JP2012151228A - 複合配線基板及び複合配線基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【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複合配線基板を提供することを目的とする。
【解決手段】２つの配線基板と、２つの配線基板間に介在して２つの配線基板同士を互いに接着する絶縁性の接着層とを備え、２つの配線基板は接着層を介して対向する配線回路を備え、対向する配線回路同士は、接着層を貫通するように形成されたビアホール導体で電気的に接続されており、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、Ｃｕ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Ｃｕ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いる。
複合配線基板。
【選択図】図１

Description

本発明は、２つの配線基板同士を電気的接続を維持して接着させた複合配線基板に関する。

従来、絶縁層に三次元的に形成された配線をもつ配線基板同士を電気的に接続して得られる複合配線基板が知られている。具体的には、例えば、リジッド配線基板と屈曲性を有するフレキシブル配線基板（フィルム配線基板）とをコネクターで電気的に接続して得られる複合配線基板等が知られている。

近年、高密度実装の要求により、コネクターなどを介さないでリジッド配線基板とフレキシブル配線基板とを電気的に接続する方法が求められている。このような方法としては、例えばリジッド配線基板とフレキシブル配線基板とをビアホール導体を備えた接着層で接着して複合化する方法がある。このような接着層を介した複合化において、ビアホール導体の直径を大きくすることにより接続信頼性を向上させることができる。また、接着層の熱膨張係数をビアホール導体の熱膨張係数に近づけることによっても信頼性は向上させることができる。

さらなる高密度実装に対応するために、接着層には、実装面積を確保するために、接着時の面方向への樹脂流れが少ないこと、配線埋め込み性にすぐれていること等も求められている。配線の埋め込み性を向上させるためには、熱膨張係数を下げるために含有される無機フィラーの割合を低く抑えることが好ましい。しかし、こうした接着層に用いられる樹脂材料には弾性変形の特性を持つことが要求されるために、このような材料は一般的に熱膨張係数が大きい。このような接着層を介した層間接続のためにビアホール導体を用いたとき、ビアホール導体と接着層との熱膨張係数の差により、ビアホール導体の接続信頼性を低下させる可能性がある。

ところで、従来、ビアホール導体の接続信頼性を向上させる一つの手法として、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が知られている。

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。

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。

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Ｃｕ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Ｃｕ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。

また、例えば、下記特許文献４は、銅および錫を合計で８０〜９７重量％と、ビスマスを３〜２０重量％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。

特開２０００−４９４６０号公報 特開平１０−７９３３号公報 特開２００２−９４２４２号公報 特開２００２−２９００５２号公報

特許文献１に開示されたビアホール導体について図８を参照して詳しく説明する。図８は、特許文献１に開示された配線とビアホール導体との接続部分の模式断面図である。

図８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１００にビアホール導体１０１が接している。ビアホール導体１０１は、Ｃｕ₃Ｓｎ、Ｃｕ₆Ｓｎ₅等の金属間化合物１０２を含むマトリクスと、金属間化合物１０２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１０３を含む。このビアホール導体１０１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１０１においては、熱衝撃試験においてボイドやクラック１０４が発生しやすいという問題があった。

このようなボイドやクラック１０４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１０１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１０１に内部応力が発生することにも起因する。

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、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層（ガラスエポキシ樹脂層と呼ばれることもある）に適用することは困難であった。

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。

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。

本発明は、複数の配線基板同士を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してなる複数配線基板を提供することを目的とする。

本発明の一局面である複合配線基板は、２つの配線基板と、２つの配線基板間に介在して２つの配線基板同士を互いに接着する絶縁性の接着層とを備え、２つの配線基板は接着層を介して対向する配線回路をそれぞれ備え、対向する配線回路同士は、接着層を貫通するように形成されたビアホール導体で電気的に接続されており、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、Ｃｕ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Ｃｕ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。

また本発明の他の一局面である複合配線基板の製造方法は、絶縁性の接着層の両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接着層に穿孔して貫通孔を形成する第２工程と、貫通孔に、Ｃｕ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、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る突出部を両表面に表出させる第４工程と、接着層の一方の面に突出部を配線回路で覆うように第一の配線基板を配置し、接着層の他方の面に突出部を配線回路で覆うように第二の配線基板を配置する第５工程と、第一配線基板及び第二配線基板を接着層の各表面に圧着して、錫−ビスマス系半田粒子の融点未満の温度で突出部を通じてビアペーストを圧縮することにより、Ｃｕ粒子同士が互いに面接触して形成された面接触部を有するＣｕ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融点以上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。

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。

本発明によれば、複数の配線基板同士を電気的に接続するビアホール導体に含有されるＣｕ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Ｃｕ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Ｃｕ粒子の結合体の表面の少なくとも一部に、Ｃｕ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、Ｃｕ粒子の結合体が補強されている。これにより高密度実装に適した熱膨張係数の大きな接着層を用いた場合でも、高い電気的接続の信頼性を確保することができる。

図１（Ａ）は、実施形態における複合配線基板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付近の拡大模式断面図を示す。 図２は、実施形態における多数のＣｕ粒子が互いに面接触することにより形成されたＣｕ粒子の結合体が配線間の導通路になることを説明するための説明図である。 図３は、実施形態における複合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４は実施形態における、接着層の貫通孔に充填されたビアペースト３０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５は実施形態における、接着層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更に詳しく説明するための断面模式図である。 図６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７（Ａ）はビアホール導体１１の断面ＳＥＭ写真、図７（Ｂ）はそのトレース図である。 図８は従来のビアホール導体の断面を説明するための模式断面図である。

図１（Ａ）は、本実施形態の複合配線基板１０の模式断面図である。また、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の複合配線基板１０におけるビアホール導体１１付近の拡大模式断面図である。

図１（Ａ）に示すように、複合配線基板１０は、第一配線基板３２及び第二配線基板３３と、第一配線基板３２と第二配線基板３３との間に介在して２つの配線基板同士を互いに接着する絶縁性の接着層１６とを備える。第一配線基板３２は第一絶縁層１２と第一絶縁層１２に形成された第一配線回路１３を備え、第二配線基板３３は第二絶縁層１５と第二絶縁層１５に形成された第二配線回路１４を備える。第一配線回路１３と第二配線回路１４とは、接着層１６を貫通するように形成されたビアホール導体１１により電気的に接続されている。なお、予め、第一配線基板３２や第二配線基板３３の表面、あるいは第一配線回路１３や第二配線回路１４に半導体チップや電子部品等が半田や接着材等で実装あるいは固定されていてもよい。このように予め第一配線基板３２や第二配線基板３３の表面等に半導体チップや電子部品等が実装あるいは固定されている場合には、内層にそれらを埋め込むことができる。これは３次元化も含めた更なる高密度実装に貢献する。そしてこの予め、表面等に半導体チップや電子部品等が実装あるいは固定されている第一配線基板３２や第二配線基板３３との間に、介在してこの２つの配線基板同士を互いに接着する絶縁性の接着層（更には、この接着層を貫通するように形成されたビアホール導体を設ける）ことで、複合配線基板の更なる高密度実装に対応できる。この場合、これら２つの配線基板の少なくとも何れか一方の前記配線回路のどちらか一方以上の表面（あるいは内部でも良い）に、１以上の半導体チップや電子部品等（例えば、角チップ抵抗器、積層セラミックコンデンサ等は電子部品であるが、接続用の接続端子、コネクター等も同様な電子部品である。また半導体チップも電子部品である。半導体チップは樹脂モールド品であっても、ベアチップ状態であっても良い。または実装方法としては、半田付け、半田リフロー、ベアチップ実装等を用いる）が実装あるいは固定しておけば良い。このように実装済みの基板同士を張り合わせ、複合基板配線基板とすることで、機器の小型化、高密度実装に対応できる。

図１（Ｂ）は、ビアホール導体１１付近の拡大模式断面図である。ビアホール導体１１は、金属部分１７と樹脂部分１８とを含む。接着層１６は熱硬化型の樹脂を含んでいる。金属部分１７は、複数のＣｕ粒子から形成された第一金属領域１９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２０と、Ｂｉを主成分とする第三金属領域２１とを含む。第一金属領域１９を形成するＣｕ粒子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２２を介して接触結合されることによりＣｕ粒子の結合体を形成している。なお、図１（Ｂ）において面接触部２２は点線を用いて模式的に図示している。そして、Ｃｕ粒子の結合体が第一配線基板３２の表面に形成された第一配線回路１３と、第二配線基板３３の表面に形成された第二配線回路１４とを電気的に接続する低抵抗の導通路として機能する。

なお第一配線基板３２の表面から突出するように第一配線回路１３を設け、第二配線基板３３の表面から突出するように第二配線回路１４を設けることにより、ビアホール導体１１を介して電気的に接続する導通路の抵抗値を下げられる。これは製造時におけるプレス等により、突出した第一配線回路１３または第二配線回路１４がその厚み分だけビアペーストを強く圧縮するために、Ｃｕ粒子同士がより面接触しやすくなるためである。

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、ビアホール導体１１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１１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。

Ｃｕ粒子の純度は、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粒子同士が接触する際にＣｕ粒子が容易に変形することにより、Ｃｕ粒子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粒子の抵抗値がより低くなる点からも好ましい。また、配線回路によりＣｕ粒子がより押しつぶされやすくなることから、より接触面積を大きくすることができる。

なお、Ｃｕ粒子の平均粒径や、Ｃｕ粒子同士が面接触している面接触部２２は、形成された複合配線基板を樹脂埋めした後、ビアホール導体１１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）して作製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。

多数のＣｕ粒子は互いに接触して結合体を形成することにより、第一配線回路１３と第二配線回路１４との間に低抵抗の導通路を形成する。このような結合体を形成させることにより第一配線回路１３と第二配線回路１４との接続抵抗を低くすることができる。

また、ビアホール導体１１においては多数のＣｕ粒子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が形成されていることが好ましい。結合体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１１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。

ビアホール導体１１中に含有されるＣｕ粒子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粒子が互いに面接触することにより形成された結合体の、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。

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２０の少なくとも一部は第一金属領域１９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２０が第一金属領域１９の表面に形成されることにより、第一金属領域１９が補強される。また、第二金属領域２０の少なくとも一部は、Ｃｕ粒子同士が互いに面接触している部分である面接触部２２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２２を跨ぐように第二金属領域２０が形成されることにより、面接触部２２の接触状態がより補強される。

第二金属領域２０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。

また、金属部分１７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２１が、Ｃｕ粒子とは接触せず、第二金属領域２０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１１において、第三金属領域２１をＣｕ粒子と接しないように存在させた場合には、第三金属領域２１は第一金属領域１９の導電性を低下させない。

第三金属領域２１は、Ｂｉを主成分として含有する。また、第三金属領域２１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。

なお、第二金属領域２０と第三金属領域２１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２０は第三金属領域２１よりもＳｎの濃度が高く、第三金属領域２１は第二金属領域２０よりもＢｉの濃度が高い。また、第二金属領域２０と第三金属領域２１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。

このようにビアホール導体１１を構成する金属部分１７は、Ｃｕ粒子からなる第一金属領域１９、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２０、及びビスマスを主成分とする第三金属領域２１とを含む。なお、金属部分１７のＣｕとＳｎとの重量比（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。

一方、ビアホール導体１１を構成する樹脂部分１８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等の硬化物が好ましく用いられる。

ビアホール導体１１中の樹脂部分１８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１８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。

次に、複合配線基板１０におけるビアホール導体１１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２３同士が接触することにより形成された一つの結合体２３ａの導通路２４に着目して説明する説明図である。また、便宜上、樹脂部分１８等は表示していない。さらに、２６はビアホール導体１１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。

図２に示すように、多数のＣｕ粒子２３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２３ａは、第一配線回路１３と第二配線回路１４とを電気的に層間接続するための導通路２４になる。なお、Ｃｕ粒子２３同士が接触している面接触部２２においては、面接触部２２の周囲を被覆し、且つ面接触部２２を跨ぐように第二金属領域２０が形成されていることが好ましい。

図２において、接着層１６は図示していないが、接着層１６の内部に内部応力が発生した場合、接着層１６の内部には矢印２５ａ、２５ｂに示すような応力が発生する。このような内部応力は、例えば、温度の変化などで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。

特に、外向きの応力は、金属の中でも柔軟性に優れたＣｕ粒子２３自身が変形し、あるいはＣｕ粒子２３同士が接触することにより形成された結合体２３ａが弾性変形し、あるいはＣｕ粒子２３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、その結果、内部応力を小さくすることができる。このとき、第二金属領域２０の硬さは、Ｃｕ粒子２３の硬さよりも硬いために、結合体２３ａの変形、特に面接触部２２の変形に抵抗しようとする。従って、結合体２３ａ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２０がある程度の範囲で変形を規制するために、Ｃｕ粒子間の面接触部２２が離間するまで変形しない。これは、Ｃｕ粒子２３同士が接触して形成された結合体２３ａをばね２６に喩えた場合、結合体２３ａ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２０により結合体２３ａの変形が規制される。このことは、異なる形状や、異なる熱膨張係数を有する材料を含む複数の配線基板間を接続してなる複合配線基板１０の接続部において、矢印２５ａ、２５ｂに示すような外向き、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２６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２３ａ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。なお矢印２５ａ、２５ｂに示すような外向き、内向きの力とは、複合配線基板１０として完成された後、更に半田リフロー（例えば２５０℃）等で部品実装される場合の熱膨張係数の違いによって発生する内部応力、あるいは部品実装後に携帯電話等の筐体の狭い隙間に物理的に押し込まれる場合の外力、あるいは携帯電話を誤って落下させた時等に発生する外力等によっても発生する。

また、埋め込み性の向上やコストダウンを目的として無機フィラーの含有量が少ない、熱膨脹係数が大きく弾性挙動を示すような樹脂からなる接着層を用いる場合、ビアホール導体１１にばね２６のような作用を保持させ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。また、製造時に配線基板同士を圧着するとき、第一配線回路１３や第二配線回路１４が表面から凸に露出していることから、Ｃｕ粒子の密度をより高めることが可能であり、Ｃｕ粒子同士が接触することで形成される結合体２３ａと導通路２４をより多く形成することが可能である。つまり、一つのビアホール導体１１にばね２６をより多く形成できることになり、第一配線回路１３や第二配線回路１４による圧縮が低抵抗化に寄与すると共に、電気的接続の信頼性をより向上させる。

すなわち、複数の配線基板間を接続するには、硬化後の熱膨張係数α１が２０〜５０ｐｐｍ／℃になるような、シリカのような無機フィラーを３０〜６０質量％添加してなる接着剤が広く使用されている。このような接着剤を用いて形成される接着層は、熱膨張係数が小さいために内部応力が比較的抑制されているが、接着性や剥離強度が低い。一方、硬化後の熱膨張係数α１が５０ｐｐｍ／℃以上、更には１００ｐｐｍ／℃以上になるような、無機フィラーの含有率が３０質量％以下、さらには２０質量％以下のような接着剤を用いて形成される接着層は、熱膨張係数が大きいために内部応力が比較的大きくなるが、接着性や剥離強度は高い。ビアホール導体１１を形成することにより、熱膨張係数が大きい接着層を用いても優れた層間接続が可能となる。また第一配線回路１３や第二配線回路１４の配線厚みにより、ビアペーストの圧縮率が高まることにより、電気的接続の信頼性がさらに高められる。

次に、上述したような複合配線基板１０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。

図３は、本実施形態における複合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。

本実施形態の製造方法においては、はじめに、図３に示すように、未硬化状態あるいは半硬化状態（Ｂステージと呼ばれることもある）である、硬化前の未硬化接着層２７の両表面に保護フィルム２８が貼り合わされる。

未硬化接着層としては、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含む樹脂シートが挙げられる。また、未硬化接着層２７は、必要に応じて、シリカ、タルク、アルミナ等の無機フィラーを含有してもよい。このような無機フィラーの含有割合は特に限定されないが、本実施形態の複合配線基板においては、３０質量％以下のような低い割合で含有し、接着性は高いが硬化後の熱膨張係数が比較的高いような未硬化接着層であっても、電気的接続の信頼性が充分に維持される。

また、未硬化接着層の厚みは、特に限定されないが、具体的には、例えば、１〜２００μｍ、さらには、３〜１８０μｍ、とくには７．５〜１００μｍ、のような厚みであることが、複合配線基板の回路の高密度化の観点から好ましい。

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（ポリエチレンテレフタレート）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。

未硬化接着層２７に保護フィルム２８を貼り合わせる方法としては、例えば、未硬化樹脂層２７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。

次に、図３（Ｂ）に示すように、保護フィルム２８が配された未硬化接着層２７に保護フィルム２８の外側から穿孔することにより、貫通孔２９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２９の直径としては１０〜５００μｍ、さらには５０〜３００μｍ程度が挙げられる。

次に、図３（Ｃ）に示すように、貫通孔２９の中にビアペースト３０を満充填する。ビアペースト３０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２９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１１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。

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。

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、環境問題に配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低下する傾向がある。

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。

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。

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。

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２８を剥離したときに、ビアペースト３０の一部が未硬化接着層２７に形成された貫通孔２９から突出して突出部３１が表出するように、未硬化接着層２７に形成された貫通孔２９からはみ出す量を充填する必要がある。

次に、図３（Ｄ）に示すように、未硬化接着層２７の表面から保護フィルム２８を剥離することにより、ビアペースト３０の一部を貫通孔２９から突出部３１として突出させる。突出部３１の高さは、保護フィルム２８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３１の高さが高すぎる場合には、後述する圧着工程において未硬化接着層２７の表面の貫通孔２９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。

図４は本実施形態における、未硬化接着層２７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４（Ａ）に示すように、未硬化接着層２７の下方に第一配線基板３２を、上方に第二配線基板３３を配置する。なお、未硬化接着層２７の一方の面には、突出部３１を第一配線回路１３で覆うように第一配線基板３２を配置し、他方の面には突出部３１を第二配線回路１４で覆うように第二配線基板３３を配置する。そして、矢印で示す方向にプレスする。

第一配線基板３２、第二配線基板３３としては、ガラスエポキシ基板に回路が形成されたリジッド配線基板や、ポリイミドフィルム等の耐熱性樹脂フィルムに回路が形成されたフレキシブル配線基板や、耐熱性樹脂フィルムにエポキシ樹脂層が積層されたフィルム基板等が特に限定なく用いられる。なおリジッド配線基板とは、バックアップシート、保持シート、保持部材等を用いなくとも半導体や電子部品を実装できるだけの強度を有している硬い基板である。また、フレキシブル配線基板とは、配線基板単体では、実装時の作業に耐えるだけの機械的強度を有していない柔軟な、すなわち実装時には、バックアップシートや保持部材等の部材の上に取り付ける必要があるシート状回路基板である。なお、フレキシブル配線基板、柔軟性に富んでいるため、基板間を接続する銅線の代わりに用いることができる。また、フレキシブル配線基板は一定の厚みや形状を有することで、実装等の作業に耐えるだけの機械的な強度があれば、リジッド配線基板とすることができる。

また、第一配線回路１３及び第二配線回路１４の厚みや線幅については、特に限定されないが、銅箔をエッチングして形成された回路や、予め形成された回路を転写して形成された回路が好ましい。このような回路の厚みとしては４〜１００μｍ、さらには６〜３６μｍ（すなわち６μｍ以上３６μｍ以下）である事が好ましい。なお、回路形成法としては、電解メッキ等を用いて形成する方法もあるが、電解メッキにより形成された回路は厚膜化が困難であるために、銅箔により形成された回路がより好ましい。

また第一基板３２、第二配線基板３３は共に絶縁層（例えば、硬化済のエポキシ樹脂等。なおこの硬化済のエポキシ樹脂はガラス織布やガラス不織布等の芯材を有するものであっても良い）を有し、この絶縁層の表面に第一配線回路１３、第二配線回路１４が形成されている。

このようにして、図４（Ｂ）に示すように未硬化接着層２７の表面に第一配線基板３２及び第二配線基板３３を圧着した後、未硬化接着層２７を硬化させることにより硬化された接着層１６が形成される。第一配線基板３２及び第二配線基板３３は接着層１６により接着されて一体化されることにより複合配線基板１０に組み立てられている。この場合においては、プレスの当初に、所定形状にパターニングされた銅箔等からなる第一配線回路１３及び第二配線回路１４を介して突出部３１に、局所的に力が掛かるために貫通孔２９に充填されたビアペースト３０が選択的に圧縮される。また第一配線回路１３や第二配線回路１４の配線の厚みを調整することにより、ビアペースト３０に印加される圧縮力を調整することもできる。配線の厚みの調整による圧縮力の調整は、図３（Ｄ）のように保護フィルム２８の厚みで突出部３１の厚み調整を行う方法よりも、より高精度に厚みの調整による圧縮力の調整が可能である。これは同じ厚みの保護フィルム２８を用いた場合であっても、貫通孔２９の直径の大小によって、得られる突出部３１の厚みや体積が影響を受ける可能性があるためである。一方、図４に示すように、第一配線回路１３や第二配線回路１４を第一配線基板３２や第二配線基板３３の表面から突出するように形成することにより、加圧一体化時の圧力ばらつきの発生を抑制でき、小さな圧力であってもビア部分の確実な圧縮を可能とする。それにより、ビアペースト３０中に含まれる複数のＣｕ粒子同士の間隔が狭められ、Ｃｕ粒子同士が互いに変形し、面接触する。

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、ビアペース途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。

ここで、突出部３１を有するビアペースト３０を圧縮するときの様子について、図５を用いて詳しく説明する。

図５は本実施形態における、未硬化接着層２７に形成された貫通孔２９に充填されたビアペーストを圧縮するときの様子を更に詳しく説明するための断面模式図である。

図５は、未硬化接着層２７の貫通孔２９にビアペースト３０が充填されたときの様子を模式的に示した模式断面図である。図５（Ａ）は圧縮前、図５（Ｂ）は圧縮後を示している。なお、図５（Ｂ）は、半田の融点未満の温度で圧縮した後、引き続き半田の融点以上に加熱した後の状態を示している。

図５（Ａ）に示すように、未硬化接着層２７に形成された貫通孔２９から突出した突出部３１を第一配線回路１３や第二配線回路１４を介して押圧することにより、図５（Ｂ）のように貫通孔２９に充填されたビアペースト３０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３４の一部は未硬化接着層２７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２９に充填されたＣｕ粒子２３及びＳｎ−Ｂｉ系半田粒子３５の密度が高くなる、あるいは互いの隙間が狭くなる。

そして、このように高密度化されたＣｕ粒子２３同士が互いに接触する。圧縮においては、当初はＣｕ粒子２３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２２を形成する。このように多数のＣｕ粒子２３同士が面接触することにより、第一配線回路１３と第二配線回路１４とを低抵抗な状態で電気的に接続するための結合体２３ａが形成される。ここで配線基板の表面から突出する配線の厚みが厚いほど、Ｃｕ粒子２３はより高密度化された状態で接触することができる。なおこうした加圧圧縮工程をＳｎ−Ｂｉ系半田の融点未満で行い、引き続き一連の工程として加圧圧縮した状態でＳｎ−Ｂｉ系半田の融点以上に加圧する。

加圧圧縮工程によって、図５（Ｂ）に示されるビアペースト３０中のＣｕ粒子２３同士が面接触部２２を介して接触した結合体２３ａが形成される。ここで加圧圧縮工程を、Ｓｎ−Ｂｉ系半田の融点未満で行うことで、結合体２３ａは、Ｃｕ粒子の表面全体がＳｎ−Ｂｉ系半田粒子３５で覆われることがなく、Ｃｕ粒子が互いに直接面接触した面接触部２２を有する。その結果、形成されるビアホール導体１１の電気抵抗を小さくすることができる。

こうしてＳｎ−Ｂｉ系半田の融点未満で、結合体２３ａを形成した後、加圧圧縮工程に続く一連の工程として、Ｓｎ−Ｂｉ系半田の融点以上に加熱する。この加熱工程によって、Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子３５を溶融させることにより、結合体２３ａの表面を溶融したＳｎ−Ｂｉ系半田で濡らすことができる。その結果、結合体２３ａの表面に、好ましくは、面接触部２２を跨ぐように、第二金属領域２０を形成させることができる。結合体２３ａの表面を被覆する第二金属領域２０は、結合体２３ａに弾性を付与する。このように結合体２３ａを形成させた後に、Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子を融点以上に加熱して溶融させることにより、結合体２３ａの表面の少なくとも一部分に接触する第二金属領域２０と第二金属領域２０に接する第三金属領域２１が形成される。

このように圧縮によって結合体２３ａを形成した後のビアペースト３０をＳｎ−Ｂｉ系半田粒子３５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３５が溶融する。そして、Ｃｕ粒子や結合体２３ａの表面や周囲に第二金属領域２０が形成される。この場合において、Ｃｕ粒子同士が面接触している面接触部２２は、第二金属領域２０に跨がれるようにして覆われることが好ましい。Ｃｕ粒子と溶融したＳｎ−Ｂｉ系半田粒子３５とが接触することにより、Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子３５中のＳｎとＣｕ粒子中の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二金属領域２０が形成される。一方、Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子３５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、Ｂｉを主成分とする第三金属領域２１が形成される。

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。従って、Ｓｎ−Ｂｉ系半田のみをビアホール導体１１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１１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。

圧縮後のビアペースト３０を加熱する温度は、Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子３５の融点以上の温度であり、未硬化接着層２７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３０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。

このようにして、第一配線基板３２の表面に形成された第一配線回路１３と第二配線基板３３の表面に形成された第二配線回路１４とを層間接続するためのビアホール導体１１が形成される。

本実施形態における、ビアペースト３０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好ましい。この理由を以下に説明する。

図６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。なお、図６は模式図であり、ビアホール中の樹脂成分等は図示していない。

図６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銅粉３７の割合が少なくなり、多数の銅粉３７同士が互いに面接触しにくくなる。そして銅粉３７が金属間化合物３８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、多数の銅粉３７が硬い金属間化合物３８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。銅粉３７に比べ、Ｃｕ₆Ｓｎ₅、Ｃｕ₃Ｓｎのような金属間化合物３８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。

そして、銅粉３７と金属間化合物３８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３９が発生しやすくなる。

また、Ｃｕ／Ｓｎの重量比が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、銅粉３７の表面と銅粉３７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。

図６に示すように銅粉３７と金属間化合物３８の界面にクラックやボイド３９が存在する場合、クラックやボイド３９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３９は、金属間化合物３８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。

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１７に含まれる第二金属領域２０は、多数のＣｕ粒子同士が面接触する面接触部２２やＣｕ粒子の表面を物理的に保護している。図２に示す矢印２５ａ、２５ｂは、ビアホール導体１１に加えられた外力や、ビアホール導体１１に発生した内部応力を示す。ビアホール導体１１に矢印２５ａに示すような外力や内部応力２５ｂが掛かった場合、柔軟なＣｕ粒子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２０にクラックが発生したとしても、多数のＣｕ粒子同士が面接触していることにより結合体２３ａによる導通路２４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１７全体は樹脂部分１８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。

またＣｕ／Ｓｎが１．５９以上である場合には、面接触部２２を跨ぐように、第二金属領域２０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、第二金属領域２０側に発生しやすくなる。第二金属領域２０に発生したカーゲンドールボイドは、ビアホール導体１１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。

一方、本実施形態におけるビアホール導体１１では、第一配線基板３２と第二配線基板３３とはある程度の弾性を有しているため、ビアホール導体１１の周囲を囲む接着層１６の選択自由度や設計自由度を高める分、低コスト化、あるいは高性能化（例えば、高弾性率化、低弾性率化、高強度化、あるいは高信頼性化）が可能となる。

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１では、リジッド配線基板であるガラスエポキシ基板とフレキシブル配線基板であるポリイミドフィルム基板とを接着層を介して一体化した複合配線基板の例について説明する。

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
・Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子：Ｓｎ４２-Ｂｉ５８、平均粒子径５μｍ、融点１３８℃
・硬化性樹脂：硬化剤を含むエポキシ樹脂
・未硬化接着層：無機フィラー２０質量％と熱硬化性のエポキシ樹脂８０質量％とを含む厚み１００μｍのシートであり、硬化時の熱膨張係数３６０ｐｐｍ／℃。
・保護フィルム：厚み２５μｍのＰＥＴシート
・第一配線基板：銅箔をエッチングして形成された厚み３５μｍ、線幅１００μｍの回路が形成された絶縁層厚み４００μｍのガラスエポキシ基板
・第二配線基板：銅箔をエッチングして形成された厚み１２μｍ、線幅２００μｍの回路が形成された絶縁層厚み１５０μｍのポリイミドフィルム基板
（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。

（複合配線基板の製造）
未硬化接着層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接着層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、未硬化接着層の両表面に、突出部を第一配線基板の回路及び第二配線基板の回路が覆うようにして第一配線基板と第二配線基板とを配置して重ね合わせ体を形成した。そして、加熱プレスの一対の金型の下型の上に離型紙を介して重ね合わせ体を載置した後、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。このようにして第一配線基板と第二配線基板とが接着層を介して一体化され、第一配線基板の回路と第二配線基板の回路とが接着層を貫通するビアホール導体で接続された複合配線基板を得た。

（評価）
〈抵抗値試験〉
得られた複合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。
〈接続信頼性〉
得られた複合配線基板の５００サイクルのヒートサイクル試験を行い、形成された１００個のビアホール導体の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。

表１より、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低くなっていることがわかる。これは、Ｃｕ粒子の割合が多くなることにより、低抵抗のＣｕ粒子同士が互いに面接触して面接触部を形成しているためである。すなわち、隣接するＣｕ粒子間にＣｕより高い抵抗値を有する金属が存在していないためである。一方、Ｃｕ／Ｓｎ１．５９未満の場合には、Ｃｕ粒子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に、抵抗値が高くなっている。

また、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面接触部の周囲に存在する第二金属領域が少なくなるために接続信頼性が低くなっている。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、抵抗値が高くなっている。

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。導体ペーストと比べ、比較的大きな熱膨張係数の接着層を用いた場合でも、初期抵抗及び信頼性を確保することができる。

なお実施例１のペーストNo.５を用いて得られたビアホール導体の断面ＳＥＭ写真と模式図を図７に示す。（Ａ）がＳＥＭ写真であり、（Ｂ）は各構成成分の模式図である。

金属部分１７は、Ｃｕ粒子の結合体を含む第一金属領域１９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２０と、ビスマスを主成分とする第三金属領域２１と、を有し、結合体を形成するＣｕ粒子同士が互いに面接触することにより面接触部２２を形成しており、第二金属領域２０の少なくとも一部分が前記第一金属領域１９に接触していることが確認できる。

実施例２では、リジッド配線基板同士を接着層を介して一体化した複合配線基板の例について説明する。

実施例２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
・Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子：Ｓｎ４２-Ｂｉ５８、平均粒子径５μｍ、融点１３８℃
・硬化性樹脂：硬化剤を含むエポキシ樹脂
・未硬化接着層：無機フィラー２０質量％と熱硬化性のエポキシ樹脂８０質量％とを含む厚み１００μｍのシートであり、硬化時の熱膨張係数１５０ｐｐｍ／℃。
・保護フィルム：厚み２５μｍのＰＥＴ製シート
・第一配線基板及び第二配線基板：銅箔をエッチングして形成された厚み３５μｍ、線幅１００μｍの回路が形成された絶縁層厚み４００μｍのガラスエポキシ基板
（ビアペーストの調整）
表２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。

（複合配線基板の製造）
未硬化接着層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接着層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、未硬化接着層の両表面に、突出部を第一配線基板の回路及び第二配線基板の回路が覆うようにして第一配線基板と第二配線基板とを配置して重ね合わせ体を形成した。そして、加熱プレスの一対の金型の下型の上に離型紙を介して重ね合わせ体を載置した後、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。このようにして第一配線基板と第二配線基板とが接着層を介して一体化され、第一配線基板の回路と第二配線基板の回路とが接着層を貫通するビアホール導体で接続された複合配線基板を得た。

（評価）
実施例１と同様にして評価した。

結果を表２に示す。

表２に示すように、リジッド配線基板同士の層間接続に関して、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。導体ペーストと比べ、比較的大きな熱膨張係数の接着層を用いた場合でも、初期抵抗及び信頼性を確保することができる。

また表１と表２とで、同様の結果が得られたことからも、本願発明によって互いに形状や材料、熱膨張係数、硬度等異なる配線基板同士を電気的に接続できることが判る。なおこれら配線基板間の特性の違いを吸収するために、接着層１６の物性（熱膨張係数、弾性率等）を最適化することは有用である。

以上のように、リジッド配線基板同士を接着しても、リジッド配線基板とフレキシブル配線基板とを接着しても本発明の効果が得られることがわかる。また、接着層として、熱膨張係数１００〜３００ｐｐｍ／℃の接着層についても、ビア径を１５０μｍ前後で最適化することで同様に高い信頼性が得られた。

本発明によれば、携帯電話等に使われる複合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。またビア導体側からも、接着層材料の選定に優位な、また小径ビアの形成に最適なものを提案することで、複合配線基板の小型化、高信頼性化に貢献する。

１０ 複合配線基板
１１ ビアホール導体
１２ 第一絶縁層
１３ 第一配線回路
１４ 第二配線回路
１５ 第二絶縁層
１６ 接着層
１７ 金属部分
１８ 樹脂部分
１９ 第一金属領域
２０ 第二金属領域
２１ 第三金属領域
２２ 面接触部
２３ Ｃｕ粒子
２３a Ｃｕ粒子の結合体
２４ 導通路
２５ 応力の方向
２６ 仮想のばね
２７ 未硬化接着層
２８ 保護フィルム
２９ 貫通孔
３０ ビアペースト
３１ 突出部
３２ 第一配線基板
３３ 第二配線基板
３４ 硬化性樹脂成分
３５ Ｓｎ−Ｂｉ系半田粒子
３６ 銅箔
３７ 銅粉
３８ 金属間化合物
３９ ボイドやクラック

Claims (11)

1. ２つの配線基板と、前記２つの配線基板間に介在して前記２つの配線基板同士を互いに接着する絶縁性の接着層とを備え、
   前記２つの配線基板は前記接着層を介して対向する配線回路をそれぞれ備え、
   前記対向する配線回路同士は、前記接着層を貫通するように形成されたビアホール導体で電気的に接続されており、
   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、Ｃｕ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Ｃｕ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複合配線基板。
2. 前記面接触部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に記載の複合配線基板。
3. 前記ビアホール導体中の前記Ｃｕ粒子の体積割合が３０〜９０％の範囲である請求項１または２に記載の複合配線基板。
4. 前記金属部分の銅（Ｃｕ）と錫（Ｓｎ）との重量比（Ｃｕ／Ｓｎ）が１．５９〜２１．４３の範囲である請求項１〜３の何れか１項に記載の複合配線基板。
5. 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１〜４の何れか１項に記載の複合配線基板。
6. 前記２つの配線基板は、一方がリジッド基板であり、他方がフレキシブル基板である請求項１〜５の何れか１項に記載の複合配線基板。
7. 前記２つの配線基板は、何れもリジッド基板である請求項１〜５の何れか１項に記載の複合配線基板。
8. 前記２つの配線基板の少なくとも何れか一方の前記配線回路は、予め電子部品が実装されたものである請求項１〜５の何れか１項に記載の複合配線基板。
9. 前記接着層が熱硬化された耐熱樹脂を含む請求項１〜８のいずれか１項に記載の複合配線基板。
10. 絶縁性の接着層の両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接着層に穿孔して貫通孔を形成する第２工程と、
    前記貫通孔に、Ｃｕ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、前記両表面の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前記両表面に表出させる第４工程と、
    前記接着層の一方の面に前記突出部を配線回路で覆うように第一の配線基板を配置し、前記接着層の他方の面に前記突出部を配線回路で覆うように第二の配線基板を配置する第５工程と、
    前記第一配線基板及び前記第二配線基板を前記接着層の各表面に圧着して、前記錫−ビスマス系半田粒子の融点未満の温度で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粒子同士が互いに面接触して形成された面接触部を有する前記Ｃｕ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融点以上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複合配線基板の製造方法。
11. 前記Ｃｕ粒子と前記錫−ビスマス系半田粒子との合計量に対する、前記Ｃｕ粒子の含有割合が４０〜９０質量％である請求項１０に記載の複合配線基板の製造方法。