JP5526720B2 - 樹脂回路基板およびその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、樹脂回路基板およびその製造方法に関するもので、特に、樹脂回路基板に備える面内導体パターンと層間導体パターンとの接続部分の電気特性の安定化および信頼性の向上を図るための改良に関するものである。

カーナビゲーションシステムやデジタルコンパクトカメラなど、各種電子機器に用いられる回路基板として、熱可塑性樹脂シートを積層してなる樹脂多層回路基板が知られている。熱可塑性樹脂のなかでも、液晶ポリマー（Liquid Crystal Polymer：ＬＣＰ）は、耐熱性が高く、吸水性が小さいため、電気特性（特に高周波特性）に優れた多層回路基板材料として注目を浴びている。

熱可塑性樹脂シートを積層してなる樹脂多層回路基板は、たとえば、面内導体パターンとしての金属箔パターンを有する熱可塑性樹脂シートに、当該金属箔パターンに接するように層間導体パターンとしてのビア導体を設けるため、まず、ビア導体用孔を形成し、次いで、このビア導体用孔に導電性ペーストを充填した後、複数の熱可塑性樹脂シートを積層し、圧着する、各工程を経て作製される。

上記圧着工程では、加熱・加圧処理が施されるが、この圧着時の加熱・加圧処理によって、熱可塑性樹脂シートの表面を流動させ、隣接する熱可塑性樹脂シート同士を密着させるとともに、ビア導体用孔中の導電性ペーストを溶融一体化する。この導電性ペーストの溶融一体化したものが、金属箔パターンと電気的に導通したビア導体として機能する。

より具体的には、たとえば特許第３４７３６０１号公報（特許文献１）に記載されているように、Ｃｕ箔パターンを有する熱可塑性樹脂シートのビア導体用孔にＳｎ−Ａｇ合金粉末を含む導電性ペーストを充填し、次いで、このようにして得られた複数の熱可塑性樹脂シートを積層し、たとえば温度２２０℃以上、圧力２〜１０ＭＰａで熱圧着処理を施すことによって、熱可塑性樹脂シート同士を密着させるとともに、Ｃｕ箔パターンとビア導体との間に、Ｃｕ箔パターンのＣｕと導電性ペースト中のＳｎとの拡散層を形成して、Ｃｕ箔パターンとビア導体とを電気的に導通させる。

上記の方法では、Ｃｕ箔パターンとビア導体との間にＣｕ−Ｓｎの拡散層を形成しているが、ＳｎのＣｕへの固溶限（固溶量の限界量）が大きいため、拡散層の厚みを制御しにくい。拡散層は、金属単体層に比べて比抵抗が大きいため、厚みのばらつきにより、電気特性が変動することがある。また、拡散層は、金属単体層に比べて脆いため、その厚みによっては、信頼性が低下することがある。さらに、たとえば、熱圧着処理の条件によっては、Ｓｎの拡散が進み、ビア導体中にカ−ケンダルボイドが発生することがある。

特許第３４７３６０１号公報

この発明の目的は、上述したような問題を解決し得る、樹脂回路基板およびその製造方法を提供しようとすることである。

この発明は、簡単に言えば、熱可塑性樹脂層を有する樹脂回路基板を製造するに際し、面内導体パターンとして、銅（Ｃｕ）を主成分とする導体パターンを用い、かつ、層間導体パターンとして、ビスマス（Ｂｉ）を主成分とする導体パターンを用いることを特徴としている。

より詳細には、この発明に係る樹脂回路基板の製造方法は、熱可塑性樹脂シートを用意する工程と、熱可塑性樹脂シートの平面方向に延びるように、銅を主成分とする面内導体パターンを設けるとともに、同じく厚み方向に延びるように、ビスマスを主成分とした導電性ペーストを用いて面内導体パターンと接する層間導体パターンを設ける工程と、熱可塑性樹脂シートに熱処理および加圧処理を施すことによって、導電性ペーストを溶融一体化するとともに、当該導電性ペーストが溶融一体化してなる層間導体パターンと面内導体パターンとの間に、銅およびビスマスの固溶体層を形成する、熱処理・加圧処理工程とを有することを特徴としている。

面内導体パターンおよび層間導体パターンが設けられた、複数の熱可塑性樹脂シートを用意する工程と、複数の熱可塑性樹脂シートを積み重ねることによって、積層体を作製する工程とをさらに備え、前述した熱処理・加圧処理工程が、この積層体に対して実施されると、この発明に係る製造方法によって、多層回路基板が得られる。

この発明に係る樹脂回路基板の製造方法において、好ましくは、層間導体パターンを設ける工程は、熱可塑性樹脂シートの厚み方向に延びる層間連通孔を設ける工程と、層間連通孔に導電性ペーストを充填する工程を含む。

上記導電性ペーストは、ビスマスを主成分とする金属粉末を含有するものであり、この金属粉末は、主成分であるビスマスと、銅、銀、亜鉛、錫、インジウム、アンチモンおよびニッケルからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属とを含む合金粉末であることが好ましい。

上記の場合、合金粉末には、好ましくは、
（１）ビスマスを主成分とし、添加物として、銅：０．０１〜０．３重量％、銀：０．０１〜４重量％、または、亜鉛：０．０１〜４重量％を含んだ合金粉末である２元系の実施態様、
（２）ビスマスを主成分とし、第１添加物として、銀：０．０１〜４重量％を含み、さらに、第２添加物として、錫：０．１〜０．５重量％、銅：０．０１〜０．３重量％、インジウム：０．０５〜０．５重量％、アンチモン：０．０５〜３重量％、または、亜鉛：０．０５〜３重量％を含んだ合金粉末である第１の３元系の実施態様、
（３）ビスマスを主成分とし、第１添加物として、銅：０．０１〜０．３重量％を含み、さらに、第２添加物として、錫：０．０５〜０．５重量％を含んだ合金粉末である第２の３元系の実施態様、
（４）ビスマスを主成分とし、第１添加物として、亜鉛：０．０１〜４重量％を含み、さらに、第２添加物として、錫：０．０５〜０．５重量％を含んだ合金粉末である第３の３元系の実施態様、ならびに
（５）ビスマスを主成分とし、第１添加物として、銀：０．０１〜４重量％、銅：０．０１〜０．３重量％、または、亜鉛：０．０１〜４重量％を含み、さらに、第２添加物として、ニッケル：０．０５〜０．５重量％を含んだ合金粉末である第４の３元系の実施態様
がある。

この発明は、また、樹脂回路基板にも向けられる。この発明に係る樹脂回路基板は、熱可塑性樹脂層を含む基体と、熱可塑性樹脂層の平面方向に延びるように設けられ、銅を主成分とする面内導体パターンと、面内導体パターンと接する状態で熱可塑性樹脂層の厚み方向に延びるように設けられ、ビスマスを主成分とする層間導体パターンと、面内導体パターンと層間導体パターンとの間に形成された、銅およびビスマスの固溶体層とを有することを特徴としている。

この発明に係る樹脂回路基板において、基体は、複数の熱可塑性樹脂層を積み重ねた積層構造を有していてもよい。すなわち、この発明に係る樹脂回路基板は、多層回路基板であってもよい。

この発明に係る樹脂回路基板は、基体の表面にチップ部品が実装されたものであってもよい。

この発明によれば、樹脂回路基板を得るための熱処理時、面内導体パターンと層間導体パターンとの間には、ＣｕとＢｉの固溶体層が形成される。ここで、ＣｕのＢｉに対する固溶限が小さいため、すなわち、ＣｕはＢｉに対して、０．１〜０．２重量％程度しか固溶しないため、固溶体層の厚みは変動しにくく、電気特性の安定性や信頼性に優れた樹脂回路基板が得られる。

この発明の一実施形態による樹脂回路基板１を示す断面図である。 図１に示した樹脂回路基板１を製造するために実施されるいくつかの工程を示す断面図である。 図１に示した樹脂回路基板１を得るために実施される熱処理・加圧処理工程において、導電性ペースト１３中のバインダ樹脂１５が消失する場合に層間導体パターン７に生じ得る現象を説明するための断面図である。 図１に示した樹脂回路基板１を得るために実施される熱処理・加圧処理工程において、導電性ペースト１３中のバインダ樹脂１５が残る場合に層間導体パターン７に生じ得る現象を説明するための断面図である。 図１に示した樹脂回路基板１上にチップ部品２１および２２を実装した状態を示す断面図である。

図１を参照して、樹脂回路基板１の構造の概略について説明する。

図１に示した樹脂回路基板１は、多層回路基板を構成するもので、複数の熱可塑性樹脂層２を積み重ねた積層構造を有する基体３を備えている。なお、複数の熱可塑性樹脂層２の各々は、隣接するものと接する表面が流動され、隣接するもの同士が密着しているので、図１において、複数の熱可塑性樹脂層２の互いの間の境界については、その図示を省略している。

樹脂回路基板１は、また、熱可塑性樹脂層２の平面方向に延びるように設けられ、銅を主成分とするいくつかの面内導体パターン４、５および６を備えている。面内導体パターン４〜６は、基体３の上面上に位置する面内導体パターン４と、基体３の下面上に位置する面内導体パターン５と、基体３の内部に位置する面内導体パターン６とに分類される。

樹脂回路基板１は、さらに、面内導体パターン４〜６のいずれかと接する状態で熱可塑性樹脂層２の厚み方向に延びるように設けられ、ビスマスを主成分とする層間導体パターン７を備えている。

上述した面内導体パターン４〜６の各々と層間導体パターン７との間には、銅およびビスマスの固溶体層８（図３または図４参照）が形成されている。

樹脂回路基板１の構造の詳細については、図２を参照して以下に説明する製造方法の説明において明らかにする。

樹脂回路基板１を製造するため、まず、図２（１）に示すように、熱可塑性樹脂層２となるべき熱可塑性樹脂シート１１−２が用意される。なお、熱可塑性樹脂シートとして、図２（１）に示した熱可塑性樹脂シート１１−２のほか、図２（４）に示すように、熱可塑性樹脂シート１１−１、１１−３および１１−４が用意される。これら熱可塑性樹脂シート１１−１〜１１−４は、好ましくは、耐熱性が高く、吸水性が小さいことから、ＬＣＰシートから構成されるが、ポリイミドのような熱可塑性樹脂からなるシートから構成されてもよい。用意される熱可塑性樹脂シートの数は必要に応じて増減され得る。

なお、以下の説明において、熱可塑性樹脂シート１１−１、１１−２、１１−３および１１−４の間で区別する必要がないときは、これらを総称して、「熱可塑性樹脂シート１１」と言う。

次に、同じく図２（１）に示すように、熱可塑性樹脂シート１１−２上には、面内導体パターン６が形成される。同様に、図２（４）から類推されるように、熱可塑性樹脂シート１１−１および１１−３上にも、面内導体パターン６が形成され、熱可塑性樹脂シート１１−４上には、面内導体パターン５が形成される。これら面内導体パターン５および６は、好ましくは、Ｃｕを主成分とするＣｕ箔パターンをもって構成される。

Ｃｕ箔パターンは、熱可塑性樹脂シート１１にアンカー効果で接合しているが、接着剤を介して接合していてもよい。Ｃｕ箔パターンは、全面にＣｕ箔を有する熱可塑性樹脂シート１１を用意し、このＣｕ箔を、たとえばフォトリソグラフィ法でパターニングすることによって形成され得る。

なお、面内導体パターン５および６ならびに後の構成で形成される面内導体パターン４は、Ｃｕを主成分とするものであれば、Ｃｕ箔に限定されるものではなく、たとえば、Ｃｕめっき膜であってもよい。Ｃｕ箔またはＣｕめっき膜は、Ｃｕ単体金属からなるものであることが好ましいが、他の金属を添加物として含んだ合金からなるものであってもよい。もちろん、面内導体パターン４〜６は、Ｃｕペーストを印刷し、熱処理等によって溶融一体化したものであってもよい。

次に、図２（２）に示すように、熱可塑性樹脂シート１１−２の厚み方向に延びる層間連通孔１２が設けられる。層間連通孔１２は、好ましくは、熱可塑性樹脂シート１１−２の、面内導体パターン６が設けられた面とは反対側の面からレーザ光を照射することによって形成される。このとき、形成された層間連通孔１２の底面が面内導体パターン６によって規定されるように制御される。

層間連通孔１２をあけた後、熱可塑性樹脂シート１１−２の残渣が残る場合は、デスミア処理等のクリ−ニング処理を行なう。レーザ光照射による孔あけの場合、図示したように、層間連通孔１２はテーパ形状になる。また、レーザ光照射による孔あけの場合、面内導体パターン６のうちレーザ光が照射された部分は平滑化する。平滑化している方が、後の工程で形成される層間導体パターン７との接続性、すなわち導通性が向上するので好ましい。

なお、層間連通孔１２の形成のため、レーザ光照射による孔あけに代えて、パンチング処理による孔あけが適用されてもよい。パンチング処理による場合であっても、形成された層間連通孔１２の底面が面内導体パターン６によって規定されるように制御される。

同様に、図２（４）から類推されるように、熱可塑性樹脂シート１１−１、１１−３および１１−４上に対しても、層間連通孔１２の形成工程が実施される。

次に、図２（３）に示すように、層間連通孔１２に導電性ペースト１３が充填され、面内導体パターン４〜６のいずれかと接する状態とされる。導電性ペースト１３は、ビスマスを主成分とした金属粉末を、バインダ樹脂および溶剤に分散してなるものである。導電性ペースト１３は、また、可塑剤、分散剤等の他の成分を含んでいてもよい。

上記金属粉末は、ビスマス単体金属からなる粉末であってもよいが、ビスマス合金粉末であることが好ましい。なお、ビスマス合金粉末において、ビスマスの一部が他の添加金属と固溶していたり、金属間化合物を形成していたりしていても構わない。

より具体的には、金属粉末は、主成分であるビスマスと、銅、銀、亜鉛、錫、インジウム、アンチモンおよびニッケルからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属とを含む合金粉末であることが好ましい。

上記の場合、合金粉末の組成には、次のような好ましい実施態様がある。

（１）ビスマスを主成分とし、添加物として、銅：０．０１〜０．３重量％、銀：０．０１〜４重量％、または、亜鉛：０．０１〜４重量％を含んだ、２元系の実施態様。

（２）ビスマスを主成分とし、第１添加物として、銀：０．０１〜４重量％を含み、さらに、第２添加物として、錫：０．１〜０．５重量％、銅：０．０１〜０．３重量％、インジウム：０．０５〜０．５重量％、アンチモン：０．０５〜３重量％、または、亜鉛：０．０５〜３重量％を含んだ、第１の３元系の実施態様。

（３）ビスマスを主成分とし、第１添加物として、銅：０．０１〜０．３重量％を含み、さらに、第２添加物として、錫：０．０５〜０．５重量％を含んだ、第２の３元系の実施態様。

（４）ビスマスを主成分とし、第１添加物として、亜鉛：０．０１〜４重量％を含み、さらに、第２添加物として、錫：０．０５〜０．５重量％を含んだ、第３の３元系の実施態様。

（５）ビスマスを主成分とし、第１添加物として、銀：０．０１〜４重量％、銅：０．０１〜０．３重量％、または、亜鉛：０．０１〜４重量％を含み、さらに、第２添加物として、ニッケル：０．０５〜０．５重量％を含んだ、第４の３元系の実施態様。

これらの実施態様のさらなる詳細については、後述する実験例において明らかにする。

導電性ペースト１３の充填後は、これを乾燥して、導電性ペースト１３中の溶剤成分を揮発させる。この段階では、図３（Ａ）または図４（Ａ）に示すように、層間連通孔１２内において、多数の金属粉末１４が、バインダ樹脂１５に分散し、かつ固着された状態である。

同様に、図２（４）から類推されるように、熱可塑性樹脂シート１１−１、１１−３および１１−４上に対しても、上述した導電性ペースト１３の充填等の工程が実施される。

次に、図２（４）の最も上に示すように、熱可塑性樹脂シート１１−１の上面に、Ｃｕを主成分とする面内導体パターン４が形成される。この面内導体パターン４についても、面内導体パターン５および６と同様、好ましくは、Ｃｕを主成分とするＣｕ箔パターンをもって構成される。

次に、同じく図２（４）に示した複数の熱可塑性樹脂シート１１−１〜１１−４が積み重ねられる。この段階において、層間導体パターン７の両端部が面内導体パターン４〜６のいずれかに接する状態となっている。

このようにして得られた複数の熱可塑性樹脂シート１１からなる積層体１６は、次いで、減圧下にて、熱を加えながらプレスされる。熱処理温度はたとえば２６０℃とされる。この熱処理および加圧処理によって、複数の熱可塑性樹脂シート１１が一体化される。より詳細には、この熱圧着処理によって、複数の熱可塑性樹脂シート１１の各々の表面領域において、たとえばＬＣＰのような熱可塑性樹脂が流動し、熱可塑性樹脂シート１１の隣接するもの同士が互いに密着しかつ接合される。

また、上述した熱処理・加圧処理工程において、層間連通孔１２に充填されたＢｉ系導電性ペースト１３が溶融一体化して、図１に示すように、層間導体パターン７を形成するとともに、図３（Ｂ）または図４（Ｂ１）および同（Ｂ２）によく示されているように、Ｃｕを主成分とする面内導体パターン４〜６の各々と導電性ペースト１３が溶融一体化してなる層間導体パターン７との間に、ＢｉおよびＣｕの固溶体層８が形成される。この固溶体層８は、厳密に言うと、Ｂｉに少量のＣｕが固溶したＢｉ系固溶体層である。

なお、この固溶体層８においても、Ｂｉの一部が金属間化合物を形成していたりすることがある。たとえば、ＣｕはＢｉに対して０．１〜０．２重量％程度しか固溶しないというように、ＣｕのＢｉに対する固溶限はかなり小さいため、比較的短時間で固溶限に達し、その後、固溶体層８の厚みはほとんど変動しない。

以上のような熱処理・加圧処理工程において、導電性ペースト１３中のバインダ樹脂が消失する場合とバインダ樹脂が残る場合とがある。したがって、層間導体パターン７において生じ得る現象を、導電性ペースト１３中のバインダ樹脂が消失する場合とバインダ樹脂が残る場合とに分けて説明する。

まず、図３（Ａ）には、導電性ペースト１３が層間連通孔１２に充填された状態が示されている。次いで、熱処理・加圧処理工程が実施されたとき、導電性ペースト１３によって層間導体パターン７が形成される。この過程において、層間連通孔１２に充填された導電性ペースト１３中のバインダ樹脂１５が消失する場合、言い換えると、熱処理で消失するようなバインダ樹脂１５を用いた場合、さらに言い換えると、バインダ樹脂１５の消失温度（燃焼温度または分解温度）が熱処理温度以下の場合、層間導体パターン７の形状は、図３（Ｂ）に示すように、母線が凹状の円弧である凹面円錐台状ないしは凹面円柱状になる傾向がある。これは、バインダ樹脂１５が消失するとともに、金属粉末１４が溶融一体化するのに伴い、導電性ペースト１３の体積が減少するが、その体積減少分を、流動性の高い状態になっている熱可塑性樹脂が補おうとするためである。

層間導体パターン７が凹面円錐台状ないしは凹面円柱状であると、熱応力などが加わった際に破壊の起点となる可能性の高いエッジ部が生じず、断線に強くなる。しかも、層間導体パターン７と面内導体パターン４〜６との接触面積が大きくなるため、これらの界面での電気抵抗の低下を抑制できる。

他方、導電性ペースト１３中のバインダ樹脂が残る場合について、図４を参照して説明する。

まず、図４（Ａ）には、導電性ペースト１３が層間連通孔１２に充填された状態が示されている。次いで、熱処理・加圧処理工程が実施されたとき、導電性ペースト１３によって層間導体パターン７が形成される。この過程において、導電性ペースト１３におけるバインダ樹脂１５が残る場合、言い換えると、バインダ樹脂１５の消失温度（燃焼温度または分解温度）が熱処理温度より高い場合、より具体的に言うと、バインダ樹脂１５の主成分として、たとえばエポキシ樹脂を用い、かつ硬化剤として有機酸を用いた場合、図４（Ｂ１）に示すように、層間導体パターン７が凹面円錐台状ないしは凹面円柱状となり、その周囲にバインダ樹脂１５が染み出し、層間導体パターン７と熱可塑性樹脂層２との間にバインダ樹脂１５からなる緩衝領域ができることがある。

この場合においても、バインダ樹脂１５が消失する場合と同様、層間導体パターン７が凹面円錐台状ないしは凹面円柱状であるため、熱応力などが加わった際に破壊の起点となる可能性の高いエッジ部が生じず、断線に強くなる。しかも、層間導体パターン７と面内導体パターン４〜６との接触面積が大きくなるため、これらの界面での電気抵抗の低下を抑制できる。また、バインダ樹脂１５からなる緩衝領域ができると、熱可塑性樹脂層２に加わった衝撃が層間導体パターン７に直接的には伝わりにくくなる。

導電性ペースト１３中のバインダ樹脂１５が残る場合、時として、図４（Ｂ２）のように、層間導体パターン７が網目状になり、その隙間をバインダ樹脂１５が埋めたような構造になることがある。この場合、バインダ樹脂１５が網目状の層間導体パターン７を補強するため、層間導体パターン７にクラックが入ったとしても、それが進展しにくくなる。

図５に示すように、樹脂回路基板１上には、チップコンデンサやＩＣチップなどのチップ部品２１および２２が、はんだ等の導電性接合材２３を介して搭載される。より具体的には、樹脂回路基板１のたとえば上面にある面内導体パターン４にはんだ等の導電性接合材２３を塗布しておき、ここにチップ部品２１および２２の端子電極が位置するように実装し、熱処理することによって、チップ部品２１および２２が樹脂回路基板１上に実装される。

なお、図１に示した樹脂回路基板１は、複数の熱可塑性樹脂層２を備える多層構造を有するものであったが、この発明は、単に１つの熱可塑性樹脂層しか備えない単層構造の樹脂回路基板にも適用することができる。

［実験例］
この発明に係る樹脂回路基板の製造方法において、層間導体パターンを形成するために用いる導電性ペーストに含まれる金属粉末として、ビスマスを主成分とする合金粉末が有利に用いられるが、合金粉末についての好ましい組成を求めるために実施した実験例について、以下に説明する。

この実験例では、共通して、試料となる樹脂回路基板は、図１に示すような構造を有するもので、熱可塑性樹脂層２をＬＰＣシートから構成し、面内導体パターン４〜６をＣｕ箔パターンから構成した。また、層間導体パターン７を形成するために用いた導電性ペーストは、共通して、ビスマスを主成分とする合金粉末を含むとともに、この合金粉末１００重量部に対して、バインダ樹脂としてのロジンを１２重量部、溶剤としてのテトラエチレングリコールを１０重量部、活性剤としてのコハク酸を２重量部、さら添加材としてのチクソ材を微量含む配合とした。

また、樹脂回路基板を得るため、複数のＬＰＣシートを積み重ねて熱処理・加圧処理工程を実施するにあたり、共通して、２９０℃の温度および４ＭＰａの圧力を適用した。

評価にあたっては、後掲の各表に示すように、各試料に係る合金粉末の「溶融温度」を「固相線温度」および「液相線温度」の各々について求めるとともに、「接合強度」、「信頼性」および「マイグレーション」について評価した。

なお、「接合強度」は、Ｃｕ板に対するピール強度を求めたものである。

「信頼性」の評価は、言い換えると、「耐熱性」の評価であり、得られた樹脂回路基板を温度３０℃、湿度８５％の恒温恒湿槽に９６時間置いて、その後、ピーク温度２５０℃のリフロー炉で加熱する処理を行なった。この加熱処理を２回繰り返し、目視観察により、熱可塑性樹脂層間に剥がれが生じておらず、かつ層間導体パターンに膨れが生じていないものを「○」と評価し、他方、１回目の加熱処理で、熱可塑性樹脂層間に剥がれが生じておらず、かつ層間導体パターンに膨れが生じていないが、２回目の加熱処理で、熱可塑性樹脂層間に剥がれが生じ、かつ／または層間導体パターンに膨れが生じたものを「△」と評価し、１回目の加熱処理で、熱可塑性樹脂層間に剥がれが生じ、かつ／または層間導体パターンに膨れが生じたものを「×」と評価した。

「マイグレーション」の評価は、耐湿負荷試験時の故障（ショ−ト）発生の有無を評価したもので、耐湿負荷試験は、得られた樹脂回路基板を、温度８５℃、湿度８５％の恒温恒湿槽に１０００時間置き、樹脂回路基板の内部に構成されたコンデンサに１００Ｖの電圧を印加したときに、ここにショートが発生しなかったものを「マイグレーション」が「○」であると評価し、他方、ショートが発生したものを「マイグレーション」が「×」であると評価した。なお、上記コンデンサは、樹脂回路基板の内層部分に設けられた２枚の面内導体パターンによって構成されたコンデンサであり、このコンデンサは、層間導体パターンを介して樹脂回路基板表面の電極（テストパッド）に引き出された構造を有している。

１．実施例１
層間導体パターンを形成するための導電性ペーストに含まれるＢｉ合金粉末として、以下の表１（Ｂｉ−Ｃｕの２元系）、表２（Ｂｉ−Ａｇの２元系）および表３（Ｂｉ−Ｚｎの２元系）に示す組成のものを用い、「固相線温度」および「液相線温度」を求めるとともに、「接合強度」、「信頼性」および「マイグレーション」について評価した。

Ｂｉ合金粉末において、添加物として、Ｃｕを含む場合には、表１からわかるように、Ｃｕ含有量が０．０１〜０．３重量％の範囲内であることが好ましく、Ａｇを含む場合には、表２からわかるように、Ａｇ含有量が０．０１〜４重量％の範囲内であることが好ましく、Ｚｎを含む場合には、表３からわかるように、Ｚｎ含有量が０．０１〜４重量％の範囲内であることが好ましい。

他方、表１の試料６のように、Ｃｕ含有量が０．３重量％を超えたり、表２の試料１０のように、Ａｇ含有量が４重量％を超えたり、表３の試料１４のように、Ｚｎ含有量が４重量％を超えたりすると、液相線温度が３００℃付近となり、熱処理・加圧処理工程で適用された前述の２９０℃の温度では、層間導体パターンに含まれる合金粉末の一部を液相化させて、層間導体パターンを緻密化（溶融一体化）させることができず、層間導体パターンと面内導体パターンとを固相拡散に基づき強固に接合させることができなかった。よって、「接合強度」、「信頼性」および「マイグレーション」について評価できなかった。

２．実施例２
層間導体パターンを形成するための導電性ペーストに含まれるＢｉ合金粉末として、以下の表４に示すＢｉ−Ａｇ−Ｓｎ／Ｃｕ／Ｉｎ／Ｓｂ／Ｚｎの３元系組成のものを用い、「固相線温度」および「液相線温度」を求めるとともに、「接合強度」、「信頼性」および「マイグレーション」について評価した。

表４からわかるように、Ｂｉ−Ａｇ−Ｓｎ／Ｃｕ／Ｉｎ／Ｓｂ／Ｚｎの３元系組成の粉末において、第２成分としてのＡｇ含有量は０．０１〜４重量％の範囲内であることが好ましく、第３成分としてのＳｎ含有量は０．１〜０．５重量％、同じくＣｕ含有量は０．０１〜０．３重量％、同じくＩｎ含有量は０．０５〜０．５重量％、同じくＳｂ含有量は０．０５〜３重量％、同じくＺｎ含有量は０．０５〜３重量％の各範囲内であることが好ましい。

他方、試料２６、３３、４０、４７および５４のように、第２成分としてのＡｇ含有量が４重量％を超えたり、試料３０のように、第３成分としてのＣｕ含有量が０．３重量％を超えたり、試料４５のように、第３成分としてのＳｂ含有量が３重量％を超えたり、試料５２のように、Ｚｎ含有量が３重量％を超えたりすると、液相線温度が３００℃付近となり、または３００℃を大きく超え、熱処理・加圧処理工程で適用された前述の２９０℃の温度では、層間導体パターンに含まれる合金粉末の一部を液相化させて、層間導体パターンを緻密化（溶融一体化）させることができず、層間導体パターンと面内導体パターンとを固相拡散に基づき強固に接合させることができなかった。よって、「接合強度」、「信頼性」および「マイグレーション」について評価できなかった。

また、試料２４のように、第３成分としてのＳｎ含有量が０．５重量％を超えたり、試料３８のように、第３成分としてのＩｎ含有量が０．５重量％を超えたりすると、固相線温度が低くなり、「信頼性」が「×」と評価された。

３．実施例３
層間導体パターンを形成するための導電性ペーストに含まれるＢｉ合金粉末として、以下の表５に示すＢｉ−Ｃｕ−Ｓｎの３元系組成のものを用い、「固相線温度」および「液相線温度」を求めるとともに、「接合強度」、「信頼性」および「マイグレーション」について評価した。

表５からわかるように、Ｂｉ−Ｃｕ−Ｓｎの３元系組成の粉末において、第２成分としてのＣｕ含有量は０．０１〜０．３重量％の範囲内であることが好ましく、第３成分としてのＳｎ含有量は０．０５〜０．５重量％の範囲内であることが好ましい。

他方、試料６７のように、第２成分としてのＣｕ含有量が０．３重量％を超えると、液相線温度が３００℃付近となり、熱処理・加圧処理工程で適用された前述の２９０℃の温度では、層間導体パターンに含まれる合金粉末の一部を液相化させて、層間導体パターンを緻密化（溶融一体化）させることができず、層間導体パターンと面内導体パターンとを固相拡散に基づき強固に接合させることができなかった。よって、「接合強度」、「信頼性」および「マイグレーション」について評価できなかった。

また、試料６５のように、第３成分としてのＳｎ含有量が０．５重量％を超えると、固相線温度が低くなり、「信頼性」が「×」と評価された。

４．実施例４
層間導体パターンを形成するための導電性ペーストに含まれるＢｉ合金粉末として、以下の表６に示すＢｉ−Ｚｎ−Ｓｎの３元系組成のものを用い、「固相線温度」および「液相線温度」を求めるとともに、「接合強度」、「信頼性」および「マイグレーション」について評価した。

表６からわかるように、Ｂｉ−Ｚｎ−Ｓｎの３元系組成の粉末において、第２成分としてのＺｎ含有量は０．０１〜４重量％の範囲内であることが好ましく、第３成分としてのＳｎ含有量は０．０５〜０．５重量％の範囲内であることが好ましい。

他方、試料７７のように、第２成分としてのＺｎ含有量が４重量％を超えると、液相線温度が３００℃付近となり、熱処理・加圧処理工程で適用された前述の２９０℃の温度では、層間導体パターンに含まれる合金粉末の一部を液相化させて、層間導体パターンを緻密化（溶融一体化）させることができず、層間導体パターンと面内導体パターンとを固相拡散に基づき強固に接合させることができなかった。よって、「接合強度」、「信頼性」および「マイグレーション」について評価できなかった。

また、試料７５のように、第３成分としてのＳｎ含有量が０．５重量％を超えると、固相線温度が低くなり、「信頼性」が「×」と評価された。

５．実施例５
層間導体パターンを形成するための導電性ペーストに含まれるＢｉ合金粉末として、以下の表７に示すＢｉ−Ａｇ／Ｃｕ／Ｚｎ−Ｎｉの３元系組成のものを用い、「固相線温度」および「液相線温度」を求めるとともに、「接合強度」、「信頼性」および「マイグレーション」について評価した。

表７からわかるように、Ｂｉ−Ａｇ／Ｃｕ／Ｚｎ−Ｎｉの３元系組成の粉末において、第２成分としてのＡｇ含有量は０．０１〜４重量％、同じくＣｕ含有量は０．０１〜０．３重量％、同じくＺｎ含有量は０．０１〜４重量％の各範囲内にあることが好ましく、第３成分としてのＮｉ含有量は０．０５〜０．５重量％の各範囲内であることが好ましい。

他方、試料８７のように、第２成分としてのＡｇ含有量が４重量％を超えたり、試料９４のように、第２成分としてのＣｕ含有量が０．３重量％を超えたり、試料１０１のように、第２成分としてのＺｎ含有量が４重量％を超えたり、試料８５、９２および９９のように、第３成分としてのＮｉ含有量が０．５重量％を超えたりすると、液相線温度が３００℃付近となり、熱処理・加圧処理工程で適用された前述の２９０℃の温度では、層間導体パターンに含まれる合金粉末の一部を液相化させて、層間導体パターンを緻密化（溶融一体化）させることができず、層間導体パターンと面内導体パターンとを固相拡散に基づき強固に接合させることができなかった。よって、「接合強度」、「信頼性」および「マイグレーション」について評価できなかった。

６．比較例
層間導体パターンを形成するため、市販の導電性ペーストを用いた場合（比較例１）と、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕソルダペーストを用いた場合（比較例２）とについて、「接合強度」、「信頼性」および「マイグレーション」を評価した。比較例２については、「固相線温度」および「液相線温度」を求めた。これらの結果が表８に示されている。

比較例１のように、市販の導電性ペーストを使った場合、層間導体パターンの構造は、金属粉末が樹脂中に分散している構造となり、その電気的導通は、金属粉末同士が物理的に接触していることによって達成される。そのため、「信頼性」について「△〜×」の評価となり、「マイグレーション」について「×」の評価となった。

他方、比較例２では、「信頼性」が「×」と評価された。

１ 樹脂回路基板
２ 熱可塑性樹脂層
３ 基体
４，５，６ 面内導体パターン
７ 層間導体パターン
８ 固溶体層
１１ 熱可塑性樹脂シート
１２ 層間連通孔
１３ 導電性ペースト
１４ 金属粉末
１５ バインダ樹脂
１６ 積層体
２１，２２ チップ部品

Claims (12)

1. 熱可塑性樹脂シートを用意する工程と、
   前記熱可塑性樹脂シートの平面方向に延びるように、銅を主成分とする面内導体パターンを設けるとともに、同じく厚み方向に延びるように、ビスマスを主成分とした導電性ペーストを用いて前記面内導体パターンと接する層間導体パターンを設ける工程と、
   前記熱可塑性樹脂シートに熱処理および加圧処理を施すことによって、前記導電性ペーストを溶融一体化するとともに、当該導電性ペーストが溶融一体化してなる前記層間導体パターンと前記面内導体パターンとの間に、銅およびビスマスの固溶体層を形成する、熱処理・加圧処理工程と
   を有する、樹脂回路基板の製造方法。
2. 前記面内導体パターンおよび前記層間導体パターンが設けられた、複数の前記熱可塑性樹脂シートを用意する工程と、
   複数の前記熱可塑性樹脂シートを積み重ねることによって、積層体を作製する工程と
   をさらに備え、
   前記熱処理・加圧処理工程は、前記積層体に対して実施される、
   請求項１に記載の樹脂回路基板の製造方法。
3. 前記層間導体パターンを設ける工程は、前記熱可塑性樹脂シートの厚み方向に延びる層間連通孔を設ける工程と、前記層間連通孔に前記導電性ペーストを充填する工程を含む、請求項１または２に記載の樹脂回路基板の製造方法。
4. 前記導電性ペーストは、ビスマスを主成分とする金属粉末を含有するものであり、前記金属粉末は、主成分であるビスマスと、銅、銀、亜鉛、錫、インジウム、アンチモンおよびニッケルからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属とを含む合金粉末である、請求項３に記載の樹脂回路基板の製造方法。
5. 前記合金粉末は、ビスマスを主成分とし、添加物として、銅：０．０１〜０．３重量％、銀：０．０１〜４重量％、または、亜鉛：０．０１〜４重量％を含んだ合金粉末である、請求項４に記載の樹脂回路基板の製造方法。
6. 前記合金粉末は、ビスマスを主成分とし、第１添加物として、銀：０．０１〜４重量％を含み、さらに、第２添加物として、錫：０．１〜０．５重量％、銅：０．０１〜０．３重量％、インジウム：０．０５〜０．５重量％、アンチモン：０．０５〜３重量％、または、亜鉛：０．０５〜３重量％を含んだ合金粉末である、請求項４に記載の樹脂回路基板の製造方法。
7. 前記合金粉末は、ビスマスを主成分とし、第１添加物として、銅：０．０１〜０．３重量％を含み、さらに、第２添加物として、錫：０．０５〜０．５重量％を含んだ合金粉末である、請求項４に記載の樹脂回路基板の製造方法。
8. 前記合金粉末は、ビスマスを主成分とし、第１添加物として、亜鉛：０．０１〜４重量％を含み、さらに、第２添加物として、錫：０．０５〜０．５重量％を含んだ合金粉末である、請求項４に記載の樹脂回路基板の製造方法。
9. 前記合金粉末は、ビスマスを主成分とし、第１添加物として、銀：０．０１〜４重量％、銅：０．０１〜０．３重量％、または、亜鉛：０．０１〜４重量％を含み、さらに、第２添加物として、ニッケル：０．０５〜０．５重量％を含んだ合金粉末である、請求項４に記載の樹脂回路基板の製造方法。
10. 熱可塑性樹脂層を含む基体と、
    前記熱可塑性樹脂層の平面方向に延びるように設けられ、銅を主成分とする面内導体パターンと、
    前記面内導体パターンと接する状態で前記熱可塑性樹脂層の厚み方向に延びるように設けられ、ビスマスを主成分とする層間導体パターンと、
    前記面内導体パターンと前記層間導体パターンとの間に形成された、銅およびビスマスの固溶体層と
    を有する、樹脂回路基板。
11. 前記基体は、複数の前記熱可塑性樹脂層を積み重ねた積層構造を有する、請求項１０に記載の樹脂回路基板。
12. 前記基体の表面に実装されたチップ部品をさらに備える、請求項１０または１１に記載の樹脂回路基板。

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