従って、Ｓｎ−Ｂｉ系半田のみを回路基板のビアホール導体として単体で用いた場合には、半田リフロー時にビアホール導体の半田が再溶融することによりビア抵抗が変動してしまうおそれがある。一方、本実施形態のビアペーストを用いた場合には、Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子のＳｎがＣｕ粒子の表面と反応することによりＳｎ−Ｂｉ系半田粒子からＳｎ濃度が減少し、一方で、加熱冷却工程を経ることによりＢｉが析出してＢｉ相が生成される。そして、このようにＢｉ相を析出させて存在させることにより、半田リフローに供してもビアホール導体の半田が再溶融しにくくなる。その結果、半田リフロー後でも、抵抗値の変動が起こりにくくなる。
【００７９】
圧縮後のビアペースト２８を加熱する温度は、Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子３１の共晶温度以上の温度であり、板状体２５の構成成分を分解しないような温度範囲であればとくに限定されない。具体的には、例えば、Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子としてＳｎ−５８Ｂｉ系半田粒子を用いる場合には、１５０〜２５０℃、さらには１６０〜２３０℃程度の範囲であることが好ましい。なお、このときに温度を適切に選択することにより、ビアペースト２８中に含まれる硬化性樹脂成分を硬化させることができる。
【００８０】
このようにして、上層の配線と下層の配線とを層間接続するためのビアホール導体１４が形成される。
【００８１】
本実施形態における、ビアペースト２８中に含まれる金属成分中のＣｕ粒子の含有割合は、先述したようにＣｕとＳｎとの質量比（Ｃｕ／Ｓｎ）が、１．５９〜２１．４３の範囲になるように含有させることが好ましい。この理由を以下に説明する。
【００８２】
図３は、Ｃｕ／Ｓｎが１．５９より小さい場合におけるビアホール導体の一例を示す、模式断面図である。
【００８３】
図３に示すように、Ｃｕ／Ｓｎの比が１．５９より小さい場合、ビアホール導体中のＣｕの割合が少なくなり、多数のＣｕ粒子７同士が互いに面接触しにくくなり、Ｃｕ粒子７が金属間化合物４からなるマトリクス中に点在するように存在する傾向がある。この場合には、多数のＣｕ粒子７が硬い金属間化合物４により硬く束縛されてしまうために、ビアホール導体自身もバネ性が低い硬い状態になる傾向がある。Ｃｕ粒子７に比べ、Ｃｕ6Ｓｎ5、Ｃｕ3Ｓｎのような金属間化合物４は硬く、変形しにくい。発明者らの調査によると、ビッカース硬度はＣｕ6Ｓｎ5で約３７８Ｋｇ／ｍｍ2、Ｃｕ3Ｓｎで約３４３Ｋｇ／ｍｍ2であり、Ｃｕの１１７Ｋｇ／ｍｍ2よりも著しく高い。
【００８４】
そして、Ｃｕ粒子７と金属間化合物４では、互いの熱膨張係数が異なるため、半田リフロー時に、この熱膨張係数の違いによる内部応力が発生し、その結果クラックやボイド２４が発生しやすくなる。
【００８５】
また、Ｃｕ／Ｓｎの質量比が１．５９より小さい場合には、ボイドが発生しやすくなる。このようなボイドの発生原因の重要な要因としては、ＳｎとＣｕとの接触拡散によるカーケンダル効果（Kirkendall effect）によるカーケンダルボイドが挙げられる。カーケンダルボイドは、Ｃｕ粒子の表面とＣｕ粒子同士の隙間に充填されたＳｎまたはＳｎを含む合金との界面に発生しやすい。
【００８６】
図３に示すようにＣｕ粒子７と金属間化合物４の界面にクラックやボイド２４が存在する場合、クラックやボイド２４が伝播して広がりやすくなる傾向がある。カーケンダルボイドが発生したときにはカーケンダルボイドも伝播して広がりやすくなる傾向がある。とくにビアホール導体の径が小さい場合、クラックやボイド２４は、金属間化合物４の凝集破壊や、更にはビアホール導体の断線の発生原因となりやすい。そして、これら凝集破壊や界面破壊が、ビアホール導体の内部に発生した場合、ビア部分の電気抵抗が増加し、ビア部分の信頼性に影響を与える。
【００８７】
一方、Ｃｕ／Ｓｎの比が１．５９以上の場合について、図１（Ｂ）及び図２を参照しながら模式的に説明する。
Ｃｕ／Ｓｎの比が１．５９以上の場合、図１（Ｂ）に示すように、金属部分１５に含まれる第二金属領域１８は、多数のＣｕ粒子７同士が面接触する面接触部２０やＣｕ粒子７の表面を物理的に保護している。図２に示す矢印２２ａ、２２ｂは、ビアホール導体１４に加えられた外力や、ビアホール導体１４に発生した内部応力を示す。ビアホール導体１４に矢印２２ａに示すような外力や内部応力２２ｂが掛かった場合、柔軟なＣｕ粒子７が変形することにより力が緩和される。また、例え、第二金属領域１８にクラックが発生したとしても、多数のＣｕ粒子７同士が面接触していることにより結合体１７ａによる導通路は充分に確保されており、電気的特性や信頼性に大きな影響を与えない。なお、図１（Ｂ）に示すように、金属部分１５全体は樹脂部分１６で弾性的に保護されているために、変形はさらに一定の範囲で抑えられる。従って、凝集破壊や界面破壊が発生しにくくなる。
【００８８】
またＣｕ／Ｓｎが１．５９以上である場合には、面接触部２０を跨ぐように、第二金属領域１８が形成されやすくなる。そして、Ｃｕ／Ｓｎが１．５９以上の場合には、カーゲンダルボイドは、Ｃｕ粒子同士の隙間に充填されたＳｎ−Ｂｉ系半田粒子の内部やその界面に発生するのではなく、第二金属領域１８側に発生しやすくなる。第二金属領域１８に発生したカーゲンダルボイドは、ビアホール導体１４の信頼性や電気特性に影響を与えにくい。電気的導通はＣｕ粒子７同士の接触により充分に確保されているためである。
【００８９】
次に、図５（Ｃ）に示すように、配線１２を形成する。配線１２は、表層に貼り合わされた銅箔３０の表面にフォトレジスト膜を形成し、フォトマスクを介して選択的露光することによりパターニングした後、現像を行い、エッチングにより配線部以外の銅箔を選択的に除去した後、フォトレジスト膜を除去すること等により形成されうる。フォトレジスト膜の形成には、液状のレジストを用いてもドライフィルムを用いてもよい。
【００９０】
このような工程により、上層の配線１２ａと下層の配線１２ｂとをビアホール導体１４を介して層間接続した両面に回路形成された配線基板４１が得られる。このような配線基板４１をさらに、多層化することにより図１（Ａ）に示すような複数層の回路が層間接続された多層配線基板１１が得られる。配線基板４１の多層化の方法について図６を参照して説明する。
【００９１】
はじめに、図６（Ａ）に示すように、上述のようにして得られた配線基板４１の両表面に、図４（Ｄ）で得られたのと同様のビアペースト２８からなる突出部２９を有する板状体２５を配置する。さらに、各板状体２５の外表面それぞれに銅箔３０を配置して重ね合わせ体を形成させる。そして、この重ね合わせ体をプレス金型に挟み込み、上述したような条件でプレス及び加熱することにより、図６（Ｂ）に示すような積層体が得られる。そして、上述したようなフォトプロセスを用いることにより新たな配線１２が形成される。このような多層化プロセスをさらに繰り返すことにより多層配線基板１１が得られる。
【実施例】
【００９２】
次に実施例により本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明の範囲は本実施例の内容により何ら限定して解釈されるものではない。
【００９３】
［実施例１〜５及び比較例１〜６］
はじめに、本実施例で用いた原材料を以下にまとめて説明する。
・Ｃｕ粒子：平均粒子径５μｍの三井金属（株）製1100Y
・Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子：Ｓｎ４２-Ｂｉ５８、平均粒子径３μｍ、共晶温度１３８℃、山石金属（株）製
・エポキシ樹脂：ジャパンエポキシレジン（株）製jeR871及び硬化剤
・樹脂シート：表１に記載のような割合でエポキシ樹脂と水酸化アルミニウムとを含有する厚み６０μｍのＢステージの板状体
・保護フィルム：厚み２５μｍのＰＥＴ製シート
・銅箔（厚み２５μｍ）
【００９４】
（ビアペーストの調整）
Ｃｕ粒子６０質量％及びＳｎ−Ｂｉ系半田粒子４０質量％を含む金属成分とエポキシ樹脂及び硬化剤の樹脂成分とを配合し、プラネタリーミキサーで混合することにより、ビアペーストを調製した。なお、樹脂成分の配合割合は、Ｃｕ粒子及びＳｎ−Ｂｉ系半田粒子の合計１００質量部に対して、エポキシ樹脂１０質量部、硬化剤２質量部とした。
【００９５】
（多層配線基板の製造）
樹脂シートの両表面に保護フィルムを貼り合わせた。そして、保護フィルムを貼り合わせた樹脂シートの外側からレーザーにより直径１５０μｍの孔を１００個以上穿孔した。
次に、調製されたビアペーストを貫通孔に満充填した。そして、両表面の保護フィルムを剥離することにより、貫通孔からビアペーストの一部が突出して形成された突出部を表出させた。
次に、樹脂シートの両表面に、突出部を覆うようにして銅箔を配置した。そして、加熱プレスの一対の金型の下型の上に離形紙を介して、銅箔が配置された樹脂シートとの積層体を載置し、常温２５℃から最高温度２２０℃までを６０分で昇温して２２０℃を６０分間キープしたのち、６０分間かけて常温まで冷却した。なお、プレス圧は３ＭＰａであった。このようにして多層配線基板を得た。
そして、両表面に貼り合わせられた銅箔にフォトマスクを介して選択的露光することによりパターニングした後、現像を行い、エッチングにより配線部以外の銅箔を選択的に除去した後、フォトレジスト膜を除去することにより回路を形成した。このようにして線幅１００μｍの回路が形成された配線基板を得た。
次に、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に示すような工程により配線基板を多層化した。具体的には、得られた配線基板の両表面に、さらに、上述したような突出部を表出させた樹脂シートを配置した。そして、各樹脂シートの外表面それぞれに銅箔を配置して重ね合わせ体を形成させた。そして、この重ね合わせ体をプレス金型に挟み込み、上述したような条件でプレス及び加熱した。このようにして、内層に２層の回路が埋め込まれた多層配線基板が得られた。
【００９６】
（評価）
<配線埋込性>
得られた多層配線基板の断面を目視で観察し、評価した。全ての配線が絶縁樹脂に充分に埋められて場合をＡ、一部の配線が絶縁樹脂に完全に埋め込まれておらず、内層に空隙が存在する場合をＢと判定した。
<抵抗特性>
得られた配線基板に形成された１００個のビアホール導体の抵抗値を４端子法により測定して求めた。そして、１００個の最大抵抗値を求めた。そして、１００個測定したサンプルの最大抵抗値が１０ｍΩ未満の場合をＡ、１０ｍΩ〜１Ωの場合をＢ、１Ωより大きい場合をＣと判定した。
【００９７】
【表１】
【００９８】
表１より、本発明に係る実施例１〜５の配線基板の場合には低抵抗化と配線埋込性とが両立できていることがわかる。一方、水酸化アルミニウムの含有割合が６０質量％未満である比較例１〜５の配線基板の場合には最大抵抗値が高かった。これは、樹脂シート中の水酸化アルミニウムの含有割合が少なすぎることにより耐熱性や形態安定性が不充分になることにより、プレス中に樹脂シートが流動して接続部分の接触が不安定になったためであると考えられる。また、９５％を超える比較例６の配線基板の場合には配線埋込性が不充分であった。これは、樹脂シート中の水酸化アルミニウムの含有割合が高すぎることにより、耐熱性や形態安定性が高くなりすぎて、配線の埋込性や配線の密着性が損なわれるためであると考えられる。なお、水酸化アルミニウムの代わりに、シリカを用いた場合にもほぼ同様の結果が得られた。また、後述するＳＥＭにより、実施例１〜５のいずれにおいても、銅粒子同士が、互いに面接触することにより面接触部を形成しており、第二金属領域の少なくとも一部分が第一金属領域に接触していることを確認した。
【００９９】
［実施例６〜１１及び比較例７〜９］
次に、Ｃｕ粒子とＳｎ−Ｂｉ系半田粒子との配合割合について検討した。具体的には、表２に記載の配合組成でＣｕ粒子及びＳｎ４２-Ｂｉ５８半田粒子を配合したペーストを調製した以外は実施例１と同様にして配線基板を得た。そして、初期抵抗値、接続信頼性、剥離試験を以下の方法により評価した。
【０１００】
（評価）
〈抵抗値判定〉
得られた配線基板に形成された１００個のビアホール導体の抵抗値を４端子法により測定して求めた。そして、１００個の最大抵抗値を求めた。そして、１００個のサンプルのうちの最大抵抗値が２ｍΩ未満の場合をＡ、２〜３ｍΩの場合をＢ、３ｍΩより大きい場合をＣと判定した。
〈剥離試験〉
得られた配線基板の表面の銅箔を剥離（あるいは破壊）したときのビアホール導体の密着性を調べた。このとき剥離ができなかったときをＡ、困難であったが剥離したときをＢ、容易に剥離したときをＣと判定した。
〈初期抵抗値〉
多層配線基板に形成された１００個のビアホールの連結接続抵抗値を４端子法により測定した。なお、初期抵抗値としては１Ω以下のものをＡ、１Ω以下のものと１Ωを超えるものが混在していたものをＢ、全て１Ωを超えていたものをＣと判断した。
〈接続信頼性〉
初期抵抗値を測定した多層配線基板の５００サイクルのヒートサイクル試験を行い、初期抵抗値に対する変化率が１０％以下のものをＡ、１０％を超えたものをＢと判断した。
結果を表１に示す。
【０１０１】
【表２】
【０１０２】
表２から、Ｓｎ４２-５８Ｂｉ粒子の割合が６０質量％以下の実施例１０〜１１の場合には、最大抵抗値が小さくなることが判る。しかしながら、Ｓｎ４２-５８Ｂｉ粒子を含有しない比較例７の場合には剥離が発生しやすいことがわかる。一方、Ｓｎ４２-５８Ｂｉ粒子の割合が増加するにつれて、剥離が発生しにくくなることがわかる。
【０１０３】
また、Ｓｎ４２-５８Ｂｉ粒子の割合が１０〜６０質量％の範囲においては低抵抗化と高信頼性化が両立できていることがわかる。Ｓｎ４２-５８Ｂｉ粒子が存在しない場合には、Ｃｕ粒子同士が接触する面接触部の周囲に存在する第二金属領域が形成されないために接続信頼性が低下する。一方、Ｓｎ４２-５８Ｂｉ粒子の割合が高すぎる場合には第二金属領域が多くなりすぎることにより、Ｃｕ粒子同士が接触する面接触部が少なくなり、それにより、抵抗値が大きくなる傾向がある。
【０１０４】
ここで、代表的に、本発明に係るペーストＮｏ．９を用いて得られた多層配線基板のビア導体の断面の電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真及び、そのトレース図を図８〜図９に示す。なお、図８は３０００倍、図９は６０００倍であり、それぞれＳＥＭ写真（Ａ）及びそのトレース図（Ｂ）を示している。また、図１０は、ＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analyzer）に用いたビア導体の断面のＳＥＭ写真及びトレース図を示している。
【０１０５】
図８〜図９から、得られたビアホール導体は、多数のＣｕ粒子７が高充填され、互いに面接触して面接触部２０を形成していることがわかる。これにより、抵抗値の低い導通路が形成されることがわかる。また、面接触部２０または銅粒子７の表面、あるいはこの面接触部２０を跨ぐように、錫（Ｓｎ）や錫-銅金属間化合物や錫-銅合金を主成分とする第二金属領域１８が形成されていることがわかる。また、抵抗値の高いＢｉを主成分とする第三金属領域１９は、実質的にＣｕ粒子と接触していないことがわかる。この第三金属領域は、Ｓｎ４２-５８Ｂｉ粒子中のＳｎがＣｕ粒子７の表面のＣｕと合金（例えば金属間化合物）を形成することにより、高濃度のＢｉが析出したと思われる。なお、実施例６〜１１のいずれにおいても同様に、銅粒子同士が、互いに面接触することにより面接触部を形成しており、第二金属領域の少なくとも一部分が第一金属領域に接触していることを確認した。
【０１０６】
また、図１１に、図１０のＳＥＭ像をＥＰＭＡによりＣｕ元素のマッピングを行ったときの像（Ａ）及びそのトレース図（Ｂ）を示す。
【０１０７】
図１１（Ａ）（Ｂ）より、得られたビアホール導体には、多数のＣｕ粒子が高密度にランダムに存在することがわかる。また、多数のＣｕ粒子同士は、直接、面接触することにより電気的に接続していることがわかる。
【０１０８】
また、図１２に、図１０のＳＥＭ像を用いたＳｎ元素のマッピング像（Ａ）及びそのトレース図（Ｂ）を示す。
【０１０９】
図１２（Ａ）（Ｂ）より、多数のＣｕ粒子同士が直接接触する面接触部の表面には、その面接触部を跨ぐように第二金属領域が形成されていることが判る。
【０１１０】
なお、図１０においては、Ｃｕ粒子の表面の大部分が第二金属領域で覆われているように見える。しかし、ＥＰＭＡではエポキシ樹脂は透過されるために、観察面の表層のＳｎ元素だけでなく、下地のＳｎ元素も検出されている。従って、実際は第二金属領域はＣｕ粒子の表面の大部分を覆っているのではなく、その表面、更には面接触部を跨ぐように存在している。このことは、図１４〜図１１で示したＳＥＭ像からもわかる。そして、このような構造によれば、比較的硬い第二金属領域に発生した応力は柔らかいＣｕ粒子で吸収される。そのために、第二金属領域に発生したクラックが伝播して広がることが抑制される。
【０１１１】
さらに、図１３に、図１０のＳＥＭ像を用いたＢｉ元素のマッピング像（Ａ）及びそのトレース図（Ｂ）を示す。
【０１１２】
図１３より、Ｂｉは、第三金属領域がＣｕ粒子と接触しないように存在していることがわかる。このことから、抵抗値の高いＢｉはＣｕ粒子の接触により形成された導通路に影響を与えていないことがわかる。
【０１１３】
［従来技術との比較］
次に、上述した実施例の多層配線基板のビアホール導体の抵抗値と、上述した特許文献４に係るビアホール導体の抵抗値とを比較した結果について説明する。
【０１１４】
図１４は実施例の多層配線基板のビアホール導体の抵抗値と、特許文献４に係る多層配線基板のビアホール導体の抵抗値とを比較したグラフである。
図１４において、横軸（Ｘ軸）は、ビアホール導体中に含まれるビスマスの含有割合を質量％で示したものである。縦軸（Ｙ軸）は、ビアホール導体の抵抗値を相対値（最も低い抵抗値を１とした相対値）で表したものである。
図１４におけるＩの線は、実施例１の［表１］の結果である抵抗値の変化を相対値で示したものである。
【０１１５】
一方、図１４におけるＩＩの線は特許文献４の［表１］の（Ｓｎ−２Ａｇ−０．５Ｃｕ−２０Ｂｉ）における抵抗値の変化を相対値で示したものである。また図１４におけるＩＩＩの線は、特許文献４の［表１］の（Ｓｎ−２Ａｇ−０．５Ｃｕ−１５Ｂｉ）における抵抗値の変化を相対値で示したものである。また、図１４におけるＩＶの線は、特許文献４の［表１］の（Ｓｎ−５８Ｂｉ）における抵抗値の変化を相対値で示したものである。
【０１１６】
図１４より、線Ｉで示す本実施例の多層配線基板のビアホール導体の場合、ビアホール導体中に含まれるビスマスの含有割合が増加しても、ビアホール抵抗は殆ど増加していないことが判る。これは本実施例の多層配線基板のビアホール導体においては、銅粒子同士が互いに直接面接触して銅粒子からなる結合体を形成し、この結合体が複数の配線同士を電気的に接続しているためであるといえる。そのため、ビスマスの含有割合が増加しても抵抗値は殆ど増加しない。
【０１１７】
一方、線ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶで示す特許文献４の［表１］の多層配線基板のビアホール導体の場合、ビアホール導体中に含まれるビスマスの含有割合が増加するにつれて、ビアホール抵抗が急激に増加していることが判る。これは特許文献４の多層配線基板のビアホール導体においては、銅粒子同士が高抵抗の金属成分を介して電気的に接続しているためであると思われる。このことは、特許文献４の段落番号［００１５］に記載されているように「接続に溶解した金属成分が関与している」ためであると思われる。すなわち、ビスマスの含有割合が増加すればするほど、銅粒子間に存在する高抵抗の金属成分の厚みが厚くなるためと考えられる。
【０１１８】
以上のように、本実施例の多層配線基板のビアホール導体の場合、銅粒子は、それらが互いに面接触している部分である面接触部を介して互いに接触してなる結合体を形成し、この結合体が複数の配線同士を電気的に接続しているため、ビアホール導体中のビスマスの含有割合が増加しても、ビアホール抵抗は急激に殆ど増加しないために低抵抗を保っている。
【産業上の利用可能性】
【０１１９】
本発明によれば、携帯電話等に使われる多層配線基板の更なる低背化、小型化、高機能化、高信頼性化が実現できる。
【符号の説明】
【０１２０】
４ 金属間化合物
５，２４ ボイドまたはクラック
７ 銅粒子
１１ 多層配線基板
１２（１２ａ、１２ｂ）、４２ 配線
１３，１１３ 絶縁樹脂層
１４ ビアホール導体
１５ 金属部分
１６ 樹脂部分
１７ 第一金属領域
１７ａ Ｃｕ粒子の結合体
１８ 第二金属領域
１９ 第三金属領域
２０ 面接触部
２１ 仮想のバネ
２５ 板状体
２６ 保護フィルム
２７ 貫通孔
２８ ビアペースト
２９ 突出部
３０ 銅箔
３１ Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子
３２ 硬化性樹脂成分
４１ 配線基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層の第一面に配設された第一配線と前記絶縁樹脂層の第二面に配設された第二配線と、前記絶縁樹脂層を貫通するように設けられた前記第一配線と前記第二配線とを電気的に接続するためのビアホール導体と、を有する多層配線基板であって、
前記絶縁樹脂層は６０〜９５質量％の無機フィラーを含有する熱硬化性樹脂基材からなり、
前記ビアホール導体は金属部分と樹脂部分とを含み、
前記金属部分は、
前記第一配線と前記第二配線とを電気的に接続する経路を形成する銅粒子の結合体を含む第一金属領域と、
錫，錫‐銅合金、及び錫‐銅金属間化合物からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属を主成分とする第二金属領域と、
ビスマスを主成分とする第三金属領域と、を有し、
前記結合体を形成する前記銅粒子同士は、互いに面接触することにより面接触部を形成しており、前記第二金属領域の少なくとも一部分が前記第一金属領域に接触していることを特徴とする多層配線基板。
【請求項２】
前記熱硬化性樹脂基材は繊維基材を含有しない請求項１に記載の多層配線基板。
【請求項３】
前記結合体の、前記面接触部の周囲の少なくとも一部分が前記第二金属領域で覆われている請求項１または２に記載の多層配線基板。
【請求項４】
前記ビアホール導体中の前記銅粒子の質量割合が２０〜９０％の範囲である請求項１〜３の何れか１項に記載の多層配線基板。
【請求項５】
前記金属部分の銅（Ｃｕ）と錫（Ｓｎ）との質量比（Ｃｕ／Ｓｎ）が１．５９〜２１．４３の範囲である請求項１〜４の何れか１項に記載の多層配線基板。
【請求項６】
前記第一金属領域と前記第三金属領域とが接触していない請求項１〜５の何れか１項に記載の多層配線基板。
【請求項７】
６０〜９５質量％の無機フィラーを含有する熱硬化性樹脂基材の表面を保護フィルムで被覆する第１工程と、
前記保護フィルムを介して前記板状体に穿孔して貫通孔を形成する第２工程と、
前記貫通孔に、銅粒子と錫−ビスマス系半田粒子と熱硬化性樹脂とを含むビアペーストを充填する第３工程と、
前記第３工程の後、前記保護フィルムを剥離することにより、前記貫通孔から前記ビアペーストの一部が突出して形成される突出部を表出させる第４工程と、
前記突出部を覆うように、前記熱硬化性樹脂基材の少なくとも一面に金属箔を配置する第５工程と、
前記金属箔を前記熱硬化性樹脂基材の表面に圧着して前記突出部を通じて前記ビアペーストを圧縮することにより、前記銅粒子同士が互いに面接触して形成された面接触部を有する、前記銅粒子の結合体を含む第一金属領域を形成させる第６工程と、
前記第６工程の後、前記ビアペーストを前記錫−ビスマス系半田粒子の共晶温度以上で共晶温度＋１０℃以下の温度の範囲で前記Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子の一部分を溶融させた後、さらに前記共晶温度＋２０℃の温度以上３００℃以下の温度の範囲に加熱することにより、少なくとも一部分が前記第一金属領域の表面に接触した、錫，錫‐銅合金，及び錫‐銅金属間化合物からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属を主成分とする第二金属領域と、前記第二金属領域に接する、ビスマスを主成分とする第三金属領域とを生成させる第７工程と、
を備えたことを特徴とする多層配線基板の製造方法。
【請求項１】
少なくとも１つの絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層の第一面に配設された第一配線と前記絶縁樹脂層の第二面に配設された第二配線と、前記絶縁樹脂層を貫通するように設けられた前記第一配線と前記第二配線とを電気的に接続するためのビアホール導体と、を有する多層配線基板であって、
前記絶縁樹脂層は６０〜９５質量％の無機フィラーを含有する熱硬化性樹脂基材からなり、
前記ビアホール導体は金属部分と樹脂部分とを含み、
前記金属部分は、
前記第一配線と前記第二配線とを電気的に接続する経路を形成する銅粒子の結合体を含む第一金属領域と、
錫，錫‐銅合金、及び錫‐銅金属間化合物からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属を主成分とする第二金属領域と、
ビスマスを主成分とする第三金属領域と、を有し、
前記結合体を形成する前記銅粒子同士は、互いに面接触することにより面接触部を形成しており、前記第二金属領域の少なくとも一部分が前記第一金属領域に接触していることを特徴とする多層配線基板。
【請求項２】
前記熱硬化性樹脂基材は繊維基材を含有しない請求項１に記載の多層配線基板。
【請求項３】
前記結合体の、前記面接触部の周囲の少なくとも一部分が前記第二金属領域で覆われている請求項１または２に記載の多層配線基板。
【請求項４】
前記ビアホール導体中の前記銅粒子の質量割合が２０〜９０％の範囲である請求項１〜３の何れか１項に記載の多層配線基板。
【請求項５】
前記金属部分の銅（Ｃｕ）と錫（Ｓｎ）との質量比（Ｃｕ／Ｓｎ）が１．５９〜２１．４３の範囲である請求項１〜４の何れか１項に記載の多層配線基板。
【請求項６】
前記第一金属領域と前記第三金属領域とが接触していない請求項１〜５の何れか１項に記載の多層配線基板。
【請求項７】
６０〜９５質量％の無機フィラーを含有する熱硬化性樹脂基材の表面を保護フィルムで被覆する第１工程と、
前記保護フィルムを介して前記板状体に穿孔して貫通孔を形成する第２工程と、
前記貫通孔に、銅粒子と錫−ビスマス系半田粒子と熱硬化性樹脂とを含むビアペーストを充填する第３工程と、
前記第３工程の後、前記保護フィルムを剥離することにより、前記貫通孔から前記ビアペーストの一部が突出して形成される突出部を表出させる第４工程と、
前記突出部を覆うように、前記熱硬化性樹脂基材の少なくとも一面に金属箔を配置する第５工程と、
前記金属箔を前記熱硬化性樹脂基材の表面に圧着して前記突出部を通じて前記ビアペーストを圧縮することにより、前記銅粒子同士が互いに面接触して形成された面接触部を有する、前記銅粒子の結合体を含む第一金属領域を形成させる第６工程と、
前記第６工程の後、前記ビアペーストを前記錫−ビスマス系半田粒子の共晶温度以上で共晶温度＋１０℃以下の温度の範囲で前記Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子の一部分を溶融させた後、さらに前記共晶温度＋２０℃の温度以上３００℃以下の温度の範囲に加熱することにより、少なくとも一部分が前記第一金属領域の表面に接触した、錫，錫‐銅合金，及び錫‐銅金属間化合物からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属を主成分とする第二金属領域と、前記第二金属領域に接する、ビスマスを主成分とする第三金属領域とを生成させる第７工程と、
を備えたことを特徴とする多層配線基板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１４】
【図１５】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１４】
【図１５】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１３８４１７（Ｐ２０１２−１３８４１７Ａ）
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８８４４７（Ｐ２０１０−２８８４４７）
【出願日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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