特開 2022-183644 配線基板

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022183644

(43)【公開日】2022-12-13

(54)【発明の名称】配線基板

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/12 20060101AFI20221206BHJP

   H01L 23/13 20060101ALI20221206BHJP

   H05K 1/09 20060101ALI20221206BHJP

【ＦＩ】

H01L23/12 Q

H01L23/12 C

H05K1/09 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021091079

(22)【出願日】2021-05-31

(71)【出願人】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100160691

【弁理士】

【氏名又は名称】田邊 淳也

(74)【代理人】

【識別番号】100144510

【弁理士】

【氏名又は名称】本多 真由

(72)【発明者】

【氏名】西村 充

(72)【発明者】

【氏名】高木 桂二

(72)【発明者】

【氏名】柳瀬 康行

(72)【発明者】

【氏名】井川 幸一

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼橋 翔太

【テーマコード（参考）】

4E351

【Ｆターム（参考）】

4E351AA02

4E351AA03

4E351AA07

4E351AA09

4E351AA11

4E351BB32

4E351BB33

4E351BB36

4E351BB38

4E351CC03

4E351CC07

4E351DD05

4E351DD06

4E351DD11

4E351DD19

4E351DD20

4E351DD21

4E351DD23

4E351GG20

(57)【要約】

【課題】接合信頼性が高い配線基板を提供する。
【解決手段】配線基板は、絶縁基板と、絶縁基板上に配置され、複数の導体層が積層された導体層積層部と、を備え、導体層積層部は、導体層積層部の最表層に配置される第１導体層と、第１導体層と絶縁基板との間に配置され、硬度が第１導体層以下である第２導体層と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

配線基板であって、
絶縁基板と、
前記絶縁基板上に配置され、複数の導体層が積層された導体層積層部と、
を備え、
前記導体層積層部は、
前記導体層積層部の最表層に配置される第１導体層と、
前記第１導体層と前記絶縁基板との間に配置され、硬度が前記第１導体層以下である第２導体層と、
を有することを特徴とする、
配線基板。

【請求項2】

請求項１に記載の配線基板であって、
前記第２導体層は、
前記第１導体層より層の厚みが厚いことを特徴とする、
配線基板。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の配線基板であって、
前記第１導体層は、
金（Ａｕ）を主成分とすることを特徴とする、
配線基板。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の配線基板であって、
前記第２導体層は、
銀（Ａｇ）を主成分とすることを特徴とする、
配線基板。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、配線基板に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、絶縁基板の上に、形成材料が異なる複数の導電層が積層された配線基板が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、セラミックス基板の表面にチタン（Ｔｉ）層が形成され、その上に銅（Ｃｕ）層、金（Ａｕ）層の順に積層された配線基板が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７－１０９８５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の配線基板において、中間層として用いられている銅は、金と比較すると硬い（硬度が高い）。そのため、例えば、金バンプにより、電子部品を金層上に接合する場合に、中間層の銅層の影響により最表層の金層が変形しにくくなるため、金－金接合界面にボイド（空孔）が発生して、接合信頼性が低下する恐れがある。なお、この課題は、金－金接合に限定されず、すず、銅、ニッケル、それらの合金等の金属バンプを用いて電子部品を導体層上に接合する場合等、種々の金属間の接合に共通する課題である。

【0005】

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、接合信頼性が高い配線基板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】

【0006】

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

【0007】

（１）本発明の一形態によれば、配線基板が提供される。この配線基板は、絶縁基板と、前記絶縁基板上に配置され、複数の導体層が積層された導体層積層部と、を備え、前記導体層積層部は、前記導体層積層部の最表層に配置される第１導体層と、前記第１導体層と前記絶縁基板との間に配置され、硬度が前記第１導体層以下である第２導体層と、を有する。

【0008】

この構成によれば、最表層に配置される第１導体層以下の硬度の第２導体層が、第１導体層と絶縁基板との間に配置されるため、第１導体層と絶縁基板との間に第１導体層より硬度が高い導体層が配置される場合と比較して、導体層積層部が変形しやすくなる。そのため、第１導体層上に金属バンプ等を用いて電子部品を接合する場合に、導体層積層部が変形することによりボイドを低減することができ、接合信頼性の低下を抑制することができる。すなわち、この構成によれば、接合信頼性が高い配線基板を提供することができる。

【0009】

（２）上記形態の配線基板であって、前記第２導体層は、前記第１導体層より層の厚みが厚くてもよい。このようにすると、第２導体層の硬度が第１導体層の硬度以下であり、第２導体層の厚みが第１導体層より厚いため、第２導体層の厚みが第１導体層の厚み以下の場合と比較して、導体層積層部の柔軟性の低下を抑制することができ、接合信頼性の低下を抑制することができる。

【0010】

（３）上記形態の配線基板であって、前記第１導体層は、金（Ａｕ）を主成分としてもよい。このようにすると、金を主成分とするバンプを用いて電子部品を導体積層部の第１導体層上に接合する場合に、金－金接合界面のボイドの発生を抑制し、接合信頼性の低下を抑制することができる。また、金は低抵抗であるため、配線基板と電子部品との接合箇所の低抵抗化を図ることができる。

【0011】

（４）上記形態の配線基板であって、前記第２導体層は、銀（Ａｇ）を主成分としてもよい。銀は高い柔軟性を有するため、導体層積層部の柔軟性の低下を抑制することができ、接合信頼性の低下を抑制することができる。また、銀は低抵抗であるため、配線基板と電子部品との接合箇所の低抵抗化を図ることができる。また、金を主成分とする第１導体層と、銀を主成分とする第２導体層とが積層された導体層とすることにより、例えば、導体層を、金を主成分とする層のみで構成する場合と比較して、柔軟性および抵抗を同等に維持しつつ、コスト低減を図ることができる。

【0012】

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、配線基板を含む製品、配線基板を含む製品の製造方法などの形態で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第１実施形態の配線基板の断面構成を概略的示す説明図である。

【図2】導体層の硬度の測定方法の説明図である。

【図3】配線基板の製造方法の一例を示す工程図である。

【図4】第１実施形態の配線基板の断面構成を概略的示す説明図である。

【図5】配線基板の製造方法の一例を示す工程図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態の配線基板１０の断面構成を概略的示す説明図である。配線基板１０は、絶縁基板２と、導体層積層部４と、を備える。

【0015】

絶縁基板２は、絶縁性の平板である。本実施形態では、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）セラミックス基板を用いている。窒化アルミニウムは、高放熱性、高強度であるため、パワー半導体モジュール等発熱量が大きい部品に好適に用いることができる。絶縁基板２を形成する材料は、本実施形態に限定されず、例えば、アルミナ（Ａｌ₂０₃）、アルミナジルコニア（Ａｌ₂０₃／ＺｒＯ₂）、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、炭化珪素（ＳｉＣ）等のセラミックスを用いてもよいし、ガラス、ガラスエポキシ、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂などの樹脂、紙フェノール、紙エポキシ、ガラスコンポジット、低温同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）、これらの絶縁部材を表面に形成した金属部材等によって形成してもよい。

【0016】

導体層積層部４は、金属を主成分とし、導電性を有する層であり、配線層（電極を含む）を構成する。導体層積層部４は、導体層積層部４の最表層に配置される第１導体層４１と、第１導体層４１と絶縁基板２との間に配置され、硬度が第１導体層以下である第２導体層４２と、第１導体層４１と絶縁基板２との間に配置され、硬度が第１導体層４１より高い第３導体層４３と、を有する。導体層積層部４は、金属以外に樹脂等を含んでもよい。

【0017】

本実施形態の配線基板１０は、第３導体層４３として、第１層４３１と、第２層４３２と、第３層４３３と、を備える。配線基板１０において、各導体層は、絶縁基板２上に、第１層４３１、第２導体層４２、第２層４３２、第３層４３３、第１導体層４１の順に積層されている。

【0018】

本実施形態では、第１導体層４１は金（Ａｕ）を主成分とする。第１導体層４１は主成分が金であるため、柔軟性があり、表面は滑らかである。第１導体層４１は、金、金合金（例えば、Ａｕ－Ｓｎ（金錫）合金、Ａｕ－Ｃｏ（金コバルト）合金等）を用いて形成することができる。

【0019】

本実施形態では、第２導体層４２は銀（Ａｇ）を主成分とする。第２導体層４２の硬度は第１導体層４１以下であり、第２導体層４２は第１導体層４１と同等の柔軟性がある。また第２導体層４２は銀を主成分とするため、第１導体層４１より低抵抗である。第２導体層４２は、銀、銀合金（例えば、Ａｇ－Ｇｅ－Ｐｄ合金、Ａｇ－Ｇｅ－Ｓｃ合金等）を用いて形成することができる。

【0020】

本実施形態では、第１層４３１および第２層４３２は、チタン（Ｔｉ）を主成分とする。第１層４３１および第２層４３２は、チタン、窒化チタン（ＴｉＮ）、チタン合金（例えば、Ｔｉ－Ｚｒ（チタンジルコニウム）合金、Ｔｉ－Ｈｆ（チタンハフニウム）合金等）を用いて形成することができる。第３層４３３は白金（Ｐｔ）を主成分とする。第３層４３３は、白金、白金合金（例えば、Ｐｔ－Ｈｆ（白金ハフニウム）合金等）を用いて形成することができる。

【0021】

第１層４３１、第２層４３２、および第３層４３３は、それぞれ、硬度が第１導体層４１より高く、柔軟性が低い。また、第１層４３１、第２層４３２、および第３層４３３は、それぞれ、第２導体層４２より層の厚みが薄い。

【0022】

第１層４３１は、チタン（Ｔｉ）主成分とし、絶縁基板２と導体積層部４との接合強度を確保するために配置される。第２層４３２はチタン（Ｔｉ）を主成分とし、チタンは高融点であるため、第２層４３２は、いわゆるバリアメタル層として機能する。第３層４３３は白金（Ｐｔ）を主成分とする。銀（Ａｇ）を主成分とする第２導体層４２と密着性がよい第２層４３２、金（Ａｕ）を主成分とする第１導体層４１および第２層４３２と密着性がよい第３層４３３を介することにより、第１導体層４１は第２導体層４２と良好に接合されている。

【0023】

導体層積層部４を構成する各層の主成分は、電子プローブマイクロアナライザ（ＥＰＭＡ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｚｅｒ）により、導体層積層部４の断面を分析することにより特定することができる。ＥＰＭにおいて、特性Ｘ線の分光器としてエネルギー分散形Ｘ線分光器（ＥＤＳ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いる。

【0024】

以上説明したように、本実施形態の配線基板１０によれば、導体層積層部４において最表面に配置されている第１導体層４１の硬度以下の硬度の第２導体層４２が、第１導体層４１と絶縁基板２との間に配置されるため、第１導体層４１と絶縁基板２との間に第１導体層４１より硬度が高い導体層のみが配置される場合と比較して、導体層積層部４の柔軟性を向上させることができ、導体層積層部４が変形しやすくなる。そのため、第１導体層４１上に金バンプを用いて電子部品を接合する場合に、導体層積層部４が変形することにより、金バンプと導体層積層部４との接合界面のボイドを低減することができ、接合信頼性の低下を抑制することができる。すなわち、本実施形態の配線基板１０は、高い接合信頼性を提供することができる。

【0025】

また、導体層積層部４は、第１導体層４１より硬度が高い第３導体層４３を含むものの、その層厚さは、第２導体層４２より薄い。そのため、第２導体層４２の層厚さが第３導体層４３の層厚さ以下の場合と比較して、より導体層積層部４の柔軟性を向上させることができる。

【0026】

配線基板において、例えば、金を主成分とする導体層（配線層）を形成する場合、低抵抗化のために層厚さを厚くすることが考えられる。しかしながら、金は高価であるため、配線基板のコストが高くなる。これに対し、本実施形態の配線基板１０によれば、導体層として導体層積層部４を用いており、最表層は金を主成分とする第１導体層４１であるものの、その他の複数の層は、金と比較すると安価な材料を主成分とするため、コスト低減を図ることができる。また、上述の通り、配線基板１０の導体層積層部４において、最表層は金を主成分とする第１導体層４１であるため導体層積層部４の表面が柔らかく、滑らかであり、かつ第２導体層４２を有するためるため導体層積層部４は変形しやすいため、金属バンプ等の接合部材との接合性を良好にすることができる。すなわち、本実施形態の配線基板１０によれば、金を主成分とする導体層を備える配線基板と比較して、同等の接合信頼性を維持しつつ、コスト低減を図ることができる。

【0027】

本実施形態の配線基板１０は、絶縁基板２として窒化アルミニウム（ＡｌＮ）セラミックス基板を用いており、高放熱性、高強度である。さらに、導体層積層部４は、上述の通り、低抵抗であり、接合信頼性が高い。そのため、配線基板１０は、発光素子搭載用配線基板、パワー半導体素子搭載用配線基板として、好適に用いることができる。

【0028】

・硬度の測定方法：
図２は、導体層の硬度の測定方法の説明図である。導体層の硬度は、ナノインデンテーション法によって測定し、膜厚の１／１０の押し込み深さにおける圧入荷重で評価する。ナノインデンテーション法を用いることにより、薄膜の硬度を測定することができる。また、膜厚の１／１０の押し込み深さで評価することにより、下地の影響を小さくすることができる。図２（Ａ）では第１導体層４１の硬度の測定を示し、図２（Ｂ）では第２導体層４２の硬度の測定を示す。測定ｓｔｅｐ１（図２（Ａ））では第１導体層４１の硬度を測定する。その後、第１導体層４１、第３層４３３、第２層４３２を剥離し、測定ｓｔｅｐ２（図２（Ｂ））では第２導体層４２の硬度を測定する。同様に、第１層４３１、第２層４３２、および第３層４３３の硬度も測定することができる。これにより、第１導体層４１、第２導体層４２、および第３導体層４３の硬度の大小関係を知ることができる。

【0029】

・配線基板１０の製造方法：
図３は、配線基板１０の製造方法の一例を示す工程図である。図３において、配線基板１０の断面（図１に示す断面に相当する）を、概略的に図示している。

【0030】

工程Ｐ１０２において、絶縁基板２が準備され、例えば、１０００℃以上で空焼きされる。

【0031】

工程Ｐ１０４において、スパッタリングにより、チタン（Ｔｉ）を主成分とする第１薄膜１１ｐが絶縁基板２上に形成される。

【0032】

工程Ｐ１０６において、第１薄膜１１ｐ上に、フォトリソグラフィ、印刷等の公知の方法により、レジストＲが形成される。その後、スパッタリングにより、チタン（Ｔｉ）を主成分とする第２薄膜１２、第２導体層４２、第２層４３２、第３層４３３、および第１導体層４１が、その順に第１薄膜１１ｐ上に形成される。

【0033】

工程Ｐ１０８において、レジストＲが除去された後、第１薄膜１１ｐの一部がエッチングにより除去され、第１薄膜１１が形成される。図示するように、第１薄膜１１と第２薄膜１２とにより第１層４３１が構成される。以上の工程により、本実施形態の配線基板１０が製造される。

【0034】

＜第２実施形態＞
図４は、第２実施形態の配線基板１０Ａの断面構成を概略的に示す説明図である。本実施形態の配線基板１０Ａは、第１実施形態の配線基板１０の導体層積層部４に替えて導体層積層部４Ａを備える。以下の説明において、第１実施形態の配線基板１０と同一の構成には同一の符号を付し、先行する説明を参照する。

【0035】

導体層積層部４Ａは、第１導体層４１と、第２導体層４２と、第３導体層４３を備える点は、第１実施形態と同様であるものの、第３導体層４３の主成分と、第１導体層４１および第３導体層４３の形状が、第１実施形態の導体層積層部４と異なる。

【0036】

導体層積層部４Ａは、第３導体層４３として、第１層４３１と、第４層４３４と、第５層４３５と、を備える。配線基板１０において、各導体層は、絶縁基板２上に、第１層４３１、第２導体層４２、第４層４３４、第５層４３５、第１導体層４１の順に積層されている。

【0037】

第４層４３４は、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とする。第４層４３４は、ニッケル、ニッケル合金（例えば、Ｎｉ－Ｃｒ（ニッケルクロム）合金等）を用いて形成することができる。第５層４３５はパラジウム（Ｐｄ）を主成分とする。第５層４３５は、パラジウム、パラジウム合金を用いて形成することができる。

【0038】

第１層４３１、第４層４３４、および第５層４３５は、それぞれ、硬度が第１導体層４１より高く、柔軟性が低い。また、第１層４３１、第４層４３４、および第５層４３５は、それぞれ、第２導体層４２より層の厚みが薄い。

【0039】

第４層４３４はニッケル（Ｎｉ）主成分とし、耐腐食性が高いため、銀（Ａｇ）を主成分とする第２導体層４２の表面を被覆することにより、第２導体層４２の腐食を抑制することができる。第５層４３５はパラジウム（Ｐｄ）を主成分とし、ニッケルを主成分とする第４層４３４および金を主成分とする第１導体層４１と密着性がよいため、第１導体層４１は第４層４３４と良好に接合されている。さらに、耐腐食性が高い金を主成分とする第１導体層４１によって、導体層積層部４Ａの表面（上面および側面）が構成されているため、導体層積層部４Ａの耐腐食性を向上させることができる。

【0040】

本実施形態の配線基板１０Ａによれば、第１実施形態の配線基板１０と同様に、接合信頼性の高い配線基板を提供することができる。さらに、導体層の耐腐食性が高い配線基板を提供することができる。

【0041】

図５は、配線基板１０Ａの製造方法の一例を示す工程図である。図５において、配線基板１０Ａの断面（図４に示す断面に相当する）を、概略的に図示している。

【0042】

工程Ｐ２０２において、絶縁基板２が準備され、例えば、１０００℃以上で空焼きされる。

【0043】

工程Ｐ２０４において、スパッタリングにより、チタン（Ｔｉ）を主成分とする第３薄膜４３１ｐと、銀（Ａｇ）を主成分とする第４薄膜４２ｐが絶縁基板２上に形成される。

【0044】

工程Ｐ２０６において、第４薄膜４２ｐ上に、フォトリソグラフィ、印刷等の公知の方法により、レジストＲが形成される。

【0045】

工程Ｐ２０８において、エッチングにより第３薄膜４３１ｐと第４薄膜４２ｐの一部が除去されて第１層４３１と第２導体層４２が形成される。その後、レジストＲが除去される。

【0046】

工程Ｐ２１０において、無電解めっきにより第４層４３４、第５層４３５、および第１導体層４１が形成される。以上の工程により、本実施形態の配線基板１０Ａが製造される。

【0047】

＜本実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

【0048】

・上記実施形態において、導体層積層部が第１導体層、第２導体層、および第３導体層を備える例を示したが、第３導体層を備えない構成にしてもよい。このようにしても、柔軟性が高い導体層を提供することができる。

【0049】

・上記実施形態において、第２導体層の厚みが第３導体層の厚みより厚い例を示したが、第２導体層の厚みが第３導体層の厚み以下でもよい。このようにしても、第１導体層と絶縁基板との間に第２導体層を配置することにより、第２導体層を備えない場合と比較して、導体積層部の柔軟性を向上させることができ、接合信頼性を向上させることができる。

【0050】

・第１導体層４１、第２導体層、および第３導体層の主成分は、上記実施形態に限定されない。例えば、第１導体層４１および第２導体層４２は、錫、インジウム等の柔軟性が高い金属を主成分としてもよい。このようにしても、柔軟性が高い導体層積層部を形成することができる。

【0051】

・上記実施形態において、第２導体層として１つの層を有し、第３導体層として３つの層を有する例を示したが、導体積層部を構成する層の数は、上記実施形態に限定されない。例えば、第２導体層として２つ以上の層を有してもよいし、第３導体層として２つ以下の層を有してもよい。

【0052】

・第２導体層と第３導体層の配置は、上記実施形態に限定されない。例えば、第３導体層が第１導体層と第２導体層との間にのみ配置されてもよいし、第３導体層が第２導体層と絶縁基板との間にのみ配置されてもよい。

【0053】

・配線基板の製造方法は、上記実施形態に限定されない。例えば、第２実施形態の配線基板の製造方法のステップＰ２０４において、スパッタリングによってチタンを主成分とする層と銀を主成分とする層とを形成した後に、さらに無電解めっきにより銀を主成分とする層を形成してもよい。このようにすると、成膜に要する時間を短縮することができる。

【0054】

・上記実施形態の配線基板を用いて、例えば、ＬＥＤ素子が実装された照明装置を形態としてもよい。また、例えば、電力の供給、制御を行うパワー半導体や、マイコン（ＣＰＵ：中央演算装置）やメモリなどのＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ－Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ：大規模集積回路）等が実装された装置の形態としてもよい。

【0055】

以上、実施形態、変形例に基づき本発明について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。

【符号の説明】

【0056】

２…絶縁基板
４、４Ａ…導体層積層部
１０、１０Ａ…配線基板
１１、１１ｐ…第１薄膜
１２…第２薄膜
４１…第１導体層
４２…第２導体層
４２ｐ…第４薄膜
４３…第３導体層
４３１…第１層
４３１ｐ…第３薄膜
４３２…第２層
４３３…第３層
４３４…第４層
４３５…第５層
Ｒ…レジスト

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】