JP7181843B2

JP7181843B2 - 配線基板、および配線基板の製造方法

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Publication number: JP7181843B2
Application number: JP2019139661A
Authority: JP
Inventors: 祐樹斎藤; 康行柳瀬
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2019-07-30
Filing date: 2019-07-30
Publication date: 2022-12-01
Anticipated expiration: 2039-07-30
Also published as: JP2021022691A

Description

本発明は、配線基板に関する。

従来、基材の上に、導電層を形成する材料が異なる複数の導電層を有する配線基板が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１７－２１６３１５号公報

上述のような配線基板において、複数の導電層の密着性のさらなる向上が望まれている。

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、複数の導電層の密着性を向上させる技術を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題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。

（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、基材と、第１導電性材料から成る第１導電層であって、前記基材の上に形成された第１導電層と、前記第１導電性材料と異なる第２導電性材料から成るバリア層であって、前記第１導電層の一部の上に形成されたバリア層と、前記第１導電性材料および前記第２導電性材料と異なる第３導電性材料から成る第２導電層であって、前記バリア層の上に形成された第２導電層と、前記第１導電性材料と前記第２導電性材料を含む合金から成る合金層であって、少なくとも前記第１導電層と前記バリア層との間に形成された合金層と、を備え、前記第１導電層は、前記バリア層および前記第２導電層が形成されていない部分の少なくとも一部の上面が外部に露出してなる。

この構成によれば、第１導電層とバリア層との間に、第１導電性材料と第２導電性材料を含む合金層が形成されているため、第１導電層とバリア層との密着性を向上させることができる。また、第１導電層は、バリア層および第２導電層が形成されていない部分の少なくとも一部の上面が外部に露出しているため、第１導電性材料から成るバンプを形成する場合に、第１導電層が露出している部分に形成することにより、バンプの接合強度を確保することができる。

（２）上記形態の配線基板であって、前記第１導電層は、前記合金層が形成されていない第１部分の厚みが、前記合金層が形成されている第２部分の厚みより薄くてもよい。このようにすると、配線基板に素子を実装して装置を構成した場合に、装置の小型化を図ることができる。

（３）上記形態の配線基板であって、前記第１導電層は、前記バリア層および前記第２導電層が形成されていない部分の全ての上面が外部に露出してもよい。このようにすると、バンプの接合強度を確保できる範囲を広くすることができる。

（４）本発明の他の形態によれば、配線基板の製造方法が提供される。この配線基板の製造方法は、第１配線パターンが形成された第１導電性材料から成る第１導電層が基材の上に積層された第１導電層付き基材を準備する、準備工程と、前記第１導電性材料と異なる第２導電性材料から成るバリア層を、前記第１導電層の上に形成すると共に、前記第１導電性材料と前記第２導電性材料を含む合金から成る合金層を、前記第１導電層と前記バリア層との間に形成する、第１層形成工程と、前記第１導電性材料および前記第２導電性材料と異なる第３導電性材料から成る第２導電層を、前記バリア層の上面に形成する、第２層形成工程と、第２配線パターンを形成するための保護膜を前記第２導電層の上に形成し、前記第２導電層、および前記バリア層の一部をエッチングして、前記第２配線パターンを形成する、配線パターン形成工程と、前記合金層と、前記第１導電層の表面と、をエッチングする、エッチング工程と、を備える。この製造方法によれば、容易に、上記の配線基板を製造することができる。

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。

本発明の第１実施形態の配線基板の平面構成を概略的に示す説明図である。配線基板の断面構成（Ａ－Ａ切断面）を概略的に示す説明図である。配線基板の製造方法を示す工程図である。

＜実施形態＞
・配線基板１０の構成：
図１は、本発明の第１実施形態の配線基板１０の平面構成を概略的に示す説明図である。図示するように、配線基板１０は、２枚の第１導電層２と、２枚の第２導電層６と、を備え、各第２導電層６は、第１導電層２の一部の上に形成されている。図１において、第１導電層２のうち第２導電層６が形成されている部分を破線で図示している。以降の説明において、第１導電層２のうち第２導電層６が形成されていない部分、換言すると露出する部分（図１において実線で図示）を「第１部分２Ｐ１」と呼び、第１導電層２のうち第２導電層６が形成されている部分（図１において破線で図示）を「第２部分２Ｐ２」と呼ぶ。

図２は、配線基板１０の断面構成（Ａ－Ａ切断面）を概略的に示す説明図である。図２は、図１におけるＡ－Ａ切断面を示す。但し、図２は部分的に省略、簡略化された説明図であり、寸法比率が正確なものではない。配線基板１０は、基材１と、第１導電層２と、バリア層４と、第２導電層６と、合金層８を備える。第１導電層２は、第１接合層３および第２接合層５を介して基材１の上に形成されている。バリア層４は、合金層８を介して第１導電層２の一部の上に形成されている。第２導電層６は、バリア層４の上に形成されている。

基材１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）セラミックスにより形成されている。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。基材１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。

本実施形態では、第１導電層２を形成する第１導電性材料は、主成分として金（Ａｕ）を含む。第１導電層性材料として、金（Ａｕ）、金合金を用いることができる。第１導電層２は、主成分が金であるため、やわらかく、表面は滑らかである。ここで、主成分とは、９９％以上含まれる成分である。

バリア層４を形成する第２導電性材料は、主成分としてチタン（Ｔｉ）を含む。チタンは高融点であるため、いわゆる、バリアメタルとして機能する。第２導電性材料として、例えば、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、チタン合金（例えば、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）等を含む）等を用いることができる。

第２導電層６を形成する第３導電性材料は、主成分としてアルミニウム（Ａｌ）を含む。第３導電性材料として、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金（例えば、Ａｌ－Ｓｉ－Ｃｕ、Ａｌ－Ｃｕ等）を用いることができる。

合金層８は、上記第１導電性材料と第２導電性材料を含む合金から成る合金層である。合金層８は、第１導電層２とバリア層４との間に形成されているため、互いに高融点金属を主成分とする材料で形成される第１導電層２とバリア層４の密着性を向上させることができる。

上述の通り、第１導電層２は、第１接合層３および第２接合層５を介して基材１の上に形成されている。第１接合層３は、バリア層４と同様に、第２導電性材料から形成されている。第２接合層５を形成する第４導電性材料は、主成分として、パラジウム（Ｐｄ）を含む。チタンは酸化しやすいため、製造工程において、第１接合層３上にパラジウムを主成分とする第２接合層５を形成している。

図１、２に示すように、本実施形態の配線基板１０において、第１導電層２は、バリア層４および第２導電層６が形成されていない部分の全ての上面が外部に露出している。上述の通り、第１導電層２を形成する第１導電性材料の主成分は金（Ａｕ）であるため、第１導電層２はやわらかく、表面が滑らかである。そのため、第１導電層２上に金（Ａｕ）を主成分とするバンプを形成する場合に、バンプの接合強度を確保することができ、接合性および信頼性の低下を抑制することができる。

図２に示すように、本実施形態の配線基板１０において、第１導電層２は、第２導電層６が形成されていない第１部分２Ｐ１の厚みＴ１が、第２導電層６が形成されている第２部分２Ｐ２の厚みＴ２より薄い。本実施形態において、第２導電層６の外周と合金層８の外周は一致しているため、換言すると、第１導電層２は、合金層８が形成されていない第１部分２Ｐ１の厚みＴ１が、合金層８が形成されている第２部分２Ｐ２の厚みＴ２より薄い。そのため、本実施形態の配線基板１０に、例えば、発光ダイオード等の素子を実装して装置を構成した場合に、装置の小型化を図ることができる。なお、第１導電層２の厚みは、例えば、蛍光X線膜厚測定により測定することができる。

・配線基板１０の製造方法：
図３は、配線基板１０の製造方法を示す工程図である。図３において、配線基板１０の一部の断面（図１におけるＡ－Ａ切断面）を、概略的に図示している。

工程Ｐ１０２において、基材１と、第１接合層３と、第２接合層５と、第１導電層２を備える第１導電層付き基材１２が準備される。第１導電層２は所定の第１配線パターンが形成されている。工程Ｐ１０２では、予め形成された第１導電層付き基材１２を準備してもよいし、基材１上に、第１接合層３と、第２接合層５と、第１導電層２を公知の方法により形成してもよい。例えば、スパッタリング、蒸着等により、第１接合層３および第２接合層５を形成し、めっき等により第１導電層２を形成してもよい。本実施形態における工程Ｐ１０２を「準備工程」とも呼ぶ。

工程Ｐ１０４において、スパッタリングにより、第１導電層付き基材１２上にバリア層４が形成されるとともに、第１導電層２とバリア層４との間に合金層８が形成される。スパッタリング等の高エネルギーが付与される方法によりバリア層４を第１導電層付き基材１２上に形成することにより、第１導電層２を形成する第１導電性材料と、バリア層４を形成する第２導電性材料を含む合金からなる合金層８が形成される。なお、高熱蒸着等他の高エネルギー付与の方法によりバリア層４を形成すると共に、合金層８を形成してもよい。工程Ｐ１０４を「第１層形成工程」とも呼ぶ。

工程Ｐ１０６において、スパッタリングにより、バリア層４の上に第２導電層６が形成される。蒸着等他の公知の方法により第２導電層６が形成されてもよい。工程Ｐ１０４を「第２層形成工程」とも呼ぶ。

工程Ｐ１０８において、第２導電層６の上に、フォトリソグラフィ、印刷等の公知の方法により、第１配線パターンと異なる第２配線パターンを形成するためのレジスト２０（保護膜）が形成される。そして、第２導電層６がエッチングされた後、バリア層４がエッチングされる。これにより、第２配線パターンが形成される。工程Ｐ１０８では、合金層８および第１導電層２はエッチングされにくいため、残留している。工程Ｐ１０８を「配線パターン形成工程」とも呼ぶ。

工程Ｐ１１０において、レジスト２０を付けたまま、合金層８と、第１導電層２の表面と、をエッチングする。工程Ｐ１１０を「エッチング工程」とも呼ぶ。

工程Ｐ１１２において、レジスト２０が剥離され、配線基板１０が完成される。

この製造方法によれば、工程Ｐ１０４において、高エネルギー付与の方法によりバリア層４が形成されることにより、合金層８が形成される。そのため、第１導電層２とバリア層４の密着性を向上させ、第１導電層２とバリア層４の剥がれの発生を低減させることができる。

また、この製造方法によれば、工程Ｐ１１０において合金層８と、第１導電層２の表面がエッチングされるため、第１導電層２を外部に露出させることができる。さらに、第１導電層２の表面がエッチングされるため、第１導電層２の表面に残っている合金層８が除去され、第１導電層２の表面の清浄度を向上させることができる。そのため、この製造方法によって製造された配線基板１０を用いると、ボンディングの際の接合強度を向上させることができる。第１導電層２の表面に合金層８がないことは、断面ＴＥＭ－ＥＤＸ（エネルギー分散型X線分光法）マッピングにて判定することができる。具体的には、断面ＴＥＭ－ＥＤＸマッピングにて、バリア層４を形成する第２導電性材料の成分が検出限界以下であるときに、「合金層８がない」と判定することができる。

以上説明したように、本実施形態の配線基板１０によれば、第１導電層２とバリア層４との間に、第１導電性材料と第２導電性材料を含む合金層８が形成されているため、第１導電層２とバリア層４との密着性を向上させることができ、第１導電層２とバリア層４の剥がれの発生を低減させることができる。

また、第１導電層２のうち、バリア層４および第２導電層６が形成されていない部分の全ての上面が外部に露出しているため、第１導電性材料から成るバンプを形成する場合に、第１導電層２が露出している部分に形成することにより、バンプの接合強度を確保することができる。

また、第１導電層２は、合金層８が形成されていない第１部分２Ｐ１の厚みＴ１が、合金層８が形成されている第２部分２Ｐ２の厚みＴ２より薄いため、配線基板１０に素子を実装して装置を構成した場合に、装置の小型化を図ることができる。

本実施形態の製造方法によれば、容易に配線基板１０を製造することができる。また、第１導電層２の表面に残っている合金層８を、エッチングにより除去するため、第１導電層２の表面の清浄度を向上させることができる。

＜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。

・第１導電層２を形成する第１導電性材料の主成分、および第２導電層６を形成する第３導電性材料の主成分は、上記実施形態に限定されない。例えば、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ａｇ等の金属又はこれらの合金の単層又は積層構造で形成することができる。また、ＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ：酸化インジウムスズ）等の導電性材料を用いてもよい。

・上記実施形態において、配線基板１０の第１導電層２は、バリア層４および第２導電層６が形成されていない部分の全ての上面が外部に露出している例を示したが、バリア層４および第２導電層６が形成されていない部分の少なくとも一部の上面が外部に露出していればよい。このようにしても、第１導電層２が露出している部分にバンプを形成することにより、バンプの接合強度を確保することができる。

・上記実施形態の配線基板１０において、第１導電層２の第１部分２Ｐ１の厚みＴ１が第２部分２Ｐ２の厚みＴ２より薄くなくてもよい。

・上記実施形態において、第２導電層６の外周と合金層８の外周が一致している例を示したが、一致していなくてもよい。例えば、エッチングにより、第２導電層６の外周が合金層８の外周より、内側になる場合もある。このような場合も、第１導電層２のうち、合金層８が形成されていない第１部分２Ｐ１の厚みＴ１が、合金層８が形成されている第２部分２Ｐ２の厚みＴ２より薄いと、配線基板１０に素子を実装して装置を構成する場合に、装置の小型化を図ることができる。

・上記実施形態において、１枚の基材１に対して、第１導電層２および第２導電層６が、それぞれ２枚ずつ形成されている例を示したが、第１導電層２および第２導電層６の数は、上記実施形態に限定されない。例えば、１枚の基材１に対して、第１導電層２および第２導電層６が、それぞれ１枚ずつ形成されてもよいし、３枚以上形成されてもよい。また、第１導電層２および第２導電層６の数が、異なっていてもよい。

・上記実施形態において、第１接合層３は第２導電性材料から形成されている例を示したが、例えば、パラジウム等、他の金属を主成分とする導電性材料から形成されてもよい。

・上記実施形態において、第１導電層２が第１接合層３および第２接合層５を介して基材１の上に形成される例を示したが、第１導電層２が接合層を介さず、直接、基材１上に形成される構成にしてもよい。また、３層以上の接合層を備える構成にしてもよい。

・第２導電層６の上に、さらに、他の導電性材料から成る第３導電層を備える構成にしてもよい。例えば、第２導電層６がパラジウムを主成分とする導電性材料から成り、第２導電層６の上に、アルミニウムを主成分とする導電性材料から成る第３導電層を備える構成にしてもよい。

・配線基板１０の製造方法は、上記実施形態の製造方法に限定されない。上記実施形態では、第２導電層６の第２配線パターンをサブトラクティブ法により形成する例を示したが、いわゆるアディティブ法により、第２導電層６の第２配線パターンをバリア層４の上に直接形成してもよい。また、工程Ｐ１１０を備えなくてもよい。但し、工程Ｐ１１０を備えると、第１導電層２の表面の清浄度を向上させることができるため、好ましい。

以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、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、本態様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。

１…基材
２…第１導電層
２Ｐ１…第１部分
２Ｐ２…第２部分
３…第２バリア層
４…第１バリア層
５…第３導電層
６…第２導電層
８…合金層
１０…配線基板
１２…第１導電層付き基材
２０…レジスト

Claims

配線基板であって、
基材と、
第１導電性材料から成る第１導電層であって、前記基材の上に形成された第１導電層と、
前記第１導電性材料と異なる第２導電性材料から成るバリア層であって、前記第１導電層の一部の上に形成されたバリア層と、
前記第１導電性材料および前記第２導電性材料と異なる第３導電性材料から成る第２導電層であって、前記バリア層の上に形成された第２導電層と、
前記第１導電性材料と前記第２導電性材料を含む合金から成る合金層であって、少なくとも前記第１導電層と前記バリア層との間に形成された合金層と、
を備え、
前記第１導電層は、
前記バリア層および前記第２導電層が形成されていない部分の少なくとも一部の上面が外部に露出してなり、前記合金層が形成されていない第１部分の厚みが、前記合金層が形成されている第２部分の厚みより薄いことを特徴とする、
配線基板。
配線基板の製造方法であって、
第１配線パターンが形成された第１導電性材料から成る第１導電層が基材の上に積層された第１導電層付き基材を準備する、準備工程と、
前記第１導電性材料と異なる第２導電性材料から成るバリア層を、前記第１導電層の上に形成すると共に、前記第１導電性材料と前記第２導電性材料を含む合金から成る合金層を、前記第１導電層と前記バリア層との間に形成する、第１層形成工程と、
前記第１導電性材料および前記第２導電性材料と異なる第３導電性材料から成る第２導電層を、前記バリア層の上面に形成する、第２層形成工程と、
第２配線パターンを形成するための保護膜を前記第２導電層の上に形成し、前記第２導電層、および前記バリア層の一部をエッチングして、前記第２配線パターンを形成する、配線パターン形成工程と、
前記合金層と、前記第１導電層の表面と、をエッチングする、エッチング工程と、
を備えることを特徴とする、
配線基板の製造方法。