JPH02168508A - プリント配線基板用導体膜及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はプリント配線基板用の耐マイグレーション性が
優れた導体膜及びその製造方法に関する。

［従来の技術］ 従来、プリント配線基板には、純銅製の圧延銅箔又は電
解鋼箔等が導体膜として使用されていた。

近年、電子及び電気機器が小型化され、更に、超小型化
へ進む傾向にあり、これらの電子及び電気機器に使用さ
れる電子部品についても超小型化への要求が高くなって
きている。そこで、電子部品の高密度実装化のために、
回路の高密度化又は多層化等が実施されている。また、
回路の配線間距離及び素子の電極間距離も小さくなりつ
つあり、他方では電流容量の増大が試みられている。

ところで、基板上の回路パターンを構成する銅箔間に電
位差があり、それらの間に水分が存在すると、アノード
側の銅箔がイオン化して溶出し、電解腐食が発生すると
共に、水分中の銅イオンが還元されて金属銅となり、こ
れが樹枝状に析出して成長するというマイグレーション
現象が発生しやすくなる。このようなマイグレーション
が発生すると、材料の絶縁破壊及び両極間の短絡等が起
きてしまう。

この現象の媒体となる水分は結露水等で、吸湿性の高分
子絶縁体を使用したり、塵埃が付着したりすると、これ
らの絶縁体又は塵埃を介して銅箔上に混入してくる。現
状ではこの水分の混入を完全に防止することは困難な状
態であり、前述の如く、回路間距離の縮小化及び電流容
量の増大の傾向に伴って、回路設計上、回路間における
マイグレーションが極めて発生しやすくなっている。

従来、マイグレーションは銀のように還元性が高い金属
で発生しやすいと考えられてきたが、実際上、条件によ
っては銅でもマイグレーションが容易に発生し、電子機
器の故障の原因の主要な一つとなっている。

一方、プリント配線基板用の銅箔として、単位面積当り
の製品コストを比較すると、圧延銅箔は厚さが厚い程廉
価になるのに対し、電解銅箔は厚さが薄い程廉価になる
。このため、プリント配線基板に使用される銅箔の厚さ
の範囲では電解銅箔の方がコスト的には優位である。

しかしながら、電解銅箔は高電流密度の高速電気めっき
法により製造することから、構造的にポーラスになりや
すい、また、電解銅箔は純銅であることから、水分が存
在すると共に、電位差が生じるような条件下においては
、容易に銅が溶出してイオン化し、析出してしまう。こ
のため、電解銅箔は本質的にマイグレーションを起こし
やすいという難点がある。

従って、プリント配線基板に使用される導体膜の耐マイ
グレーション性を高めることは極めて重要な課題であり
、回路設計、絶縁体の材質及び絶縁体と銅箔との密着力
の強化等の面でマイクレージョンを防止すべく、種々検
討がなされている。

また、近年導体膜の組成面からの検討により、銅箔の中
に亜鉛を添加したＣｕ−Ｚｎ合金を導体膜とすることに
よって、導体膜のマイグレーションが起こりにくくなる
ことが明らかとなっている。

この亜鉛含有銅からなる導体膜は、従来、Ｃｕ−Ｚｎ合
金めっきにより製造されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このＣｕ−Ｚｎ合金めっき法において実
用上多用されているシアンめっき浴は、人体に有害であ
り、公害の虞れがある。その他のＣｕ−Ｚｎ合金めっき
浴としては、ビロリン酸浴及び酒石酸等の有機酸浴があ
るが、めっきに有効な電流密度の値が小さく、また、そ
の範囲が狭いため、電解銅箔のためのめっき浴としては
実用的でない等の問題点がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
その製造過程で公害を発生させたりすることがなく、マ
イグレーションに起因する種々の不都合を解消すること
ができて耐マイグレーション性が優れたプリント配線基
板用導体膜及びその製造方法を提供することを目的とす
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係るプリント配線基板用導体膜は、銅の電解析
出により形成された第１層と、この第１層上に亜鉛の電
解析出により形成された第２層と、この第２層上に銅の
電解析出により形成された第３層とを有し、第１層及び
第３層には第２層中のＺｎが拡散していることを特徴と
する。

本発明に係るプリント配線基板用導体膜の製造方法は、
銅を電解析出させて第１層を形成する工程と、亜鉛を電
解析出させて第２層を形成する工程と、銅を電解析出さ
せて第３層を形成する工程と、１００乃至３００℃の温
度に１０秒乃至２時間加熱して前記第１層乃至第３層を
焼鈍する工程と、を有することを特徴とする。

［作用］ 本発明に係るプリント配線基板用導体膜においては、銅
の電解析出により形成された第１層及び第３層間に、亜
鉛の電解析出により形成された第２層を配置し、この第
２層から第１層及び第３層にＺｎを拡散させている。こ
の拡散により第１層及び第３層の鋼中に導入された亜鉛
が第１層及び第３層の電解銅箔の耐マイグレーション性
を向上させる。

即ち、本発明に係る導体膜を基板上に形成した後、パタ
ーニングしてプリント配線基板を構成した場合、このプ
リント配線基板の回路間に結露等により水分が付着した
ときでも、第１層及び第３層中の亜鉛が同じく第１層及
び第３層中の銅よりも水分中で優先的にイオン化して溶
出し、銅イオンの溶出を抑制する。しかも、溶出した亜
鉛は容易に析出することはないため、マイグレーション
が抑制される。

なお、第１層及び第３層は主成分が銅であるから、回路
パターンとして十分な導電性を有する。

また、本発明方法においては、第１層、第２層及び第３
層を形成するために、順次、銅めっき、亜鉛めっき及び
銅めっきを施す、そして、各層の形成後、１００乃至３
００℃の温度に１０秒乃至２時間加熱して第１層乃至第
３層を焼鈍する。この焼鈍処理により、亜鉛が第２層か
ら第１層及び第３層に拡散して第１層及び第３層の銅に
亜鉛が導入され、前述の亜鉛の作用により第１層及び第
３層の銅箔の耐マイグレーション性が向上する。これに
より、全体としての導体膜の耐マイグレーション性が向
上する。また、この焼鈍処理は、銅めっき層の電着応力
を緩和するので、その柔軟性が向上する。

上述の如く、本発明方法においては、銅めっき、亜鉛め
っき及び銅めっきを順次施すが、Ｃｕ−Ｚｎ合金のめっ
きは行わないので、シアンめっき浴を使用しない、この
ため、公害等の問題が発生することがないのに加え、通
常の安価なＣｕめつき浴及びＺｎめっき浴を使用してめ
っきすることができ、更にＣｕ−Ｚｎ合金めつき浴に比
して浴の管理も容易である。

焼鈍温度は、１００乃至３００℃である。焼鈍温度が１
００°Ｃ未満の場合は、亜鉛が十分に拡散しない。

一方、焼鈍温度が３００℃を超えると、銅めっき層の結
晶粒の粗大化が生じる。このため、焼鈍温度は１００乃
至３００℃にする。

また、焼鈍時間は、焼鈍温度が１００℃の場合は１時間
以上、焼鈍温度が３００℃の場合は１０秒間以上必要で
ある。焼鈍時間がこれより短いと、Ｚｎの拡散が不十分
であり、耐マイグレーション性が向上しない。また、焼
鈍時間の上限は、焼鈍温度が１００℃の場合は２時間以
下、３００℃の場合は３０秒以下である。焼鈍温度が１
００℃の場合は２時間を超えて焼鈍してもその効果に差
がなく無駄であり、３００℃の場合は３０秒以上焼鈍す
ると、銅めっき層の結晶粒の粗大化が発生する虞れがあ
るからである。実際上、１００℃で１時間、３００℃で
１０秒焼鈍すれば、十分な効果が得られる。このため、
焼鈍時間は１０秒乃至２時間にする。

上述の如く製造されたプリント配線基板用導体膜は、第
１層及び第３層の鋼中に亜鉛が拡散導入されているので
、その耐マイグレーション性が向上すると共に、焼鈍に
より各めっき層の電着応力が緩和されており、導体膜の
柔軟性が高い。また、通常電解銅箔はピンホールが多い
という欠点を有するが、本発明方法においては、電解箔
が多層構造を有するため、電解銅箔のもつ上記欠点が解
消される。

なお、亜鉛の電解析出により形成される第２層の厚さは
、第１層、第２層及び第３層の積層体全体の厚さの１乃
至１０％であることが好ましい、亜鉛第２層の厚さが積
層体の厚さの１％より薄いと、耐マイグレーション性の
向上効果が少ない、一方、亜鉛第２層の厚さが積層体の
厚さの１０％を超えると、銅箔の導電性を低下させてし
まう、このため、第２層の厚さは積層体全体の厚さの１
乃至１０％にすることが好ましい。

［実施例］ 次に、本発明の実施例に係るプリント配線基板用導体膜
を製造し、その耐マイグレーシヨン特性を試験した結果
について、比較例及び従来例と比較して説明する。

各導体膜は、下記第１表に示す組成のめつき浴を使用し
て、銅第１層、亜鉛第２層及び銅第３層の各層を順次電
解析出させて形成した。また、浴温及び電流密度等のめ
つき条件も併せて第１表に示した。

第１表 に使用しためつき液と同様の硫酸浴を使用すると、第２
層の亜鉛が溶解してしまうからである。各層の厚さは、
基準となる導体膜において、第１層が１７μｍ、第２層
が１μｍ、第３層が１７μｍである。

また、下記第２表に各層の厚さを示すように、各層の厚
さを種々変えた導体膜（８〜ｇ）も作成し、その特性に
及ぼす層厚の影響を調べた。なお、導体膜には第１表の
銅第１層及び第３層を形成するのに使用しためつき浴を
使用して銅めっきのみを施したものであり、導体膜ｌは
第１表の銅第１層を形成するのに使用した硫酸浴を使用
して銅めっきのみを施したものである。また、焼鈍条件
はいずれも２００℃で３０秒である。

なお、第３層を形成するための銅めっき液はアルカリ性
の浴を使用した。これは、第１層の形成第２表 更に、下記第３表に示すように、基準となる導体膜（第
１層：第２層：第３層＝１７；　　１．１７μｍ）に対
し、焼鈍温度及び焼鈍時間を種々変更して同様に導体膜
を作成し、その特性を試験した。

耐マグレーション性の試験は、上述の如く作製した各導
体膜から、夫々幅が１０！１ｍ、長さが３０＋＋＋＋ｎ
の試験片を２枚切り出し、第１図に示す試験装置により
実施した。即ち、前述の１対の試験片１を相互間に１龍
の間隔をおいて離隔させた状態で１対のガラス板２によ
り挾み込み、１対の試験片１間に蒸留水をスポイトでし
み込ませた０次いで、定電圧電源３及び電流計４を１対
の試験片１間に接続し、定電圧電源３から試験片１間に
ＩＯＶの定電圧を印加して両者間に電流を流した。そし
て、試験片１間に短絡が発生する迄の時間を測定して、
この時間により耐マイグレーション性を比較した。

即ち、短絡する迄の時間が長い方が耐マイグレーション
性が優れている。この短絡迄の時間を前記第２表及び第
３表に示す。

第３表 先ず、第２表に基いて、耐マイグレーション性に及ぼす
亜鉛第２層の厚さの影響について説明する。第２表の試
験片ａ、ｂ、ｃは導体膜の全体の厚さが１８μｍの場合
のものであり、試験片ａ、ｂ。

Ｃにおける亜鉛第２層の厚さは、その導体膜の全体の厚
さの夫々　１％、５％、１０％である。また、試験片ｄ
、ｅ、ｆは導体膜の厚さが３５μｍであり、亜鉛第２層
の厚さが夫々その１％、５％、１０％の場合のものであ
る。また、試験片ｇ、ｈは導体膜の厚さが夫々１８μｍ
、３５μｍであり、いずれも亜鉛第２層の層厚が導体膜
全体の１％未満の場合である。また、試験片ｉ、ｊは導
体膜の厚さが夫々１８μｍ、３５μｍであり、いずれも
亜鉛第２層の層厚が導体膜全体の１０％を超えるもので
ある。更に、試験片に、　！Ｉはいずれも亜鉛第２層を
有しない従来の銅箔の場合である。

この第２表に示すように、試験片に、　ｆｆｌは従来の
銅のみからなる導体膜であるので、短絡する迄の時間が
２００秒未満と短い。これに対し、第２層として亜鉛め
っき層が存在する場合は、いずれも従来の導体膜よりも
短絡する迄の時間が長くなっている。特に、亜鉛第２層
の厚さが導体膜の１％以上の場合（試験片ａ〜ｆ、ｉ、
ｊ）は、短絡迄の時間が著しく延長され、耐マイグレー
ション性が極めて向上している。なお、試験片ｉ、ｊは
亜鉛第２層が厚すぎるため、導電性の点で若干難点があ
ると共に、短絡する迄の時間が試験片ｃ、ｆ（亜鉛第２
層が１０％〉の場合と大差ないため、このように亜鉛第
２層を厚くしても無駄である。従って、亜鉛第２層の厚
さは、第１層乃至第３層全体の１乃至１０％にすること
が好ましいことがわがる。

次に、第３表を参照して、耐マイグレーション性に及ぼ
す焼鈍条件の影響について説明する。試験片Ａ乃至には
本発明の実施例方法により製造した導体膜であり、試験
片Ｍ及びＮは焼鈍条件が本発明方法の範囲から外れる比
較例の導体膜であり、試験片りは焼鈍処理しない比較例
の導体膜である。

また、試験片Ｏは銅箔のみからなる従来の導体膜につい
てのものである。

本発明の実施例である試験片Ａ乃至には従来の銅箔の場
合（試験片０．１８７秒）よりも短絡迄の時間が延長さ
れ、耐マイグレーション性が向上した。特に、３００℃
で１０秒間焼鈍するか、それと同等以上の十分な焼鈍処
理をした場合（試験Ａ乃至Ｋ）は、短絡迄の時間が従来
の約５倍以上と飛躍的に延長され、耐マイグレーション
性が著しく向上した。

また、亜鉛第２層を銅第１層と銅第３層との中間に配置
しても、焼鈍処理しない場合（試験片Ｌ）は耐マイグレ
ーション性の改善効果が不十分であった。更に、１００
°Ｃで１２０分焼鈍したもの（試験片Ｍ）及び３００℃
で３０秒焼鈍したもの（試験片Ｋ）は夫々　１００℃で
６０分焼鈍′したもの（試験片Ａ）及び３００℃で１０
秒焼鈍したもの（試験片Ｊ）に比して、短絡迄の時間に
差がなく、各焼鈍温度における焼鈍時間としては不必要
に長過ぎる。従って、焼鈍温度は１００乃至３００℃に
すると共に、焼鈍時間は１０秒乃至１時間、好ましくは
１００℃で１時間以上２時間以下、３００　’Ｃで１０
秒以上３０秒早下にする。

なお、焼鈍温度と焼鈍時間との関係は、上述の範囲内で
導体膜の用途によって決定すればよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明に係るプリント配線基板用
導体膜は、従来のプリント配線基板用銅箔に比して、短
絡する迄の時間が著しく延長され、耐マイグレーション
性が著しく向上する。このため、この導体膜を使用すれ
ば、プリント配線基板の高密度化及び超小型化が容易に
可能となり、本発明は電子部品の高密度実装技術の向上
に多大の貢献をなす、また、本発明に係る導体膜の製造
方法によれば、公害問題を発生することなく、上述の優
れた耐マイグレーション性を有する導体膜を高効率で製
造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は耐マイグレーション性の試験装置を示す模式図
である。 １；試験片、２；ガラス板、３；定電圧電源、４；電流
計

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）銅の電解析出により形成された第１層と、この第
   １層上に亜鉛の電解析出により形成された第２層と、こ
   の第２層上に銅の電解析出により形成された第３層とを
   有し、第１層及び第３層には第２層中のＺｎが拡散して
   いることを特徴とするプリント配線基板用導体膜。
2. （２）銅を電解析出させて第１層を形成する工程と、亜
   鉛を電解析出させて第２層を形成する工程と、銅を電解
   析出させて第３層を形成する工程と、１００乃至３００
   ℃の温度に１０秒乃至２時間加熱して前記第１層乃至第
   ３層を焼鈍する工程と、を有することを特徴とするプリ
   ント配線基板用導体膜の製造方法。
3. （３）亜鉛からなる前記第２層の厚さが第１層乃至第３
   層からなる３層積層体の厚さの１乃至１０％であること
   を特徴とする請求項１に記載のプリント配線基板用導体
   膜。
4. （４）亜鉛からなる前記第２層の厚さが第１層乃至第３
   層からなる３層積層体の厚さの１乃至１０％であること
   を特徴とする請求項２に記載のプリント配線基板用導体
   膜の製造方法。