金属膜の形成方法、および配線基板
【課題】 表面にＡｇからなる微細な配線パターンを有する配線基板においては、Ａｇマイグレーションがが課題であり、これには耐マイグレーション性能の高い金属をめっきにより被覆することが有効であるものの、耐マイグレーション性能がまだまだ不足であった。
【解決手段】 Ａｇを主成分とする金属膜が表面に形成された基材を用意する工程と、前記Ａｇを主成分とする金属膜の表面に、Ｐｄめっき膜を形成する工程と、熱処理により前記Ａｇの少なくとも一部と前記Ｐｄの少なくとも一部とを合金化させる工程と、を備える。
【解決手段】 Ａｇを主成分とする金属膜が表面に形成された基材を用意する工程と、前記Ａｇを主成分とする金属膜の表面に、Ｐｄめっき膜を形成する工程と、熱処理により前記Ａｇの少なくとも一部と前記Ｐｄの少なくとも一部とを合金化させる工程と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線基板等に配線パターンとして形成される金属膜の製造方法に関し、特にＡｇ／Ｐｄを主成分とする金属膜の製造方法、ならびにＡｇ／Ｐｄ金属膜を備えた配線基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミックを主成分とする配線基板が、種々の電子デバイスに用いられている。配線の材質としては、良導体であり高周波特性に優れたＣｕ等が好んで用いられる。
【０００３】
近年は、配線が基板の表面だけでなく、内部にも形成されているものが多い。このようなタイプの配線基板は、セラミック成分と配線を形成する金属成分とが同時焼成される。仮に配線の金属成分の主成分がＣｕである場合、焼成時には、Ｃｕの酸化を防ぐために焼成雰囲気を非酸化性雰囲気にする必要がある。このような非酸化性雰囲気における焼成では、セラミック材料に耐還元性が要求されるため、セラミックの材料種選定の自由度が低くなる。また、雰囲気制御を行うと、コストがアップする問題もある。
【０００４】
そこで、上記のような問題を考慮した場合、配線の金属成分にＡｇが用いられることがある。Ａｇは酸化性雰囲気下でも酸化されずに焼結するため、上記のような問題は生じない。
【０００５】
しかしながら、Ａｇを主成分とする配線が特に表面に露出している場合、Ａｇのマイグレーションが生じやすいという課題がある。これに関しては、Ａｇ配線の表面に対し、マイグレーションを防止するように被覆するなどの処理が必要となる。
【０００６】
特許文献１には、配線パターンの上にＰｄめっきを行い、配線パターンの酸化やマイグレーションを防止することが開示されている。また、被覆の方法が、印刷ではなくめっきであるので、配線パターンが微細であっても、その配線パターンの上のみを精度良く被覆することができる。また、Ｐｄは高価ではあるが、最初からＰｄ含有ペーストを用いて配線を形成するのに比べれば、Ｐｄめっきは比較的コストが安い。
【特許文献１】特開２００５−１９６８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、Ａｇ金属膜をＰｄめっきで被覆することは、様々な点で有効ではあるものの、近年は配線パターンのさらなる微細化が進んでいるため、従来以上の耐マイグレーション性が必要となっている。この場合、特許文献１の方法では、耐マイグレーション防止の効果がやや不足であるという問題があった。
【０００８】
本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであって、配線基板上の配線がＡｇ金属膜からなる微細パターンであっても、十分にマイグレーションを抑えられ、かつ、高精度で安価な金属膜の形成方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち本発明は、Ａｇを主成分とする金属膜が表面に形成された基材を用意する工程と、前記Ａｇを主成分とする金属膜の表面に、Ｐｄめっき膜を形成する工程と、熱処理により、前記Ａｇの少なくとも一部と前記Ｐｄの少なくとも一部とを合金化させる工程と、を備える、金属膜の形成方法である。
【００１０】
また、本発明においては、前記熱処理の温度が４００〜８００℃であると、合金化に有効である。また、Ｐｄめっき膜の平均厚みが、０．０２〜２μｍであることが好ましい。
【００１１】
本発明は、表面にＡｇ／Ｐｄ合金を主成分とする金属膜を有する配線基板にも向けられる。すなわち、前記金属膜において、Ａｇが、基板近傍から金属膜表面に向かって漸次減少する濃度勾配を有しており、かつ、Ｐｄが、基板近傍から金属膜表面に向かって漸次増加する濃度勾配を有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、配線パターンを構成するＡｇ金属膜の少なくとも一部が、Ｐｄめっきによる被覆と熱処理によりＡｇ／Ｐｄ合金に変化するため、耐マイグレーション性能が非常に高くなる。
【００１３】
また、本発明の配線基板によれば、Ａｇ／Ｐｄ合金を主成分とする金属膜中にて、Ａｇ成分とＰｄ成分とが、金属膜の層方向に沿って、互いに逆方向の濃度勾配を有するので、Ａｇに起因する高導電性と、Ｐｄに起因する耐マイグレーション性とを、高いレベルで両立保持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の金属膜の形成方法においては、まず、Ａｇを主成分とする金属膜が表面に形成された基材が用意される。本発明の場合、Ａｇ膜が同時焼成されたセラミック基板であることを一例としているが、本発明の目的を損なわない限り、特に限られるものではない。たとえば、樹脂からなる基材上に、Ａｇ無電解めっきとフォトリソグラフィーによりＡｇ配線パターンが形成されたものでも構わない。なお、Ａｇ配線パターンの形状やサイズは特に問われないが、微細パターンである場合に、本発明の効果がより顕著となる。
【００１５】
次に、前記Ａｇを主成分とする金属膜の表面に、Ｐｄめっき膜が形成される。このめっき方法は一般的なもので構わず、電解めっきであっても無電解めっきであってもよい。電解めっきの場合、配線パターン部のみにＰｄ膜が形成されるため、パターン外析出などの不良を考慮する必要がない。無電解めっきの場合は、触媒付与の後、Ｐｄ還元めっきがなされるのが一般的であり、膜厚制御に優れるという利点がある。
【００１６】
次いで、熱処理により、前記Ａｇの少なくとも一部と前記Ｐｄの少なくとも一部とが合金化される。この合金化により、金属膜の主成分がＡｇ／Ｐｄ合金となる。Ａｇ／Ｐｄ比は特に限定されるものではない。
【００１７】
また、熱処理における温度が４００℃以上である場合、コスト削減のため仮にＰｄ膜厚が多少薄くても、十分にＡｇ／Ｐｄ合金化が進みやすくなる。また、熱処理における温度が８００℃以下である場合、膜上におけるブリスタなどの凹凸発生が抑止されやすい。
【００１８】
さらに、めっき時のＰｄ膜の平均厚みは、Ａｇ／Ｐｄ合金化を十分なレベルに進めるため、０．０２μｍ以上であることが好ましい。また、Ｐｄ膜の平均厚みが２μｍ以下であるとき、仮に合金化が大きく進んだ場合であっても、導電率の低下が最低限の程度に抑えられる。
【００１９】
上記のような工程を経た結果、金属膜の主成分はＡｇ／Ｐｄ合金となるが、完全に均質なＡｇ／Ｐｄ合金でなくとも構わない。たとえば、Ｐｄの膜厚や熱処理温度を適宜制御することにより、熱処理時におけるＡｇとＰｄとの相互拡散をある程度以下に抑え、ＡｇとＰｄの濃度勾配をそれぞれ生じさせることもできる。この場合、Ａｇがリッチな部分とＰｄがリッチな部分とがそれぞれ残っているため、金属膜の基板近傍はＡｇに起因する高導電率がより確保され、金属膜の表面近傍はＰｄに起因する耐マイグレーション性がより確保される。
【００２０】
なお、Ａｇ／Ｐｄ合金膜の上には、はんだ濡れ性を確保するためのＡｕめっき膜などを形成しても差し支えない。ただし、Ａｕめっき膜を形成する場合は、Ａｇ／Ｐｄ合金化のための熱処理の後にＡｕめっき膜を形成することが望ましい。これは、Ａｕめっき膜の形成後に熱処理を行った場合、Ａｕめっき膜へのワイヤボンディングを行った際の結合力が落ちることがあるためである。また、Ａｇ／Ｐｄの合金化にもＡｕが何らかの影響を与えるため、合金化の制御が難しくなることがある。
【実施例】
【００２１】
１００ｍｍ×１００ｍｍ×厚み０．５ｍｍのサイズの配線基板を用意した。基板の絶縁部を構成する材質はＡｌ−Ｓｉ−Ｃａ系のガラスセラミックであり、基板の表面には、線幅１００ μｍ、膜厚１０μｍのＡｇ配線パターンが形成されている。配線間のピッチは１００μｍ程度である。
【００２２】
次に、基板に対し、奥野製薬工業社製エースクリーンを６０℃にて１分間付与し、Ａｇ配線パターン表面の水濡れ性を付与した。次いで、奥野製薬工業社製ＮＮＰアクセラを室温にて３分間付与し、Ａｇ配線パターン表面にＰｄ微粒子からなる無電解めっき用の触媒成分を付与した。
【００２３】
次いで、基板を、Ｐｄめっき浴（奥野製薬工業社製パラトップ）の中浸漬し、６０℃において１０秒間、または６０分間、攪拌しながら保持した。１０秒間浸漬したもののＰｄ膜厚は０．０２μｍであり、６０分間浸漬したもののＰｄ膜厚は２μｍであった。このようにして、基板上のＡｇ配線パターンが、Ｐｄめっき膜で被覆された。
【００２４】
次に、Ｐｄめっき膜を形成した基板に対し、熱処理を行った。熱処理条件は、それぞれのＰｄ膜厚の基板において、それぞれ４００℃、５００℃、６００℃、７００℃、８００℃、９００℃の６水準に設定した。この熱処理の温度のキープ時間は１時間とした。
【００２５】
次いで、各温度において熱処理した基板を、温度８５℃、湿度８５％の環境において、２０Ｖの電圧を１２０時間印加することにより、Ａｇマイグレーション不良が発生するかどうかを観察した。
【００２６】
結果として、Ｐｄ膜厚２水準×熱処理温度６水準の計１２水準の基板において、絶縁抵抗が１ＭΩ以下となることはなく、十分な耐マイグレーション性能が確認された。さらに、熱処理温度が９００℃の基板においては、Ｐｄ膜厚に関わらず金属膜の表面に数個のブリスタがみられたが、熱処理温度が４００〜８００℃の基板においては、Ｐｄ膜厚に関わらず金属膜の表面にブリスタはみられなかった。
【００２７】
また、Ｐｄ膜厚０．０２μｍ、および２μｍの二つの試料において、Ｐｄめっきの後に熱処理を行わなかった場合についてもマイグレーション試験を行ったところ、基板にＡｇマイグレーション不良が発生した。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線基板等に配線パターンとして形成される金属膜の製造方法に関し、特にＡｇ／Ｐｄを主成分とする金属膜の製造方法、ならびにＡｇ／Ｐｄ金属膜を備えた配線基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミックを主成分とする配線基板が、種々の電子デバイスに用いられている。配線の材質としては、良導体であり高周波特性に優れたＣｕ等が好んで用いられる。
【０００３】
近年は、配線が基板の表面だけでなく、内部にも形成されているものが多い。このようなタイプの配線基板は、セラミック成分と配線を形成する金属成分とが同時焼成される。仮に配線の金属成分の主成分がＣｕである場合、焼成時には、Ｃｕの酸化を防ぐために焼成雰囲気を非酸化性雰囲気にする必要がある。このような非酸化性雰囲気における焼成では、セラミック材料に耐還元性が要求されるため、セラミックの材料種選定の自由度が低くなる。また、雰囲気制御を行うと、コストがアップする問題もある。
【０００４】
そこで、上記のような問題を考慮した場合、配線の金属成分にＡｇが用いられることがある。Ａｇは酸化性雰囲気下でも酸化されずに焼結するため、上記のような問題は生じない。
【０００５】
しかしながら、Ａｇを主成分とする配線が特に表面に露出している場合、Ａｇのマイグレーションが生じやすいという課題がある。これに関しては、Ａｇ配線の表面に対し、マイグレーションを防止するように被覆するなどの処理が必要となる。
【０００６】
特許文献１には、配線パターンの上にＰｄめっきを行い、配線パターンの酸化やマイグレーションを防止することが開示されている。また、被覆の方法が、印刷ではなくめっきであるので、配線パターンが微細であっても、その配線パターンの上のみを精度良く被覆することができる。また、Ｐｄは高価ではあるが、最初からＰｄ含有ペーストを用いて配線を形成するのに比べれば、Ｐｄめっきは比較的コストが安い。
【特許文献１】特開２００５−１９６８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、Ａｇ金属膜をＰｄめっきで被覆することは、様々な点で有効ではあるものの、近年は配線パターンのさらなる微細化が進んでいるため、従来以上の耐マイグレーション性が必要となっている。この場合、特許文献１の方法では、耐マイグレーション防止の効果がやや不足であるという問題があった。
【０００８】
本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであって、配線基板上の配線がＡｇ金属膜からなる微細パターンであっても、十分にマイグレーションを抑えられ、かつ、高精度で安価な金属膜の形成方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち本発明は、Ａｇを主成分とする金属膜が表面に形成された基材を用意する工程と、前記Ａｇを主成分とする金属膜の表面に、Ｐｄめっき膜を形成する工程と、熱処理により、前記Ａｇの少なくとも一部と前記Ｐｄの少なくとも一部とを合金化させる工程と、を備える、金属膜の形成方法である。
【００１０】
また、本発明においては、前記熱処理の温度が４００〜８００℃であると、合金化に有効である。また、Ｐｄめっき膜の平均厚みが、０．０２〜２μｍであることが好ましい。
【００１１】
本発明は、表面にＡｇ／Ｐｄ合金を主成分とする金属膜を有する配線基板にも向けられる。すなわち、前記金属膜において、Ａｇが、基板近傍から金属膜表面に向かって漸次減少する濃度勾配を有しており、かつ、Ｐｄが、基板近傍から金属膜表面に向かって漸次増加する濃度勾配を有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、配線パターンを構成するＡｇ金属膜の少なくとも一部が、Ｐｄめっきによる被覆と熱処理によりＡｇ／Ｐｄ合金に変化するため、耐マイグレーション性能が非常に高くなる。
【００１３】
また、本発明の配線基板によれば、Ａｇ／Ｐｄ合金を主成分とする金属膜中にて、Ａｇ成分とＰｄ成分とが、金属膜の層方向に沿って、互いに逆方向の濃度勾配を有するので、Ａｇに起因する高導電性と、Ｐｄに起因する耐マイグレーション性とを、高いレベルで両立保持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の金属膜の形成方法においては、まず、Ａｇを主成分とする金属膜が表面に形成された基材が用意される。本発明の場合、Ａｇ膜が同時焼成されたセラミック基板であることを一例としているが、本発明の目的を損なわない限り、特に限られるものではない。たとえば、樹脂からなる基材上に、Ａｇ無電解めっきとフォトリソグラフィーによりＡｇ配線パターンが形成されたものでも構わない。なお、Ａｇ配線パターンの形状やサイズは特に問われないが、微細パターンである場合に、本発明の効果がより顕著となる。
【００１５】
次に、前記Ａｇを主成分とする金属膜の表面に、Ｐｄめっき膜が形成される。このめっき方法は一般的なもので構わず、電解めっきであっても無電解めっきであってもよい。電解めっきの場合、配線パターン部のみにＰｄ膜が形成されるため、パターン外析出などの不良を考慮する必要がない。無電解めっきの場合は、触媒付与の後、Ｐｄ還元めっきがなされるのが一般的であり、膜厚制御に優れるという利点がある。
【００１６】
次いで、熱処理により、前記Ａｇの少なくとも一部と前記Ｐｄの少なくとも一部とが合金化される。この合金化により、金属膜の主成分がＡｇ／Ｐｄ合金となる。Ａｇ／Ｐｄ比は特に限定されるものではない。
【００１７】
また、熱処理における温度が４００℃以上である場合、コスト削減のため仮にＰｄ膜厚が多少薄くても、十分にＡｇ／Ｐｄ合金化が進みやすくなる。また、熱処理における温度が８００℃以下である場合、膜上におけるブリスタなどの凹凸発生が抑止されやすい。
【００１８】
さらに、めっき時のＰｄ膜の平均厚みは、Ａｇ／Ｐｄ合金化を十分なレベルに進めるため、０．０２μｍ以上であることが好ましい。また、Ｐｄ膜の平均厚みが２μｍ以下であるとき、仮に合金化が大きく進んだ場合であっても、導電率の低下が最低限の程度に抑えられる。
【００１９】
上記のような工程を経た結果、金属膜の主成分はＡｇ／Ｐｄ合金となるが、完全に均質なＡｇ／Ｐｄ合金でなくとも構わない。たとえば、Ｐｄの膜厚や熱処理温度を適宜制御することにより、熱処理時におけるＡｇとＰｄとの相互拡散をある程度以下に抑え、ＡｇとＰｄの濃度勾配をそれぞれ生じさせることもできる。この場合、Ａｇがリッチな部分とＰｄがリッチな部分とがそれぞれ残っているため、金属膜の基板近傍はＡｇに起因する高導電率がより確保され、金属膜の表面近傍はＰｄに起因する耐マイグレーション性がより確保される。
【００２０】
なお、Ａｇ／Ｐｄ合金膜の上には、はんだ濡れ性を確保するためのＡｕめっき膜などを形成しても差し支えない。ただし、Ａｕめっき膜を形成する場合は、Ａｇ／Ｐｄ合金化のための熱処理の後にＡｕめっき膜を形成することが望ましい。これは、Ａｕめっき膜の形成後に熱処理を行った場合、Ａｕめっき膜へのワイヤボンディングを行った際の結合力が落ちることがあるためである。また、Ａｇ／Ｐｄの合金化にもＡｕが何らかの影響を与えるため、合金化の制御が難しくなることがある。
【実施例】
【００２１】
１００ｍｍ×１００ｍｍ×厚み０．５ｍｍのサイズの配線基板を用意した。基板の絶縁部を構成する材質はＡｌ−Ｓｉ−Ｃａ系のガラスセラミックであり、基板の表面には、線幅１００ μｍ、膜厚１０μｍのＡｇ配線パターンが形成されている。配線間のピッチは１００μｍ程度である。
【００２２】
次に、基板に対し、奥野製薬工業社製エースクリーンを６０℃にて１分間付与し、Ａｇ配線パターン表面の水濡れ性を付与した。次いで、奥野製薬工業社製ＮＮＰアクセラを室温にて３分間付与し、Ａｇ配線パターン表面にＰｄ微粒子からなる無電解めっき用の触媒成分を付与した。
【００２３】
次いで、基板を、Ｐｄめっき浴（奥野製薬工業社製パラトップ）の中浸漬し、６０℃において１０秒間、または６０分間、攪拌しながら保持した。１０秒間浸漬したもののＰｄ膜厚は０．０２μｍであり、６０分間浸漬したもののＰｄ膜厚は２μｍであった。このようにして、基板上のＡｇ配線パターンが、Ｐｄめっき膜で被覆された。
【００２４】
次に、Ｐｄめっき膜を形成した基板に対し、熱処理を行った。熱処理条件は、それぞれのＰｄ膜厚の基板において、それぞれ４００℃、５００℃、６００℃、７００℃、８００℃、９００℃の６水準に設定した。この熱処理の温度のキープ時間は１時間とした。
【００２５】
次いで、各温度において熱処理した基板を、温度８５℃、湿度８５％の環境において、２０Ｖの電圧を１２０時間印加することにより、Ａｇマイグレーション不良が発生するかどうかを観察した。
【００２６】
結果として、Ｐｄ膜厚２水準×熱処理温度６水準の計１２水準の基板において、絶縁抵抗が１ＭΩ以下となることはなく、十分な耐マイグレーション性能が確認された。さらに、熱処理温度が９００℃の基板においては、Ｐｄ膜厚に関わらず金属膜の表面に数個のブリスタがみられたが、熱処理温度が４００〜８００℃の基板においては、Ｐｄ膜厚に関わらず金属膜の表面にブリスタはみられなかった。
【００２７】
また、Ｐｄ膜厚０．０２μｍ、および２μｍの二つの試料において、Ｐｄめっきの後に熱処理を行わなかった場合についてもマイグレーション試験を行ったところ、基板にＡｇマイグレーション不良が発生した。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｇを主成分とする金属膜が表面に形成された基材を用意する工程と、
前記Ａｇを主成分とする金属膜の表面に、Ｐｄめっき膜を形成する工程と、
熱処理により、前記Ａｇの少なくとも一部と前記Ｐｄの少なくとも一部とを合金化させる工程と、
を備える、金属膜の形成方法。
【請求項２】
前記熱処理の温度が４００〜８００℃であることを特徴とする、請求項１に記載の金属膜の形成方法。
【請求項３】
前記Ｐｄめっき膜の平均厚みが、０．０２〜２μｍであることを特徴とする、請求項１または２に記載の金属膜の形成方法。
【請求項４】
表面にＡｇ／Ｐｄ合金を主成分とする金属膜を有する配線基板であって、
前記金属膜において、Ａｇが、基板近傍から金属膜表面に向かって漸次減少する濃度勾配を有しており、かつ、Ｐｄが、基板近傍から金属膜表面に向かって漸次増加する濃度勾配を有していることを特徴とする、配線基板。
【請求項１】
Ａｇを主成分とする金属膜が表面に形成された基材を用意する工程と、
前記Ａｇを主成分とする金属膜の表面に、Ｐｄめっき膜を形成する工程と、
熱処理により、前記Ａｇの少なくとも一部と前記Ｐｄの少なくとも一部とを合金化させる工程と、
を備える、金属膜の形成方法。
【請求項２】
前記熱処理の温度が４００〜８００℃であることを特徴とする、請求項１に記載の金属膜の形成方法。
【請求項３】
前記Ｐｄめっき膜の平均厚みが、０．０２〜２μｍであることを特徴とする、請求項１または２に記載の金属膜の形成方法。
【請求項４】
表面にＡｇ／Ｐｄ合金を主成分とする金属膜を有する配線基板であって、
前記金属膜において、Ａｇが、基板近傍から金属膜表面に向かって漸次減少する濃度勾配を有しており、かつ、Ｐｄが、基板近傍から金属膜表面に向かって漸次増加する濃度勾配を有していることを特徴とする、配線基板。
【公開番号】特開２０１０−４０９４８（Ｐ２０１０−４０９４８Ａ）
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０４８３１（Ｐ２００８−２０４８３１）
【出願日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
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