配線基板、配線基板の製造方法、及びビアペースト
【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１３を介して配設された複数の配線１２と、複数の配線１２同士を電気的に接続するビアホール導体１４とを有する配線基板であって、ビアホール導体１４は、金属部分１５と樹脂部分１６とを含み、金属部分１５は、銅粒子１７、錫，錫-銅合金、錫-銅金属間化合物を主成分とする第１金属領域１８、ビスマスを主成分とする第２金属領域１９とを含み、Ｃｕ／Ｓｎが、１．５９〜２１．４３であり、銅粒子１７は、それらが互いに接触することにより複数の配線１２同士を電気的に接続しており、第１金属領域１８の少なくとも一部が、銅粒子１７同士の接触している部分の周囲を覆っている配線基板１１を用いる。
【解決手段】絶縁樹脂層１３を介して配設された複数の配線１２と、複数の配線１２同士を電気的に接続するビアホール導体１４とを有する配線基板であって、ビアホール導体１４は、金属部分１５と樹脂部分１６とを含み、金属部分１５は、銅粒子１７、錫，錫-銅合金、錫-銅金属間化合物を主成分とする第１金属領域１８、ビスマスを主成分とする第２金属領域１９とを含み、Ｃｕ／Ｓｎが、１．５９〜２１．４３であり、銅粒子１７は、それらが互いに接触することにより複数の配線１２同士を電気的に接続しており、第１金属領域１８の少なくとも一部が、銅粒子１７同士の接触している部分の周囲を覆っている配線基板１１を用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁樹脂層を介して配された複数の配線同士が電気的に層間接続されてなる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、絶縁樹脂層を介して配された配線同士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、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ものも知られている。
【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、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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に開示された配線基板のビアホール部分の模式断面図である。
【０００８】
図１５の配線基板の模式断面図においては、配線基板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、金属間化合物であるＣｕ3Ｓｎ、Ｃｕ6Ｓｎ5を含むマトリクス４と、マトリクス４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）で表される重量比を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。
【０００９】
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。
【００１０】
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Ｐｂを含むものであり、加熱プレス時の温度も１８０℃から３２５℃と高い温度になるために、一般のガラス繊維にエポキシ樹脂を含浸させてなる絶縁樹脂層（ガラスエポキシ樹脂層と呼ばれることもある）に対応させることは困難であった。また市場から求められている、Ｐｂフリー化に対応することも困難であった。
【００１１】
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、銅粒子の表層に形成される合金層は抵抗値が高い。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。
【００１２】
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】
【００１３】
本発明の一局面である配線基板は、絶縁樹脂層と、絶縁樹脂層を介して配設された複数の配線と、絶縁樹脂層を貫通するように設けられた複数の配線同士を電気的に接続するビアホール導体と、を有する配線基板であって、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、銅（Ｃｕ）粒子、錫（Ｓｎ），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１金属領域、及びビスマス（Ｂｉ）を主成分とする第２金属領域とを含み、且つ、ＣｕとＳｎとの重量比（Ｃｕ／Ｓｎ）が、１．５９〜２１．４３の範囲であり、銅粒子は、それらが互いに接触することにより複数の配線同士を電気的に接続しており、第１金属領域の少なくとも一部が、銅粒子同士の接触している部分を跨ぐようにその周囲を覆っていることを特徴とする。
【００１４】
また本発明の他の一局面である配線基板の製造方法は、保護フィルムで被覆された未硬化状態または半硬化状態のプリプレグに、保護フィルムの外側から穿孔することにより貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、貫通孔にビアペーストを充填する充填工程と、充填工程の後、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剥離工程と、突出部を覆うように、プリプレグの表面に金属箔を配置する配置工程と、金属箔をプリプレグの表面に圧着する圧着工程と、圧着工程の後、所定の温度で加熱する加熱工程と、を備え、ビアペーストが、Ｃｕ粒子とＳｎ−Ｂｉ系半田粒子と熱硬化性樹脂とを含み、且つ、ＣｕとＳｎとの重量比（Ｃｕ／Ｓｎ）が、１．５９〜２１．４３の範囲であり、圧着工程において、突出部を通じてビアペーストを圧縮することにより、Ｃｕ粒子同士を接触させて、互いに電気的に接続し、加熱工程において、Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子の融点以上の温度で加熱する、ことを特徴とする。
【００１５】
また本発明の他の一局面であるビアペーストは、Ｃｕ粒子とＳｎ−Ｂｉ系半田粒子と熱硬化性樹脂とを含み、且つ、ＣｕとＳｎとの重量比（Ｃｕ／Ｓｎ）が、１．５９〜２１．４３の範囲であることを特徴とする。
【００１６】
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】
【００１７】
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接触して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、銅粒子同士が互いに接触している部分が、銅粒子よりも硬い、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１金属領域で覆われていることにより補強されている。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】
【００１８】
【図１】図１（Ａ）は、実施形態の多層配線基板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、多数の銅粒子１７が接触することにより形成された一つの導通路２３に着目して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の一例を示す、模式断面図である。
【図４】図４は、多層配線基板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、配線基板の多層化を説明するための模式断面図を示す。
【図７】図７は実施形態における、プリプレグの貫通孔に充填されたビアペースト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は、実施例で得られたビアホール導体におけるＣｕ／Ｓｎの重量比率に対する抵抗値（１via/ｍΩ）を示すグラフである。
【図９】図９（Ａ）は、実施例で得られた多層配線基板のビア導体の断面の３０００倍の電子顕微鏡（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導体の断面の６０００倍のＳＥＭ写真、図１０（Ｂ）はそのトレース図を示す。
【図１１】図１１（Ａ）は、実施例で得られた多層配線基板のビア導体の断面のＳＥＭ写真、図１１（Ｂ）はそのトレース図を示す。
【図１２】図１２（Ａ）は、図１１のＳＥＭ像のＣｕ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１１のＳＥＭ像のＳｎ元素のマッピングを行ったときの像、図１３（Ｂ）はそのトレース図を示す。
【図１４】図１４（Ａ）は、図１１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】
【００１９】
本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。
【００２０】
図１（Ａ）は、本発明に係る多層配線基板１１の模式断面図である。また、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）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】
多層配線基板１１は、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は配線、１３は絶縁樹脂層、１４はビアホール導体である。そして、ビアホール導体１４は、金属部分１５と樹脂部分１６とを含む。金属部分１５は、多数のＣｕ粒子１７と、錫，錫-銅合金，及び／又は錫-銅金属間化合物を主成分とする第１金属領域１８と、Ｂｉを主成分とする第２金属領域１９とを含む。また、Ｃｕ粒子１７の少なくとも一部は、それらが互いに接触して低抵抗の導通路を形成することにより、上層の配線１２（１２ａ）と下層の配線１２（１２ｂ）とを電気的に接続している。
【００２３】
Ｃｕ粒子１７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１７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。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１７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。
【００２４】
Ｃｕ粒子１７の純度は、ビアホール導体１４の抵抗値を充分に低下させ、また、複数のＣｕ粒子１７同士が接触する部分において容易に変形することを可能にするために、９０質量％以上、さらには９９質量％以上であることが好ましい。なお、Ｃｕ粒子１７は純度が高いほど柔らかくなる。従って、純度が高い場合には、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、Ｃｕ粒子１７同士の接触面積が大きくなりやすい点から好ましい。
【００２５】
なお、Ｃｕ粒子１７の平均粒径や、Ｃｕ粒子１７同士の接触部２０は、形成された配線基板を樹脂埋めした後、ビアホール導体の断面を研磨（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。
【００２６】
多数のＣｕ粒子１７は、互いに接触しており、配線１２ａと配線１２ｂとの間に低抵抗の導通路を形成する。従って、配線１２ａと配線１２ｂとの接続抵抗を低くすることができる。
【００２７】
なお、ビアホール導体１４においては、図１（Ｂ）に示すように、多数のＣｕ粒子１７が整然と整列することなく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導通路が形成されている。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１７同士が接触する位置はランダムである。ランダムな位置でＣｕ粒子１７同士を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。
【００２８】
ビアホール導体中に含有されるＣｕ粒子１７の体積割合としては、３０〜９０体積％、さらには、４０〜７０体積％であることが好ましい。Ｃｕ粒子の体積割合が低すぎる場合には、多数のＣｕ粒子により形成された導通路による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。
【００２９】
図１（Ｂ）に示すように、錫（Ｓｎ），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１金属領域１８の少なくとも一部は、銅粒子同士の接触している部分をその周囲を跨ぐように覆っている。このように、銅粒子同士の接触している部分の周囲を第１金属領域１８で覆うような構造を形成させることにより、その接触部２０が補強される。
【００３０】
第１金属領域１８は、錫，錫-銅合金及び／または錫-銅金属間化合物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。
【００３１】
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２金属領域１９が、Ｃｕ粒子１７とは接触せず、第１金属領域１８と接触するように存在している。ビアホール導体１４においては、第２金属領域１９がＣｕ粒子１７とは接しないように存在するために、ビアホール導体１４に対する上述のような電気的影響を抑制することができる。
【００３２】
第２金属領域は、Ｂｉを主成分として含有する。また、残余の成分としては、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。
【００３３】
なお、第１金属領域と第２金属領域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１金属領域は第２金属領域よりもＳｎの濃度が高く、第２金属領域は第１金属領域よりもＢｉの濃度が高い。また、第１金属領域と第２金属領域との界面は、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。
【００３４】
ビアホール導体１４を構成する金属部分は、銅粒子１７、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１金属領域１８、及びビスマスを主成分とする第２金属領域１９とを含み、且つ、ＣｕとＳｎとの重量比（Ｃｕ／Ｓｎ）が、１．５９〜２１．４３の範囲である。このＣｕ／Ｓｎ比の意義については後に詳述する。
【００３５】
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。
【００３６】
ビアホール導体中の樹脂部分１６の体積割合としては、０．１〜５０体積％、さらには、０．５〜４０体積％であることが好ましい。樹脂部分１６の体積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。
【００３７】
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。
図２は、多数のＣｕ粒子１７同士が接触することにより形成された一つの導通路２３に着目して説明する説明図である。また、便宜上、樹脂成分１６は表示していない。さらに、２１はビアホール導体１４の作用の説明に用いるために示した仮想のばねである。
図２に示すように、導通路は多数のＣｕ粒子１７同士が互いにランダムに接触することにより形成され、配線１２ａと配線１２ｂとを電気的に層間接続している。そして、多数のＣｕ粒子１７が接触している接触部２０においては、接触部２０の周囲を被覆し、且つ接触部２０を跨ぐように第１金属領域１８が形成されている。
【００３８】
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。
【００３９】
このような外向きの力は、柔軟性の高いＣｕ粒子１７自身が変形するとともに、Ｃｕ粒子１７同士の接触位置が多少ずれることにより緩和される。このとき、第１金属領域１８の硬さは、Ｃｕ粒子１７の硬さよりも硬いために、接触部２０の変形に抵抗しようとする。従って、Ｃｕ粒子１７間の接触部２０が変形に無制限に追従しようとした場合には、第１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粒子間の接触部２０が離間するまでは変形しない。これは、Ｃｕ粒子１７が接触して形成する導通路をばねに喩えた場合、導通路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１金属領域１８により変形が規制される。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、導通路があたかもばね２１のように外力及び内力のいずれの方向の力に対しても、力を緩和するように作用することにより、電気的接続の信頼性を確保することができる。
【００４０】
次に、上述したような多層配線基板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。
【００４１】
本実施形態の製造方法においては、はじめに、図４（Ａ）に示すように、未硬化または半硬化状態（Ｂステージ）のプリプレグ２５の両面に保護フィルム２６が貼り合わされる。
【００４２】
プリプレグとしては、繊維基材に樹脂ワニスを含浸させた後、乾燥させることにより得られる、未硬化状態または半硬化状態（Ｂ−ステージ）のプリプレグが好ましく用いられる。繊維基材は織布でも不織布でもよい。その具体例としては、例えば、ガラスクロス、ガラスペーパー、ガラスマット等のガラス繊維布のほか、例えば、クラフト紙、リンター紙、天然繊維布、アラミド繊維を含む有機繊維布等が挙げられる。また、樹脂ワニスに含有される樹脂成分としては、エポキシ樹脂等が挙げられる。また、樹脂ワニスは、さらに、無機充填材等を含んでもよい。
【００４３】
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。
【００４４】
プリプレグに保護フィルムを貼り合わせる方法としては、プリプレグ表面にタック性がある場合にはそのタック性により貼り合わせることができる。
【００４５】
次に、図４（Ｂ）に示すように、保護フィルム２６が配されたプリプレグ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。
【００４６】
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。
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１４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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
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悪くなる傾向がある。
【００４９】
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。
【００５０】
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。これらの中でも、とくにＳｎ−Ｂｉ系半田粒子の融点よりも高い沸点を有するアミン化合物は、接合時の接触抵抗を低減させる作用がとくに高い点から好ましい。
【００５１】
アミン化合物の具体例としては、例えば、2-メチルアミノエタノール（沸点１６０℃）、N,Nジエチルエタノールアミン（沸点１６２℃）、N,Nジブチルエタノールアミン（沸点２２９℃）、Nメチルエタノールアミン（沸点１６０℃）、Nメチルジエタノールアミン（沸点２４７℃）、Nエチルエタノールアミン（沸点１６９℃）、Nブチルエタノールアミン（沸点１９５℃）、ジイソプロパノールアミン（沸点２４９℃）、N,Nジエチルイソプロパノールアミン（沸点１２５．８℃）、2，2'-ジメチルアミノエタノール（沸点１３５℃）、トリエタノールアミン等（沸点２０８℃）が挙げられる。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
また、金属成分中のＣｕ粒子の含有割合としては、ＣｕとＳｎとの重量比（Ｃｕ／Ｓｎ）が、１．５９〜２１．４３の範囲になるように含有させることが必要である。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。
【００５５】
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は、充填工程の後に、保護フィルムを剥離したときに、ビアペーストの一部がプリプレグに形成された貫通孔から突出して突出部が表出するように、プリプレグに形成された貫通孔からはみ出す量を充填する必要がある。
【００５６】
次に、図４（Ｄ）に示すように、プリプレグ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の一部をプリプレグ２５に形成された貫通孔から突出部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。突出部の高さが高すぎる場合には、後述する圧着工程において貫通孔の周囲のプリプレグにペーストが圧し広が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。
【００５７】
次に、図５（Ａ）に示すように、プリプレグ２５の上にＣｕ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）に示すようにプリプレグ２５とＣｕ箔３０とを一体化させる。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プリプレグ２５の貫通孔に充填されたビアペースト２８が高い力で圧縮される。それにより、ビアペースト２８中に含まれる複数のＣｕ粒子１７同士の間隔が狭められ、Ｃｕ粒子１７同士が接触する。
【００５８】
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、プリプレグ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。
【００５９】
ここで、プリプレグ２５の貫通孔に充填された突出部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。
【００６０】
図７は、ビアペースト２８が充填されたプリプレグ２５の貫通孔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。
【００６１】
図７（Ａ）に示すように、プリプレグ２５に形成された貫通孔から突出した突出部２９をＣｕ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の一部はプリプレグ２５の中に浸透する。そして、その結果、貫通孔に充填されたＣｕ粒子１７及びＳｎ−Ｂｉ系半田粒子３１の密度が高くなる。
【００６２】
そして、このように高密度化されたＣｕ粒子１７同士は互いに接触する。圧縮においては、当初はＣｕ粒子１７同士は互いに点接触し、その後、圧力が増加するにつれて点接触部が変形して広がり、面接触する。このように、多数のＣｕ粒子１７同士を面接触させることにより、上層の配線１２ａと下層の配線１２ｂとを低抵抗な状態で電気的に接続することができる。すなわち、この工程によれば、Ｃｕ粒子１７の表面全体がＳｎ−Ｂｉ系半田粒子３１で覆われることがなく、Ｃｕ粒子１７が互いに接触する部分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とともに、後の加熱工程でＳｎ−Ｂｉ系半田粒子３１を溶融することにより、Ｃｕ粒子同士の接触部２０を跨ぐようにその表面を第１金属領域１８で被覆して、弾性に優れた導通路を形成することができる。
【００６３】
次に、圧縮後のビアペースト２８をＳｎ−Ｂｉ系半田粒子３１の融点以上の温度で加熱する。この加熱によりＳｎ−Ｂｉ系半田粒子３１が溶融する。そして、Ｃｕ粒子１７の周囲に、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１金属領域１８が形成される。この場合において、Ｃｕ粒子１７同士が接触している部分はこの部分を跨ぐようにして第１金属領域１８により覆われる。詳しくは、Ｃｕ粒子１７と溶融したＳｎ−Ｂｉ系半田粒子３１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１７中のＣｕとが反応して、Ｃｕ6Ｓｎ5やＣｕ3Ｓｎを含む金属間化合物や錫-銅合金を主成分とする第１金属領域１８が形成される。一方、Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子３１に含まれる残されたＢｉはＳｎから分離して析出することにより、ビスマス（Ｂｉ）を主成分とする第２金属領域１９が形成される。
【００６４】
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系半田の融点は、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１４０℃以下である。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。
【００６５】
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の融点以上の温度であり、プリプレグ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。
【００６６】
このようにして、上層の配線１２ａと下層の配線１２ｂとを層間接続するためのビアホール導体が形成される。
【００６７】
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との重量比（Ｃｕ／Ｓｎ）が、１．５９〜２１．４３の範囲になるように含有させることが必要である。この理由を以下に説明する。
【００６８】
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。
【００６９】
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１７同士が互いに接触しにくくなり、Ｃｕ粒子１７が金属化合物４からなるマトリクス中に点在することになる。この結果、多数のＣｕ粒子１７が硬い金属化合物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無い硬い状態になる。Ｃｕ粒子１７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。
【００７０】
そして、Ｃｕ粒子１７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。
【００７１】
また、Ｃｕ／Ｓｎの重量比が１．５９より小さい場合には、さらに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。
【００７２】
図３に示すようにＣｕ粒子１７と金属間化合物４の界面にボイドやクラックが存在する場合、ボイドやクラック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、クラックやボイドは、金属間化合物４の凝集破壊や、更にはビアホール導体２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３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。
【００７３】
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。
図１（Ｂ）に示すように、Ｃｕ／Ｓｎの比が１．５９以上の場合、金属部分１５に含まれる第１金属領域１８は、多数のＣｕ粒子１７同士が接触する部分を物理的に保護するように存在している。図２に示す矢印２２ａ、２２ｂは、ビアホール導体２に加えられた外力や、ビアホール導体２に発生した内部応力を示す。ビアホール導体に矢印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１７が変形することにより力が緩和される。また、例え、第１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１７同士が接触することにより形成される導通路は確保されるために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全体は硬化性樹脂成分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。
【００７４】
またＣｕ／Ｓｎが１．５９以上である場合には、Ｃｕ粒子同士の接触部を跨ぐように、それらの表面に第一領域が形成される。すなわち、Ｃｕ／Ｓｎが１．５９以上の場合には、カーゲンドールボイドは、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、銅粒子同士の接触部の周囲を跨ぐように覆っている第１金属領域に発生しやすくなる。第１金属領域に発生したカーゲンドールボイドは、ビアホール導体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粒子同士の接触により充分に確保されているためである。
【００７５】
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Ｃｕ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Ｃｕ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。
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のさらなる多層化の方法について図６を参照して説明する。
【００７６】
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を有するプリプレグ２５を配置する。さらに、各プリプレグ２５の外表面それぞれにＣｕ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４２が形成される。このようにして、さらに多層化を図ることができる。このような多層化プロセスを繰り返すことにより、さらなる多層化が可能である。
【００７７】
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。
【実施例】
【００７８】
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 ５μｍ、融点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
・硬化剤１：2-メチルアミノエタノール、沸点１６０℃、日本乳化剤（株）製
・硬化剤２：アミンアダクト系硬化剤（固形物）、融点１２０〜１４０℃、味の素ファインテクノ（株）製
・硬化剤３：2，2'-ジメチルアミノエタノール、沸点１３５℃
・プリプレグ：縦５００ｍｍ×横５００ｍｍ、厚１００μｍ、ガラス繊維基材にエポキシ樹脂を含浸させたもの）
・保護フィルム：厚み２５μｍのＰＥＴ製シート）
・銅箔（厚み２５μｍ）
【００７９】
（ビアペーストの調整）
表１に記載した配合割合でＣｕ粒子、Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子、エポキシ樹脂、硬化剤を配合し、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。
【００８０】
（配線基板の製造）
プリプレグ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プリプレグ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、プリプレグの両表面に、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、銅箔が配置されたプリプレグを載置し、常温２５度から最高温度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。
【００８１】
（評価）
〈抵抗値試験〉
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個の平均抵抗値と最大抵抗値を求めた。なお、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。なお、最大抵抗値が小さい場合には、抵抗値の標準偏差σも小さくなると言える。
〈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〉
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。また、Ｃｕ／Ｓｎの質量比に対する平均抵抗値をプロットしたグラフを図８に示す。
【００８２】
【表１】
【００８３】
図８のグラフから、Ｃｕ／Ｓｎの重量比率が１．５９付近、さらには３付近から抵抗値が急激に下がっていることがわかる。これは、Ｃｕ粒子１７の割合が多くなることにより、Ｃｕ粒子同士の接触率が高くなったためであると思われる。すなわち、隣接するＣｕ粒子１７とＣｕ粒子１７との間にＣｕより高い抵抗値を有する金属がほとんど存していないためであると思われる。
【００８４】
言い換えれば、急激に抵抗値が増加するＣｕ／Ｓｎ１．５９未満の場合には、多数のＣｕ粒子１７同士の間に高い抵抗値を有する金属が介在しているためであると考えられる。
【００８５】
また、表１から、Ｓｎ４２-５８Ｂｉ粒子の割合が６０質量％以下の場合には、平均抵抗値及び最大抵抗値が３ｍΩ以下、４４．２質量％以下の場合には２ｍΩ以下と極めて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。
【００８６】
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粒子の割合が低すぎる場合には、Ｃｕ粒子同士が接触する接触部の周囲に存在する第１金属領域が少なくなるために接続信頼性が不充分になる。一方、Ｓｎ４２-５８Ｂｉ粒子の割合が高すぎる場合には第１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。
【００８７】
また、ペーストＮｏ．７〜９を用いて得られた多層配線基板を比較すると、硬化剤の沸点がＳｎ４２-５８Ｂｉ粒子の融点１３８℃よりも高いペーストＮｏ．７、Ｎｏ．８の場合には、抵抗値の低抵抗化と高信頼性化のバランスがより優れていることがわかる。沸点が低い場合は半田の表面にある酸化層を還元し、溶融する前に硬化剤の揮発が始まる為、金属部の領域が小さくなる為、ビアホールの接続信頼性に課題が発生する。なお硬化剤の沸点は、３００℃以下が望ましい。３００℃より高い場合、硬化剤が特殊となり、その反応性に影響する場合がある。
【００８８】
ここで、代表的に、本発明に係るペーストＮｏ．６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９〜図１０に示す。なお、図９は３０００倍、図１０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１１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。
【００８９】
図９〜図１１から、得られたビアホール導体は、多数のＣｕ粒子１７が高充填され、互いに接触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、Ｃｕ粒子１７同士が接触している部分は、この接触部を跨ぐように、錫（Ｓｎ）や錫-銅金属間化合物や錫-銅合金を主成分とする第１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２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２金属領域は、Ｓｎ４２-５８Ｂｉ粒子中のＳｎがＣｕ粒子１７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。
【００９０】
また、図１２に、図１１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。
【００９１】
図１２（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。
【００９２】
また、図１３に、図１１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。
【００９３】
図１３（Ａ）（Ｂ）より、多数のＣｕ粒子同士が直接接触する接触部の表面には、その接触部を跨ぐように第１金属領域１８が形成されていることが判る。
【００９４】
なお、図１３においては、Ｃｕ粒子の表面の大部分が第１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１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、接触部を跨ぐように存在している。このことは、図９〜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１金属領域に発生した応力は柔らかいＣｕ粒子１７で吸収される。そのために、第１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。
【００９５】
さらに、図１４に、図１１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。
【００９６】
図１４より、Ｂｉは、第２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。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
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コスト化、小型化、高機能化、高信頼性化が実現できる。またビアペースト側からも、ビアの小径化ビアペーストの反応物の形成に最適なものを提案することで、多層配線基板の小型化、高信頼性化に貢献する。
【符号の説明】
【００９８】
１１ 配線基板
１２ 配線
１３ 絶縁樹脂層
１４ ビアホール導体
１５ 金属部分
１６ 樹脂部分
１７ Ｃｕ粒子
１８ 第１金属領域
１９ 第２金属領域
２０ 接触部
２１ バネ
２４ ボイド
２５ プリプレグ
２６ 保護フィルム
２７ 貫通孔
２８ ビアペースト
２９ 突出部
３０ Ｃｕ箔
３１ Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁樹脂層を介して配された複数の配線同士が電気的に層間接続されてなる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、絶縁樹脂層を介して配された配線同士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、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ものも知られている。
【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、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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に開示された配線基板のビアホール部分の模式断面図である。
【０００８】
図１５の配線基板の模式断面図においては、配線基板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、金属間化合物であるＣｕ3Ｓｎ、Ｃｕ6Ｓｎ5を含むマトリクス４と、マトリクス４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）で表される重量比を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。
【０００９】
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。
【００１０】
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Ｐｂを含むものであり、加熱プレス時の温度も１８０℃から３２５℃と高い温度になるために、一般のガラス繊維にエポキシ樹脂を含浸させてなる絶縁樹脂層（ガラスエポキシ樹脂層と呼ばれることもある）に対応させることは困難であった。また市場から求められている、Ｐｂフリー化に対応することも困難であった。
【００１１】
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、銅粒子の表層に形成される合金層は抵抗値が高い。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。
【００１２】
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】
【００１３】
本発明の一局面である配線基板は、絶縁樹脂層と、絶縁樹脂層を介して配設された複数の配線と、絶縁樹脂層を貫通するように設けられた複数の配線同士を電気的に接続するビアホール導体と、を有する配線基板であって、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、銅（Ｃｕ）粒子、錫（Ｓｎ），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１金属領域、及びビスマス（Ｂｉ）を主成分とする第２金属領域とを含み、且つ、ＣｕとＳｎとの重量比（Ｃｕ／Ｓｎ）が、１．５９〜２１．４３の範囲であり、銅粒子は、それらが互いに接触することにより複数の配線同士を電気的に接続しており、第１金属領域の少なくとも一部が、銅粒子同士の接触している部分を跨ぐようにその周囲を覆っていることを特徴とする。
【００１４】
また本発明の他の一局面である配線基板の製造方法は、保護フィルムで被覆された未硬化状態または半硬化状態のプリプレグに、保護フィルムの外側から穿孔することにより貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、貫通孔にビアペーストを充填する充填工程と、充填工程の後、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剥離工程と、突出部を覆うように、プリプレグの表面に金属箔を配置する配置工程と、金属箔をプリプレグの表面に圧着する圧着工程と、圧着工程の後、所定の温度で加熱する加熱工程と、を備え、ビアペーストが、Ｃｕ粒子とＳｎ−Ｂｉ系半田粒子と熱硬化性樹脂とを含み、且つ、ＣｕとＳｎとの重量比（Ｃｕ／Ｓｎ）が、１．５９〜２１．４３の範囲であり、圧着工程において、突出部を通じてビアペーストを圧縮することにより、Ｃｕ粒子同士を接触させて、互いに電気的に接続し、加熱工程において、Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子の融点以上の温度で加熱する、ことを特徴とする。
【００１５】
また本発明の他の一局面であるビアペーストは、Ｃｕ粒子とＳｎ−Ｂｉ系半田粒子と熱硬化性樹脂とを含み、且つ、ＣｕとＳｎとの重量比（Ｃｕ／Ｓｎ）が、１．５９〜２１．４３の範囲であることを特徴とする。
【００１６】
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】
【００１７】
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接触して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、銅粒子同士が互いに接触している部分が、銅粒子よりも硬い、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１金属領域で覆われていることにより補強されている。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】
【００１８】
【図１】図１（Ａ）は、実施形態の多層配線基板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、多数の銅粒子１７が接触することにより形成された一つの導通路２３に着目して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の一例を示す、模式断面図である。
【図４】図４は、多層配線基板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、配線基板の多層化を説明するための模式断面図を示す。
【図７】図７は実施形態における、プリプレグの貫通孔に充填されたビアペースト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は、実施例で得られたビアホール導体におけるＣｕ／Ｓｎの重量比率に対する抵抗値（１via/ｍΩ）を示すグラフである。
【図９】図９（Ａ）は、実施例で得られた多層配線基板のビア導体の断面の３０００倍の電子顕微鏡（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導体の断面の６０００倍のＳＥＭ写真、図１０（Ｂ）はそのトレース図を示す。
【図１１】図１１（Ａ）は、実施例で得られた多層配線基板のビア導体の断面のＳＥＭ写真、図１１（Ｂ）はそのトレース図を示す。
【図１２】図１２（Ａ）は、図１１のＳＥＭ像のＣｕ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１１のＳＥＭ像のＳｎ元素のマッピングを行ったときの像、図１３（Ｂ）はそのトレース図を示す。
【図１４】図１４（Ａ）は、図１１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】
【００１９】
本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。
【００２０】
図１（Ａ）は、本発明に係る多層配線基板１１の模式断面図である。また、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）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】
多層配線基板１１は、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は配線、１３は絶縁樹脂層、１４はビアホール導体である。そして、ビアホール導体１４は、金属部分１５と樹脂部分１６とを含む。金属部分１５は、多数のＣｕ粒子１７と、錫，錫-銅合金，及び／又は錫-銅金属間化合物を主成分とする第１金属領域１８と、Ｂｉを主成分とする第２金属領域１９とを含む。また、Ｃｕ粒子１７の少なくとも一部は、それらが互いに接触して低抵抗の導通路を形成することにより、上層の配線１２（１２ａ）と下層の配線１２（１２ｂ）とを電気的に接続している。
【００２３】
Ｃｕ粒子１７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１７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。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１７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。
【００２４】
Ｃｕ粒子１７の純度は、ビアホール導体１４の抵抗値を充分に低下させ、また、複数のＣｕ粒子１７同士が接触する部分において容易に変形することを可能にするために、９０質量％以上、さらには９９質量％以上であることが好ましい。なお、Ｃｕ粒子１７は純度が高いほど柔らかくなる。従って、純度が高い場合には、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、Ｃｕ粒子１７同士の接触面積が大きくなりやすい点から好ましい。
【００２５】
なお、Ｃｕ粒子１７の平均粒径や、Ｃｕ粒子１７同士の接触部２０は、形成された配線基板を樹脂埋めした後、ビアホール導体の断面を研磨（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。
【００２６】
多数のＣｕ粒子１７は、互いに接触しており、配線１２ａと配線１２ｂとの間に低抵抗の導通路を形成する。従って、配線１２ａと配線１２ｂとの接続抵抗を低くすることができる。
【００２７】
なお、ビアホール導体１４においては、図１（Ｂ）に示すように、多数のＣｕ粒子１７が整然と整列することなく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導通路が形成されている。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１７同士が接触する位置はランダムである。ランダムな位置でＣｕ粒子１７同士を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。
【００２８】
ビアホール導体中に含有されるＣｕ粒子１７の体積割合としては、３０〜９０体積％、さらには、４０〜７０体積％であることが好ましい。Ｃｕ粒子の体積割合が低すぎる場合には、多数のＣｕ粒子により形成された導通路による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。
【００２９】
図１（Ｂ）に示すように、錫（Ｓｎ），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１金属領域１８の少なくとも一部は、銅粒子同士の接触している部分をその周囲を跨ぐように覆っている。このように、銅粒子同士の接触している部分の周囲を第１金属領域１８で覆うような構造を形成させることにより、その接触部２０が補強される。
【００３０】
第１金属領域１８は、錫，錫-銅合金及び／または錫-銅金属間化合物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。
【００３１】
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２金属領域１９が、Ｃｕ粒子１７とは接触せず、第１金属領域１８と接触するように存在している。ビアホール導体１４においては、第２金属領域１９がＣｕ粒子１７とは接しないように存在するために、ビアホール導体１４に対する上述のような電気的影響を抑制することができる。
【００３２】
第２金属領域は、Ｂｉを主成分として含有する。また、残余の成分としては、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。
【００３３】
なお、第１金属領域と第２金属領域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１金属領域は第２金属領域よりもＳｎの濃度が高く、第２金属領域は第１金属領域よりもＢｉの濃度が高い。また、第１金属領域と第２金属領域との界面は、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。
【００３４】
ビアホール導体１４を構成する金属部分は、銅粒子１７、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１金属領域１８、及びビスマスを主成分とする第２金属領域１９とを含み、且つ、ＣｕとＳｎとの重量比（Ｃｕ／Ｓｎ）が、１．５９〜２１．４３の範囲である。このＣｕ／Ｓｎ比の意義については後に詳述する。
【００３５】
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。
【００３６】
ビアホール導体中の樹脂部分１６の体積割合としては、０．１〜５０体積％、さらには、０．５〜４０体積％であることが好ましい。樹脂部分１６の体積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。
【００３７】
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。
図２は、多数のＣｕ粒子１７同士が接触することにより形成された一つの導通路２３に着目して説明する説明図である。また、便宜上、樹脂成分１６は表示していない。さらに、２１はビアホール導体１４の作用の説明に用いるために示した仮想のばねである。
図２に示すように、導通路は多数のＣｕ粒子１７同士が互いにランダムに接触することにより形成され、配線１２ａと配線１２ｂとを電気的に層間接続している。そして、多数のＣｕ粒子１７が接触している接触部２０においては、接触部２０の周囲を被覆し、且つ接触部２０を跨ぐように第１金属領域１８が形成されている。
【００３８】
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。
【００３９】
このような外向きの力は、柔軟性の高いＣｕ粒子１７自身が変形するとともに、Ｃｕ粒子１７同士の接触位置が多少ずれることにより緩和される。このとき、第１金属領域１８の硬さは、Ｃｕ粒子１７の硬さよりも硬いために、接触部２０の変形に抵抗しようとする。従って、Ｃｕ粒子１７間の接触部２０が変形に無制限に追従しようとした場合には、第１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粒子間の接触部２０が離間するまでは変形しない。これは、Ｃｕ粒子１７が接触して形成する導通路をばねに喩えた場合、導通路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１金属領域１８により変形が規制される。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、導通路があたかもばね２１のように外力及び内力のいずれの方向の力に対しても、力を緩和するように作用することにより、電気的接続の信頼性を確保することができる。
【００４０】
次に、上述したような多層配線基板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。
【００４１】
本実施形態の製造方法においては、はじめに、図４（Ａ）に示すように、未硬化または半硬化状態（Ｂステージ）のプリプレグ２５の両面に保護フィルム２６が貼り合わされる。
【００４２】
プリプレグとしては、繊維基材に樹脂ワニスを含浸させた後、乾燥させることにより得られる、未硬化状態または半硬化状態（Ｂ−ステージ）のプリプレグが好ましく用いられる。繊維基材は織布でも不織布でもよい。その具体例としては、例えば、ガラスクロス、ガラスペーパー、ガラスマット等のガラス繊維布のほか、例えば、クラフト紙、リンター紙、天然繊維布、アラミド繊維を含む有機繊維布等が挙げられる。また、樹脂ワニスに含有される樹脂成分としては、エポキシ樹脂等が挙げられる。また、樹脂ワニスは、さらに、無機充填材等を含んでもよい。
【００４３】
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。
【００４４】
プリプレグに保護フィルムを貼り合わせる方法としては、プリプレグ表面にタック性がある場合にはそのタック性により貼り合わせることができる。
【００４５】
次に、図４（Ｂ）に示すように、保護フィルム２６が配されたプリプレグ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。
【００４６】
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。
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１４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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
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悪くなる傾向がある。
【００４９】
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。
【００５０】
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。これらの中でも、とくにＳｎ−Ｂｉ系半田粒子の融点よりも高い沸点を有するアミン化合物は、接合時の接触抵抗を低減させる作用がとくに高い点から好ましい。
【００５１】
アミン化合物の具体例としては、例えば、2-メチルアミノエタノール（沸点１６０℃）、N,Nジエチルエタノールアミン（沸点１６２℃）、N,Nジブチルエタノールアミン（沸点２２９℃）、Nメチルエタノールアミン（沸点１６０℃）、Nメチルジエタノールアミン（沸点２４７℃）、Nエチルエタノールアミン（沸点１６９℃）、Nブチルエタノールアミン（沸点１９５℃）、ジイソプロパノールアミン（沸点２４９℃）、N,Nジエチルイソプロパノールアミン（沸点１２５．８℃）、2，2'-ジメチルアミノエタノール（沸点１３５℃）、トリエタノールアミン等（沸点２０８℃）が挙げられる。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
また、金属成分中のＣｕ粒子の含有割合としては、ＣｕとＳｎとの重量比（Ｃｕ／Ｓｎ）が、１．５９〜２１．４３の範囲になるように含有させることが必要である。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。
【００５５】
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は、充填工程の後に、保護フィルムを剥離したときに、ビアペーストの一部がプリプレグに形成された貫通孔から突出して突出部が表出するように、プリプレグに形成された貫通孔からはみ出す量を充填する必要がある。
【００５６】
次に、図４（Ｄ）に示すように、プリプレグ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の一部をプリプレグ２５に形成された貫通孔から突出部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。突出部の高さが高すぎる場合には、後述する圧着工程において貫通孔の周囲のプリプレグにペーストが圧し広が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。
【００５７】
次に、図５（Ａ）に示すように、プリプレグ２５の上にＣｕ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）に示すようにプリプレグ２５とＣｕ箔３０とを一体化させる。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プリプレグ２５の貫通孔に充填されたビアペースト２８が高い力で圧縮される。それにより、ビアペースト２８中に含まれる複数のＣｕ粒子１７同士の間隔が狭められ、Ｃｕ粒子１７同士が接触する。
【００５８】
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、プリプレグ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。
【００５９】
ここで、プリプレグ２５の貫通孔に充填された突出部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。
【００６０】
図７は、ビアペースト２８が充填されたプリプレグ２５の貫通孔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。
【００６１】
図７（Ａ）に示すように、プリプレグ２５に形成された貫通孔から突出した突出部２９をＣｕ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の一部はプリプレグ２５の中に浸透する。そして、その結果、貫通孔に充填されたＣｕ粒子１７及びＳｎ−Ｂｉ系半田粒子３１の密度が高くなる。
【００６２】
そして、このように高密度化されたＣｕ粒子１７同士は互いに接触する。圧縮においては、当初はＣｕ粒子１７同士は互いに点接触し、その後、圧力が増加するにつれて点接触部が変形して広がり、面接触する。このように、多数のＣｕ粒子１７同士を面接触させることにより、上層の配線１２ａと下層の配線１２ｂとを低抵抗な状態で電気的に接続することができる。すなわち、この工程によれば、Ｃｕ粒子１７の表面全体がＳｎ−Ｂｉ系半田粒子３１で覆われることがなく、Ｃｕ粒子１７が互いに接触する部分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とともに、後の加熱工程でＳｎ−Ｂｉ系半田粒子３１を溶融することにより、Ｃｕ粒子同士の接触部２０を跨ぐようにその表面を第１金属領域１８で被覆して、弾性に優れた導通路を形成することができる。
【００６３】
次に、圧縮後のビアペースト２８をＳｎ−Ｂｉ系半田粒子３１の融点以上の温度で加熱する。この加熱によりＳｎ−Ｂｉ系半田粒子３１が溶融する。そして、Ｃｕ粒子１７の周囲に、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１金属領域１８が形成される。この場合において、Ｃｕ粒子１７同士が接触している部分はこの部分を跨ぐようにして第１金属領域１８により覆われる。詳しくは、Ｃｕ粒子１７と溶融したＳｎ−Ｂｉ系半田粒子３１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１７中のＣｕとが反応して、Ｃｕ6Ｓｎ5やＣｕ3Ｓｎを含む金属間化合物や錫-銅合金を主成分とする第１金属領域１８が形成される。一方、Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子３１に含まれる残されたＢｉはＳｎから分離して析出することにより、ビスマス（Ｂｉ）を主成分とする第２金属領域１９が形成される。
【００６４】
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系半田の融点は、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１４０℃以下である。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。
【００６５】
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の融点以上の温度であり、プリプレグ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。
【００６６】
このようにして、上層の配線１２ａと下層の配線１２ｂとを層間接続するためのビアホール導体が形成される。
【００６７】
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との重量比（Ｃｕ／Ｓｎ）が、１．５９〜２１．４３の範囲になるように含有させることが必要である。この理由を以下に説明する。
【００６８】
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。
【００６９】
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１７同士が互いに接触しにくくなり、Ｃｕ粒子１７が金属化合物４からなるマトリクス中に点在することになる。この結果、多数のＣｕ粒子１７が硬い金属化合物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無い硬い状態になる。Ｃｕ粒子１７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。
【００７０】
そして、Ｃｕ粒子１７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。
【００７１】
また、Ｃｕ／Ｓｎの重量比が１．５９より小さい場合には、さらに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。
【００７２】
図３に示すようにＣｕ粒子１７と金属間化合物４の界面にボイドやクラックが存在する場合、ボイドやクラック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、クラックやボイドは、金属間化合物４の凝集破壊や、更にはビアホール導体２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３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。
【００７３】
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。
図１（Ｂ）に示すように、Ｃｕ／Ｓｎの比が１．５９以上の場合、金属部分１５に含まれる第１金属領域１８は、多数のＣｕ粒子１７同士が接触する部分を物理的に保護するように存在している。図２に示す矢印２２ａ、２２ｂは、ビアホール導体２に加えられた外力や、ビアホール導体２に発生した内部応力を示す。ビアホール導体に矢印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１７が変形することにより力が緩和される。また、例え、第１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１７同士が接触することにより形成される導通路は確保されるために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全体は硬化性樹脂成分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。
【００７４】
またＣｕ／Ｓｎが１．５９以上である場合には、Ｃｕ粒子同士の接触部を跨ぐように、それらの表面に第一領域が形成される。すなわち、Ｃｕ／Ｓｎが１．５９以上の場合には、カーゲンドールボイドは、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、銅粒子同士の接触部の周囲を跨ぐように覆っている第１金属領域に発生しやすくなる。第１金属領域に発生したカーゲンドールボイドは、ビアホール導体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粒子同士の接触により充分に確保されているためである。
【００７５】
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Ｃｕ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Ｃｕ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。
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のさらなる多層化の方法について図６を参照して説明する。
【００７６】
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を有するプリプレグ２５を配置する。さらに、各プリプレグ２５の外表面それぞれにＣｕ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４２が形成される。このようにして、さらに多層化を図ることができる。このような多層化プロセスを繰り返すことにより、さらなる多層化が可能である。
【００７７】
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。
【実施例】
【００７８】
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 ５μｍ、融点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
・硬化剤１：2-メチルアミノエタノール、沸点１６０℃、日本乳化剤（株）製
・硬化剤２：アミンアダクト系硬化剤（固形物）、融点１２０〜１４０℃、味の素ファインテクノ（株）製
・硬化剤３：2，2'-ジメチルアミノエタノール、沸点１３５℃
・プリプレグ：縦５００ｍｍ×横５００ｍｍ、厚１００μｍ、ガラス繊維基材にエポキシ樹脂を含浸させたもの）
・保護フィルム：厚み２５μｍのＰＥＴ製シート）
・銅箔（厚み２５μｍ）
【００７９】
（ビアペーストの調整）
表１に記載した配合割合でＣｕ粒子、Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子、エポキシ樹脂、硬化剤を配合し、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。
【００８０】
（配線基板の製造）
プリプレグ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プリプレグ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、プリプレグの両表面に、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、銅箔が配置されたプリプレグを載置し、常温２５度から最高温度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。
【００８１】
（評価）
〈抵抗値試験〉
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個の平均抵抗値と最大抵抗値を求めた。なお、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。なお、最大抵抗値が小さい場合には、抵抗値の標準偏差σも小さくなると言える。
〈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〉
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。また、Ｃｕ／Ｓｎの質量比に対する平均抵抗値をプロットしたグラフを図８に示す。
【００８２】
【表１】
【００８３】
図８のグラフから、Ｃｕ／Ｓｎの重量比率が１．５９付近、さらには３付近から抵抗値が急激に下がっていることがわかる。これは、Ｃｕ粒子１７の割合が多くなることにより、Ｃｕ粒子同士の接触率が高くなったためであると思われる。すなわち、隣接するＣｕ粒子１７とＣｕ粒子１７との間にＣｕより高い抵抗値を有する金属がほとんど存していないためであると思われる。
【００８４】
言い換えれば、急激に抵抗値が増加するＣｕ／Ｓｎ１．５９未満の場合には、多数のＣｕ粒子１７同士の間に高い抵抗値を有する金属が介在しているためであると考えられる。
【００８５】
また、表１から、Ｓｎ４２-５８Ｂｉ粒子の割合が６０質量％以下の場合には、平均抵抗値及び最大抵抗値が３ｍΩ以下、４４．２質量％以下の場合には２ｍΩ以下と極めて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。
【００８６】
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粒子の割合が低すぎる場合には、Ｃｕ粒子同士が接触する接触部の周囲に存在する第１金属領域が少なくなるために接続信頼性が不充分になる。一方、Ｓｎ４２-５８Ｂｉ粒子の割合が高すぎる場合には第１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。
【００８７】
また、ペーストＮｏ．７〜９を用いて得られた多層配線基板を比較すると、硬化剤の沸点がＳｎ４２-５８Ｂｉ粒子の融点１３８℃よりも高いペーストＮｏ．７、Ｎｏ．８の場合には、抵抗値の低抵抗化と高信頼性化のバランスがより優れていることがわかる。沸点が低い場合は半田の表面にある酸化層を還元し、溶融する前に硬化剤の揮発が始まる為、金属部の領域が小さくなる為、ビアホールの接続信頼性に課題が発生する。なお硬化剤の沸点は、３００℃以下が望ましい。３００℃より高い場合、硬化剤が特殊となり、その反応性に影響する場合がある。
【００８８】
ここで、代表的に、本発明に係るペーストＮｏ．６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９〜図１０に示す。なお、図９は３０００倍、図１０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１１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。
【００８９】
図９〜図１１から、得られたビアホール導体は、多数のＣｕ粒子１７が高充填され、互いに接触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、Ｃｕ粒子１７同士が接触している部分は、この接触部を跨ぐように、錫（Ｓｎ）や錫-銅金属間化合物や錫-銅合金を主成分とする第１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２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２金属領域は、Ｓｎ４２-５８Ｂｉ粒子中のＳｎがＣｕ粒子１７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。
【００９０】
また、図１２に、図１１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。
【００９１】
図１２（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。
【００９２】
また、図１３に、図１１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。
【００９３】
図１３（Ａ）（Ｂ）より、多数のＣｕ粒子同士が直接接触する接触部の表面には、その接触部を跨ぐように第１金属領域１８が形成されていることが判る。
【００９４】
なお、図１３においては、Ｃｕ粒子の表面の大部分が第１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１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、接触部を跨ぐように存在している。このことは、図９〜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１金属領域に発生した応力は柔らかいＣｕ粒子１７で吸収される。そのために、第１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。
【００９５】
さらに、図１４に、図１１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。
【００９６】
図１４より、Ｂｉは、第２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。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
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コスト化、小型化、高機能化、高信頼性化が実現できる。またビアペースト側からも、ビアの小径化ビアペーストの反応物の形成に最適なものを提案することで、多層配線基板の小型化、高信頼性化に貢献する。
【符号の説明】
【００９８】
１１ 配線基板
１２ 配線
１３ 絶縁樹脂層
１４ ビアホール導体
１５ 金属部分
１６ 樹脂部分
１７ Ｃｕ粒子
１８ 第１金属領域
１９ 第２金属領域
２０ 接触部
２１ バネ
２４ ボイド
２５ プリプレグ
２６ 保護フィルム
２７ 貫通孔
２８ ビアペースト
２９ 突出部
３０ Ｃｕ箔
３１ Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層を介して配設された複数の配線と、前記絶縁樹脂層を貫通するように設けられた前記複数の配線同士を電気的に接続するビアホール導体と、を有する配線基板であって、
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、
銅（Ｃｕ）粒子、錫（Ｓｎ），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１金属領域、及びビスマス（Ｂｉ）を主成分とする第２金属領域とを含み、且つ、ＣｕとＳｎとの重量比（Ｃｕ／Ｓｎ）が、１．５９〜２１．４３の範囲であり、
前記銅粒子は、それらが互いに接触することにより前記複数の配線同士を電気的に接続しており、前記第１金属領域の少なくとも一部が、前記銅粒子同士の接触している部分を跨ぐようにその周囲を覆っている、ことを特徴とする配線基板。
【請求項２】
前記第２金属領域が、前記金属部分において、前記銅粒子と接触していない請求項１に記載の配線基板。
【請求項３】
前記ビアホール導体中の前記銅粒子の体積割合が３０〜９０％である請求項１または２に記載の配線基板。
【請求項４】
保護フィルムで被覆された未硬化状態または半硬化状態のプリプレグに、前記保護フィルムの外側から穿孔することにより貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
前記貫通孔にビアペーストを充填する充填工程と、
前記充填工程の後、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剥離工程と、
前記突出部を覆うように、前記プリプレグの表面に金属箔を配置する配置工程と、
前記金属箔を前記プリプレグの表面に圧着する圧着工程と、
前記圧着工程の後、所定の温度で加熱する加熱工程と、を備え、
前記ビアペーストが、Ｃｕ粒子とＳｎ−Ｂｉ系半田粒子と熱硬化性樹脂とを含み、且つ、ＣｕとＳｎとの重量比（Ｃｕ／Ｓｎ）が、１．５９〜２１．４３の範囲であり、
前記圧着工程において、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Ｃｕ粒子同士を接触させて、互いに電気的に接続し、
前記加熱工程において、前記Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子の融点以上の温度で加熱する、ことを特徴とする配線基板の製造方法。
【請求項５】
前記熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂である請求項４に記載の配線基板の製造方法。
【請求項６】
前記エポキシ樹脂は、分子中に少なくとも1つ以上の水酸基を有するアミン系化合物である硬化剤を含有する請求項５に記載の配線基板の製造方法。
【請求項７】
前記アミン系化合物の沸点が、前記Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子の融点以上であり、且つ、３００℃以下の範囲である請求項６に記載の配線基板の製造方法。
【請求項８】
Ｃｕ粒子とＳｎ−Ｂｉ系半田粒子と熱硬化性樹脂とを含み、且つ、ＣｕとＳｎとの重量比（Ｃｕ／Ｓｎ）が、１．５９〜２１．４３の範囲であることを特徴とするビアペースト。
【請求項９】
前記Ｃｕ粒子及び前記Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子の合計量に対する、Ｃｕ粒子の含有割合が４０〜９０質量％であり、前記Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子の含有割合が１０〜６０質量％の範囲である請求項８に記載のビアペースト。
【請求項１０】
前記熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂である請求項８または９に記載のビアペースト。
【請求項１１】
前記エポキシ樹脂は、分子中に少なくとも1つ以上の水酸基を有するアミン系化合物である硬化剤を含有する請求項１０に記載のビアペースト。
【請求項１２】
前記アミン系化合物の沸点が、前記Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子の融点以上であり、且つ、３００℃以下の範囲である請求項１１に記載のビアペースト。
【請求項１】
絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層を介して配設された複数の配線と、前記絶縁樹脂層を貫通するように設けられた前記複数の配線同士を電気的に接続するビアホール導体と、を有する配線基板であって、
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、
銅（Ｃｕ）粒子、錫（Ｓｎ），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１金属領域、及びビスマス（Ｂｉ）を主成分とする第２金属領域とを含み、且つ、ＣｕとＳｎとの重量比（Ｃｕ／Ｓｎ）が、１．５９〜２１．４３の範囲であり、
前記銅粒子は、それらが互いに接触することにより前記複数の配線同士を電気的に接続しており、前記第１金属領域の少なくとも一部が、前記銅粒子同士の接触している部分を跨ぐようにその周囲を覆っている、ことを特徴とする配線基板。
【請求項２】
前記第２金属領域が、前記金属部分において、前記銅粒子と接触していない請求項１に記載の配線基板。
【請求項３】
前記ビアホール導体中の前記銅粒子の体積割合が３０〜９０％である請求項１または２に記載の配線基板。
【請求項４】
保護フィルムで被覆された未硬化状態または半硬化状態のプリプレグに、前記保護フィルムの外側から穿孔することにより貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
前記貫通孔にビアペーストを充填する充填工程と、
前記充填工程の後、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剥離工程と、
前記突出部を覆うように、前記プリプレグの表面に金属箔を配置する配置工程と、
前記金属箔を前記プリプレグの表面に圧着する圧着工程と、
前記圧着工程の後、所定の温度で加熱する加熱工程と、を備え、
前記ビアペーストが、Ｃｕ粒子とＳｎ−Ｂｉ系半田粒子と熱硬化性樹脂とを含み、且つ、ＣｕとＳｎとの重量比（Ｃｕ／Ｓｎ）が、１．５９〜２１．４３の範囲であり、
前記圧着工程において、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Ｃｕ粒子同士を接触させて、互いに電気的に接続し、
前記加熱工程において、前記Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子の融点以上の温度で加熱する、ことを特徴とする配線基板の製造方法。
【請求項５】
前記熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂である請求項４に記載の配線基板の製造方法。
【請求項６】
前記エポキシ樹脂は、分子中に少なくとも1つ以上の水酸基を有するアミン系化合物である硬化剤を含有する請求項５に記載の配線基板の製造方法。
【請求項７】
前記アミン系化合物の沸点が、前記Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子の融点以上であり、且つ、３００℃以下の範囲である請求項６に記載の配線基板の製造方法。
【請求項８】
Ｃｕ粒子とＳｎ−Ｂｉ系半田粒子と熱硬化性樹脂とを含み、且つ、ＣｕとＳｎとの重量比（Ｃｕ／Ｓｎ）が、１．５９〜２１．４３の範囲であることを特徴とするビアペースト。
【請求項９】
前記Ｃｕ粒子及び前記Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子の合計量に対する、Ｃｕ粒子の含有割合が４０〜９０質量％であり、前記Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子の含有割合が１０〜６０質量％の範囲である請求項８に記載のビアペースト。
【請求項１０】
前記熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂である請求項８または９に記載のビアペースト。
【請求項１１】
前記エポキシ樹脂は、分子中に少なくとも1つ以上の水酸基を有するアミン系化合物である硬化剤を含有する請求項１０に記載のビアペースト。
【請求項１２】
前記アミン系化合物の沸点が、前記Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子の融点以上であり、且つ、３００℃以下の範囲である請求項１１に記載のビアペースト。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１５】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１５】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−１７６２２０（Ｐ２０１１−１７６２２０Ａ）
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４０５３８（Ｐ２０１０−４０５３８）
【出願日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【特許番号】特許第４６１６９２７号（Ｐ４６１６９２７）
【特許公報発行日】平成２３年１月１９日（２０１１．１．１９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【出願人】（３９７０５９５７１）京都エレックス株式会社 (43)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【特許番号】特許第４６１６９２７号（Ｐ４６１６９２７）
【特許公報発行日】平成２３年１月１９日（２０１１．１．１９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【出願人】（３９７０５９５７１）京都エレックス株式会社 (43)
【Ｆターム（参考）】
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