CN113169136A - 布线基板、电子装置以及电子模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可得到包含AlN(氮化铝)的绝缘基板与Cu(铜)系的导体层的高密接强度的布线基板。布线基板具备包含AlN的绝缘基板、包含Cu的导体层、位于绝缘基板与导体层之间的中间层。关于中间层，在靠近绝缘基板的第1区域与靠近导体层的第2区域中，第2区域的Cu的浓度比第1区域的Cu的浓度高，第1区域的Al的浓度比第2区域的Al的浓度高。

Description

布线基板、电子装置以及电子模块
技术领域
本公开涉及布线基板、电子装置以及电子模块。
背景技术
在日本特开平5-182926号公报中公开了在基板夹着阻挡金属层而设置有Al(铝)系的布线的布线基板的制造方法。在上述的制造方法中，在基板的表面形成小径的连接孔后，通过溅射法连续地成膜阻挡金属层和布线层。作为阻挡金属层，应用Ti系材料。
发明内容
-用于解决课题的手段-
本公开涉及的布线基板构成为具备：
绝缘基板，其包含AlN；
导体层，其包含Cu；以及
中间层，其位于所述绝缘基板与所述导体层之间，
所述中间层在靠近所述绝缘基板的第1区域与靠近所述导体层的第2区域中，
所述第2区域的Cu的浓度比所述第1区域的Cu的浓度高，
所述第1区域的Al的浓度比所述第2区域的Al的浓度高。
本公开涉及的电子装置构成为具备：
上述的布线基板；和
搭载在所述布线基板的电子部件。
本公开涉及的电子模块构成为具备：
上述的电子装置；和
搭载了所述电子装置的模块用基板。
-发明效果-
根据本公开，能够提供一种可得到包含AlN的绝缘基板与以Cu为构成元素的导体层的高密接强度的布线基板以及具有上述的布线基板的电子装置以及电子模块。
附图说明
图1A是示出本公开的实施方式涉及的布线基板的图。
图1B是示出图1A的布线基板的一部分的部分放大图。
图1C是示出本公开的实施方式涉及的电子模块的图。
图2A是示出实施方式的布线基板中的中间层周边的构成元素的浓度分布的图。
图2B是示出比较例中的中间层周边的构成元素的浓度分布的图。
图3是示出绝缘基板的界面周边的构造的剖视图。
图4是示出凹部内的界面周边的构成元素的浓度分布的图。
图5是说明实施方式的布线基板的制造方法的一个例子的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本公开的实施方式进行详细说明。
图1A是本公开的实施方式涉及的布线基板的剖视图。图1B是示出图1A的布线基板的一部分的部分放大图。图1C是示出本公开的实施方式涉及的电子模块的剖视图。
本实施方式的布线基板10具有绝缘基板12和形成在绝缘基板12的板面上的导体层14。导体层14以任意的图案形成在绝缘基板12上，作为用于传输信号或电力的布线或者用于连接光元件等电子部件20的电极或连接焊盘而发挥功能。在绝缘基板12的内部以及绝缘基板12的背面(导体层14的相反侧)也可以另外设置有布线或连接焊盘31(图1C)。布线基板10也可以是具备收容电子部件20的凹部的封装件。
如图1C所示，本实施方式的电子装置40通过在图1A的布线基板10搭载电子部件20而构成。电子部件20通过电子部件20的端子与导体层14电连接而被安装。电子部件20的端子与导体层14的连接方式可以是基于焊料等接合材料的连接、基于引线接合的连接等任何连接方式。在图1C中，电子部件20搭载在导体层14，但是电子部件20也可以搭载在布线基板10的没有导体层14的部分。作为电子部件20，能够应用LD(Laser Diode，激光二极管)、PD(Photo Diode，光电二极管)、LED(Light Emitting Diode，发光二极管)等的光元件、CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)型、CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)型等的摄像元件、石英振子等的压电振子、声表面波元件、半导体集成电路元件(IC：Integrated Circuit，集成电路)等的半导体元件、电容元件、电感器元件或电阻器等各种电子部件。
如图1C所示，本实施方式的电子模块100通过在模块用基板110搭载电子装置40而构成。在模块用基板110除了搭载电子装置40以外，还可以搭载其他电子部件以及其他电气部件。模块用基板110具有电路布线和连接各部件的连接焊盘111。电子装置40例如能够经由焊料等接合材料113而安装于模块用基板110。
<布线基板>
布线基板10中的绝缘基板12包含AlN(氮化铝)，以作为构成元素的主成分。导体层14的构成元素为Cu(铜)。在绝缘基板12与导体层14的界面存在中间层16。中间层16具有20nm～80nm等的厚度。
图2A是示出实施方式的布线基板中的中间层周边的构成元素的浓度分布的图。图2B是示出比较例中的中间层周边的构成元素的浓度分布的图。以下所示的中间层16的构成元素以及中间层16的构成元素的浓度分布可通过电子能量损失分光法(TEM-EELS：Electron Energy-Loss Spectroscopy，电子能量损失谱)的测定来得到。浓度分布由at％(原子百分比)的浓度表示。另外，图2A以及图2B的曲线图并没有严格地表示浓度分布的值，而是简化地表示值的变化。
如图2A所示，中间层16包含Al(铝)、N(氮)、Cu(铜)。在中间层16的各区域中，在比较了靠近绝缘基板12的第1区域16r1与靠近导体层14的第2区域16r2时，第2区域16r2的Cu的浓度要高于第1区域16r1的Cu的浓度。进而，第1区域16r1的Al的浓度要高于第2区域16r2的Al的浓度。进而，也可以第1区域16r1的N的浓度比第2区域16r2的N的浓度高。在中间层16中，Al的浓度以及N的浓度可以从绝缘基板12朝向导体层14递减。第1区域16r1以及第2区域16r2是相互不重叠、在层方向上具有任意的厚度(例如可以是中间层16的10％的厚度)的两个区域。第1区域16r1可以是比第2区域16r2更靠近绝缘基板12的区域，第2区域16r2可以是比第1区域16r1更靠近导体层14的区域。或者，第1区域16r1也可以比中间层16的中央更靠近绝缘基板12，第2区域16r2也可以是比中间层16的中央更靠近导体层14的区域。
中间层16的构成元素更具体地也可以具有如下所示的浓度分布。即，Al、N的浓度梯度为越靠近导体层14、则浓度越低的梯度，Cu的浓度梯度为越靠近导体层14、则浓度越高的梯度。上述的浓度梯度也可以从中间层16的导体层14侧存在到绝缘基板12侧。
进而，中间层16也可以包含C(碳)。但是，即使是包含C的情况下，中间层16的C的浓度也是10at％以下。C的10at％以下的浓度可以与导体层14的C的浓度大致相同。
图2B的比较例示出未进行后述的给定条件的烧结(sinter)处理的情况下的界面的构成元素的浓度分布。在比较例的结构中，构成元素(Al、N、Cu)的浓度变化在中间层216的靠绝缘基板212侧和中间层216的靠导体层214侧陡峭。
进而，比较例的中间层216具有C的浓度高例如包含Al、N、Cu的合计的浓度以上的部位。由于在通过镀敷处理生成导体层214时，镀敷液包含的碳成分混入到中间层216，并且未进行后述的给定条件的烧结处理，从而C的浓度变高。
<密接成分>
图3是示出绝缘基板的界面周边的构造的剖视图。
在绝缘基板12，在与导体层14的界面处，具有多个图3所示的微细的凹部12D。导体层14的构成元素进入凹部12D，不仅在凹部12D的外部的区域的界面形成有中间层16，而且还在凹部12D的内表面，在绝缘基板12与导体层14之间形成有中间层16。上述的中间层16的元素成分以及浓度分布如在图2A中说明的那样。
进而，在凹部12D的内表面散布有构成元素中包含TiO2(氧化钛)的密接区域e1。密接区域e1也可以散布在凹部12D的外部的区域的绝缘基板12与导体层14的界面。所谓散布，意味着在绝缘基板12与导体层14的界面处，密接区域e1与密接区域e1以外的区域混合存在。
接下来，对包含密接区域e1的部位的中间层16A进行说明。通过不同的符号来区分包含密接区域e1的部位的中间层16A和不包含密接区域e1的部位的中间层16。图4是示出凹部内的包含密接区域e1的界面周边的构成元素的浓度分布的图。图4的曲线图并没有严格地表示浓度分布的值，而是简化表示值的变化。
在中间层16A中包含Al、N、Cu、Ti(钛)、O(氧)。在中间层16A也存在Al、N、Cu的浓度逐渐变化的浓度梯度。Al、N、Cu的各浓度梯度的趋向与前述的中间层16中的浓度梯度相同。Al、N、Cu的浓度梯度从中间层16A的绝缘基板12侧存在到导体层14侧。此外，在中间层16A中，C的浓度也是10at％以下。
在中间层16A中，还包含Ti以及O，由此在后述的给定条件的烧结处理中促进Cu与Al的相互扩散。因此，与不包含密接区域e1的部位的中间层16的浓度梯度相比，中间层16A的Al、N、Cu的浓度梯度平缓。
进而，在包含密接区域e1的中间层16A中，在导体层14侧产生O(氧)的浓度梯度，因而，导体层14的密接强度增加。通过增加凹部12D中的绝缘基板12与导体层14的密接强度，绝缘基板12与导体层14的整体的密接强度进一步增强。
<密接强度>
对于实施方式的布线基板10和未进行后述的给定条件的烧结处理的基板，对导体层14与绝缘基板12的密接强度进行了试验。关于试验方法，对固定了绝缘基板12的第1夹具与固定了导体层14的第2夹具在与界面垂直的方向上施加将彼此拉离的方向上的拉伸力，测定最大的拉伸强度作为密接强度。若增大拉伸力，则存在绝缘基板12与导体层14的界面破坏的情况和绝缘基板12破坏的情况，作为破坏模式，求出了绝缘基板12被破坏的比例。
试验对象是未进行烧结处理的基板、进行了与后述的给定条件不同的条件的烧结处理的基板、进行后述的给定条件的烧结处理并且在界面散布有密接区域e1的实施方式的布线基板10这三种。
试验的结果，如下面的比较表所示，发现了实施方式的布线基板10的密接强度大幅改善。
[表1]
【比较表】
处理 破坏模式 密接强度[kgf/mm<sup>2</sup>]
无烧结处理 绝缘基板破坏0％ 2.59
其他的烧结处理 绝缘基板破坏20％ 3.79
后述的给定条件的烧结处理 绝缘基板破坏100％ 5.83
<制造方法>
图5是说明实施方式的布线基板的制造方法的一个例子的图。
本实施方式的制造方法按时间序列的顺序包含对AlN基板70进行清洗以及干燥的前处理工序J1、对AlN基板70涂覆有机Ti液71的工序J2、对涂覆了有机Ti液71的AlN基板70进行烧附的烧附工序J3。在前处理工序J1中，也可以进行使用了药剂或反应性离子的各向异性蚀刻，在AlN基板70的表面形成微细的凹部12D。在烧附工序J3中，在400℃以上、30分钟以上的条件下执行烧附。因此，有机Ti液71成为固化的氧化钛层71A。进而，本制造方法包含对烧附放置冷却后的基板72实施无电解Cu镀敷74的工序J4和实施烧结处理的烧结工序J5。
在本制造方法中，通过涂敷和烧附以及镀敷进行氧化钛与导体层14的成膜，因此能够低成本地制造布线基板10。
在烧结工序J5中，在惰性气体的气氛中、300℃以上、30分钟以上的条件下执行烧结处理。通过上述的条件的烧结处理，无电解Cu镀敷74的Cu越过氧化钛层71A到达至AlN基板70，在界面处形成具有Al、N、Cu的浓度梯度的中间层16。
此外，通过上述条件的烧结处理，无电解Cu镀敷74的C(碳)的成分从界面扩散到无电解Cu镀敷74侧。此外，通过上述条件的烧结处理，无电解Cu镀敷74的C的成分与镀敷液包含的O(氧)的成分进行反应，作为CO气体或CO2气体分散到外部。通过上述，中间层16的C的浓度降低到10at％以下。
进而，通过上述条件的烧结处理，氧化钛层71A向散布在界面的密接区域e1变化，在密接区域e1的部位中，形成包含Ti和O的中间层16A。
如以上那样，根据本实施方式的布线基板10，在比较了中间层16中的靠近绝缘基板12的第1区域16r1与靠近导体层14的第2区域16r2时，第2区域16r2的Cu的浓度比第1区域16r1的Cu的浓度高。进而，第1区域16r1的Al的浓度比第2区域16r2的Al的浓度高。通过上述的浓度梯度，在中间层16中热膨胀率的变化从绝缘基板12侧到导体层14侧变得平缓。因而，在膜间由热膨胀率的不同引起的应力的集中被降低，能够得到绝缘基板12与导体层14的高密接强度。
进而，在中间层16中，关于N的浓度，靠近绝缘基板12的第1区域16r1比靠近导体层14的第2区域16r2更高，由此中间层16中的热膨胀率的变化变得更平缓。因而，在膜间由热膨胀率的不同引起的应力的集中被进一步降低，能够得到绝缘基板12与导体层14的更高的密接强度。同样地，在中间层16中，Al的浓度以及N的浓度从绝缘基板12朝向导体层14递减，由此中间层16中的热膨胀率的变化变得更平缓。因而，在膜间因热膨胀率的不同引起的应力的集中被进一步降低，能够得到绝缘基板12与导体层14的更高的密接强度。
进而，根据本实施方式的布线基板10，在绝缘基板12的微细的凹部12D的外部的区域的界面和凹部12D的内表面存在具有Al、N、Cu的浓度梯度的中间层16。因而，得到绝缘基板12与导体层14的更高的密接强度。
进而，根据本实施方式的布线基板10，在凹部12D的内表面散布有包含Ti、O的中间层16A。Ti、O不成为层而散布，由此在包含Ti、O的中间层16A散布的部分以及周围得到Al、N、Cu的更平缓的浓度梯度，因而，得到界面的更高的密接强度。进而，在凹部12D的内侧得到更高的密接强度，因此，能够进一步提高绝缘基板12与导体层14的整体的密接强度。
进而，根据本实施方式的布线基板10，在中间层16、16A中，C的浓度为10at％以下。若界面被C占据，则界面的强度下降，但是在本实施方式中，可抑制界面的由C引起的强度下降。关于C的浓度的结构以及效果在通过镀敷生成导体层14的情况下，特别有效。
进而，根据本实施方式的电子装置40以及电子模块100，通过使用导体层14的密接强度高的布线基板10，可起到获得高可靠性这样的效果。
以上，对本公开的各实施方式进行了说明。但是，本发明并不限于上述实施方式。例如，在上述实施方式中，示出了包含Ti以及O的密接区域散布在绝缘基板12与导体层14的界面的结构，但是也可以不是上述的结构。此外，中间层的C(碳)的浓度也可以是在实施方式中示出的浓度以外的浓度。进而，在上述实施方式中，示出了制造布线基板的方法的一个例子，但是本发明涉及的布线基板也可以通过与实施方式不同的制造方法来制造。此外，在实施方式中示出的细节能够在不脱离发明的宗旨的范围内适当地进行变更。
-产业上的可利用性-
本公开能够利用于布线基板、电子装置以及电子模块。

Claims (9)

1.一种布线基板，其特征在于，具备：
绝缘基板，其包含AlN；
导体层，其包含Cu；以及
中间层，其位于所述绝缘基板与所述导体层之间，
所述中间层在靠近所述绝缘基板的第1区域与靠近所述导体层的第2区域中，
所述第2区域的Cu的浓度比所述第1区域的Cu的浓度高，
所述第1区域的Al的浓度比所述第2区域的Al的浓度高。
2.根据权利要求1所述的布线基板，其特征在于，
所述第1区域的N的浓度比所述第2区域的N的浓度高。
3.根据权利要求1或2所述的布线基板，其特征在于，
所述中间层的Al以及N的浓度从所述绝缘基板朝向所述导体层递减。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的布线基板，其特征在于，
所述绝缘基板在所述导体层侧具有多个凹部，
所述中间层存在于所述凹部外以及所述凹部内。
5.根据权利要求4所述的布线基板，其特征在于，
所述中间层还包含Ti以及O。
6.根据权利要求4所述的布线基板，其特征在于，
所述中间层的Ti散布在所述凹部内的所述绝缘基板的界面。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的布线基板，其特征在于，
从所述中间层的所述绝缘基板侧到所述导体层侧，C的浓度为10at％以下。
8.一种电子装置，其特征在于，具备：
权利要求1至7中任一项所述的布线基板；以及
搭载在所述布线基板的电子部件。
9.一种电子模块，其特征在于，具备：
权利要求8所述的电子装置；以及
搭载了所述电子装置的模块用基板。
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