JP2007201142A

JP2007201142A - Ａｇ配線基板

Info

Publication number: JP2007201142A
Application number: JP2006017488A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Yamaura; 潔山浦; Hiroyuki Kumakura; 博之熊倉
Original assignee: Sony Corp; Sony Chemical and Information Device Corp
Current assignee: Dexerials Corp; Sony Corp
Priority date: 2006-01-26
Filing date: 2006-01-26
Publication date: 2007-08-09
Also published as: KR20070078387A

Abstract

【課題】Ａｇマイグレーションを抑制することができるＡｇ配線基板を提供する。
【解決手段】基板１１上に、Ａｇを導電体とする薄膜からなる回路要素１２と、該回路要素１２のうち隣接し異なる電位となる２つの回路要素１２の間に少なくとも設けられＡｇよりもイオン化傾向の大きな金属粒子１３ａがベース樹脂１３ｂ中に分散された樹脂層１３とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ａｇマイグレーションを抑制することができるＡｇ配線基板に関するものである。

銀（Ａｇ）は、その高い電子伝導性と酸化耐性により、一部の配線基板の電極材料として現在も使われている。特にプラズマディスプレイのガラス基板電極として使用例が多い。基板への銀配線は主に、スクリーン印刷により行われるが、スパッタ法や塗布法によっても行うことができる。

一方、銀はイオン化傾向が小さい金属元素にもかかわらず、他の金属に比べてイオンマイグレーションが発生し易いと報告されている。この理由は明確に解明されてはいないが、マイグレーション現象が単にイオン化傾向の大小で比較できない事を示唆している。

マイグレーション現象とは、狭い電極間距離を形成する基板上で電極間に高電圧を印加した場合に起こる現象であって、電極間に金属の樹脂状析出物が発生し、短絡を誘導するものである。主に、高湿度環境下で、かつ不純物の存在下で起こり易く、例えば塩素の存在によってＳｎ（錫）やＣｕ（銅）はマイグレーション速度が早くなり、故障しやすくなると言われている。マイグレーション現象は電極間にポリマー等が存在しても発生し、例えばエポキシ樹脂等の被覆を行った場合でも発生する。

また、その発生メカニズムについての多様な報告はあるが、主に水分との反応に因るとされる。陽極上で銀が酸化銀になっている場合に、まずＡｇ₂Ｏ＋Ｈ_２Ｏ→Ａｇ(ＯＨ)→Ａｇ⁺ ＋ＯＨ^-の反応が起こり、次にＡｇ⁺が陰極に向かって電界の影響で移動し、陰極でＡｇ⁺ ＋ｅ^-→Ａｇとなることが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

銀等の金属のイオンマイグレーションに共通することは、電極間の電界強度（Ｖ／ｍ）、温度（Ｋ）、湿度が高い程起こり易いことである。即ち、ペーストで印刷した配線パターンが電子部品等の端子と接続された場合、吸湿あるいは水滴付着等によって、配線金属が拡散して短絡する問題が起こる場合がある。また、電界強度と温度の２パラメーターに関しては、ユーザー側で決めることであるが、考案できる主な抑止対策は防湿対策である。実際、イオンマイグレーション防止対策のほとんどは、防湿技術であって、例えば、無機ＩＴＯ膜を金属電極上に覆う手法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。銀に関しても同様にマイグレーション防止法が数多提案されており、銀とＳｎ、Ｃｕとを合金化する手法やＩＴＯ等で被膜する上述の手法がある。

冒頭に、マイグレーション現象が単にイオン化傾向のみによって決まらないと述べた理由は、イオン化傾向と同様にイオンの拡散速度も大きな因子である事を示している。例えば、Ａｇイオン等の拡散速度は陰イオンに強く影響されるため、適当な陰イオンを選ぶ事によってマイグレーションによる故障時間を低減させられる可能性もある。即ち、マイグレーションを抑制する手法として、配線金属種としてイオン化傾向の大きな金属（例えば金）を選ぶ事も一つであるが、イオンの拡散速度を低下させる事も有効と推定できる。

このように、従来のマイグレーション抑制手法は、イオン化傾向の小さい材料を選ぶ事、電極への透湿を防ぐ事が主であった。しかし、導電性やコストの理由で配線金属種を変更できない場合も多く、また、湿度を防ぐためには、被覆剤などの工夫や高分子の組成の変更が必要でありコスト上からも困難な面があった。

また、マイグレーションは電子回路内の絶縁体中でも進行するために、回路の絶縁劣化が起こり、電子機器の変調をきたす。マイグレーション防止にはイオン化傾向の高い金属との合金化や、ＩＴＯ等による表面被覆が考案されているが、これらの手法とは異なる手法も求められていた。

特公昭５９−１２６９９号公報特開２００１−２７４５３５号公報

本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、Ａｇマイグレーションを抑制することができるＡｇ配線基板を提供することを目的とする。

発明者らは、上記の如し状況を踏まえて種々検討した結果、従来の透湿防止法ではなく、電極間に銀イオンの拡散を防止する物質を介在させる事によりマイグレーションによる短絡を防ぐ手法を見出し、本発明を成すに至った。

すなわち、前記課題を解決するために提供する本発明は、基板上に、Ａｇを導電体とする薄膜からなる回路要素と、該回路要素のうち隣接し異なる電位となる２つの回路要素の間に少なくとも設けられＡｇよりもイオン化傾向の大きな金属粒子が中に分散された樹脂層とを備えることを特徴とするＡｇ配線基板である。

ここで、前記金属粒子は、ＡｌまたはＡｌを含む合金からなることが好ましい。

また、前記樹脂層は、前記金属粒子を含む樹脂フィルムが前記回路要素上に圧着されてなることが好ましい。

また、前記回路要素は、配線および／または電極であることが好ましい。

また、前記回路要素は電極であり、前記樹脂層は厚み方向に電気的に導通をとることができる異方導電性接着層であることが好適である。

本発明のＡｇ配線基板によれば、Ａｇを導電体とする薄膜（例えば銀粒子を含む導電体樹脂膜）からなる回路要素がイオン化傾向の大きいＡｌ微粒子と共存しているため、外部の湿度温度、電界などによって回路要素中のＡｇがイオン化（酸化）されても、直ちにＡｌにより還元され、Ａｇのマイグレーションを大幅に抑制することができる。

以下に、本発明に係るＡｇ配線基板の構成について説明する。
図１は、本発明に係るＡｇ配線基板の実施の形態における構成を示す断面図である。
図１に示すように、Ａｇ配線基板１０は、基板１１上に、Ａｇを導電体とする薄膜からなる回路要素１２と、該回路要素１２のうち隣接し異なる電位となる２つの回路要素１２の間に少なくとも設けられＡｇよりもイオン化傾向の大きな金属粒子１３ａがベース樹脂１３ｂ中に分散された樹脂層１３とを備える。

ここで、基板１１は、絶縁体からなる基板であり、例えばプリント配線基板におけるベース基板である。

また、回路要素１２は、Ａｇを導電体とする薄膜からなる配線および／または電極である。回路要素１２の形成にあたっては、例えば粒径０．１〜２０μｍのＡｇ粒子を結着剤に分散混合したＡｇペーストを配線や電極形状に印刷すればよい。なお、結着剤として、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂を用いると、印刷の際の接着強度が強くなり好ましい。

また、樹脂層１３を構成する金属粒子１３ａは、イオン化傾向の大きな金属の微粒子である。このとき、この金属のイオン価数はできるだけ大きいほうが好ましく、例えば、ＡｌまたはＡｌを含む合金が好適である。あるいは、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｚｎからなるものでもよい。また、金属粒子の代わりに、還元性の有機化合物の微粒子を用いてもよい。なお、金属粒子１３ａの粒径は５〜１０μｍであることが好ましい。

ここで、金属粒子１３ａを構成する金属としては、イオン化傾向が大きくても、アルカリ金属及びアルカリ土類金属、もしくはイオン価数が＋１である元素は好ましくない。アルカリ金属及びアルカリ土類金属は、金属状態では非常に不安定であり、水分と反応して強力なアルカリを示すからである。一方、イオン価数が１＋である元素においては、イオン移動速度が速く、それ自身がＡｇに匹敵するマイグレーションを起こし、電極間の短絡時間を改善することができないからである。

ベース樹脂１３ｂは、特に限定はなく、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ＰＢＯ（ポリベンゾオキサゾール）、ＰＢＩ（ポリベンゾイミダゾール）、ポリチオフェン、ポリエチレン、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタート）、フッ素樹脂等を用いることができる。

ベース樹脂１３ｂ中に金属粒子１３ａが分散している状態の樹脂層１３を形成することについては、様々な手法があり適宜選択して行えばよいが、例えばベース樹脂１３ｂの原材料に金属粒子１３ａを混合することによってスラリーとし、回路要素１２が形成された基板１１上に塗布した後、ベース樹脂１３ｂの原材料を硬化させて形成すればよい。あるいは、金属粒子１３ａを含んだポリマーフィルムをあらかじめ作成し、回路要素１２が形成された基板１１上に圧着貼り付けするようにしてもよい。

なお、金属粒子１３ａのベース樹脂１３ｂへの添加量は、樹脂層１３は回路要素１２を保護する絶縁保護膜でもあるため、回路要素１２間の絶縁性が保たれる程度の量であることが好ましい。その添加量をベース樹脂量（ｎｅｔ）に対する金属粒子１３ａの重量の割合（Ｒｍｉｘ＝（金属粒子重量）／（ベース樹脂量（ｎｅｔ））としてみた場合、０．０１≦Ｒｍｉｘ≦０．１が好ましい。ただし、マイグレーションを抑制する対象となる回路要素１２間に印加される電圧の大きさによって金属粒子１３ａの好ましい添加量は変化するため、その範囲内で調整する必要がある。さらに、樹脂層１２を塗布により形成する場合にはベース樹脂１２ｂの原材料の粘度によっても添加量を調整する必要がある。

以上の構成により、回路要素１２中のＡｇがイオン化され酸化銀或いは水酸化銀などのＡｇ生成物に変化したとしても、Ａｇよりイオン化傾向の大きい（酸化還元電位の低い）金属粒子１３ａによってＡｇ生成物は還元され、Ａｇイオンは元の金属状態に戻される。一方、イオン化した金属粒子１３ａはコロイド状の水酸化物、酸化物となる。このとき、金属粒子１３ａがＡｌからなる場合、ＡｌはＡｇより高価数のイオン（３＋）であるため、イオン拡散速度は極めて遅く、結果的にマイグレーション時間を遅延化させることが可能となる。

次に、本発明に係るＡｇ配線基板の変形例を説明する。
図２は、本発明に係るＡｇ配線基板のほかの構成を示す断面図である。
図２に示すように、Ａｇ配線基板２０は、基板２１上に、Ａｇを導電体とする薄膜からなる電極２２と、該電極のうち隣接し異なる電位となる２つの電極２２の間に少なくとも設けられＡｇよりもイオン化傾向の大きな金属粒子２３ａがベース樹脂２３ｂ中に分散された異方導電性接着層２３を備える。また、Ａｇ配線基板２０の異方導電性接着層２３上には電極２２に対向するように電極３２が配置されたフレキシブル基板３０が貼り付けられており、電極２２と該電極２２と対向する電極３２とは異方導電性接着層２３中の導電性粒子２３ｃにより電気的に接続されている。

ここで、基板２１、金属粒子２３ａは、図１で示したＡｇ配線基板１０における基板１１、金属粒子１３ａと同じものである。また、電極２２は、図１で示したＡｇ配線基板１０における回路要素１２を電極に限定したものである。

異方導電性接着層２３は、ベース樹脂２３ｂ中に金属粒子２３ａ及び導電性粒子２３ｃが分散されてなるものであり、厚み方向に圧縮されることにより中の導電性粒子２３ｃが連なって厚み方向にのみ電気的に導通をとることができるものである。

この異方導電性接着層２３を構成するベース樹脂２３ｂは、熱によって硬化反応が進行する樹脂成分（例えば、エポキシ樹脂とアクリル樹脂）及びその硬化剤または開始剤成分がその反応性や物性等のバランスが取られて配合されてなるものである。

フレキシブル基板３０は、基板３１上に電極３２を有するものであり、例えばポリイミド基板にＣｕ配線され電極部分にＡｕめっきが施されたような従来公知のフレキシブル基板（ＦＰＣ）である。

このＡｇ配線基板２０においても、図１に示したＡｇ配線基板１０の場合と同様に、電極２２中のＡｇがイオン化されＡｇ生成物に変化したとしても、Ａｇよりイオン化傾向の大きい（酸化還元電位の低い）金属粒子２３ａによってＡｇ生成物は還元され、Ａｇイオンは元の金属状態に戻される。一方、イオン化した金属粒子２３ａはコロイド状の水酸化物、酸化物となり、該金属粒子２３ａがＡｌからなる場合、ＡｌはＡｇより高価数のイオン（３＋）であるため、イオン拡散速度は極めて遅く、結果的にマイグレーション時間を遅延化させることが可能となる。

なお、本発明の実施の形態として、単層構成のＡｇ配線基板について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、多層配線構成であってもよい。

以下に、本発明のＡｇ配線基板を実施した例を説明する。
（実施例１）
図３に示すように、ガラス基板（基板１１）上に幅１００μｍのＡｇペーストを用いて櫛歯状の２つの電極パターン（回路要素１２）をお互いの櫛歯電極が１００μｍの間隔で噛み合うように印刷した基板を、洗浄＆乾燥して準備した。ついで、金属粒子１３ａとして平均粒径１μｍのアルミニウム微粒子を使用し、該アルミニウム微粒子を市販アクリル樹脂溶液（商品名：アクリルダイン）にＲｍｉｘ＝０．１となるように添加して溶解した樹脂層溶液を図３の基板上に塗布し、常温常湿下で溶剤を揮発させて樹脂層１３を形成して図１に示すＡｇ配線基板サンプルを完成した。このとき、Ａｇ電極上に樹脂層１３を成膜することによってＡｇ電極間に短絡もしくは絶縁抵抗の急激な低下が起こっていないことをテスターで確認した。

（比較例１）
実施例１において、樹脂層溶液にアルミニウム微粒子を添加せず、それ以外は実施例１と同じ条件でＡｇ配線基板を作製した。

（比較例２）
実施例１において、樹脂層溶液に添加する微粒子をアルミニウム微粒子からニッケル微粒子（平均粒径１μｍ）に変更し、それ以外は実施例１と同じ条件でＡｇ配線基板を作製した。

得られたサンプルを常温下、純水中に浸漬し、Ａｇ配線基板を充分馴染ませた後、２つのＡｇ電極間にＤＣ１Ｖの電圧を印加し、その電流の変化を時間と共に計測した。ここで、初期電流に対して２桁以上の電流増加を示す時間を故障時間Ｔｒ（秒）と定義し、マイグレーションの抑制効果はそのＴｒの長短によって評価した。なお、印加電圧を１Ｖとした理由は水の理論分解電圧が約１．２３Ｖであり、水の分解を併発させないためである。

図４に、故障時間Ｔｒ測定結果を示す。
故障時間Ｔｒが実施例１では１７０秒、比較例１では１００秒、比較例２では１０５秒となっており、アルミニウム微粒子を添加したＡｇ配線基板において、マイグレーションによる短絡時間或いは故障時間が比較例１，２よりもそれぞれ１．７倍、１．６倍に長く改善されていた。

（実施例２）
以下の組成の異方導電性接着層溶液を用いて半硬化させたポリマーフィルムを異方導電性接着層として作成した。
・固形エポキシ樹脂３０ｗｔ％
・液状エポキシ樹脂４０ｗｔ％
・イミダゾール系硬化剤１５ｗｔ％
・導電性粒子（金めっき被覆Ｎｉ粒子（平均粒径５μｍ））１０ｗｔ％
・アルミニウム微粒子（平均粒径５μｍ）５ｗｔ％

ついで、該ポリマーフィルムを図３に示した基板上に貼り、さらにポリマーフィルム上に図３の基板の櫛歯電極に対向する位置に電極がくるようにフレキシブル基板（ポリイミド基板にＣｕ配線され電極部分にＡｕめっきが施されたもの）を配置した後、一定圧力で圧着し両基板の電極間を接続して、図２に示すＡｇ配線基板サンプルを作製した。
図５に、その表面を光学顕微鏡で観察した結果を示す。Ａｇ電極間にアルミニウム微粒子が分散した状態が観察される。

（比較例３）
実施例２において、異方導電性接着層溶液にアルミニウム微粒子を添加せず、それ以外は実施例２と同じ条件でＡｇ配線基板を作製した。

得られたサンプルを６０℃９５％ＲＨ中の恒温恒湿中に放置した後、２つのＡｇ電極間にＤＣ７０Ｖの電圧印加した状態を９６時間保持するエージング試験を行った。

図６（実施例２），図７（比較例３）に試験後のサンプルについてＡｇマイグレーションの発生有無を顕微鏡にて観察した結果を示す。
比較例３ではＡｇマイグレーションの発生が見られるのに対し、実施例２では発生は認められず、耐マイグレーション性が改善されていることがわかった。

本発明に係るＡｇ配線基板の構成を示す断面図である。本発明に係るＡｇ配線基板の他の構成を示す断面図である。実施例で使用したガラス基板上にＡｇ電極パターンを形成した基板の模式図である。実施例１の故障時間Ｔｒを測定した結果を示す図である。実施例２のサンプル外観を示す図である。実施例２のエージング試験後のサンプル外観を示す図である。比較例３のエージング試験後のサンプル外観を示す図である。

符号の説明

１０，２０…Ａｇ配線基板、１１，２１，３１…基板、１２…回路要素、１３…樹脂層、１３ａ，２３ａ…金属粒子、１３ｂ，２３ｂ…ベース樹脂、２２，３２…電極、２３…異方導電性接着層、２３ｃ…導電性粒子、３０…フレキシブル基板、

Claims

基板上に、Ａｇを導電体とする薄膜からなる回路要素と、該回路要素のうち隣接し異なる電位となる２つの回路要素の間に少なくとも設けられＡｇよりもイオン化傾向の大きな金属粒子が中に分散された樹脂層とを備えることを特徴とするＡｇ配線基板。
前記金属粒子は、ＡｌまたはＡｌを含む合金からなることを特徴とする請求項１に記載のＡｇ配線基板。
前記樹脂層は、前記金属粒子を含む樹脂フィルムが前記回路要素上に圧着されてなることを特徴とする請求項１に記載のＡｇ配線基板。
前記回路要素は、配線および／または電極であることを特徴とする請求項１に記載のＡｇ配線基板。
前記回路要素は電極であり、前記樹脂層は厚み方向に電気的に導通をとることができる異方導電性接着層であることを特徴とする請求項１に記載のＡｇ配線基板。