JP4613103B2

JP4613103B2 - 配線基板

Info

Publication number: JP4613103B2
Application number: JP2005173440A
Authority: JP
Inventors: 眞司村田
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2005-06-14
Filing date: 2005-06-14
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2025-06-14
Also published as: US20060280918A1; CN100414699C; JP2006351671A; US7452612B2; CN1881574A

Description

本発明は、基板上に配線部が形成された配線基板に関する。

特許文献１では、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）用電極を、銀電極（以下、Ａｇ配線部という）と金電極（以下、Ａｕ配線部という）とを接続させた構造で形成している。これは、銀のマイグレーションを抑制するためであると記載されている（特許文献１の[０００５]欄を参照されたい）。
特開２００３−３０８７９１号公報

しかしながら特許文献１のように、Ａｕ配線部とＡｇ配線部との接する界面では拡散が生じていた。材料の異なる配線部どうしが接する界面では、程度差はあれ、必ず拡散が生じる。そして、銀は金に対し非常に拡散しやすい元素であり、すなわち拡散係数が非常に大きいために、銀がＡｕ配線部内に拡散し、Ａｇ配線部にボイド（void）が発生した。したがって例えば配線部形成後に、前記配線部の表面にメッキをしたいとき、前記ボイドが生じた箇所にメッキが付きにくいといった問題が発生し、また最悪の場合、断線が生じる等した。

また、上記した拡散の問題はＡｇ配線部と基板との間でも生じ得た。特に、基板に、低温焼成セラミックス（LTCC；Low Temperature Co-fired Ceramics）を用いた場合、Ａｇが前記基板に拡散しやすく上記した問題が発生した。

そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、配線部内や配線部と基板との間で生じる拡散を適切に抑制することが可能な配線基板を提供することを目的としている。

本発明における配線基板は、基板と、前記基板上に形成された配線部と、を有し、
前記配線部は、Ａｇを有して形成された第１配線部と、Ａｕで形成された第２配線部と、前記第１配線部及び第２配線部間に介在する前記第１配線部及び第２配線部より融点の高い第１高融点金属部と、を有して形成され、
前記第１配線部と前記第２配線部と、前記第１高融点金属部とが高さ方向で重ならず、夫々、横方向から接して形成されており、
前記第１高融点金属部は、Ｗ、ＭｏあるいはＴａのうち少なくともいずれか１種の元素を含む金属材料で形成されることを特徴とするものである。

高融点金属は、前記第１配線部及び第２配線部へ拡散しにくい材料で、しかも、前記第１高融点金属部と接する第１配線部のＡｇの拡散を適切に抑制することが可能なバリア材としても機能している。これにより、第１配線部から第２配線部へＡｇが拡散するのを適切に防止できる。したがって、従来に比べて、前記配線部にボイドが生じるのを適切に防止でき、断線等が生じくい配線基板を製造できる。

また本発明では、前記基板と、少なくとも前記第１配線部との間には、前記第１配線部及び第２配線部より融点の高い第２高融点金属部が形成され、
前記第２高融点金属部は、Ｗ、ＭｏあるいはＴａのうち少なくともいずれか１種の元素を含む金属材料で形成されることが、前記第１配線部と基板間でのＡｇ拡散を適切に抑制することができて好ましい。

また本発明では、前記第１高融点金属部及び第２高融点金属部は、夫々、Ｗ、ＭｏあるいはＴａのうち少なくともいずれか１種の元素を含む金属材料で形成される。これらはいずれも、非常に融点の高い金属材料であり、効果的に第１配線部と第２配線部間、及び第１配線部と基板間でのＡｇ拡散を抑制できる。
また少なくとも、前記第１高融点金属部の露出面全てにはガラスの被覆部が形成されていることが好ましい。

または本発明における配線基板は、基板と、前記基板上に形成された配線部と、を有し、
前記配線部は、Ａｇを有して形成された第１配線部と、Ａｕで形成された第２配線部と、前記第１配線部及び第２配線部間に介在する前記第１配線部及び第２配線部より融点の高い高融点金属部と、を有して形成され、
前記第１配線部と第２配線部とが高さ方向で一部対向し、前記対向する前記第１配線部と第２配線部との間から、前記第１配線部と基板との間にかけて、前記高融点金属部が一体にして形成され、
前記高融点金属部は、Ｗ、ＭｏあるいはＴａのうち少なくともいずれか１種の元素を含む金属材料で形成されることを特徴とするものである。
これにより、効果的に第１配線部と第２配線部間、及び第１配線部と基板間でのＡｇ拡散を抑制できるとともに、前記第１高融点金属部と第２高融点金属部とを別々に形成する必要がないため、簡単に所望の配線基板を製造できる。

本発明では、少なくとも前記第１配線部の露出面全てにはガラスの被覆部が形成されていることが好ましい。この被覆部の形成により、前記第１配線部を構成するＡｇがマイグレーションを起こすのを適切に抑制できる。

本発明では、前記第２配線部はＡｕで形成されることが好ましい。ＡｕはＡｇに比べて比抵抗が高く電気特性が劣るが、拡散はＡｇに比べて生じにくいため、微細な形状部分や、隣合う配線部間のピッチ幅が小さい等、高精度な部分には、Ａｕで形成された第２配線部を形成することが、より信頼性の高い配線基板を提供できる。

また、前記第２配線部の表面は、前記配線基板上に設置される電子部品の接続電極の接続面であることが好ましい。

また本発明では、例えば、前記基板は、低温焼成セラミックスで形成される。かかる場合に、特に、第１配線部を構成するＡｇが基板側に拡散しやすいので、本発明を適用することで、効果的に前記基板へのＡｇ拡散を抑制できる。

本発明によれば、Ａｇを有して形成された第１配線部から第２配線部や基板へＡｇが拡散するのを適切に抑制でき、よって、従来に比べて、配線部にボイドが生じるのを適切に防止でき、断線等が生じくい配線基板を製造できる。

図１は、本実施形態の配線基板上に、電子部品が搭載された状態を示す、前記配線基板及び電子部品の部分平面図、図２は図１に示すＡ−Ａ線から前記配線基板及び電子部品を高さ方向（図示Ｚ方向）に切断し矢印方向から見た際の、前記配線基板及び電子部品の部分断面図、図３は図２に示すＢの箇所を拡大して示す前記配線基板及び電子部品部分拡大断面図、図４は図３とは異なる形態の前記配線基板及び電子部品の部分拡大断面図、図５は図３〜図４とは異なる形態の前記配線基板及び電子部品の部分拡大断面図、である。

各図における図示Ｘ方向は幅方向、図示Ｙ方向は長さ方向、図示Ｚ方向は高さ方向を示している。なお各方向は残り２つの方向に対し直交する関係にある。

図１及び図２に示すように、基板１０の上面１０ａには多数の配線部１１が形成されている。前記基板１０は、低温焼成セラミックス（LTCC；Low Temperature Co-fired Ceramics）で形成されている。前記低温焼成セラミックスは多数のグリーンシートが間に導体を挟んで積層されたものである。

前記配線部１１は、前記基板１０の上面１０ａに、例えばスクリーン印刷によりパターン形成されたものである。前記配線部１１は導電フィラーとバインダー樹脂とを含む塗膜である。あるいは前記配線部１１はスパッタ法やメッキ法などによって形成されてもよい。なお、この明細書においては前記配線部１１の組成については、金属元素にだけ注目して記載する。すなわち前記配線部１１が上記した塗膜である場合、前記配線部１１内にはバインダー樹脂も含まれるが、前記バインダー樹脂について特に記述しない。例えば配線部１１の構造として「Ａｇ配線部」と表現した場合、Ａｇ以外にバインダー樹脂を含む場合と、含まない場合のどちらも該当する。また、組成比については、前記配線部に含まれる金属元素を１００質量％として表現する。すなわち金属元素以外にバインダー樹脂等を含む場合でも、前記バインダー樹脂等を除き前記配線部に含まれる金属元素を１００質量％に換算して記載している。

前記配線部１１上には電子部品１３が搭載されている。前記電子部品１３の下面には多数の接続電極１２が設けられている。前記配線部１１は、前記接続電極１２の下にまで延びて形成されている。前記配線部１１の先端部１１ａは前記電子部品１３の接続電極１２と当接する部位であり、前記先端部１１ａの幅寸法は非常に小さくなっている。また各配線部１１の先端部１１ａ間のピッチ幅も非常に狭くなっている。前記配線部１１の先端部１１ａから後端部１１ｂ側に向けて（前記電子部品１３から離れる方向に向けて）、前記配線部１１の幅寸法は広くなり、また各配線部１１間のピッチ幅も大きくなっている。

前記電子部品１３は、例えば、ＣＰＵ、ＭＰＵ，ＲＯＭおよびＲＡＭなどのメモリを１つあるいは複数備えたＩＣパッケージや、ベアチップなどである。前記電子部品１３は、前記配線部１１上にフリップチップ構造により接続される。前記電子部品１３と前記基板１０間には封止樹脂１４が設けられている。

図３に示すように、前記配線部１１の先端部１１ａには、Ａｕ配線部（第２配線部）１５が形成されている。前記Ａｕ配線部１５の上面１５ａ、前端面（図示図示Ｘ方向と反対側に向く面）１５ｂ、及び側端面（図示Ｙ方向と平行な方向の両側に現れる面）は、いずれも例えばガラスで形成された被覆部１６によって覆われていない。前記Ａｕ配線部１５の上面１５ａは前記電子部品１３の接続電極１２との接続面となっている。

前記Ａｕ配線部１５よりも、前記配線部１１の後端部１１ｂ側には、Ａｇ配線部（第２配線部）１７が形成されている。そして前記Ａｕ配線部１５とＡｇ配線部１７との間には第１高融点金属部１８が形成されている。

前記第１高融点金属部１８は、前記Ａｕ配線部１５及びＡｇ配線部１７よりも高い融点を有する金属材料で形成される。前記Ａｕ配線部１５を構成するＡｕや、Ａｇ配線部１７を構成するＡｇは、概ね１０００℃前後の融点である。前記第１高融点金属部１８は、Ｗ、ＭｏあるいはＴａのうち少なくともいずれか１種の元素を含む金属材料で形成される。Ｗ、Ｔａは、概ね３４００℃程度、Ｍｏは２６００℃程度の高融点金属材料である。

図３に示す実施形態では、前記Ａｕ配線部１５とＡｇ配線部１７との間に、Ａｕ及びＡｇよりも融点の高い第１高融点金属部１８が介在するため、ＡｇがＡｕ配線部１５内へ拡散するのを適切に抑制できる。第１高融点金属部１８は融点が高いことで拡散係数が低く、すなわち拡散しにくい材料である。また前記Ａｇ配線部１７からＡｇが拡散するのを適切に抑制するバリア材としても機能している。このように前記Ａｕ配線部１５とＡｇ配線部１６との間に第１高融点金属部１８を設けることで、前記第１高融点金属部１８自身は拡散しにくく、またＡｇの拡散も抑制することから、従来のようにＡｇ配線部とＡｕ配線部とが接して形成されている形態に比べて、Ａｇの拡散を効果的に抑制することができる。

また、Ａｇは、低温焼成セラミックスで形成されている基板１０へも拡散しやすい。それは、前記低温焼成セラミックスは、ガラスとセラミックスとの混合物からなるグリーンシートの積層物で、前記混合物中に含まれるガラスが、通常のガラスとは異なる組成であり、アルミナ基板などに比べて非常に拡散されやすい材質であるため、及び、前記グリーンシートとペースト状の配線部１１とを同時焼成するためであると考えられる。なお前記グリーンシートとペースト状の配線部１１とを同時焼成しなくてもよいが、通常、製造の容易性やコスト削減等により同時焼成する。

このため図４に示す実施形態では、前記Ａｇ配線部１７と前記基板１０との間に第２高融点金属部２０が設けられている。図４では、前記第２高融点金属部２０は、前記第１高融点金属部１８下及びＡｕ配線部１５の下にも設けられているが、設けられていなくてもよい。ただし、前記第１高融点金属部１８下及びＡｕ配線部１５の下にも前記第２高融点金属部２０を設けると、前記第２高融点金属部２０の上の平坦化面に前記配線部１１を形成でき、前記配線部１１を所定形状で形成しやすい。特に前記配線部１１の先端部１１ａは高精度なパターンで形成されるため、なるべく段差等がない平坦な面上に前記配線部１１が形成されることが好ましく、よって、前記第１の高融点金属部１８下及びＡｕ配線部１５の下にも前記第２高融点金属部２０が設けられる形態が好ましい。

前記第２高融点金属部２０は、図３で説明した第１高融点金属部１８と同様に、Ｗ、ＭｏあるいはＴａのうち少なくともいずれか１種の元素を含む金属材料で形成されることが好ましい。前記第１高融点金属部１８と第２高融点金属部２０とは同じ材料で形成されても異なる材料で形成されてもどちらでもよい。

図４に示す実施の形態により前記Ａｇ配線部１７と基板１０間でのＡｇの拡散を適切に抑制することが可能である。

図３から図４に示す全ての実施の形態では、Ａｕ配線部１５、第１高融点金属部１８（あるいは組成変調部２５）、及びＡｇ配線部１７は前記基板１０上に平面的に並ぶように形成されている。換言すれば、Ａｕ配線部１５、第１高融点金属部１８（あるいは組成変調部２５）、及びＡｇ配線部１７は、高さ方向（図示Ｚ方向）で重ならず、夫々、横方向から接して形成されている。これに対し、図５では、前記Ａｕ配線部１５上に高融点金属部３０が形成され、その上にＡｇ配線部１７が形成されている。すなわち高さ方向（図示Ｚ方向）に積層された形態となっている。図５に示すように、前記Ａｕ配線部１５の上面１５ａの一部から前記基板１０の上面１０ａに向けて前記高融点金属部３０が形成され、前記高融点金属部３０上に前記Ａｇ配線部１７が形成され、しかも、ちょうど、前記Ａｕ配線部１５と前記Ａｇ配線部１７が高さ方向（図示Ｚ方向）にて一部、対向するように形成されれば、図４のように別々に第１高融点金属部１８と第２高融点金属部２０とを形成する必要がなく、簡単な構造で、Ａｕ配線部１５側及び基板１０側にＡｇが拡散しにくい構造の配線基板を形成できること、さらに導体抵抗の低いＡｇ配線部１７をできる限りＡｕ配線部１５に近づけることができ、導体特性の劣化を抑えることができるといった効果がある。前記高融点金属部３０は導体抵抗が高いので、できる限りＡｇ配線部１７を前記Ａｕ配線部１５に近づけることで電気的なロスを小さくできる。図５に示すＡｕ配線部１５の上面１５ａの一部は露出しており、電子部品１３の接続端子１２が前記上面１５ａに接続される。

以上のように本実施の形態では、Ａｇ配線部１７からＡｕ配線部１６へのＡｇの拡散を適切に抑制できるから、従来のように配線部１１にボイドが形成されたりして、断線等が生じる不具合を適切に防止できる。また、前記配線部１１上に適切にメッキを施すこともできる。

図３ないし図５に示す被覆部１６は上記したように例えばガラスである。少なくとも前記Ａｇ配線部７の表面（この明細書で言う「表面」とは露出する面、すなわち上面や側端面を全て指す）を被覆部１６で覆うことで、Ａｇのマイグレーションを適切に抑制することができる。また、前記第１高融点金属部１８の表面や組成変調部２５の表面を前記被覆部１６で覆うことが、Ａｇのマイグレーションをより適切に防止することができ好ましい。また、ガラスで形成された被覆部１６に代えて、例えばＡｕメッキを施して、前記Ａｇのマイグレーションを抑制してもよい。かかる場合、例えば、Ａｕメッキは、無電解メッキ法でメッキ形成され、配線部１１の表面全てにメッキされる。ただし、Ａｕメッキが前記Ａｕ配線部１５の表面にもメッキされる構造では、メッキ量を高精度に制御しないと、例えば隣り合う配線部１１どうしがメッキ層を介してショートしてしまう等の不具合が出やすいこと、またＡｕメッキと、Ａｇ配線部１７との間での拡散がまた問題となるため、前記被覆部１６はガラスで形成されることが好ましい。

また、Ａｇ配線部１７は、Ａｇとともに、Ａｇ以外の金属元素を含んでいてもよい。またＡｕ配線部１５は、Ａｕ以外の金属元素を含んでいてもよい。Ａｕ配線部１５の部分は、少なくともＡｇより拡散が生じにくい（Ａｇより拡散係数の小さい）材料で形成されている。

またこの明細書において「材料が異なる」とは、組成元素が異なる場合と、組成元素は同じであるが、組成比が異なる場合の双方を含む。組成元素が異なる場合とは、Ａｕで形成された配線部と、Ａｇで形成された配線部のごとくである。また「組成比が異なる場合」とは、例えば、どちらの配線部もＡｕとＡｇとを有して形成され、組成元素は同じであるが、一方の配線部（第１配線部）のＡｇの組成比が、他方の配線部（第２配線部）のＡｇの組成比よりも大きくなっているような場合である。ただし後者の場合、第２配線部にも、必ず、わずかでもＡｇが含まれることになるため、第２配線部はＡｇを含まない組成元素で形成されることが好ましい。

本実施形態の配線基板上に、電子部品が搭載された状態を示す、前記配線基板及び電子部品の部分平面図、図１に示すＡ−Ａ線から前記配線基板及び電子部品を高さ方向（図示Ｚ方向）に切断し矢印方向から見た際の、前記配線基板及び電子部品の部分断面図、図２に示すＢの箇所を拡大して示す前記配線基板及び電子部品部分拡大断面図、図３とは異なる形態の前記配線基板及び電子部品の部分拡大断面図、図３〜図４とは異なる形態の前記配線基板及び電子部品の部分拡大断面図、

符号の説明

１０基板
１１配線部
１２接続電極
１３電子部品
１５Ａｕ配線部
１６被覆部
１７Ａｇ配線部
１８第１高融点金属部
２０第２高融点金属部
２５組成変調部
２６Ａｇ高組成比部
２７Ａｇ中組成比部
２８Ａｇ低組成比部
３０高融点金属部

Claims

基板と、前記基板上に形成された配線部と、を有し、
前記配線部は、Ａｇを有して形成された第１配線部と、Ａｕで形成された第２配線部と、前記第１配線部及び第２配線部間に介在する前記第１配線部及び第２配線部より融点の高い第１高融点金属部と、を有して形成され、
前記第１配線部と前記第２配線部と、前記第１高融点金属部とが高さ方向で重ならず、夫々、横方向から接して形成されており、
前記第１高融点金属部は、Ｗ、ＭｏあるいはＴａのうち少なくともいずれか１種の元素を含む金属材料で形成されることを特徴とする配線基板。
前記基板と、少なくとも前記第１配線部との間には、前記第１配線部及び第２配線部より融点の高い第２高融点金属部が形成され、
前記第２高融点金属部は、Ｗ、ＭｏあるいはＴａのうち少なくともいずれか１種の元素を含む金属材料で形成される請求項１記載の配線基板。
少なくとも、前記第１高融点金属部の露出面全てにはガラスの被覆部が形成されている請求項１又は２に記載の配線基板。
基板と、前記基板上に形成された配線部と、を有し、
前記配線部は、Ａｇを有して形成された第１配線部と、Ａｕで形成された第２配線部と、前記第１配線部及び第２配線部間に介在する前記第１配線部及び第２配線部より融点の高い高融点金属部と、を有して形成され、
前記第１配線部と第２配線部とが高さ方向で一部対向し、前記対向する前記第１配線部と第２配線部との間から、前記第１配線部と基板との間にかけて、前記高融点金属部が一体にして形成され、
前記高融点金属部は、Ｗ、ＭｏあるいはＴａのうち少なくともいずれか１種の元素を含む金属材料で形成されることを特徴とする配線基板。
少なくとも前記第１配線部の露出面全てにはガラスの被覆部が形成されている請求項１ないし４のいずれかに記載の配線基板。
前記第２配線部の表面は、前記配線基板上に設置される電子部品の接続電極の接続面である請求項１ないし５のいずれかに記載の配線基板。
前記基板は、低温焼成セラミックスで形成される請求項１ないし６のいずれかに記載の配線基板。