JP3550281B2

JP3550281B2 - Wiring board and method of manufacturing the same

Info

Publication number: JP3550281B2
Application number: JP26006497A
Authority: JP
Inventors: 理一笹森
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1997-09-25
Filing date: 1997-09-25
Publication date: 2004-08-04
Anticipated expiration: 2017-09-25
Also published as: JPH1197849A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも有機樹脂を含む絶縁基板の表面および／または内部に、金属粉末を含む導体配線層を形成した、半導体素子収納用パッケージなどに適した配線基板とその製造方法に関するものであり、特に、導体配線層の低抵抗化とともに、耐マイグレーション性の改良に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来より、配線基板、例えば、半導体素子を収納するパッケージに使用される多層配線基板として、アルミナ等の絶縁層とＷ，Ｍｏなどの高融点金属からなる配線層とを具備したセラミック配線基板が多用されているが、このようなセラミック配線基板は、硬くて脆い性質を有することから、製造工程または搬送工程において、セラミックの欠けや割れ等が発生しやすく、また、焼結前のグリーンシートにメタライズペーストを印刷して、印刷後のシートを積層して焼結する場合、焼結により得られる基板に反り等の変形や寸法のばらつき等が発生しやすいという問題があり、回路基板の超高密度化やフリップチップ等のような基板の平坦度の厳しい要求に対して十分に対応できないという問題があった。
【０００３】
そこで、最近では、樹脂を含む絶縁層表面に銅箔を接着した後、これをエッチングして微細な回路を形成した基板や、銅などの金属粉末を含むペーストを絶縁層に印刷して配線層を形成した後、これを積層し、あるいは積層後に、所望位置にマイクロドリルやパンチング等によりビア用の孔明けを行い、そのビア内壁にメッキ法により金属を付着させて配線層を接続して多層化したプリント配線基板が提案されている。また、絶縁層としては、その強度を高めるために、樹脂に対して、粉末状あるいは繊維状の無機質フィラーを分散させた基板も提案されており、これらの複合材料からなる絶縁層上に多数の半導体素子を搭載したマルチチップモジュール（ＭＣＭ）等への適用も検討されている。
【０００４】
以上のようなプリント配線板の多層化、配線の超微細化、精密化の要求に対応して、樹脂を含む絶縁層の表面に銅などの低抵抗金属を含む導体ペーストで回路パターンを印刷したり、スルーホール中に導体ペーストを充填した高密度に多層化された配線基板を作製する試みが行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、低抵抗金属を含む導体ペースト中には、絶縁性への印刷性を高めるとともに、金属粉末を互いに結合させるために樹脂を配合させることから、粉末の接触界面には、樹脂が介在しやすいために、通常の銅箔や銅メッキにより形成された回路よりも抵抗値が高いという問題点があった。
【０００６】
そのため、ペースト中の低抵抗金属としては銀が多用されている。銀が主導体成分として用いられる理由は、金属中で最も導電率が高いこと、銅等の卑金属に比べ化学的安定性が高いこと等による。しかしながら、銀はコストが非常に高く、さらに銀が大気中湿気と直流電界との相互作用により、銀配線相互間を移行する現象、いわゆるマイグレーションが生じるために、回路設計上の制約が多く、使用条件によっては信頼性に問題があった。これに対して、銅は、比抵抗もある程度低く、銀に比較して安価に入手できるものの、表面が酸化しやすいことから、特殊な方法で貯蔵する必要があるなど、取り扱いが不便である。
【０００７】
そこで、これらの問題を解決するために、銅粒子の表面に低抵抗の銀を被覆して、比抵抗の低減と銅粒子の酸化を抑制した導電材料が特開昭５６−１０１７３９号、特開平８−１３８４３７号等にて提案されている。
【０００８】
しかしながら、これらの銀被覆銅粒子を用いた場合においても、これらの粒子を結合するために全固形分あたり３重量％以上の樹脂が必要とされており、この樹脂分が粒子間の接触部に介在して接触抵抗が高くなり、導体配線層の比抵抗を低減するには至っておらず、さらには、銀が単独で存在することからマイグレーションが生じるという問題がある。
【０００９】
そこで、さらにこれらの問題を解決するために、前記の銀被覆銅粉末に対して、さらにパラジウムあるいは白金を合金化もしくは、添加した導電性粉末が提案されている。これにより、耐マイグレーション性は向上するが、抵抗が高くなってしまうという問題があるのが現状である。
【００１０】
また、ペースト中の樹脂分を加熱分解除去したり、通電加熱を行うことなど様々な改良も行われているが、これらの加熱処理においても十分な効果が得られておらず、場合によっては、加熱によっては絶縁層に対して悪影響を及ぼすなどの問題があった。
【００１１】
本発明は、上記のような欠点が生ぜず、安価で高導電性を有し、且つ耐マイグレーション性に優れたる導体回路を具備した配線基板とその製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の課題に対して検討を重ねた結果、金属成分として、パラジウムあるいは白金の少なくとも１種と、銀と、銅とを含有する混合粉末あるいは合金粉末により導体回路を形成し、この導体回路に対してパルス電流を印加することによって、粉末間の接触部付近に放電を起こし、電気の導通を妨げていた導電性粉末表面の樹脂や酸化物を除去すると同時に粉末同士を溶接して接触部を少なくとも銀と、パラジウムあるいは白金のうち少なくとも１種とを含有する合金によって形成することにより、配線層の抵抗を格段に下げることができ、さらに単独で存在する銀量を合金化により低減できることから、銀によるマイグレーションを抑制できることを見出し、これにより多層プリント配線基板の超微細化、精密化の要求に応えうることのできる高信頼性の導体配線層を形成することができることを知見した。
【００１３】
即ち、本発明の配線基板は、少なくとも有機樹脂を含む絶縁基板と、前記絶縁基板の表面及び／または内部に、銅を主成分とし、銀を１〜３０重量％、パラジウムを０．１〜１５重量％または白金を０．１〜２５重量％の割合で含有する平均粒径が３〜１０μｍの金属粉末からなる導体回路が形成されてなり、該導体回路の金属粉末間の接触部に少なくとも銀と、パラジウムまたは白金とを含有する合金からなるネック部が形成されてなることを特徴とするものである。
【００１４】
また、かかる配線基板の製造方法として、少なくとも有機樹脂を含む絶縁基板と、前記絶縁基板の表面及び／または内部に、銅を主成分とし、銀を１〜３０重量％、パラジウムを０．１〜１５重量％または白金を０．１〜２５重量％の割合で含有する平均粒径が３〜１０μｍの金属粉末からなる導体回路を形成した後、該導体回路にパルス電流を印加して、前記金属粉末間の接触部を溶接して少なくとも銀と、パラジウムあるいは白金の少なくとも１種とを含有する合金からなるネック部を形成してなることを特徴とするものである。なお、印加するパルス電流は、電流密度が１〜２０００Ａ／ｃｍ^２、パルス幅が０．０１〜１０００ｍｓｅｃ．であることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の配線基板は、基本的には図１の概略断面図に示すように、絶縁基板１と導体回路２によって構成される。また、前記導体回路２としては、絶縁基板の表面または絶縁層間に形成された配線回路層３と、異なる層の配線回路層３間を接続するスルーホール導体またはビアホール導体４により構成される。
【００１６】
本発明における絶縁基板１は、絶縁材料としての電気的特性、耐熱性、および機械的強度を有する熱硬化性樹脂、例えば、アラミド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、イミド樹脂、フッ素樹脂、フェニレンエーテル樹脂、ビスマイレイミドトリアジン樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂およびアリル樹脂等が、単独または組み合わせで含まれる。
【００１７】
また、上記の絶縁基板１中には、絶縁基板あるいは配線基板全体の強度を高めるために、有機樹脂に対してフィラーを複合化させることもできる。有機樹脂と複合化されるフィラーとしては、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＢａＴｉＯ_３、ＳｒＴｉＯ_３、ゼオライト、ＣａＴｉＯ_３、ほう酸アルミニウム等の無機質フィラーが好適に用いられる。また、ガラスやアラミド樹脂からなる不織布、織布などに上記樹脂を含浸させて用いてもよい。なお、有機樹脂とフィラーとは、体積比率で１５：８５〜５０：５０の比率で複合化されるのが適当である。これらの中でも、絶縁層の加工性、強度等の点で、エポキシ樹脂、イミド樹脂、フェニレンエーテル樹脂と、シリカまたはアラミド不織布との混合物であることが最も望ましい。
【００１８】
本発明によれば、導体回路２は、銅を主成分とし、銀を１〜３０重量％、特に３〜１０重量％、パラジウムを０．１〜１５重量％、特に０．３〜１０重量％、または白金を０．１〜２５重量％、特に０．３〜１０重量％の割合で含有する混合粉末あるいは合金粉末を金属粉末として含むものである。ここで、銀の含有量を上記の範囲に限定したのは、１重量％よりも少ないと従来の銅粉末と同様に耐酸化性が劣化、３０重量％よりも大きくなると銀のマイグレーションが起こるためである。
【００１９】
また、パラジウムまたは白金が０．１重量％よりも少ないと銀のマイグレーションを抑制する効果が小さくなり、パラジウムが１５重量％よりも多いと、または白金が２５重量％よりも多いと、いずれの場合も抵抗が高くなるためであり、特にパラジウムでは、１５重量％を越えると耐酸化性が悪くなるために望ましくない。
【００２０】
本発明における金属粉末によれば、上記の少なくとも３成分からなる金属成分は、すべて合金化されていてもよいし、あるいは混合粉末からなってもよい。例えば、銀を銅粉末の表面に被覆した粉末に、パラジウムあるいは白金の粉末を添加混合することができるが、パラジウムあるいは白金が銀被覆銅粉末の銀と結合を保っている方が良く、例えば、銀被覆銅粉末の表面に、パラジウムあるいは白金をメッキ法や共沈粉によって被覆したり、メカニカルアロイ粉として用いることもできる。特に、銅粉末の表面に、銀とパラジウムあるいは白金とを合金からなる被覆層を形成することが望ましい。
【００２１】
また、金属粉末の平均粒径は３〜１０μｍ、特に３〜７μｍ、最適には３〜５μｍであることが必要である。これは平均粒径が３μｍよりも小さいか、あるいは１０μｍよりも大きくなるといずれも導体ペーストの印刷性および充填性が悪くなるとともに、金属粉末の充填密度が低下することにより抵抗が高くなってしまうためである。また、パラジウムあるいは白金を粉末として混合する場合には、パラジウムあるいは白金の粉末の平均粒径は３μｍ以下であることが望ましい。これは、平均粒径が３μｍを超えると、少量のパラジウムあるいは白金を均一に混合するのが難しくなるためである。
【００２２】
本発明における金属粉末中には、銅、銀、パラジウムあるいは白金以外の金属成分として、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等を総量で１０重量％以下含有されていても良い。
【００２３】
また、本発明の配線基板における導体回路中には、前記金属粉末間の結合を図るために樹脂結合剤が配合されていてもよく、このような結合剤としては、印刷性の点でセルロース系、ポリエチレングリコール等のグリコール系の樹脂が好適に使用されるが、その他、絶縁基板を形成するのに用いたような前述の熱硬化性樹脂等を用いることもできる。この樹脂結合剤は、その量が多くなるほど、粉末間に介在して接触抵抗を増大させる傾向にあるため、金属粉末１００重量部に対して、２重量部以下、特に０．０５〜１重量部であることが印刷性および導体回路の低抵抗化を図る上で望ましい。
【００２４】
なお、本発明の配線基板における導体回路の露出する表面に、ニッケルや金等の耐食性に優れ、かつ半導体素子等の電子部品との接合性および外部電気回路基板の配線層との接続性に優れる金属をメッキ法により１〜２０μｍの厚みで被着形成させておくことにより、導体回路が酸化腐食することを有効に防止することができるとともに、導体回路の電気部品あるいは外部電気回路基板との電気接続を容易、かつ強固に行うことができる。
【００２５】
本発明によれば、金属粉末間の接触部にネック部が形成されていることが重要であり、しかもネック部は少なくとも銀と、パラジウムあるいは白金が合金から形成されていることが重要である。このネック部の幅は、金属粉末の粒径の１／５以上であることが低抵抗化を達成する上で望ましい。そして、このネック部は、また、粉末間の非接触部においても、少なくとも銀と、パラジウムあるいは白金とが合金化しており、銀が単独で存在しないことが耐マイグレーションの点で望ましい。
【００２６】
本発明の配線基板の製造方法によれば、まず、前述したような熱硬化性樹脂、あるいは熱可塑性樹脂と無機質フィラーとを用いて、これに適当な硬化剤、溶剤を添加混合してスラリー状となし、これをドクターブレード法、カレンダーロール法、圧延法等によりシート状に成形して絶縁層を作製する。所望によりこれを加熱硬化させて半硬化あるいは完全硬化させて作製される。また、絶縁層としては、上記以外にプリプレグ等を用いることもできる。
【００２７】
次に、この絶縁層に、金属粉末を含む導体回路を形成する。適用する導体回路としては、絶縁基板の表面や絶縁層間に形成される配線回路層および／または配線回路層間を接続するビアホール導体やスルーホール導体のいずれでもよい。導体回路を形成する場合には、金属粉末を主体とする導体ペーストを、スクリーン印刷法、グラビア印刷法などの周知の印刷方法によって厚さ１０〜３５μｍの厚みで印刷する。また、ビアホール導体やスルーホール導体を形成する場合には、絶縁層にビアホールやスルーホールなどを形成し、そのホール内に導体ペーストを充填する。
【００２８】
この時に用いる導体ペーストとしては、固形成分として、前記金属粉末と、金属粉末１００重量部に対して樹脂結合剤を２重量部以下、特に０．０５〜１重量部の割合で含み、さらには、適当な溶剤等を含む。また、場合によっては、適当な硬化剤を含む場合もある。
【００２９】
また、多層化する場合には、例えば、導体ペーストによって導体回路が形成された複数の絶縁層を積層し、３０ｋｇ／ｃｍ^２以下の圧力で圧着する。この圧着は、導体回路が軟化した状態で行われることが望ましく、樹脂結合剤が熱硬化性樹脂の場合には、半硬化の状態で積層圧着することにより絶縁層を密着することができ、さらには絶縁層間に接着剤を介在させて積層することもできる。
【００３０】
このようにして作製された配線基板においては、導体回路における金属粉末の表面には、配線層中に含まれる樹脂によって粉末表面に薄い樹脂膜が存在したり、大気中の酸素によって酸化した薄い酸化膜が形成されている。また、銀被覆銅粉末の場合、表面に銀の単独層が存在しており、これにより銀のマイグレーションが生じやすい。さらに、パラジウムあるいは白金を複合した銀被覆銅粉末の場合、銀のマイグレーションは若干抑制されるが、不純物として存在するために抵抗が高くなってしまう。
【００３１】
そこで、本発明によれば、上記のように作製された配線基板における導体回路に対して、パルス電流を印加する。この配線層にパルス電流を連続して印加すると金属粒子間にプラズマ放電を生じる。このプラズマにより金属粒子表面の酸化膜や付着物が除去され、いわゆる溶接された状態となって、金属粒子同士が導電性を妨げる介在物なしに接触することが可能になり、この結果、通電加熱のみでは達成されなかった低抵抗の配線層を、その周辺の絶縁層に悪影響を及ぼすことなく、形成することができるのである。
【００３２】
さらに本発明によれば、上記のように銀被覆銅粉末同士の接触部が溶接された状態になり低抵抗を達成することができると同時に、少なくとも接触部において合金化した状態となって、単独で存在する銀が減少し耐マイグレーション性を高めることができる。
【００３３】
このパルス電流の印加は、電流を印加する導体回路の両端に電極を押し当ててパルス電流を印加する。印加するパルス電流の最適条件としては、電流密度が１〜２０００Ａ／ｃｍ^２、パルス幅が０．０１〜１０００ｍｓ．の条件が良好に用いられ、電流密度が１Ａ／ｃｍ^２より低いと、溶接されずに金属粉末間の界面に存在する酸化膜や樹脂の除去が難しく、また２０００Ａ／ｃｍ^２を越えると、部分的に発熱が起こり絶縁基板を傷める場合があるためである。また、望ましくは、１パルスの通電時間３秒以下がよい。なお、望ましくは、このパルス電流の印加は、５秒〜５分間、特に１０秒〜１分間が望ましい。
【００３４】
また、パルス電流が、矩形波であることが望ましい。正弦波等も用いられるが矩形波が最も効果的である。また、パルス電流が、直流パルスであることが望ましい。それは、正弦波よりも矩形波のほうが、粒子間の放電が起こりやすく、表面の清浄効果が高く、パルス電流は交流よりも直流のほうが一旦清浄された粒子表面に汚れ等が付着しにくいためである。
【００３５】
さらに、上記パルス電流の印加の後に、配線層に通電により加熱処理を施すことにより、さらに配線層の低抵抗化を図ることができる。通電処理は、電流密度１〜４０００Ａ／ｃｍ^２の直流、交流でもよく、通電による加熱温度は１００〜３５０℃の範囲が適当である。この時の温度が１００℃よりも低いと、電気抵抗を下げる効果が小さく、３５０℃を越えると絶縁層や導体回路を構成する樹脂が分解する場合がある。この通電加熱によって、金属粉末間の接点が発熱し粉末同士の結合力をさらに高めることができる。
【００３６】
また、この通電加熱は、前述したパルス電流の印加と同時に行うことができる。具体的には、直流のパルス電流と直流電流とをあわせた波形、つまり直流電流波形の上部が矩形波となった電流を印加すると通電加熱による作用と、パルス電流印加による放電溶接作用とを同時に付加することができる。
【００３７】
上記の導体回路に印加するパルス電流を制御することにより比抵抗５×１０^−５Ω・ｃｍ以下の低抵抗化を実現することが可能となる。さらに、本発明によれば、上述の製造方法により作製した配線基板は、例えば、線幅０．５ｍｍ、ギャップ０．４ｍｍの櫛歯パターンにおいて、１３０℃８５％相対湿度中に５Ｖの直流電圧を１００時間印加後の絶縁抵抗が５×１０^１３Ω・ｃｍ以上の優れた耐マイグレーション性を示し、これにより、配線基板における導体回路の超微細化、精密化の要求に応えることのできる高信頼性の配線基板を提供することができる。
【００３８】
【実施例】
実施例１
平均粒径が約５μｍの略球形の酸化珪素７０体積％、イミド樹脂３０体積％を用いてスラリーを調整し、このスラリーを用いてドクターブレード法によってキャリアシート上に塗布し、これを５０℃の温度で６０分間乾燥して厚み１２０μｍの絶縁層を完成した。
【００３９】
次に、前記絶縁基板の表面に、表１の平均粒径および銀とパラジウムと白金の含有量を有する金属粉末、即ち、銀被覆銅粉末の表面に、パラジウムあるいは白金をメッキした粉末１００重量部、セルロース０．２重量部、溶剤として２−オクタノール１０重量部とを混合してなる導電性ペーストを調製し、スクリーン印刷法により線幅０．５ｍｍ、ギャップ０．４ｍｍの櫛歯パターンを印刷した。また、１部に直径が０．１ｍｍのスルーホールを形成しそのホール内にこのペーストを充填した。なお、金属粉末中の金属成分の含有量は、ＩＣＰ発光分光分析法によって測定した。
【００４０】
次に、上記のようにして導体回路を形成した８層の絶縁層を作製し、これを位置合わせして積層圧着した。そして、この積層物をプレス機内にセットし、５０ｋｇ／ｃｍ^２の圧力を印加した。さらに１２０℃に加熱してペースト中の有機溶剤を揮散除去した。その後，２５０℃で５時間処理して、熱硬化性樹脂を完全硬化させて配線基板を作製した。（試料Ｎｏ．１〜３９）
得られた配線基板に対して、導体回路の両極端に表１に示す電流密度およびパルス幅で３０秒間パルス電流を印加した。なお、パルス間間隔はパルス幅と同じにした。また、一部の基板に対しては、さらに、表１に示す条件で通電加熱を行った。
【００４１】
そして、これらの処理後の配線基板における導体回路の初期体積固有抵抗と、１３０℃、８５％相対湿度中に５Ｖの直流電圧を１００時間印加後の櫛歯パターン間の絶縁抵抗を測定し、その結果を表１に示した。また、導体回路の銀被覆銅粉末の接触状況を走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）により観察し、溶接の有無を確認し、溶接により形成されたネック幅の金属粉末の粒径に対する比率を測定しその平均を求めた。
【００４２】
実施例２
実施例１における導電性複合粉末に変えて、銅と、銀と、パラジウムあるいは白金による表３の組成からなる導電性合金粉末を用いて、上記と全く同様にして配線基板を作製し、同様に評価を行った。（試料Ｎｏ．４０〜４８）
【００４３】
【表１】

【００４４】
【表２】

【００４５】
【表３】

【００４６】
表１〜３の結果から明らかなように、銀の含有量が１重量％よりも少ない試料Ｎｏ．８では、比抵抗が大きくなり、３０重量％よりも多い試料Ｎｏ．３３では、マイグレーションにより配線間の抵抗が低下した。パラジウムあるいは白金の少なくとも１種が０．１重量％よりも少ない試料Ｎｏ．１０では、マイグレーションを防止できず、配線間の抵抗が低下した。また、パラジウムが１５重量％を越える試料Ｎｏ．２０および白金が２５重量％を越える試料Ｎｏ．２６では、いずれも配線層の比抵抗が増大した。
【００４７】
また、本発明の組成を満足してもパルス電流の印加を行わない試料Ｎｏ．４では、全くネック部が形成されず、通電加熱のみ施した試料Ｎｏ．５では、わずかにネックが形成されたが、銀とパラジウムまたは白金との合金が生成されるまでには至らず、その結果、いずれの場合も銀のマイグレーションの抑制効果が不十分となり配線間の抵抗が低下した。さらに、平均粒径が３μｍよりも小さい試料Ｎｏ．１〜３では、１０μｍを越える試料Ｎｏ．３４〜３６では、いずれも比抵抗が大きいものであった。
【００４８】
これらの比較例に対して、本発明品は、いずれもＸ線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）による測定の結果、粉末間に銅と、銀と、パラジウムあるいは白金とを含むネック部が形成されており、配線回路層の比抵抗が５×１０^−５Ω・ｃｍ以下の低抵抗を示し、且つ高温高湿電圧印加後の絶縁抵抗が５×１０^１３Ω・ｃｍ以上の優れた耐マイグレーション性を示した。
【００４９】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の配線基板は、導体回路を金属成分として銅と、銀と、パラジウムあるいは白金とを特定比率で含有する粉末により形成し、これにパルス電流を印加することにより、粉末表面の樹脂や酸化物を除去し、粉末同士の接触部にネック部を形成することができるために、導体回路の比抵抗を大幅に低減することができる。さらに、金属成分を銀、銅、パラジウムあるいは白金により複合化しているために、高い導電性とともに耐マイグレーション性にも優れている。これにより、配線回路の微細化と高密度化に充分に対応することができ、超微細化、精密化の要求に応えうることのできる高信頼性の配線基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板の基本的構造を説明するための概略断面図を示す。
【符号の説明】
１絶縁基板
２導体回路
３配線回路層
４スルーホール導体／ビアホール導体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a wiring board suitable for a package for accommodating a semiconductor element and a method for manufacturing the same, wherein a conductive wiring layer containing a metal powder is formed on a surface and / or inside of an insulating substrate containing at least an organic resin. In particular, the present invention relates to lowering the resistance of the conductor wiring layer and improving the migration resistance.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, ceramic wiring boards having an insulating layer such as alumina and a wiring layer made of a high-melting-point metal such as W and Mo have been frequently used as a wiring board, for example, a multilayer wiring board used for a package containing a semiconductor element. However, since such a ceramic wiring board has a hard and brittle property, the chipping or cracking of the ceramic is liable to occur in a manufacturing process or a transporting process, and a metal sheet is formed on a green sheet before sintering. When the paste is printed and the printed sheets are laminated and sintered, there is a problem that the substrate obtained by sintering is liable to be deformed such as warpage or dimensional variation, etc. However, there is a problem that it is not possible to sufficiently cope with strict requirements for flatness of a substrate such as miniaturization and flip chip.
[0003]
Therefore, recently, a copper foil is bonded to the surface of an insulating layer containing a resin and then etched to form a fine circuit, or a paste containing a metal powder such as copper is printed on the insulating layer to form a wiring layer. After forming this, this is laminated, or after lamination, a hole is drilled for a via at a desired position by microdrilling or punching, and a metal is attached to the inner wall of the via by a plating method to connect a wiring layer to form a multilayer. Printed circuit boards have been proposed. In addition, as an insulating layer, a substrate in which a powdery or fibrous inorganic filler is dispersed in a resin in order to increase the strength has been proposed, and a large number of insulating layers made of these composite materials are provided on the insulating layer. Application to a multi-chip module (MCM) on which a semiconductor element is mounted is also being studied.
[0004]
In response to the demands for multi-layer printed wiring boards, ultra-fine wiring, and precision as described above, printed circuit patterns with a conductive paste containing low-resistance metal such as copper on the surface of an insulating layer containing resin. Also, attempts have been made to produce a high-density multilayer wiring board in which a conductive paste is filled in through holes.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conductor paste containing the low-resistance metal, the resin is easily mixed at the contact interface of the powder because the resin is compounded in order to enhance the printability to the insulating property and to bond the metal powder to each other. Therefore, there is a problem that the resistance value is higher than that of a circuit formed by ordinary copper foil or copper plating.
[0006]
Therefore, silver is frequently used as a low-resistance metal in the paste. Silver is used as the main conductor component because it has the highest conductivity among metals and has higher chemical stability than base metals such as copper. However, silver has a very high cost, and furthermore, the phenomenon that silver migrates between silver wirings due to the interaction between atmospheric moisture and a DC electric field, so-called migration occurs, so that there are many restrictions in circuit design, so silver is used. There was a problem in reliability under some conditions. On the other hand, copper has a low specific resistance to some extent and can be obtained at a lower cost than silver, but is inconvenient to handle because it has to be stored by a special method because its surface is easily oxidized.
[0007]
In order to solve these problems, a conductive material in which the surface of copper particles is coated with low-resistance silver to reduce the specific resistance and suppress the oxidation of the copper particles has been disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. It has been proposed in, for example, 8-13837.
[0008]
However, even when these silver-coated copper particles are used, a resin of 3% by weight or more based on the total solid content is required to bind these particles, and this resin component is formed at a contact portion between the particles. There is a problem that the contact resistance increases due to the interposition, and the specific resistance of the conductor wiring layer has not been reduced, and further, migration occurs due to the presence of silver alone.
[0009]
Therefore, in order to further solve these problems, a conductive powder in which palladium or platinum is alloyed or added to the silver-coated copper powder has been proposed. As a result, although the migration resistance is improved, there is a problem that the resistance is increased at present.
[0010]
In addition, various improvements have been made such as removing the resin component in the paste by heat decomposition or conducting electric heating, but sufficient effects have not been obtained even in these heat treatments, and in some cases, There is a problem that the heating adversely affects the insulating layer depending on the heating.
[0011]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a wiring board having a conductor circuit which is inexpensive, has high conductivity, and has excellent migration resistance without the above-mentioned disadvantages, and a method for manufacturing the same. is there.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present inventor has conducted repeated studies on the above problems, and as a result, formed a conductor circuit from a mixed powder or an alloy powder containing at least one of palladium or platinum as a metal component, silver, and copper, By applying a pulse current to this conductive circuit, a discharge is generated near the contact portion between the powders, removing the resin and oxide on the surface of the conductive powder that was preventing electrical conduction and simultaneously welding the powders together. By forming the contact portion with an alloy containing at least silver and at least one of palladium and platinum, the resistance of the wiring layer can be significantly reduced, and the amount of silver present alone can be reduced by alloying. It was found that migration due to silver can be suppressed because it can be reduced, thereby responding to the demand for ultra-fine and precise multilayer printed wiring boards. It was found that it is possible to form a highly reliable conductor interconnect layers that can.
[0013]
That is, the wiring board of the present invention comprises, on at least an insulating substrate containing an organic resin, and on the surface and / or inside of the insulating substrate, copper as a main component, 1 to 30% by weight of silver, and 0.1 to 15% of palladium. A conductor circuit is formed of metal powder having an average particle size of 3 to 10 μm containing 0.1 to 25% by weight of platinum or 0.1 to 25% by weight of platinum. And a neck portion made of an alloy containing palladium or platinum.
[0014]
Further, as a method of manufacturing such a wiring board, an insulating substrate containing at least an organic resin, and a surface and / or inside of the insulating substrate containing copper as a main component, silver of 1 to 30% by weight, and palladium of 0.1 to After forming a conductor circuit made of a metal powder having an average particle diameter of 3 to 10 μm containing 15% by weight or platinum in a ratio of 0.1 to 25% by weight, a pulse current is applied to the conductor circuit, and the metal The contact portion between the powders is welded to form a neck portion made of an alloy containing at least silver and at least one of palladium and platinum. The applied pulse current has a current density of 1 to 2000 A / cm ² and a pulse width of 0.01 to 1000 msec. It is characterized by being.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The wiring board of the present invention is basically composed of an insulating substrate 1 and a conductor circuit 2 as shown in a schematic sectional view of FIG. The conductor circuit 2 includes a wiring circuit layer 3 formed on the surface of an insulating substrate or between insulating layers, and a through-hole conductor or a via-hole conductor 4 for connecting the wiring circuit layers 3 in different layers.
[0016]
The insulating substrate 1 according to the present invention is made of a thermosetting resin having electrical properties, heat resistance, and mechanical strength as an insulating material, for example, an aramid resin, a phenol resin, an epoxy resin, an imide resin, a fluororesin, and a phenylene ether resin. , A bismireimide triazine resin, a urea resin, a melamine resin, a silicone resin, a urethane resin, an unsaturated polyester resin, an allyl resin, and the like, alone or in combination.
[0017]
In addition, in the insulating substrate 1, a filler can be compounded with an organic resin in order to increase the strength of the entire insulating substrate or wiring substrate. As the filler to be combined with the organic resin, inorganic fillers such as SiO ₂ , Al ₂ O ₃ , ZrO ₂ , TiO ₂ , AlN, SiC, BaTiO ₃ , SrTiO ₃ , zeolite, CaTiO ₃ , and aluminum borate are preferably used. Can be Further, a nonwoven fabric or a woven fabric made of glass or aramid resin may be used by impregnating the above resin. The organic resin and the filler are preferably compounded in a volume ratio of 15:85 to 50:50. Among them, a mixture of an epoxy resin, an imide resin, a phenylene ether resin, and a silica or aramid nonwoven fabric is most preferable in terms of workability, strength, and the like of the insulating layer.
[0018]
According to the present invention, the conductor circuit 2 has copper as a main component, 1 to 30% by weight, particularly 3 to 10% by weight of silver, and 0.1 to 15% by weight, particularly 0.3 to 10% by weight of palladium. Or a mixed powder or an alloy powder containing 0.1 to 25% by weight, particularly 0.3 to 10% by weight of platinum as a metal powder. Here, the content of silver is limited to the above range. When the content is less than 1% by weight, oxidation resistance is deteriorated similarly to the conventional copper powder, and when the content is more than 30% by weight, migration of silver occurs. It is.
[0019]
When the amount of palladium or platinum is less than 0.1% by weight, the effect of suppressing the migration of silver is reduced. When the amount of palladium is more than 15% by weight or when the amount of platinum is more than 25% by weight, either case is used. This is because the resistance is high. In particular, in the case of palladium, if it exceeds 15% by weight, the oxidation resistance deteriorates, which is not desirable.
[0020]
According to the metal powder of the present invention, the above-mentioned metal components composed of at least three components may be all alloyed or may be composed of a mixed powder. For example, powder coated with silver on the surface of copper powder, palladium or platinum powder can be added and mixed, but it is better that palladium or platinum keeps the bond with silver of the silver-coated copper powder, for example, The surface of the silver-coated copper powder can be coated with palladium or platinum by a plating method or coprecipitation powder, or can be used as a mechanical alloy powder. In particular, it is desirable to form a coating layer made of an alloy of silver and palladium or platinum on the surface of the copper powder.
[0021]
The average particle size of the metal powder needs to be 3 to 10 μm, particularly 3 to 7 μm, and optimally 3 to 5 μm. This is because when the average particle size is smaller than 3 μm or larger than 10 μm, the printability and the filling property of the conductive paste are deteriorated, and the resistance is increased due to the decrease in the filling density of the metal powder. It is. When palladium or platinum is mixed as a powder, the average particle size of the palladium or platinum powder is preferably 3 μm or less. This is because if the average particle size exceeds 3 μm, it becomes difficult to uniformly mix a small amount of palladium or platinum.
[0022]
The metal powder in the present invention may contain, as a metal component other than copper, silver, palladium or platinum, for example, Fe, Co, Ni or the like in a total amount of 10% by weight or less.
[0023]
Further, in the conductor circuit of the wiring board of the present invention, a resin binder may be blended in order to achieve the bonding between the metal powders. As such a binder, a cellulose-based binder is preferable in terms of printability. A glycol-based resin such as polyethylene glycol is preferably used, but the above-described thermosetting resin used for forming an insulating substrate can also be used. As the amount of the resin binder increases, the amount of the resin binder tends to increase between the powders and increase the contact resistance. Therefore, 2 parts by weight or less, particularly 0.05 to 1 part by weight, per 100 parts by weight of the metal powder. Is desirable in order to improve the printability and the resistance of the conductor circuit.
[0024]
The exposed surface of the conductor circuit in the wiring board of the present invention has excellent corrosion resistance such as nickel and gold, and has excellent bonding properties with electronic components such as semiconductor elements and excellent connectivity with the wiring layer of the external electric circuit board. By forming a metal in a thickness of 1 to 20 μm by plating, the conductive circuit can be effectively prevented from being oxidized and corroded. Connection can be made easily and firmly.
[0025]
According to the present invention, it is important that a neck portion is formed at a contact portion between metal powders, and it is important that the neck portion is formed of at least silver and an alloy of palladium or platinum. The width of the neck portion is desirably at least 1/5 of the particle size of the metal powder in order to achieve a low resistance. In the neck portion, at least in the non-contact portion between the powders, at least silver and palladium or platinum are alloyed, and it is desirable that silver alone does not exist in terms of migration resistance.
[0026]
According to the method for manufacturing a wiring board of the present invention, first, using a thermosetting resin as described above, or a thermoplastic resin and an inorganic filler, an appropriate curing agent and a solvent are added thereto and mixed to form a slurry. This is formed into a sheet by a doctor blade method, a calender roll method, a rolling method, or the like to form an insulating layer. If desired, this is heated and cured to be semi-cured or completely cured. Further, in addition to the above, a prepreg or the like can be used as the insulating layer.
[0027]
Next, a conductor circuit containing a metal powder is formed on the insulating layer. The conductor circuit to be applied may be any of a wiring circuit layer formed on the surface of the insulating substrate or between the insulating layers and / or a via-hole conductor or a through-hole conductor connecting the wiring circuit layers. When a conductive circuit is formed, a conductive paste mainly composed of a metal powder is printed to a thickness of 10 to 35 μm by a known printing method such as a screen printing method or a gravure printing method. When forming a via-hole conductor or a through-hole conductor, a via-hole or a through-hole is formed in an insulating layer, and the hole is filled with a conductive paste.
[0028]
As the conductor paste used at this time, as a solid component, the metal powder and the resin binder are included in an amount of 2 parts by weight or less, particularly 0.05 to 1 part by weight, based on 100 parts by weight of the metal powder. Contains suitable solvents and the like. In some cases, an appropriate curing agent may be included.
[0029]
In the case of multi-layering, for example, a plurality of insulating layers each having a conductor circuit formed by a conductor paste are laminated and pressure-bonded at a pressure of 30 kg / cm ² or less. This crimping is desirably performed in a state where the conductor circuit is softened, and when the resin binder is a thermosetting resin, the insulating layer can be adhered by laminating and crimping in a semi-cured state. Can be laminated by interposing an adhesive between insulating layers.
[0030]
In the wiring board manufactured in this manner, a thin resin film exists on the surface of the metal powder in the conductive circuit due to the resin contained in the wiring layer, or a thin oxidized film oxidized by atmospheric oxygen. A film is formed. In the case of silver-coated copper powder, a single layer of silver is present on the surface, and silver migration easily occurs. Furthermore, in the case of silver-coated copper powder in which palladium or platinum is combined, migration of silver is slightly suppressed, but the resistance is increased because of the presence of impurities.
[0031]
Therefore, according to the present invention, a pulse current is applied to the conductor circuit on the wiring board manufactured as described above. When a pulse current is continuously applied to this wiring layer, a plasma discharge occurs between the metal particles. This plasma removes oxide films and deposits on the surface of the metal particles, forming a so-called welded state, whereby the metal particles can come into contact with each other without inclusions that impede the conductivity. It is possible to form a low-resistance wiring layer, which has not been achieved only by itself, without affecting the surrounding insulating layer.
[0032]
Furthermore, according to the present invention, as described above, the contact portion between the silver-coated copper powders is in a welded state and a low resistance can be achieved. And the amount of silver present decreases, and the migration resistance can be increased.
[0033]
The pulse current is applied by pressing the electrodes against both ends of the conductor circuit to which the current is applied to apply the pulse current. Optimum conditions for the applied pulse current include a current density of 1 to 2000 A / cm ² and a pulse width of 0.01 to 1000 ms. If the current density is lower than 1 A / cm ² , it is difficult to remove the oxide film and resin existing at the interface between the metal powders without welding, and if the current density exceeds 2000 A / cm ² , This is because heat is generated and the insulating substrate may be damaged. Also, it is desirable that the energizing time of one pulse be 3 seconds or less. Preferably, the pulse current is applied for 5 seconds to 5 minutes, particularly 10 seconds to 1 minute.
[0034]
Further, it is desirable that the pulse current is a rectangular wave. Although a sine wave or the like is used, a rectangular wave is most effective. Further, it is desirable that the pulse current is a DC pulse. This is because a rectangular wave is more likely to cause discharge between particles than a sine wave, and has a higher surface cleaning effect.Pulse current is less likely to cause dirt and the like to adhere to the once cleaned particle surface than to alternating current. is there.
[0035]
Further, after the application of the pulse current, the wiring layer is subjected to a heat treatment by energization, whereby the resistance of the wiring layer can be further reduced. The energization treatment may be direct current or alternating current with a current density of 1 to 4000 A / cm ² , and the heating temperature by energization is suitably in the range of 100 to 350 ° C. If the temperature at this time is lower than 100 ° C., the effect of lowering the electric resistance is small, and if it exceeds 350 ° C., the resin constituting the insulating layer and the conductor circuit may be decomposed. Due to this electric heating, the contacts between the metal powders generate heat, and the bonding force between the powders can be further increased.
[0036]
This energization heating can be performed simultaneously with the application of the pulse current described above. Specifically, when a waveform obtained by combining a DC pulse current and a DC current, that is, a current in which the upper portion of the DC current waveform is a rectangular wave is applied, the action of energizing heating and the discharge welding action of the pulse current are simultaneously performed. Can be added.
[0037]
By controlling the pulse current applied to the conductor circuit described above, it is possible to realize a low resistance of 5 × 10 ⁻⁵ Ω · cm or less. Further, according to the present invention, the wiring board manufactured by the above-described manufacturing method can apply a DC voltage of 5 V at 130 ° C. and 85% relative humidity in a comb tooth pattern having a line width of 0.5 mm and a gap of 0.4 mm, for example. It shows excellent migration resistance with an insulation resistance of 5 × 10 ¹³ Ω · cm or more after 100 hours of application, and as a result, high reliability that can meet the demand for ultra-fine and precise conductor circuits in wiring boards Can be provided.
[0038]
【Example】
Example 1
A slurry was prepared using 70% by volume of approximately spherical silicon oxide having an average particle diameter of about 5 μm and 30% by volume of an imide resin, and the slurry was applied to a carrier sheet by a doctor blade method, and the slurry was heated at 50 ° C. After drying at a temperature for 60 minutes, an insulating layer having a thickness of 120 μm was completed.
[0039]
Next, 100 parts by weight of a metal powder having an average particle diameter and a content of silver, palladium and platinum shown in Table 1 on the surface of the insulating substrate, that is, palladium or platinum plated on the surface of silver-coated copper powder , 0.2 parts by weight of cellulose, and 10 parts by weight of 2-octanol as a solvent to prepare a conductive paste, and a comb pattern having a line width of 0.5 mm and a gap of 0.4 mm was printed by screen printing. . Further, a through hole having a diameter of 0.1 mm was formed in one part, and the paste was filled in the hole. The content of the metal component in the metal powder was measured by ICP emission spectroscopy.
[0040]
Next, eight layers of insulating layers on which the conductor circuits were formed as described above were prepared, aligned, and laminated and pressed. Then, the laminate was set in a press machine, and a pressure of 50 kg / cm ² was applied. Further, the paste was heated to 120 ° C. to volatilize and remove the organic solvent in the paste. Thereafter, the substrate was treated at 250 ° C. for 5 hours to completely cure the thermosetting resin, thereby producing a wiring board. (Sample Nos. 1 to 39)
A pulse current was applied to the obtained wiring board at the extremes of the conductor circuit at the current density and pulse width shown in Table 1 for 30 seconds. The interval between the pulses was the same as the pulse width. Further, some of the substrates were further heated by energization under the conditions shown in Table 1.
[0041]
Then, the initial volume specific resistance of the conductor circuit in the wiring board after these treatments and the insulation resistance between the comb tooth patterns after applying a DC voltage of 5 V at 130 ° C. and 85% relative humidity for 100 hours were measured. The results are shown in Table 1. Also, the contact state of the silver-coated copper powder of the conductor circuit was observed by a scanning electron micrograph (SEM) to confirm the presence or absence of welding, and the ratio of the neck width formed by welding to the particle size of the metal powder was measured. The average was determined.
[0042]
Example 2
Instead of the conductive composite powder in Example 1, a wiring board was produced in exactly the same manner as described above, using a conductive alloy powder having the composition shown in Table 3 with copper, silver, palladium or platinum. An evaluation was performed. (Sample Nos. 40 to 48)
[0043]
[Table 1]

[0044]
[Table 2]

[0045]
[Table 3]

[0046]
As is clear from the results of Tables 1 to 3, Sample No. 1 in which the silver content was less than 1% by weight. In Sample No. 8, the specific resistance was increased, and Sample No. 8 containing more than 30% by weight was used. In No. 33, the resistance between the wirings decreased due to migration. Sample No. 1 in which at least one of palladium and platinum is less than 0.1% by weight. In No. 10, migration could not be prevented, and the resistance between wirings was reduced. Further, the sample No. having palladium exceeding 15% by weight. Sample No. 20 containing more than 25% by weight of platinum. In No. 26, the specific resistance of the wiring layer increased in each case.
[0047]
In addition, even when the composition of the present invention was satisfied, the sample No. In Sample No. 4, no neck portion was formed, and only Sample No. In No. 5, although a slight neck was formed, it did not reach the point where an alloy of silver and palladium or platinum was produced. As a result, in any case, the effect of suppressing the migration of silver was insufficient and the distance between the wirings was insufficient. The resistance has dropped. Further, Sample No. having an average particle size of less than 3 μm. In Sample Nos. 1 to 3, sample Nos. 34 to 36, the specific resistance was large.
[0048]
In contrast to these comparative examples, the products of the present invention have a neck portion containing copper, silver, palladium or platinum formed between powders as a result of measurement by an X-ray microanalyzer (EPMA), The wiring circuit layer exhibited a low resistance of 5 × 10 ⁻⁵ Ω · cm or less, and the insulation resistance after application of a high-temperature and high-humidity voltage showed an excellent migration resistance of 5 × 10 ¹³ Ω · cm or more. .
[0049]
【The invention's effect】
As described in detail above, the wiring board of the present invention is formed by forming a conductive circuit from a powder containing copper, silver, palladium or platinum in a specific ratio as a metal component, and applying a pulse current thereto. Since the resin or oxide on the powder surface can be removed and a neck portion can be formed at the contact portion between the powders, the specific resistance of the conductor circuit can be significantly reduced. Furthermore, since the metal component is compounded with silver, copper, palladium or platinum, it has high conductivity and excellent migration resistance. This makes it possible to provide a highly reliable wiring board which can sufficiently cope with miniaturization and high density of a wiring circuit, and which can meet demands for ultra-miniaturization and precision.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining a basic structure of a wiring board according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Insulating board 2 Conductor circuit 3 Wiring circuit layer 4 Through-hole conductor / via-hole conductor

Claims

An insulating substrate containing at least an organic resin, and a surface and / or inside of the insulating substrate containing copper as a main component, silver of 1 to 30% by weight, palladium of 0.1 to 15% by weight, or platinum of 0.1 to 15% by weight. A conductor circuit is formed of metal powder having an average particle diameter of 3 to 10 μm, which is contained at a ratio of 25% by weight, and at least silver and palladium or platinum are contained in a contact portion between the metal powders of the conductor circuit. A wiring board, wherein a neck portion made of an alloy is formed.

An insulating substrate containing at least an organic resin, and a surface and / or inside of the insulating substrate containing copper as a main component, silver of 1 to 30% by weight, palladium of 0.1 to 15% by weight, or platinum of 0.1 to 15% by weight. After forming a conductor circuit made of a metal powder having an average particle diameter of 3 to 10 μm containing 25% by weight, a pulse current is applied to the conductor circuit to weld a contact portion between the metal powders. A method of manufacturing a wiring board, comprising forming a neck portion made of an alloy containing silver and at least one of palladium and platinum.

The current density of the applied pulse current is 1 to 2000 A / cm ² , and the pulse width is 0.01 to 1000 msec. The method for manufacturing a wiring board according to claim 3, wherein