JP4709238B2 - Ｃｕ系配線用材料およびそれを用いた電子部品 - Google Patents

Description

本発明は、酸化を抑制できる銅系の配線用材料、及び、それを配線に用いた電子部品に関する。

配線，電極などを有する電子部品は、その製造過程で酸化雰囲気に接しない製造プロセスを採用して製造できる場合、ＬＳＩ配線に代表されるように、配線あるいは電極材料として純Ｃｕが用いられている。一方、大型プラズマディスプレイなどの典型的な製造プロセスとして用いられている通り、金属配線はガラス誘電体に埋め込まれ、製造過程では、酸化雰囲気で例えば４００℃以上の高温領域で熱処理を施されることになる。このため、高温の熱処理でも酸化に耐えるＡｇ配線などが実用化されているが、コスト低減と耐マイグレーション性向上の観点から信頼性の高いＣｕ系の材料の配線化が強く望まれる。しかし、Ｃｕは２００℃を超える温度で酸化が生じ、ガラス誘電体中に泡の発生などを顕著に生じさせるため、純Ｃｕ金属単独での配線化は酸化雰囲気を伴う高温製造プロセスを伴う電子部品製品では実用化に至っていないのが現状である。

従来技術では、Ｃｕを主成分として、Ｍｏを０.１〜３.０ｗｔ％含有し、Ｃｕの粒界にＭｏを均質に混入させることにより、Ｃｕ全体の耐候性を向上させる電子部品材料が知られている（例えば、特許文献１）。この従来技術では、Ｍｏの添加を必須とし、Ｍｏと共に、Ａｌ，Ａｕ，Ａｇ，Ｔｉ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｓｉからなる群から１または複数の元素を合計で０.１〜３.０ｗｔ％添加して、Ｍｏ単独添加時よりさらに耐候性を改善させる試みがなされている。しかし、この合金ではＡｌ，Ａｕ，Ａｇ，Ｔｉ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｓｉからなる群から１または複数の元素を合計で３.０ｗｔ％以上添加すると逆に耐候性が劣化することが指摘されている。またＭｏの添加を必須とするため、材料コストも高く、市場コストの低い電子部品製品の実用に適さないという問題点があった。

特開２００４−９１９０７号公報

電子部品に用いられる配線，電極、あるいはコンタクト材料として、コスト低減と耐マイグレーション性向上の観点から信頼性の高いＣｕ系の材料の配線化が強く望まれている。しかし、上述したように、配線や電極がガラスやガラスセラミックスと共存した構成の電子部品において、配線あるいは電極材料にＣｕ系の材料を用いた場合、配線材料の酸化とともにガラスやガラスセラミックス中に泡の発生を生じてしまうという問題がある。これは、製造過程において、酸化雰囲気中で２００℃以上、特に４００℃以上の高温熱処理プロセスを含む方法で製造される際に、純Ｃｕからなる配線，電極、あるいはコンタクト部品などの表面に生成される酸化物層と、これに接するガラス又はガラスセラミックスが高温で反応することにより気泡が生成されるためである。この気泡の発生により、耐電圧低下などの問題が生ずるため、これらの電子部品の製造が困難であるという問題点があった。

本発明は、上述の問題を踏まえ、ガラス又はガラスセラミックス部材と接する配線を有する電子部品において、ガラス又はガラスセラミックスの気泡の発生を抑制可能でマイグレーション耐性に優れたＣｕ系配線材料を用いた電子部品を提供することを目的とする。

また、本発明は、酸化雰囲気中での熱処理でも酸化を抑制可能であり、電気抵抗の増加を抑制可能なＣｕ系の配線用材料を提供することを目的とする。

本発明の電子部品は、ガラスまたはガラスセラミックス部材と接する配線を有する電子部品であって、前記配線がＣｕ及びＡｌからなる２元合金で、かつ、Ａｌ含有量が１.０〜１５.０ｗｔ％であり、前記配線は、大気中で基板上に形成され、ガラス或いは該ガラスを含むガラスセラミックスにより被覆されることを特徴とする。

本発明によれば、ガラス又はガラスセラミックス部材と接する配線を有する電子部品において、ガラス又はガラスセラミックスの気泡の発生を抑制可能でマイグレーション耐性に優れたＣｕ系配線材料を用いた電子部品を提供することができる。

また、酸化雰囲気中での熱処理でも酸化を抑制可能であり、電気抵抗の増加を抑制可能なＣｕ系配線材料を提供することができる。

以下、本発明に至った本発明者らの研究結果と、本発明の実施形態ついて詳細を述べる。図１及び図２に、Ｃｕの酸化挙動と、Ａｌ添加による耐酸化性付与状況を確認した基本実験の結果を示す。試験片として、ボタン溶解後、厚さ１mm以下に圧延したテープ状のバルク材を用いた。酸化特性評価試験は、電気炉内で実施した大気中高温暴露試験とした。電子部品の製造プロセスを考慮すると、例えば、誘電体ガラスに接したスパッタ配線構造を有する部品では、誘電体ガラスを軟化，流動させて配線を封止するため、４００℃以上の高温熱処理が加えられる。また、厚膜に配線化した成形形態の部品は、軟化・流動するガラス粉末を導電性金属粉末と混合しペースト状としたものを焼成して成形するため、７００℃程度の熱処理を必要とする場合がある。従って、大気暴露温度は、これらの一般的な電子部品の製造プロセス温度を考慮して、４００℃及び７００℃を選定した。図１及び図２に示すように、目視で確認した酸化挙動は、高温側ほど顕著であるが、Ａｌの添加により耐酸化性が付与されてくることが判る。図２では、純Ｃｕの場合、熱処理により形成した表面酸化皮膜は厚く、剥がれてきているのが判る。また、１.０ｗｔ％Ａｌを添加したＣｕでは、低温側で耐酸化性が付与されているのに対し、高温側（７００℃）では、厚い酸化皮膜が剥がれてきている。これに対して、３.０ｗｔ％Ａｌを添加したＣｕでは、高温側でも表面の酸化皮膜が剥がれる挙動は観られない。また、５.０ｗｔ％Ａｌ，１０.０ｗｔ％Ａｌ，１５.０ｗｔ％ＡｌとＡｌの添加量が増大すると共に金属光沢が保持され、耐酸化性に優れていることが判る。図３は、耐酸化性付与挙動を定量的に把握するため、７００℃で３０分間大気中に暴露した試験片を用いて、表面から剥がれた酸化皮膜の厚さをＳＥＭ観察により測定すると共に、酸化皮膜が剥がれていない試料に対しては、ＡＥＳ（オージェ）分析により酸化皮膜厚さを測定して、ＣｕへのＡｌ添加量に対しプロットした。酸化皮膜厚さは、Ａｌ添加量の増大と共に単調減少し、耐酸化性が増大してくること、さらに１５.０ｗｔ％Ａｌ添加Ｃｕ試料では、熱処理しない純Ｃｕ試料と同程度の極めて高い耐酸化性が付与されていることが判る。

本発明者らは、前記の基本的な試験結果に基づき、ＣｕにＡｌを添加した２元合金が極めて優れた耐酸化特性を有することを発見し、電子部品への適用可能性を検討した。第一に、誘電体ガラスに接したスパッタ配線構造を有する部品への適用性を実験的に確認した。図４に示すように、スパッタにより作製した純Ｃｕないし種々のＡｌ含有量を有する２元Ｃｕ−Ａｌ合金を誘電体ガラスペーストで埋め込んで乾燥させた後、６１０℃で３０分間大気中熱処理し、スパッタ配線構造を作製した。これらのＣｕ系材料４０１の酸化挙動を、誘電体層４０２中の泡４０３の発生状況を光学顕微鏡で観察することにより評価した。図４はその断面模式図を示す。また、図５には、前記光学顕微鏡観察を図４の誘電体層４０２側から実施した結果を示す。純Ｃｕでは、無数の泡が発生し、酸化が顕著に進行したことを示しているが、Ａｌを１.０ｗｔ％，３.０ｗｔ％，５.０ｗｔ％添加したＣｕ−Ａｌ合金では、全く泡が発生せず酸化が起こらなかった。この結果から、ＣｕにＡｌを１.０ｗｔ％以上添加したＣｕ−Ａｌ合金を、誘電体ガラスに接した導電性金属材料から構成される電子部品用金属材料に適用できることを確認した。但し、５０.０ｗｔ％を超えるＡｌを添加したスパッタ膜は、θ相の析出により、均一な組成のスパッタが製造できない。また、Ａｌの添加量が１５.０ｗｔ％を超えると、γ₂相が支配的となり、均一な組成のスパッタ膜が製造しにくくなる。そのため、Ａｌの添加量は５０.０ｗｔ％以下、好ましくは１５.０ｗｔ％以下とすることで、電子部品用金属材料に適用可能である。

第二に、導電性金属材料粉末とガラス粉末を混合して作製される導電性金属材料から構成される電子部品用金属材料への適用性を検討した。図６には、導電性金属材料粉末として、アトマイズ法により作製したＣｕ−Ａｌ合金粒子粉末とガラス粉末、比較材として同方法を用いて作製した純Ｃｕ粒子粉末とガラス粉末を混合して、電子部品配線を製造した詳細製造工程を示す。粒子粉末は分粒を経て、配線厚さ以下のサイズを有する粒子粉末とした。ここでは、粒子粉末の平均粒径が１〜２μｍとなるように分粒した。これらの導電性金属材料粒子粉末とガラス粉末は、バインダー及び溶剤と共にペースト化し、印刷法により配線成形し、４００℃〜７００℃で３０分間大気中にて焼成し、最終配線形成を行った。配線成形には、種々の方法を用いることができるが、ここでは低コストのスクリーン印刷法を用いた。最終的に形成した配線は、４端子法を用い電気抵抗を測定した。図７には、前記粒子粉末分粒を経た粒子粉末のＳＥＭ写真を示す。Ｃｕ−Ａｌ合金粒子粉末も比較材として用意した純Ｃｕ粉末も約２μｍ直径以下の球状粒子形状を有していた。図８には、前記アトマイズ法で作製した粒子粉末の熱分析特性を測定した結果を示す。ここではＣｕ−Ａｌ合金粒子の例として、Ｃｕ−１０ｗｔ％Ａｌの結果を示した。比較材である純Ｃｕ粒子粉末では２００℃以下から酸化が進むことが判るが、Ｃｕ−１０ｗｔ％Ａｌ合金粒子粉末では、８００℃以上の温度で酸化現象が徐々に現れることが明確であり、粉末形態でも、耐酸化性に優れていることが判る。図９は、図６の工程で作製した配線の電気抵抗を測定した結果である。純Ｃｕでは、４００℃焼成後の電気抵抗が８９Ωcm以上、７００℃焼成後の電気抵抗が１８１Ωcm以上となり、Ａｇ粒子を用いて形成した同様の配線の電気抵抗値を著しく上回り、Ａｇ代替配線として使用できない。電子部品用の配線の電気抵抗値としては、１０^-4Ωcm程度以下が望ましい。４００℃焼成では１ｗｔ％Ａｌ以上のＡｌを含有するＣｕ配線や、７００℃焼成では５ｗｔ％Ａｌ以上のＡｌを添加したＣｕ配線では十分な電気導電性を有し、Ａｇ粒子を用いた配線の電気抵抗値以下となり、Ａｇ配線の代替として使用できることが判った。但し、粒子粉末を作製する際に用いたアトマイズ法では、５０ｗｔ％を超えるＡｌを含有したＣｕ粉末は、作製が困難であるため、Ａｌの含有量としては１５ｗｔ％Ａｌ以下に抑えることが好ましい。

以上の結果から、Ｃｕ及びＡｌの２元素から構成される２元合金から構成し、かつ、Ａｌ含有量を５０.０ｗｔ％以下、好ましくは１.０〜１５.０ｗｔ％とし、残部を不可避不純物とした導電性金属材料を、ガラスやガラスセラミックスと共存した材料構成で、かつ製造過程で酸化雰囲気に曝され、かつ２００℃以上の高温熱処理プロセスを含む方法で製造される電子部品製品に用いることにより、酸化しない配線，電極、コンタクト部品などを製造することができることを明らかにした。従って、本発明の電子部品用金属材料を、ガラスやガラスセラミックスと共存した材料構成で、かつ製造過程で酸化雰囲気に曝され、かつ２００℃以上、より実質的には４００℃以上の高温熱処理プロセスを含む方法で製造される電子部品製品に用いることにより、酸化しないＣｕ系の配線，電極，コンタクト部品を製造できるため、安価でかつマイグレーション耐性にすぐれた信頼性の高い電子部品を提供できる。高温熱処理プロセスにおいて、本発明の合金が酸化しない温度の上限は、Ａｌの添加量の増大と共に上昇させることができ、例えばＣｕに１０ｗｔ％のＡｌを添加した場合、すでに図８に示したように、８００℃以上まで熱処理プロセス温度を上げることが可能である。また、１５ｗｔ％以上のＡｌを添加した場合には、９００℃以上の熱処理プロセスでも酸化しない合金を得ることが可能である。本発明の電子部品用金属材料で形成される配線，電極，コンタクト部品は、システムオンフィルム（ＳＯＦ：System On Film），テープキャリアパッケージ（ＴＣＰ：Tape Carrier Package），低温焼成セラミックス（ＬＴＣＣ：Low Temperature Co-fired Ceramics），プラズマディスプレイ（ＰＤＰ），液晶ディスプレイ（ＬＣＤ），有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイ、ないし太陽電池を構成する電子部品の一部または全部であってもよく、本発明の耐酸化特性が有効に発揮される。

以下に、本発明の最良の実施形態を示す実施例を挙げる。

本発明をプラズマディスプレイパネルに適用した例を説明する。プラズマディスプレイパネルの断面図の概要を図１０に示す。

プラズマディスプレイパネルでは、前面板１０，背面板１１が１００〜１５０μｍの間隙をもって対向させて配置され、各基板の間隙は隔壁１２で維持されている。前面板１０と背面板１１の周縁部は封着材料１３で気密に封止され、パネル内部に希ガスが充填されている。隔壁１２により区切られた微小空間（セル１４）には蛍光体が充填される。赤色，緑色，青色の蛍光体１５，１６，１７がそれぞれ充填された３色のセルで１画素を構成する。各画素は信号に応じ各色の光を発光する。

前面板１０，背面板１１には、ガラス基板上に規則的に配列した電極が設けられている。前面板１０の表示電極１８と背面板１１のアドレス電極１９が対となり、この間に表示信号に応じて選択的に１００〜２００Ｖの電圧が印加され、電極間の放電により紫外線２０を発生させて蛍光体１５，１６，１７を発光させ、画像情報を表示する。表示電極１８，アドレス電極１９は、これら電極の保護と、放電時の壁電荷の制御等のために、誘電体層２１，２２で被覆される。誘電体層２１，２２には、ガラスの厚膜が使用される。

背面板１１には、セル１４を形成するために、アドレス電極１９の誘電体層２２の上に隔壁１２が設けられる。この隔壁１２はストライプ状あるいはボックス状の構造体である。

表示電極１８，アドレス電極１９としては、現在一般的にはＡｇ厚膜配線が使用されている。前述したごとく、コスト低減とＡｇのマイグレーション対策のためには、Ａｇ厚膜配線からＣｕ厚膜配線への変更が好ましいが、そのためには、酸化雰囲気においてＣｕ厚膜配線の形成，焼成時にＣｕが酸化され電気抵抗が低下しないこと、酸化雰囲気において誘電体層の形成，焼成時にＣｕと誘電体層とが反応してＣｕが酸化され電気抵抗が低下しないこと、さらにＣｕ厚膜配線近傍に空隙（気泡）が発生し耐圧が低下しないこと等の条件が挙げられる。表示電極１８及びアドレス電極１９の形成は、スパッタリング法によっても可能であるが、価格低減のためには印刷法が有利である。また、誘電体層２１，２２は、一般的には印刷法で形成される。印刷法で形成される表示電極１８，アドレス電極１９，誘電体層２１，２２は、酸化雰囲気中で４５０〜６２０℃の温度範囲で焼成されることが一般的である。

背面板１１のアドレス電極１９に直交するように、前面板１０の表面に表示電極１８を形成した後に、誘電体層２１を全面に形成する。その誘電体層２１の上には、放電から表示電極１８等を保護するために、保護層２３が形成される。一般的には、その保護層２３には、ＭｇＯの蒸着膜が使用される。一方、背面板１１には、アドレス電極１９を形成した後、セル形成領域に誘電体層２２を形成し、その上に隔壁１２が設けられる。ガラス構造体よりなる隔壁は、少なくともガラス組成物とフィラーを含む構造材料よりなり、その構造材料を焼結した焼成体から構成される。隔壁１２は、隔壁部に溝が切られた揮発性シートを貼り付け、その溝に隔壁用のペーストを流し込み、５００〜６００℃で焼成することによって、シートを揮発させるとともに隔壁１２を形成することができる。また、印刷法にて隔壁用ペーストを全面に塗布し、乾燥後にマスクして、サンドブラストや化学エッチングによって、不要な部分を除去し、５００〜６００℃で焼成することにより隔壁１２を形成することもできる。隔壁１２で区切られたセル１４内には、各色の蛍光体１５，１６，１７のペーストをそれぞれ充填し、４５０〜５００℃で焼成することによって、蛍光体１５，１６，１７をそれぞれ形成する。

通常、別々に作製した前面板１０と背面板１１を対向させ、正確に位置合わせし、周縁部を４２０〜５００℃でガラス封着する。封着材料１３は、ディスペンサー法あるいは印刷法により事前に前面板１０或いは背面板１１のどちらか一方の周縁部に形成される。一般的には、封着材料１３は背面板１１の方に形成される。また、封着材料１３は蛍光体１５，１６，１７の焼成と同時に事前に仮焼成されることもある。この方法を取ることによって、ガラス封着部の気泡を著しく低減でき、気密性の高い、すなわち信頼性の高いガラス封着部が得られる。ガラス封着は、加熱しながらセル１４内部のガスを排気し、希ガスを封入し、パネルが完成する。封着材料１３の仮焼成時やガラス封着時に、封着材料１３が表示電極１８やアドレス電極１９と直接的に接触することがあり、電極を形成する配線材料と封着材料１３が反応して、配線材料の電気抵抗を増加させることは好ましくなく、この反応を防止する必要がある。

完成したパネルを点灯するには、表示電極１８とアドレス電極１９の交差する部位で電圧を印加して、セル１４内の希ガスを放電させ、プラズマ状態とする。そして、セル１４内の希ガスがプラズマ状態から元の状態に戻る際に発生する紫外線２０を利用して、蛍光体１５，１６，１７を発光させて、パネルを点灯させ、画像情報を表示する。各色を点灯させるときには、点灯させたいセル１４の表示電極１８とアドレス電極１９との間でアドレス放電を行い、セル内に壁電荷を蓄積する。次に表示電極対に一定の電圧を印加することで、アドレス放電で壁電荷が蓄積されたセルのみ表示放電が起こり、紫外線２０を発生させることによって、蛍光体を発光させる仕組みで画像情報の表示が行われる。

先ずは、本発明のＣｕ−Ａｌ合金粉末とガラス粉末からなる配線材料が前面板１０の表示電極１８と背面板１１のアドレス電極１９へ適用できるかどうかの事前検討を行った。平均粒径が１〜２μｍのＣｕ−Ａｌ合金粉末と平均粒径が１μｍのガラス粉末を種々の割合で配合し、さらにバインダーと溶剤を加えて配線用ペーストを作製した。ガラス粉末としては軟化点が４５０℃前後の無鉛低温軟化ガラス、バインダーとしてエチルセルロース、溶剤としてブチルカルビトールアセテートを用いた。作製した配線用ペーストをプラズマディスプレイパネルに使用されるガラス基板上に印刷法を用いて塗布し、大気中５３０℃で３０分加熱して配線を形成した。作製した配線の電気抵抗値を測定し、比抵抗を求めた。図１１に本発明のＣｕ−Ａｌ合金粉末の含有量と配線の比抵抗の関係を示す。Ｃｕ−Ａｌ合金粉末の含有量が６５vol.％以上（ガラス粉末の含有量が３５vol.％以下）の配線では、ほとんど酸化されることなく、配線の比抵抗が充分に低くなるっていることが確認できた。従って、ガラス粉末の含有量を３５vol.％以下とすることにより、本発明のＣｕ−Ａｌ合金の粉末は配線材料として使用できる。この場合、Ｃｕ−Ａｌ合金粉末の化学組成は、Ｃｕに１.０ｗｔ％以上のＡｌを添加することで耐酸化性付与を可能とできるが、好ましくは、１５.０ｗｔ％までのＡｌを添加することで十分な耐酸化性が確保できる。但し、５０.０ｗｔ％を超えるＡｌの添加は、合金粉末作製上の問題や、スパッタ膜の場合、膜質の均質性の観点から好ましくない。

配線中のガラス粉末の含有量を少なくすると、前面板，背面板であるガラス基板から配線が剥離しやすくなった。ガラス粉末の含有量が１０vol.（体積）％以上であれば、配線をガラス基板へ強固に形成できた。すなわち、Ｃｕ−Ａｌ合金粉末の含有量を６５〜９０vol.％、ガラス粉末の含有量を１０〜３５vol.％とすることにより、配線材料として有効に使用できる。また、配線材料にさらに低熱膨張フィラー粉末を混合すると、配線はより剥離しにくくなる。しかし、フィラー粉末を混合すると比抵抗が増加するため、通常ではその混合量は２０vol.％以下とする必要がある。

比較例として、確認のため、純Ｃｕの粉末を配線材料として用い、同様に試験したが、大気中５３０℃での加熱では著しく酸化され、配線材料として使うことができなかった。

上記の検討結果から、平均粒径が１〜２μｍのＣｕ−Ａｌ合金粉末を８５vol.％、平均粒径が１μｍのガラス粉末を１５vol.％からなる配線材料を選定し、前面板１０の表示電極１８と背面板１１のアドレス電極１９へ適用することによって、図１０で示したプラズマディスプレイパネルを試作した。この配線材料は、上記と同様にバインダーとしてエチルセルロース，溶剤としてブチルカルビトールアセテートを混合し、配線用ペーストとした。これを印刷法にて前面板１０及び背面板１１へ塗布し、大気中５３０℃で３０分焼成することによって表示電極１８とアドレス電極１９を形成した。さらにその上に誘電体層２１，２２のガラスを被覆した。誘電体層２１，２２のガラスも同様に平均粒径が１μｍのガラス粉末に、パンダーと溶剤を加え、ペーストとし、それを印刷法によりほぼ全面に塗布し、大気中６１０℃で３０分焼成した。ガラス粉末としては軟化点が５６０℃前後の無鉛ガラス、バインダーとしてエチルセルロース、溶剤としてブチルカルビトールアセテートを用いた。そして、前面板１０と背面板１１を別々に作製し、外周部をガラス封着することによって、プラズマディスプレイパネルを作製した。本発明の配線材料を用いた表示電極１８，アドレス電極１９は酸化による変色もなく、また表示電極１８と誘電体層２１，アドレス電極１９と誘電体層２２の界面部に空隙の発生もなく、パネルに搭載できることが分かった。

続いて、作製したプラズマディスプレイパネルの点灯試験を行った。表示電極１８，アドレス電極１９の電気抵抗が大きくなることもなく、また耐圧が低下することもなく、さらにＡｇのようにマイグレーションすることなく、パネル点灯できた。その他においても支障がある点は認められなかった。

本発明の配線材料は、プラズマディスプレイパネルに限らず、太陽電池等の配線材料としても適用できる。現状では太陽電池の配線にもＡｇ粉末とガラス粉末からなる配線材料が使用されており、本発明の配線材料に変更することで大きなコスト低減を図ることができた。

実施例１で作製した図１０のプラズマディスプレイパネルで、表示電極１８とアドレス電極１９にスパッタリング法にて配線材料を形成した。図１２に示すように配線材料としては金属Ｃｒ膜２４，本発明のＣｕ−Ａｌ合金膜２５、そして再び金属Ｃｒ膜２６を順次形成し、三層構造とした。一層目の金属Ｃｒ膜２４は前面板１０，背面板１１とＣｕ−Ａｌ合金膜との密着性を向上するため、また三層目の金属Ｃｒ膜２６は誘電体層２１，２２とのぬれ性を向上するために形成した。それぞれの膜厚は一層目の金属Ｃｒ膜２４が０.２μｍ、二層目のＣｕ−Ａｌ合金膜２５が３.０μｍ、三層目の金属Ｃｒ膜２６が０.１μｍとし、実施例１と同様にプラズマディスプレイパネルを作製して評価した。なお、スパッタターゲットには、金属Ｃｒのバルク材料とＣｕ−Ａｌ合金のバルク材料からなる円板を、各々の層の形成に用いた。

本発明の配線材料を用いた表示電極１８，アドレス電極１９の側面部分には空隙の発生もなく、パネルに搭載できることが分かった。続いて、作製したプラズマディスプレイパネルの点灯試験を行った結果、表示電極１８，アドレス電極１９の電気抵抗が大きくなることもなく、また耐圧が低下することもなく、さらにＡｇのようにマイグレーションすることなく、パネル点灯できた。その他においても支障がある点は認められなかった。

比較例として、確認のため、配線材料の二層目のＣｕ−Ａｌ合金膜２５を純Ｃｕ膜に変えて、表示電極１８とアドレス電極１９へ搭載し、上記同様にパネル試作した。表示電極１８，アドレス電極１９の側面部分と誘電体層２１，２２との界面部には、空隙が発生する箇所が多々認められ、耐電圧が半減した。

スパッタリング法による上記三層配線からなる表示電極１８，アドレス電極１９で良好なパネル評価結果となったので、次に三層目の金属Ｃｒ膜２６を取り除いた二層配線で表示電極１８とアドレス電極１９へ搭載し、図１０のプラズマディスプレイパネルを作製した。膜厚は上記同様に一層目の金属Ｃｒ膜２４を０.２μｍ、二層目のＣｕ−Ａｌ合金膜２５を３.０μｍとした。本発明の配線材料を用いた表示電極１８，アドレス電極１９は酸化による変色もなく、また表示電極１８と誘電体層２１，アドレス電極１９と誘電体層２２の界面部に空隙の発生もなく、パネルに搭載できることが分かった。続いて、作製したプラズマディスプレイパネルの点灯試験を行った結果、上記同様に支障がある点は認められず、二層配線においても良好なパネルを製作できることが分かった。

これに関しても、比較例として、確認のため、配線材料の二層目のＣｕ−Ａｌ合金膜２５を純Ｃｕ膜に変えて、表示電極１８とアドレス電極１９へ搭載し、上記同様にパネル試作した。表示電極１８，アドレス電極１９の純Ｃｕ膜は著しく酸化され、しかも誘電体層２１，２２との界面部には空隙が多数発生していた。図１３に、純Ｃｕ膜で形成した配線と誘電体層間に発生した大気泡の光学顕微鏡により観察した結果を示す。この気泡は配線材料表面に生成される酸化物層と誘電体が高温で反応することにより発生するものである。従って、純Ｃｕ配線はパネルに適用できなかった。

以上のように、最下層をＣｒとしたＣｕ−Ａｌ合金による表示電極を用いることにより、最上層のＣｒの有無にかかわらず、誘電体との反応による気泡発生を抑制できる。同様に、最下層を酸化Ｃｒ層としてもＣｕ−Ａｌ合金と背面板の密着性を保つことができる。最下層に、厚みを調整した酸化Ｃｒ層を用い、酸化Ｃｒ層表面反射光とＣｕ−Ａｌ合金面反射光を干渉させる事により、正面から見た表示電極の色調を調整することができ、例えば黒色〜暗色や褐色にする事が可能である。

実施例２のパネル試作において、配線材料に適用したＣｕ−Ａｌ合金膜のスパッタターゲットについて検討した。実施例２では、Ｃｕ−Ａｌ合金からなるスパッタターゲットを用いた。本実施例では、それ以外のスパッタターゲットを用いて、所望のＣｕ−Ａｌ合金膜が形成できるかどうかを確認した。

先ず図１４に示すように、Ｃｕ及びＡｌが合金を形成せずに各々が単独に単体金属としてターゲットを構成するスパッタターゲットを製作した。このスパッタターゲットは、純Ｃｕの円板２７に多数個の貫通穴を開け、その貫通穴の形状にあった純Ａｌ２８を封入し、表面研磨したものである。純Ｃｕ円板への純Ａｌの充填は、スパッタされた膜の組成均一性を考慮して、貫通穴のサイズと個数を決めた。図１４では貫通穴は、円形（円筒形）であるが、短冊状（直方体）でもよく、さらには、ターゲット表面形状を扇状としたＣｕとＡｌ金属を交互に組み合わせたターゲットでもよい。このスパッタターゲットを用いて、成膜した結果、ＣｕとＡｌが組成的に所望の濃度に混ざり合い、Ｃｕ−Ａｌ合金からなるスパッタターゲットと同等のＣｕ−Ａｌ合金膜が得られた。すなわち、酸化による抵抗変化が少なく、かつ誘電体層のガラスとも反応しにくいスパッタ膜は、本実施例のスパッタターゲットによっても得られることが判った。また、Ｃｕ単体のスパッタターゲットとＡｌ単体のスパッタターゲットを用いて複数のスパッタターゲットにより、所定のＡｌ含有量を有するＣｕＡｌ合金を形成することもできる。この際、複数のターゲットを回転させながらスパッタを行う方法や、スパッタするターゲットを交換しながらＡｌとＣｕのスパッタを繰り返し行い、ＡｌとＣｕの積層膜を形成し、積層膜を熱処理することでＣｕＡｌ合金を形成する方法等を用いることができる。

本実施例のスパッタターゲットは、Ｃｕ−Ａｌ合金からなるスパッタターゲットより安価に製作することが可能である。Ｃｕ−Ａｌ合金からなるスパッタターゲットでは、Ｃｕ−Ａｌ合金のバルク元材から製作する必要があるが、本実施例のスパッタターゲットは、世の中に広く普及されている純Ｃｕと純Ａｌを組み合わせることにより製作できるメリットがある。

本実施例では、図１５に示すＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics）の多層配線基板（５層）を製作した。配線３０は三次元的に形成されている。この製作方法では、先ずガラス粉末とセラミックス粉末からなるグリーンシート３１を作製し、所望の位置に貫通孔３２を開ける。そして、配線３０用ペーストを印刷法で塗布するとともに、貫通孔３２にも充填する。必要に応じて、グリーンシート３１の裏面にも配線３０用ペーストを印刷法にて塗布する。その際には、表面に塗布した配線３０用ペーストを乾燥してから行う。配線３０用ペーストをそれぞれ形成したグリーンシート３１を積層して、通常では大気中９００℃前後で焼成し、ＬＴＣＣの多層配線基板が製作される。配線３０用のペーストとしては、通常は高価なＡｇペーストが使用される。マイグレーション対策に有利で、しかも安価なＣｕペーストを使用する際には窒素雰囲気で焼成されるが、脱バインダーがうまくいかず、緻密な多層配線基板を得ることが難しかった。また、グリーンシート３１中のガラスとＣｕの配線３０が接する部分でガラスの軟化，流動によってＣｕが酸化され、配線３０の電気抵抗が大きくなってしまう問題があった。さらに、ガラスとの反応による空隙が界面部に発生することがあった。これは配線３０を断線することがあり、好ましくはない現象である。

本実施例では、配線３０用ペーストとして本発明のＣｕ−Ａｌ合金粉末（平均粒径：１μｍ）を用いた。また、バインダーとしてカーボンの残渣が少ないニトロセルロース，溶剤としては酢酸ブチルを用いた。これらの材料から構成される配線３０用ペーストを用いて図１５の多層配線基板（５層）を製作した。この多層配線基板を焼成する熱処理条件は、本発明のＣｕ−Ａｌ合金（本例ではＣｕ−１０ｗｔ％Ａｌを使用）が酸化雰囲気中で８００℃までは完全に酸化されないことから、図１６に示す温度プロファイルのように７００℃まで大気中、７００〜９００℃まで窒素雰囲気とした。また、窒素雰囲気で９００℃，６０分保持し、７００℃まで冷却されたところで、大気中に戻した。製作した多層配線基板は、７００℃までにほぼ完全に脱バインダーが完了していたため、緻密に焼成されていた。また、Ｃｕ−Ａｌ合金の配線３０は、ほとんど酸化されることはなく、電気抵抗が大きくなることはなかった。さらにガラスとの反応による配線近傍部の空隙も発生することがなく、高性能化と低コスト化を両立した多層配線基板を提供できるようになった。熱処理に用いられる温度プロファイルと雰囲気はこの限りではなく、Ａｌ含有量を１５ｗｔ％以上とすることにより９００℃大気中での熱処理でも同様の効果を得ることができた。

耐酸化性付与領域を示す大気暴露温度とＣｕへのＡｌ添加量の関係図。 大気暴露試験結果。 酸化皮膜厚さとＣｕへのＡｌ添加量の関係図。 純Ｃｕ配線上の誘電体ガラス中に生じた気泡発生状況。 純Ｃｕ及びＣｕ−Ａｌ合金材料上の誘電体ガラス中の気泡発生有無確認試験結果。 導電性金属粒子粉末及びガラス粉末を混合して製造する電子部品配線の詳細製造工程。 アトマイズ法により作製した純Ｃｕ及びＣｕ−Ａｌ合金粒子粉末のＳＥＭ観察結果。 アトマイズ法により作製した純Ｃｕ及びＣｕ−Ａｌ合金粒子粉末の熱分析結果。 電子部品配線の電気抵抗値に及ぼすＣｕへのＡｌ添加量の影響。 本発明の配線材料を用いたプラズマディスプレイの断面図。 電子部品配線の比抵抗に及ぼす導電性金属粒子粉末及びガラス粉末混合体中のＣｕ−Ａｌ合金粉末含有量の影響。 スパッタリング法により作製した本発明の配線材料を用いたプラズマディスプレイの断面図。 純Ｃｕを用いた比較電子部品配線から誘電体ガラス中に発生した気泡の光顕観察結果。 本発明のスパッタターゲットの一例を示す図。 本発明の配線材料を用いた低温焼成ガラスセラミック多層配線基板の断面図。 多層配線基板を焼成する熱処理条件を説明する図。

符号の説明

１０ 前面板
１１ 背面板
１２ 隔壁
１３ 封着材料
１５，１６，１７ 赤色，緑色，青色の蛍光体
１８ 表示電極
１９ アドレス電極
２０ 紫外線
２１，２２，４０２ 誘電体層
２３ 保護層
２４，２６ 金属クロム膜
２５ Ｃｕ−Ａｌ合金膜
２７ 純Ｃｕ円板
２８ 純Ａｌ
３０ 配線
３１ グリーンシート
３２ 貫通孔
４０１ Ｃｕ系材料
４０３ 泡

Claims (9)

1. ガラスまたはガラスセラミックス部材と接する配線を有する電子部品であって、
   前記配線がＣｕ及びＡｌからなる２元合金で、かつ、Ａｌ含有量が３.０〜１５.０ｗｔ％であり、
   前記配線は、大気中で基板上に形成され、ガラス或いは該ガラスを含むガラスセラミックスにより直に被覆されることを特徴とする電子部品。
2. 請求項１において、前記配線がさらにガラスを含み、印刷法により基板上に形成されることを特徴とする電子部品。
3. 請求項１において、前記配線が印刷法によってガラス或いはガラスセラミックスのグリーンシートの空孔部及び表面に形成され、該グリーンシートを積層，焼成し、該配線が三次元的に組み込まれたことを特徴とする電子部品。
4. 請求項１〜３に記載の電子部品が、システムオンフィルム，テープキャリアパッケージ，低温焼成セラミックス多層配線基板，プラズマディスプレイ，液晶ディスプレイ，有機ＥＬディスプレイ、あるいは太陽電池であること特徴とする電子部品。
5. 請求項１〜４の電子部品の配線に用いる配線用材料であって、導電性金属材料粉末とガラス粉末を含み、該導電性金属材料粉末がＣｕ及びＡｌからなる２元合金で、かつ、Ａｌ含有量が３.０〜１５.０ｗｔ％であることを特徴とする配線用材料。
6. 請求項５において、前記導電性金属材料粉末が粒子粉末の成形形態を有することを特徴とする配線用材料。
7. 請求項５において、前記導電性金属材料粉末が６５〜９０vol.％、ガラス粉末が１０〜３５vol.％であることを特徴とする配線用材料。
8. 請求項５において、さらに、バインダーと溶剤を含むことを特徴とする配線用材料。
9. 請求項５に記載の配線用材料をスパッタリング法で作製するためのスパッタターゲットであって、ＣｕまたはＡｌが各々単体金属としてターゲット内に埋め込まれた構造、あるいは、Ｃｕ及びＡｌの２元合金で構成された構造を有することを特徴とするスパッタターゲット。

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